某化学研究性学习小组开展实验探究:在常温下某非金属氧化物形成的未知气体的成分。该小组成员将气体通入澄清石灰水,发现澄清石灰水变浑浊,持续通入发现浑浊又变澄清。由此该小组成员对气体的成分提出猜想。
【提出猜想】
猜想1:气体可能为CO2; 猜想2: ;
猜想3: 。
为了验证猜测,该小组设计实验加以探究:
【实验探究】该小组按如图所示装置,将气体从a端通入,则:
(1)B中应该装入下列 试剂(填编号)
A.NaCl溶液 | B.酸性KMnO4溶液 | C.盐酸 | D.澄清石灰水 |
(2)A中品红的作用是: ;
(3)D中澄清石灰水的作用是: 。
通过该实验,小组同学观察到以下三个实验现象:
① A中品红褪色 ② C中品红不褪色 ③ D中澄清石灰水变浑浊
【得出结论】由上述现象小组同学确认该气体的成分是 。
B.草酸二乙酯可用于苯巴比妥等药物的中间体,实验室以草酸(HOOC—COOH)和乙醇为原料制备草酸二乙酯的实验步骤如下:
步骤1:在上图所示装置中,加入无水草酸45g,无水乙醇81g,苯200mL,浓硫酸10mL,搅拌下加热6870℃回流共沸脱水。
步骤2:待水基本蒸完后,分离出乙醇和苯。
步骤3:所得混合液冷却后依次用水、饱和碳酸氢钠溶液洗涤,再用无水硫酸钠干燥。
步骤4:常压蒸馏,收集182-184℃的馏分,得草酸二乙酯57g。
(1)步骤1中发生反应的化学方程式是,反应过程中冷凝水应从(填“a”或“b”)端进入。
(2)步骤2操作为。
(3)步骤3用饱和碳酸氢钠溶液洗涤的目的是。
(4)步骤4除抽气减压装置外所用玻璃仪器有蒸馏烧瓶、冷凝管、接液管、锥形瓶和。
(5)本实验中,草酸二乙酯的产率为。
(15分)草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)可用于制镍催化剂,硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)主要用于电镀工业。某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下:
已知:①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)。
金属离子 |
开始沉淀的pH |
沉淀完全的pH |
Fe3+ |
1.1 |
3.2 |
Fe2+ |
5.8 |
8.8 |
Al3+ |
3.0 |
5.0 |
Ni2+ |
6.7 |
9.5 |
②Ksp(CaF2)=1.46×10-10,Ksp(CaC2O4)=2.34×10-9。
(1)“粉碎”的目的是。
(2)保持其他条件相同,在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”,镍浸出率随时间变化如右图。“酸浸”的适宜温度与时间分别为(填字母)。
a.30℃、30min
b.90℃、150min
c.70℃、120min
d.90℃、120min
(3)证明“沉镍”工序中Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是。
(4)将“沉镍”工序得到的混合物过滤,所得固体用乙醇洗涤、110 ℃下烘干,得草酸镍晶体。
①用乙醇洗涤的目的是。
②烘干温度不超过110℃的原因是。
(5)由流程中的“浸出液”制备硫酸镍晶体的相关实验步骤如下:
第1步:取“浸出液”,,充分反应后过滤,以除去铁、铝元素;
第2步:向所得滤液中加入适量NH4F溶液,充分反应后过滤,得“溶液X”;
第3步:,充分反应后过滤;
第4步:滤渣用稍过量硫酸充分溶解后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得硫酸镍晶体。
①请补充完整相关实验步骤(可选试剂:H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)。
②第2步中加入适量NH4F溶液的作用是。
(12分)某科研小组在900℃的空气中合成出化学式为La2Ca2MnOx的超导体材料,其中La以+3价存在。为确定x的值,进行如下分析:
步骤1:准确称取0.5250g超导体材料样品,放入锥形瓶中,加25.00mL0.06000mol·L-1 Na2C2O4溶液(过量)和25mL 6mol·L-1 HNO3溶液,在6070℃下充分摇动,约半小时后得到无色透明溶液A(该条件下,只有Mn元素被还原为Mn2+,Na2C2O4被氧化为CO2)。
步骤2:用0.02000mol·L-1 KMnO4溶液滴定溶液A至终点,消耗10.00mL KMnO4溶液。
(1)步骤1反应后溶液中Mn2+的物质的量浓度为0.02000mol·L-1。常温下,为防止Mn2+形成Mn(OH)2沉淀,溶液的pH的范围为[已知Mn(OH)2的Ksp=2.0×10-13]。
(2)步骤2滴定终点的现象是。
(3)步骤2滴定终点读数时俯视刻度,其他操作都正确,则所测x的值将(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(4)求x的值(写出计算过程)。
(12分)聚合硫酸铁铝(PFAS)是一种新型高效水处理剂。利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe3O4、FeO、SiO2等)为铁源、粉煤灰(主要成分为Al2O3、Fe2O3、FeO等)为铝源,制备PFAS的工艺流程如下:
(1)“碱溶”时,Al2O3发生反应的化学方程式为。
(2)“酸溶Ⅱ”时,Fe3O4发生反应的离子方程式为。
(3)“滤渣Ⅰ”、“滤渣Ⅱ”在本流程中能加以利用的是。
(4)“氧化”时应控制温度不超过57℃,其原因是。
(5)“氧化”时若用MnO2代替H2O2,发生反应的离子方程式是。
(6)酸度对絮凝效果和水质有显著影响。若产品PFAS中残留硫酸过多,使用时产生的不良后果是。
磷酸二氢钾(KH2PO4)在工业、农业、医药及食品等行业均有广泛的应用,有报道一种湿法磷酸萃取制备磷酸二氢钾的工艺流程如下图所示(部分流程步骤已省略):
已知萃取的主要反应原理:KCl+H3PO4KH2PO4+HCl;
HCl+E(表示有机萃取剂)HCl•E;
请回答下列问题:
(1)在实验室实现流程图中操作X需要的主要玻璃仪器是 ;流程图中物质A是 ;
(2)副产品B的化学式是 ;一系列操作Y,具体包括 、洗涤、干燥;
(3)评价该工艺的优点 、 (任写两点);
(4)若用1000kg质量分数为56%的磷酸溶液,产率为98%,则可生产KH2PO4的质量为: kg;
(5)萃取一步是该流程的核心操作,萃取率、杂质脱除率受众多因素影响,请从下图中寻找出投料比对萃取率和杂质脱除率影响的主要规律或结论(任写两条):
① ;
② 。