1、训练(二十二)非金属化合物的制备及性质探究 1(2021广西钦州一中检测)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广 泛。某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓： 已知：Ga 转化为 GaN 的化学方程式是：2Ga2NH3= 高温 2GaN3H2 NH3H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3HCl=NH4ClH3BO3 (1)镓元素在周期表中的位置是_。 (2)仪器 X 中的试剂是_。 A浓氨水B稀硫酸 C浓氢氧化钠溶液D浓氯化铵溶液 E饱和食盐水 (3)仪器 Y 的名称是_；装置 Z 的作用是_。 (4)加热前，需先通入一段时间的 H2，原因是_。 (5)取某
2、GaN 样品 a g 溶于足量热 NaOH 溶液， 发生反应 GaNOH H2O= GaO 2 NH3，用 H3BO3溶液将产生的 NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为 b mol/L 的盐酸 V mL，则样品的纯度是_。 解析由制备装置可知，Zn 与稀硫酸反应生成氢气，利用氢气将装置内的空气排出防 止金属被氧化，浓硫酸可干燥氢气，X 为浓氨水，滴入到氧化钙上制备氨气，Y 为碱石灰可 干燥氨气， Z 可防止倒吸，稀硫酸可吸收尾气。 (2)仪器 X 中的试剂是浓氨水，将浓氨水滴入盛有 CaO 的烧瓶中发生反应：CaO 2NH3 H2O=Ca(OH)22NH3， 也可以把浓氯化铵溶液滴入烧瓶中，
3、 和 CaO 反应： 2NH4Cl CaOH2O=CaCl22NH32H2O，都可以制取 NH3。 (3)装置 Y 为球形干燥管，装置 Z 作安全瓶，起到了防倒吸的作用。 (4)空气中的氧气能与镓反应，且镓与氨气反应生成氢气能与空气中的氧气反应，发生 爆炸，所以加热前需要通入一段时间的 H2，排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产 物不纯，防止氢气和氧气混合反应爆炸。 (5)由题目所给方程式可知：GaNNH3NH3H3BO3HCl，由关系式可知 n(GaN) n(HCl)bV10 3mol，则样品的纯度为84 g/molbV10 3mol a g 100%8.4bV a %。 答案(1)第四
4、周期第A 族(2)AD(3)球形干燥管防倒吸 (4)排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气反应爆炸 (5) 8.4bV a % 2(2021重庆第一中学检测)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料，广泛用于制药、 染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组模拟 PCl3直接氧化法制备 POCl3，实验装置设计如下： 有关物质的部分性质如下表： 熔点/沸点/其他 PCl311275.5遇水生成 H3PO3和 HCl，遇 O2生成 POCl3 POCl32105.3 遇水生成 H3PO4和 HCl； 能溶于 PCl3 回答下列问题： (1) 仪 器 a 的 名 称 是 _ ， 装 置
5、 A 中 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 为 _。 (2)B 装置的作用除观察 O2的流速之外，还有_。 (3)C 装置控制反应在 6065进行，其主要目的是_。 (4)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中 Cl 元素含量，实验步骤如下： .取 x g 产品于锥形瓶中，加入足量 NaOH 溶液，待完全反应后加稀硝酸至酸性。 .向锥形瓶中加入 0.100 0 mol/L 的 AgNO3溶液 40.00 mL，使 Cl 完全沉淀。 .向其中加入 2 mL 硝基苯，用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。 .加入指示剂，用 c mol/L NH4SCN 溶液滴定过量 Ag 至终点，记下所用体积 V
6、 mL。 已知：Ksp(AgCl)3.210 10，Ksp(AgSCN)21012 滴 定 选 用 的 指 示 剂 是 _( 填 标 号 ) ， 滴 定 终 点 的 现 象 为 _。 aFeCl2BNH4Fe(SO4)2 c淀粉D甲基橙 Cl 元素的质量百分含量为(列出算式)_。 步骤加入硝基苯的目的是_， 如无此操作，所测 Cl 元素含量将会_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析(1)仪器 a 的名称是球形冷凝管(或冷凝管)。该实验模拟 PCl3直接氧化法制备 POCl3，PCl3遇 O2生成 POCl3，装置 C 三颈烧瓶中盛有 PCl3，缺少氧化剂 O2，故装置 A 用 于制取 O2
7、，考虑装置特点，可利用 H2O2催化分解，或 Na2O2与水反应，结合守恒规律写出 化学方程式。 (2)PCl3遇水生成 H3PO3和 HCl，装置 A 中制得 O2中混有 H2O(g)，要通过装置 B 除去 H2O(g)，显然 B 中盛有浓硫酸。B 装置中长颈漏斗下端插入浓硫酸中，上端与大气相通，起 到平衡气压的作用，故 B 装置的作用除观察 O2的流速之外，还有干燥气体、平衡气压的作 用。 (3)PCl3的沸点为 75.5，C 装置控制反应在 6065进行，其目的是加快化学反应 速率，同时防止 PCl3挥发，提高原料的利用率。 (4)用 c mol/LNH4SCN 溶液滴定过量 Ag ，要
8、用 Fe3作指示剂，达到滴定终点时，Ag 完全沉淀生成 AgSCN，SCN与 Fe3反应生成 Fe(SCN)3 而使溶液呈红色，故应选用 NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。 据 Ag 守恒可得：n(AgNO3)n(Cl)n(NH4SCN)，则有 n(Cl)n(AgNO3) n(NH4SCN)0.100 0 mol/L40.0010 3 Lc mol/LV10 3 L(4cV)10 3mol， m(Cl) (4cV)10 3mol35.5 g/mol35.5(4cV)103 g， 故产品中 Cl 元素的质量百分含量为 35.5(4 cV)10 3g/x g 100% （410 3cV103）3
9、5.5 x 100% 3.55（4cV） x % 。 由于 Ksp(AgCl)Ksp(AgSCN)，则 AgCl 的溶解度大于 AgSCN 的溶解度。步骤加入 硝基苯的目的是防止在滴加 NH4SCN 时，将 AgCl 沉淀转化为更难溶的 AgSCN 沉淀，导致 消耗 NH4SCN 溶液的体积增大，所测 Cl 元素含量将会偏小。 答 案(1) 冷 凝 管 ( 或 球 形 冷 凝 管 )2Na2O2 2H2O=4NaOH O2 ( 或 2H2O2= MnO2 2H2OO2) (2)平衡气压、干燥 O2(或平衡气压和除去水，防止 PCl3和 POCl3遇水反应引入杂质) (3)加快反应速率，同时防止
10、 PCl3气化，逸出损失 (4)b溶液刚好变为红色，且半分钟内不褪色 （410 3cV103）35.5 x 100% 或 3.55（4cV） x % 防止在滴加 NH4SCN 时，将 AgCl 沉淀转化为 AgSCN 沉淀，导致多消耗 NH4SCN 溶 液偏小 3(2021北京师大附中检测)二氧化氯(ClO2)是国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂。 美国阿莱德公司开发的“Solvey 法”制备 ClO2，其原理是用 NaClO3、稀硫酸和 CH3OH 在 Mn 作催化剂、60时发生反应制备 ClO2。实验室利用下图所示装置(夹持装置已略去)模拟 “Solvey 法”制备 ClO2： 已知：Cl
11、O2的浓度较大时易分解，实验室用稳定剂吸收 ClO2生成 NaClO2，使用时加 酸释放出 ClO2； ClO2和 CH3OH 的沸点分别为 11和 64.7。 (1)仪器 a 的名称是_；仪器 b 的作用是_。 (2)装置 A 采用的加热方式为_； 反应中 CH3OH 被氧化为 CO2， 写出装置 A 中制备 ClO2的化学方程式：_，该方 法的优点是_。 (3)稳定剂吸收ClO2后， 滴加稀盐酸释放ClO2， 反应的离子方程式为_。 (4)(双选)下列有关说法正确的是_(填序号)。 A注射器中 NaOH 溶液的作用是停止反应，并吸收多余的 ClO2 B装置 C 中溶液变成蓝色，证明装置 A
12、 中反应有 Cl2生成 C装置 D 的作用主要是吸收尾气，防止污染环境 (5)ClO2对污水中 Fe2 、Mn2、S2和 CN等有明显的去除效果。某工厂污水中含 CN 的浓度为 a mgL 1，现用 ClO2 将 CN 氧化，只生成两种气体，该反应的离子方程式为 _； 处理 100 m3这种污水，理论上至少需要 ClO2的体积(标准状况下)为_(用含 a 的 代数式表示)。 解析(1)仪器 a 的名称是球形冷凝管。仪器 b 是恒压滴液漏斗，其作用是平衡压强， 有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发。(2)装置 A 中制取 ClO2在 60下进行反应，故采用 的加热方式为水浴加热。NaClO3、稀硫
13、酸和 CH3OH 在 Mn 作催化剂、60时发生反应制备 ClO2，反应中 CH3OH 被氧化为 CO2，还生成 NaHSO4、H2O，结合得失电子守恒和原子守 恒写出化学方程式。(3)稳定剂吸收 ClO2生成 NaClO2，滴加稀盐酸释放 ClO2，结合得失电 子守恒和原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：5ClO 2 4H =4ClO2Cl2H2O。(4) 注射器中 NaOH 溶液的作用是消耗装置 A 中稀硫酸，使反应停止，并吸收多余的 ClO2，A 正确；Cl2和 ClO2都具有氧化性，都能将 KI 氧化生成 I2而使溶液变蓝色，故装置 C 中溶液 变成蓝色，不能证明装置 A 中反应有 Cl
14、2生成，B 错误；Cl2有毒性，装置 D 中 NaOH 溶液 的作用是吸收 ClO2和 Cl2尾气，防止污染环境，C 正确。(5)用 ClO2处理含 CN 的污水，将 CN 氧化只生成两种无毒气体，结合元素守恒推知，这两种气体为 N2和 CO2，结合守恒规 律写出离子方程式：2ClO22CN =N22CO22Cl。工厂污水中含 CN的浓度为 a mgL 1， 100 m3这种污水中含有 CN的质量为 a mg L11001 000 L105a mg100a g， n(CN )(100a g)/(26 gmol1)50a 13 mol，结合反应可知，n(ClO2)n(CN )50a 13 mol
15、，在标 准状况下的体积为50a 13 mol22.4 Lmol 11 120a 13 L。 答案(1)球形冷凝管平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发(2)水浴加 热6NaClO3CH3OH6H2SO4= Mn 60 6ClO2CO25H2O6NaHSO4反应产生 CO2，可稀释 ClO2，防止其浓度过大发生分解(3)5ClO 2 4H =4ClO2Cl2H2O (4)AC(5)2ClO22CN =N22CO22Cl1 120a 13 L 4(2020山东潍坊模拟)肼(N2H4，无色液体)是一种用途广泛的化工原料。实验室中先 制备次氯酸钠，再用次氯酸钠溶液和氨反应制备肼并验证肼的性质。实
16、验装置如图所示。 已知：Cl2(g)2NaOH(aq)=NaClO(aq)NaCl(aq)H2O(g)H0。当温度超过 40 时，Cl2与 NaOH 溶液反应生成 NaClO3。回答下列问题： (1)仪器 a 的名称是_，装置 B 的作用是_。 (2) 为 控 制 D 装 置 中 的 反 应 温 度 ， 除 用 冷 水 浴 外 ， 还 需 采 取 的 实 验 操 作 是 _。 (3)当三颈烧瓶中出现黄绿色气体时立即关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯、关闭 K1。此 时装置 C 的作用是_。 (4)将 D 装置水槽中的冷水换为热水，把三颈烧瓶中黄绿色气体赶走后，打开 K2，通入 NH3， 使其与 Na
17、ClO 溶液反应制取肼。 理论上通入三颈烧瓶的 Cl2和 NH3的最佳物质的量之 比为_。 (5)请从提供的下列试剂中选择合适试剂，设计合理的实验方案验证肼的还原性 _(说明操作、现象和结论)。 淀粉KI 溶液稀硫酸(酚酞)NaHCO3AgCl 解析(1)仪器 a 为圆底烧瓶；装置 A 中生成 Cl2，气体中含有 HCl，故 B 的作用为除去 Cl2中的 HCl； (2)由题干已知信息可知， 过量的Cl2会与NaOH发生副反应， 导致原料的浪费以及NaClO 浓度降低，故需控制 Cl2的量，可采取的实验操作为：控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温 度； (3)关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯时，圆底烧
18、瓶中反应未立即停止，还会继续产生少 量氯气，因 K1关闭，A、B 装置为封闭体系，故 C 的作用为储存氯气； (4)氯气通入 D 中发生反应：2NaOHCl2=NaClNaClOH2O；通入 NH3后，D 中 发生反应：NaClO2NH3=N2H4NaClH2O，由两个方程式中 NaClO 与 Cl2、N2H4的关 系可知，通入三颈烧瓶的 Cl2和 NH3的最佳物质的量之比为 12； (5)若要验证肼的还原性， 则需要选择氧化剂， AgCl 中 Ag 具有氧化性， 故可选用 AgCl， 其实验操作及现象和结论为：取少量 AgCl 于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气 泡产生，说明肼有还原
19、性。 答案(1)圆底烧瓶除去 Cl2中的 HCl(2)控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度 (3)储存氯气(4)12 (5)取少量 AgCl 于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原 性 5(2021山东日照检测)某化学兴趣小组探究 NO 和 Na2O2的反应，设计了如下图所示 实验装置，其中 E 为实验前压瘪的气囊。 查阅资料除浅黄色的 AgNO2难溶于水外，其余亚硝酸盐均易溶于水。 (1)写出 A 中反应的化学方程式：_。 (2)将装置 B 补充完整，并标明试剂。 (3)用无水 CaCl2除去水蒸气的目的是_。 (4)反应一段时间后，D 处有烫手的感觉，其中固体由淡黄色
20、变为白色，直至颜色不再 变化时，气囊 E 始终没有明显鼓起。 学生依据反应现象和氧化还原反应规律推断固体产物为 NaNO2。写出该反应的化学 方程式： _ _。 设计实验证明 NaNO2的生成，实验方案是_。(写出操作、现象和结 论) 解析(1)A 中的物质为 Cu 与浓硝酸，反应的方程式为：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)2 2NO22H2O。 (2)装置 B 的目的为将 NO2转化为 NO，则需将 A 中产生的气体通过盛有水的洗气瓶。 (3)因为过氧化钠会与水反应，从而干扰过氧化钠与 NO 的反应。 (4)由题意分析可知反应的产物为 NaNO2，且无其它气体产物生成，则反应的方程式 为
21、：2NONa2O2=2NaNO2。 若反应中有 NaNO2生成，则加入硝酸银溶液会产生淡黄色的亚硝酸银生成：取少量 D 管中的固体于试管中，加水溶解，再加入 AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸 钠生成。 答案(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O (2)(3)防止水蒸气与过氧化钠反应，干扰实验 (4)2NONa2O2=2NaNO2取少量 D 管中的固体于试管中，加水溶解，再加入 AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成 6(2021江西遂川中学检测)ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将 其制备成 NaClO2固体以便运输和贮存。过氧化
22、氢法制备 NaClO2的实验装置如图甲所示。 图甲 已知：2NaClO3H2O2H2SO4=2ClO2O2Na2SO42H2O。 ClO2的熔点为59，沸点为 11，H2O2的沸点为 150 当温度低于 38时， NaClO2饱和溶液中析出的晶体是 NaClO2 3H2O。 当温度在 38 60时，析出 NaClO2；温度高于 60时，NaClO2分解。 请回答下列问题： (1)当仪器组装完毕后，有同学认为：关闭弹簧夹 K1和 K2，取下 X 上端的玻璃塞，加 入一定量的水后塞上玻璃塞，再打开 X 下端的活塞，可以检查装置的气密性。请判断该方 法能否检查装置气密性，并说明理由：_。 (2)Cl
23、 对 ClO2 的生成有一定催化作用。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2 的生成速率会大大提高，并产生微量氯气。该过程经两步反应完成，将其补充完整。 _ (用离子方程式表示)； H2O2Cl2=2Cl O22H。 (3)C 中将装置浸入冰水浴中的作用是_。 (4)若实验室采用如图乙所示的装置从 C 中的溶液中获得 NaClO2晶体， 则需要在该装置 的 Y 处增加一个设备。 图乙 采用上述装置浓缩 NaClO2溶液的操作称为_。 水浴加热的温度最好控制在_左右(填序号)。 A 40B55C 70D 100 装置中毛细玻璃管的作用是_。 当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，_(填操作)。用 3
24、860热水洗涤晶体，干 燥后得到产品。 (5)产品纯度的测定：称取 m g 产品配成 250 mL 溶液，取 25. 00 mL 溶液，加入足量的 KI 和稀 H2SO4，充分反应后加入指示剂，用 c molL 1Na2S2O3 标准溶液滴定至终点(I2 2S2O2 3 =2I S4O2 6 )，平均消耗标准溶液的体积为 V mL，则产品中 NaClO2的质量分数 是_%。 解析(1)装置 A 中恒压滴液漏斗的作用是保持容器的压强平衡，使液体顺利流下，不 管装置是否漏气， 恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈漏斗中， 故该方法不能检测装置的气密 性。 (2)Cl 对 ClO2 的生成有一定催化作用，
25、反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2 的生成速率会大大提高，发生反应：2ClO 3 2Cl 4H=Cl22ClO22H2O，H2O2 Cl2=2Cl O22H。 (3)温度升高，ClO2的溶解度减小，H2O2、NaClO2易发生分解，故 C 中将装置浸入冰水 浴中的作用是增大 ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使 H2O2、NaClO2分解。 (4)Y 处应接真空泵，其作用是减小系统的压强，降低液体的沸点，防止液体受热分 解，故浓缩 NaClO2溶液的操作是减压蒸馏。 当温度低于 38时， NaClO2饱和溶液中析出的晶体是 NaClO2 3H2O。 当温度在 38 60时，
26、 析出 NaClO2； 温度高于 60时， NaClO2分解， 故为了加快蒸馏速率， 并防止 NaClO2 受热分解，应使温度低于 60，且接近 60，故应选择 B 项。 为减小晶体的溶解，当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，要趁热过滤，并用 3860热 水洗涤晶体，干燥后得到产品。 (5)NaClO2溶解液中加入足量 KI 和稀 H2SO4充分反应，I 被 NaClO2氧化生成 I2，再用 标准 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，存在关系：NaClO22I24Na2S2O3，则有 n(NaClO2) 1/4n(Na2S2O3)1/4c molL 1V103L250/25.002.5cV103 mol，m(NaClO2) 2.5cV10 3 mol90.5 g/mol2.5cV90.510 3g， 故产品中 NaClO2的质量分数是(2.5cV 90.510 3g)/m g100%181cV 8m %。 答案(1)不能，恒压滴液漏斗的支管能够平衡气压，不管装置是否漏气，恒压滴液漏 斗中的水都能滴入三颈烧瓶中，所以该方法不能检查装置的气密性 (2)2ClO 3 2Cl 4H=Cl22ClO22H2O (3)增大 ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使 H2O2、NaClO2分解 (4)减压蒸馏B产生气化中心，防止溶液暴沸趁热过滤(5)181cV 8m
