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实验活动 4用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子实验活动 4用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子实验目的1用化学沉淀法去除粗盐中的 Ca2、Mg2和 SO24。2熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作，认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。实验药品粗盐、蒸馏水、0.1 molL1氯化钡溶液(其作用是除去_SO24_)、20%的氢氧化钠溶液(其作用是除去_Mg2_)、饱和碳酸钠溶液(其作用是除去_Ca2_、_Ba2_)、6 molL1盐酸、pH 试纸。实验步骤实验步骤实验操作溶解用天平称取 5 g 粗盐放入 100 mL 烧杯中，然后加入 20 mL 蒸馏水，用玻璃棒_搅拌_，使粗盐全部溶解，得到粗盐水沉淀向粗盐水中依次滴加过量的氯化钡溶液、氢氧化钠溶液、饱和碳酸钠溶液，使_SO24_、_Mg2_、_Ca2_、_Ba2_完全沉淀析出过滤将烧杯静置后过滤，除去生成的沉淀和不溶性杂质，过滤中玻璃棒的作用是_引流_，滤液呈_碱_性中和向滤液中滴加盐酸，用玻璃棒搅拌，直到_无气泡冒出_，并用 pH 试纸检验，使滤液呈中性或微酸性蒸发将滤液倒入蒸发皿中，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断_搅拌_。当蒸发皿中出现_较多固体_时，停止加热。利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。冷却后，得到去除了杂质离子的精盐问题讨论1本实验中加入试剂的顺序是什么？按照其他顺序加入试剂能否达到同样的目的？提示：本实验中加入试剂的顺序是 BaCl2溶液NaOH 溶液Na2CO3溶液盐酸。按下列顺序加入试剂也可达到实验目的：NaOH 溶液BaCl2溶液Na2CO3溶液盐酸；BaCl2溶液Na2CO3溶液NaOH 溶液盐酸。2 在实验操作中为什么依次加入的试剂都要略微过量？实验操作中加入盐酸的目的是什么？提示：实验操作中所加试剂过量是为了将杂质离子完全沉淀而除去。实验操作中加入盐酸是为了除去滤液中过量的 OH和 CO23。3步骤和步骤的操作顺序能否颠倒？为什么？提示：不能颠倒。若在过滤前加入稀盐酸，会使生成的沉淀溶解，杂质离子未被除去。4粗盐水中加入氯化钡溶液使 SO24沉淀而除去，如何检验 SO24是否沉淀完全？提示：静置后，沿烧杯壁向上层清液中继续滴加 23 滴氯化钡溶液，若溶液不出现浑浊，说明 SO24已沉淀完全。5通过此次实验活动，你认为物质分离和提纯原则应该有哪些？提示：(1)“不增”不能引入新的杂质；(2)“不减”不能减少被提纯物质；(3)“易分离”杂质或反应后的杂质易与被提纯物质分离；(4)“易复原”被提纯的物质要容易复原。跟|踪|训|练1.(2023济南高一期中)某同学设计如图实验方案，来分离 NaCl 和 BaCl2两种固体混合物，供选试剂：Na2SO4溶液、Na2CO3溶液、K2CO3溶液、盐酸。(1)操作的名称是_过滤_。(2)试剂 a 是_Na2CO3_(填化学式，下同)，试剂 b 是_HCl_。(3)加入试剂 b 所发生反应的化学方程式为 BaCO32HCl=BaCl2H2OCO2。(4)该方案能否达到实验目的？_不能_(填“能”或“不能”)。若不能，应如何改进？_应该在操作的滤液中加入过量盐酸后再蒸发结晶_(若能，此问不用回答)。解析：分离 NaCl 和 BaCl2两种固体混合物，可先溶于水，然后加入过量 Na2CO3溶液使 BaCl2转化为沉淀，过滤得到的沉淀 A(BaCO3)经洗涤后加入盐酸可生成 BaCl2溶液，经蒸发、结晶、干燥后可得固体 BaCl2；操作所得滤液为 NaCl 和过量 Na2CO3的混合溶液，蒸发结晶得到固体C 为 NaCl 和 Na2CO3，应加入过量盐酸除去过量 Na2CO3得 NaCl。2食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料，粗盐中常含有少量泥沙及 Ca2、Mg2、SO24等杂质离子。为除去粗盐中的 Ca2、Mg2、SO24以及泥沙等杂质，某同学设计了一种制备精盐的实验方案，步骤如下：(1)为除去 Ca2、Mg2、SO24，步骤需加入以下三种溶液(用于沉淀的试剂稍过量)ANa2CO3 BBaCl2 CNaOH加入的顺序为_BCA(或 CBA 或 BAC)_(填字母)。(2)请写出步骤中涉及反应的离子方程式：CO232H=H2OCO2、OHH=H2O。(3)粗盐提纯的整个操作过程中多处使用到玻璃棒，步骤蒸发过程中使用玻璃棒的作用是_搅拌，防止局部过热使液体飞溅_。(4)若先加盐酸再过滤，将对提纯效果产生影响，其原因是_在酸性条件下会有部分沉淀溶解，从而影响精盐的纯度_。实验活动 5不同价态含硫物质的转化实验活动 5不同价态含硫物质的转化实验目的1通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。2应用氧化还原反应的原理实现不同价态含硫物质的转化。实验步骤1硫化钠转化为单质硫(1)实验操作(2)实验现象甲：有_淡黄色沉淀_生成；乙：紫红色_褪色_，产生_淡黄色沉淀_。(3)实验结论S2能被 H2SO3溶液及酸性 KMnO4溶液_氧化_生成_单质 S_。2浓硫酸转化为二氧化硫(1)实验装置及操作(2)实验现象A 试管中有_气泡_生成，溶液变_蓝色_，铜片_溶解_，B 试管中品红溶液_褪色_。(3)浓硫酸和铜反应的化学方程式：Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O。3硫转化为硫化亚铁(1)实验装置及操作(2)实验现象：混合物继续保持_红热状态_，最后生成_黑色_固体。(3)硫粉和铁粉反应的化学方程式：FeSFeS。问题讨论1在上述实验中，含硫物质中硫元素的价态发生了怎样的变化？提示：转化前的含硫物质转化后的含硫物质价态变化Na2SS20H2SO3S40H2SO4SO264SFeS022.实验 1 中用浸 NaOH 溶液的棉团塞住试管口的作用是什么？提示：吸收实验过程中可能产生的有毒气体硫化氢和二氧化硫。3铁粉与硫粉在空气中混合燃烧时，可能发生哪些反应？提示：SO2SO2，FeSFeS，3Fe2O2Fe3O4。跟|踪|训|练1.某化学小组欲探究不同价态硫元素间的转化，请回答下列问题：(1)请帮他们完成以下实验报告：实验目的：探究三种价态(0、4、6)硫元素间的相互转化。选用试剂：硫黄、浓硫酸、二氧化硫、氯水、硫化氢、铜片、氧气。实验记录(画斜线部分不必填写)：实验编号预期的转化选择的试剂实验现象结论(用化学方程式表示)SSO2硫黄、氧气_蓝紫色火焰_SO2S二氧化硫、硫化氢 SO22H2S=3S2H2OSO2H2SO4二氧化硫、氯水氯水褪色 SO2Cl22H2O=H2SO42HCl浓硫酸SO2_铜片、_浓硫酸_ Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O问题讨论：从三种价态(0、4、6)硫元素间的相互转化还可得到规律：当硫元素处于最低价时只有_还原_性，处于最高价时只有_氧化_性，处于中间价时既有_氧化(或还原)_性，又有_还原(或氧化)_性。(2)根据以上规律判断，下列物质中既有氧化性，又有还原性的有_AE_(填字母)。ACl2BNaCNaDClESO22亚硫酸钠(Na2SO3)是一种重要的化工产品，常用作防腐剂、漂白剂、脱氯剂等。为探究Na2SO3的性质，进行了如下实验。性质预测(1)Na2SO3中硫元素的化合价是_4_，属于 S 元素的中间价态，既具有氧化性，又具有还原性。实验验证实验序号实验试剂 X实验现象酸性 KMnO4溶液、稀硫酸紫红色褪去，变为无色Na2S 溶液、稀硫酸资料：酸性条件下，KMnO4被还原为无色的 Mn2。分析解释(2)实验中，反应的离子方程式是 6H5SO232MnO 4=5SO242Mn23H2O。(3)实验中，能说明 Na2S 在酸性条件下被氧化的实验现象是_加入 Na2S 溶液，无明显现象；再加入稀硫酸，产生淡黄色浑浊_。继续探究(4)甲同学认为实验的现象不能直接得出“Na2SO3具有氧化性”。对淡黄色浑浊产生的原因作出如下假设：假设 a：酸性溶液中的 SO24具有氧化性，可产生 S；假设 b：空气中存在 O2，在酸性条件下，由于 4H2S2O2=2S2H2O(用离子方程式表示)，可产生 S；假设 c：酸性溶液中的 SO23具有氧化性，可产生 S。设计实验证实了假设 a 和 b 不是产生 S 的主要原因。实验：向 Na2S 溶液中加入_稀硫酸_(填试剂名称)，产生有臭鸡蛋气味的气体，溶液未变浑浊。(5)结合实验和，用离子方程式解释实验中产生淡黄色浑浊的原因：6HSO232S2=3S3H2O。解析：(1)Na2SO3中氧元素为2 价，钠元素为1 价，故硫元素的化合价是4。(2)由资料可知，酸性条件下，KMnO4被还原为无色的 Mn2，Na2SO3与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为 6H5SO232MnO 4=5SO242Mn23H2O。(3)向 Na2SO3溶液中加入 Na2S 溶液，无明显现象；再加入稀硫酸，产生淡黄色浑浊，生成 S，说明 Na2S 在酸性条件下被氧化。(4)空气中存在 O2，在酸性条件下，反应的离子方程式为 4H2S2O2=2S2H2O。实验：向 Na2S溶液中加入稀硫酸，产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S)，溶液未变浑浊，说明没有 S 生成，稀硫酸可以提供假设 a 的 SO24和 H，提供 b 中的 H。(5)实验证实了假设 a 和 b 不是产生 S 的主要原因，实验中 Na2SO3和 Na2S 反应生成 S，离子方程式为 6HSO232S2=3S3H2O。章 末 总 结例题 1(2023浙江卷，9)下列反应的离子方程式正确的是(B)A碘化亚铁溶液与等物质的量的氯气：2Fe22I2Cl2=2Fe3I24ClB向次氯酸钙溶液通入足量二氧化碳：ClOCO2H2O=HClOHCO 3C铜与稀硝酸：Cu4H2NO 3=Cu22NO22H2OD向硫化钠溶液通入足量二氧化硫：S22SO22H2O=H2S2HSO 3解析：碘化亚铁溶液与等物质的量的氯气，碘离子与氯气恰好完全反应：2ICl2=I22Cl，A 错误；向次氯酸钙溶液通入足量二氧化碳，反应生成碳酸氢钙和次氯酸：ClOCO2H2O=HClOHCO 3，B 正确；铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水：3Cu8H2NO 3=3Cu22NO4H2O，C 错误；向硫化钠溶液通入足量二氧化硫，溶液变浑浊，溶液中生成亚硫酸氢钠：2S25SO22H2O=3S4HSO 3，D 错误。例题 2(2023北京卷，7)蔗糖与浓硫酸发生作用的过程如图所示。下列关于该过程的分析不正确的是(C)A过程白色固体变黑，主要体现了浓硫酸的脱水性B过程固体体积膨胀，与产生的大量气体有关C过程中产生能使品红溶液褪色的气体，体现了浓硫酸的酸性D过程中蔗糖分子发生了化学键的断裂解析：浓硫酸具有脱水性，能将有机物中的 H 原子和 O 原子按 21 的比例脱除，蔗糖中加入浓硫酸，白色固体变黑，体现浓硫酸的脱水性，A 项正确；浓硫酸脱水过程中释放大量热，此时发生反应 C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O，产生大量气体，使固体体积膨胀，B 项正确；结合选项 B 可知，浓硫酸脱水过程中生成的 SO2能使品红溶液褪色，体现浓硫酸的强氧化性，C项错误；该过程中，蔗糖发生化学反应，发生了化学键的断裂，D 项正确。例题 3(2023浙江 1 月)下列反应的离子方程式不正确的是(D)ACl2通入氢氧化钠溶液：Cl22OH=ClClOH2OB氧化铝溶于氢氧化钠溶液：Al2O32OH=2AlO 2H2OC过量 CO2通入饱和碳酸钠溶液：2NaCO23CO2H2O=2NaHCO3DH2SO3溶液中滴入氯化钙溶液：SO23Ca2=CaSO3解析：Cl2通入氢氧化钠溶液中反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为 Cl22OH=ClClOH2O，选项 A 正确；氧化铝溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和水，反应的离子方程式为 Al2O32OH=2AlO 2H2O，选项 B 正确；过量 CO2通入饱和碳酸钠溶液反应产生碳酸氢钠晶体，反应的离子方程式为 2NaCO23CO2H2O=2NaHCO3，选项 C 正确；H2SO3溶液中滴入氯化钙溶液，因亚硫酸酸性弱于盐酸，不能发生反应，选项 D 不正确。例题 4(2023全国乙，5)一些化学试剂久置后易发生化学变化。下列化学方程式可正确解释相应变化的是(D)A硫酸亚铁溶液出现棕黄色沉淀：6FeSO4O22H2O=2Fe2(SO4)32Fe(OH)2B硫化钠溶液出现浑浊颜色变深：Na2S2O2=Na2SO4C溴水颜色逐渐褪去：4Br24H2O=HBrO47HBrD胆矾表面出现白色粉末：CuSO45H2O=CuSO45H2O解析：溶液呈棕黄色是因为有 Fe3，有浑浊是产生了 Fe(OH)3，因为硫酸亚铁久置后易被氧气氧化，化学方程式为 12FeSO43O26H2O=4Fe2(SO4)34Fe(OH)3，A 错误；硫化钠在空气中易被氧气氧化为淡黄色固体硫单质，使颜色加深，化学方程式为 2Na2SO22H2O=4NaOH2S，B 错误；溴水的主要成分是溴和水，它们会反应，但速度很慢，Br2H2O=HBrOHBr,2HBrO=2HBrO2，所以溴水放置太久会变质。但不是生成高溴酸，所以选项中的化学方程式错误，C 错误；胆矾为 CuSO45H2O，颜色为蓝色，如果表面失去结晶水，则变为白色的CuSO4，化学方程式为 CuSO45H2O=CuSO45H2O，方程式正确，D 正确。故选 D。例题 5(2022全国乙)某白色粉末样品，可能含有 Na2SO4、Na2SO3、Na2S2O3和 Na2CO3。取少量样品进行如下实验：溶于水，得到无色透明溶液向的溶液中滴加过量稀盐酸，溶液变浑浊，有刺激性气体逸出。离心分离。取的上层清液，向其中滴加 BaCl2溶液有沉淀生成。该样品中确定存在的是(A)ANa2SO4、Na2S2O3 BNa2SO3、Na2S2O3CNa2SO4、Na2CO3 DNa2SO3、Na2CO3解析：由题意可知，取少量样品溶于水得到无色透明溶液，说明固体溶于水且相互之间能共存，向的溶液中滴加过量稀盐酸，溶液变浑浊，有刺激性气体放出，说明固体中存在Na2S2O3，发生反应 S2O232H=SH2OSO2，离心分离，取的上层清液，向其中滴加 BaCl2溶液，有沉淀生成，则沉淀为 BaSO4，说明固体中存在 Na2SO4，不能确定是否有 Na2SO3和 Na2CO3，Na2SO3与过量盐酸反应生成二氧化硫，Na2CO3与过量盐酸反应生成二氧化碳，而这些现象可以被 Na2S2O3与过量盐酸反应的现象覆盖掉，综上分析，该样品中确定存在的是 Na2SO4、Na2S2O3，故选 A。例题 6(2022全国甲，3)能正确表示下列反应的离子方程式为(D)A硫化钠溶液和硝酸混合：S22H=H2SB明矾溶液与过量氨水混合：Al34NH32H2O=AlO 24NH 4C硅酸钠溶液中通入二氧化碳：SiO23CO2H2O=HSiO 3HCO 3D 将等物质的量浓度的 Ba(OH)2和 NH4HSO4溶液以体积比 12 混合：Ba22OH2HSO24=BaSO42H2O解析：硝酸具有强氧化性，可以将 S2氧化为 S 单质，自身根据其浓度大小还原为 NO 或NO2，反应的离子方程式为 4H2NO 3S2=S2NO22H2O(浓)或 8H2NO 33S2=3S2NO4H2O(稀)，A 错误；明矾在水中可以电离出 Al3，可以与氨水中电离出的 OH发生反应生成 Al(OH)3，但由于氨水的碱性较弱，生成的 Al(OH)3不能继续与弱碱发生反应，故反应的离子方程式为 Al33NH3H2O=Al(OH)33NH 4，B 错误；硅酸的酸性小于碳酸，向硅酸钠溶液中通入二氧化碳时，生成硅酸沉淀，二氧化碳则根据其通入的量的多少反应为碳酸根或碳酸氢根，反应的离子方程式为 SiO23H2OCO2=H2SiO3CO23(CO2少量)或 SiO232H2O2CO2=H2SiO32HCO 3(CO2过量)，C 错误；将等物质的量浓度的 Ba(OH)2与 NH4HSO4溶液以体积比 12 混合，Ba(OH)2电离出的 OH与 NH4HSO4电离出的 H反应生成水，Ba(OH)2电离出的 Ba2与 NH4HSO4电离出的 SO24反应生成 BaSO4沉淀，反应的离子方程式为 Ba22OH2HSO24=BaSO42H2O，D 正确。例题 7(2022广东高考 6 月，3)广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是(C)A.南宋鎏金饰品B.蒜头纹银盒 C.广彩瓷咖啡杯D.铜镀金钟座解析：鎏金饰品是用金汞合金制成的金泥涂饰器物的表面，经过烘烤，汞蒸发而金固结于器物上的一种传统工艺，其中不含硅酸盐，故 A 项不符合题意；蒜头纹银盒中主要成分为金属银，其中不含硅酸盐，故 B 项不符合题意；广彩瓷咖啡杯由黏土等硅酸盐产品烧制而成，其主要成分为硅酸盐，故 C 项符合题意；铜镀金钟座是铜和金等制作而成，其中不含硅酸盐，故 D项不符合题意。微专题 1SO微专题 1SO2 2的制备SO的制备SO2 2、CO、CO2 2的鉴别与除杂的鉴别与除杂一、SO2的制备实验室可用亚硫酸钠与硫酸反应制取二氧化硫。(1)反应原理Na2SO3H2SO4=SO2Na2SO4H2O。(2)实验装置(3)注意：硫酸的浓度不宜过大也不宜过小。用 NaOH 溶液吸收尾气时应防倒吸。二、SO2和 CO2的鉴别与除杂1SO2与 CO2的鉴别(1)单一气体的鉴别SO2和 CO2都能使澄清石灰水变浑浊，继续通入过量的气体，沉淀都会消失，故不能用Ca(OH)2鉴别。可以用以下方法鉴别：SO2的漂白性：使品红溶液褪色的是 SO2，不褪色的是 CO2。SO2的氧化性：通入 H2S 溶液变浑浊的是 SO2，无明显现象的是 CO2。SO2的还原性：通入酸性 KMnO4溶液或溴水等有色氧化性物质中，使溶液褪色的是 SO2，不褪色的是 CO2。(2)混合气体的鉴别流程设计实验装置特别提醒：可将除去和检验 SO2是否除尽合并为一个装置，用较浓的酸性 KMnO4溶液，颜色变浅。2除去 CO2中 SO2的两种方法(1)利用二氧化硫的还原性，用酸性高锰酸钾溶液、氯水、溴水等除去。(2)利用亚硫酸的酸性比碳酸强，用饱和碳酸氢钠溶液除去。跟|踪|训|练1.(2023海东高一检测)可用于除去 CO2中混有的少量 SO2的试剂是(A)A饱和 NaHCO3溶液 B饱和食盐水CNaOH 溶液 D足量澄清石灰水解析：SO2与饱和 NaHCO3溶液反应产生 CO2气体，能够达到除杂、净化的目的，A 正确；SO2、CO2气体都能在饱和食盐水中溶解，不能达到除杂的目的，B 错误；SO2、CO2气体都是酸性氧化物，二者都能与 NaOH 溶液反应形成盐，不能达到除杂、净化的目的，C 错误；SO2、CO2气体都是酸性氧化物，二者都能与足量澄清石灰水反应形成难溶性物质，不能达到除杂、净化的目的，D 错误。2下列溶液或用品中：澄清石灰水；H2S 溶液；酸性 KMnO4溶液；溴水；BaCl2溶液；品红溶液；湿润的蓝色石蕊试纸。不能区别 SO2和 CO2气体的是(B)A BC D解析：二者均使石灰水变浑浊；SO2与 H2S 溶液反应生成 S 沉淀；和SO2可使酸性KMnO4溶液和溴水褪色；二者与 BaCl2溶液均不反应；SO2使品红溶液褪色；二者均使湿润的蓝色石蕊试纸变红，故选 B。3吸烟有害健康，因为香烟烟雾中含有 CO、CO2、SO2、H2O 等气体，用无水硫酸铜、澄清石灰水、红热氧化铜、碱石灰、品红溶液、足量酸性高锰酸钾溶液等可将其一一检出，检出的正确顺序是(C)A混合气B混合气C混合气D混合气解析：利用红热氧化铜检验 CO，利用品红溶液检验 SO2，利用澄清石灰水检验 CO2，利用无水硫酸铜检验 H2O(g)，利用高锰酸钾除去多余的 SO2，考虑排除干扰因素，正确的操作顺序为检验 H2O(g)检验 SO2除去多余 SO2检验 CO2干燥气体检验 CO。0 04.检验 SO2中是否混有 CO2气体，可采用的方法是(D)A通过品红溶液B先通过 NaOH 溶液，再通过澄清石灰水C通过澄清石灰水D先通过足量酸性 KMnO4溶液，再通过澄清石灰水解析：品红溶液可检验 SO2，A 错误；SO2、CO2均与 NaOH 溶液反应，B 错误；SO2、CO2均使澄清石灰水变浑浊，C 错误；先通过足量酸性 KMnO4溶液可除去 SO2，再通过澄清石灰水变浑浊可检验 CO2存在，D 正确。5某兴趣小组为丰富课本所学的 SO2性质，设计了下列系列实验：(1)用下图装置制取并收集 SO2Na2SO3久置于空气中易变质，体现了 Na2SO3具有_还原_性。烧杯中 NaOH 溶液的作用是_吸收 SO2气体，防止污染环境_。(2)用如图装置验证 SO2与 Na2CO3反应能生成 CO2。试剂 X 是_品红溶液_，其作用是_检验 SO2是否除尽_。当观察到_品红溶液不褪色，澄清石灰水浑浊_，即证明 SO2与 Na2CO3反应能生成 CO2。解析：(1)Na2SO3久置于空气中易变质，体现了 Na2SO3具有还原性，被氧化生成硫酸钠；二氧化硫有毒，会污染空气，所以烧杯中 NaOH 溶液的作用是吸收 SO2气体，防止污染环境；(2)试剂 X 是品红溶液，其作用是检验 SO2是否除尽，避免干扰二氧化碳的检验；当观察到品红溶液不褪色，澄清石灰水变浑浊，即证明 SO2与 Na2CO3反应能生成 CO2。6现有混有少量 SO2杂质的 CO2气体，请选用适当的实验装置，收集纯净干燥的 CO2气体。(1)要达到实验目的，按气流从左到右，各接口连接顺序正确的是_B_(填字母，下同)。Adcabh Befabg Cfeabg(2)本实验除去 SO2的原理是利用 SO2的_C_。A氧化性 B漂白性C还原性 D酸性(3)SO2与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式是 5SO22MnO 42H2O=5SO242Mn24H。解析：根据题中所给装置，应将混有少量 SO2杂质的 CO2气体通过酸性高锰酸钾溶液除去二氧化硫，然后用浓硫酸干燥，最后用向上排空气法收集干燥的二氧化碳。微专题 2硝酸与金属反应的相关计算微专题 2硝酸与金属反应的相关计算1思维模型2计算方法(以 Cu 与硝酸反应为例)(1)原子守恒法：反应前所有的 N 元素只存在于 HNO3中，反应后含 N 元素的物质有 HNO3的还原产物(假设有 NO2、NO)和 Cu(NO3)2，则有n(HNO3)消耗n(NO2)n(NO)2nCu(NO3)2。(2)得失电子守恒法：反应中失去电子的是参加反应的 Cu，Cu2eCu2；得到电子的是被还原的 HNO3(假设还原产物为 NO2、NO)，NO 3eNO2、NO 33eNO。根据得失电子守恒，则有 2n(Cu)n(NO2)3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失的电子最终由氧气得到，则有 2n(Cu)4n(O2)。(3)电荷守恒法：在 Cu 与 HNO3反应后的溶液中，若 HNO3不过量，阳离子只有 Cu2，阴离子只有 NO 3(此类计算不考虑 H2O 电离出的极少量的 H、OH)；若 HNO3过量，溶液中的阳离子有 Cu2和 H，阴离子只有 NO 3。则有若 HNO3不过量：n(NO 3)2n(Cu2)；若 HNO3过量：n(NO 3)2n(Cu2)n(H)。(4)离子方程式计算法：金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中 NO 3在硫酸提供 H的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算 3Cu8H2NO 3=3Cu22NO4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或 H或 NO 3进行相关计算，且要符合电荷守恒。3常见的两种计算(1)硝酸与铜反应浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为 NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为 NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO 3又被还原为 NO。(2)稀硝酸与铁反应Fe(少量)4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O；3Fe(过量)8HNO3(稀)=3Fe(NO3)22NO4H2O。n(HNO3)n(Fe)4，产物为 Fe(NO3)3；n(HNO3)n(Fe)83，产物为 Fe(NO3)2；83n(HNO3)n(Fe)4，产物为 Fe(NO3)3和 Fe(NO3)2。跟|踪|训|练1.铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和 NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与 5.6 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，则消耗铜的质量为(B)A16 g B32 gC64 g D无法计算解析：铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和 NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与5.6 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，则整个过程中 HNO3反应前后没有变化，证明氧气得到的电子和铜失去的电子相同，由电子守恒可知n(Cu)2n(O2)4，n(Cu)25.6 L22.4 Lmol10.5 mol，消耗铜的质量0.5 mol64 gmol132 g。2在一定温度下，32 g 金属铜与足量某浓度的硝酸溶液完全反应，生成 NO2和 NO 的物质的量之比为 13，则反应过程中转移的电子为(A)A1 mol B2 mol C3 mol D4 mol解析：因铜完全反应，则铜失去的电子数即为该反应过程中转移的电子数，即反应过程中转移电子的物质的量为32 g64 gmol121 mol，故 A 项正确。3某 100 mL 混合液中，HNO3和 H2SO4的物质的量浓度分别是 0.4 molL1和 0.1 molL1，向该混合液中加入 1.92 g 铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中 Cu2的物质的量浓度(忽略体积变化)为(B)A0.15 molL1 B0.225 molL1C0.35 molL1 D0.45molL1解析：解答本题要从离子反应的角度来考虑，H2SO4提供的 H可以和 NO 3构成强氧化性环境，继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合液中 H总的物质的量为 0.06 mol，NO 3的物质的量为0.04 mol，Cu 的物质的量为 0.03 mol。Cu 与稀硝酸发生反应：3Cu8H2NO 3=3Cu22NO4H2O3 82003 mol 0.06 mol0.04 molH量不足，应根据 H的物质的量来计算。3Cu8H2NO 3=3Cu22NO4H2O 830.06 moln(Cu2)n(Cu2)0.06 mol380.022 5 mol，c(Cu2)0.022 5 mol0.1 L0.225 molL1。4(2023长春实验中学高一检测)将 3.84 g Cu 和一定量的浓 HNO3反应，当 Cu 反应完全时，共收集到 2.24 L NO2和 NO 的混合气体(标准状况，不考虑 NO2转化为 N2O4)，则反应中消耗HNO3的物质的量为(D)A0.1 mol B0.24 molC0.16 mol D0.22 mol解析：铜与硝酸反应转化为 Cu(NO3)2、NO 和 NO2，根据铜原子守恒nCu(NO3)2n(Cu)3.84 g64 gmol10.06 mol，NO 和 NO2的物质的量共为nVVm2.24 L22.4 Lmol10.1 mol，根据氮原子守恒：n(HNO3)2nCu(NO3)2n(NO)n(NO2)20.06 mol0.1 mol0.22 mol。5将 14 g 铜银合金与足量的硝酸反应，放出的气体与标准状况下体积为 1.12 L 的 O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，则合金中铜的质量为(B)A4.8 g B3.2 gC6.4 g D10.8 g6(2023吉林省实验中学高一期中)a mol FeS 与b mol FeO 投入到V L c molL1硝酸中充分反应，产生 NO 气体，所得澄清溶液成分可看作是 Fe(NO3)3和 H2SO4的混合液，则反应中未被还原的硝酸可能为(D)(ab)63 g (ab)189 g(cVab3)mol (cV9ab3)molA B C D解析：由 Fe 守恒可知，nFe(NO3)3(ab)mol，则反应未被还原的硝酸的物质的量n(NO 3)3(ab)mol，其质量为(ab)189 g；由 S 守恒可知，n(H2SO4)a mol，由电子转移守恒可知，被还原的硝酸的物质的量为(ab)8a3 mol9ab3 mol，则反应中未被还原的硝酸为(cV9ab3)mol。7将 32.64 g 铜与 140 mL 一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共 11.2 L。请回答下列问题：(1)产生一氧化氮的体积为_5.824_L(标准状况下)。(2)待反应结束后，向溶液中加入V mL a molL1氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的 Cu2全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为 aV 1030.50.14molL1(不必化简)。(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气_0.255_mol。解析：(1)该过程发生两个反应：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。设生成的 NO 和 NO2的物质的量分别为x、y，则xy0.5 mol,1.5x0.5y0.51 mol，解得x0.26 mol，y0.24 mol，故标准状况下V(NO)0.26 mol22.4 Lmol15.824 L。(2)Cu2恰好全部转化为沉淀时，溶液中未被还原的 HNO3的物质的量n(HNO3)n(NaOH)，表现氧化性的 HNO3的物质量为n(HNO3)n(NO)n(NO2)，故原硝酸中 HNO3的物质的量n(HNO3)n(NaOH)n(NO)n(NO2)(aV1030.5)mol，则c(HNO3)aV 1030.50.14 molL1。(3)通入氧气的目的是将 0.26 mol NO 和 0.24 mol NO2全部转化为 HNO3。根据得失电子守恒：4n(O2)3n(NO)n(NO2)30.26 mol0.24 mol1.02 mol，则n(O2)0.255 mol。阶段重点突破练(二)一、氮及其氧化物重要性质及相关计算1(2023西安高一检测)下列反应属于固氮反应的是(D)A8NH36NO2=催化剂 7N212H2OBO22NO=2NO2CNH3HCl=NH4ClDN23H2高温、高压 催化剂2NH32(2023福州高一检测)下列说法正确的是(B)A实验室能用排空气法收集 N2、NO 和 NO2BNO2为红棕色气体，NO 为无色气体C除去 NO2中的 NO 气体可以使混合气体通过蒸馏水DNO、NO2、N2O4、N2O5都属于酸性氧化物解析：N2的密度与空气接近，容易混合，不能使用排空气法收集；NO 与 O2反应产生 NO2，也不能使用排空气法收集，A 错误；NO 为无色气体，NO2为红棕色气体，B 正确；NO2与水反应产生 HNO3和 NO，因此除去 NO 中的 NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水，C 错误；NO 是不成盐氧化物；NO2、N2O4与水反应时 N 元素化合价会发生变化，也不是酸性氧化物；只有 N2O5属于酸性氧化物，D 错误。3将盛有 NO 和 NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中 NO 和 NO2的体积比是(C)A11 B12 C13 D14二、氨及铵盐4(2023玉溪高一检测)相同的实验仪器可以有不同的用途。下列有关实验操作正确的是(D)5实验室里可按如下图所示的装置来干燥、收集气体 R，多余的气体 R 可用水吸收，则气体 R 是(D)AHCl BCl2 CCO DNH3解析：从储气瓶导管长短及防倒吸装置可看出 R 应是一种比空气密度小，易溶于水的气体，故 D 正确。6(2022湖南选择考)科学家发现某些生物酶体系可以促进 H和 e的转移(如 a、b 和c)，能将海洋中的 NO 2转化为 N2进入大气层，反应过程如图所示。下列说法正确的是(D)A过程中 NO 2发生氧化反应Ba 和 b 中转移的 e数目相等C过程中参与反应的n(NO)n(NH 4)14D过程的总反应为 NO 2NH 4=N22H2O解析：由图示可知，过程 I 中 NO 2转化为 NO，氮元素化合价由3 降低到2，NO 2是氧化剂，被还原，发生还原反应，A 错误；由图示可知，过程为 NO 2在酶 1 的作用下转化为 NO和 H2O，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为 NO 22HeNOH2O，生成 1 mol NO，a 过程转移 1 mol e；过程为 NO 和 NH 4在酶 2 的作用下发生氧化还原反应生成 H2O 和 N2H4，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为 NONH 43e2HH2ON2H4，消耗 1 mol NO，b 过程转移 4 mol e，转移电子数目不相等，B错误；由图示可知，过程中发生反应的离子方程式为 NONH 43e2HH2ON2H4，n(NO)n(NH 4)11，C 错误；由图示可知，过程中发生反应的离子方程式为 N2H4N24H4e，过程的总反应为 NO 2NH 4=N22H2O，D 正确。7已知氨气可与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用如图中的装置(省略夹持装置及加热装置)可以实现该反应。实验时 C 中粉末逐渐变为红色，D 中出现无色液体。下列有关说法正确的是(D)A试管 A 中加入的试剂为 NH4Cl 固体B反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为 23C装置 B 中加入的物质可以是碱石灰或无水氯化钙D装置 D 中液体可以使干燥的红色石蕊试纸变蓝三、硝酸的性质和计算8下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(D)选项实验操作现象解释或结论将过量的 Fe 粉加入稀HNO3中，充分反应后，滴入 KSCN 溶液溶液呈红色稀 HNO3将 Fe 氧化为 Fe3浓 HNO3久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解铝箔插入稀 HNO3中无现象铝箔表面被 HNO3氧化，形成致密的氧化膜用玻璃棒蘸取浓 HNO3点到蓝色石蕊试纸上试纸先变红色后褪色浓 HNO3具有酸性和强氧化性A.B C D解析：将过量的铁粉加入稀 HNO3中，生成 Fe2，加入 KSCN 溶液时，颜色不变，故错；浓 HNO3久置变黄是因为 HNO3分解产生的 NO2溶于浓 HNO3所致，故正确；铝箔遇浓 HNO3钝化，遇稀 HNO3会溶解，故错；浓 HNO3具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色，故正确。90.3 mol Cu2S 与 HNO3溶液恰好完全反应，生成 Cu(NO3)2、H2SO4、NO 和 H2O，则未被还原的 HNO3的物质的量是(B)A1.0 mol B1.2 molC0.3 mol D2.2 mol解析：未被还原的 HNO3中的氮原子的物质的量反应后 Cu(NO3)2中氮原子的物质的量。由Cu2S2Cu(NO3)2得，nCu(NO3)20.6 mol，所以未被还原的 HNO3的物质的量是 1.2 mol。10向含有 1 mol HNO3和 1 mol H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量，溶液中金属阳离子 a、b 与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有 NO)。下列有关判断不正确的是(C)Aa 表示 Fe3的关系曲线Bn10.75CP 点时，n(Fe2)0.562 5 molD向 P 点溶液中加入铜粉，最多可溶解 14.4 g解析：该反应可以看作两步：Fe4HNO 3=Fe3NO2H2O，硝酸根离子过量，氢离子不足；2Fe3Fe=3Fe2。a 表示 Fe3的关系曲线，A 正确；溶液中共有 3 mol H参加反应，消耗铁为 0.75 mol，B 正确；P 点n(Fe2)n(Fe3)，二者均为 0.45 mol，C 错误；剩余0.45 mol Fe3，消耗 0.225 mol 铜，质量为 14.4 g，D 正确。四、氮及其