高三化学下考点34 物质的制备试题及答案

考点 34 物质的制备 [题组一 基础小题] 1．下列有关物质的制备的说法不正确的是(  ) A．用碳酸钠粉末可以制备 CO2 B．欲制备 Fe(OH)3 胶体，向盛有沸水的烧杯中滴加 FeCl3 饱和溶液并长时 间煮沸 C．加热分解 NH4HCO3 固体，将所得的气体进行适当处理可获得 NH3 D．在氯化氢气氛中加热蒸发 MgCl2 溶液，制备无水 MgCl2 答案 B 解析 选项 A，Na2CO3 粉末可以与稀硫酸等反应获取 CO2；选项 B，长时 间煮沸得到的是 Fe(OH)3 沉淀；选项 C，加热 NH4HCO3 得到 CO2、NH3、H2O 的混合气体，将混合气体通过碱石灰除去 CO2 和 H2O 即可得到 NH3；选项 D， 加热蒸发 MgCl2 溶液制取无水 MgCl2，需要防止 Mg2＋的水解，故需要在氯化氢 的气氛中进行，D 项正确。 2．如图各相应仪器中加入的试剂，可用于制取、净化、收集的气体是(  ) 气体 a b c A H2 稀硫酸 锌粒 浓硫酸 B Cl2 浓盐酸 高锰酸钾 浓硫酸 C C2H2 食盐水 电石 硫酸铜溶液 D O2 过氧化氢 二氧化锰 浓硫酸 答案 D 解析 氢气、乙炔应该分别用向下排空气法和排水法收集，故 A、C 项错误； 氯气中的氯化氢气体不能用浓硫酸除去，B 项错误；D 项中氧气的制取、净化、 收集均正确。 3．六价铬有毒，而 Cr3＋相对安全。工业含铬(CrO3)废渣无害化处理的方法 之一是干法解毒，用煤不完全燃烧生成的 CO 还原 CrO3。在实验室中模拟这一 过程的装置如图所示，CO 由甲酸脱水制得；实验结束时熄灭酒精灯的顺序是 (  ) A．Ⅲ、Ⅰ、Ⅳ B．Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ C．Ⅲ、Ⅳ、Ⅰ D．Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ 答案 A 解析 CO 由甲酸脱水制得，一氧化碳是有毒气体，不能直接排放到空气中， 最后需要点燃除去，Ⅲ装置中发生的反应是 CO 还原 CrO3，需要冷却后再停止 通一氧化碳气体，防止还原产物被氧化，所以熄灭酒精灯的顺序是先熄灭Ⅲ，再 熄灭Ⅰ，最后熄灭Ⅳ，故选 A。 4．在实验室进行物质制备，下列从原料及试剂到制取相应的最终产物的设 计合理的是(  ) A．C ― ― →在空气中点燃 CO ― ― →CuO， △ CO2 ― ― →NaOH溶液 Na2CO3 B．Cu ― ― →AgNO3溶液 Cu(NO3)2 溶液 ― ― →NaOH溶液 Cu(OH)2 C．Fe ― ― →点燃 Fe2O3 ― ― →H2SO4溶液 Fe2(SO4)3 溶液 D．CaO ― ― →H2O Ca(OH)2 溶液 ― ― →Na2CO3 NaOH 溶液 答案 D 解析 A 项中，C 在空气中点燃，生成的产物为 CO、CO2，虽然 CO 中混 有 CO2，但最终并不影响 CO2 的制取，因反应难以控制生成 CO，所以不合理； B 项中，虽然原理上可行，但硝酸银的成本太高，经济上不可行；C 项中，铁在 氧气中点燃，通常只能得到四氧化三铁，而得不到三氧化二铁，理论上不正确；D 项中，利用生石灰与水反应生成的熟石灰与碳酸钠反应制烧碱，是实验室获得少 量的烧碱的方法，可行。 5．某课外实验小组设计的下列实验合理的是(  ) A B C D 用铜与浓硫酸反应 制备 SO2 制备少量氨气 制备并收集少量 NO2 气体 制备少量氧气 答案 B 解析 A 项，铜与浓硫酸反应需要加热，错误；C 项，二氧化氮气体与水反 应不能用排水法收集，错误；D 项，Na2O2 溶于水，不能控制反应的停止，错误。 [题组二 高考小题] 6．(2017·江苏高考)下列制取 SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的 装置和原理能达到实验目的的是(  )           A.制取 SO2 B.验证漂白性 C.收集 SO2 D.尾气处理 答案 B 解析 铜片和稀硫酸不反应，无法制备 SO2，A 错误；SO2 能使品红溶液褪 色，因此可以验证 SO2 的漂白性，B 正确；SO2 密度比空气大，用排空气法收集 SO2 时，导气管应“长进短出”，C 错误；SO2 和饱和 NaHSO3 溶液不反应，因此 NaHSO3 溶液不能作为吸收液，可用 NaOH 溶液，D 错误。 7．(2016·全国卷Ⅱ)下列实验操作能达到实验目的的是(  ) 实验目的 实验操作 A 制备 Fe(OH)3 胶体 将 NaOH 浓溶液滴加到饱和 FeCl3 溶液 中 B 由 MgCl2 溶液制备无水 MgCl2 将 MgCl2 溶液加热蒸干 C 除去 Cu 粉中混有的 CuO 加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥 D 比较水与乙醇中氢的活泼性 分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧 杯中 答案 D 解析 制备 Fe(OH)3 胶体时，应将饱和 FeCl3 溶液滴入沸水中，A 项不能达 到实验目的；将 MgCl2 溶液加热蒸干将得到 Mg(OH)2，欲得到无水 MgCl2，应在 氯化氢气流中加热蒸干，B 项不能达到实验目的；向混有 CuO 的 Cu 粉中加入稀 HNO3，Cu 也会与 HNO3 发生反应，C 项不能达到实验目的。 [题组三 模拟小题] 8．(2018·天津质检)可用如图装置进行制取(必要时可加热)、净化、收集气 体的实验是(  ) A．铜和稀硝酸制一氧化氮 B．氯化钠与浓硫酸制氯化氢 C．锌和稀硫酸制氢气 D．硫化亚铁与稀硫酸制硫化氢 答案 B 解析 从题给的装置看所制取的气体应具备下列特点：①可用浓 H2SO4 干燥 (即不与浓 H2SO4 反应)，②能用排空气法收集且密度比空气大，因此应选 B。 9．(2018·银川检测)常温下，使用下图的实验装置和表中所给的试剂制取并 收集不同气体，能达到实验目的的是(  ) 选项 甲 乙 丙 制取气体 A 浓盐酸 MnO2 饱和食盐水 Cl2 B 浓氨水 碱石灰 浓硫酸 NH3 C 浓硝酸 Cu 浓硫酸 NO2 D 70%硫酸 Na2SO3 — SO2 答案 D 解析 A 项，浓盐酸和 MnO2 反应制取 Cl2，需要在加热条件下才能反应；B 项，NH3 不能用浓硫酸干燥；C 项，NO2 的密度比空气的密度大，用向上排空气 法收集，而图示中丁为向下排空气法；D 项，硫酸和 Na2SO3 反应生成 SO2，SO2 用向上排空气法收集(丙)，用 NaOH 溶液吸收尾气，丁防倒吸。 10．(2018·太原期末)工业上以粗盐(含 Ca2＋、Mg2＋、SO 2－4 等杂质)为主要原 料，采用“侯氏制碱法”生产纯碱和化肥 NH4Cl，实验室模拟工艺流程如图甲所 示。下列说法正确的是(  ) A．饱和食盐水中先通入的气体为 CO2 B．流程图中的“系列操作”中一定需要使用玻璃棒 C．如图乙所示装置可以比较 Na2CO3 和 NaHCO3 晶体的热稳定性 D．对粗盐溶液除杂可依次加入过量 NaOH、Na2CO3、BaCl2 溶液，过滤后 再加入盐酸调节溶液的 pH 答案 B 解析 A 项，二氧化碳在水中溶解度较小，氨气溶解度较大，故应先通入氨 气，使溶液为碱性溶液，再通入二氧化碳，可以达到实验目的，错误；B 项，从 溶液中得到固体，需要加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作，因此流程图中的“系 列操作”中一定需要玻璃棒搅拌、引流等，正确；C 项，Na2CO3 加热不易分解， NaHCO3 晶体加热容易分解，故小试管中盛放 NaHCO3，大试管中盛放 Na2CO3， 图中放反，错误；D 项，除去粗盐中的 Ca2＋、Mg2＋、SO 2－4 及泥沙，可以加过 量 BaCl2 除去 SO2－4 ，然后加 NaOH 除去 Mg2＋，用 Na2CO3 除去 Ca2＋和过量的 Ba2＋，盐酸要放在最后，来除去过量的 NaOH 和 Na2CO3，错误。 [题组一 基础大题] 11．铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛。利用 FeSO4 制备还原铁粉的 工业流程如下： 实验室中可用 FeSO4(用铁粉和稀硫酸反应制得)和 NH4HCO3 在如下装置模 拟上述流程中的“转化”环节。 (1)装置 A 的名称是__________，装置 B 中盛放的物质是________， NH4HCO3 盛放在装置________中。 (2)实验过程中，欲将生成的 FeSO4 溶液和 NH4HCO3 溶液混合，操作方法是 ___________________________________________________________________， 发生主要反应的离子方程式为 _________________________________________________________________。 FeSO4 溶液要现用现配制的原因是______________________，检验久置的 FeSO4 是否变质的方法是 _______________________________________________________________。 (3)干燥过程主要目的是脱去游离水，过程中会有少量 FeCO3 在空气中被氧 化为 FeOOH，该反应的化学方程式为______________________________， 取干燥后的 FeCO3 样品 12.49 g，与碳混合后焙烧，最终得到还原铁粉 6.16 g， 计算样品中杂质 FeOOH 的质量：________g。 答案 (1)分液漏斗 铁粉 C (2)(待 D 处的气体纯净后)关闭活塞 3，打开活塞 2 Fe2＋＋2HCO－3 ===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(或 Fe2＋＋HCO－3 ===FeCO3↓＋H＋、HCO－3 ＋H＋ ===CO2↑＋H2O) 亚铁离子易被氧化 取样品配成溶液，取少量溶液于试管中， 再向试管中加入 KSCN 溶液，观察是否显血红色(合理答案即可) (3)4FeCO3＋O2＋2H2O===4FeOOH＋4CO2 0.89 解析 (1)装置 A 是分液漏斗，盛放稀硫酸，装置 B 中盛放铁粉，稀硫酸与 铁粉反应生成 H2 和 FeSO4。装置 C 中盛放 NH4HCO3。 (2)检验 D 处氢气已纯净时，表明装置中空气已排尽，关闭活塞 3，打开活 塞 2，在氢气作用下将 FeSO4 溶液压入 C 中发生反应。FeSO4 具有还原性，易被 O2 氧化，故 FeSO4 溶液要现用现配。用 KSCN 溶液检验久置的 FeSO4 是否变质。 (3)FeCO3、H2O、O2 反应生成 FeOOH 和 CO2。设干燥后的 FeCO3 样品中 FeCO3、FeOOH 的物质的量分别为 x、y，则 x×116 g·mol－1＋y×89 g·mol－1＝ 12.49 g,56 g·mol－1×(x＋y)＝6.16 g，解得：x＝0.1 mol，y＝0.01 mol，故 m(FeOOH) ＝0.89 g。 [题组二 高考大题] 12．(2018·全国卷Ⅰ节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品 等方面应用广泛。回答下列问题： (1)生产 Na2S2O5，通常是由 NaHSO3 过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过 程的化学方程式：__________________________________。 (2)利用烟道气中的 SO2 生产 Na2S2O5 的工艺为： ①pH＝4.1 时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。 ②工艺中加入 Na2CO3 固体，并再次充入 SO2 的目的是 ______________________________。 答案 (1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O (2)①NaHSO3 ②得到 NaHSO3 过饱和溶液 解析 (1)亚硫酸氢钠过饱和溶液经结晶脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守 恒可知反应的方程式为 2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。 (2)①碳酸钠饱和溶液吸收 SO2 后的溶液显酸性，说明生成物是酸式盐，即Ⅰ 中为 NaHSO3 溶液。②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，因 此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到 NaHSO3 过饱和溶 液。 13．(2017·全国卷Ⅰ)Li4Ti5O12 和 LiFePO4 都是锂离子电池的电极材料，可利 用钛铁矿(主要成分为 FeTiO3，还含有少量 MgO、SiO2 等杂质)来制备。工艺流 程如下： 回答下列问题： (1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出 率为 70%时，所采用的实验条件为__________________。 (2)“酸浸”后，钛主要以 TiOCl2－4 形式存在，写出相应反应的离子方程式： _________________________________________________________________。 (3)TiO2·xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验结果如下表所示： 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O 转化率 /% 92 95 97 93 88 分析 40 ℃时 TiO2·xH2O 转化率最高的原因： ____________________。 (4)Li2Ti5O15 中 Ti 的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。 (5)若“滤液②”中 c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积 增加 1 倍)，使 Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是 否有 Mg3(PO4)2 沉淀生成？ _______________________________________________________________ (列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2 的 Ksp 分别为 1.3×10－22、1.0×10－24。 (6)写出“高温煅烧②”中由 FePO4 制备 LiFePO4 的化学方程式： ___________________________________________________________。 答案 (1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h (2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl2－4 ＋2H2O (3)低于 40 ℃，TiO2·xH2O 转化反应速率随温度升高而增加；超过 40 ℃，双 氧水分解与氨气逸出导致 TiO2·xH2O 转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO3－4 )＝1.3 × 10－22 1.0 × 10－5 mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L －1，c3(Mg2＋)·c2(PO3－4 )值为 0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40< Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成 Mg3(PO4)2 沉淀 (6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4 ===== 高温 2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O 解析 (1)根据图像分析，当铁的浸出率为 70%时，所采用的实验条件为 100 ℃、2 h,90 ℃、5 h。 (2)“酸浸”时，发生反应的离子方程式为 FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋ TiOCl2－4 ＋2H2O。 (3)当温度低于 40 ℃时，H2O2、NH3·H2O 不易分解，但是温度低，反应速率 慢，TiO2·xH2O 转化率低；当温度高于 40 ℃时，H2O2 分解，NH3 逸出，反应物 浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O 的转化率低。 (4)设 Li2Ti5O15 中过氧键的数目为 x，则非过氧键氧原子数目为 15－2x，根 据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋ 4×5，解得：x＝4。 (5)根据 Ksp(FePO4)＝1.3×10－22 及 Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中 c(Fe3＋)＝ 1.0×10－5 mol·L－1，可得 c(PO3－4 )＝1.3 × 10－22 1.0 × 10－5 mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。 c(Mg2＋)＝0.02 2 mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则 c3(Mg2＋)·c2(PO3－4 )＝0.013×(1.3×10－ 17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]＝1.0×10－24，因此不会生成 Mg3(PO4)2 沉淀。 (6)煅烧过程中，Fe 元素化合价由＋3 降至＋2，被还原，则 H2C2O4 应作还 原剂，其氧化产物为 CO2，反应的化学方程式为 2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4 ===== 高温 2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O。 14．(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温 度和催化剂条件下用 NH3 将 NOx 还原生成 N2。某同学在实验室中对 NH3 与 NO2 反应进行了探究。回答下列问题： (1)氨气的制备 ①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为 ______________________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置 →________(按气流方向，用小写字母表示)。 (2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的 NH3 充入注射器 X 中，硬质玻璃管 Y 中加入少量催化剂， 充入 NO2(两端用夹子 K1、K2 夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。 操作步骤 实验现象 解释原因 打开 K1，推动注 射器活塞，使 X 中的气体缓慢通 入 Y 管中 ①Y 管中 ________________ ②反应的化学方程式： ___________________ 将注射器活塞退 回原处并固定，待 装置恢复到室温 Y 管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 打开 K2 ③_________________ ④__________________ 答案 (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2 ===== △ 2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或 B  NH3·H2O ===== △ NH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3＋6NO2 ===== 催化剂 7N2＋12H2O ③Z 中 NaOH 溶液产生倒吸现象  ④反应后气体分子数减少，Y 管中压强小于外压 解析 (1)①制备氨气，可用 Ca(OH)2(s)和 NH4Cl(s)混合加热，可选用装置 A；也可采用加热浓氨水的方法，此时可选用装置 B。②欲得到干燥的氨气，首 先要干燥(干燥管要大口进气，小口出气)，其次要收集(氨气密度比空气小，要用 向下排空气法)，最后为尾气处理(因氨气极易溶于水，要用防倒吸的 F 装置)。 (2)NH3 和 NO2 在催化剂、一定温度下可发生反应，故 Y 管中红棕色气体慢 慢变浅；由化学方程式 8NH3＋6NO2 ===== 催化剂 7N2＋12H2O 可以得出，反应后气体 分子数减少，压强减小，故打开 K2 后，Z 中 NaOH 溶液会产生倒吸现象。 [题组三 模拟大题] 15．(2018·四川绵阳三诊)二氯化二硫(S2Cl2)在工业上用于橡胶的硫化，查阅 相关资料得到如下信息： ①干燥的氯气与硫在 110～140 ℃下反应可得 S2Cl2，S2Cl2 在 300 ℃以上完 全分解。 ②S2Cl2 常温下为红棕色液体，沸点为 137 ℃；S2Cl2 遇水生成 HCl、SO2、 S。 ③S 的熔点为 112.8 ℃，沸点为 444.6 ℃。 某班同学在实验室制备 S2Cl2 并探究其性质，回答下列问题： (一)氯气的制备 (1)氯气的发生装置可以选择图甲中的________(填字母)，反应的化学方程式 为__________________________________________。 (2)欲收集一瓶干燥的氯气，选择图甲中的装置，其连接顺序为：发生装置 →______________________(按气流方向，用小写字母表示)。 (二)S2Cl2 的制备 将上述收集到的氯气通入图乙装置，在一定温度下进行实验。 (3)证明实验中有 S2Cl2 生成的现象是__________________。若加热 G 时温度 过高，在 X 中可能出现的现象是______________。 (4)Z 中的试剂名称是________，如果没有 Z 装置，可能造成的不良影响有 ___________________________________________________________________。 (三)S2Cl2 的性质探究 (5)取少量(二)中制得的 S2Cl2 于锥形瓶中，滴加足量 NaOH 溶液，发生反应 的离子方程式为________________________________。若要检验反应后的溶液中 存在 Cl－，在滴加硝酸和硝酸银溶液之前，必须进行的操作是 _________________________________________________________________。 答案 (1)A(或 B) MnO2＋4HCl(浓) ===== △ MnCl2＋Cl2↑＋2H2O[或 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O] (2)e→f→c→d→h→g→i (3)Y 中出现红棕色液体 有淡黄色固体沉积 (4)碱石灰(或氧化钙、生石灰) 空气中的水蒸气进入 Y 中使 S2Cl2 变质；残 余 Cl2 逸散到空气中造成污染 (5)2S2Cl2＋6OH－===SO2－3 ＋3S↓＋4Cl－＋3H2O 取适量上层清液于试管 中，滴加足量 Ba(NO3)2 溶液，过滤 解析 (1)实验室中用浓盐酸与二氧化锰在加热条件下制备氯气(或用高锰酸 钾氧化浓盐酸的方法)，所以选择装置 A(或 B)，发生的反应为 MnO2＋4HCl(浓) ===== △ MnCl2＋Cl2↑＋2H2O[或 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑ ＋8H2O]。 (2)用 A(或 B)制取的氯气中含有氯化氢和水蒸气，先用饱和食盐水除去氯气 中的氯化氢，再用浓硫酸进行干燥，因为氯气的密度比空气大，收集氯气用向上 排空气法，为防止逸出的氯气污染大气，用氢氧化钠溶液吸收尾气，所以装置的 连接顺序为 e→f→c→d→h→g→i。 (3)S2Cl2 常温下是红棕色液体，若 Y 中出现红棕色液体，证明有 S2Cl2 生成； 由信息①可知 S2Cl2 在 300 ℃以上完全分解，所以加热 G 时温度过高会在 X 中有 淡黄色固体硫沉积。 (4)S2Cl2 遇水生成 HCl、SO2、S，在 Y 中的 S2Cl2 易与空气中扩散过来的水 蒸气反应而变质，且未反应的氯气逸出会污染空气，所以装置 Z 中盛装碱石灰 可解决上述问题。 (5)S2Cl2 遇水生成 HCl、SO2、S，HCl、SO2 再与氢氧化钠反应生成氯化钠、 亚硫酸钠和水，所以 S2Cl2 与 NaOH 溶液反应的离子方程式为 2S2Cl2＋6OH－ ===SO2－3 ＋3S↓＋4Cl－＋3H2O；用硝酸和硝酸银检验溶液中 Cl－的存在，则需 除去还原性离子 SO 2－3 的干扰，所以，加硝酸和硝酸银溶液前，可先加 Ba(NO3)2 溶液除去 SO2－3 ，再将溶液进行过滤。