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5.镁铝合金在交通、航空、电子等行业有着广泛的应用.某化学兴趣小组试对镁铝合金废料进行回收利用,实验中可将铝转化为硫酸铝晶体,并对硫酸铝晶体进行热重分析.镁铝合金废料转化为硫酸铝晶体实验流程如下:

试回答下列问题:
(1)在镁铝合金中加入NaOH溶液,写出反应的化学反应方程式2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑,固体B的化学式Al(OH)3
(2)操作Ⅱ包含的实验步骤有:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥.
(3)操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤,选用无水乙醇的原因是可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥.
(4)若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00g,得到固体A的质量为4.95g,硫酸铝晶体的质量为49.95g(假设每一步的转化率均为100%,合金废料中不含溶于碱的杂质).计算得硫酸铝晶体的化学式为Al2(SO43.18H2O.
(5)取上述硫酸铝晶体进行热重分析,其热分解主要分为三个阶段:323K-523K,553K-687K,1043K以上不再失重,其热分解的TG曲线见图

已知:失重%=$\frac{加热减少的质量}{原晶体样品的总质量}$×100%.
根据图示数据计算确定每步分解的产物,写出第一阶段分解产物的化学式Al2(SO43.3H2O,第三阶段反应化学方程式Al2(SO43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al2O3+3SO3↑.

分析 向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液,发生反应:2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑,镁不反应,固体A为Mg,采用过滤的方法进行分离,向滤液中通入二氧化碳,发生反应:NaAlO2+CO2+2H2O═Al(OH)3↓+NaHCO3,再通过过量进行分离,固体B为氢氧化铝,氢氧化铝与硫酸反应得到硫酸铝溶液,再经过蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体;
(1)Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠,镁不反应;
(2)从溶液中获得晶体,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作;
(3)用乙醇洗涤,可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥;
(4)Al的质量为9g-4.95g=4.05g,设硫酸铝晶体化学式为:Al2(SO43.nH2O,根据Al元素守恒计算硫酸铝晶体的物质的量,再计算硫酸铝晶体的相对分子质量,进而计算n的值,确定化学式;
(5)根据(4)中计算可知,晶体中结晶水的质量分数,低温加热,首先失去结晶水,高温下,最终硫酸铝分解,根据失重%计算判断各阶段分解产物,再书写化学方程式.

解答 解:(1)Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠与氢气,镁不反应,反应方程式为2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑,由上述分析可知,固体B为Al(OH)3
故答案为:2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑;Al(OH)3
(2)从溶液中获得晶体,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作,
故答案为:冷却结晶;过滤;
(3)用乙醇洗涤,可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥,
故答案为:可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥;
(4)Al的质量为9g-4.95g=4.05g,其物质的量为$\frac{4.05g}{27g/mol}$=0.15mol,设硫酸铝晶体化学式为:Al2(SO43.nH2O,根据Al元素守恒,硫酸铝晶体的物质的量为$\frac{0.15mol}{2}$=0.075mol,故硫酸铝晶体的相对分子质量为$\frac{49.95}{0.075}$=666,则54+96×3+18n=666,解得n=18,故该硫酸铝晶体的化学式为:Al2(SO43.18H2O,
故答案为:Al2(SO43.18H2O;
(5)晶体中结晶水的含量为$\frac{18×18}{666}$=48.65%,故第二阶段完全失去结晶水,得到物质为Al2(SO43,第一阶段失去部分结晶水,失去结晶水数目为$\frac{666×40.54%}{18}$=15,故第一阶段得到的物质为Al2(SO43.3H2O,
第三阶段剩余物质的相对分子质量为666×(1-84.68%)=102,应是Al2O3,故硫酸铝反应生成氧化铝与三氧化硫,反应方程式为:Al2(SO43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al2O3+3SO3↑,
故答案为:Al2(SO43.3H2O;Al2(SO43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al2O3+3SO3↑.

点评 本题考查实验制备方案、物质分离提纯、方案分析评价、物质组成测定等,是对学生综合能力的考查,注意(5)中充分利用硫酸铝晶体相对分子质量进行计算解答,难度中等.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

3.蚂蚁分泌的蚁酸主要成分是甲酸(结构式为,Ka=1.8×10-4),通常情况下是一种无色易挥发的液体.甲酸在浓硫酸作用下容易分解产生CO.某化学兴趣小组的同学对HCOOH的性质进行了以下探究:
I、该组同学选择如图1所示的装置探究HCOOH在浓硫酸作用下分解产生了CO,请完成下列各小题.

(1)写出甲酸分解的化学方程式HCOOH$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$CO↑+H2O;
(2)装置的连接顺序acbfged;
(3)HCOOH的分解产物中有CO的现象D中黑色粉末变成红色,C中澄清石灰水变浑浊;
(4)该实验设计有一处明显的缺陷是无尾气处理装置;
II、该组同学分析了甲酸分子结构后,认为甲酸能发生银镜反应,并设计了如图2所示的实验.
(5)依图所示的实验,加热20分钟后并没有出现光亮的银镜.请解释实验中没有产生银镜的原因由于HCOOH的酸性较强,破坏了发生银镜反应的碱性条件;
(6)请设计实验来验证你的解释先将HCOOH用NaOH溶液中和至弱碱性,再加入到银氨溶液中进行银镜反应,若产生光亮的银镜,说明HCOOH发生银镜反应需在碱性环境下进行.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.实验室用标准盐酸测定NaOH溶液的浓度,用甲基橙作指示剂,下列操作中可能使测定结果偏低的是(  )
A.酸式滴定管在装酸液前未用标准盐酸溶液润洗2~3次
B.开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡,在滴定过程中气泡消失
C.盛NaOH溶液的锥形瓶滴定前用NaOH溶液润洗2~3次
D.锥形瓶内溶液颜色由黄色变橙色,立即记下滴定管内液面所在刻度

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.硝基苯是重要的精细化工原料,是医药和染料的中间体,还可做有机溶剂.制备硝基苯的过程如下:
①配制混酸:组装如图反应装置.取100mL烧杯,用20mL浓硫酸与18mL浓硝酸配制混和酸,加入漏斗中,把18mL苯加入三颈烧瓶中.
②向室温下的苯中逐滴加入混酸,边滴边搅拌,混和均匀.
③在50~60℃下发生反应,直至反应结束.
④除去混和酸后,粗产品依次用蒸馏水和100ml 0.1mol/L的Na2CO3溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤得到粗产品.
已知(1)+HNO3(浓)$\frac{50~60℃}{98%浓{H}_{2}S{O}_{4}}$++H2O
+HNO3(浓)$\frac{95%}{98%浓{H}_{2}S{O}_{4}}$++
(2)可能用到的有关数据如表
物质熔点/℃沸点/℃密度(20℃)/g•cm-3溶解性
5.5800.88微溶于水
硝基苯5.7210.91.205难溶于水
1,3二硝基苯893011.57微溶于水
浓硝酸-831.4易溶于水
浓硫酸-3381.84易溶于水
请回答下列问题:
(1)配制混酸应在烧杯中先加入浓硝酸.
(2)恒压滴液漏斗的优点是可以保持漏斗内压强与发生器内压强相等,使漏斗内液体能顺利流下.
(3)实验装置中长玻璃管可用冷凝管(球形冷凝管或直行冷凝管均可)代替(填仪器名称).
(4)反应温度控制在50~60℃的原因是防止副反应发生.
(5)反应结束后产品在液体的下层(填“上”或者“下”),分离混酸和产品的操作方法为分液.
(6)实验前要配制100ml 0.1mol/L的Na2CO3溶液,需要用到的玻璃仪器有玻璃棒、100ml容量瓶、胶头滴管、烧杯 用Na2CO3溶液洗涤之后再用蒸馏水洗涤时,怎样验证液体已洗净?取最后一次洗涤液,向溶液中加入氯化钙,无沉淀生成,说明已洗净.
(7)为了得到更纯净的硝基苯,还须先向液体中加入氯化钙除去水,然后蒸馏.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.ClO2是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂,易溶于水.制备方法如下:

(1)步骤Ⅰ:电解食盐水制备氯酸钠.用于电解的食盐水需先除去其中的  Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质.在除杂操作时,往粗盐水中先加入过量的BaCl2(填化学式),至沉淀不再产生后,再加入过量的Na2CO3和NaOH,充分反应后将沉淀一并滤去.
(2)步骤Ⅱ:将步骤Ⅰ得到的食盐水在特定条件下电解得到氯酸钠(NaClO3),再将它与盐酸反应生成ClO2与Cl2,ClO2与Cl2的物质的量比是2:1.
(3)学生拟用如图1所示装置模拟工业制取并收集ClO2,用NaClO3和草酸(H2C2O4)恒温在60℃时反应制得.
反应过程中需要对A容器进行加热,加热的方式为水浴加热;加热需要的玻璃仪器除酒精灯外,还有温度计、大烧杯;
(4)反应后在装置C中可得亚氯酸钠(NaClO2)溶液.已知NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时,析出的晶体是NaClO2•3H2O,在温度高于38℃时析出的是NaClO2.根据如图所示NaClO2的溶解度曲线,请完成从NaClO2溶液中制得NaClO2•3H2O的操作步骤:①蒸发浓缩;②冷却(大于38℃)结晶;③洗涤;④干燥.
(5)目前我国已成功研制出利用NaClO2制取二氧化氯的新方法,将Cl2通入到NaClO2溶液中.现制取270kg二氧化氯,需要亚氯酸钠的质量是362kg.
(6)ClO2和Cl2均能将电镀废水中的剧毒CN-氧化为无毒物质,自身被还原为Cl-.处理含CN-相同量的电镀废水,所需Cl2的物质的量是ClO2的2.5倍.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.用1-丁醇、溴化钠和较浓H2SO4混合物为原料,在实验室制备1-溴丁烷,并检验反应的部分副产物.(已知:NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑)现设计如下装置,其中夹持仪器、加热仪器及冷却水管没有画出.请回答下列问题:
(1)仪器A的名称是三颈烧瓶.
(2)关闭a和b、接通竖直冷凝管的冷凝水,给A加热30分钟,制备1-溴丁烷.写出该反应的化学方程式CH3CH2CH2CH2OH+NaBr+H2SO4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH3CH2CH2CH2Br+NaHSO4+H2O.
(3)理论上,上述反应的生成物还可能有:丁醚、1-丁烯、溴化氢等.熄灭A处酒精灯,在竖直冷凝管上方塞上塞子,打开a,利用余热继续反应直至冷却,通过B、C装置检验部分副产物.B、C中应盛放的试剂分别是硝酸银、高锰酸钾溶液或溴水.
(4)在实验过程中,发现A中液体由无色逐渐变成黑色,该黑色物质与浓硫酸反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓) $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O,可在竖直冷凝管的上端连接一个内装吸收剂碱石灰的干燥管,以免污染空气.
(5)相关有机物的数据如下:
物质熔点/0C沸点/0C
1-丁醇-89.5117.3
1-溴丁烷-112.4101.6
丁醚-95.3142.4
1-丁烯-185.3-6.5
为了进一步精制1-溴丁烷,继续进行了如下实验:待烧瓶冷却后,拔去竖直的冷凝管,塞上带温度计的橡皮塞,关闭a,打开b,接通冷凝管的冷凝水,使冷水从d(填c或d)处流入,迅速升高温度至101.6℃,收集所得馏分.
(6)若实验中所取1-丁醇、NaBr分别为7.4g、13.0g,蒸出的粗产物经洗涤、干燥后再次蒸馏得到9.6g 1-溴丁烷,则1-溴丁烷的产率是70%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

17.阿司匹林(乙酰水杨酸,)是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药.乙酰水杨酸受热易分解,分解温度为128℃~135℃.
某学习小组在实验室以水杨酸(邻羟基苯甲酸)与醋酸酐[(CH3CO)2O]为主要原料合成阿司匹林,反应原理如下:

制备基本操作流程如下:

主要试剂和产品的物理常数如下表所示:
名称相对分子质量熔点或沸点(℃)
水杨酸138158(熔点)微溶
醋酸酐102139.4(沸点)易水解
乙酰水杨酸180135(熔点)微溶
请根据以上信息回答下列问题:
(1)制备阿司匹林时,要使用干燥的仪器的原因是醋酸酐和水易发生反应.
(2)合成阿司匹林时,最合适的加热方法是水浴加热.
(3)提纯粗产品流程如下,加热回流装置如图:

①使用温度计的目的是控制加热的温度,防止乙酰水杨酸受热易分解.
②冷凝水的流进方向是a(填“a”或“b”);
③趁热过滤的原因是防止乙酰水杨酸结晶析出.
④下列说法正确的是abc(填选项字母).
a.此种提纯方法中乙酸乙酯的作用是做溶剂
b.此种提纯粗产品的方法叫重结晶
c.根据以上提纯过程可以得出阿司匹林在乙酸乙酯中的溶解度低温时大
d.可以用紫色石蕊溶液判断产品中是否含有未反应完的水杨酸
(4)在实验中原料用量:2.0g水杨酸、5.0mL醋酸酐(ρ=1.08g/cm3),最终称得产品质量为2.2g,则所得乙酰水杨酸的产率为84.3%(用百分数表示,小数点后一位).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

14.工业上用黄铁矿(主要成分:FeS2,含有少量Fe2O3和SiO2,其它杂质不考虑)制备高效净水剂K2FeO4的工业流程如图:

已知:25℃时,Fe(OH)3的KSP=1.0×10-38;溶液中离子浓度小于10-5mol•L-1时,认为离子沉淀完全.请回答:
(1)写出制备副产物“氮肥”的化学方程式2SO2+4NH3.H2O+O2=2(NH42SO4+2H2O.
(2)由FeCl3溶液制备Fe(OH)3时,若使溶液中的Fe3+沉淀完全,需调节溶液的pH至少为3.Fe(OH)3转化为Na2FeO4的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O.
(3)高温煅烧黄铁矿的化学方程式为4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
(4)操作I的具体步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤.
(5)检验煅烧后生成气体中有SO2的方法为将生成的气体通入品红溶液中,褪色,加热,又恢复红色,则气体为二氧化硫.
(6)工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K2FeO4,则阳极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

15.某同学设计实验探究工业制乙烯原理和乙烯主要化学性质,实验装置如图所示.

(1)工业制乙烯的实验原理是烷烃(液态)在催化剂和加热、加压条件下发生反应生成不饱和烃.已知烃类都不与碱反应.例如,石油分馏产物之一十六烷发生如下反应,反应式已配平:
C16H34$→_{加热、加压}^{催化剂}$C8H18+甲,甲$→_{加热、加压}^{催化剂}$4乙
甲的分子式为C8H16 ;乙的结构简式为CH2=CH2
(2)B装置中的实验现象可能是溴水褪色.
(3)C装置中的现象是紫色褪色(或变浅),其中发生反应的反应类型是氧化反应.
(4)查阅资料知,乙烯与酸性高锰酸钾溶液反应产生二氧化碳.根据本实验中装置D(填序号)中的实验现象可判断该资料是否真实.
(5)C4H10是裂化过程中的产物之一,C4H9Cl共有4种结构
(6)分别燃烧乙烯和甲烷,乙烯产生少量黑烟,原因是乙烯中含碳量高,导致燃烧不完全.

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同步练习册答案