2020-2021备战高考化学《化水溶液中的离子平衡的综合》专项训练附答案解析

2020-2021备战高考化学《化水溶液中的离子平衡的综合》专项训练附答案解析一、水溶液中的离子平衡1．实验室以工业废渣（主要含CaSO 4·2H 2O ，还含少量SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3）为原料制取轻质CaCO 3和(NH 4)2SO 4晶体，其实验流程如下：（1）室温下，反应CaSO 4(s)+23CO -(aq)CaCO 3(s)+24SO -(aq)达到平衡，则溶液中()()2423SO CO c c --=________[K sp (CaSO 4)=4.8×10−5，K sp (CaCO 3)=3×10−9]。

（2）将氨水和NH 4HCO 3溶液混合，可制得(NH 4)2CO 3溶液，其离子方程式为________；浸取废渣时，向(NH 4)2CO 3溶液中加入适量浓氨水的目的是________。

（3）废渣浸取在如图所示的装置中进行。

控制反应温度在60~70 ℃，搅拌，反应3小时。

温度过高将会导致CaSO 4的转化率下降，其原因是________；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO 4转化率的操作有________。

（4）滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO 3所需的CaCl 2溶液。

设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl 2溶液的实验方案：______[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。

实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH)2]。

【来源】2019年江苏卷高考化学试题【答案】1.6×104 3HCO -+NH 3·H 2O+4NH +23CO -+H 2O(或3HCO -+NH 3·H 2O +4NH +23CO -+H 2O) 增加溶液中23CO -的浓度，促进CaSO 4的转化温度过高，(NH 4)2CO 3分解 加快搅拌速率 在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中分批加入少量Ca(OH)2，用pH 试纸测量溶液pH ，当pH 介于5~8.5时，过滤【解析】【分析】（1）反应CaSO 4（s ）+CO 32-（aq ）CaCO 3（s ）+SO 42-（aq ）的平衡常数表达式为2423c SO c CO --（）（），结合CaSO 4和CaCO 3的K sp 计算； （2）氨水与NH 4HCO 3反应生成（NH 4）2CO 3；加入氨水抑制（NH 4）2CO 3的水解； （3）温度过高，（NH 4）2CO 3分解，使CaSO 4转化率下降；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，提高CaSO 4转化率即提高反应速率，结合反应的特点从影响反应速率的因素分析；（4）根据工业废渣中的成分知，浸取、过滤后所得滤渣中含CaCO 3、SiO 2、Al 2O 3和Fe 2O 3；若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl 2溶液，根据题给试剂，首先要加入足量盐酸将CaCO 3完全转化为CaCl 2，同时Al 2O 3、Fe 2O 3转化成AlCl 3、FeCl 3，过滤除去SiO 2，结合题给已知，再利用Ca （OH ）2调节pH 除去Al 3+和Fe 3+。

【详解】（1）反应CaSO 4（s ）+CO 32-（aq ）CaCO 3（s ）+SO 42-（aq ）达到平衡时，溶液中2423c SO c CO --（）（）=224223c Ca ?SO c Ca ?CO +-+-（）（）（）（）=sp 4sp 3K CaSO K CaCO?（）（）=594.810310--⨯⨯=1.6×104。

答案：1.6×104 （2）NH 4HCO 3属于酸式盐，与氨水反应生成（NH 4）2CO 3，反应的化学方程式为NH 4HCO 3+NH 3·H 2O=（NH 4）2CO 3+H 2O[或NH 4HCO 3+NH 3·H 2O（NH 4）2CO 3+H 2O]，离子方程式为HCO 3-+NH 3·H 2O=NH 4++CO 32-+H 2O （或HCO 3-+NH 3·H 2O NH 4++CO 32-+H 2O ）；浸取废渣时，加入的（NH 4）2CO 3属于弱酸弱碱盐，溶液中存在水解平衡：CO 32-+NH 4++H 2O HCO 3-+NH 3·H 2O ，加入适量浓氨水，水解平衡逆向移动，溶液中CO 32-的浓度增大，反应CaSO 4（s ）+CO 32-（aq ）CaCO 3（s ）+SO 42-（aq ）正向移动，促进CaSO 4的转化。

答案：HCO 3-+NH 3·H 2O=NH 4++CO 32-+H 2O （或HCO 3-+NH 3·H 2O NH 4++CO 32-+H 2O ） 增加溶液中CO 32-的浓度，促进CaSO 4的转化（3）由于铵盐具有不稳定性，受热易分解，所以温度过高，（NH 4）2CO 3分解，从而使CaSO 4转化率下降；由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应（或发生沉淀的转化），保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，提高CaSO 4转化率即提高反应速率，结合外界条件对化学反应速率的影响，实验过程中提高CaSO 4转化率的操作为加快搅拌速率（即增大接触面积，加快反应速率，提高浸取率）。

答案：温度过高，（NH 4）2CO 3分解 加快搅拌速率（4）工业废渣主要含CaSO 4·2H 2O ，还含有少量SiO 2、Al 2O 3和Fe 2O 3，加入（NH 4）2CO 3溶液浸取，其中CaSO 4与（NH 4）2CO 3反应生成CaCO 3和（NH 4）2SO 4，SiO 2、Al 2O 3和Fe 2O 3都不反应，过滤后所得滤渣中含CaCO 3、SiO 2、Al 2O 3和Fe 2O 3；若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl 2溶液，根据题给试剂，首先要加入足量盐酸将CaCO 3完全转化为CaCl 2，发生的反应为CaCO 3+2HCl=CaCl 2+H 2O+CO 2↑，与此同时发生反应Al 2O 3+6HCl=2AlCl 3+3H 2O 、Fe 2O 3+6HCl=2FeCl 3+3H 2O ，SiO 2不反应，经过滤除去SiO 2；得到的滤液中含CaCl 2、AlCl 3、FeCl 3，根据“pH=5时Fe （OH ）3和Al （OH ）3沉淀完全，pH=8.5时Al （OH ）3开始溶解”，为了将滤液中Al 3+、Fe 3+完全除去，应加入Ca （OH ）2调节溶液的pH 介于5~8.5[加入Ca （OH ）2的过程中要边加边测定溶液的pH]，然后过滤即可制得CaCl 2溶液。

答案：在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中分批加入少量Ca （OH ）2，用pH 试纸测得溶液pH ，当pH 介于5~8.5时，过滤本题以工业废渣为原料制取轻质CaCO3和（NH4）2SO4晶体的实验流程为载体，考查溶度积的计算、影响盐类水解的因素、实验条件的控制、制备实验方案的设计和对信息的处理能力等。

难点是第（4）问实验方案的设计，设计实验方案时首先要弄清水洗后滤渣中的成分，然后结合题给试剂和已知进行分析，作答时要答出关键点，如pH介于5~8.5等。

2．K3[Fe(C2O4)3]·3H2O[三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体]易溶于水,难溶于乙醇,可作为有机反应的催化剂。

实验室可用铁屑为原料制备,相关反应的化学方程式为:Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑、FeSO4+H2C2O4+2H2O＝FeC2O4·2H2O↓+H2SO4、2FeC2O4·2H2O+H2O2+H2C2O4+3K2C2O4＝2K3[Fe(C2O4)3]+6H2O、2MnO4－+5C2O42－+16H+＝2Mn2++10CO2↑+8H2O。

回答下列问题:(1)铁屑中常含硫元素,因而在制备FeSO4时会产生有毒的H2S气体,该气体可用氢氧化钠溶液吸收。

下列吸收装置正确的是_____。

(2)在将Fe2+氧化的过程中,需控制溶液温度不高于40℃,理由是_______;得到K3[Fe(C2O4)3]溶液后,加入乙醇的理由是________。

(3)晶体中所含结晶水可通过重量分析法测定,主要步骤有:①称量,②置于烘箱中脱结晶水,③冷却,④称量,⑤__________(叙述此步操作),⑥计算。

步骤③若未在干燥器中进行,测得的晶体中所含结晶水含量____(填“偏高”“偏低”或“无影响”);步骤⑤的目的是_______________。

(4)晶体中C2O42－含量的测定可用酸性KMnO4标准溶液滴定。

称取三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体m g溶于水配成250mL溶液,取出20.00mL放入锥形瓶中,用0.0100mol·L-1酸化的高锰酸钾溶液进行滴定。

①下列操作及说法正确的是___。

A.滴定管用蒸馏水洗涤后,即可装入标准溶液B.装入标准溶液后,把滴定管夹在滴定管夹上,轻轻转动活塞,放出少量标准液,使尖嘴充满液体C.接近终点时,需用蒸馏水冲洗瓶壁和滴定管尖端悬挂的液滴②有同学认为该滴定过程不需要指示剂,那么滴定终点的现象为________,若达到滴定终点消耗高锰酸钾溶液V mL,那么晶体中所含C2O42－的质量分数为____(用含V、m的式子表示)。

【来源】2014届高考化学二轮专题复习化学实验常用仪器和基本操作练习卷（带解析)【答案】A 防止H2O2分解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾在乙醇中溶解度小重复②～④步操作至恒重偏低检验晶体中的结晶水是否已全部失去 B 当滴入最后一滴KMnO4溶液,锥形瓶中溶液恰好由无色变为浅红色,且半分钟不褪色2.75V 100m【分析】【详解】（1）A．该装置中硫化氢与氢氧化钠溶液接触面积大，从而使硫化氢吸收较完全，且该装置中气压较稳定，不产生安全问题，故A正确；B．硫化氢与氢氧化钠接触面积较小，所以吸收不完全，故B错误；C．没有排气装置，导致该装置内气压增大而产生安全事故，故C错误；D．该装置中应遵循“长进短出”的原理，故D错误；故选A；（2）双氧水不稳定，温度高时，双氧水易分解，为防止双氧水分解，温度应低些；根据相似相溶原理知，三草酸合铁酸钾在乙醇中溶解度小，所以得到K3[Fe(C2O4)3]溶液后，再想获得其晶体，常加入无水乙醇；（3）晶体中所含结晶水可通过重量分析法测定，步骤⑤的目的是检验晶体中的结晶水是否已全部失去，也叫恒重操作；步骤③未在干燥器中进行，晶体中结晶水不能全部失去，所以称量出的水的质量偏小，测得的晶体中所含结晶水含量也偏低；（4）①A.滴定管用蒸馏水洗涤后,需要用标准液润洗，然后在装入标准溶液，A错误；B.装入标准溶液后,把滴定管夹在滴定管夹上,轻轻转动活塞,放出少量标准液,使尖嘴充满液体，B正确；C.接近终点时,不需用蒸馏水冲滴定管尖端悬挂的液滴，否则会导致测定结果偏高，C错误；答案选B；②由于酸性高锰酸钾溶液显紫红色，则终点的实验现象为当滴入最后一滴KMnO4溶液,锥形瓶中溶液恰好由无色变为浅红色,且半分钟不褪色；n(MnO4－)=V×10-3L×0.0100mol·L-1,根据方程式可知n(C2O42－)=n(MnO4－)×52501252204V⨯=×10-5mol,m(C2O42－)=1254V×10-5mol×88g·mol-1=2.75V×10-2g，所以晶体中所含C2O42－的质量分数为2.75V/100m。