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第12讲 物质的检验、推断、分离和提纯
考点1 物质的检验、鉴别与推断
1.某科学兴趣小组在课余时间做了“开门大吉”的游戏,其规则是:每把钥匙代表一种试剂,每扇门代表需要鉴别的两种溶液,见下图。如果钥匙代表的试剂能够鉴别出门上代表的两种溶液,钥匙就能把门打开(每把钥匙只能使用一次),下列能够依次将四扇门打开的钥匙顺序是 ( )
A.①②③④ B.④②③① C.④③②① D.①③②④
答案 B
解析 第一扇门:碳酸钠溶液与盐酸反应有气体产生,氢氧化钠溶液与盐酸反应无现象。第二扇门:氢氧化钠溶液与碳酸钠溶液不反应,氢氧化钙溶液与碳酸钠溶液反应产生沉淀。第三扇门:氢氧化钙溶液与二氧化碳反应产生沉淀,氯化钙溶液与二氧化碳不反应。第四扇门:稀盐酸与氯化钡溶液不反应,稀硫酸与氯化钡溶液反应产生沉淀。故选B。
2.现有锌、氧化铜、硫酸钡和石灰石四种固体,为了区分它们,小嘉参照二歧分类检索表制作了一个物质检索表,如下表所示:
下列叙述错误的是 ( )
A.甲表示的是石灰石
B.乙表示的是锌
C.表中“▲”应该表示为“黑色固体”
D.也可根据是否含有氧元素对丙、丁分类
答案 D
解析 甲含有多种物质,所以甲是混合物,为石灰石,A正确;乙只含有一种元素,则为锌,B正确;含多种元素的纯净物为氧化铜和硫酸钡,硫酸钡为白色固体,丁代表硫酸钡,那么丙就是氧化铜,它是黑色固体,C正确,D错误。
3.通过观察和实验等方法,人们找到物质变化的证据。下列四组研究化学反应快慢的对比实验中,各组所用溶液浓度相同且适宜,所用固体表面积相同,其中现象最不明显的一组是 ( )
答案 D
解析 A项,镁比铁活泼,分别与盐酸反应,反应快的是镁,反应慢的是铁,现象明显,错误;B项,稀硫酸与大理石的主要成分碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水,覆盖在大理石表面阻止反应继续进行,反应会慢慢停止,碳酸钙与稀盐酸反应不会出现这种现象,现象明显,错误;C项,加入二氧化锰,过氧化氢溶液反应速率加快,没有加二氧化锰的过氧化氢溶液分解速率缓慢,现象明显,错误;D项,氢氧化钠与盐酸反应生成氯化钠和水,没有现象,氢氧化钡与盐酸反应生成氯化钡和水,没有现象,正确。故选D。
4.向一定质量的Mg(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液中加入a克锌粉和铁粉的混合物,充分反应后过滤,得到不饱和的滤液和滤渣,将滤渣洗涤、干燥后再称量,得到的固体质量仍为a克。下列分析合理的是 ( )
①滤渣中可能有铜
②向滤渣中加稀盐酸,可能有气泡产生
③滤液中一定有Mg(NO3)2、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2,可能有Cu(NO3)2
④若忽略过滤操作中溶液损失,滤液中溶质的质量一定大于原混合溶液溶质的质量
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
答案 C
解析 锌和铁都能和Cu(NO3)2发生反应。第一步反应:锌和硝酸铜反应,生成硝酸锌和铜,固体质量减少。第二步反应:铁和硝酸铜反应,生成硝酸亚铁和铜,固体质量增加。反应前后固体质量不变,说明锌全部反应完,铁和硝酸铜是否恰好完全反应无法判断。故①④错误,②③正确。选C。
5.稀盐酸和NaOH溶液混合后无明显现象,要证明两者已发生化学反应,下列操作及实验现象(或结果),不能证明反应发生的是 ( )
A.在混合液中加金属Zn,无气泡产生
B.在混合液中加无色酚酞,溶液呈无色
C.在混合液中加AgNO3溶液,有白色沉淀
D.用pH试纸测混合液的pH,测得pH等于7
答案 C
解析 加入锌无气泡产生,证明HCl已经反应完了,能证明HCl和NaOH发生了反应,A正确;加入酚酞,溶液呈无色,证明NaOH已经反应完了,能证明HCl和NaOH发生了反应,B正确;加入硝酸银,产生白色沉淀,证明溶液中有氯离子,不能证明氢离子和氢氧根离子发生了反应,C错误;用pH试纸测得pH=7,说明溶液中无HCl和NaOH,能证明HCl和NaOH发生了反应,D正确。
6.有一包白色固体样品,可能含氢氧化钠、硝酸钠、碳酸钠、硫酸钠、氯化钡中的一种或几种。小金同学为探究其成分完成了以下实验:
①取少量白色固体溶于水,得到无色溶液,等分为两份;
②往一份无色溶液中加入稀硫酸,产生沉淀质量与所加稀硫酸质量的关系如图所示:
③往另一份无色溶液中通入适量的CO2,产生白色沉淀。
请回答:
(1)仅根据②推测原样品中一定不存在的物质是 ;
(2)原样品的所有可能组成是 。
答案 (1)Na2CO3和Na2SO4
(2)BaCl2和NaOH或BaCl2、NaOH和NaNO3
解析 取少量白色固体溶于水,得到无色溶液,说明碳酸钠、硫酸钠与氯化钡不可能同时存在;往一份无色溶液中加入稀硫酸,立即出现沉淀,说明溶液中一定存在氯化钡,则不存在碳酸钠、硫酸钠;往另一份无色溶液中通入适量的CO2,产生白色沉淀,说明溶液中还存在NaOH;不确定硝酸钠是否存在。
思路分析 解此类题时,首先分析题中所给物质的性质和两两之间的反应,然后依据题中的现象判断各物质的存在与否,最后进行验证。
7.小明在冬天输液时发现护士在输液管上加了一个装置,护士告诉他这是一次性输液加热棒,可以消除药液温度与体温的差异。加热棒里的成分到底是什么呢 科学研究小组通过上网查阅资料发现:一次性输液加热棒内的主要成分是还原性铁粉、炭粉和氯化钠等物质。该加热棒内是否真的含有这几种物质呢 科学研究小组设计了如下实验:
(1)探究加热棒内是否含有氯化钠
①将加热棒内的物质放入烧杯中,加入足量的水充分溶解、过滤,得到滤渣和滤液。
②取适量滤液于试管中,滴加适量的硝酸钡溶液和稀硝酸,无明显现象, (填写正确的实验操作及现象),证明滤液中含有Cl-。
(2)探究加热棒内是否含有铁粉
小明用磁铁靠近滤渣,发现部分黑色粉末被吸引。但被吸引的黑色物质也有可能是四氧化三铁。
小明通过如下装置探究黑色物质是否含有四氧化三铁,该物质鉴定的原理:
Fe3O4+4H23Fe+4H2O
当观察到 这一现象时,排除了四氧化三铁存在的可能性。
小英同学认为这还不能确定铁粉的存在,因为除了四氧化三铁外,钴粉、镍粉也是能被磁铁吸引的黑色粉末。研究小组的同学在查阅资料的基础上,进行实验:取适量被吸引的黑色物质于试管中,加入足量的稀盐酸,充分反应后,向试管中加入足量的过氧化氢溶液(能将Fe2+转化为Fe3+),然后滴加硫氰化钾溶液。溶液变为血红色,证明溶液中有Fe3+,得出加热棒中含有铁粉这一结论。
(3)探究加热棒内是否含有炭粉
点燃不能被吸引的黑色粉末,并将产生的气体通入足量澄清石灰水,石灰水变浑浊,得出加热棒内含有炭粉这一结论。请写出此操作过程中确认炭粉存在的化学方程式: 、 。
综合上述实验,小明验证了加热棒内的主要成分。
加热棒为什么能够起到加热作用呢 小明还将进一步探究。
答案 (1)滴加适量的硝酸银溶液,出现白色沉淀(2分)
(2)无水硫酸铜粉末不变蓝(2分)
(3)C+O2CO2(2分) Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O(2分)
解析 (1)氯离子的检验方法:先加硝酸银溶液,产生白色沉淀;再加稀硝酸,沉淀不消失,证明有氯离子。(2)氢气还原四氧化三铁会产生水,无水硫酸铜用于检验水,遇水变成蓝色。(3)能使澄清石灰水变浑浊的物质是二氧化碳,二氧化碳是由黑色物质燃烧生成的,所以能确定该物质中含有炭粉。
8.小明在实验室做镁条和稀盐酸反应的实验时,发现试管中产生大量气体、试管壁发烫。放置较长时间后,试管底部有沉淀生成。针对这一现象,小明进行了探究:
(1)小明最初认为试管底部的沉淀可能是镁与稀盐酸反应生成的大量MgCl2不能完全溶于水所致。但随后小明通过实验证实了沉淀不是MgCl2。你认为小明的实验操作是 。
(2)小明查阅资料知道镁与水在加热条件下能生成氢氧化镁(难溶性物质)和氢气。于是他进行了实验验证:将去除氧化膜的镁条和水放在试管中加热,发现镁条表面有少量气泡生成。停止加热后,却始终没有观察到沉淀。请对“没有观察到沉淀”这一结果作出合理的解释: 。
(3)镁与水反应没有观察到沉淀,而镁与稀盐酸混合却有沉淀。小明经过思考,认为沉淀的产生与氯离子有关。后来查阅资料得知,沉淀的主要成分是一种可溶于稀硝酸,并生成氯化镁、硝酸镁和水的碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]。请你设计实验验证沉淀中含有氯元素。
答案 (1)取少量沉淀于试管中,加入水 (2)镁和水反应生成的氢氧化镁覆盖在镁条表面,阻止了反应的进行 (3)取沉淀洗涤干净后,加入稀硝酸溶解,再加入硝酸银,若有白色沉淀则证明沉淀中含有氯元素。
解析 (1)氯化镁为可溶性盐,因此可以取沉淀于试管中,加足量水,观察沉淀是否溶解,判断是否为氯化镁;(2)根据题目信息可知,镁与水在加热条件下会生成氢氧化镁和氢气,氢氧化镁难溶于水,因此会覆盖在镁条表面,阻止镁与水接触,反应无法继续进行;(3)碱式氯化镁可与稀硝酸反应生成硝酸镁、氯化镁和水,氯化镁与硝酸银反应可生成硝酸镁和氯化银沉淀,氯化银不溶于稀硝酸,利用此性质验证氯元素的存在。
考点2 常见物质的分离与提纯
9.下列实验中,实验原理和主要操作方法都符合实验目的的是 ( )
实验目的 实验原理 主要操作方法
A 除去粗盐中的泥沙 各成分的溶解性差异 蒸发
B 分离水与酒精的混合物 各成分的密度差异 蒸馏
C 鉴别稀盐酸和稀硫酸 酸根离子的化学性质差异 加碳酸钠溶液,观察产生气泡快慢
D 除去FeSO4、CuSO4混合溶液中的CuSO4 金属活动性差异 加过量铁粉,充分反应后过滤
答案 D
解析 氯化钠可溶于水而泥沙不溶于水,应该用过滤法,A错误;酒精能与水以任意体积比互溶,分离水与酒精的混合物,应该利用两者沸点不同,蒸馏分离,B错误;与碳酸钠反应的是酸中的氢离子,若利用酸根离子鉴别稀盐酸和稀硫酸,应用银离子鉴定氯离子,用钡离子鉴定硫酸根离子,C错误;根据金属活动性顺序,铁的金属活动性强于铜,Fe+CuSO4 FeSO4+Cu,D正确。
10.有一包白色粉末,可能由BaCl2、NaOH、Na2CO3、Na2SO4中的一种或几种组成。为确定其成分,某兴趣小组做了如图所示实验。
则:(1)无色溶液A中一定含有的溶质是 。
(2)白色粉末的成分是 。
答案 (1)氯化钠(NaCl) (2)氯化钡和碳酸钠(BaCl2和Na2CO3)
解析 加入稀硝酸产生无色气体,说明有碳酸钡,故白色粉末中一定有氯化钡和碳酸钠;得到无色溶液B,说明没有硫酸钡沉淀,故白色粉末中一定没有硫酸钠;无色溶液A的pH=7,说明白色粉末中没有氢氧化钠。
11.某种粗盐水中含有少量S、K+,小金用这种粗盐水经过下列实验流程制取纯净的氯化钠晶体。
(1)固体A是 。(填化学式)
(2)加碳酸钠溶液时发生反应的化学方程式: 。
(3)若将溶液C蒸发至出现大量固体时停止加热,利用余热将溶液蒸干得到晶体,所得晶体仍不是纯净的氯化钠,理由是 。
答案 (1)BaSO4 (2)BaCl2+Na2CO3 BaCO3↓+2NaCl (3)钾离子未除去
解析 (1)氯化钡中的钡离子可和粗盐水中的硫酸根离子反应生成硫酸钡沉淀。(2)加入稍过量碳酸钠的目的是除去第一步中多余的氯化钡。
12.某KCl固体样品中含有少量CaCl2杂质,实验室提纯氯化钾的流程如下。(氯化钾溶解度受温度影响较小)
(1)沉淀a是 。
(2)操作Ⅰ是 。
①冷却热饱和溶液 ②蒸发结晶
(3)若KCl固体样品中还含有少量杂质K2SO4,小科认为提纯该样品只要在上述方案基础上增加一步实验:在“加入过量K2CO3溶液”与“过滤”操作之间,加过量的硝酸钡溶液。小江认为这种方案不合理,会导致所得KCl固体中含有新的杂质,新杂质是 。
答案 (1)碳酸钙 (2)② (3)硝酸钾和硝酸钡
解析 (1)氯化钙和碳酸钾反应生成碳酸钙沉淀和氯化钾,所以沉淀a是碳酸钙;(2)由于溶液C为氯化钾和氯化氢的混合溶液,目的是得到氯化钾,盐酸易挥发,氯化钾的溶解度受温度影响较小,则操作Ⅰ是蒸发结晶;(3)若KCl固体样品中还含有少量杂质K2SO4,加过量的硝酸钡溶液会导致所得KCl固体中含有新的杂质(新杂质是生成的硝酸钾和过量的硝酸钡),所以不合理。
13.取敞口放置的氢氧化钠溶液于烧杯中,倒入一定量的稀硫酸充分反应。为探究反应后所得溶液X的成分,兴趣小组进行了如下实验(所加试剂均足量):
(1)过滤中玻璃棒的作用是 。
(2)产生的无色气体是 。
(3)溶液X的溶质是 。
(4)计算滤液A中氯化钠的质量。
答案 (1)引流 (2)CO2 (3)NaOH、Na2CO3、Na2SO4
(4)设反应生成的氯化钠的质量为x
Na2SO4+BaCl2BaSO4↓+2NaCl
233 117 =
4.66克 x x=2.34克
设反应生成的氯化钠的质量为y
Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl
197 117 =
(12.54-4.66)克 y y=4.68克
氯化钠的质量为2.34克+4.68克=7.02克
答:滤液A中氯化钠的质量为7.02克。
解析 (1)过滤中玻璃棒的作用是引流。(2)溶液X中加入氯化钡溶液产生沉淀,沉淀中加入稀硝酸产生气体,说明沉淀中有碳酸钡,故产生的气体为二氧化碳。(3)溶液X中加入氯化钡溶液产生沉淀,沉淀中加入稀硝酸产生气体,沉淀部分消失,说明沉淀中有碳酸钡和硫酸钡,溶液X中有Na2CO3、Na2SO4。滤液A中加入酚酞呈红色,说明滤液A呈碱性,故原溶液X中有NaOH。
A组 基础题组
1.下列各组物质的溶液中,不用其他试剂就能鉴别出来的是 ( )
A.NaOH、HCl、FeCl3
B.K2CO3、HCl、NaNO3
C.K2SO4、Ba(OH)2、Na2CO3
D.Na2CO3、BaCl2、Na2SO4
答案 A
解析 FeCl3溶液是黄色的,能与FeCl3溶液反应产生红褐色沉淀的是NaOH溶液,与FeCl3溶液混合无明显现象的是稀盐酸,A可行;K2CO3溶液与稀盐酸反应能产生气体,但无法鉴别碳酸钾溶液和稀盐酸,B不可行;Ba(OH)2溶液与K2SO4、Na2CO3溶液反应均能产生白色沉淀,C不可行;BaCl2溶液与Na2CO3、Na2SO4溶液反应均能产生白色沉淀,D不可行。
2.实验与探究是化学学习的重要方法。二氧化碳气体中可能混有一氧化碳气体,为了检验一氧化碳气体的存在,用如下装置进行实验。下列说法错误的是 ( )
A.装置A的作用是除去混合气体中的二氧化碳
B.装置B中发生的化学反应类型为置换反应
C.装置B中的氧化铜发生还原反应
D.装置C中尾气处理可以在尾气出口处放置点燃的酒精灯
答案 B
解析 A项,二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应,装置A的作用是除去混合气体中的二氧化碳,正确;B项,装置B中发生的化学反应是一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳,反应物为两种化合物,不属于置换反应,错误;C项,装置B中的氧化铜变成铜,失去了氧,发生还原反应,正确;D项,尾气中含有一氧化碳,一氧化碳具有可燃性,可以在尾气出口处放置点燃的酒精灯进行尾气处理,正确。
关键点拨 验证混合气体中有某种气体时,一定要先排除其他气体的干扰,如本题中要验证一氧化碳必须先把二氧化碳除尽。
3.下列实验中,根据实验目的,操作方法正确的是 ( )
实验目的 主要操作方法
A 除去CO2中混有的少量氯化氢气体 将气体通过足量的氢氧化钠溶液
B 分离氧化铁和铁的混合物 用磁铁吸引
C 除去CaCl2溶液中的稀盐酸 加过量Na2CO3固体、过滤
D 除去FeSO4溶液中的少量CuSO4 加过量锌粉,充分反应后过滤
答案 B
解析 氢氧化钠溶液会把二氧化碳除掉,故A错误;磁铁可以吸引铁,不会吸引氧化铁,可以分离,故B正确;碳酸钠能与氯化钙反应,过量的碳酸钠及生成的NaCl成为新的杂质,故C错误;锌粉可与硫酸亚铁反应,故D错误。
4.下列依据实验目的所进行的实验操作,正确的是 ( )
选项 实验目的 实验操作
A 鉴别CO和CO2 分别通入紫色石蕊试液
B 除去部分变质的NaOH中的杂质 加水溶解,滴加适量的CaCl2溶液
C 制备氢氧化钙固体 石灰石加水后充分混合
D 稀释浓硫酸 将水缓慢倒入浓硫酸中
答案 A
解析 A项,CO2是酸性气体,与水反应生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊试液变红,而CO不可以,正确;B项,滴加CaCl2会产生NaCl,引入新的杂质,错误;C项,石灰石是碳酸钙,不能和水发生反应,错误;D项,稀释浓硫酸应该“酸入水”,错误。
5.下列物质的性质与用途的对应关系正确的是 ( )
选项 性质 用途
A 白色硫酸铜粉末遇水会变蓝色 检验水的存在
B 浓硫酸具有脱水性 干燥氧气
C 稀盐酸能与某些金属反应 除铁锈
D 氢氧化钠固体能潮解 干燥二氧化碳
答案 A
解析 白色硫酸铜粉末遇水会变蓝色,可以检验水的存在,故A正确;浓硫酸具有吸水性,可以用于干燥氧气,故B错误;稀盐酸能与某些金属氧化物反应,可以除铁锈,故C错误;氢氧化钠能和二氧化碳反应,不能用于干燥二氧化碳,故D错误。
6.欲将含有盐酸的氯化钙溶液中和至中性,得到氯化钙溶液,以下试剂中最适合选用的是 ( )
A.氧化钙 B.氢氧化钙 C.石灰石 D.碳酸钠
答案 C
解析 氧化钙与水反应生成氢氧化钙,若氧化钙过量,生成的氢氧化钙是杂质,故A错误;氢氧化钙过量则是杂质,故B错误;过量的石灰石可以通过过滤除去,不引入杂质,故C正确;加入碳酸钠会引入NaCl杂质,故D错误。
B组 提升题组
7.下列物质的鉴别、除杂(括号中为杂质)的方法中,选用试剂或方法不合理的是 ( )
A.鉴别铝、铁、铜三种金属:加入等体积、等浓度的稀硫酸,观察现象
B.鉴别硝酸铵、碳酸钙、硫酸铜:加入足量的水
C.NaCl溶液(Na2SO4):加入过量的BaCl2溶液
D.CO2(HCl):通入足量的硝酸银溶液
答案 C
解析 A项,加入等体积、等浓度的稀硫酸时,产生气泡较快的是铝,产生气泡较慢的是铁,不产生气泡的是铜,正确;B项,加入足量的水时,溶液温度降低的是硝酸铵,不溶于水的是碳酸钙,形成蓝色溶液的是硫酸铜,正确;C项,加入过量的BaCl2溶液时,虽然能够除去硫酸钠,但是引入了新的杂质氯化钡,错误;D项,加入足量的硝酸银溶液时,氯化氢能够被硝酸银溶液完全吸收,正确。
8.小金完成了图示甲、乙实验后,依次将反应后的溶液缓慢倒入同一洁净的废液缸中,观察到废液缸中先有气泡产生,然后又出现白色沉淀,则下列说法中正确的是 ( )
A.甲实验结束后,试管中溶液含稀盐酸和CaCl2
B.乙实验结束后,试管中溶液只含 NaCl 溶质
C.最终,废液缸中一定含 NaCl、Na2CO3两种溶质
D.最终,废液缸中一定含 NaCl、CaCl2两种溶质
答案 A
解析 甲实验:向氢氧化钙溶液中加稀盐酸,反应后溶液中一定有氯化钙,可能有盐酸或氢氧化钙;乙实验:向碳酸钠溶液中加稀盐酸,反应后溶液中一定有氯化钠,可能有盐酸或碳酸钠。溶液混合后先有气泡产生,一定是甲中的盐酸和乙中的碳酸钠反应生成的,故甲中有盐酸、氯化钙,乙中有氯化钠、碳酸钠;后出现的白色沉淀,是甲中氯化钙和乙中碳酸钠反应生成的。反应结束后,一定有生成物氯化钠,碳酸钠或氯化钙不能确定是否剩余。故选A。
9.有一包白色粉末,可能由碳酸钙、碳酸钠、硫酸铜、氯化钙、硫酸钠、硝酸钾中的某几种组成。为了鉴定其成分,实验步骤如下:
(1)将少量粉末放入足量水中,搅拌得无色透明的溶液。
(2)向所得溶液中加入稀硝酸,有气泡产生。
(3)过滤后向滤液中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀生成,加入足量稀硝酸,沉淀部分溶解。
请推断该白色粉末中一定有 ;一定没有 。(写化学式)
答案 Na2CO3、Na2SO4 CaCO3、CuSO4、CaCl2
解析 将少量粉末放入足量水中,搅拌得无色透明的溶液,粉末中肯定没有碳酸钙和硫酸铜;向所得溶液中加入稀硝酸,有气泡产生,这种气体肯定是二氧化碳,那么白色粉末中肯定含有碳酸钠;过滤后向滤液中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀生成,加入足量稀硝酸,沉淀部分溶解,那么沉淀应该是硫酸钡和碳酸钡的混合物,即粉末中肯定含有硫酸钠和碳酸钠;因为碳酸钠能和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀,故粉末中肯定没有氯化钙。因此,白色粉末中一定含有Na2CO3、Na2SO4,一定没有CaCO3、CuSO4、CaCl2。
10.钴酸锂一般用作锂离子电池的正极材料,如图是从钴酸锂废极片(主要成分为钴酸锂LiCoO2)中回收得到Co2O3和Li2CO3的一种工艺流程。
(1)操作1粉碎的目的是 。
(2)操作2需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 。(填仪器名称)
(3)已知Li2CO3在水中的溶解性与氢氧化钙相似,为了获得较多高纯度Li2CO3,操作5中热水洗涤沉淀的效果比冷水好,请阐述理由: 。
(4)操作5得到Li2CO3,Li2CO3固体表面是否有硫酸根离子残留,请写出检验方法: 。
答案 (1)增大接触面积,使反应更加充分
(2)漏斗
(3)温度越高,Li2CO3的溶解度越小。用热水洗涤可以减少Li2CO3的损失,得到较多高纯度Li2CO3
(4)取最后一次洗涤液于试管中,先加入足量稀硝酸,再加入少量Ba(NO3)2溶液,若出现白色沉淀,则未洗涤干净
解析 (1)粉碎是为了增大钴酸锂废极片和稀硫酸、H2O2溶液的接触面积,使反应更加充分;(2)步骤2是过滤操作,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗;(3)由题干信息知,Li2CO3在水中的溶解性和氢氧化钙相似,即溶解度随温度的升高而减小;温度高时,Li2CO3的溶解度小,用热水洗涤可以减少Li2CO3的损失,得到较多高纯度Li2CO3。
11.如图甲所示,向盛有CuO的试管中加入一定量的稀H2SO4,CuO全部溶解并得到蓝色溶液;继续向试管中加入一定量的 BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成,试管静置后,向上层清液中继续滴加 NaOH溶液,又有沉淀生成,且新生成的沉淀质量与滴加的NaOH溶液质量的关系如图乙所示。
甲 乙
(1)写出CuO全部溶解的化学方程式: 。
(2)图乙中A点对应溶液中溶质的可能组成是 。
答案 (1)CuO+H2SO4CuSO4+H2O
(2)①氯化钠;②氯化钠和硫酸钠;③氯化钠和氯化钡
解析 (1)CuO溶于H2SO4的化学方程式为CuO+H2SO4CuSO4+H2O。
(2)方法一:向蓝色溶液中加入 BaCl2溶液,则CuSO4与 BaCl2反应产生 BaSO4沉淀和CuCl2;试管静置后,向上层清液中继续滴加 NaOH溶液,又有沉淀生成,而且开始没有沉淀生成,说明有酸剩余,上层清液中可能的溶质组成为①CuCl2、HCl、CuSO4;②CuCl2、HCl、H2SO4;③CuCl2、HCl、BaCl2;④CuCl2、HCl、CuSO4、H2SO4;⑤CuCl2、HCl。故加入NaOH 溶液至A点时,溶液中的溶质可能含有①NaCl;②NaCl和Na2SO4;③NaCl和BaCl2。
方法二:A点时总共引入了H+、Cu2+、Ba2+、Na+四种阳离子和S、Cl-、OH-三种阴离子。其中在A点时,H+、Cu2+、OH-恰好完全反应,均不存在;Na+和Cl-一定存在;Ba2+和S不能共存,最多存在一种,故阴、阳离子组合搭配后,A点溶液中一定存在NaCl,可能存在Na2SO4或 BaCl2中的一种。
思维亮剑
1.某兴趣小组查阅资料发现除去泥沙等杂质的粗盐,可能还含有CaCl2、MgCl2、Na2SO4等杂质。他们将该粗盐配成溶液,并对粗盐溶液进行探究和除杂。
(1)配制溶液时,加速粗盐溶解的玻璃仪器是 。
【探究过程】
(2)步骤1:向粗盐溶液中加入过量NaOH溶液,未出现明显现象,说明溶液中无 杂质;向溶液中继续滴加过量Na2CO3溶液,产生白色沉淀,过滤。反应的化学方程式为 。
(3)步骤2:向步骤1的滤液中滴加过量BaCl2溶液,产生白色沉淀,过滤;向滤液中滴加稀盐酸至溶液呈中性即得NaCl溶液。加稀盐酸除去的物质是 。
【初步结论】杂质成分已确定,且已完全除去。
【反思交流】
(4)小东认为Na2SO4还不能确定是否存在,可向步骤2的沉淀中滴加过量稀盐酸,若观察到 的现象,证明粗盐中确实存在Na2SO4。
(5)小红认为杂质也未完全除去,可按照步骤1和步骤2重新实验,并对调其中两种试剂的位置就能达到除杂目的,这两种试剂为 (填序号)。
A.Na2CO3溶液、BaCl2溶液
B.稀盐酸、BaCl2溶液
C.NaOH溶液、Na2CO3溶液
答案 (6分)(1)玻璃棒(1分)
(2)MgCl2(或氯化镁)(1分) CaCl2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaCl(1分)
(3)NaOH(或氢氧化钠)(1分)
(4)沉淀部分溶解(1分)
(5)A(1分)
解析 (1)溶解时用玻璃棒搅拌,目的是加速溶解。(2)氯化镁能和氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁白色沉淀;加入过量氢氧化钠溶液,未出现明显现象,说明溶液中没有氯化镁。碳酸钠溶液能和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠,化学方程式为Na2CO3+ CaCl2 CaCO3↓+2NaCl。(3)步骤2中,滴加过量氯化钡溶液可以除去过量的碳酸钠,滴加稀盐酸的目的是除去溶液中过量的氢氧化钠。(4)碳酸钡能和稀盐酸反应,硫酸钡不能和稀盐酸反应,沉淀部分溶解说明沉淀中含有硫酸钡,即粗盐中含有的硫酸钠和氯化钡溶液反应生成了硫酸钡沉淀。(5)步骤1和步骤2操作完成后,所得溶液中会含有氯化钡杂质,碳酸钠溶液和氯化钡溶液对调后,碳酸钠能除去过量的氯化钡,过量的碳酸钠可用稀盐酸除去。
2.某兴趣小组利用废镍材料(含有金属Ni及少量Fe、Ag)探究相关物质的性质并回收镍,设计流程如图所示(部分产物略去)。
废镍材料
查阅资料:
a.H2O2溶液可将Fe2+转化为Fe3+。
b.Fe3+、Ni2+转化为对应的氢氧化物沉淀时,溶液pH有如下关系:
(1)步骤Ⅰ的操作为 。
(2)滤渣①的成分为 。
(3)单质Fe参与反应的化学方程式为 (任写一个)。
(4)滤液②中有Ni2+、无Fe3+,则滤液②pH可能为 (填序号)。
A.pH=1 B.pH=2 C.pH=6 D.pH=10
(5)Ni、Fe、Ag三种金属的活动性由强到弱的顺序为 。
答案 (1)过滤
Ag
(3)Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑(或Fe+NiSO4 FeSO4+Ni)
(4)C
(5)Fe>Ni>Ag
解析 (1)经过操作Ⅰ后得到滤渣①和滤液①,所以操作Ⅰ为过滤。(2)由滤液①中含有Ni2+可知镍能和稀硫酸反应,所以滤渣①中只含有银。(3)废镍材料中的铁能和稀硫酸反应,滤液②中的硫酸镍能和铁反应生成硫酸亚铁和镍。(4)由资料b可知,Fe3+完全沉淀时的pH为3.2,Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,所以滤液②的pH在3.2与7.2之间。(5)滤液②中加入铁粉能得到镍,说明铁的金属活动性强于镍,滤液①中含有镍离子,说明镍能和稀硫酸反应,即镍的金属活动性排在氢前,则三种金属的活动性顺序为Fe>Ni>Ag。
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第12讲 物质的检验、推断、分离和提纯
考点1 物质的检验、鉴别与推断
1.某科学兴趣小组在课余时间做了“开门大吉”的游戏,其规则是:每把钥匙代表一种试剂,每扇门代表需要鉴别的两种溶液,见下图。如果钥匙代表的试剂能够鉴别出门上代表的两种溶液,钥匙就能把门打开(每把钥匙只能使用一次),下列能够依次将四扇门打开的钥匙顺序是 ( )
A.①②③④ B.④②③① C.④③②① D.①③②④
2.现有锌、氧化铜、硫酸钡和石灰石四种固体,为了区分它们,小嘉参照二歧分类检索表制作了一个物质检索表,如下表所示:
下列叙述错误的是 ( )
A.甲表示的是石灰石
B.乙表示的是锌
C.表中“▲”应该表示为“黑色固体”
D.也可根据是否含有氧元素对丙、丁分类
3.通过观察和实验等方法,人们找到物质变化的证据。下列四组研究化学反应快慢的对比实验中,各组所用溶液浓度相同且适宜,所用固体表面积相同,其中现象最不明显的一组是 ( )
4.向一定质量的Mg(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液中加入a克锌粉和铁粉的混合物,充分反应后过滤,得到不饱和的滤液和滤渣,将滤渣洗涤、干燥后再称量,得到的固体质量仍为a克。下列分析合理的是 ( )
①滤渣中可能有铜
②向滤渣中加稀盐酸,可能有气泡产生
③滤液中一定有Mg(NO3)2、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2,可能有Cu(NO3)2
④若忽略过滤操作中溶液损失,滤液中溶质的质量一定大于原混合溶液溶质的质量
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
5.稀盐酸和NaOH溶液混合后无明显现象,要证明两者已发生化学反应,下列操作及实验现象(或结果),不能证明反应发生的是 ( )
A.在混合液中加金属Zn,无气泡产生
B.在混合液中加无色酚酞,溶液呈无色
C.在混合液中加AgNO3溶液,有白色沉淀
D.用pH试纸测混合液的pH,测得pH等于7
6.有一包白色固体样品,可能含氢氧化钠、硝酸钠、碳酸钠、硫酸钠、氯化钡中的一种或几种。小金同学为探究其成分完成了以下实验:
①取少量白色固体溶于水,得到无色溶液,等分为两份;
②往一份无色溶液中加入稀硫酸,产生沉淀质量与所加稀硫酸质量的关系如图所示:
③往另一份无色溶液中通入适量的CO2,产生白色沉淀。
请回答:
(1)仅根据②推测原样品中一定不存在的物质是 ;
(2)原样品的所有可能组成是 。
7.小明在冬天输液时发现护士在输液管上加了一个装置,护士告诉他这是一次性输液加热棒,可以消除药液温度与体温的差异。加热棒里的成分到底是什么呢 科学研究小组通过上网查阅资料发现:一次性输液加热棒内的主要成分是还原性铁粉、炭粉和氯化钠等物质。该加热棒内是否真的含有这几种物质呢 科学研究小组设计了如下实验:
(1)探究加热棒内是否含有氯化钠
①将加热棒内的物质放入烧杯中,加入足量的水充分溶解、过滤,得到滤渣和滤液。
②取适量滤液于试管中,滴加适量的硝酸钡溶液和稀硝酸,无明显现象, (填写正确的实验操作及现象),证明滤液中含有Cl-。
(2)探究加热棒内是否含有铁粉
小明用磁铁靠近滤渣,发现部分黑色粉末被吸引。但被吸引的黑色物质也有可能是四氧化三铁。
小明通过如下装置探究黑色物质是否含有四氧化三铁,该物质鉴定的原理:
Fe3O4+4H23Fe+4H2O
当观察到 这一现象时,排除了四氧化三铁存在的可能性。
小英同学认为这还不能确定铁粉的存在,因为除了四氧化三铁外,钴粉、镍粉也是能被磁铁吸引的黑色粉末。研究小组的同学在查阅资料的基础上,进行实验:取适量被吸引的黑色物质于试管中,加入足量的稀盐酸,充分反应后,向试管中加入足量的过氧化氢溶液(能将Fe2+转化为Fe3+),然后滴加硫氰化钾溶液。溶液变为血红色,证明溶液中有Fe3+,得出加热棒中含有铁粉这一结论。
(3)探究加热棒内是否含有炭粉
点燃不能被吸引的黑色粉末,并将产生的气体通入足量澄清石灰水,石灰水变浑浊,得出加热棒内含有炭粉这一结论。请写出此操作过程中确认炭粉存在的化学方程式: 、 。
综合上述实验,小明验证了加热棒内的主要成分。
加热棒为什么能够起到加热作用呢 小明还将进一步探究。
8.小明在实验室做镁条和稀盐酸反应的实验时,发现试管中产生大量气体、试管壁发烫。放置较长时间后,试管底部有沉淀生成。针对这一现象,小明进行了探究:
(1)小明最初认为试管底部的沉淀可能是镁与稀盐酸反应生成的大量MgCl2不能完全溶于水所致。但随后小明通过实验证实了沉淀不是MgCl2。你认为小明的实验操作是 。
(2)小明查阅资料知道镁与水在加热条件下能生成氢氧化镁(难溶性物质)和氢气。于是他进行了实验验证:将去除氧化膜的镁条和水放在试管中加热,发现镁条表面有少量气泡生成。停止加热后,却始终没有观察到沉淀。请对“没有观察到沉淀”这一结果作出合理的解释: 。
(3)镁与水反应没有观察到沉淀,而镁与稀盐酸混合却有沉淀。小明经过思考,认为沉淀的产生与氯离子有关。后来查阅资料得知,沉淀的主要成分是一种可溶于稀硝酸,并生成氯化镁、硝酸镁和水的碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]。请你设计实验验证沉淀中含有氯元素。
考点2 常见物质的分离与提纯
9.下列实验中,实验原理和主要操作方法都符合实验目的的是 ( )
实验目的 实验原理 主要操作方法
A 除去粗盐中的泥沙 各成分的溶解性差异 蒸发
B 分离水与酒精的混合物 各成分的密度差异 蒸馏
C 鉴别稀盐酸和稀硫酸 酸根离子的化学性质差异 加碳酸钠溶液,观察产生气泡快慢
D 除去FeSO4、CuSO4混合溶液中的CuSO4 金属活动性差异 加过量铁粉,充分反应后过滤
10.有一包白色粉末,可能由BaCl2、NaOH、Na2CO3、Na2SO4中的一种或几种组成。为确定其成分,某兴趣小组做了如图所示实验。
则:(1)无色溶液A中一定含有的溶质是 。
(2)白色粉末的成分是 。
11.某种粗盐水中含有少量S、K+,小金用这种粗盐水经过下列实验流程制取纯净的氯化钠晶体。
(1)固体A是 。(填化学式)
(2)加碳酸钠溶液时发生反应的化学方程式: 。
(3)若将溶液C蒸发至出现大量固体时停止加热,利用余热将溶液蒸干得到晶体,所得晶体仍不是纯净的氯化钠,理由是 。
12.某KCl固体样品中含有少量CaCl2杂质,实验室提纯氯化钾的流程如下。(氯化钾溶解度受温度影响较小)
(1)沉淀a是 。
(2)操作Ⅰ是 。
①冷却热饱和溶液 ②蒸发结晶
(3)若KCl固体样品中还含有少量杂质K2SO4,小科认为提纯该样品只要在上述方案基础上增加一步实验:在“加入过量K2CO3溶液”与“过滤”操作之间,加过量的硝酸钡溶液。小江认为这种方案不合理,会导致所得KCl固体中含有新的杂质,新杂质是 。
13.取敞口放置的氢氧化钠溶液于烧杯中,倒入一定量的稀硫酸充分反应。为探究反应后所得溶液X的成分,兴趣小组进行了如下实验(所加试剂均足量):
(1)过滤中玻璃棒的作用是 。
(2)产生的无色气体是 。
(3)溶液X的溶质是 。
(4)计算滤液A中氯化钠的质量。
A组 基础题组
1.下列各组物质的溶液中,不用其他试剂就能鉴别出来的是 ( )
A.NaOH、HCl、FeCl3
B.K2CO3、HCl、NaNO3
C.K2SO4、Ba(OH)2、Na2CO3
D.Na2CO3、BaCl2、Na2SO4
2.实验与探究是化学学习的重要方法。二氧化碳气体中可能混有一氧化碳气体,为了检验一氧化碳气体的存在,用如下装置进行实验。下列说法错误的是 ( )
A.装置A的作用是除去混合气体中的二氧化碳
B.装置B中发生的化学反应类型为置换反应
C.装置B中的氧化铜发生还原反应
D.装置C中尾气处理可以在尾气出口处放置点燃的酒精灯
3.下列实验中,根据实验目的,操作方法正确的是 ( )
实验目的 主要操作方法
A 除去CO2中混有的少量氯化氢气体 将气体通过足量的氢氧化钠溶液
B 分离氧化铁和铁的混合物 用磁铁吸引
C 除去CaCl2溶液中的稀盐酸 加过量Na2CO3固体、过滤
D 除去FeSO4溶液中的少量CuSO4 加过量锌粉,充分反应后过滤
4.下列依据实验目的所进行的实验操作,正确的是 ( )
选项 实验目的 实验操作
A 鉴别CO和CO2 分别通入紫色石蕊试液
B 除去部分变质的NaOH中的杂质 加水溶解,滴加适量的CaCl2溶液
C 制备氢氧化钙固体 石灰石加水后充分混合
D 稀释浓硫酸 将水缓慢倒入浓硫酸中
5.下列物质的性质与用途的对应关系正确的是 ( )
选项 性质 用途
A 白色硫酸铜粉末遇水会变蓝色 检验水的存在
B 浓硫酸具有脱水性 干燥氧气
C 稀盐酸能与某些金属反应 除铁锈
D 氢氧化钠固体能潮解 干燥二氧化碳
6.欲将含有盐酸的氯化钙溶液中和至中性,得到氯化钙溶液,以下试剂中最适合选用的是 ( )
A.氧化钙 B.氢氧化钙 C.石灰石 D.碳酸钠
B组 提升题组
7.下列物质的鉴别、除杂(括号中为杂质)的方法中,选用试剂或方法不合理的是 ( )
A.鉴别铝、铁、铜三种金属:加入等体积、等浓度的稀硫酸,观察现象
B.鉴别硝酸铵、碳酸钙、硫酸铜:加入足量的水
C.NaCl溶液(Na2SO4):加入过量的BaCl2溶液
D.CO2(HCl):通入足量的硝酸银溶液
8.小金完成了图示甲、乙实验后,依次将反应后的溶液缓慢倒入同一洁净的废液缸中,观察到废液缸中先有气泡产生,然后又出现白色沉淀,则下列说法中正确的是 ( )
A.甲实验结束后,试管中溶液含稀盐酸和CaCl2
B.乙实验结束后,试管中溶液只含 NaCl 溶质
C.最终,废液缸中一定含 NaCl、Na2CO3两种溶质
D.最终,废液缸中一定含 NaCl、CaCl2两种溶质
9.有一包白色粉末,可能由碳酸钙、碳酸钠、硫酸铜、氯化钙、硫酸钠、硝酸钾中的某几种组成。为了鉴定其成分,实验步骤如下:
(1)将少量粉末放入足量水中,搅拌得无色透明的溶液。
(2)向所得溶液中加入稀硝酸,有气泡产生。
(3)过滤后向滤液中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀生成,加入足量稀硝酸,沉淀部分溶解。
请推断该白色粉末中一定有 ;一定没有 。(写化学式)
10.钴酸锂一般用作锂离子电池的正极材料,如图是从钴酸锂废极片(主要成分为钴酸锂LiCoO2)中回收得到Co2O3和Li2CO3的一种工艺流程。
(1)操作1粉碎的目的是 。
(2)操作2需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 。(填仪器名称)
(3)已知Li2CO3在水中的溶解性与氢氧化钙相似,为了获得较多高纯度Li2CO3,操作5中热水洗涤沉淀的效果比冷水好,请阐述理由: 。
(4)操作5得到Li2CO3,Li2CO3固体表面是否有硫酸根离子残留,请写出检验方法: 。
11.如图甲所示,向盛有CuO的试管中加入一定量的稀H2SO4,CuO全部溶解并得到蓝色溶液;继续向试管中加入一定量的 BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成,试管静置后,向上层清液中继续滴加 NaOH溶液,又有沉淀生成,且新生成的沉淀质量与滴加的NaOH溶液质量的关系如图乙所示。
甲 乙
(1)写出CuO全部溶解的化学方程式: 。
(2)图乙中A点对应溶液中溶质的可能组成是 。
思维亮剑
1.某兴趣小组查阅资料发现除去泥沙等杂质的粗盐,可能还含有CaCl2、MgCl2、Na2SO4等杂质。他们将该粗盐配成溶液,并对粗盐溶液进行探究和除杂。
(1)配制溶液时,加速粗盐溶解的玻璃仪器是 。
【探究过程】
(2)步骤1:向粗盐溶液中加入过量NaOH溶液,未出现明显现象,说明溶液中无 杂质;向溶液中继续滴加过量Na2CO3溶液,产生白色沉淀,过滤。反应的化学方程式为 。
(3)步骤2:向步骤1的滤液中滴加过量BaCl2溶液,产生白色沉淀,过滤;向滤液中滴加稀盐酸至溶液呈中性即得NaCl溶液。加稀盐酸除去的物质是 。
【初步结论】杂质成分已确定,且已完全除去。
【反思交流】
(4)小东认为Na2SO4还不能确定是否存在,可向步骤2的沉淀中滴加过量稀盐酸,若观察到 的现象,证明粗盐中确实存在Na2SO4。
(5)小红认为杂质也未完全除去,可按照步骤1和步骤2重新实验,并对调其中两种试剂的位置就能达到除杂目的,这两种试剂为 (填序号)。
A.Na2CO3溶液、BaCl2溶液
B.稀盐酸、BaCl2溶液
C.NaOH溶液、Na2CO3溶液
2.某兴趣小组利用废镍材料(含有金属Ni及少量Fe、Ag)探究相关物质的性质并回收镍,设计流程如图所示(部分产物略去)。
废镍材料
查阅资料:
a.H2O2溶液可将Fe2+转化为Fe3+。
b.Fe3+、Ni2+转化为对应的氢氧化物沉淀时,溶液pH有如下关系:
(1)步骤Ⅰ的操作为 。
(2)滤渣①的成分为 。
(3)单质Fe参与反应的化学方程式为 (任写一个)。
(4)滤液②中有Ni2+、无Fe3+,则滤液②pH可能为 (填序号)。
A.pH=1 B.pH=2 C.pH=6 D.pH=10
(5)Ni、Fe、Ag三种金属的活动性由强到弱的顺序为 。
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