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1、训练(二十二)非金属化合物的制备及性质探究1(2021·广西钦州一中检测)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广泛。某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓：已知：Ga转化为GaN的化学方程式是：2Ga2NH32GaN3H2NH3H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3HCl=NH4ClH3BO3(1)镓元素在周期表中的位置是_。(2)仪器X中的试剂是_。A浓氨水B稀硫酸C浓氢氧化钠溶液 D浓氯化铵溶液E饱和食盐水(3)仪器Y的名称是_；装置Z的作用是_。(4)加热前，需先通入一段时间的H2，原因是_。(5)取某GaN样品a g溶
2、于足量热NaOH溶液，发生反应GaNOHH2OGaONH3，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为b mol/L的盐酸V mL，则样品的纯度是_。解析由制备装置可知，Zn与稀硫酸反应生成氢气，利用氢气将装置内的空气排出防止金属被氧化，浓硫酸可干燥氢气，X为浓氨水，滴入到氧化钙上制备氨气，Y为碱石灰可干燥氨气， Z可防止倒吸，稀硫酸可吸收尾气。(2)仪器X中的试剂是浓氨水，将浓氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应：CaO2NH3·H2O=Ca(OH)22NH3，也可以把浓氯化铵溶液滴入烧瓶中，和CaO反应：2NH4ClCaOH2O=CaCl22NH32H2O，都可
3、以制取NH3。(3)装置Y为球形干燥管，装置Z作安全瓶，起到了防倒吸的作用。(4)空气中的氧气能与镓反应，且镓与氨气反应生成氢气能与空气中的氧气反应，发生爆炸，所以加热前需要通入一段时间的H2，排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气和氧气混合反应爆炸。(5)由题目所给方程式可知：GaNNH3NH3·H3BO3HCl，由关系式可知n(GaN)n(HCl)bV×103mol，则样品的纯度为×100%。答案 (1)第四周期第A族(2)AD(3)球形干燥管防倒吸(4)排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气反应爆炸(5) %2(2021
4、·重庆第一中学检测)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料，广泛用于制药、染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，实验装置设计如下：有关物质的部分性质如下表：熔点/沸点/其他PCl311275.5遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3POCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl；能溶于PCl3回答下列问题：(1)仪器a的名称是_，装置A中发生反应的化学方程式为_。(2)B装置的作用除观察O2的流速之外，还有_。(3)C装置控制反应在6065进行，其主要目的是_。(4)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中Cl元素含量，实验步骤如下：.取x
5、 g产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，待完全反应后加稀硝酸至酸性。.向锥形瓶中加入0.100 0 mol/L的AgNO3溶液 40.00 mL，使 Cl完全沉淀。.向其中加入2 mL硝基苯，用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。.加入指示剂，用c mol/L NH4SCN溶液滴定过量Ag至终点，记下所用体积V mL。已知：Ksp(AgCl)3.2×1010，Ksp(AgSCN)2×1012滴定选用的指示剂是_(填标号)，滴定终点的现象为_。aFeCl2BNH4Fe(SO4)2c淀粉 D甲基橙Cl元素的质量百分含量为(列出算式)_。步骤加入硝基苯的目的是_，如无此操作，所测C
6、l元素含量将会_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析(1)仪器a 的名称是球形冷凝管(或冷凝管)。该实验模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，PCl3遇O2生成POCl3，装置C三颈烧瓶中盛有PCl3，缺少氧化剂O2，故装置A用于制取O2，考虑装置特点，可利用H2O2催化分解，或Na2O2与水反应，结合守恒规律写出化学方程式。(2)PCl3遇水生成H3PO3和HCl，装置A中制得O2中混有H2O(g)，要通过装置B除去H2O(g)，显然B中盛有浓硫酸。B装置中长颈漏斗下端插入浓硫酸中，上端与大气相通，起到平衡气压的作用，故B装置的作用除观察O2的流速之外，还有干燥气体、平衡气压的作用。(3)
7、PCl3的沸点为75.5，C装置控制反应在6065进行，其目的是加快化学反应速率，同时防止PCl3挥发，提高原料的利用率。(4)用c mol/LNH4SCN溶液滴定过量Ag，要用Fe3作指示剂，达到滴定终点时，Ag完全沉淀生成AgSCN，SCN与Fe3反应生成Fe(SCN)3而使溶液呈红色，故应选用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。据Ag守恒可得：n(AgNO3)n(Cl)n(NH4SCN)，则有n(Cl)n(AgNO3)n(NH4SCN)0.100 0 mol/L×40.00×103 Lc mol/L×V×103 L(4cV)×103mol
8、，m(Cl)(4cV)×103mol×35.5 g/mol35.5(4cV)×103 g，故产品中Cl元素的质量百分含量为35.5(4cV)×103g/x g×100%×100% 。由于Ksp(AgCl)Ksp(AgSCN)，则AgCl的溶解度大于AgSCN的溶解度。步骤加入硝基苯的目的是防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为更难溶的AgSCN沉淀，导致消耗NH4SCN溶液的体积增大，所测Cl元素含量将会偏小。答案(1)冷凝管(或球形冷凝管)2Na2O22H2O=4NaOHO2(或2H2O22H2OO2)(2)平衡气压、干燥O
9、2(或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质)(3)加快反应速率，同时防止PCl3气化，逸出损失(4)b溶液刚好变为红色，且半分钟内不褪色 ×100% 防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀，导致多消耗NH4SCN溶液偏小3(2021·北京师大附中检测)二氧化氯(ClO2)是国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂。美国阿莱德公司开发的“Solvey法”制备ClO2，其原理是用NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60时发生反应制备ClO2。实验室利用下图所示装置(夹持装置已略去)模拟“Solvey法”制备ClO2：已知：ClO
10、2的浓度较大时易分解，实验室用稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，使用时加酸释放出ClO2；ClO2和CH3OH 的沸点分别为11和64.7。(1)仪器a的名称是_；仪器b的作用是_。(2)装置A采用的加热方式为_；反应中CH3OH被氧化为CO2，写出装置A中制备ClO2的化学方程式：_，该方法的优点是_。(3)稳定剂吸收ClO2后，滴加稀盐酸释放ClO2，反应的离子方程式为_。(4)(双选)下列有关说法正确的是_(填序号)。A注射器中NaOH溶液的作用是停止反应，并吸收多余的ClO2B装置C中溶液变成蓝色，证明装置A中反应有Cl2生成C装置D的作用主要是吸收尾气，防止污染环境(5)ClO2对
11、污水中Fe2、Mn2、S2和CN等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN的浓度为a mg·L1，现用ClO2将CN氧化，只生成两种气体，该反应的离子方程式为_；处理100 m3这种污水，理论上至少需要ClO2的体积(标准状况下)为_(用含a的代数式表示)。解析(1)仪器a的名称是球形冷凝管。仪器b是恒压滴液漏斗，其作用是平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发。(2)装置A中制取ClO2在60下进行反应，故采用的加热方式为水浴加热。NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60时发生反应制备ClO2，反应中CH3OH被氧化为CO2，还生成NaHSO4、H2O，结合得失电子守恒
12、和原子守恒写出化学方程式。(3)稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，滴加稀盐酸释放ClO2，结合得失电子守恒和原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：5ClO4H=4ClO2Cl2H2O。(4)注射器中NaOH溶液的作用是消耗装置A中稀硫酸，使反应停止，并吸收多余的ClO2，A正确；Cl2和ClO2都具有氧化性，都能将KI氧化生成I2而使溶液变蓝色，故装置C中溶液变成蓝色，不能证明装置A中反应有Cl2生成，B错误；Cl2有毒性，装置D中NaOH溶液的作用是吸收ClO2和Cl2尾气，防止污染环境，C正确。(5)用ClO2处理含CN的污水，将CN氧化只生成两种无毒气体，结合元素守恒推知，这两种气体为N2
13、和CO2，结合守恒规律写出离子方程式：2ClO22CN=N22CO22Cl。工厂污水中含CN的浓度为a mg·L1，100 m3这种污水中含有CN的质量为a mg·L1×100×1 000 L105a mg100a g，n(CN)(100a g)/(26 g·mol1) mol，结合反应可知，n(ClO2)n(CN) mol，在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol1 L。答案(1)球形冷凝管平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发 (2)水浴加热6NaClO3CH3OH6H2SO46ClO2CO25H2O6N
14、aHSO4反应产生CO2，可稀释ClO2，防止其浓度过大发生分解(3)5ClO4H=4ClO2Cl2H2O(4)AC(5)2ClO22CN=N22CO22Cl L4(2020·山东潍坊模拟)肼(N2H4，无色液体)是一种用途广泛的化工原料。实验室中先制备次氯酸钠，再用次氯酸钠溶液和氨反应制备肼并验证肼的性质。实验装置如图所示。已知：Cl2(g)2NaOH(aq)=NaClO(aq)NaCl(aq)H2O(g)H<0。当温度超过40时，Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3。回答下列问题：(1)仪器a的名称是_，装置B的作用是_。(2)为控制D装置中的反应温度，除用冷水浴外，还
15、需采取的实验操作是_。(3)当三颈烧瓶中出现黄绿色气体时立即关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯、关闭K1。此时装置C的作用是_。(4)将D装置水槽中的冷水换为热水，把三颈烧瓶中黄绿色气体赶走后，打开K2，通入NH3，使其与NaClO溶液反应制取肼。理论上通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为_。(5)请从提供的下列试剂中选择合适试剂，设计合理的实验方案验证肼的还原性_(说明操作、现象和结论)。淀粉KI溶液稀硫酸(酚酞)NaHCO3AgCl解析(1)仪器a为圆底烧瓶；装置A中生成Cl2，气体中含有HCl，故B的作用为除去Cl2中的HCl；(2)由题干已知信息可知，过量的Cl2会与
16、NaOH发生副反应，导致原料的浪费以及NaClO浓度降低，故需控制Cl2的量，可采取的实验操作为：控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度；(3)关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯时，圆底烧瓶中反应未立即停止，还会继续产生少量氯气，因K1关闭，A、B装置为封闭体系，故C的作用为储存氯气；(4)氯气通入D中发生反应：2NaOHCl2=NaClNaClOH2O；通入NH3后，D中发生反应：NaClO2NH3=N2H4NaClH2O，由两个方程式中NaClO与Cl2、N2H4的关系可知，通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为12；(5)若要验证肼的还原性，则需要选择氧化剂，AgCl中Ag具有氧化性，故
17、可选用AgCl，其实验操作及现象和结论为：取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性。答案(1)圆底烧瓶除去Cl2中的HCl (2)控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度(3)储存氯气(4)12(5)取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性5(2021·山东日照检测)某化学兴趣小组探究NO和Na2O2的反应，设计了如下图所示实验装置，其中E为实验前压瘪的气囊。查阅资料除浅黄色的AgNO2难溶于水外，其余亚硝酸盐均易溶于水。(1)写出A中反应的化学方程式：_。(2)将装置B补充完整，并标明试剂。(3)用无水CaCl2
18、除去水蒸气的目的是_。(4)反应一段时间后，D处有烫手的感觉，其中固体由淡黄色变为白色，直至颜色不再变化时，气囊E始终没有明显鼓起。学生依据反应现象和氧化还原反应规律推断固体产物为NaNO2。写出该反应的化学方程式：_。设计实验证明NaNO2的生成，实验方案是_。(写出操作、现象和结论)解析(1)A中的物质为Cu与浓硝酸，反应的方程式为：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。(2)装置B的目的为将NO2转化为NO，则需将A中产生的气体通过盛有水的洗气瓶。(3)因为过氧化钠会与水反应，从而干扰过氧化钠与NO的反应。(4)由题意分析可知反应的产物为NaNO2，且无其它气体产物生成
19、，则反应的方程式为：2NONa2O2=2NaNO2。若反应中有NaNO2生成，则加入硝酸银溶液会产生淡黄色的亚硝酸银生成：取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成。答案(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O (2)(3)防止水蒸气与过氧化钠反应，干扰实验(4)2NONa2O2=2NaNO2取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成6(2021·江西遂川中学检测)ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将其制备成NaClO2固体以便运输和贮存。过氧
20、化氢法制备NaClO2的实验装置如图甲所示。图甲已知：2NaClO3H2O2H2SO4=2ClO2O2Na2SO42H2O。ClO2的熔点为59，沸点为11，H2O2的沸点为150当温度低于38时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在3860时，析出NaClO2；温度高于60时，NaClO2分解。请回答下列问题：(1)当仪器组装完毕后，有同学认为：关闭弹簧夹K1和K2，取下X上端的玻璃塞，加入一定量的水后塞上玻璃塞，再打开X下端的活塞，可以检查装置的气密性。请判断该方法能否检查装置气密性，并说明理由：_。(2)Cl对ClO2的生成有一定催化作用。反应开始
21、时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，并产生微量氯气。该过程经两步反应完成，将其补充完整。_(用离子方程式表示)；H2O2Cl2=2ClO22H。(3)C中将装置浸入冰水浴中的作用是_。(4)若实验室采用如图乙所示的装置从C中的溶液中获得NaClO2晶体，则需要在该装置的Y处增加一个设备。图乙采用上述装置浓缩NaClO2溶液的操作称为_。水浴加热的温度最好控制在_左右(填序号)。A 40B55C 70 D 100装置中毛细玻璃管的作用是_。当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，_(填操作)。用3860热水洗涤晶体，干燥后得到产品。(5)产品纯度的测定：称取m g产品配成250 mL溶
22、液，取25. 00 mL溶液，加入足量的KI和稀H2SO4，充分反应后加入指示剂，用c mol·L1Na2S2O3标准溶液滴定至终点(I22S2O=2IS4O)，平均消耗标准溶液的体积为V mL，则产品中NaClO2的质量分数是_%。解析(1)装置A中恒压滴液漏斗的作用是保持容器的压强平衡，使液体顺利流下，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈漏斗中，故该方法不能检测装置的气密性。(2)Cl对ClO2的生成有一定催化作用，反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，发生反应：2ClO2Cl4H=Cl22ClO22H2O，H2O2Cl2=2ClO22H。
23、(3)温度升高，ClO2的溶解度减小，H2O2、NaClO2易发生分解，故C中将装置浸入冰水浴中的作用是增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解。(4)Y处应接真空泵，其作用是减小系统的压强，降低液体的沸点，防止液体受热分解，故浓缩NaClO2溶液的操作是减压蒸馏。当温度低于38时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在3860时，析出NaClO2；温度高于60时，NaClO2分解，故为了加快蒸馏速率，并防止NaClO2受热分解，应使温度低于60，且接近60，故应选择B项。为减小晶体的溶解，当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，要
24、趁热过滤，并用3860热水洗涤晶体，干燥后得到产品。(5)NaClO2溶解液中加入足量KI和稀H2SO4充分反应，I被NaClO2氧化生成I2，再用标准Na2S2O3标准溶液滴定至终点，存在关系：NaClO22I24Na2S2O3，则有n(NaClO2)1/4n(Na2S2O3)1/4×c mol·L1×V×103L×250/25.002.5cV×103 mol，m(NaClO2)2.5cV×103 mol×90.5 g/mol2.5cV×90.5×103g，故产品中NaClO2的质量分数是(2.5cV×90.5×103g)/m g×100%。答案(1)不能，恒压滴液漏斗的支管能够平衡气压，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈烧瓶中，所以该方法不能检查装置的气密性(2)2ClO2Cl4H=Cl22ClO22H2O(3)增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解(4)减压蒸馏B产生气化中心，防止溶液暴沸趁热过滤(5) 9