内容正文:
专题3 从海水中获得的化学物质
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化学 必修 第一册 S
考点一 特殊离子方程式的书写
1.物质配比型离子方程式的书写——“少定多变”法
用“少定多变”法书写酸式盐与碱反应的离子方程式
(1)将少量物质定为“1 mol”,若少量物质有两种或两种以上的离子参加反应,则参加反应的离子的物质的量之比与物质组成之比相符。
(2)依据少量物质中离子的物质的量,确定过量物质中实际参加反应的离子的物质的量。
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(3)依据“先中和后沉淀”的思路书写。
如向Ca(HCO3)2溶液中加入过量NaOH溶液的离子方程式的书写方法为
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【例1】 按用量要求书写下列反应的离子方程式。
(1)NaHCO3溶液与Ca(OH)2溶液反应:
NaHCO3不足:___________________________________________;
NaHCO3过量:___________________________________________。
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(2)Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液反应:
n[Ba(OH)2]∶n(NaHSO4)=1∶1,此时溶液呈________性,反应的离子方程式为_________________________________________________
_____________________________________________________________;
n[Ba(OH)2]∶n(NaHSO4)=1∶2,此时溶液呈________性,反应的离子方程式为________________________;若向该溶液中再加入Ba(OH)2溶液,反应的离子方程式为______________________________________
_____________________________________________________________。
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解析:
(1)NaHCO3与足量Ca(OH)2溶液反应,根据“少定多变”的解题流程:
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【例2】 写出下列反应的离子方程式。
向Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸至有大量气泡冒出,该过程中发生反应的离子方程式为
___________________________________________________________
_________________________________________________________、
_________________________________________________________。
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3.反应先后型离子方程式的书写——“先强后弱”法
一种反应物中的两种或两种以上的组成离子,都能与另一种反应物的组成离子反应,但因反应顺序不同而导致离子方程式不同,又称为竞争型。
(1)非氧化还原型的离子反应
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(2)氧化还原型的离子反应
对于氧化还原反应,按“先强后弱”的顺序书写,即氧化性(或还原性)强的优先发生反应,氧化性(或还原性)弱的后发生反应。具体步骤为
第一步:确定反应的先后顺序如氧化性:Cl2>Fe3+,还原性:I->Fe2+>Br-,则向FeI2溶液中通入Cl2,I-先与Cl2发生反应。
第二步:根据用量判断反应发生的程度,如少量Cl2与FeI2溶液反应时,只有I-与Cl2反应:2I-+Cl2===2Cl-+I2;足量Cl2与FeI2溶液反应时,溶液中的I-和Fe2+均与Cl2发生反应:2Fe2++4I-+3Cl2===2Fe3++2I2+6Cl-。
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考点二 氧化还原反应规律及应用
1.氧化性、还原性强弱的判断
(1)根据氧化还原反应原理来判断
氧化性强弱:氧化剂>氧化产物;
还原性强弱:还原剂>还原产物。
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(2)根据元素的活动性顺序来判断
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①金属单质越活泼,其还原性越强;非金属单质越活泼,其氧化性越强。
②“单强离弱”——金属单质还原性越强,其阳离子的氧化性越弱;非金属单质的氧化性越强,其阴离子的还原性越弱。
(3)根据反应条件的难易来判断
反应的条件越简单,反应就越容易发生,说明物质氧化性(或还原性)越强。
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(4)根据元素被氧化/还原的程度来判断
某还原剂被不同氧化剂氧化时,元素化合价升得越高,说明氧化剂的氧化性越强。
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2.氧化还原反应的规律
(1)守恒规律
氧化还原反应中,氧化剂和还原剂得失电子总数相等,反应前后元素化合价升、降总数相等,反应前后电荷总数相等(离子反应)。
(2)强弱规律
应用:物质间氧化性(或还原性)的强弱比较或判断氧化剂(或还原剂)与有还原性(或氧化性)的物质在一定条件下能否发生反应。
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(3)先后规律
①同一氧化剂与多种还原剂混合,还原性强的先被氧化。
②同一还原剂与多种氧化剂混合,氧化性强的先被还原。
应用:判断物质的氧化性、还原性强弱或判断反应的先后顺序。
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(4)价态规律
①高低规律:
元素最高价态:只有氧化性。
元素中间价态:既有氧化性又有还原性。
元素最低价态:只有还原性。
应用:判断元素或物质的氧化性、还原性。
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②归中规律(不交叉规律):
同种元素不同价态之间发生氧化还原反应,元素的化合价“只向中间靠拢不出现交叉”,如:
同种元素相邻价态间不发生化学反应,SO2有强还原性,H2SO4(浓)有强氧化性,但二者不反应。
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③歧化规律:
同种元素的中间价态生成高价和低价,
即中间价→高价+低价,如:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
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下列关于该反应的判断正确的是( )
A.镁元素化合价由0升高到+2,所以MgO是还原产物
B.由此反应可以判断氧化性CO2>MgO,还原性Mg>C
C.CO2作氧化剂,表现氧化性,发生氧化反应
D.镁原子失去的电子数目等于氧原子得到的电子数目
B
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【例4】 Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4,而NaClO被还原为NaCl,若反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为1∶16,则x的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
D
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D
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A.试剂A可能为NaOH溶液
B.沉淀2只能是BaCO3,不可能是Mg(OH)2
C.每加一种试剂需过量但不需要过滤即可进行下一步
D.生成沉淀1的离子方程式只能是Ag++Cl-===AgCl↓
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解析:
由流程图可知,溶液中含有Ba2+、Mg2+、Ag+,应先加入NaCl溶液除去溶液中的Ag+,生成的沉淀1为AgCl,过滤后溶液1中加入的试剂B为NaOH溶液,得到的沉淀2为Mg(OH)2,溶液2中加入的试剂C为Na2CO3溶液,得到的沉淀3为BaCO3。试剂A不可能为NaOH溶液,Ag+和Mg2+均与OH-反应产生沉淀,A错误;沉淀2是Mg(OH)2,B错误;除杂时,为了除尽杂质离子,所加除杂试剂必须过量,由于实验目的是将三种阳离子逐一沉淀分离,所以每步均需过滤后再进行下一步操作,C错误;生成沉淀1反应的离子方程式只能是Ag++Cl-===AgCl↓,D正确。
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4.有甲、乙、丙三种溶液,进行如下操作:
则甲、乙、丙三种溶液中加的溶质可能是( )
A.BaCl2、HCl、Na2SO4
B.Ca(NO3)2、HNO3、AgNO3
C.CaCl2、HNO3、NaCl
D.BaCl2、H2SO4、KCl
A
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解析:
BaCl2与碳酸钠反应生成碳酸钡白色沉淀,碳酸钡沉淀与过量的HCl反应沉淀溶解并产生气体,加入Na2SO4产生硫酸钡沉淀,A正确;Na2CO3溶液加入Ca(NO3)2产生CaCO3白色沉淀,加入HNO3沉淀溶解并产生气体,加入AgNO3不会产生沉淀,B错误;Na2CO3溶液加入CaCl2产生CaCO3白色沉淀,加入HNO3沉淀溶解并产生气体,加入NaCl不会产生沉淀,C错误;Na2CO3溶液加入BaCl2产生BaCO3白色沉淀,加入H2SO4产生气体并生成硫酸钡沉淀,D错误。
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D
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B
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A
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B
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11.反应①:2H2O+Cl2+SO2===H2SO4+2HCl,反应②:NaClO3+6HCl(浓)===NaCl+3Cl2↑+3H2O;根据上述两个反应回答下列问题:
(1)用双线桥法标出反应②的电子转移情况:
__________________________________________________________。
(2)反应②的氧化剂为__________,氧化产物为__________,该反应中被氧化与被还原的原子个数比为________。
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(3)两反应中的氧化剂的氧化性强弱顺序为________________,还原剂的还原性强弱顺序为________________。
答案:(1)
(2)NaClO3 Cl2 5∶1
(3)NaClO3>Cl2 SO2>HCl
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(3)在反应①2H2O+Cl2+SO2===H2SO4+2HCl中,氯元素化合价降低,Cl2为氧化剂,对应的产物HCl为还原产物;硫元素化合价升高,SO2为还原剂,对应的产物H2SO4为氧化产物,可知氧化性Cl2强于H2SO4,还原性SO2强于HCl。在反应②NaClO3+6HCl(浓)===NaCl+3Cl2↑+3H2O中,NaClO3为氧化剂,HCl为还原剂,Cl2既是还原产物又是氧化产物,根据氧化还原反应强弱规律可知氧化性NaClO3强于Cl2,还原性HCl强于Cl2。综上所述,两反应中的氧化剂的氧化性强弱顺序为NaClO3>Cl2,还原剂的还原性强弱顺序为SO2>HCl。
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12.在上海召开的第七届全球人类基因大会上,我国科学家第一次提出可以用砒霜(As2O3)来治疗早期幼粒白血病。
(1)完成并配平下列反应的化学方程式:
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(2)As2O3在上述反应中显示出来的性质是______(填标号)。
A.氧化性 B.还原性
C.酸性 D.碱性
(3)若生成0.1 mol AsH3,则转移电子的物质的量为________mol。
答案:(1)1 6 6 2 6 3H2O (2)A (3)0.6
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(1)反应中As2O3中的砷元素由+3价降低为AsH3中的-3价,锌元素由0价升高到+2价,要使化合价升降总数相等,则氧化砷化学计量数为1,单质锌化学计量数为6,结合质量守恒可得反应的化学方程式为As2O3+6Zn+6H2SO4===2AsH3+6ZnSO4+3H2O。(2)依据反应的化学方程式可知,氧化砷中砷元素在反应中化合价降低,所以氧化砷为氧化剂,表现氧化性。(3)依据反应的化学方程式:As2O3+6Zn+6H2SO4===2AsH3+6ZnSO4+3H2O,反应中As2O3中的砷元素由+3价降低为AsH3中的-3价,可知每生成2 mol AsH3,转移12 mol电子,所以若生成0.1 mol AsH3,转移电子的物质的量为0.6 mol。
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13.亚氯酸钠(NaClO2)是一种高效氧化剂、漂白剂。在NaOH溶液中ClO2与H2O2反应可以得到亚氯酸钠,该反应为2ClO2+H2O2+2NaOH===2NaClO2+O2↑+2H2O。
(1)ClO2中氯元素的化合价是________;在制备亚氯酸钠的反应中ClO2是____________(填“氧化剂”或“还原剂”);若反应中生成1 mol NaClO2,转移电子的物质的量为______。
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(2)科学家经研究发现NaClO2也可用于制取自来水消毒剂ClO2。在一定条件下,将Cl2通入填充有固体NaClO2的反应柱内,两者反应可制得ClO2。还原产物为________,当消耗标准状况下1.12 L Cl2时,制得ClO2________g。
答案:(1)+4 氧化剂 1 mol
(2)NaCl 6.75
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解析:
(1)ClO2中氯元素的化合价是+4;在NaOH溶液中ClO2与H2O2反应可以得到NaClO2,氯元素化合价降低,ClO2是氧化剂;若反应中生成1 mol NaClO2,转移电子的物质的量为1 mol×(4-3)=1 mol。
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14.为探索ClO2溶液对氮氧化物(NOx)的处理效果,实验过程如下:
已知:ClO2具有强氧化性,且氧化性随着溶液的酸性增强而增强。
(1)“制气”阶段生成NaHSO4、NO和NO2。“制气”反应的化学方程式为________________________________________________________
_____________________________________________________。
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(2)ClO2可以将NO氧化为NO2,并进一步将NO2氧化为HNO3,ClO2则被还原为HCl。NO2和ClO2反应的化学方程式为____________________
______________________________________________________________。
答案:(1)2NaNO2+2H2SO4(浓)===2NaHSO4+NO↑+NO2↑+H2O
(2)5NO2+3H2O+ClO2===5HNO3+HCl
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解析:
(1)根据图示可以发现反应物为NaNO2和浓硫酸,所以反应的化学方程式为2NaNO2+2H2SO4(浓)===2NaHSO4+NO↑+NO2↑+H2O。
(2)NO2和ClO2的反应属于氧化还原反应,根据氧化还原反应原理可知,其反应的化学方程式为5NO2+3H2O+ClO2===5HNO3+HCl。
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答案:(1)Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O
Ca2++2OH-+2HCO===CaCO3↓+2H2O+CO
(2)碱 Ba2++OH-+H++SO===BaSO4↓+H2O 中 Ba2++2OH-+2H++SO===BaSO4↓+2H2O Ba2++SO===BaSO4↓
(2)Ba(OH)2与NaHSO4按物质的量之比1∶1反应,生成BaSO4、H2O和NaOH,溶液呈碱性,反应的离子方程式为Ba2++OH-+H++SO===BaSO4↓+H2O;Ba(OH)2与NaHSO4按物质的量之比1∶2反应,生成BaSO4、H2O和Na2SO4,溶液呈中性,反应的离子方程式为Ba2++2OH-+2H++SO===BaSO4↓+2H2O;若向该溶液中再加入Ba(OH)2溶液,则溶液中Na2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀。
2.常见类型
(1)可溶性多元弱酸(如H2S等)与碱反应
酸不足(或碱过量)时生成正盐,如H2S+2OH-===S2-+2H2O;酸过量(或碱不足)时生成酸式盐,如H2S+OH-===HS-+H2O。
(2)多元弱酸盐与强酸反应
酸不足(或盐过量)时生成酸式盐,如CO+H+===HCO;酸过量(或盐不足)时生成弱酸,如CO+2H+===CO2↑+H2O。
答案:CO+H+===HCO HCO+H+===H2O+CO2↑
如:向含有Na+、OH-、CO的溶液中,逐滴加入盐酸,因为结合质子的能力:OH->CO>HCO,故反应的先后顺序为
①H++OH-===H2O
②CO+H+===HCO
③HCO+H+===CO2↑+H2O
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+2H2O+Cl2↑
O2+4HCl(浓)2Cl2+2H2O
氧化性:KMnO4>MnO2>O2。
2Fe+3Cl22FeCl3 Fe+SFeS
氧化性:Cl2>S。
(5)根据所处环境(温度、浓度、pH)来判断
同一物质在不同的条件下,其氧化性/还原性会有所不同。
①温度:
②浓度:氧化性HNO3(浓)>HNO3(稀)
③pH:
【例3】 某同学在做实验时引发了镁失火,他立即拿起二氧化碳灭火器欲把火扑灭,却被实验老师及时制止。原因是CO2可以支持镁燃烧发生以下反应:2Mg+CO22MgO+C。
2Mg+CO22MgO+C,镁元素化合价由0升高到MgO中的+2,所以镁为还原剂,MgO是氧化产物,A错误;二氧化碳中碳元素的化合价由+4降低到0,所以二氧化碳为氧化剂,碳单质为还原产物,根据氧化剂的氧化性大于氧化产物,还原剂的还原性大于还原产物,所以氧化性CO2>MgO,还原性Mg>C,B正确;二氧化碳中碳元素的化合价由+4降低到0,所以二氧化碳为氧化剂,发生还原反应,C错误;根据得失电子数守恒,镁原子失去的电子数目等于碳原子得到的电子数目,D错误。
1.不同价态的钒的化合物广泛应用于电池等行业。根据反应:MnO+5VO2++H2O===________+Mn2++5VO。下列说法正确的是( )
A.上述反应的化学方程式空白处应填入“2OH-”
B.VO2+是氧化剂,VO是还原剂
C.VO2+是还原剂,1 mol VO2+转移电子的物质的量为1 mol
D.MnO是常见氧化剂,酸性条件下被氧化成Mn2+
由电荷守恒和原子守恒可知,上述反应的离子方程式空白处应填入“2H+”,A错误;由反应的离子方程式可知,反应中钒元素化合价升高被氧化,VO2+是还原剂,VO是氧化产物,1 mol VO2+转移电子的物质的量为1 mol,B错误,C正确;由反应的离子方程式可知,反应中锰元素化合价降低被还原,MnO是氧化剂,D错误。
2.将NO+Zn+OH-+H2O―→NH3+[Zn(OH)4]2-配平后,H2O的化学计量数是( )
A.2 B.4 C.6 D.8
在NO+Zn+OH-+H2O―→NH3+[Zn(OH)4]2-中,锌元素化合价由0升高到+2,氮元素化合价由+5降低到-3,由得失电子数守恒可知,Zn的化学计量数为4,NO的化学计量数为1,则NO+4Zn+OH-+H2O―→NH3+4[Zn(OH)4]2-,由电荷守恒可知,NO+4Zn+7OH-+H2O―→NH3+4[Zn(OH)4]2-,由H原子守恒可知,该反应的离子方程式为NO+4Zn+7OH-+6H2O===NH3+4[Zn(OH)4]2-,所以反应的离子方程式中H2O的化学计量数为6。
3.已知某溶液中含有Mg2+、Ba2+、Ag+和NO,现分别用NaCl溶液、NaOH溶液和Na2CO3溶液将该溶液中的三种阳离子逐一完全沉淀分离,其流程如图所示。下列说法正确的是( )
5.下列反应的离子方程式书写正确的是( )
A.二氧化锰与浓盐酸加热:MnO2+4H++4Cl-MnCl2+Cl2↑+2H2O
B.氢氧化铜加入盐酸中:OH-+H+===H2O
C.锌和硝酸银溶液反应:Zn+Ag+===Ag+Zn2+
D.FeCl3和NaOH溶液反应:Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
A项,应写为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O,A错误;B项,应写为Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2O,B错误;C项,反应的离子方程式中前后电荷不守恒和得失电子数不守恒,应写为Zn+2Ag+===2Ag+Zn2+,C错误。
6.某溶液中存在以下浓度的五种离子:0.9 mol·L-1 NO、0.6 mol·L-1 SO、0.3 mol·L-1 Fe3+、0.8 mol·L-1 H+、M,则M及其物质的量浓度可能为( )
A.Na+ 0.6 mol·L-1
B.Mg2+ 0.2 mol·L-1
C.Ba2+ 0.2 mol·L-1
D.CO 0.2 mol·L-1
由溶液呈电中性可知A,D不符合题意,因为SO与Ba2+生成BaSO4而不能大量共存,C不符合题意。
7.下列各组离子,能在溶液中大量共存的是( )
A.Na+、K+、Cl-、NO
B.Na+、Ag+、Cl-、SO
C.Na+、H+、CO、NO
D.H+、Ba2+、OH-、SO
该组离子不反应,能大量共存,A正确;Ag+会与Cl-反应生成白色沉淀,不能大量共存,B错误;H+会与CO反应生成水和二氧化碳,不能大量共存,C错误;Ba2+会与SO反应生成白色沉淀,不能大量共存,D错误。
8.宏观辨识与微观探析是化学学科核心素养之一。下列实验或事实对应反应的离子方程式书写正确的是 ( )
A.用大理石和稀盐酸制备CO2:2H++CO===H2O+CO2↑
B.Na2O2溶于水:Na2O2+H2O===2Na++OH-+O2↑
C.少量Ba(OH)2溶液和NaHCO3溶液反应:Ba2++2OH-+2HCO===BaCO3↓+CO+2H2O
D.氯气和水的反应:Cl2+H2O⇌2H++Cl-+ClO-
大理石主要成分碳酸钙,为难溶物,不能拆,其与盐酸反应的离子方程式为2H++CaCO3===Ca2++H2O+CO2↑,A错误;Na2O2溶于水:2Na2O2+2H2O===4Na++4OH-+O2↑,B错误;少量Ba(OH)2溶液和NaHCO3溶液反应时,将Ba(OH)2的化学计量数定为“1”,则Ba2++2OH-+2HCO===BaCO3↓+CO+2H2O,C正确;氯气和水的反应:Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO,其中HClO为弱电解质,不能拆,D错误。
9.下表中评价合理的是( )
化学反应及其反应的离子方程式
评价
A
Fe3O4与稀硝酸反应:2Fe3O4+18H+===6Fe3++H2↑+8H2O
正确
B
向碳酸镁中加入稀盐酸:CO+2H+===CO2↑+H2O
错误,碳酸镁不应写成离子形式
化学反应及其反应的离子方程式
评价
C
向硫酸铵溶液中加入氢氧化钡溶液:Ba2++SO===BaSO4↓
正确
D
FeBr2溶液与等物质的量的Cl2反应:2Fe2++2Br-+2Cl2===2Fe3++4Cl-+Br2
错误,Fe2+与Br-的化学计量数之比应为1∶2
Fe3O4中的Fe2+能够被稀硝酸氧化,还应生成NO,A错误;向硫酸铵溶液中加入氢氧化钡溶液,在生成BaSO4的同时还生成NH3·H2O,C错误;氯气先氧化Fe2+为Fe3+,然后再氧化Br-,反应的离子方程式正确,评价不正确,D错误。
10.有五种等浓度的溶液:①Na2CO3溶液 ②BaCl2溶液 ③AgNO3溶液 ④NaOH溶液 ⑤HNO3溶液,将部分溶液两两混合,反应情况如下表所示:
序号
操作
现象
反应的离子方程式
ⅰ
①+②
白色沉淀
a
ⅱ
②+③
b
Ag++Cl-===AgCl↓
ⅲ
①+⑤
无色气体
c
(1)将表格补充完整。
a.______________________________________________________;
b._____________________________________________________;
c.______________________________________________________。
(2)某同学向两份相同的Ba(OH)2溶液中,分别滴入浓度相等的H2SO4、NaHSO4溶液,其导电能力随滴入溶液体积变化的曲线如图所示。
其中________(填“a”“b”“c”或“d”)点对应的溶液呈中性;bd段对应反应的离子方程式是__________________________________。
答案:(1)CO+Ba2+===BaCO3↓ 白色沉淀 CO+2H+===H2O+CO2↑
(2)a、d OH-+H+===H2O
(1)碳酸钠和氯化钡反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠:CO+Ba2+===BaCO3↓;氯化钡和硝酸银反应生成氯化银白色沉淀和硝酸钡;碳酸钠和硝酸反应生成水、二氧化碳和硝酸钠:CO+2H+===H2O+CO2↑。
(2)氢氧化钡和稀硫酸反应生成水和硫酸钡,溶液中离子减少,恰好反应时溶液几乎不导电,溶液显中性,硫酸过量后存在H+、SO,溶液导电;氢氧化钡和硫酸氢钠反应,当钡离子恰好反应时,溶液为氢氧化钠溶液,氢氧根离子恰好反应时,溶液为硫酸钠溶液,溶液显中性,此时离子浓度最小,当硫酸氢钠过量,离子浓度变大,导电性又增强,溶液显酸性,溶液一直会导电;结合图像可知,a、d点对应的溶液呈中性;bd段对应反应的离子方程式是H+和OH-生成水的反应:OH-+H+===H2O。
(1)该反应用双线桥法表示为
(2)NaClO3转化为Cl2,氯元素化合价下降5,HCl转化为Cl2,氯元素化合价上升1,根据化合价升降守恒可知,被还原的NaClO3与被氧化的HCl个数比为1∶5,则该反应中被氧化与被还原的原子个数比为5∶1。
As2O3+Zn+H2SO4===AsH3+ZnSO4+________
(2)Cl2与NaClO2反应制得ClO2,氯气是氧化剂,则还原产物应为NaCl;当消耗标准状况下1.12 L(即0.05 mol)Cl2时,转移电子的物质的量为0.05 mol×2=0.1 mol,则可制得ClO2的物质的量为=0.1 mol,其质量为0.1 mol×67.5 g·mol-1=6.75 g。
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