内容正文:
类型2 物质的分离与提纯
1.《周礼·考工记》记载了我国古代劳动人民制取KOH,用以漂白丝帛的过程。制取KOH的主要流程如图所示(假设蚌壳、草木灰中的杂质均不参与反应)。
夺分特训二
【查阅资料】①蚌壳的主要成分是CaCO3。②草木灰的主要成分是K2CO3,其水溶液显碱性。
(1)蚌壳在灼烧前进行粉碎,其目的是 增大反应物间的接触面积,使反应更充分 。
(2)步骤1中得到的“白色固体”为 CaO (写化学式),该物质在生活中的用途有 作干燥剂(合理即可) (任写一条)。
(3)步骤3中反应的化学方程式为 Ca(OH)+KCOCaCO ↓+2KOH ,
该步骤中操作的名称为 过滤 。
增大反应物间的接触面积,使反应更充分
CaO
作干燥剂(合理即可)
Ca(OH)2+K2CO3═CaCO3↓+2KOH
过滤
夺分特训二
(4)草木灰被视为一种天然的、可循环再生的资源,下列说法正确的是 BC (填字母)。
A.其水溶液能使紫色石蕊试液变红色
B.可去除油脂,作清洁剂
C.可用作钾肥,增强植物抗倒伏能力
D.草木灰可以与铵态氮肥混用
BC
夺分特训二
2.跨学科实践 某实践小组参观矿泉水厂,该厂矿泉水含钙、钾等矿物质,其生产流程示意图如图。
(1)矿泉水是 混合物 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)石英砂过滤器装置的作用与实验室过滤操作的作用一样,过滤操作关键点是“一贴、二低、三靠”,其中“三靠”是指 玻璃棒的下端要轻轻地斜靠在三层滤纸一侧(合理即可) (写出其中一条即可)。
混合物
玻璃棒的下端要轻轻地斜靠在三层滤纸一侧(合理即可)
夺分特训二
(3)活性炭过滤器的主要作用是 吸附水中的色素和异味 。
(4)超滤是利用薄膜(仅允许小分子和离子通过)进行物质分离的技术。若水源中含有下列物质,推测该流程中“超滤”的主要作用是除去 C (填字母)。
A.CO2 B.NaCl C.高分子有机物
(5)臭氧是一种很好的消毒灭菌剂。生活中还常用二氧化氯(ClO2)作为消毒剂,其氯元素的化合价为 +4 。
(6)有些天然泉水硬度较大,要降低其硬度,生活中常用的方法有 煮沸 。
(7)水是人类宝贵的资源,在我们家庭生活中可以采取的节水措施有 用淘米水浇花(合理即可) 。(写一条)
吸附水中的色素和异味
C
+4
煮沸
用淘米水浇花(合理即可)
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3.太阳能电池的生产需要纯硅。工业上由粗硅生产纯硅的工艺流程如图所示:
(1)上述步骤中属于物理变化的是步骤 Ⅱ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”),其原理是依据 各成分的沸点 不同分离混合物。
(2)写出步骤Ⅰ发生化合反应的化学方程式: Si+2iCl 。
Ⅱ
各成分的沸点
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(3)步骤Ⅲ使用氢气前,一定要 检验纯度 ;步骤Ⅲ反应的产物除了纯硅外,还有一种产物的化学式为 HCl ,该产物是由 分子 (填“分子”“原子”或“离子”)构成的。
(4)与太阳能电池能量转化不同,火力发电是将化石燃料燃烧产生的 热 能转化为电能。
检验纯度
HCl
分子
热
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4.高纯硫酸锶(SrSO4,难溶于水)广泛应用于磁性材料行业。某兴趣小组以天青石(主要成分是SrSO4和少量CaCO3)为原料制备高纯硫酸锶,工艺流程设计如下:
Sr(OH)2、Ca(OH)2在水中的溶解度如下表:
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度
/g Sr(OH)2 0.91 1.77 3.95 8.42 20.2
Ca(OH)2 0.19 0.17 0.14 0.12 0.09
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(1)“粉碎”的作用是 增大反应物接触面积,使反应更快、更充分 。
(2)请补充“反应1”中相关化学方程式。
2NH4HCO3+SrSO4═SrCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+ H O ,该反应中的CO2可以回收利用,请列举出它的一种用途: 人工降雨(或作光合作用的原料、制取碳酸饮料等,合理即可) 。
(3)操作a为 过滤 。
(4)“焙烧”后,可得到固体产物除了CaO还有 SrO 。
增大反应物接触面积,使反应更快、更充分
H2O
人工降雨(或作光合作用的原料、制取碳酸饮料等,合理即可)
过滤
SrO
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(5) “浸取”所用水温,下列选项中最恰当的是 D ,请解释原因 增加氢氧化锶的溶解度,同时降低氢氧化钙的溶解度,更有利于两者的分离 。
A.0℃ B.40℃ C.60℃ D.80℃
(6)“反应2”是复分解反应,请写出对应的化学方程式: Sr(OH)+HSOSrSO↓ +2HO 。
D
增加氢氧化锶的溶解度,同时降低氢氧化钙的溶解度,更有利于两者的分离
Sr(OH)2+H2SO4═SrSO4↓+2H2O
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3. (2025·四川宜宾)绿矾(FeSO4·7H2O)是一种重要的化工原料。用表面
沾有油脂的钢渣(主要成分为FeO和SiO2,含少量C和Fe2O3)为原料制备
FeSO4·7H2O的流程如图。
已知:①钢渣来源于长时间堆放钢铁的场地上残留的固体废渣;②SiO2难溶
于水,也难溶于硫酸;③油脂可与NaOH溶液反应;④FeSO4·7H2O受热易失
去结晶水。
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回答下列问题:
(1)“碱洗”的主要目的是 。
【解析】已知油脂可与NaOH溶液反应,碱洗就是利用此性质除去钢渣表面
的油脂。
除去钢渣表面的油脂
(2)“浸取”步骤中,分离出“浸渣”的实验操作名称是 ,“浸
渣”的主要成分有 (填化学式)。
过滤
SiO2、C
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【解析】“浸取”步骤中,分离出“浸渣”,分离固体和液体的操作是过
滤;钢渣主要成分为FeO、SiO2,含少量C和Fe2O3,加入过量稀H2SO4,
FeO、Fe2O3与酸反应,即FeO+H2SO4 FeSO4+H2O、Fe2O3+
3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O,SiO2难溶于酸,C不与酸反应,所以浸渣
主要是SiO2、C。
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(3)若“滤液”中有FeSO4而没有Fe2(SO4)3,则“还原”步骤发生反应
的化学方程式是 Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑ 、 Fe+Fe2(SO4)3
。
Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
Fe+Fe2(SO4)3
3FeSO4
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【解析】浸取后,Fe2O3与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3,加入Fe,Fe与过量
H2SO4反应生成FeSO4和H2,即Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑,Fe与Fe2
(SO4)3反应生成FeSO4,即Fe+Fe2(SO4)3 3FeSO4。
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(4)“系列操作”过程涉及干燥。干燥时需控制温度低于30 ℃,原因
是 。
【解析】已知FeSO4·7H2O受热易失去结晶水,所以干燥时需控制温度低于
30 ℃。
防止FeSO4·7H2O受热失去结晶水
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二、拓展提优
4. (2024·湖北武汉)硫酸钡是白色固体,医疗上常用作透视肠胃的内服
剂。以毒重石(主要成分是碳酸钡,还含少量氧化铁和二氧化硅)为原料生
产硫酸钡的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)二氧化硅属于 (填“单质”或“化合物”)。
【解析】二氧化硅由硅、氧两种元素组成,属于化合物。
化合物
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(2)上述流程中涉及过滤,该操作用到的玻璃仪器有
。
【解析】过滤需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒。
烧杯、漏斗和玻
璃棒
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(3)“除铁”时发生反应的化学方程式为
(写一个即可)。
3NaOH+FeCl3 Fe(OH)3↓
+3NaCl(或HCl+NaOH NaCl+H2O)
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【解析】氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水,氯化铁和氢氧化钠反应生成氢
氧化铁沉淀和氯化钠,则“除铁”时发生反应的化学方程式为3NaOH+
FeCl3 Fe(OH)3↓+3NaCl,氢氧化钠能和过量的盐酸反应生成氯化钠
和水,反应的化学方程式为HCl+NaOH NaCl+H2O。
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(4)可溶性钡盐和碳酸钡均有毒,而硫酸钡无毒,说明硫酸钡具有的性质
是 。
【解析】碳酸钡能和酸反应生成可溶性钡盐,则硫酸钡无毒,是因为硫酸钡
难溶于水,且不和酸反应。
硫酸钡难溶于水,且不和酸反应
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(5)为变废为宝,将“滤液”转化为氯化钠溶液的方法是
(简述试
剂、用量及操作)。
向滤液中加入
适量的氯化钡和稀盐酸的混合液,充分反应后过滤(合理即可)
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【解析】碳酸钡能和盐酸反应生成氯化钡、二氧化碳和水,氯化钡能和硫酸
钠反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠,则滤液中的溶质为氯化钠和过量的硫酸钠
以及过量剩余的氢氧化钠,硫酸钠能和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀和氯化
钠,氢氧化钠和稀盐酸反应生成氯化钠和水,则可向滤液中加入适量的氯化
钡和稀盐酸的混合液,充分反应后过滤,得到的即为氯化钠溶液。
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5. (2025·四川成都)成都盛产蛇纹石,利用蛇纹石生产氢氧化镁的工
艺如图。
【资料信息】
1. 蛇纹石的主要成分为MgO和SiO2,含少量Fe2O3、Al2O3等。
2. SiO2难溶于水,不与稀硫酸反应。
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金属离子 Fe3+ Al3+ Mg2+
开始沉淀的pH 2.3 3.5 9.4
沉淀完全的pH 3.2 4.6 12.4
3. 部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表。
(1)“粉碎”的目的是 。
【解析】“粉碎”的目的是增大反应物间的接触面积,加快反应速率,使反
应更充分。因为固体粉碎后,与酸的接触面积变大,能提升酸浸效率。
增大反应物间的接触面积,使反应更充分
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(2)“酸浸”后,滤液中的阳离子有Mg2+和 (填离子
符号),滤渣1的主要成分是 。
H+、Fe3+、Al3+
SiO2
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【解析】蛇纹石主要成分为MgO和SiO2,含少量Fe2O3、Al2O3。酸浸时,
MgO、Fe2O3、Al2O3与稀硫酸反应:MgO+H2SO4 MgSO4+H2O、
Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O、Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3
+3H2O,SiO2不与稀硫酸反应。所以滤液中阳离子有Mg2+、Fe3+、Al3+、
H+(稀硫酸过量);滤渣1的主要成分是SiO2。
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(3)“碱洗”时,适宜的pH范围为 。
【解析】使Fe3+(沉淀完全pH=3.2)、Al3+(沉淀完全pH=4.6)完全沉
淀,且Mg2+(开始沉淀pH=9.4)不沉淀;所以适宜pH范围为4.6≤pH<
9.4。
4.6≤pH<9.4
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(4)“沉镁”的化学方程式为
。
【解析】沉镁时,MgSO4与过量NaOH反应生成Mg(OH)2沉淀,反应的化
学方程式:MgSO4+2NaOH Mg(OH)2↓+Na2SO4。
MgSO4+2NaOH Mg(OH)2↓+
Na2SO4
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(5)“洗涤”时,证明氢氧化镁已洗净的方法是
。
取少量最后一次洗涤
液于试管中,滴入氯化钡溶液(或无色酚酞溶液),无明显变化,说明已
洗净
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【解析】氢氧化镁表面可能残留Na2SO4、氢氧化钠杂质。要检验是否有
Na2SO4或氢氧化钠,可取最后一次洗涤液,滴加BaCl2溶液(或无色酚酞溶
液),无明显变化,说明已洗净,(因Na2SO4与BaCl2反应生成BaSO4白色
沉淀;氢氧化钠溶液能使酚酞溶液变红)。
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