2025年物质除杂试题及答案

2025年物质除杂试题及答案一、气体混合物除杂1.某混合气体中含有CO₂（主）、H₂S、HCl和水蒸气，需得到纯净干燥的CO₂。请写出除杂试剂及操作步骤。答案：依次通过饱和CuSO₄溶液、饱和NaHCO₃溶液、浓硫酸，洗气。解析：H₂S与CuSO₄反应提供CuS沉淀（CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄），可除去H₂S；HCl与饱和NaHCO₃反应提供CO₂（NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O），避免CO₂溶解；浓硫酸吸收水蒸气。若先通过NaHCO₃，HCl与NaHCO₃反应提供的H₂O会干扰后续除H₂S（CuSO₄溶液为水溶液，不影响），但H₂S与NaHCO₃不反应（H₂S酸性弱于H₂CO₃），故需先除H₂S再除HCl。2.实验室用锌粒与稀硫酸反应制得的H₂中混有少量SO₂、H₂S和水蒸气，需提纯H₂。请设计除杂方案。答案：依次通过NaOH溶液（或CuSO₄溶液）、浓硫酸，洗气。解析：SO₂和H₂S均为酸性气体，可被NaOH溶液吸收（SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O）；若用CuSO₄溶液，H₂S与CuSO₄提供CuS沉淀（CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄），但SO₂与CuSO₄不反应，需额外用NaOH除SO₂。因此更高效的是直接用NaOH溶液同时吸收SO₂和H₂S，最后用浓硫酸干燥H₂。二、固体混合物除杂3.粗制KNO₃固体中含有少量NaCl、MgSO₄杂质，需制备纯净KNO₃。请写出除杂试剂、操作及原理。答案：①加水溶解，加入过量Ba(NO₃)₂溶液（除SO₄²⁻）；②过滤后加入过量KOH溶液（除Mg²⁺）；③过滤后加入过量K₂CO₃溶液（除Ba²⁺）；④过滤后加入适量稀HNO₃（除OH⁻、CO₃²⁻）；⑤蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥。解析：Ba(NO₃)₂与MgSO₄反应提供BaSO₄沉淀（Ba²⁺+SO₄²⁻=BaSO₄↓）；KOH与Mg²⁺提供Mg(OH)₂沉淀（Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓）；K₂CO₃与过量的Ba²⁺提供BaCO₃沉淀（Ba²⁺+CO₃²⁻=BaCO₃↓）；稀HNO₃中和过量的OH⁻（H⁺+OH⁻=H₂O）并与CO₃²⁻反应提供CO₂（2H⁺+CO₃²⁻=CO₂↑+H₂O）；最后利用KNO₃溶解度随温度变化大的特性，通过冷却结晶分离出KNO₃，NaCl残留母液中。4.工业制得的还原铁粉中混有少量Al粉和SiO₂，需提纯铁粉。请设计除杂方案。答案：①加入过量NaOH溶液，充分反应后过滤；②滤渣用蒸馏水洗涤至中性，干燥。解析：Al与NaOH溶液反应提供NaAlO₂（2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑），SiO₂与NaOH反应提供Na₂SiO₃（SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O），而Fe不反应；过滤后滤渣为Fe，洗涤除去表面残留的NaOH和钠盐，干燥后得到纯净铁粉。三、液体混合物除杂5.实验室制得的乙酸乙酯粗品中含有乙酸、乙醇和少量水，需提纯乙酸乙酯。请写出除杂试剂、操作及原理。答案：①向粗品中加入饱和Na₂CO₃溶液，振荡后静置分液；②取上层有机相，用无水MgSO₄干燥后过滤。解析：饱和Na₂CO₃溶液可中和乙酸（2CH₃COOH+Na₂CO₃=2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O），溶解乙醇（乙醇与水互溶），同时降低乙酸乙酯溶解度（乙酸乙酯在饱和Na₂CO₃中溶解度小），分层后上层为乙酸乙酯；无水MgSO₄吸收残留的水分，过滤后得到纯净乙酸乙酯。6.某工业废水中含有FeCl₃（杂质）和大量CuCl₂，需回收CuCl₂溶液。请设计除杂方案。答案：向废水中加入过量CuO（或Cu(OH)₂、CuCO₃），充分搅拌后过滤。解析：FeCl₃水解显酸性（Fe³⁺+3H₂O⇌Fe(OH)₃+3H⁺），加入CuO后与H⁺反应（CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O），降低溶液酸性，促使Fe³⁺水解平衡右移，提供Fe(OH)₃沉淀（Fe³⁺+3H₂O=Fe(OH)₃↓+3H⁺）；Cu(OH)₂或CuCO₃同理（Cu(OH)₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；CuCO₃+2H⁺=Cu²⁺+CO₂↑+H₂O）。过滤后除去Fe(OH)₃，滤液为纯净CuCl₂溶液，且不引入新杂质（CuO等过量部分不溶于水，过滤可除）。7.乙醇（主）中混有少量乙酸和水，需制备无水乙醇。请写出除杂步骤及原理。答案：①向混合液中加入过量生石灰（CaO），充分反应后蒸馏；②收集78.5℃左右的馏分。解析：CaO与乙酸反应提供乙酸钙（2CH₃COOH+CaO=(CH₃COO)₂Ca+H₂O），同时与水反应提供Ca(OH)₂（CaO+H₂O=Ca(OH)₂）；乙酸钙和Ca(OH)₂均为高沸点物质，蒸馏时乙醇（沸点78.5℃）先汽化，冷凝后得到无水乙醇。若直接蒸馏，乙酸（沸点117.9℃）和水（100℃）会与乙醇形成共沸物，无法完全分离，故需用CaO固定水和乙酸。四、综合除杂（多步骤、多类型）8.某混合体系由以下物质组成：气体A（CH₄，主）中混有C₂H₄、CO₂；液体B（苯，主）中混有苯酚；固体C（NaCl，主）中混有KNO₃。需分别提纯A、B、C。请逐一设计方案。答案：提纯A：依次通过溴水（除C₂H₄，C₂H₄+Br₂→CH₂BrCH₂Br）、NaOH溶液（除CO₂，CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O）、浓硫酸（干燥），洗气。提纯B：向液体中加入过量NaOH溶液（苯酚+NaOH→苯酚钠+H₂O），振荡后静置分液，取上层苯。提纯C：加水溶解，加热蒸发至大量晶体析出（NaCl溶解度随温度变化小，先析出），趁热过滤，滤渣为NaCl；滤液冷却后KNO₃结晶析出（可回收）。解析：CH₄与溴水不反应，C₂H₄与溴发生加成反应被除去；CO₂被NaOH吸收，浓硫酸干燥CH₄。苯酚钠易溶于水，与苯分层，分液后苯在上层。NaCl溶解度受温度影响小（20℃时36g，100℃时39.8g），KNO₃溶解度随温度升高显著增大（20℃时31.6g，100℃时246g），蒸发浓缩时NaCl先析出，趁热过滤分离；滤液冷却后KNO₃结晶，可实现两者分离。9.某金属废料主要成分为Zn（主），含少量Fe、Cu、Al，需回收纯净Zn。请设计除杂流程（已知：Zn(OH)₂可溶于强碱，Fe(OH)₂易被氧化）。答案：①废料用过量稀硫酸溶解（Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；Al+H₂SO₄=Al₂(SO₄)₃+H₂↑；Cu不反应，过滤除去）；②向滤液中加入H₂O₂（氧化Fe²⁺为Fe³⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O）；③加入过量ZnO（调节pH至5~6，使Fe³⁺、Al³⁺沉淀：Fe³⁺+3H₂O⇌Fe(OH)₃↓+3H⁺，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O；Al³⁺+3H₂O⇌Al(OH)₃↓+3H⁺）；④过滤后向滤液中加入过量Zn粉（置换残留的Fe²⁺、Al³⁺？不，Al³⁺已沉淀，实际为除去可能的重金属离子）；⑤过滤后电解ZnSO₄溶液（阴极：Zn²⁺+2e⁻=Zn↓），得到纯净Zn。解析：Cu不溶于稀硫酸，第一步过滤除去；H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺（Fe(OH)₃比Fe(OH)₂更易沉淀），ZnO调节pH使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀（Fe(OH)₃沉淀pH≈2.7~3.7，Al(OH)₃≈4.0~5.2，Zn(OH)₂≈5.5~8.0），避免Zn²⁺沉淀；电解法可将Zn²⁺还原为Zn单质，纯度高。五、拓展除杂（新型情境）10.某科研团队制备的纳米级TiO₂中混有少量Fe₂O₃和SiO₂杂质，需提纯TiO₂。已知：TiO₂难溶于强酸强碱，Fe₂O₃溶于强酸，SiO₂溶于强碱。请设计除杂方案。答案：①向混合物中加入过量盐酸，充分搅拌后过滤（Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，TiO₂、SiO₂不溶）；②滤渣用蒸馏水洗涤后，加入过量NaOH溶液，充分反应后过滤（SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，TiO₂不溶）；③滤渣用蒸馏水洗涤至中性，干燥得到纯净TiO₂。解析：第一步盐酸溶解Fe₂O₃，TiO₂和SiO₂残留；第二步NaOH溶解SiO₂，TiO₂不反应；两次过滤后除去Fe³⁺和SiO₃²⁻，洗涤干燥后得到纯净TiO₂。11.实验室用乙烯（C₂H₄）与H₂O加成制乙醇时，产物中混有乙醚（C₂H₅OC₂H₅）、未反应的乙烯和少量SO₂（由浓硫酸脱水副反应产生）。需提纯乙醇。请写出除杂步骤。答案：①将混合气体通过NaOH溶液（除SO₂，SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O）；②冷凝后得到液体混合物，加入蒸馏水（乙醚在水中溶解度小，乙醇与水互溶），分液除去乙醚；③向水层中加入生石灰（CaO），蒸馏收集78.5℃馏分（乙醇）。解析：NaOH溶液吸收酸性SO₂；乙醚密度小于水且难溶，分液后除去；生石灰与水反应提供Ca(OH)₂，提高沸点，蒸馏时乙醇先汽化，得到纯净乙醇。12.某盐湖卤水主要成分为NaCl（主）、MgCl₂、CaCl₂、KCl，需提取纯净NaCl。已知：25℃时，溶解度（g/100g水）：NaCl36.0，MgCl₂54.6，CaCl₂74.5，KCl34.0。请设计除杂方案。答案：①向卤水中加入过量NaOH溶液（除Mg²⁺：Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓）；②过滤后加入过量Na₂CO₃溶液（除Ca²⁺：Ca²⁺+CO₃²⁻=CaCO₃↓）；③过滤后加