47第47讲定量综合实验分析【正文】备用习题

第47讲定量综合实验分析1.[2024·山东滨州二模]纳米级TiO2广泛用于化妆品和功能纤维领域。实验室利用普通TiO2制备纳米xTiO2·yH2O并测定其组成(夹持装置略去)。已知:①TiO2可发生反应TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。②TiCl4易挥发,沸点136.4℃,极易与水反应,与HCl气体不反应。③PdCl2在盐酸中的存在形式为[PdCl4]2-,可吸收CO生成黑色颗粒Pd。Ⅰ.制备TiCl4(1)制备TiCl4时进行操作:(ⅰ)组装仪器,检验装置气密性;(ⅱ)添加药品;(ⅲ)打开分液漏斗活塞,接通电炉(其他合理表述均得分),接通冷凝装置,开始实验。

(2)F中试剂为PdCl2的盐酸溶液,发生反应的离子方程式为[PdCl4]2-+CO+H2OPd↓+CO2+2H++4Cl-。

(3)该实验设计存在的缺陷是装置D和装置E之间没有干燥装置。

Ⅱ.制备xTiO2·yH2O以N2为载体,用TiCl4和水蒸气反应得到Ti(OH)4,再控制温度生成纳米xTiO2·yH2O。Ⅲ.测定纳米xTiO2·yH2O的组成步骤ⅰ:取纳米xTiO2·yH2O样品4.54g,用足量稀硫酸溶解得到TiOSO4溶液,再用Al将TiO2+全部还原为Ti3+,过滤、洗涤,将滤液和洗涤液注入500mL容量瓶,定容得到待测液。步骤ⅱ:取待测液25.00mL,用如图所示装置进行电位滴定。用0.1000mol·L-1标准NH4Fe(SO4)2溶液滴定,将Ti3+氧化为TiO2+,指示电极的电位随Ti3+浓度变化而变化,通过测量指示电极的电位变化确定滴定终点。(4)E表示指示电极的电位,V表示标准溶液的体积,ΔE表示指示电极的电位改变量,ΔV表示标准溶液体积的增量,下列所示滴定终点附近的图像正确的有AD(填字母)。

ABCD(5)三次滴定消耗标准溶液的平均体积为25.00mL,计算该样品的组成为5TiO2·3H2O(填化学式),若测定过程中加入Al不足,则导致xy偏小(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。[解析]装置A中高锰酸钾和浓盐酸反应产生的氯气中含有水蒸气,通过装置B中的浓硫酸除去,然后氯气在电炉内与二氧化钛、炭粉发生反应,用装置D冷凝回流,获得液态四氯化钛,四氯化钛易水解,故应在后面连接干燥管,防止E的水蒸气进入装置D,用D吸收氯气,用F吸收CO。(1)制备TiCl4时进行操作:(ⅰ)组装仪器,检验装置气密性;(ⅱ)添加药品;(ⅲ)打开分液漏斗活塞,接通电炉,接通冷凝装置,开始实验,即先用氯气排净装置中的空气。(2)F中试剂为PdCl2的盐酸溶液,根据得失电子守恒以及电荷、原子守恒知,发生反应的离子方程式为[PdCl4]2-+CO+H2OPd↓+CO2+2H++4Cl-。(3)因为四氯化钛易水解,则该实验设计存在的缺陷是装置D和装置E之间没有干燥装置。(4)采用电位滴定法进行滴定,随着NH4Fe(SO4)2溶液的滴入,指示电极的电位逐渐增大,达到滴定终点时,指示电极电位存在突跃,选项A中有突跃的过程,则A正确;滴定终点时指示电极存在突跃,加入少量标准液时指示电极电位(ΔE)即有较大变化,即在滴定终点时数值变化很大,则D正确。(5)三次滴定消耗标准溶液的平均值为25.00mL,则消耗的n(Fe3+)=0.1000mol·L-1×0.025L=0.0025mol,Fe3+将Ti3+氧化为TiO2+而自身被还原为Fe2+,根据得失电子守恒,Fe3+和Ti3+的计量关系为Fe3+~Ti3+,则待测液中有0.0025molTi3+,根据Ti元素守恒,4.54g样品中n(TiO2)=0.0025mol×50025=0.05mol,TiO2的质量为0.05mol×(48+16×2)g·mol-1=4.0g,则剩余的0.54g为H2O的质量,n(H2O)=0.54g18g·mol-1=0.03mol,则该样品的组成为5TiO2·3H2O;Al具有还原性,加入Al可还原TiO2+为Ti3+,且Al可与酸反应生成H22.[2025·河北部分学校阶段测试]过氧化镁(MgO2)是一种无臭、无味的白色粉末,在医学上常被用作解酸剂。某化学实验小组在实验室中制取少量过氧化镁,并检验产品纯度。已知:过氧化镁不溶于水,易溶于稀酸,常温下稳定,加热时易分解成氧化镁和氧气。请回答下列问题。Ⅰ.制取过氧化镁:取一定质量的氧化镁固体,加双氧水后进行搅拌,发生反应得到过氧化镁。(1)过氧化氢的结构式为H—O—O—H,是极性(填“极性”或“非极性”)分子。已知过氧化氢是一种二元弱酸,其一级电离方程式为H2O2H++HO2-。(2)上述反应的化学方程式为MgO+H2O2MgO2+H2O。

Ⅱ.检验产品纯度:将制得的过氧化镁从反应混合物中分离出来,称取3.5g样品,在如图所示装置中进行实验。(3)恒压管的作用是使分液漏斗内压强与广口瓶内压强相等,便于稀盐酸顺利流下;稀盐酸流入广口瓶中时不向外排出气体,使O2的体积测量准确。

(4)广口瓶内发生的总反应的离子方程式为2MgO2+4H+2Mg2++2H2O+O2↑。

(5)反应结束后,为保证读取气体体积的准确性,下列操作必要的是BCD(填标号)。

A.关闭分液漏斗活塞B.将装置冷却至室温C.将水准管下移至其中液面与气管中液面高度相同D.视线与量气管中液面最低点水平相切,读数(6)将读取出的数据折合成标准状况下的气体体积为560mL,则样品的纯度为80%。

[解析]制备过氧化镁时,利用MgO和H2O2反应制备MgO2,MgO2不溶于水,再将其从悬浊液中过滤,并洗涤干燥即可。在测定MgO2含量时,利用MgO2与酸反应生成H2O2,H2O2再经MnO2催化分解产生O2,通过量取氧气的体积,再计算出氧气的量,再计算参加反应的MgO2的量,便可测定其纯度。(1)根据H和O的成键特点可知,过氧化氢的结构式为H—O—O—H,其分子呈“书页状”,是极性分子。过氧化氢是二元弱酸,则其一级电离方程式为H2O2H++HO2-。(2)氧化镁固体与双氧水反应生成过氧化镁和水,反应的化学方程式为MgO+H2O2MgO2+H2O。(3)恒压管的作用:使分液漏斗内压强与广口瓶内压强相等,便于稀盐酸顺利流下;稀盐酸流到广口瓶中时不向外排出气体,使O2的体积测量准确。(4)过氧化镁可溶于稀盐酸,生成氯化镁和过氧化氢,过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解,因此广口瓶内发生的总反应的离子方程式为2MgO2+4H+2Mg2++2H2O+O2↑。(5)该装置是密封装置,关闭分液漏斗活塞是不必要的操作,A不符合题意;读取气体体积时应控制