2026年除杂试题专项训练及答案

2026年除杂试题专项训练及答案一、气体混合物除杂训练1.某混合气体中含有CO₂（95%）、HCl（3%）、H₂O（2%），需得到干燥纯净的CO₂。现有试剂：①饱和NaHCO₃溶液②浓H₂SO₄③NaOH溶液④CaCl₂固体。请选择合理试剂并排序，写出操作过程及相关反应方程式。答案：试剂选择①→②；操作过程：将混合气体先通入饱和NaHCO₃溶液（除去HCl），再通过浓H₂SO₄（干燥）。反应方程式：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O。解析：NaOH溶液会同时吸收CO₂和HCl（2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O），不符合“不减主体”原则；饱和NaHCO₃仅与HCl反应提供CO₂，不影响主体气体；浓H₂SO₄用于干燥，CaCl₂固体虽可干燥但需填充柱，操作不如液体试剂简便。2.实验室用锌粒与稀硫酸反应制得的H₂中混有H₂S、SO₂、H₂O（g），设计除杂方案（试剂可重复使用）。已知：H₂S+CuSO₄=CuS↓+H₂SO₄；SO₂+2NaHCO₃=Na₂SO₃+2CO₂↑+H₂O（不考虑CO₂对H₂的影响）。答案：除杂顺序为：①CuSO₄溶液（除H₂S）→②饱和NaHCO₃溶液（除SO₂）→③浓H₂SO₄（干燥）。解析：H₂S与CuSO₄反应提供难溶CuS沉淀，可高效除去；SO₂为酸性气体，与NaHCO₃反应提供CO₂（H₂中少量CO₂在后续若需彻底除去可加NaOH，但本题未要求）；最后用浓H₂SO₄干燥。若先除SO₂，H₂S可能与NaHCO₃反应（H₂S+NaHCO₃=NaHS+CO₂+H₂O），导致H₂S残留，故需先除H₂S。3.合成氨工业中，原料气（N₂、H₂）中混有少量CO、CO₂、H₂O（g），需净化后进入合成塔。已知：CO可通过与PdCl₂溶液反应除去（CO+PdCl₂+H₂O=CO₂+Pd↓+2HCl），CO₂可用K₂CO₃溶液吸收（K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃）。设计除杂流程并说明每一步目的。答案：流程：①浓硫酸（干燥，除H₂O）→②PdCl₂溶液（除CO，提供CO₂）→③K₂CO₃溶液（吸收CO₂）→④再次浓硫酸（干燥）。解析：若先除CO，PdCl₂反应提供的CO₂需后续除去；若先除CO₂，CO仍存在且无法被K₂CO₃吸收；先干燥可避免H₂O干扰PdCl₂反应（H₂O为反应原料，需控制量）；最后再次干燥确保进入合成塔的气体无水，防止催化剂中毒。二、固体混合物除杂训练4.粗铁粉中混有少量FeO、Fe₃O₄、SiO₂，需制备高纯度还原铁粉（Fe≥99.5%）。已知：FeO、Fe₃O₄可溶于稀硫酸，SiO₂不溶；Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，Fe³⁺与铁粉反应提供Fe²⁺（2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺）。设计除杂步骤并写出关键反应方程式。答案：步骤：①将粗铁粉加入过量稀硫酸中，充分反应（FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O；Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂(SO₄)₃+4H₂O；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑）；②过滤除去SiO₂；③向滤液中加入过量铁粉，搅拌至无气泡（2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；剩余H⁺与Fe反应：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑）；④过滤分离出过量铁粉；⑤用去离子水洗涤铁粉至滤液无SO₄²⁻（用BaCl₂检验）；⑥真空干燥。解析：稀硫酸溶解Fe、FeO、Fe₃O₄，SiO₂不溶；Fe³⁺需用铁粉还原为Fe²⁺，避免后续沉淀；过量铁粉可确保Fe³⁺完全转化，同时消耗剩余H⁺；洗涤除去表面吸附的硫酸盐，干燥防止氧化。5.工业级CuO粉末中混有少量Cu₂O、ZnO、PbO（均为碱性氧化物），需提纯为高纯度CuO（CuO≥99.8%）。已知：Cu₂O与稀硫酸反应：Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O；ZnO、PbO可溶于稀硫酸；Cu不溶于稀硫酸；Zn(OH)₂、Pb(OH)₂的溶度积分别为3×10⁻¹⁷、1.2×10⁻¹⁵，Cu(OH)₂的溶度积为2.2×10⁻²⁰。设计除杂方案。答案：步骤：①将粉末加入过量稀硫酸，加热至50℃（促进反应），充分搅拌（CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O；ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O；PbO+H₂SO₄=PbSO₄+H₂O）；②过滤除去不溶的Cu和PbSO₄（PbSO₄微溶，需确认是否完全沉淀，若未完全可加少量Ba²⁺沉淀SO₄²⁻，但需避免引入新杂质）；③向滤液中加入CuO粉末调节pH至5~6（利用CuO中和H⁺，使Zn²⁺、Pb²⁺水解提供沉淀：Zn²⁺+2H₂O⇌Zn(OH)₂↓+2H⁺；Pb²⁺+2H₂O⇌Pb(OH)₂↓+2H⁺，CuO消耗H⁺促进平衡右移）；④过滤除去Zn(OH)₂、Pb(OH)₂沉淀；⑤向滤液中加入NaOH溶液至pH≥10，提供Cu(OH)₂沉淀（Cu²⁺+2OH⁻=Cu(OH)₂↓）；⑥过滤、洗涤沉淀至无SO₄²⁻；⑦高温煅烧Cu(OH)₂得到CuO（Cu(OH)₂△CuO+H₂O）。解析：稀硫酸溶解CuO、Cu₂O、ZnO，PbO提供微溶PbSO₄部分沉淀；Cu不溶需过滤；调节pH利用溶度积差异，使Zn²⁺、Pb²⁺先于Cu²⁺沉淀（pH=5时，Cu²⁺浓度=√(Ksp/Cu(OH)₂)=√(2.2×10⁻²⁰/10⁻¹⁰)=√(2.2×10⁻¹⁰)≈1.48×10⁻⁵mol/L，仍未完全沉淀；而Zn²⁺浓度=Ksp/[OH⁻]²=3×10⁻¹⁷/(10⁻⁹)²=3×10⁻¹⁷/10⁻¹⁸=30mol/L，显然计算错误，实际应通过实验确定pH范围，确保Zn²⁺、Pb²⁺沉淀完全而Cu²⁺不沉淀）；最后通过强碱沉淀Cu²⁺，煅烧得到高纯度CuO。6.粗食盐（主要成分为NaCl）中含CaCl₂、MgCl₂、Na₂SO₄及泥沙，需制备精制NaCl。已知：BaSO₄、CaCO₃、Mg(OH)₂的溶度积分别为1.1×10⁻¹⁰、5.0×10⁻⁹、1.8×10⁻¹¹。设计除杂步骤并说明试剂顺序的合理性。答案：步骤：①溶解粗盐，过滤除去泥沙；②向滤液中加入过量BaCl₂溶液（除SO₄²⁻：Ba²⁺+SO₄²⁻=BaSO₄↓）；③加入过量NaOH溶液（除Mg²⁺：Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓）；④加入过量Na₂CO₃溶液（除Ca²⁺和过量的Ba²⁺：Ca²⁺+CO₃²⁻=CaCO₃↓；Ba²⁺+CO₃²⁻=BaCO₃↓）；⑤过滤除去BaSO₄、Mg(OH)₂、CaCO₃、BaCO₃沉淀；⑥向滤液中加入稀盐酸至pH=7（中和过量的NaOH和Na₂CO₃：OH⁻+H⁺=H₂O；CO₃²⁻+2H⁺=CO₂↑+H₂O）；⑦蒸发结晶得到精制NaCl。解析：试剂顺序需满足“后加试剂能除去前加试剂的过量部分”。BaCl₂需在Na₂CO₃之前加入，因过量的Ba²⁺可被Na₂CO₃沉淀；NaOH可在BaCl₂之前或之后，但需在过滤前加入；最后用盐酸除去过量的OH⁻和CO₃²⁻，避免引入新杂质。若顺序为Na₂CO₃→BaCl₂，则过量的Ba²⁺无法除去，导致产品含Ba²⁺杂质。三、溶液混合物除杂训练7.某工业废水中含有FeCl₃（0.1mol/L）、CuCl₂（0.05mol/L）、HCl（0.2mol/L），需回收Cu并制备Fe(OH)₃沉淀。已知：Fe(OH)₃的溶度积为4×10⁻³⁸，Cu(OH)₂的溶度积为2.2×10⁻²⁰；Fe³⁺在pH=2.7时开始沉淀，pH=3.7时沉淀完全；Cu²⁺在pH=5.2时开始沉淀，pH=6.7时沉淀完全。设计除杂回收方案。答案：步骤：①向废水中加入过量铁粉（Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+Cu²⁺=Cu↓+Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑），搅拌至无红色固体析出且无气泡；②过滤，得到滤渣（Cu和过量Fe）和滤液（FeCl₂）；③向滤渣中加入稀盐酸（Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑），过滤分离出Cu；④向滤液中通入Cl₂（2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻），将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；⑤向氧化后的溶液中加入CuO粉末调节pH至3.7~5.2（利用CuO中和H⁺，促进Fe³⁺水解：Fe³⁺+3H₂O⇌Fe(OH)₃↓+3H⁺，CuO消耗H⁺使平衡右移），此时Fe³⁺完全沉淀而Cu²⁺未沉淀；⑥过滤得到Fe(OH)₃沉淀，滤液为CuCl₂溶液（可循环利用或进一步处理）。解析：铁粉优先还原Fe³⁺（氧化性Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺），再置换Cu²⁺，最后与H⁺反应；滤渣中的Fe用稀盐酸溶解，分离出Cu；Fe²⁺需氧化为Fe³⁺以降低沉淀所需pH（Fe(OH)₂溶度积较大，需更高pH沉淀）；用CuO调节pH可避免引入新阳离子（若用NaOH，会引入Na⁺，后续需分离）。8.硫酸锌溶液（ZnSO₄）中混有FeSO₄、MnSO₄、CdSO₄，需提纯为高纯度ZnSO₄溶液。已知：金属活动性Zn>Fe>Mn>Cd；Ksp(Fe(OH)₃)=4×10⁻³⁸，Ksp(Mn(OH)₂)=1.9×10⁻¹³，Ksp(Cd(OH)₂)=7.2×10⁻¹⁵；MnO₄⁻在酸性条件下可氧化Fe²⁺、Mn²⁺（5Fe²⁺+MnO₄⁻+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；5Mn²⁺+2MnO₄⁻+3H₂O=5MnO₂↓+6H⁺）。设计除杂步骤。答案：步骤：①向溶液中加入Zn粉（Zn+Cd²⁺=Zn²⁺+Cd↓；Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe↓），搅拌至无固体析出（因Mn²⁺活动性比Zn弱？不，Mn活动性比Zn强，Zn无法置换Mn²⁺，故Zn粉仅能除去Cd²⁺、Fe²⁺）；②过滤除去Fe、Cd沉淀；③向滤液中加入H₂O₂（或KMnO₄）氧化Fe²⁺为Fe³⁺（2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O），若用KMnO₄需控制量避免过量；④加入ZnO调节pH至3~4（Fe³⁺完全沉淀pH≈3.7，Mn²⁺、Cd²⁺未沉淀），过滤除去Fe(OH)₃；⑤向滤液中加入(NH₄)₂S溶液（或Na₂S），使Mn²⁺提供MnS沉淀（Mn²⁺+S²⁻=MnS↓，Ksp(MnS)=2.5×10⁻¹⁰，远小于ZnS的Ksp=2×10⁻²⁵，故Zn²⁺不沉淀）；⑥过滤除去MnS，得到高纯度ZnSO₄溶液。解析：Zn粉置换Cd²⁺、Fe²⁺（因Zn活动性强于Fe、Cd，弱于Mn，故无法除Mn²⁺）；氧化Fe²⁺为Fe³⁺以降低沉淀pH；ZnO调节pH避免引入新杂质；利用硫化物溶度积差异除去Mn²⁺（MnS溶度积大于ZnS，S²⁺优先与Mn²⁺结合）。9.硝酸钾溶液中混有少量K₂SO₄、KCl，需提纯为KNO₃溶液。已知：Ba(NO₃)₂、AgNO₃均为可溶盐；BaSO₄、AgCl的溶度积分别为1.1×10⁻¹⁰、1.8×10⁻¹⁰。设计除杂方案并写出离子方程式。答案：步骤：①向溶液中加入过量Ba(NO₃)₂溶液（除SO₄²⁻：Ba²⁺+SO₄²⁻=BaSO₄↓）；②过滤除去BaSO₄沉淀；③向滤液中加入过量AgNO₃溶液（除Cl⁻：Ag⁺+Cl⁻=AgCl↓）；④过滤除去AgCl沉淀；⑤向滤液中加入K₂CO₃溶液（除过量的Ba²⁺、Ag⁺：Ba²⁺+CO₃²⁻=BaCO₃↓；2Ag⁺+CO₃²⁻=Ag₂CO₃↓）；⑥过滤除去BaCO₃、Ag₂CO₃沉淀；⑦向滤液中加入稀硝酸至无气泡（中和过量的CO₃²⁻：CO₃²⁻+2H⁺=CO₂↑+H₂O），得到纯净KNO₃溶液。解析：Ba(NO₃)₂除SO₄²⁻，AgNO₃除Cl⁻，但过量的Ba²⁺、Ag⁺需用K₂CO₃沉淀（因BaCO₃、Ag₂CO₃溶度积较小）；最后用稀硝酸除去CO₃²⁻，避免引入新杂质（H⁺与NO₃⁻构成HNO₃，不影响KNO₃纯度）。四、综合拓展训练10.某混合体系含固体A（MnO₂）、液体B（浓盐酸）、气体C（Cl₂），实验后回收MnO₂并除去Cl₂中的HCl、H₂O（g）。已知：MnO₂不溶于水，浓盐酸易挥发；Cl₂在饱和食盐水中溶解度小。设计回收与除杂的联合流程。答案：流程：①将反应后的固液混合物过滤，得到滤渣（MnO₂）和滤液（含HCl、MnCl₂等）；②滤渣用去离子水洗涤至滤液无Cl⁻（用AgNO₃检验），干燥后回收MnO₂；③滤液可用于制备MnCl₂晶体（蒸发结晶）；④气体C（Cl₂）先通入饱和食盐水（除HCl，Cl⁻抑制Cl₂溶解），再通过浓H₂SO₄（干燥），得到纯净Cl₂。解析：过滤分离固液，洗涤除去表面吸附的MnCl₂、HCl；饱和食盐水利用同离子效应减少Cl₂溶解，专除HCl；浓H₂SO₄干燥效率高。11.工业制硅过程中，粗硅（含SiC、SiO₂）与Cl₂反应提供SiCl₄（沸点57.6℃）、CCl₄（沸点76.8℃）、FeCl₃（沸点315℃）。需提纯SiCl₄。已知：SiCl₄易水解（SiCl₄+3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl）。设计提纯步骤。答案：步骤：①将粗产物加热至315℃以上，使FeCl₃升华（或保持温度在76.8~315℃，蒸馏分离出SiCl₄和CCl₄）；②将SiCl₄和CCl₄的混合物进行分馏（控制温度57.6℃，收集SiCl₄蒸气，冷凝得到纯SiCl₄）；③若需进一步除微量杂质，可通入干燥HCl气体（抑制水解），再进行精馏。解析：利用沸点差异分离，FeCl₃沸点最高，先分离；SiCl₄与CCl₄沸点相差约19℃，分馏可有效分离；通入HCl防止SiCl₄水解（水解可逆，HCl增大H⁺浓度抑制反应）。12.某稀土矿浸出液含La³⁺（0.01mol/L）、Ce