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小专题4　化学反应中的定量计算
　
1.某废水中含有Cr2，为了处理有毒的Cr2，需要先测定其浓度。取20 mL废水，加入适量稀硫酸，再加入过量的V1 mL c1 mol·L－1 （NH4）2Fe（SO4）2溶液，充分反应（还原产物为Cr3＋）。用c2 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定过量的Fe2＋至终点，消耗酸性KMnO4溶液V2 mL。则原废水中c（Cr2）为（用代数式表示）（　　）
A. mol·L－1
B. mol·L－1
C. mol·L－1
D. mol·L－1
2.向13.6 g Fe和Fe2O3的混合物中加入150 mL足量的稀硫酸，在标准状况下收集到1.12 L H2，向反应后的溶液中滴加KSCN溶液不变红。为中和过量的稀硫酸，并使Fe元素全部转化为Fe（OH）2沉淀，恰好消耗了200 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液，则该稀硫酸的物质的量浓度为（　　）
A.2.25 mol·L－1
B.2 mol·L－1
C.3 mol·L－1
D.0.6 mol·L－1
3.将9.6 g Cu和Fe2O3的混合物完全溶解在400 mL稀盐酸中，然后向溶液中加铁粉，剩余固体质量与加入铁粉质量的关系如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A.a点溶液中滴入KSCN溶液会变红
B.b点溶液呈蓝色
C.稀盐酸的物质的量浓度为1 mol·L－1
D.混合物中Fe2O3的物质的量为0.04 mol
4.取某飞机铁铝合金零件7.2 g，溶于足量的稀硝酸中，金属无剩余。测得产生的气体体积为V1 L （标准状况下）。向溶液中加过量的NaOH溶液出现红褐色沉淀，随后沉淀部分溶解，过滤得滤液Ⅰ。小心收集沉淀，洗涤、干燥、称重得m1 g固体，再加热分解至恒重，得固体质量为7.2 g。下列说法错误的是（　　）
A.合金中Fe与Al的物质的量之比为7∶3
B.m1＝9.63
C.如果产生的气体只有NO，则标准状况下V1＝3.808
D.滤液Ⅰ溶质的主要成分为NaOH、NaNO3、 Na[Al（OH）4]
5.化合物（YW4X5Z8·4W2Z）可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示，在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是（　　）
A.W、X、Y、Z的单质常温下均为气体
B.最高价氧化物的水化物的酸性：Y＜X
C.100～200 ℃阶段热分解失去4个W2Z
D.500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3
6.学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题：
（1）铜与浓硝酸反应的装置如图所示，仪器A的名称为　　 　　　，装置B的作用为　　　　。
（2）铜与过量H2O2反应的探究如下：
实验②中Cu溶解的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　；产生的气体为　　　　。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，＝。X的化学式为　　　　。
（4）取含X粗品0.050 0 g（杂质不参加反应）与过量的酸性KI完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。（已知：2CuO2＋8H＋＋8I－2CuI↓＋3I2＋4H2O，I2＋2S22I－＋S4）
达到滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　，粗品中X的相对含量为　　　　。
7.某浅绿色晶体X[x（NH4）2SO4·yFeSO4·zH2O]在分析化学中常用作还原剂。为确定其组成，某小组同学进行如下实验：
Ⅰ.N含量的测定
采用蒸馏法，蒸馏的装置如图所示。
相关的实验步骤如下：
①准确称取58.80 g晶体X，加水溶解后，将溶液注入三颈烧瓶中；
②准确量取50.00 mL 3.030 mol·L－1 H2SO4溶液于锥形瓶中；
③向三颈烧瓶中加入足量NaOH溶液，通入氮气，加热，蒸氨结束后取下锥形瓶；
④用0.120 mol·L－1的NaOH标准溶液滴定锥形瓶中过量的硫酸，达到滴定终点时消耗25.00 mL NaOH标准溶液。
（1）仪器M的名称为　　　　。
（2）步骤③中，发生的氧化还原反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　，蒸氨结束后，为了减少实验误差，还需要对直形冷凝管进行“处理”，“处理”的操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）步骤④中，若振荡时锥形瓶中有液体溅出，则所测得的n（N）的值将　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
Ⅱ.S含量的测定
采用重量分析法，实验步骤如下：
①另准确称取58.80 g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加入过量的BaCl2溶液；
②将得到的溶液用无灰滤纸（灰分质量很小，可忽略）过滤，洗涤沉淀3～4次；
③用滤纸包裹好沉淀取出，灼烧滤纸包至滤纸完全灰化；
④继续灼烧沉淀至恒重，称量，得沉淀质量为69.90 g。
（4）步骤①中，判断BaCl2溶液已过量的实验操作和现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（5）步骤②中，采用冷水洗涤沉淀，其主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。
（6）结合实验Ⅰ、Ⅱ，通过计算得出晶体X的化学式为　　　　　　　　。
8.碱式碳酸钴[Cox（OH）y（CO3）2]可用作电子材料、磁性材料的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图所示装置进行实验。
（1）请完成下列实验步骤：
①称取3.65 g样品置于硬质玻璃管内，分别称量乙、丙装置的质量；
②按如图所示装置组装好仪器，并检查装置气密性；
③加热甲装置中硬质玻璃管，当乙装置中　　　　　　　　　　　　　（填实验现象），停止加热；
④打开活塞K，缓缓通入空气数分钟后，称量乙、丙装置的质量；
⑤计算。
（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用下列装置中的　　　　（填字母）连接在　　　　（填装置连接位置）。
（4）若按正确装置进行实验，测得如下数据：
乙装置的质量/g 丙装置的质量/g
加热前 80.00 62.00
加热后 80.36 62.88
则该碱式碳酸钴的化学式为　　　　　　　　。
（5）有人认为用如图所示装置进行两次实验也可以确定碱式碳酸钴的组成。
实验Ⅰ：称取一定质量的样品置于Y形管a处，加入一定体积一定物质的量浓度的足量稀硫酸于Y形管b处，量气管中盛放饱和碳酸氢钠溶液，而不用蒸馏水，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　，然后通过　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（填操作），引发反应，测定产生的CO2的体积（假设实验条件是在室温下）。
实验Ⅱ：将实验Ⅰ中反应后的液体和足量的锌粒分别放置在另一个Y形管的a、b中，量气管中盛装蒸馏水，此时引发反应的方式与实验Ⅰ　　　（填“相同”“不同”或“可相同也可不同”），然后测定产生H2的体积（假设实验条件是在室温下）。
两次实验结束时，读数前，先　　　　　　　　，再调节量气管两侧液面持平，然后平视读数。下列实验操作有可能会使y的值偏大的是　　　（填字母）。
A.实验Ⅰ读数时量气管左侧液面高于右侧液面
B.实验Ⅱ实验结束时，迅速调整两侧液面持平，立即读数
C.实验Ⅱ引发反应时将稀硫酸向锌粒倾斜
9.EDTA铁钠（用NaFeY·3H2O表示，摩尔质量为421 g·mol－1）为高效补血的新型铁强化剂，易溶于水，难溶于乙醇，与酸反应可解离出Fe3＋。实验室制备少量EDTA铁钠原理为2Fe（OH）3＋Na2CO3＋2H4Y2[NaFeY·3H2O]＋CO2↑＋H2O。
已知EDTA（乙二胺四乙酸，可表示为H4Y）熔点为240 ℃，不溶于冷水、乙醇、酸和一般有机溶剂，溶于碳酸钠溶液。能与碱金属和过渡金属等形成极稳定的水溶性络合物。
称取m g晶体样品，加稀硫酸溶解后配成100 mL溶液。取出10.00 mL该溶液，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入几滴淀粉溶液，用c mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，重复操作2～3次，平均消耗Na2S2O3标准溶液V mL。
已知：I2＋2Na2S2O32NaI＋Na2S4O6。
（1）KI发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
（2）样品中NaFeY·3H2O的质量分数是　　　　　　　％
（用含m、c、V的代数式表示）。
（3）若滴定过程较缓慢，则测得样品中NaFeY·3H2O的质量分数　　　　（填“偏小”“偏大”或“无影响”）。
1.A　本题中Cr2氧化Fe2＋生成Fe3＋，本身被还原为Cr3＋，过量的Fe2＋又被Mn氧化生成Fe3＋，Mn被还原为Mn2＋。利用得失电子守恒列等式，c1 mol·L－1×V1×10－3 L＝20×10－3 L×6c（Cr2）＋5c2 mol·L－1×V2×10－3L，解得c（Cr2）＝ mol·L－1，A正确。
2.B　根据题干信息可知，FeSO4＋2NaOHFe（OH）2↓＋Na2SO4、2NaOH＋H2SO4Na2SO4＋2H2O，即反应最后铁元素完全沉淀，溶液中的溶质只剩下Na2SO4，根据Na＋和S守恒可得n（Na＋）＝n（NaOH）＝2n（S）＝2n（H2SO4），即n（NaOH）＝2n（H2SO4），则0.2 L×3 mol·L－1＝2×0.15 L×c（H2SO4），解得c（H2SO4）＝2 mol·L－1，B正确。
3.C　0a段发生反应：Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，a点恰好使溶液中Fe3＋完全反应，滴入KSCN溶液不会变红，A错误；ab段发生反应：Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu，bc段发生反应：Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑，则b点Cu2＋已被完全置换出来，溶液呈浅绿色，B错误；ab段发生反应：Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu，根据Cu元素守恒可知，原混合物中含有1.6 g Cu（0.025 mol），则含有Fe2O3的质量为 9.6 g－1.6 g＝8 g，物质的量为0.05 mol，加入5.6 g Fe（即0.1 mol Fe）时，铜离子完全被置换成Cu，此时溶质为FeCl2，根据Fe元素守恒可知n（FeCl2）＝n（Fe）＋2n（Fe2O3）＝0.1 mol＋0.05 mol×2＝0.2 mol，n（HCl）＝2n（FeCl2）＝0.4 mol，400 mL稀盐酸的物质的量浓度为1 mol·L－1，C正确，D错误。
4.A　由题意画出如下流程图，
根据元素守恒，反应开始时7.2 g为铁铝合金的质量，最终7.2 g为Fe2O3的质量，n（Fe）＝×2＝0.09 mol，则n（Al）＝＝0.08 mol，n（Fe）∶n（Al）＝9∶8，A错误；n（Fe）＝0.09 mol，则红褐色沉淀m[Fe（OH）3]＝0.09 mol×107 g·mol－1＝9.63 g，B正确；由得失电子守恒可知，Fe、 Al失电子的物质的量为3×（0.09 mol＋0.08 mol）＝3×0.17 mol，则HNO3得电子的物质的量为3×n（NO），即3n（NO）＝3×0.17 mol，解得n（NO）＝0.17 mol，标准状况下V（NO）＝3.808 L，C正确；分析流程图可知，滤液Ⅰ溶质的主要成分为Na[Al（OH）4]、NaNO3和过量的NaOH，Fe3＋全部转化为Fe（OH）3沉淀，D正确。
5.D　化合物（YW4X5Z8·4W2Z）可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。该化合物的热重曲线如题图所示，在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出，则说明失去的是水，即W为H，Z为O，YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体，则Y为N，X为B，化合物YW4X5Z8·4W2Z为NH4B5O8·4H2O。X（B）的单质常温下为固体，故A错误；根据非金属性越强，其最高价氧化物的水化物的酸性越强，则最高价氧化物的水化物的酸性：X（H3BO3）＜Y（HNO3），故B错误；200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出，则说明失去的是水，若100～200 ℃阶段热分解失去4个H2O，则质量保留百分数为×100％≈73.6％，与图像不符，则说明100～200 ℃阶段不是失去4个H2O，故C错误；若化合物（NH4B5O8·4H2O）在500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3（B2O3），根据硼元素守恒，则得到关系式2NH4B5O8·4H2O～5B2O3，则此时质量保留百分数为×100％≈64.1％，与图像相符，说明假设正确，故D正确。
6.（1）具支试管　防倒吸
（2）Cu＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋2H2O　O2　既不是氧化剂，又不是还原剂，但可增强H2O2的氧化性
（3）CuO2
（4）滴入最后半滴标准溶液，溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原来的颜色　96％
解析：（1）由题图可知，仪器A的名称为具支试管；铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和H2O，其中二氧化氮易溶于水，需要防倒吸，则装置B的作用为防倒吸。（2）根据实验现象，铜片溶解，溶液变蓝，可知在酸性条件下铜和过氧化氢发生反应，生成硫酸铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋2H2O；硫酸铜可以催化过氧化氢分解生成氧气，则产生的气体为O2；在铜和过氧化氢的反应过程中，氢元素的化合价没有发生变化，但反应现象明显，故从氧化还原角度说明H＋的作用：既不是氧化剂，又不是还原剂，但可增强H2O2的氧化性。（3）在该反应中铜的质量m（Cu）＝n× g＝ g，因为＝，则m（O）＝n× g＋（m－n） g＝ g，则X的化学式中铜原子和氧原子的物质的量之比为＝＝，则X的化学式为CuO2。（4）滴定结束的时候，单质碘消耗完，则达到滴定终点的现象：滴入最后半滴标准溶液，溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原来的颜色；在CuO2中铜为＋2价，氧为－1价，根据2CuO2＋8H＋＋8I－2CuI↓＋3I2＋4H2O，可以得到关系式：2CuO2～3I2～6S2，则n（CuO2）＝×0.100 0 mol·L－1×0.015 L＝0.000 5 mol，粗品中X的相对含量为×100％＝96％。
7.（1）分液漏斗
（2）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O4Fe（OH）3　用蒸馏水冲洗冷凝管内通道2～3次，将洗涤液注入锥形瓶中
（3）偏大
（4）待浊液分层后，向上层清液中加入1～2滴BaCl2溶液，若无白色浑浊出现，则说明BaCl2溶液已过量
（5）尽可能减少沉淀的溶解损失，减小实验误差
（6）（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O
解析：（3）若振荡时锥形瓶中有液体溅出，消耗NaOH的量减少，则测得锥形瓶内溶液中剩余硫酸的量减少，与氨气反应的硫酸的量增多，造成所测n（N）的值偏大。（6）实验Ⅰ中，过量的H＋的物质的量为0.120 mol·L－1×0.025 L＝0.003 mol，与NH3反应的H＋的物质的量为3.030 mol·L－1×0.05 L×2－0.003 mol＝0.3 mol，即n（N）＝0.3 mol；实验Ⅱ中，69.90 g沉淀为BaSO4，则n（S）＝＝0.3 mol；利用电荷守恒：n（N）＋2n（Fe2＋）＝2n（S），得n（Fe2＋）＝0.15 mol；再利用质量守恒得m（H2O）＝58.80 g－m（N）－m（S）－m（Fe2＋）＝16.2 g，则n（H2O）＝0.9 mol，故n（N）∶n（Fe2＋）∶n（S）∶n（H2O）＝2∶1∶2∶6，晶体X的化学式为（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O。
8.（1）不再有气泡产生时
（2）将甲装置中产生的水蒸气和CO2全部赶入乙、丙装置中
（3）D　活塞K前（或甲装置前）　（4）Co3（OH）4（CO3）2
（5）饱和碳酸氢钠溶液会降低CO2的溶解度　将b向a倾斜，使稀硫酸流入Y形管a处　不同　恢复至室温　C
解析：（4）n（H2O）＝＝0.02 mol，n（H）＝0.04 mol，n（CO2）＝＝0.02 mol，由C元素守恒知，该碱式碳酸钴的物质的量为0.01 mol，H原子的物质的量为0.04 mol，则y为4，Co元素质量为3.65 g－0.04 mol×17 g·mol－1－0.02 mol×60 g·mol－1＝1.77 g，Co的物质的量为0.03 mol，故碱式碳酸钴的化学式为Co3（OH）4（CO3）2。（5）实验Ⅰ中应该让样品完全反应，所以引发反应时应该将稀硫酸向样品中倾斜；而实验Ⅱ中应该让稀硫酸完全反应，所以引发反应时应该将锌粒向稀硫酸中倾斜。
9.（1）2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2　（2）　（3）偏大
解析：（1）由Na2S2O3标准溶液滴定I2可知KI被样品氧化为I2，发生反应的离子方程式为2F＋2I－2Fe2＋＋I2。（2）由2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2、I2＋2Na2S2O32NaI＋Na2S4O6可知存在关系式：2NaFeY·3H2O～I2～2Na2S2O3，平均消耗Na2S2O3标准溶液V mL，则n（Na2S2O3）＝c×V×10－3mol，样品中n（NaFeY·3H2O）＝10n（Na2S2O3）＝cV×10－2mol，m（NaFeY·3H2O）＝cV×10－2mol×421 g·mol－1＝4.21cV g，样品中NaFeY·3H2O的质量分数＝×100％＝％。（3）若滴定过程较缓慢，则过量的KI可能被空气中的氧气氧化为I2，则消耗Na2S2O3标准溶液体积偏大，测得样品中NaFeY·3H2O的质量分数偏大。

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