碳酸亚铁可用于制备补血剂。某研究小组制备了 FeCO3,并对 FeCO3 的性质和应用进行了探究。
已知:①FeCO3 是白色固体,难溶于水②Fe2++6SCN-⇌Fe(SCN)64-(无色)
Ⅰ.FeCO3 的制取(夹持装置略)
实验i
装置 C 中,向 Na2CO3 溶液(pH=11.9)通入一段时间 CO2 至其 pH 为 7,滴加一定量 FeSO4溶液,产生白色沉淀,过滤、洗涤、干燥,得到 FeCO3 固体。
(1)试剂 a 是________。
(2)向 Na2CO3 溶液通入 CO2 的目的是________。
(3)C 装置中制取 FeCO3 的离子方程式为________。
Ⅱ.FeCO3 的性质探究
实验ii
实验iii
(4)对比实验ⅱ和ⅲ,得出的实验结论是________。
(5)依据实验ⅱ的现象,写出加入 10%H2O2 溶液的离子方程式________。
Ⅲ.FeCO3的应用
(6)FeCO3 溶于乳酸[CH3CH(OH)COOH]能制得可溶性乳酸亚铁补血剂,此反应的离子方程式为____。
(7)该实验小组用 KMnO4 测定补血剂中亚铁含量进而计算乳酸亚铁的质量分数,发现乳酸亚铁的质量分数总是大于 100%,其原因是____(不考虑操作不当引起的误差)。
饱和 NaHCO3 溶液 降低溶液中OH-浓度,防止生成 Fe(OH)2 2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O Fe2+与 SCN—的络合(或结合)会促进 FeCO3 固体的溶解 6Fe(SCN)64- +3H2O2=2Fe(OH)3↓ +4Fe(SCN)3 +24SCN- FeCO3+2CH3CH(OH)COOH=2CH3CH(OH)COO- +Fe2++CO2↑+H2O 乳酸根中的羟基被 KMnO4 氧化,也消耗了 KMnO4
【分析】
Ⅰ.装置A中碳酸钙和稀盐酸反应生成的CO2中混有挥发的HCl气体,需要利用装置B中盛装的饱和NaHCO3溶液除去,装置C中,向Na2CO3溶液(pH=11.9)通入一段时间CO2至其pH为7,滴加一定量FeSO4溶液,产生白色沉淀,过滤、洗涤、干燥,得到FeCO3固体;
Ⅱ.(4)根据Fe2++6SCN-Fe(SCN)64-分析FeCO3在KCl和KSCN两种不同溶液中的溶解度不同判断;
(5)实验ⅱ中溶液显红色且有红褐色沉淀生成,说明加入10%H2O2溶液后有Fe(OH)3和Fe(SCN)3生成;
Ⅲ.(6)FeCO3溶于乳酸[CH3CH(OH)COOH]能制得可溶性乳酸亚铁补血剂,可结合盐和酸反应生成新酸和新盐的反应原理分析;
(7)乳酸根中羟基也能被高锰酸钾溶液氧化。
【详解】
Ⅰ.(1)欲除去CO2中混有的HCl,则B中盛装的试剂a是饱和NaHCO3溶液,故答案为:饱和 NaHCO3溶液;
(2)向Na2CO3溶液通入CO2的目的是,利用碳酸钠和CO2反应生成的NaHCO3,提高溶液中HCO3-的浓度,抑制CO32-的水解,降低溶液中OH-浓度,防止生成Fe(OH)2,故答案为:降低溶液中OH-浓度,防止生成 Fe(OH)2;
(3)装置C中,向Na2CO3溶液(pH=11.9)通入一段时间CO2至其pH为7,此时溶液中溶质主要为NaHCO3,再滴加FeSO4溶液,有FeCO3沉淀生成,发生反应的离子方程式为2HCO3-+Fe2+=FeCO3+CO2↑+H2O,故答案为:2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O;
Ⅱ. (4)通过对比实验ⅱ和ⅲ,可知Fe2+与SCN—的络合生成可溶于水的Fe(SCN)64-,会促进FeCO3固体的溶解,故答案为:Fe2+与 SCN—的络合(或结合)会促进 FeCO3 固体的溶解;
(5)依据实验ⅱ的现象,可知在含有Fe(SCN)64-的溶液中滴加10%H2O2溶液后有Fe(OH)3和Fe(SCN)3生成,发生反应的离子方程式为6Fe(SCN)64- +3H2O2=2Fe(OH)3↓ +4Fe(SCN)3 +24SCN,故答案为:6Fe(SCN)64- +3H2O2=2Fe(OH)3↓ +4Fe(SCN)3 +24SCN-;
Ⅲ. (6)FeCO3溶于乳酸制得可溶性乳酸亚铁补血剂,发生反应的离子方程式为FeCO3+2CH3CH(OH)COOH=2CH3CH(OH)COO-+Fe2++CO2↑+H2O,故答案为:FeCO3+2CH3CH(OH)COOH=2CH3CH(OH)COO-+Fe2++CO2↑+H2O;
(7)乳酸根中含有羟基,可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,导致消耗高锰酸钾的增大,而计算中按亚铁离子被氧化,故计算所得乳酸亚铁的质量偏大,产品中乳酸亚铁的质量分数会大于100%,故答案为:乳酸根中的羟基被KMnO4 氧化,也消耗了KMnO4。
化学实验方案的设计:
1.概念:化学实验方案的设计是在实施化学实验之前.根据化学实验的目的和要求,运用相关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。
2.实验方案设计的基本要求
(1)科学性:实验原理、实验操作程序和方法必须科学合理。
(2)安全性:尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作,保护人身安全,保护仪器。
(3)可行性:实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足要求。
(4)简约性:方案简单易行,尽可能采用简单的实验装置,较少的实验步骤和药品。还应遵循完成实验所用时间较短,副反应少,效果好等基本要求。
(5)经济性:综合考虑原料的用量和价格。
3.化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:
(1)实验名称;
(2)实验目的;
(3)实验原理;
(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格;
(5)实验装置图、实验步骤和操作方法;
(6)实验注意事项;
(7)实验现象的记录及结果处理;
(8)问题与讨论。
4.化学实验方案设计的基本思路
(1)明确目的、原理首先必须认真审题,明确实验的目的,弄清题目有哪些新的信息,结合已学过的知识,通过类比、迁移、分析,从而明确实验原理。
(2)选择仪器、药品根据实验的目的和原理,以及反应物和生成物的性质、反应条件(如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围内等),合理选择化学仪器和药品。
(3)设汁装置、步骤根据实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力,实验步骤应既完整又简明。
(4)记录现象、数据根据观察,全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。
(5)分析得出结论根据实验观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等,得出正确的结论。
序号 | 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
① | 用铂丝蘸取该固体在酒精灯上灼烧 | 火焰呈黄色 | 固体中含有Na+ |
② | 将该固体置于足量蒸馏水中 | 固体全部溶解 | 固体可溶于水 |
③ |
取少量①所得溶液,向其中滴加紫 |
溶液变蓝 | 溶液为碱性 |
④ | 取少量②所得溶液于试管中,滴加过 量氯化钙溶液,充分反应后,滴加无 色酚酞试液 |
有白色沉淀生成 | —— |
化学实验方案的评价:
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断,要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
1.从可行性方面对实验方案作出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则,在对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学可行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法的要求,在实际操作时能否做到可控易行。评价时,可从以下4个方面分析:
(1)实验原理是否正确、可行;
(2)实验操作是否安全、合理;
(3)实验步骤是否简单、方便;
(4)实验现象是否明显。
2.从“绿色化学”视角对实验方案作出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路,降低化学工业生产过程对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。据此,对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价:
(1)反应原料是否易得、安全、无毒;
(2)反应速率是否适巾;
(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;
(4)合成过程中是否造成环境污染。
3.从安全性方面对实验方案作出评价从安全角度常考虑的主要因素如下:
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;
(2)使用某些易燃易爆品进行实验时要防爆炸(如 H2还原CuO应先通H2可燃性气体点燃前先验纯等);
(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等);
(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施,以保证达到实验目的);
(5)冷凝回流(有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等);
(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;
(7)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑);
(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。
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阅读、分析下列两个材料:
材料一
材料二
物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 密度/g・cm-3 | 溶解性 |
乙二醇 C2H6O2 | -11.5 | 198 | 1.11 | 易溶于水和乙醇 |
丙三醇C3H8O3 | 17.9 | 290 | 1.26 | 能跟水、酒精以任意比互溶 |
根据上述材料及课本知识,回答下列问题(填写序号):
A.蒸馏法 B.萃取法 C.“溶解、结晶、过滤”的方法 D.分液法
⑴将纯碱从氯化钠和纯碱的混合物中分离出来,最好应用______________
⑵将乙二醇和丙三醇相互分离的最佳方法是______________
⑶用CCl4提取溴水中的溴单质的最佳方法是_____________.
⑷分离汽油和水的最佳方法是_______________