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高中三年级化学

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    MnO2是一种重要的无机功能材料,粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2(含有较多的MnO2和MnCO3)样品转化为纯MnO2实验,其流程如下:

    (1)第①步加稀H2SO4时,粗MnO2样品中的___________(写化学式)转化为可溶性物质。
    (2)第②步反应的离子方程式
    (3)第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、_____________、____________、___________,已知蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH,则一定还有含有_______________________(写化学式)。
    (4)若粗MnO2样品的质量为12.69g,第①步反应后,经过滤得到8.7gMnO2,并收集到0.224 L CO2(标准状况下),则在第②步反应中至少需要______mol NaClO3
    本题信息:2011年安徽省高考真题化学实验题难度一般 来源:刘平
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本试题 “MnO2是一种重要的无机功能材料,粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2(含有较多的MnO2和MnCO3)样品转化为纯MnO2实验,其流程...” 主要考查您对

氧化还原反应的配平

基本仪器的使用

物质的除杂

氧化还原反应的计算

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配平简介:
化学反应方程式严格遵守质量守恒定律,书写化学反应方程式写出反应物和生成物后,往往左右两边各原子数目不相等,不满足质量守恒定律,这就需要通过配平来解决。


配平原则:
(1)电子守恒原则:反应中还原剂失去电子的总数与氧化剂得到电子的总数相等
(2)电荷守恒原则:若为离子反应,反应前后离子所带正负电荷总数相等
(3)质量守恒原则:反应前后各元素的原子个数相等

配平步骤:
(1)一标:标明反应前后化合价有变化的元素的化合价
(2)二等:通过求最小公倍数使化合价升降总值相等
(3)三定:确定氧化剂与还原剂的化学计量数
氧化剂(还原剂)化学计量数=降(升)价的最小公倍数÷1mol氧化剂(还原剂)降(升)价总数
(4)四平:用观察法配平其他物质的化学计量数
(5)五查:检查质量与电荷、电子是否分别守恒

配平技巧:
(1)逆向配平法:部分氧化还原反应、自身氧化还原反应等可用逆向配平法,即选择氧化产物、还原产物为基准物来配平(一般从反应物很难配平时,可选用逆向配平法)
例:
通过表明氧化产物、还原产物化合价的升降,确定CrCl3、Cl2的计量数为2和3,然后再用观察法配平。
(2)设“1”配平法:设某一反应物或生成物(一般选用组成元素较多的物质作基准物)的化学计量数为1,其余各物质的化学计量数可根据原子守恒原理列方程求得。
例:P4O+Cl2→POCl3+P2Cl6
可令P4O前的系数为1,Cl2的系数为x,则
1P4O+xCl2→POCl3+3/2P2Cl6 ,再由Cl原子守恒得2x=3+3/2×6 得x=6 即可配平
(3)零价配平法:先令无法用常规方法确定化合价的物质中各元素均为零价,然后计算出各元素化合价的升降值,并使元素化合价升降总数相等,最后用观察法配平其他物质的化学计量数。
例:Fe3C+HNO3=Fe(NO3)3+CO2↑+NO2↑+H2O
复杂化合物Fe3C按照常规方法分析,无法确定其Fe和C的具体化合价,此时可令组成物质的各元素化合价为零价,根据化合价升降法配平。

再用观察法确定物质的化学计量数。
(4)整体标价法:当某元素的原子在某化合物中有数个时,可将它作为一个整体对待,根据化合物中元素化合价代数和为零原则予以整体标价。
例:S+Ca(OH)2→CaSx+Ca2S2O3+H2O
生成物CaSx、Ca2S2O3中的Sx、S2作为一个整体标价为-2、+4价,则化合价升降关系为:
Sx  0→-2  降2×2
S2  0→+4  升4×1
即可配平。
(5)缺项配平法:一般先确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量系数,再通过比较反应物与生成物,确定缺项(一般为H2O、H+或OH-),最后观察配平。
(6)有机氧化还原反应的配平:有机物中元素的化合价一般来讲,氢元素显+1价,氧元素显-2价,然后再根据化合价的代数和为零求酸碳元素的平均化合价。



氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤:

  1. 一般方法:从左向右配。
  2. 步骤:标变价,找变化,求总数,配系数。
  • 标出元素化合价变化的始态和终态
  • 求升价元素或降价元素化合价的变化数
  • 求化合价变化数的最小公倍数,分别作为氧化剂或还原剂的系数
  • 配平变价元素
  • 用观察法配平其他元素
  • 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律(离子方程式还要看电荷是否守恒)
    如:

特殊技巧:

配平时若同一物质内既有元素的化合价上升又有元素的化合价下降,若从左向右配平较困难,可以采用从右向左配平,成为逆向配平法。



基本仪器的使用:

1、可加热的仪器:

名称和图片 主要用途 使用注意事项
常用作少量试剂的溶解或反应的容器,也可用于收集少量气体、装配小型气体发生器 可直接加热。硬质试管能耐约700℃的高温,普通试管不耐高温。加热前试管外壁要擦干,加热时必须用试管夹夹持或用铁夹固定在铁架台上,切不可拿在手中,加热时还要先使试管均匀受热,然后重点加热其有药品的部位。加热固体时,要使管口略向下倾斜,固体要平铺于试管底部;加热液体时,要使管口向上,使试管与桌面成 45角,且液体量不超过试管容积的1/3,管口切忌向着有人的方向。热的试管不要骤冷,以防炸裂。在常温下的物质溶解或发生化学反应,试管内液体体积不要超过试管容积的1/2。拿取试管时,用中指、食指、拇指拿住距试管口1/3处
常用来配制、浓缩溶液,用作试剂用量较多的加热或不加热反应的容器,向其他容器中转移液体的容器,代作水浴锅 加热时要垫石棉网且外壁干燥,或用水浴加热。加热时液体量不要超过容积的2/3,也不可把液体蒸干。热的烧杯不可骤冷。搅拌时玻璃棒不可触及杯壁和杯底
常用作在加热或不加热条件下有液体试剂参加的化学反应的容器 平底烧瓶一般不用作加热反应容器。圆底烧瓶在加热时要垫石棉网且外壁要干燥,或用水浴加热,加热时液体量不要超过容积的1/2,也不要把液体蒸干。热的烧瓶不可骤冷
常用作液态混合物的蒸馏或分馏容器,也可用作气体发生器 同圆底烧瓶,但要加碎瓷片防暴沸。蒸馏(分馏)时温度计水银球要在支管口处
主要用作滴定实验的反应器,也可用作其他化学反应、液体收集的容器,还可用于组装洗气瓶 同圆底烧瓶
2、计量仪器:
名称和图形 主要用途 使用注意事项
用来量取要求不太严格的液体体积,是一种粗略的液体体积计量仪器 使用前要洗净,使用时要在桌面上放平稳,读数时,视线要与液体凹液面的最低点相平。不可用作反应器,不可加热,也不能用来配制溶液
常用于配制一定体积、浓度准确的溶液,如配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液 不能用作反应容器,不可加热,瓶和瓶塞是一一对应的,瓶塞不能互换,瓶塞要用结实的细绳系在瓶颈上,以防损坏或丢失。使用前要检查是否完好、瓶口处是否漏水,不漏水的容量瓶才能使用。配制溶液用的溶质,要先在烧杯里用适量的蒸馏水溶解,并使溶液恢复到室温后才能转入容量瓶中,不可直接在容量瓶中溶解溶质。向容量瓶里加入溶液或蒸馏水时,要用玻璃棒引流,至距刻度线23cm时,改用胶头滴管滴加蒸馏水,不能让液体流经刻度线以上的内壁。定容时,要使液体凹液面与瓶颈部的刻度线相切,并平视观察。手持容量瓶时,不能用手掌握瓶颈和瓶体,要用手指肚触瓶的方式持瓶。容量瓶内不能长期储存溶液。容量瓶使用完毕,应冼净、晾干,玻璃磨砂瓶塞与瓶口处垫张纸条,以免瓶口与瓶塞粘连
主要用于精确地放出一定体积的溶液,如酸碱中和滴定、配制一定物质的量浓度的硫酸溶液,都要用到滴定管。酸式滴定管用来盛装酸性溶液,碱式滴定管用来盛装碱性溶液,棕色滴定管用来盛装见光易分解的溶液 酸式滴定管与碱式滴定管不能互换使用。滴定管在使用前要先检查是否漏液。对酸式滴定管还要检查玻璃活塞是否转动灵活,对碱式滴定管还要检查橡胶管是否老化失去弹性。只有检查合格的滴定管才能使用。向滴定管内装入实验所用的溶液前,要用该溶液润洗滴定管23次,装入溶液后要赶走滴定管尖嘴内的气泡,然后将液面调在“0”刻度或“0”刻度以下。从滴定管里放出液体时,要将滴定管垂直固定在滴定管夹上,用左手操作滴定管。读数时,要在停止放出液体后1~2min后进行,要使视线与凹液面保持水平,读取与液体凹液面相切处的刻度值。滴定管用毕要立即洗净,长期不用时要在活塞处垫上小纸条,防止活塞粘连
常用于精确度不高的物质质量的称量 使用时要放平稳。称量前要先调零。称量一般的药品时,要先在两盘上各放一张大小相同的纸片后再加砝码和药品;易潮解、强腐蚀性的药品,要盛在烧杯或表面皿中称量;热的物质要待冷却至室温后再称量。称量时,左盘放称量物,右盘放砝码。砝码要用镊子由大到小夹取,最后移动游码(用镊子)。称量完毕,要把砝码收回砝码盒内,游码拨回到标尺的零处
用于测量物体的温度 测量物体某一部位的温度,温度计的感温泡就要放在这一部位。选用温度计时,要使温度计的最大显示温度高于被测物体温度。处在高温下的温度计不可骤冷。切忌以温度计代替玻璃棒去搅拌液体或固体
3、可用于分类除杂的仪器
名称和图形 主要用途 使用注意事项
蒸发液体、浓缩溶液或干燥固体 能耐高温,可在火焰上直接加热,但不能骤冷。在加热蒸发液体时,液体体积一般不超过蒸发皿容积的2/3,要用玻璃棒不断搅拌液体,以免液体飞溅。热的蒸发皿不能直接放在实验桌上。取用蒸发皿要用坩埚钳
在化学实验中常用来高温灼烧固体 能耐商温,可在火焰上直接加热,但不能骤冷。定量实验的冷却应在干燥器中。熔融NaOH等强碱时要在铁坩埚中进行。夹持坩埚和坩埚盖时都要用坩埚钳
让不纯的气体通过装入的有关液体,除去杂质 装入洗液的量勿超过容积的2/3。使用之前要检验气密性,不漏气者才可使用。进气口和出气口不要接错。气体进入的速率不能太快,以便有效吸收杂质。改作量气装置时,液体要加满,且短进长出
使热的蒸气冷却凝结为液体 要使冷却水的进口在组装仪器的低处,出水口在组装仪器的高处,以保证隔套内充满冷却水,提高冷却效率
内装固体干燥剂或吸收剂时,用于干燥或吸收气体;也可作电解、电泳等实验的容器;还可用于装配简易启普发生器 两管之间不能用力挤压或拉扯,以防在弯管处断裂
用于内装固体干燥剂吸收某些气体,也可用于组装简易启普发生器 气体要从大口进,小口出。球体和细管的连接处一般要塞一个小棉花球或玻璃丝球,防止干燥剂颗粒进入细管内
用于过滤操作和向小口容器里倾注液体。还用作装配易溶于水的气体的吸收装置(防倒吸) 过滤时应“一贴、二低、三靠”,即滤纸紧贴漏斗内壁,无缝隙,无气泡;滤纸低于漏斗口上沿0.5cm,滤液液面低于滤纸的边缘;漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,玻璃棒末端轻轻地斜靠在三层滤纸处,烧杯引水口紧靠在玻璃棒上
用于两种互不相溶的液体的分离,也用于装配制备物质的反应器,用它向容器里加入液体反应物 使用前要检查活塞处和上口处是否漏水。分液时,上层液体从上口倒出,下层液体由下口放出。从下口放出液体时,要将上端玻璃塞的小孔或凹槽对准颈部的小孔使漏斗内外相通,及时关闭活塞,防止上层液体流出

4、其他常用仪器

名称和图形 主要用途 使用注意事项
用于中、低温度的加热。进行焰色反应 点燃酒精灯时,要把灯放正,用火柴点燃,严禁以灯点灯、向灯体内加酒精时,要先熄灭酒精灯,再通过漏斗加入酒精,严禁向燃着的酒精灯内添加酒精。熄灭酒精灯时,要用灯帽盖灭,不可吹灭。灯体内酒精的量要在灯体容积的之间
用来粉碎硬度不太大的固态物质,也可用来拌匀粉末状固态反应物 不能用火加热。研磨时必须稍加压力,使研杵在研钵里缓慢地转动并加以挤压,使固体粉碎,切不可用研杵敲击
用于保存干燥的物质或者使热的物质在干燥的环境下冷却 干燥剂放在瓷板的下面,不能使用液体干燥剂(如浓H2SO4),固态干燥剂一般为无水CaCl2或硅胶,被干燥的物质放在瓷板上.太热的物质要待稍冷却后再放入。打开干燥器时,要一只手握住盖上的圆球,另一只手揽住容器,沿水平方向推移盖子。搬动干燥器时,要用拇指压住盖子,防止盖子滑落摔碎
用作烧杯盖,或微量物质反应的容器 不能用火加热
分装多种化学试剂。广口瓶也可用于装配洗气瓶、在常温下进行的化学反应的容器 不能加热。塞子、盖子不可乱换,取下的塞子、盖子要倒放在桌面上,倾倒液体时要使标签向着手心。盛固体试剂用广口瓶,盛液体试剂用细口瓶;盛见光易分解的试剂用棕色瓶,盛见光不分解的试剂既可用无色瓶也可用棕色瓶;盛碱性试剂要用配塑料塞的试剂瓶,盛强氧化性试剂、有机溶剂要用配玻璃塞的试剂瓶
盛装少量液体试剂,用滴管吸取液体滴加到其他的容器中或试纸上。普通胶头滴管的用途与该滴管相同 滴管不能调换。滴瓶不能盛强碱性溶液及强挥发腐蚀橡胶的试剂 (如浓溴水、浓硝酸等)。取液时,要先提起滴管,捏紧胶头排出空气和液体后,再插入瓶中吸取液体,吸有液体的滴管不能平放和倒放。滴试剂时,滴管下端切勿接触接收器的器壁。不能用一支滴管吸取多种液体。滴液完毕要立即把滴管插入原滴瓶中。普通胶头滴管的使用方法及注意事项,与滴瓶上的滴管相同
主要用于收集气体,也可用作洗气瓶、气体跟气体反应的容器、固体在气体中燃烧反应的容器 一般不能加热。当用作固体在气体中燃烧反应的容器时,一般要在瓶底留有少量水或铺一层细沙。盛不同密度的气体放置时瓶口方向不同

除杂的原则:

(1)不增:不增加新的杂质
(2)不减:被提纯的物质不能减少
(3)易分:操作简便,易于分离

气体除杂的原则:

(1)不引入新的杂质
(2)不减少被净化气体的量注意的问题:
①需净化的气体中含有多种杂质时,除杂顺序:一般先除去酸性气体,如:氯化氢气体,CO2、SO2等,水蒸气要在最后除去。
②除杂选用方法时要保证杂质完全除掉,如:除CO2最好用NaOH不用Ca(OH)2溶液,因为Ca(OH)2是微溶物,石灰水中Ca(OH)2浓度小,吸收CO2不易完全。
方法:
A. 杂质转化法:欲除去苯中的苯酚,可加入氢氧化钠,使苯酚转化为苯酚钠,利用苯酚钠易溶于水,使之与苯分开
B. 吸收洗涤法;欲除去二氧化碳中混有的少量氯化氢和水,可使混合气体先通过饱和碳酸氢钠溶液,再通过浓硫酸即可除去
C. 沉淀过滤法:欲除去硫酸亚铁溶液中混有的少量硫酸铜,加入少量铁粉,待充分反应后,过滤除去不溶物即可
D. 加热升华法:欲除去碘中的沙子,即可用此法
E. 溶液萃取法:欲除去水中含有的少量溴,可采用此法
F. 结晶和重结晶:欲除去硝酸钠溶液中少量的氯化钠,可利用二者的溶解度不同,降低溶液温度,使硝酸钠结晶析出,可得到纯硝酸钠晶体
G. 分馏蒸馏法:欲除去乙醚中少量的酒精,可采用多次蒸馏的方法
H. 分液法:欲将密度不同且又互不相溶的液体混合物分离,可采用此法,如将苯和水分离
K. 渗析法:欲除去胶体中的离子,可采用此法。如除去氢氧化钠胶体中的氯离子
常见物质除杂总结:

原物所含杂质除杂质试剂除杂质的方法
(1)N2(O2)-------灼热的铜丝网洗气
(2)CO2(H2S)-------硫酸铜溶液洗气
(3)CO(CO2)-------石灰水或烧碱液洗气
(4)CO2(HCl)-------饱和小苏打溶液洗气
(5)H2S(HCl)-------饱和NaHS溶液洗气
(6)SO2(HCl)-------饱和NaHSO3溶液洗气
(7)Cl2(HCl)-------饱和NaCl溶液洗气
(8)CO2(SO2)-------饱和小苏打溶液洗气
(9)碳粉(MnO2)-------浓盐酸加热后过滤
(10)MnO2(碳粉)-------加热灼烧
(11)碳粉(CuO)-------盐酸或硫酸过滤
(12)Al2O3(Fe2O3)-------NaOH溶液(过量),再通CO2过滤、加热固体
(13)Fe2O3(Al2O3)-------NaOH溶液过滤
(14)Al2O3(SiO2)-------盐酸NH3·H2O过滤、加热固体
(15)SiO2(ZnO)-------盐酸过滤
(16)CuO(ZnO)-------NaOH溶液过滤
(17)BaSO4(BaCO3)-------稀硫酸过滤
(18)NaOH(Na2CO3)-------Ba(OH)2溶液(适量)过滤
(19)NaHCO3(Na2CO3)-------通入过量CO2
(20)Na2CO3(NaHCO3)-------加热
(21)NaCl(NaHCO3)-------盐酸蒸发结晶
(22)NH4Cl[(NH4)2SO4]-------BaCl2溶液(适量)过滤
(23)FeCl3(FeCl2)-------通入过量Cl2
(24)FeCl3(CuCl2)-------铁粉、Cl2过滤
(25)FeCl2(FeCl3)-------铁粉过滤
(26)Fe(OH)3胶体(FeCl3)-------(半透膜)渗析
(27)CuS(FeS)-------稀盐酸或稀硫酸过滤
(28)I2(NaCl)------升华
(29)NaCl(NH4Cl)-------加热
(30)KNO3(NaCl)-------蒸馏水重结晶
(31)乙烯(SO2、H2O)碱石灰洗气
(32)乙烷(乙烯)-------溴水洗气
(33)溴苯(溴)-------稀NaOH溶液分液
(34)硝基苯(NO2)-------稀NaOH溶液分液
(35)甲苯(苯酚)-------NaOH溶液分液
(36)乙醛(乙酸)-------饱和Na2CO3溶液蒸馏
(37)乙醇(水)-------新制生石灰蒸馏
(38)苯酚(苯)-------NaOH溶液、CO2分液
(39)乙酸乙酯(乙酸)-------饱和Na2CO3溶液分液
(40)溴乙烷(乙醇)-------蒸馏水分液
(41)肥皂(甘油)-------食盐过滤
(42)葡萄糖(淀粉)-------(半透膜)渗析

氧化还原反应的计算:

(1)比较典型的计算有:求氧化剂、还原剂物质的量之比或质量比,计算参加反应的氧化剂货还原剂的量,确定反应前后某一元素的价态变化等。
(2)计算的依据是:氧化剂得电子数等于还原剂失电子数,列出守恒关系式求解。

氧化还原反应的基本规律:

1.守恒规律
氧化还原反应中有物质失电子必有物质得电子,且失电子总数等于得电子总数。或者说氧化还原反应中,有元素化合价升高必有元素化合价降低,且化合价升高总数必等于降低总数。有关得失电子守恒(化合价守恒)的规律有如下应用:
(1)求某一反应中被氧化与被还原的元素原子个数之比,或求氧化剂与还原剂的物质的量之比及氧化产物与还原产物的物质的量之比。
(2)配平氧化还原反应方程式。
(3)进行有关氧化还原反应的计算:
2.强弱规律
较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应,生成弱还原性的还原产物和弱氧化性的氧化产物。应用:在适宜条件下,用氧化性较强的物质制备氧化性较弱的物质,或用还原性较强的物质制备还原性较弱的物质,也可用于比较物质间氧化性或还原性的强弱。
3.价态规律
元素处于最高价,只有氧化性;元素处于最低价,只有还原性;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但主要表现一种性质。物质若含有多种元素,其性质是这些元素性质的综合体现。
4.转化规律
氧化还原反应中,以元素相邻价态之间的转化最容易;不同价态的同种元素之间发生反应,元素的化合价只靠近,不交叉;相邻价态的同种元素之间不发生氧化还原反应。如
 
5.难易规律
越易失去电子的物质,失去后就越难得到电子;越易得到电子的物质,得到后就越难失去电子。一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时,还原性最强的优先发生反应;同理,一种还原剂同时与多种氧化剂相遇时,氧化性最强的优先发生反应,如向FeBr2溶液中通入Cl2时,发生离子反应的先后顺序为:


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