高考試題中的明星物質

李泊儀

由于水處理劑是生活用水、工業(yè)用水、廢水處置中廣泛使用的化學藥劑，與日常生活、生產緊密相關，使得水處理劑特別是其中具有廣譜、高效、低毒的消毒劑更是成為高考命題極為青睞的題材.現結合2015年高考題例析如下.

一、消毒劑

1. NaClO

題1（2015年北京）某消毒液的主要成分為NaClO，還含有一定量的NaOH，下列用來解釋事實的方程式中不合理的是（已知：飽和NaClO溶液的pH約為11）

A.該消毒液可用NaOH溶液吸收Cl2制備：

Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O

B.該消毒液的pH約為12：ClO-+H2OHClO+OH-

C.該消毒液與潔廁靈（主要成分為HCl）混用，產生Cl2：

2H++Cl-+ClO-Cl2↑+H2O

D.該消毒液加醋生成HClO，可增強漂白作用：

CH3COOH+ClO-HClO+CH3COO-

解析A項顯然正確；依題干信息，飽和NaClO溶液的pH約為11，而該溶液pH=12>11，主要是因為消毒液中含有一定量的NaOH，B項錯誤；酸性條件下，Cl-與ClO-發(fā)生歸中反應生成Cl2，C項正確；依較強酸制較弱酸原理可知，D項正確.選B.

2. ClO2

題2（2015年上海，節(jié)選）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反應生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質.寫出該反應的化學方程式.

解析根據氧化還原反應的規(guī)律和質量守恒可寫出反應方程式：

2KClO3+H2C2O4+2H2SO42ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O.

題3（2015年新課標Ⅱ卷，節(jié)選）二氧化氯（ClO2，黃綠色易溶于水的氣體）是高效、低毒的消毒劑，答下列問題：

（1）工業(yè)上可用KC1O3與Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，該反應氧化劑與還原劑物質的量之比為.

（2）實驗室用NH4Cl、鹽酸、NaClO2（亞氯酸鈉）為原料，通過以下過程制備ClO2：

①電解時發(fā)生反應的化學方程式為.

②溶液X中大量存在的陰離子有.

③除去ClO2中的NH3可選用的試劑是（填標號）.

a.水b.堿石灰c.濃硫酸d.飽和食鹽水

（4）用ClO2處理過的飲用水會含有一定最的亞氯酸鹽.若要除去超標的亞氯酸鹽，下列物質最適宜的是填標號）.

a.明礬b.碘化鉀c.鹽酸d.硫酸亞鐵

解析（1）根據電子守恒有：2KC1O3～Na2SO3，即2∶1.

（2）根據流程信息，電解總反應為：

NH4Cl+2HCl電解3H2↑+NCl3；

NaClO2溶液與NCl3溶液反應的方程式為為：

NCl3+6ClO-2+3H2O6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-

則溶液X中存在的陰離子有Cl-、OH-；除去ClO2中的NH3可選用的試劑是濃硫酸，選c.

（4）若要除去超標的亞氯酸鹽，ac均不能還原亞氯酸鹽，b中KI具有還原性但氧化產物不適合飲用水使用，只有d中Fe2+將ClO-2還原成Cl-，Fe2+被氧化為Fe3+，且Fe3+水解生成膠體可凈化飲用水，則最適宜的是d，選d.

題4（2015年重慶，節(jié)選）ClO2與Cl2氧化性相近，在自來水消毒和果蔬保鮮等方面應用廣泛.某興趣小組通過下圖裝置（夾持裝置略）對其制備、吸收、釋放和應用進行了研究.

（1）儀器D的名稱是 .安裝F中導管時，應選用圖2中的 .（2）打開B的活塞，A中發(fā)生反應：2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O.為使ClO2在D中被穩(wěn)定劑充分吸收，滴加稀鹽酸的速度宜 （填“快”或“慢”）.（3）關閉B的活塞，ClO2在D中被穩(wěn)定劑完全吸收生成NaClO2，此時F中溶液的顏色不變，則裝置C的作用是 .（4）已知在酸性條件下NaClO2可發(fā)生反應生成NaCl并釋放出ClO2，該反應的離子方程式為 ，在ClO2釋放實驗中，打開E的活塞，D中發(fā)生反應，則裝置F的作用是 .解析：（1）儀器D是錐形瓶；F裝置是Cl2和KI反應，應長管進氣，短管出氣，選b.（2）為使ClO2在D中被穩(wěn)定劑充分吸收，產生ClO2的速率要慢，故滴加稀鹽酸的速度要慢.（3）F裝置中發(fā)生反應Cl2+2KI=2KCl+I2時，I2遇淀粉變藍，而F中溶液的顏色不變，則裝置C的作用是吸收Cl2.（4）NaClO2在酸性條件下發(fā)生反應生成NaCl并釋放出ClO2，離子方程式為：4H++5ClO2-=Cl-+4ClO2↑+2H2O；在ClO2釋放實驗中，打開E的活塞，D中發(fā)生反應生成ClO2，則裝置F的作用是驗證是ClO2的生成.3. CaO2

題5（2015年上海，節(jié)選）過氧化鈣（CaO2）是一種白色、無毒、難溶于水的固體，能殺菌消毒，廣泛用于果蔬保鮮、空氣凈化、污水處理等方面.工業(yè)生產過程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca（OH）2；

②不斷攪拌的同時加入30% H2O2，反應生成CaO2·8H2O沉淀；

③經過陳化、過濾，水洗得到CaO2·8H2O，再脫水干燥得到CaO2.

完成下列填空：

（1）第①步反應的化學方程式為.第②步反應的化學方程式為.

（2）可循環(huán)使用的物質是.工業(yè)上常采用Ca（OH）2過量而不是H2O2過量的方式來生產，這是因為.

（3）檢驗CaO2·8H2O是否洗凈的方法是.

（4）CaO2·8H2O加熱脫水的過程中，需不斷通入不含二氧化碳的氧氣，目的是、.

解析（1）第①步中NH4Cl和Ca（OH）2發(fā)生復分解反應：2NH4Cl+Ca（OH）22NH3·H2O+CaCl2；第②步反應中，CaCl2、H2O2、NH3·H2O和H2O反應生成CaO2·8H2O和NH4Cl，即CaCl2+H2O2+2NH3·H2O+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl.

（2）第①步中NH4Cl參加反應、第②步中生成NH4Cl，故可以循環(huán)使用的物質是NH4Cl；H2O2價格較高且易分解，堿性條件下抑制CaO2·8H2O溶解，故工業(yè)上常采用Ca（OH）2過量而不是H2O2過量的方式來生產.

（3）CaO2·8H2O中可能含有NH4Cl，實驗室用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，其檢驗方法是：取少量最后一次洗滌液，然后向洗滌液中加入少量硝酸酸化的硝酸銀溶液，如果產生白色沉淀就證明沒有洗滌干凈，否則洗滌干凈.

（4）防止CaO2能CO2反應，O2能抑制CaO2分解（合理答案即可）.

二、絮凝劑

1.鋁鹽

題6（2015年福建）無水氯化鋁在生產、生活中應用廣泛.

（1）氯化鋁在水中形成具有凈水作用的氫氧化鋁膠體，其反應的離子方程式為.

（2）工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al2O3，含有Fe2O3，SiO2等雜質）制取無水氯化鋁的一種工藝流程示意如下：

已知：

表1物質SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸點/℃57.6180（升華）300（升華）1023①步驟Ⅰ中焙燒使固體水分揮發(fā)、氣孔數目增多，其作用是（只要求寫出一種）.

②步驟Ⅱ中若不通入氯氣和氧氣，則反應生成相對原子質量比硅大的單質是.

③已知：Al2O3 （s）+3C（s）2A1（s）+3CO（g）

ΔH1=+1344.1 kJ·mol-1

AlCl3（g）2Al（s）+3Cl2（g）

ΔH2=+1169.2 kJ·mol-1′

由Al2O3、 C和Cl2反應生成AlCl3的熱化學方程式為.

④步驟Ⅲ的尾氣經冷卻至室溫后，氣體用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的鹽主要有3種，其化學式分別為.

⑤結合流程及相關數據分析，步驟V中加入鋁粉的目的是.

解析（1）AlCl3是強酸弱堿鹽，Al3+在水溶液中發(fā)生水解產生氫氧化鋁膠體：

Al3++3H2OAl （OH）3+3H+.

（2）①步驟Ⅰ中焙燒使固體中的水分揮發(fā)，可防止后續(xù)步驟生成的AlCl3等鹽類水解；氣孔數目增多，可以增大反應物的接觸面積，加快反應速率；②根據物質中含有的元素組成可知：若步驟Ⅱ中不通入氯氣和氧氣，則反應生成相對原子質量比硅大的單質是鐵.③根據蓋斯定律可得：Al2O3（s）+3C（s）+2Cl2（g）2AlCl3（g）+3CO（g），ΔH=+174.9 kJ·mol-1；④步驟Ⅲ經冷卻至室溫后，氣體（含Cl2和CO2）用足量的NaOH冷溶液吸收，生成NaCl、NaClO和Na2CO3三種鹽.⑤步驟Ⅲ得到AlCl3粗品，加入氯化鈉能降低FeCl3的熔點，由于Al的活動性比Fe強，加入鋁粉可將FeCl3中的鐵置換出來，達到除去雜質、提高AlCl3純度的目的.

2.鐵鹽

題7（2015年海南）工業(yè)上，向500～600 ℃的鐵屑中通入氯氣生產無水氯化鐵；向熾熱鐵屑中通入氯化氫生產無水氯化亞鐵.現用如圖所示的裝置模擬上述過程進行試驗 .

回答下列問題：

（1）制取無水氯化鐵的實驗中，A中反應的化學方程式為，裝置B中加入的試劑是.

（2）制取無水氯化亞鐵的實驗中，裝置A用來制取.尾氣的成分是.若仍用D的裝置進行尾氣處理，存在的問題是、.

（3）若操作不當，制得的FeCl2會含有少量FeCl3，檢驗FeCl3常用的試劑是.欲制得純凈的FeCl2，在實驗操作中應先，再.

解析實驗目的是制備無水氯化鐵和無水氯化亞鐵，則A用于制備氯氣或氯化氫氣體.

（1）當制備氯氣時，A中反應為MnO2+4HCl（濃）△MnCl2+Cl2↑+2H2O，B用于除去水蒸汽，試劑是濃硫酸.

（2）制備HCl氣體時，A用于制備氯化氫氣體，尾氣的主要成分是HCl和H2，若仍用D裝置吸收尾氣，則會發(fā)生倒吸，且氫氣不能吸收.

（3）檢驗FeCl3常用的試劑是KSCN溶液.欲制得純凈的FeCl2，先點燃A處的酒精燈，將裝置中的空氣排凈，再點燃C處的酒精燈.

題8（2015年天津，節(jié)選）FeCl3具有凈水作用，但腐蝕設備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl3高效，且腐蝕性小.請回答下列問題：

（1）FeCl3凈水的原理是.FeCl3溶液腐蝕鋼鐵設備，除H+作用外，另一主要原因是（用離子方程式表示）.

（2）為節(jié)約成本，工業(yè)上用NaClO3氧化酸性FeCl2廢液得到FeCl3.

①若酸性FeCl2廢液中c（Fe2+）=2.0×10-2 mol·L-1，

c（Fe3+）=1.0×10-3 mol·L-1，

c（Cl-）=5.3×10-2 mol·L-1，

則該溶液的pH約為.

②完成NaClO3 氧化FeCl2的離子方程式：

□ClO-3+□Fe2++□→□Cl-+□Fe3++□.

（3）FeCl3在溶液中分三步水解：

Fe3++H2OFe（OH）2++H+K1

Fe（OH）2++H2OFe（OH）+2+H+K2

Fe（OH）++H2OFe（OH）3+H+K3

以上水解反應的平衡常數K1、K2、K3由大到小的順序是.

通過控制條件，以上水解產物聚合，生成聚合氧化鐵，離子方程式為：

xFe3++yH2OFex（OH）（3x-y）y+yH+

欲使平衡正向移動可采用的方法是（填序號）.

a.降溫b.加水稀釋c.加入NH4Cld.加入NaHCO3

室溫下，使氯化鐵溶液轉化為高濃度聚合氯化鐵的關鍵條件是.

解析（1）Fe3+水解生成的Fe（OH）3膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用；鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子，離子方程式是

2Fe3++Fe3Fe2+.

（2）根據電荷守恒，

c（H+）=c（Cl-）-2c（Fe2+）+3c（Fe3+）

=（5.3-2.0×2-0.1×3）×10-2=1.0×10-2 mol·L-1

（酸性溶液中OH-濃度很小，在這里可以忽略不計）

pH=2；

根據質量和守恒和電子守恒配平得

ClO-3+6Fe2++6H+6Fe3++Cl-+H2O.

（3）仿照弱酸根離子的分級電離，理解Fe3+的分級水解，推斷K1>K2>K3；水解為吸熱反應，降溫平衡逆向移動；加水稀釋，水解平衡正向移動；加入氯化銨，氯化銨溶液為酸性，氫離子濃度增大，平衡逆向移動；加入碳酸氫鈉，消耗氫離子，平衡正向移動，故選bd.從反應的離子方程式中可知，氫離子的濃度影響高濃度聚合氯化鐵的生成，所以關鍵步驟是調節(jié)溶液的pH.

三、多功能處理劑——K2FeO4

題9（2015年江蘇）實驗室用圖4所示裝置制備KClO溶液，并通過KClO溶液與Fe（NO3）3溶液的反應制備高效水處理劑K2FeO4.

已知K2FeO4具有下列性質：①可溶于水、微溶于濃KOH溶液，②在0 ℃～5 ℃、強堿性溶液中比較穩(wěn)定，③在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發(fā)生分解，④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應生成Fe（OH）3和O2.

（1）裝置A中KMnO4與鹽酸反應生成MnCl2和Cl2，其離子方程式為，將制備的Cl2通過裝置B可除去（填化學式）.

（2）Cl2與KOH在較高溫度下反應生成KClO3.在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，控制反應在0 ℃～5 ℃進行，實驗中可采取的措施是、.

（3）制備 K2FeO4時，KClO 飽和溶液與Fe（NO3）3飽和溶液的混合方式為.

（4）提純 K2FeO4粗產品[含有Fe（OH）3、KCl 等雜質]的實驗方案為：將一定量的K2FeO4粗產品溶于冷的3 mol·L-1 KOH 溶液中，（實驗中須使用的試劑有：飽和KOH溶液，乙醇；除常用儀器外須使用的儀器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）.

解析（1）實驗目的是制備KClO溶液.A裝置用于制備Cl2，離子方程式為：

2MnO-4+10Cl-+16H+2Mn2++5Cl2↑+8H2O；

B用于除去HCl氣體，C用于制備KClO溶液；D用于吸收尾氣，防止污染環(huán)境.

（2）在較高溫度下會生成KClO3，可將C置于冰水浴中，且為了使Cl2充分反應，可緩慢滴加鹽酸，減緩Cl2的生成速率.

（3）K2FeO4在堿性條件下比較穩(wěn)定，且在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發(fā)生分解，混合時應將Fe（NO3）3逐滴加入到堿性的KClO溶液中.

（4）考慮到K2FeO4可溶于水、微溶于濃KOH溶液，Fe（OH）3對K2FeO4分解起催化作用，先將一定量的粗產品溶于冷的3 mol·L-1 KOH 溶液中，用砂芯漏斗過濾，將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和的KOH溶液，再用砂芯漏斗過濾，晶體用乙醇洗滌2～3次后，在真空干燥箱中干燥.