高考试题中的明星物质

李泊仪

由于水处理剂是生活用水、工业用水、废水处置中广泛使用的化学药剂，与日常生活、生产紧密相关，使得水处理剂特别是其中具有广谱、高效、低毒的消毒剂更是成为高考命题极为青睐的题材.现结合2015年高考题例析如下.

一、消毒剂

1. NaClO

题1（2015年北京）某消毒液的主要成分为NaClO，还含有一定量的NaOH，下列用来解释事实的方程式中不合理的是（已知：饱和NaClO溶液的pH约为11）

A.该消毒液可用NaOH溶液吸收Cl2制备：

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

B.该消毒液的pH约为12：ClO-+H2OHClO+OH-

C.该消毒液与洁厕灵（主要成分为HCl）混用，产生Cl2：

2H++Cl-+ClO-Cl2↑+H2O

D.该消毒液加醋生成HClO，可增强漂白作用：

CH3COOH+ClO-HClO+CH3COO-

解析A项显然正确；依题干信息，饱和NaClO溶液的pH约为11，而该溶液pH=12>11，主要是因为消毒液中含有一定量的NaOH，B项错误；酸性条件下，Cl-与ClO-发生归中反应生成Cl2，C项正确；依较强酸制较弱酸原理可知，D项正确.选B.

2. ClO2

题2（2015年上海，节选）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质.写出该反应的化学方程式.

解析根据氧化还原反应的规律和质量守恒可写出反应方程式：

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

题3（2015年新课标Ⅱ卷，节选）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂，答下列问題：

（1）工业上可用KC1O3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为.

（2）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

①电解时发生反应的化学方程式为.

②溶液X中大量存在的阴离子有.

③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是（填标号）.

a.水b.碱石灰c.浓硫酸d.饱和食盐水

（4）用ClO2处理过的饮用水会含有一定最的亚氯酸盐.若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是填标号）.

a.明矾b.碘化钾c.盐酸d.硫酸亚铁

解析（1）根据电子守恒有：2KC1O3～Na2SO3，即2∶1.

（2）根据流程信息，电解总反应为：

NH4Cl+2HCl电解3H2↑+NCl3；

NaClO2溶液与NCl3溶液反应的方程式为为：

NCl3+6ClO-2+3H2O6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-

则溶液X中存在的阴离子有Cl-、OH-；除去ClO2中的NH3可选用的试剂是浓硫酸，选c.

（4）若要除去超标的亚氯酸盐，ac均不能还原亚氯酸盐，b中KI具有还原性但氧化产物不适合饮用水使用，只有d中Fe2+将ClO-2还原成Cl-，Fe2+被氧化为Fe3+，且Fe3+水解生成胶体可净化饮用水，则最适宜的是d，选d.

题4（2015年重庆，节选）ClO2与Cl2氧化性相近，在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛.某兴趣小组通过下图装置（夹持装置略）对其制备、吸收、释放和应用进行了研究.

（1）仪器D的名称是 .安装F中导管时，应选用图2中的 .（2）打开B的活塞，A中发生反应：2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O.为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收，滴加稀盐酸的速度宜 （填“快”或“慢”）.（3）关闭B的活塞，ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2，此时F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是 .（4）已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2，该反应的离子方程式为 ，在ClO2释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应，则装置F的作用是 .解析：（1）仪器D是锥形瓶；F装置是Cl2和KI反应，应长管进气，短管出气，选b.（2）为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收，产生ClO2的速率要慢，故滴加稀盐酸的速度要慢.（3）F装置中发生反应Cl2+2KI=2KCl+I2时，I2遇淀粉变蓝，而F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是吸收Cl2.（4）NaClO2在酸性条件下发生反应生成NaCl并释放出ClO2，离子方程式为：4H++5ClO2-=Cl-+4ClO2↑+2H2O；在ClO2释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应生成ClO2，则装置F的作用是验证是ClO2的生成.3. CaO2

题5（2015年上海，节选）过氧化钙（CaO2）是一种白色、无毒、难溶于水的固体，能杀菌消毒，广泛用于果蔬保鲜、空气净化、污水处理等方面.工业生产过程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca（OH）2；

②不断搅拌的同时加入30% H2O2，反应生成CaO2·8H2O沉淀；

③经过陈化、过滤，水洗得到CaO2·8H2O，再脱水干燥得到CaO2.

完成下列填空：

（1）第①步反应的化学方程式为.第②步反应的化学方程式为.

（2）可循环使用的物质是.工业上常采用Ca（OH）2过量而不是H2O2过量的方式来生产，这是因为.

（3）检验CaO2·8H2O是否洗净的方法是.

（4）CaO2·8H2O加热脱水的过程中，需不断通入不含二氧化碳的氧气，目的是、.

解析（1）第①步中NH4Cl和Ca（OH）2发生复分解反应：2NH4Cl+Ca（OH）22NH3·H2O+CaCl2；第②步反应中，CaCl2、H2O2、NH3·H2O和H2O反应生成CaO2·8H2O和NH4Cl，即CaCl2+H2O2+2NH3·H2O+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl.

（2）第①步中NH4Cl参加反应、第②步中生成NH4Cl，故可以循环使用的物质是NH4Cl；H2O2价格较高且易分解，碱性条件下抑制CaO2·8H2O溶解，故工业上常采用Ca（OH）2过量而不是H2O2过量的方式来生产.

（3）CaO2·8H2O中可能含有NH4Cl，实验室用硝酸酸化的硝酸银溶液检验，其检验方法是：取少量最后一次洗涤液，然后向洗涤液中加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液，如果产生白色沉淀就证明没有洗涤干净，否则洗涤干净.

（4）防止CaO2能CO2反应，O2能抑制CaO2分解（合理答案即可）.

二、絮凝剂

1.铝盐

题6（2015年福建）无水氯化铝在生产、生活中应用广泛.

（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为.

（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3，SiO2等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：

已知：

表1物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/℃57.6180（升华）300（升华）1023①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是（只要求写出一种）.

②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是.

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反应生成AlCl3的热化学方程式为.

④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为.

⑤结合流程及相关数据分析，步骤V中加入铝粉的目的是.

解析（1）AlCl3是强酸弱碱盐，Al3+在水溶液中发生水解产生氢氧化铝胶体：

Al3++3H2OAl （OH）3+3H+.

（2）①步骤Ⅰ中焙烧使固体中的水分挥发，可防止后续步骤生成的AlCl3等盐类水解；气孔数目增多，可以增大反应物的接触面积，加快反应速率；②根据物质中含有的元素组成可知：若步骤Ⅱ中不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是铁.③根据盖斯定律可得：Al2O3（s）+3C（s）+2Cl2（g）2AlCl3（g）+3CO（g），ΔH=+174.9 kJ·mol-1；④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体（含Cl2和CO2）用足量的NaOH冷溶液吸收，生成NaCl、NaClO和Na2CO3三种盐.⑤步骤Ⅲ得到AlCl3粗品，加入氯化钠能降低FeCl3的熔点，由于Al的活动性比Fe强，加入铝粉可将FeCl3中的铁置换出来，达到除去杂质、提高AlCl3纯度的目的.

2.铁盐

题7（2015年海南）工业上，向500～600 ℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁；向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁.现用如图所示的装置模拟上述过程进行试验 .

回答下列问题：

（1）制取无水氯化铁的实验中，A中反应的化学方程式为，装置B中加入的试剂是.

（2）制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取.尾气的成分是.若仍用D的装置进行尾气处理，存在的问题是、.

（3）若操作不当，制得的FeCl2会含有少量FeCl3，检验FeCl3常用的试剂是.欲制得纯净的FeCl2，在实验操作中应先，再.

解析实验目的是制备无水氯化铁和无水氯化亚铁，则A用于制备氯气或氯化氢气体.

（1）当制备氯气时，A中反应为MnO2+4HCl（浓）△MnCl2+Cl2↑+2H2O，B用于除去水蒸汽，试剂是浓硫酸.

（2）制备HCl气体时，A用于制备氯化氢气体，尾气的主要成分是HCl和H2，若仍用D装置吸收尾气，则会发生倒吸，且氢气不能吸收.

（3）检验FeCl3常用的试剂是KSCN溶液.欲制得纯净的FeCl2，先点燃A处的酒精灯，将装置中的空气排净，再点燃C处的酒精灯.

题8（2015年天津，节选）FeCl3具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3高效，且腐蚀性小.请回答下列问题：

（1）FeCl3净水的原理是.FeCl3溶液腐蚀钢铁设备，除H+作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）.

（2）为节约成本，工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3.

①若酸性FeCl2废液中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，

则该溶液的pH约为.

②完成NaClO3 氧化FeCl2的离子方程式：

□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

以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是.

通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为：

xFe3++yH2OFex（OH）（3x-y）y+yH+

欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）.

a.降温b.加水稀释c.加入NH4Cld.加入NaHCO3

室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是.

解析（1）Fe3+水解生成的Fe（OH）3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式是

2Fe3++Fe3Fe2+.

（2）根据电荷守恒，

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-浓度很小，在这里可以忽略不计）

pH=2；

根据质量和守恒和电子守恒配平得

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

（3）仿照弱酸根离子的分级电离，理解Fe3+的分级水解，推断K1>K2>K3；水解为吸热反应，降温平衡逆向移动；加水稀释，水解平衡正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，消耗氢离子，平衡正向移动，故选bd.从反应的离子方程式中可知，氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成，所以关键步骤是调节溶液的pH.

三、多功能处理剂——K2FeO4

题9（2015年江苏）实验室用图4所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4.

已知K2FeO4具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0 ℃～5 ℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2.

（1）装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为，将制备的Cl2通过装置B可除去（填化学式）.

（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3.在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0 ℃～5 ℃进行，实验中可采取的措施是、.

（3）制备 K2FeO4时，KClO 饱和溶液与Fe（NO3）3饱和溶液的混合方式为.

（4）提纯 K2FeO4粗产品[含有Fe（OH）3、KCl 等杂质]的实验方案为：将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol·L-1 KOH 溶液中，（实验中须使用的试剂有：饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）.

解析（1）实验目的是制备KClO溶液.A装置用于制备Cl2，离子方程式为：

2MnO-4+10Cl-+16H+2Mn2++5Cl2↑+8H2O；

B用于除去HCl气体，C用于制备KClO溶液；D用于吸收尾气，防止污染环境.

（2）在较高温度下会生成KClO3，可将C置于冰水浴中，且为了使Cl2充分反应，可缓慢滴加盐酸，减缓Cl2的生成速率.

（3）K2FeO4在碱性条件下比较稳定，且在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下发生分解，混合时应将Fe（NO3）3逐滴加入到碱性的KClO溶液中.

（4）考虑到K2FeO4可溶于水、微溶于浓KOH溶液，Fe（OH）3对K2FeO4分解起催化作用，先将一定量的粗产品溶于冷的3 mol·L-1 KOH 溶液中，用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和的KOH溶液，再用砂芯漏斗过滤，晶体用乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥.