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三、实验与探究题
20. 某科学兴趣小组用NaCl溶液、NaOH溶液和稀$\ce{H_{2}SO_{4}}$三种试剂，将含有$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Ba^{2+}}$、$\ce{Ag^{+}}$和$\ce{NO^{-}_{3}}$的混合液中的三种阳离子逐一除去。步骤如下(所加试剂均过量)：
步骤一：混合液中加入试剂A，过滤得到沉淀1和滤液1。
步骤二：滤液1中加入试剂B，过滤得到沉淀2和滤液2。
步骤三：滤液2中加入试剂C，过滤得到沉淀3和滤液3。
(1) 同学们确认试剂A是NaCl溶液，写出步骤一中反应的化学方程式：
______。
(2) 三种沉淀中，能溶于稀盐酸的是________(填物质名称或化学式)。
(3) 滤液3中，除$\ce{NaNO_{3}}$外还含有的盐是________。
20. 某科学兴趣小组用NaCl溶液、NaOH溶液和稀$\ce{H_{2}SO_{4}}$三种试剂，将含有$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Ba^{2+}}$、$\ce{Ag^{+}}$和$\ce{NO^{-}_{3}}$的混合液中的三种阳离子逐一除去。步骤如下(所加试剂均过量)：
步骤一：混合液中加入试剂A，过滤得到沉淀1和滤液1。
步骤二：滤液1中加入试剂B，过滤得到沉淀2和滤液2。
步骤三：滤液2中加入试剂C，过滤得到沉淀3和滤液3。
(1) 同学们确认试剂A是NaCl溶液，写出步骤一中反应的化学方程式：
______。
(2) 三种沉淀中，能溶于稀盐酸的是________(填物质名称或化学式)。
(3) 滤液3中，除$\ce{NaNO_{3}}$外还含有的盐是________。
答案
(1) $\ce{NaCl + AgNO_{3} = NaNO_{3} + AgCl\downarrow}$
(2) 氢氧化铜[或$\ce{Cu(OH)_{2}}$]
(3) $\ce{NaCl}$、$\ce{Na_{2}SO_{4}}$
(2) 氢氧化铜[或$\ce{Cu(OH)_{2}}$]
(3) $\ce{NaCl}$、$\ce{Na_{2}SO_{4}}$
解析
【分析】要逐一除去混合液中的$\ce{Ag^{+}}$、$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Ba^{2+}}$三种阳离子，需根据离子的沉淀特性选择试剂：试剂A为$\ce{NaCl}$，先与$\ce{Ag^{+}}$反应生成$\ce{AgCl}$沉淀，除去$\ce{Ag^{+}}$；滤液1中剩余$\ce{Cu^{2+}}$和$\ce{Ba^{2+}}$，试剂B选$\ce{NaOH}$，与$\ce{Cu^{2+}}$生成$\ce{Cu(OH)_{2}}$沉淀；滤液2中剩余$\ce{Ba^{2+}}$，试剂C选稀$\ce{H_{2}SO_{4}}$，与$\ce{Ba^{2+}}$生成$\ce{BaSO_{4}}$沉淀。每步所加试剂均过量，需考虑过量试剂对后续滤液成分的影响。
【解析】(1) 步骤一中$\ce{NaCl}$与混合液中的$\ce{AgNO_{3}}$发生复分解反应，生成$\ce{AgCl}$沉淀和$\ce{NaNO_{3}}$，化学方程式为$\ce{NaCl + AgNO_{3} = NaNO_{3} + AgCl\downarrow}$；(2) 三种沉淀为$\ce{AgCl}$、$\ce{Cu(OH)_{2}}$、$\ce{BaSO_{4}}$，其中$\ce{AgCl}$和$\ce{BaSO_{4}}$不溶于稀盐酸，$\ce{Cu(OH)_{2}}$是碱，能与稀盐酸反应，故能溶于稀盐酸的是氢氧化铜；(3) 因每步试剂过量：步骤一过量的$\ce{NaCl}$留在滤液1，步骤二过量的$\ce{NaOH}$与滤液1中的$\ce{NaCl}$进入滤液2，步骤三过量的稀$\ce{H_{2}SO_{4}}$与$\ce{NaOH}$反应生成$\ce{Na_{2}SO_{4}}$，故滤液3中除$\ce{NaNO_{3}}$外，还含过量的$\ce{NaCl}$和生成的$\ce{Na_{2}SO_{4}}$。
【答案】(1) $\ce{NaCl + AgNO_{3} = NaNO_{3} + AgCl\downarrow}$；(2) 氢氧化铜[或$\ce{Cu(OH)_{2}}$]；(3) $\ce{NaCl}$、$\ce{Na_{2}SO_{4}}$
【知识点】盐的化学性质、复分解反应、酸碱盐的溶解性
【点评】本题考查酸碱盐的除杂，核心是根据离子沉淀特性选择试剂，需注意试剂过量对滤液成分的影响，是中等难度的实验探究题，需理清每步反应的逻辑关系。
【难度系数】0.5
【解析】(1) 步骤一中$\ce{NaCl}$与混合液中的$\ce{AgNO_{3}}$发生复分解反应，生成$\ce{AgCl}$沉淀和$\ce{NaNO_{3}}$，化学方程式为$\ce{NaCl + AgNO_{3} = NaNO_{3} + AgCl\downarrow}$；(2) 三种沉淀为$\ce{AgCl}$、$\ce{Cu(OH)_{2}}$、$\ce{BaSO_{4}}$，其中$\ce{AgCl}$和$\ce{BaSO_{4}}$不溶于稀盐酸，$\ce{Cu(OH)_{2}}$是碱，能与稀盐酸反应，故能溶于稀盐酸的是氢氧化铜；(3) 因每步试剂过量：步骤一过量的$\ce{NaCl}$留在滤液1，步骤二过量的$\ce{NaOH}$与滤液1中的$\ce{NaCl}$进入滤液2，步骤三过量的稀$\ce{H_{2}SO_{4}}$与$\ce{NaOH}$反应生成$\ce{Na_{2}SO_{4}}$，故滤液3中除$\ce{NaNO_{3}}$外，还含过量的$\ce{NaCl}$和生成的$\ce{Na_{2}SO_{4}}$。
【答案】(1) $\ce{NaCl + AgNO_{3} = NaNO_{3} + AgCl\downarrow}$；(2) 氢氧化铜[或$\ce{Cu(OH)_{2}}$]；(3) $\ce{NaCl}$、$\ce{Na_{2}SO_{4}}$
【知识点】盐的化学性质、复分解反应、酸碱盐的溶解性
【点评】本题考查酸碱盐的除杂，核心是根据离子沉淀特性选择试剂，需注意试剂过量对滤液成分的影响，是中等难度的实验探究题，需理清每步反应的逻辑关系。
【难度系数】0.5
21. 某同学发现水壶内壁有一层淡黄色的水垢。据悉，该地区的水垢中除碳酸钙外，无其他盐类。他想探究水垢中还有没有其他物质，于是收集水垢，经低温烘干后进行下列实验。
（1）取2.5g水垢，用图甲中的装置A高温加热充分反应（已知$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{\mathrm{高温}} CaO + CO_{2}\uparrow}$），产生的气体依次通过装置B、装置C，实验后发现装置C中氢氧化钠溶液增加了0.88g。
①写出装置C中发生反应的化学方程式：______。
②装置B中浓硫酸的作用是吸收反应中产生的水蒸气，这是利用了浓硫酸的________性。
③该水垢所含碳酸钙的质量分数为________。
（2）用图乙所示的装置进行实验，结果发现澄清石灰水没有变浑浊，原因是________。
（1）取2.5g水垢，用图甲中的装置A高温加热充分反应（已知$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{\mathrm{高温}} CaO + CO_{2}\uparrow}$），产生的气体依次通过装置B、装置C，实验后发现装置C中氢氧化钠溶液增加了0.88g。
①写出装置C中发生反应的化学方程式：______。
②装置B中浓硫酸的作用是吸收反应中产生的水蒸气，这是利用了浓硫酸的________性。
③该水垢所含碳酸钙的质量分数为________。
（2）用图乙所示的装置进行实验，结果发现澄清石灰水没有变浑浊，原因是________。
答案
(1) ①$\ce{CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O}$
②吸水
③80%
(2) 浓盐酸挥发出的氯化氢气体进入石灰水中，与氢氧化钙完全反应
②吸水
③80%
(2) 浓盐酸挥发出的氯化氢气体进入石灰水中，与氢氧化钙完全反应
解析
【分析】
首先明确各装置的作用：装置C中NaOH溶液用于吸收反应生成的CO₂，装置B中浓硫酸用于干燥气体；计算碳酸钙质量时，利用CO₂的质量结合分解反应的化学方程式计算；乙装置中浓盐酸易挥发，需考虑挥发的HCl对澄清石灰水的影响。解题时，先确定反应原理，再根据化学方程式计算，最后分析实验异常现象的原因。
【解析】
（1）①装置C中，CO₂与NaOH溶液反应生成碳酸钠和水，化学方程式为：$\ce{CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O}$；
②浓硫酸具有吸水性，可吸收气体中的水蒸气，用于干燥气体；
③设水垢中$\ce{CaCO_{3}}$的质量为$x$，根据反应$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{\mathrm{高温}} CaO + CO_{2}\uparrow}$，可得：
$\frac{100}{44} = \frac{x}{0.88\ \mathrm{g}}$，解得$x = \frac{100 × 0.88\ \mathrm{g}}{44} = 2\ \mathrm{g}$；
则水垢中碳酸钙的质量分数为：$\frac{2\ \mathrm{g}}{2.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 80\%$；
（2）乙装置中使用浓盐酸，浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢（$\ce{HCl}$）气体进入澄清石灰水，会与$\ce{Ca(OH)_{2}}$发生中和反应，消耗了$\ce{Ca(OH)_{2}}$，导致$\ce{CO_{2}}$无法与$\ce{Ca(OH)_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$沉淀，因此澄清石灰水不变浑浊。
【答案】
(1) ①$\ce{CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O}$；②吸水；③80%；
(2) 浓盐酸挥发出的氯化氢气体进入石灰水中，与氢氧化钙完全反应。
【知识点】
化学方程式书写、浓硫酸吸水性、根据化学方程式计算
【点评】
本题围绕水垢成分探究，考查了碳酸盐分解反应、气体吸收与干燥、化学计算及实验异常分析，需学生掌握基础化学原理，同时注意实验中试剂的特性对结果的影响，题目难度适中，注重基础应用。
【难度系数】
0.6
首先明确各装置的作用：装置C中NaOH溶液用于吸收反应生成的CO₂，装置B中浓硫酸用于干燥气体；计算碳酸钙质量时，利用CO₂的质量结合分解反应的化学方程式计算；乙装置中浓盐酸易挥发，需考虑挥发的HCl对澄清石灰水的影响。解题时，先确定反应原理，再根据化学方程式计算，最后分析实验异常现象的原因。
【解析】
（1）①装置C中，CO₂与NaOH溶液反应生成碳酸钠和水，化学方程式为：$\ce{CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O}$；
②浓硫酸具有吸水性，可吸收气体中的水蒸气，用于干燥气体；
③设水垢中$\ce{CaCO_{3}}$的质量为$x$，根据反应$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{\mathrm{高温}} CaO + CO_{2}\uparrow}$，可得：
$\frac{100}{44} = \frac{x}{0.88\ \mathrm{g}}$，解得$x = \frac{100 × 0.88\ \mathrm{g}}{44} = 2\ \mathrm{g}$；
则水垢中碳酸钙的质量分数为：$\frac{2\ \mathrm{g}}{2.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 80\%$；
（2）乙装置中使用浓盐酸，浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢（$\ce{HCl}$）气体进入澄清石灰水，会与$\ce{Ca(OH)_{2}}$发生中和反应，消耗了$\ce{Ca(OH)_{2}}$，导致$\ce{CO_{2}}$无法与$\ce{Ca(OH)_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$沉淀，因此澄清石灰水不变浑浊。
【答案】
(1) ①$\ce{CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O}$；②吸水；③80%；
(2) 浓盐酸挥发出的氯化氢气体进入石灰水中，与氢氧化钙完全反应。
【知识点】
化学方程式书写、浓硫酸吸水性、根据化学方程式计算
【点评】
本题围绕水垢成分探究，考查了碳酸盐分解反应、气体吸收与干燥、化学计算及实验异常分析，需学生掌握基础化学原理，同时注意实验中试剂的特性对结果的影响，题目难度适中，注重基础应用。
【难度系数】
0.6
