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10.二水合氯化钙(CaCl₂·2H₂O)是一种食品钙质强化剂,工业上可以大理石(含有Fe₂O₃、MgO、SiO₂等杂质)为原料生产二水合氯化钙,工艺流程如下图所示。(已知SiO₂难溶于水也难溶于酸)
(1)“①酸溶”前需把大理石研磨成粉末,目的是。
(2)滤渣a的主要成分为(填化学式)。
(3)固体b的一种用途是。
(4)“②调节pH”时,发生中和反应的化学方程式是(填一个)。
(1)“①酸溶”前需把大理石研磨成粉末,目的是。
(2)滤渣a的主要成分为(填化学式)。
(3)固体b的一种用途是。
(4)“②调节pH”时,发生中和反应的化学方程式是(填一个)。
答案
解：
(1) 增大反应物接触面积，加快酸溶速率，使反应更充分
(2) $\ce{SiO_{2}}$
(3) 人工降雨（或作制冷剂、制造舞台烟雾等合理答案均可）
(4) $\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$
(1) 增大反应物接触面积，加快酸溶速率，使反应更充分
(2) $\ce{SiO_{2}}$
(3) 人工降雨（或作制冷剂、制造舞台烟雾等合理答案均可）
(4) $\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$
解析
【分析】
本题为工业生产二水合氯化钙的工艺流程题，需结合各物质的性质拆解流程：
1. 酸溶前研磨大理石，核心是增大反应物接触面积，提升反应效率；
2. 大理石中SiO₂难溶于酸，酸溶后成为滤渣a；
3. CaCO₃与盐酸反应生成CO₂气体，CO₂降温加压得到固体b（干冰）；
4. 酸溶后滤液含CaCl₂、过量HCl及FeCl₃、MgCl₂杂质，加熟石灰调节pH时，熟石灰与过量HCl发生中和反应，同时使Fe³+、Mg²+转化为沉淀，最终结晶得到目标产物。
【解析】
(1) 将大理石研磨成粉末，可增大大理石与稀盐酸的接触面积，从而加快酸溶的反应速率，使反应更充分，故目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更充分；
(2) 已知SiO₂难溶于水也难溶于酸，大理石中的SiO₂不与稀盐酸反应，酸溶后成为滤渣，故滤渣a的主要成分为$\ce{SiO_{2}}$；
(3) 酸溶时CaCO₃与稀盐酸反应生成CO₂气体，CO₂在降温、加压条件下变为固体（干冰），干冰升华吸热，可用于人工降雨（或作制冷剂、制造舞台烟雾等合理用途）；
(4) “②调节pH”时，滤液中含有过量的HCl，加入的熟石灰（$\ce{Ca(OH)_{2}}$）与HCl发生中和反应，化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$。
【答案】
(1) 增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更充分
(2) $\ce{SiO_{2}}$
(3) 人工降雨（合理即可）
(4) $\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$
【知识点】
酸的化学性质、中和反应、二氧化碳的用途
【点评】
本题以工业生产二水合氯化钙的工艺流程为载体，考查物质性质、分离及化学方程式书写等基础知识点，难度适中，需学生掌握常见物质的反应特性和工艺流程分析方法。
【难度系数】
0.6
本题为工业生产二水合氯化钙的工艺流程题，需结合各物质的性质拆解流程：
1. 酸溶前研磨大理石，核心是增大反应物接触面积，提升反应效率；
2. 大理石中SiO₂难溶于酸，酸溶后成为滤渣a；
3. CaCO₃与盐酸反应生成CO₂气体，CO₂降温加压得到固体b（干冰）；
4. 酸溶后滤液含CaCl₂、过量HCl及FeCl₃、MgCl₂杂质，加熟石灰调节pH时，熟石灰与过量HCl发生中和反应，同时使Fe³+、Mg²+转化为沉淀，最终结晶得到目标产物。
【解析】
(1) 将大理石研磨成粉末，可增大大理石与稀盐酸的接触面积，从而加快酸溶的反应速率，使反应更充分，故目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更充分；
(2) 已知SiO₂难溶于水也难溶于酸，大理石中的SiO₂不与稀盐酸反应，酸溶后成为滤渣，故滤渣a的主要成分为$\ce{SiO_{2}}$；
(3) 酸溶时CaCO₃与稀盐酸反应生成CO₂气体，CO₂在降温、加压条件下变为固体（干冰），干冰升华吸热，可用于人工降雨（或作制冷剂、制造舞台烟雾等合理用途）；
(4) “②调节pH”时，滤液中含有过量的HCl，加入的熟石灰（$\ce{Ca(OH)_{2}}$）与HCl发生中和反应，化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$。
【答案】
(1) 增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更充分
(2) $\ce{SiO_{2}}$
(3) 人工降雨（合理即可）
(4) $\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$
【知识点】
酸的化学性质、中和反应、二氧化碳的用途
【点评】
本题以工业生产二水合氯化钙的工艺流程为载体，考查物质性质、分离及化学方程式书写等基础知识点，难度适中，需学生掌握常见物质的反应特性和工艺流程分析方法。
【难度系数】
0.6
四、实验与探究题
11. 提升题▶小组同学打开一款市场上
热销的蒸汽眼罩,剪开后发现其中有一些黑色固体粉末和一些白色固体。于是对眼罩内填充的物质展开了以下探究。
【查阅资料】蒸汽眼罩采用自发热温控技术,让空气中的水分与眼罩内的物质发生反应,形成发热体,生成细微温润的水蒸气,缓解眼疲劳。
探究一:黑色粉末的成分是什么?
【作出猜想】同学们利用所学知识,结合眼罩在空气中与水分反应的发热原理,对黑色粉末的成分作出如下猜想:①炭粉;②铁粉;③炭粉和铁粉。
【设计实验】请完成下表中的填空。
实验步骤 实验现象 实验结论
步骤1:取少量黑色粉末于试管中,加入一定量 观察到黑色粉末部分溶解,产生气泡,溶液变为浅绿色 黑色粉末中有
步骤2:另取少量黑色粉末用磁铁吸引后,将剩余固体与氧化铜粉末混合,用下图所示的装置进行实验 观察到 黑色粉末中含有炭粉
【实验结论】猜想③正确,蒸汽眼罩
是利用铁粉生锈发热的原理工作的。
【实验反思】步骤2结束后先撤出澄清石灰水中的导管,再停止加热,用弹簧夹夹紧乳胶管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒出,其目的是。
探究二:白色固体的成分是什么?
【查阅资料】铁生锈过程中含钠离子的化合物能加快反应速率,缩短反应时间。
【作出猜想】① NaOH;② NaCl;③Na₂CO₃;④Na₂SO₄。
【交流讨论】小组同学根据蒸汽眼罩的使用环境,认为不可能是NaOH,理由是。
【进行实验】取白色固体于烧杯中,加水溶解,静置,取上层清液于试管中,滴加BaCl₂溶液,无沉淀产生,则推测白色固体的成分为(填序号)。
【反思总结】蒸汽眼罩虽能缓解疲劳,但也不能长时间佩戴。下列有关蒸汽眼罩的说法正确的是(填字母)。
A.可循环使用
B.戴得越久,效果越好
C.开封后应尽快使用,以保证效果
11. 提升题▶小组同学打开一款市场上
热销的蒸汽眼罩,剪开后发现其中有一些黑色固体粉末和一些白色固体。于是对眼罩内填充的物质展开了以下探究。
【查阅资料】蒸汽眼罩采用自发热温控技术,让空气中的水分与眼罩内的物质发生反应,形成发热体,生成细微温润的水蒸气,缓解眼疲劳。
探究一:黑色粉末的成分是什么?
【作出猜想】同学们利用所学知识,结合眼罩在空气中与水分反应的发热原理,对黑色粉末的成分作出如下猜想:①炭粉;②铁粉;③炭粉和铁粉。
【设计实验】请完成下表中的填空。
实验步骤 实验现象 实验结论
步骤1:取少量黑色粉末于试管中,加入一定量 观察到黑色粉末部分溶解,产生气泡,溶液变为浅绿色 黑色粉末中有
步骤2:另取少量黑色粉末用磁铁吸引后,将剩余固体与氧化铜粉末混合,用下图所示的装置进行实验 观察到 黑色粉末中含有炭粉
【实验结论】猜想③正确,蒸汽眼罩
是利用铁粉生锈发热的原理工作的。
【实验反思】步骤2结束后先撤出澄清石灰水中的导管,再停止加热,用弹簧夹夹紧乳胶管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒出,其目的是。
探究二:白色固体的成分是什么?
【查阅资料】铁生锈过程中含钠离子的化合物能加快反应速率,缩短反应时间。
【作出猜想】① NaOH;② NaCl;③Na₂CO₃;④Na₂SO₄。
【交流讨论】小组同学根据蒸汽眼罩的使用环境,认为不可能是NaOH,理由是。
【进行实验】取白色固体于烧杯中,加水溶解,静置,取上层清液于试管中,滴加BaCl₂溶液,无沉淀产生,则推测白色固体的成分为(填序号)。
【反思总结】蒸汽眼罩虽能缓解疲劳,但也不能长时间佩戴。下列有关蒸汽眼罩的说法正确的是(填字母)。
A.可循环使用
B.戴得越久,效果越好
C.开封后应尽快使用,以保证效果
答案
稀盐酸(或稀硫酸，合理即可)；铁粉；试管中部分黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊；防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化；氢氧化钠具有强腐蚀性，会伤害眼部；②；C
解析
【分析】
本题围绕蒸汽眼罩内物质的探究展开，分为黑色粉末和白色固体两部分。首先分析黑色粉末：猜想有炭粉、铁粉或两者，步骤1中加入酸后产生气泡、溶液变浅绿色（含Fe²+），说明有铁粉；步骤2利用炭粉还原氧化铜的反应，通过现象验证炭粉存在，同时需注意实验后灼热铜的氧化问题。对于白色固体，结合使用环境排除腐蚀性的NaOH，再通过氯化钡的检验排除碳酸钠、硫酸钠，确定为氯化钠，最后结合蒸汽眼罩的使用注意事项判断选项。
【解析】
探究一：
1. 步骤1：铁能与稀盐酸（或稀硫酸）反应生成氯化亚铁（或硫酸亚铁）和氢气，氯化亚铁溶液为浅绿色，因此加入的试剂为稀盐酸（或稀硫酸，合理即可），实验现象说明黑色粉末中有铁粉。
2. 步骤2：炭粉与氧化铜在高温下反应，生成红色的铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，因此观察到的现象是试管中部分黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊，证明含炭粉。
3. 实验反思：步骤2结束后，若冷却前接触空气，生成的灼热铜会与空气中的氧气反应重新被氧化为氧化铜，因此操作目的是防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化。
探究二：
1. 交流讨论：蒸汽眼罩用于眼部，NaOH具有强腐蚀性，会伤害眼部，因此不可能是NaOH。
2. 进行实验：滴加BaCl₂溶液无沉淀，说明不含CO₃²-（BaCO₃沉淀）和SO₄²-（BaSO₄沉淀），结合资料中“含钠离子的化合物能加快反应”，确定白色固体为NaCl，即序号②。
3. 反思总结：A. 蒸汽眼罩反应后无法再发热，不能循环使用，错误；B. 长时间佩戴不利于眼部健康，并非越久越好，错误；C. 开封后接触空气才会反应，应尽快使用保证效果，正确，故选C。
【答案】
稀盐酸(或稀硫酸，合理即可)；铁粉；试管中部分黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊；防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化；氢氧化钠具有强腐蚀性，会伤害眼部；②；C
【知识点】
金属的化学性质、盐的化学性质、实验操作注意事项
【点评】
本题以生活中的蒸汽眼罩为载体，考查物质成分的探究，涉及金属（铁、炭）的性质、盐的检验及实验操作规范，注重将化学知识与生活实际结合，培养学生的实验分析能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕蒸汽眼罩内物质的探究展开，分为黑色粉末和白色固体两部分。首先分析黑色粉末：猜想有炭粉、铁粉或两者，步骤1中加入酸后产生气泡、溶液变浅绿色（含Fe²+），说明有铁粉；步骤2利用炭粉还原氧化铜的反应，通过现象验证炭粉存在，同时需注意实验后灼热铜的氧化问题。对于白色固体，结合使用环境排除腐蚀性的NaOH，再通过氯化钡的检验排除碳酸钠、硫酸钠，确定为氯化钠，最后结合蒸汽眼罩的使用注意事项判断选项。
【解析】
探究一：
1. 步骤1：铁能与稀盐酸（或稀硫酸）反应生成氯化亚铁（或硫酸亚铁）和氢气，氯化亚铁溶液为浅绿色，因此加入的试剂为稀盐酸（或稀硫酸，合理即可），实验现象说明黑色粉末中有铁粉。
2. 步骤2：炭粉与氧化铜在高温下反应，生成红色的铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，因此观察到的现象是试管中部分黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊，证明含炭粉。
3. 实验反思：步骤2结束后，若冷却前接触空气，生成的灼热铜会与空气中的氧气反应重新被氧化为氧化铜，因此操作目的是防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化。
探究二：
1. 交流讨论：蒸汽眼罩用于眼部，NaOH具有强腐蚀性，会伤害眼部，因此不可能是NaOH。
2. 进行实验：滴加BaCl₂溶液无沉淀，说明不含CO₃²-（BaCO₃沉淀）和SO₄²-（BaSO₄沉淀），结合资料中“含钠离子的化合物能加快反应”，确定白色固体为NaCl，即序号②。
3. 反思总结：A. 蒸汽眼罩反应后无法再发热，不能循环使用，错误；B. 长时间佩戴不利于眼部健康，并非越久越好，错误；C. 开封后接触空气才会反应，应尽快使用保证效果，正确，故选C。
【答案】
稀盐酸(或稀硫酸，合理即可)；铁粉；试管中部分黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊；防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化；氢氧化钠具有强腐蚀性，会伤害眼部；②；C
【知识点】
金属的化学性质、盐的化学性质、实验操作注意事项
【点评】
本题以生活中的蒸汽眼罩为载体，考查物质成分的探究，涉及金属（铁、炭）的性质、盐的检验及实验操作规范，注重将化学知识与生活实际结合，培养学生的实验分析能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
