专题能力训练三 氧化还原反应 离子反应(时间:45分钟 满分:100分)一、选择题(共7小题,每小题6分,共42分。每小题只有1个选项符合题意)1.(2022黑龙江哈三中期末)下列各组离子能在指定溶液中大量共存的是( )①无色溶液中:K+、Cl-、N、Al、S②常温下,pH=14的溶液中:C、Na+、S2-、Al③室温下水电离的c(H+)=10-13mol·L-1的溶液:K+、HC、Br-、Ba2+④加入Mg能放出H2的溶液中:N、Cl-、Na+、S⑤使甲基橙变红的溶液中:Mn、N、Na+、Fe3+⑥室温下=1012的溶液中:Fe2+、Al3+、N、I-A.①③⑥B.①②⑤C.②④⑤D.①③④2.(2022福建泉州一月质检)下列反应的离子方程式正确的是( )A.往NaAlO2溶液中通入过量CO2:2Al+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+CB.Na2SiO3溶液与稀醋酸混合:Si+2H+H2SiO3↓C.钠与CuSO4溶液反应:2Na+Cu2+Cu+2Na+D.往Na2SO3溶液中滴加双氧水:H2O2+SS+H2O3.(2022安徽黄山一模)常温下,下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是( )A.能使甲基橙变黄的溶液中:Na+、K+、S、Al3+B.pH=2的溶液中:Na+、ClO-、N、SC.某透明澄清的溶液中:N、Cu2+、N、Cl-D.0.1mol·L-1NaHCO3溶液中:K+、Ba2+、OH-、Cl-4.(2022河南焦作一模)某溶液中可能含有H+、Na+、N、Mg2+、Fe3+、Al3+、S、C等离子。当向该溶液中加入一定物质的量浓度的NaOH溶液时,发现生成沉淀物质的量随NaOH溶液的体积变化的图像如图所示,下列说法中正确的是( )A.原溶液中含有的阳离子是H+、N、Mg2+、Al3+B.原溶液中一定含有S和Na+C.原溶液中S的物质的量至少为4.5molD.反应最后形成的溶液中含有的溶质为Na2SO45.(2022江西景德镇二模)已知某反应中反应物与生成物有:KIO3、Na2SO3、H2SO4、I2、K2SO4、H2O和未知物X。下列说法中不正确的是( )A.该未知物X为Na2SO4B.该反应的氧化剂是KIO3C.该反应中,发生氧化反应的过程是KIO3I2D.由反应可知还原性强弱顺序为:Na2SO3>I26.(2022山东泰安期末)对剧毒的氰化物可在碱性条件下用如下方法进行处理:2CN-+8OH-+5Cl22CO2+N2+10Cl-+4H2O。下列判断正确的是( )-7-\nA.当有0.2molCO2生成时,溶液中阴离子的物质的量增加1molB.该反应中,每有2molCN-反应,转移电子为10molC.上述反应中的还原剂是OH-D.还原性:Cl->CN-7.(2022江西吉安期末)标准状况下,将aLSO2和Cl2组成的混合气体通入100mL0.2mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,充分反应后,溶液的棕黄色变浅。向反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液,将所得沉淀过滤、洗涤、干燥后称重,其质量为23.3g。则下列关于该过程的推断不正确的是( )A.混合气体中氯气物质的量为0.04molB.混合气体中SO2物质的量为0.04molC.所得的沉淀为0.1molBaSO4D.a的取值范围为0.896<a<1.792二、非选择题(共4小题,共58分)8.(15分)有一无色透明溶液,欲确定是否含有下列离子:K+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Ba2+、N、S、Cl-、I-、HC,取该溶液进行如下实验:实验步骤实验现象①取少量该溶液,加几滴甲基橙溶液溶液变红色②取少量该溶液,加入铜片和浓硫酸,加热有无色气体产生,遇空气可以变成红棕色③取少量该溶液,加入BaCl2溶液有白色沉淀生成④取③中的上层清液,加入AgNO3溶液有稳定的白色沉淀生成,且不溶于稀硝酸⑤取少量该溶液,加入NaOH溶液有白色沉淀生成,当NaOH过量时,沉淀部分溶解由此判断:(1)溶液中一定存在的离子是 ;溶液中肯定不存在的离子是 。 (2)为进一步确定其他离子,应该补充实验(若为溶液反应,说明使用试剂的名称,不必写详细步骤): 。 (3)写出实验⑤中所有反应的离子方程式: 。 9.(2022陕西一模)(15分)高锰酸钾在实验室和工农业生产中有广泛的用途。实验室以二氧化锰为主要原料制备高锰酸钾,其部分流程如下:KOHKClO3熔融物墨绿色浸取液混合液滤液KMnO4(1)第①步加热熔融应在 中进行,而不用瓷坩埚的原因是 (用化学方程式表示)。 (2)第④步通入CO2后发生反应,生成Mn和MnO2。反应的离子方程式为 。 (3)第⑤步趁热过滤的目的是 。 (4)第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时,停止加热,冷却结晶、 、洗涤、干燥。干燥过程中,温度不宜过高,其原因是 (用化学方程式表示)。 -7-\n(5)H2O2和KMnO4都是常用的强氧化剂。若向H2O2溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液,则酸性高锰酸钾溶液会褪色。写出该反应的离子方程式: 。该反应说明H2O2的氧化性比KMnO4的 (填“强”或“弱”)。 10.(2022河南焦作一模)(14分)用二氧化氯(ClO2)、铁酸钠(Na2FeO4,摩尔质量为166g·mol-1)等新型净水剂替代传统的净水剂Cl2对淡水进行消毒是城市饮用水处理新技术。ClO2和Na2FeO4在水处理过程中分别被还原为Cl-和Fe3+。(1)如果以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率,那么,ClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是 > > 。 (2)Na2FeO4溶于水会放出一种无色无味气体,其杀菌消毒、吸附水中的悬浮杂质的原理可用离子方程式表示为 。 (3)工业以CH3OH与NaClO3为原料在酸性条件下制取ClO2,同时产生CO2气体,已知该反应分为两步进行,第一步为2Cl+2Cl-+4H+2ClO2↑+Cl2↑+2H2O。①写出第二步反应的离子方程式 。 ②工业生产时需在反应物中加少量Cl-,其作用是 。 ③生产中会发生副反应Cl+Cl-+H+Cl2↑+H2O(未配平),若测得反应后的混合气体中Cl2的体积分数为,则起始投料时CH3OH与NaClO3的物质的量之比为 。 (4)已知二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体,其熔点为-59℃,沸点为11.0℃,易溶于水。ClO2也可以看作是亚氯酸(HClO2)和氯酸(HClO3)的混合酸酐。工业上用稍潮湿的KClO3和草酸在60℃时反应制得。某学生用如图所示的装置模拟工业制取及收集ClO2,其中A为ClO2的发生装置,B为ClO2的凝集装置,C为尾气吸收装置。请填空:①A部分还应添加温度控制(如水浴加热)装置,B部分还应补充什么装置 ; ②C中应装的试剂为 。C中发生反应的化学方程式为 。 11.(2022福建理综)(14分)二氧化氯(ClO2)是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。(1)氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、S等杂质。某次除杂操作时,往粗盐水中先加入过量的 (填化学式),至沉淀不再产生后,再加入过量的Na2CO3和NaOH,充分反应后将沉淀一并滤去。经检测发现滤液中仍含有一定量的S,其原因是 [已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10、Ksp(BaCO3)=5.1×10-9]。 ②该法工艺原理示意图如下。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠(NaClO3)与盐酸反应生成ClO2。工艺中可以利用的单质有 (填化学式),发生器中生成ClO2的化学方程式为 。 (2)纤维素还原法制ClO2是一种新方法,其原理是:纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2。完成反应的化学方程式: (D)+24NaClO3+12H2SO4 ClO2↑+ CO2↑+18H2O+ -7-\n(3)ClO2和Cl2均能将电镀废水中的CN-氧化为无毒的物质,自身被还原为Cl-。处理含CN-相同量的电镀废水,所需Cl2的物质的量是ClO2的 倍。 专题能力训练三 氧化还原反应 离子反应1.C 解析:①铵根离子与偏铝酸根离子发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝和氨气,故①错误;②在碱性溶液中各种离子不相互反应,故②正确;③水电离的c(H+)=10-13mol·L-1的溶液,为酸性或碱性溶液,碳酸氢根离子在酸性或碱性溶液中都不能大量存在,故③错误;④加入Mg能放出H2的溶液为酸性溶液,在酸性溶液中几种离子均可以大量共存,故④正确;⑤使甲基橙变红的溶液为酸性溶液,酸性溶液中几种离子均可以大量共存,故⑤正确;⑥=1012的溶液为酸性溶液,酸性溶液中亚铁离子被硝酸根离子氧化为铁离子,故⑥错误,故正确选项为C。2.D 解析:A项,往NaAlO2溶液中通入过量CO2,生成Al(OH)3沉淀和HC,错误;B项,醋酸为弱酸,不能拆成离子,错误;C项,钠与CuSO4溶液反应时,Na先与H2O反应生成NaOH和H2,NaOH再与CuSO4发生复分解反应,错误;D项,H2O2具有强氧化性,把S氧化为S,正确。3.C 解析:A项,使甲基橙变黄的溶液pH大于4.4,可能为碱性,若为碱性溶液,Al3+与OH-发生反应不能大量共存,错误;B项,pH=2的溶液显酸性,ClO-与H+反应生成HClO,不能大量共存,错误;C项,各离子间互不反应,可以大量共存,正确;D项,HC能与OH-反应,不能大量共存,错误。4.C 解析:向该溶液中加入一定物质的量浓度的NaOH溶液时,开始无沉淀,说明溶液中含有H+,由于2H++CH2O+CO2↑,所以不含有C。随着NaOH的加入,沉淀越来越多,当沉淀达到最大值时,沉淀的质量不再变化,说明发生反应N+OH-NH3·H2O,则含有N。再继续加入NaOH溶液时沉淀又有所减少,说明含有Al3+,则根据图像可知n(Al3+)=1mol,产生Al(OH)3沉淀消耗NaOH的物质的量为3mol,使Al(OH)3沉淀溶解消耗NaOH为1mol,由图可看出1-7-\nmol的NaOH占有的体积为1个格。在溶液中发生反应:Al3++3OH-Al(OH)3↓;Al(OH)3+OH-Al+2H2O,由于沉淀未完全溶解,说明还含有难溶性物质。该沉淀为1mol,产生该沉淀消耗NaOH为3mol,是Fe(OH)3,则原溶液含有n(H+)=1mol;n(N)=2mol;n(Al3+)=1mol;n(Fe3+)=1mol。根据溶液的电中性原理,则一定还含有S。若原溶液中不含有Na+,则2n(S)=n(H+)+n(N)+3n(Al3+)+3n(Fe3+)=(1+2+3×1+3×1)mol=9mol,n(S)=4.5mol;若原溶液中含有Na+,则阴离子S的物质的量还要增多。因此原溶液中S的物质的量至少为4.5mol。由上述分析可知:反应到最后一定含有的物质为Na2SO4及NaAlO2。5.C 解析:Na2SO3是反应物,H2O是生成物,根据原子守恒,知硫酸是反应物,硫酸钠是生成物;根据化合价的变化判断亚硫酸钠是还原剂;另一种反应物是氧化剂,所以KIO3是氧化剂,还原产物是I2;2KIO3+5Na2SO3+H2SO45Na2SO4+I2+K2SO4+H2O;根据化合价变化知,还原剂是Na2SO3,发生氧化反应,故C错误。6.B 解析:根据离子方程式可知,反应中碳元素的化合价从+2价升高到+4价,氮元素的化合价从-3价升高到0价,因此CN-是还原剂;氯元素的化合价从0价降低到-1价,氯气是氧化剂。A项,根据离子方程式可知,反应前后溶液中阴离子的个数不变,A不正确;B项,该反应中,每有2molCN-反应,转移电子为2mol×5=10mol,B正确;C项,还原剂是CN-,C不正确;D项,氧化还原反应中还原剂的还原性强于还原产物的还原性,所以还原性是CN->Cl-,D不正确。答案选B。7.A 解析:将aLSO2和Cl2组成的混合气体通入100mL0.2mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,充分反应后,溶液的棕黄色变浅。主要发生了:①二氧化硫与氯气在水溶液中的氧化还原反应且两者按物质的量之比1∶1进行;②由于溶液的棕黄色变浅,知①中反应物二氧化硫过量继而发生了二氧化硫与三价铁离子的氧化还原反应,且二者按物质的量之比1∶2进行。再据向反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液,将所得沉淀过滤、洗涤、干燥后称重,其质量为23.3g,知沉淀为硫酸钡且是=0.1mol,故C正确。同时知溶液中硫酸根总量为0.1mol,其中来自于硫酸铁0.06mol,那么另外0.04mol硫酸根肯定来自于二氧化硫的氧化产物,由此推知有0.04mol二氧化硫被氧化,故B正确。由于发生了Fe2(SO4)3与SO2的反应,则n(Cl2)<n(SO2)=0.4mol,A错误。由上述分析可知,V(SO2)=0.04mol×22.4L·mol-1=0.896L,又根据n(Cl2)<0.4mol,故V(Cl2)<0.896L,故0.896<a<1.792,故D正确。8.答案:(1)N、S、Mg2+、Al3+ Fe2+、HC、I-、Ba2+(2)K+的检验可以用焰色反应;Cl-的检验:向溶液中加足量的硝酸钡溶液,过滤后,向滤液中加硝酸银溶液,再加稀硝酸,若生成的白色沉淀不溶解,则证明有Cl-(3)H++OH-H2O,Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,Al3++3OH-Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-Al+2H2O解析:原溶液无色,则其中不含有Fe2+;实验①说明溶液呈酸性,所以HC不能大量存在;实验②说明溶液中含有N,因为I-能被HNO3氧化,所以I-不能大量存在;实验③说明原溶液中含有S,则肯定不含Ba2+;实验④无法说明原溶液中是否含有Cl-,因为实验③引入了Cl-;实验⑤说明溶液中含有Mg2+和Al3+。9.答案:(1)铁坩埚 SiO2+2KOHK2SiO3+H2O(2)3Mn+2CO22Mn+MnO2↓+2C(3)减少过滤的损耗(或防止降温过程中KMnO4析出而损耗)(4)过滤 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(5)2Mn+6H++5H2O22Mn2++5O2↑+8H2O 弱解析:(1)由于KOH是强碱,在加热及高温时容易与玻璃、陶瓷中的SiO2发生反应,该反应的化学方程式为SiO2+2KOHK2SiO3+H2O。所以加热熔融KClO3-7-\n和KOH的混合物应在铁坩埚中进行。(2)根据题意结合原子守恒和电荷守恒,可得该反应的离子方程式为3Mn+2CO22Mn+MnO2↓+2C。(3)由于KMnO4的溶解度随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,趁热过滤就可以减少过滤过程中KMnO4的损耗。(4)第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时,停止加热,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。KMnO4受热容易发生分解反应:2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑。为了防止KMnO4的分解,所以在干燥时温度不宜过高。(5)KMnO4和H2O2都有强的氧化性,但KMnO4的氧化性更强,所以二者发生反应时H2O2作还原剂,把KMnO4还原为无色的Mn2+,而使溶液褪色。该反应说明H2O2的氧化性比KMnO4的弱。10.答案:(1)ClO2 Cl2 Na2FeO4(2)4Fe+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+8OH-+3O2↑(3)①CH3OH+3Cl2+H2O6Cl-+CO2+6H+②催化剂 ③1∶6.1(4)①(冰水)冷凝 ②NaOH溶液 2ClO2+2NaOHNaClO2+NaClO3+H2O解析:(1)ClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率分别是ClO2:;Na2FeO4:;Cl2:。所以三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是ClO2>Cl2>Na2FeO4。(2)根据题意可得Na2FeO4把H2O氧化为O2,氧气杀菌消毒,它本身被还原为Fe3+。Fe3+水解产生Fe(OH)3胶体吸附水中的悬浮物质,从而净化了水。该反应的离子方程式为4Fe+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+8OH-+3O2↑。(3)①第二步反应的离子方程式为:CH3OH+3Cl2+H2O6Cl-+CO2+6H+。②由第一步和第二步两个离子方程式可以看出若转移相同的电子,Cl-的消耗与产生量相等。之所以在工业生产时要在反应物中加少量Cl-,是因为Cl-起催化剂作用。③将第一步与第二步的方程式叠加可得总方程式:6Cl+CH3OH+6H+CO2↑+6ClO2↑+5H2O。将副反应Cl+Cl-+H+Cl2↑+H2O配平可得:Cl+5Cl-+6H+3Cl2↑+3H2O。若测得反应后的混合气体中Cl2的体积分数为,假设气体的总物质的量为73mol,则Cl2为3mol;CO2和ClO2总物质的量为70mol。产生3mol的Cl2消耗NaClO3的物质的量1mol;根据离子方程式6Cl+CH3OH+6H+CO2↑+6ClO2↑+5H2O可知产生CO2和ClO2总物质的量为70mol时,消耗CH3OH的物质的量为10mol;消耗NaClO3的物质的量为60mol。所以共消耗CH3OH的物质的量为10mol;消耗NaClO3的物质的量为60mol+1mol=61mol。因此起始投料时CH3OH与NaClO3的物质的量之比为10∶61=1∶6.1。(4)①因为ClO2的沸点低,容易挥发,所以B部分还应补充的装置是冷凝装置。可以用冰水进行降温。②C为尾气吸收装置,由于ClO2能与碱发生反应,所以通常用NaOH溶液来吸收。反应的化学方程式为2ClO2+2NaOHNaClO2+NaClO3+H2O。11.答案:(1)①BaCl2 BaSO4和BaCO3的Ksp相差不大,当溶液中存在大量C时,BaSO4(s)会部分转化为BaCO3(s)(或其他合理答案)②H2、Cl22NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O(2)1C6H12O6+24NaClO3+12H2SO424ClO2↑+6CO2↑+18H2O+12Na2SO4(3)2.5解析:(1)①加入Na2CO3和NaOH分别除去Ca2+、Mg2+,要除去S,则应加入BaCl2;难溶电解质BaSO4和BaCO3的沉淀可相互转化,当溶液中存在大量C时,根据沉淀溶解平衡,BaSO4(s)会部分转化为BaCO3(s),使滤液中仍含有一定量的S;②根据工艺原理示意图,电解食盐水,可得到H2和Cl2,利用H2和Cl2可生成合成塔中的HCl;根据题目文字“氯酸钠(NaClO3)与盐酸反应生成ClO2”及示意图的箭头指向,则发生器中生成ClO2的化学方程式为2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O;(2)纤维素水解得到的最终产物D为葡萄糖,根据元素守恒,产物还有Na2SO4,依据氧化还原反应电子守恒进行配平,反应的化学方程式为C6H12O6+24NaClO3+12H2SO424ClO2↑+6CO2↑+18H2O+12Na2SO4;(3)ClO2中的Cl元素是+4价,-7-\n被还原为Cl-,要得到5个e-,Cl2中Cl元素是0价,被还原为Cl-,要得到2个e-,处理含CN-相同量的电镀废水,反应过程中转移的电子数相同,Cl2的物质的量是ClO2的2.5倍。-7-
