高中 | 配合物理论 题目答案及解析

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选修三

第二章 分子结构与性质

第二节 分子的立体结构

配合物理论

某课外活动小组以$\rm CuSO_{4}·5H_{2}O$和氨水为原料制备$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}·H_{2}O$并进行探究。

已知:$\rm CuSO_{4}+4NH_{3}·H_{2}O=$ $\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}+4H_{2}O$

$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}=[Cu(NH_{3})_{4}]^{2+}$ $\rm +SO_{4}^{2-}$

$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]^{2+}$ $\rm +4H^{+}$ $\rm =Cu^{2+}$ $\rm +4NH_{4}^{+}$

配制溶液:称取一定质量的$\rm CuSO_{4}·5H_{2}O$晶体,放入锥形瓶中,溶解后滴加氨水。装置如图$\rm A$所示$\rm ($胶头滴管中吸有氨水$\rm )$

滴加氨水时,有浅蓝色沉淀$\rm Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4}$生成;继续滴加氨水,沉淀消失,得到深蓝色的$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}$溶液。用离子方程式表示由浅蓝色沉淀得到深蓝色溶液的原理:                

[["

$\\rm Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4}+8NH_{3}·H_{2}O=2[Cu(NH_{3})_{4}]^{2+} \\rm +SO_{4}^{2-}\\rm +2OH^{-} \\rm +8H_{2}O$

"]]

$\rm CuSO_{4}·5H_{2}O$晶体溶解后滴加氨水,生成浅蓝色沉淀$\rm Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4}$;继续滴加氨水,得到深蓝色溶液$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}$,反应过程中氨水中的一水合氨或氨气参加反应,$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}$为可溶性强电解质,在水溶液中完全电离,离子方程式为:$\rm Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4}+8NH_{3}·H_{2}O=2[Cu(NH_{3})_{4}]^{2+} \rm +SO_{4}^{2-}\rm +2OH^{-} \rm +8H_{2}O$

制备晶体:将$\rm A$中溶液转移至$\rm B$中,析出$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}·H_{2}O$晶体;将$\rm B$中混合物转移至$\rm C$的漏斗中,减压过滤,用乙醇洗涤晶体$\rm 2\sim 3$次;取出晶体,冷风吹干。

①晶体不采用加热烘干的原因是                

②减压过滤时,抽气泵处于工作状态,活塞需关闭,使装置内产生负压。洗涤晶体时,应该在打开活塞的状态下,向漏斗中加入乙醇至浸没沉淀,原因是                

[["

晶体受热易脱水脱氨$\\rm ($“晶体受热易分解”或“加热烘干变质”$\\rm )$;为了使乙醇较慢的从漏斗中流出来并与晶体充分接触,提高洗涤的效果

"]]

①晶体不采用加热烘干的原因是防止失去结晶水,降低产物产率;

②装置内产生负压时,漏斗中液体会被迅速抽入吸滤瓶中,而洗涤过程为了使乙醇较慢的从漏斗中流出来并与晶体充分接触,提高洗涤的效果,需打开活塞。

废液回收:从含有$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}$、乙醇和氨水的废液中回收乙醇并获得$\rm CuSO_{4}$$\rm (NH_{4})_{2}SO_{4}$的混合溶液,应加入的试剂是$\rm (\quad\ \ \ \ )\rm ($填序号$\rm )$

$\rm A$.盐酸         $\rm B$.硝酸         $\rm C$.硫酸        $\rm D$.氢氧化钠溶液。

已知硫酸铵溶液高温易分解,回收乙醇的实验方法为$\rm (\quad\ \ \ \ )$

$\rm A$.蒸馏        $\rm B$.减压蒸馏       $\rm C$.萃取       $\rm D$.分液

[["

$\\rm C$$\\rm B$

"]]

该过程需要将$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}$转化为$\rm CuSO_{4}$,氨水中一水合氨和氨气转化为$\rm (NH_{4})_{2}SO_{4}$,类似于$\rm NH_{3}→(NH_{4})_{2}SO_{4}$,应加入的试剂是硫酸,故选:$\rm C$;充分反应后溶液为无机盐和乙醇的水溶液,回收乙醇是液液互溶体系分离,回收乙醇的实验方法为蒸馏,为防止硫酸铵分解,需减压蒸馏,降低蒸馏所需温度,故选:$\rm B$

用沉淀法测定晶体中$\rm SO_{4}^{2-}$的含量。称取一定质量的$\rm [Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}·H_{2}O$晶体,加适量蒸馏水溶解,向其中滴加足量$\rm BaCl_{2}$溶液,搅拌,加热一段时间,过滤,洗涤,烘干,灼烧,称量沉淀的质量。下列有关说法正确的有$(\quad\ \ \ \ )$

["

滴加足量$\\rm BaCl_{2}$溶液能降低实验数值偏低的可能性

","

检验沉淀已经洗净的方法为取少量最后一次洗涤液于试管中,向其中加入$\\rm BaCl_{2}$溶液,无白色沉淀生成,证明沉淀已洗净

","

洗涤后滤纸和固体一起灼烧,以免固体附着在滤纸上,造成损失。

","

已知$\\rm [Cu(NH_{3})_{4}]^{2+}$ 为平面四边形结构,中心$\\rm Cu^{2+}$不可能是$\\rm sp^{3}$杂化

"]
[["ACD"]]

$\rm A$.足量$\rm BaCl_{2}$溶液可以使硫酸根完全沉淀,降低实验数值偏低的可能性,$\rm A$正确;

$\rm B$.沉淀表明的杂质主要为氯离子,检验沉淀已经洗净即检验是否有氯离子,应取最后一次洗涤液,向其中加入$\rm AgNO_{3}$溶液,若无白色沉淀产生,证明沉淀洗净,$\rm B$错误;

$\rm C$.洗涤后滤纸和固体一起灼烧,可以保证所有沉淀均被回收,$\rm C$正确;

$\rm D$.若$\rm Cu^{2+}$$\rm sp^{3}$杂化,则其空间构型应为正四面体形,而不是正方形,$\rm D$正确;

故答案为:$\rm ACD$

新制的氨水中含氮元素的微粒有$\rm 3$种:$\rm NH_{3}$$\rm NH_{3}·H_{2}O$$\rm NH_{4}^{+}$,其中$\rm NH_{3}·H_{2}O$电离平衡受多种因素的影响。设计实验,控制变量,仅探究$\rm NH_{4}^{+}$$\rm NH_{3}·H_{2}O$电离平衡的影响结果:

①限制试剂与仪器:$\rm 0.1\;\rm mol/L$氨水、$\rm NH_{4}Cl$$\rm CH_{3}COONH_{4}$$\rm NH_{4}HCO_{3}$$\rm (NH_{4})_{2}CO_{3}$、量筒、烧杯、玻璃棒、药匙、天平、$\rm pH$计、恒温水浴槽$\rm ($可控制温度$\rm )$

②设计实验方案,拟定实验表格,完整体现实验方案。表格中“                ”处需测定的物理量为                

物理量

实验序号

$ V(0.1\;\rm mol/L$氨水$\rm )/mL$$ m($铵盐$\rm )/g$$ t/^\circ\rm C$                
$\rm 1$$\rm 100$$\rm 0$$\rm 25$$b$
$\rm 2$$\rm 100$$a$$\rm 25$$c$

③表中物理量“$ m($铵盐$\rm )/g$”的铵盐应是                

④按实验序号$\rm 2$所拟数据进行实验,忽略水电离的$\rm OH^{-}$,则一水合氨的电离度$\rm ($平衡转化率$\rm )$                

[["

$\\rm pH$$\\rm NH_{4}Cl$$\\alpha =\\dfrac{{{10}^{{c}-14}}}{0.1}\\times 100\\%={{10}^{{c}-13}} \\%$

"]]

②本实验的目的是探究影响$\rm NH_{3}·H_{2}O$电离平衡的因素,$\rm NH_{3}·H_{2}O$电离平衡受到影响时,溶液的$\rm pH$会发生变化,所以还需测定的物理量为$\rm pH$

$\rm CH_{3}COONH_{4}$$\rm NH_{4}HCO_{3}$$\rm (NH_{4})_{2}CO_{3}$所含的酸根均为弱酸根,弱酸根会发生水解,影响溶液$\rm pH$,所以铵盐应选用$\rm NH_{4}Cl$

④一水合氨的电离平衡:$\rm NH_{3}·H_{2}O\rightleftharpoons \rm NH_{4}^{+}\rm +OH^{-}$,溶液${\rm pH}=c$,则${c\rm (H^{+})}=10^{-c}\rm \;mol/L$$ c{\rm (OH^{-})}=10^{c-14}\;\rm mol/L$,忽略水电离的$\rm OH^{-}$,所以氢氧根全部由一水合氨电离,则一水合氮的电离度$\alpha =\dfrac{{{10}^{{c}-14}}}{0.1}\times 100\%={{10}^{{c}-13}} \%$

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