2023版高考化学总复习：专题十六实验方案的设计与评价应用创新题组

第第页专题十六实验方案的设计与评价1.某化学兴趣小组拟采用如下图所示装置(部分夹持装置略去)制取氨基钾(KNH2)。已知氨基钾很容易与空气中的水和二氧化碳反应。回答下列问题:(1)A装置装药品前应检验气密性,操作是。浓氨水与生石灰混合能迅速产生氨气,主要利用生石灰吸水且遇水放热升温减小氨气溶解度,以及(从平衡角度回答)。

(2)整套装置的连接顺序为a-(装置不重复使用)。

(3)实验开始时应先打开分液漏斗的活塞,再点燃酒精灯,目的是。药品M为(填字母标号)。

A.无水氯化钙B.碱石灰C.五氧化二磷D.硅胶(4)D中硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为。

(5)B装置的作用是。

答案(1)关闭分液漏斗活塞,将导气管延长插入水中,微热烧瓶,导气管口有气泡冒出,停止加热,导气管中倒吸一段水柱,证明A装置气密性良好生成的Ca(OH)2增大氨水中氢氧根离子浓度,使一水合氨的电离平衡逆向移动(2)hi-fg-de-b(3)利用产生的氨气排尽装置内的空气,防止金属钾被氧化BD(4)2K+2NH32KNH2+H2(5)吸收多余的NH3,并防止空气中的CO2和水蒸气进入D中解析(2)A装置制备氨气,用E装置中药品M干燥氨气,干燥的氨气和金属钾在D装置中反应;为防止倒吸,尾气通过C装置;为吸收多余的NH3,并防止空气中的CO2和水蒸气进入D装置中,在C装置后连接装有浓硫酸的B装置。(3)利用产生的氨气排尽装置内的空气,防止金属钾被氧化,所以实验开始时应先打开分液漏斗的活塞,再点燃酒精灯;药品M用于干燥氨气,无水氯化钙和五氧化二磷均能与氨气反应,不能用来干燥氨气,所以M可以是碱石灰或硅胶,故选BD。(4)D装置中硬质玻璃管内金属钾和氨气反应生成氨基钾和氢气,可写出发生反应的化学方程式。(5)B装置内的浓硫酸可以吸收氨气,防止污染空气;氨基钾很容易与空气中的水和二氧化碳反应,B装置能防止空气中的CO2和水蒸气进入D装置中。名师点睛装置的气密性检验:形成封闭体系(有活塞别忘关活塞)→操作(微热、手捂、热毛巾捂、加水等)→描述现象→得出结论。微热法关键词是:封闭(将导管一端放入水中)、微热、气泡、水柱。液差(封)法关键词是:封闭(用止水夹关闭右侧导气管,向××漏斗中加水)、液差(××漏斗中形成一段水柱,停止注水后,水柱不变化)。注意:整套装置气密性检查,为使其产生明显的现象,用酒精灯对装置中某个可加热容器微热,观察插入水中的导管口处是否有气泡冒出,也可对整套装置适当分割,分段检查气密性。2.CuCl是一种重要化工原料,常用作催化剂、杀菌剂。化学小组利用下图装置(部分夹持装置略去)制备氯化亚铜。已知:①CuCl为白色固体,微溶于水,不溶于酒精,在空气中能被迅速氧化。②CuCl能溶于氨水,[Cu(NH3)2]+为无色。实验步骤:Ⅰ.向15mL0.5mol·L-1的CuCl2溶液中,加入0.5mol·L-1的NaOH溶液30mL;打开A中分液漏斗的活塞,产生SO2气体,一段时间后C中产生白色固体。Ⅱ.将C中混合物过滤、洗涤、干燥得CuCl产品。回答下列问题:(1)仪器a的名称是,装置B的作用是

。

(2)步骤Ⅰ中通入SO2发生反应的离子方程式为。

(3)步骤Ⅱ采用抽滤法快速过滤,防止滤渣被空气氧化为Cu2(OH)3Cl。CuCl被氧化为Cu2(OH)3Cl的化学方程式为;用95%的乙醇代替蒸馏水洗涤的优点是。

(4)判断CuCl沉淀洗涤干净的实验方案是。

(5)CuCl样品加氨水溶解后露置于空气中迅速得到深蓝色溶液,深蓝色是由溶液中的阳离子(填化学式)呈现的。

(6)准确称取所制备的氯化亚铜样品mg,将其置于过量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸,用amol·L-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液bmL,反应中Cr2O72−被还原为Cr3+(该条件下Cl-不反应),样品中CuCl的质量分数为答案(1)三颈烧瓶作安全瓶,防止倒吸,并可以降低二氧化硫在溶液中的溶解度(2)SO2+2Cu(OH)2+2Cl-2CuCl+SO42−+2H2(3)4CuCl+O2+4H2O2Cu2(OH)3Cl+2HCl减少CuCl的损失,且较容易干燥(4)取最后一次洗涤液于试管中,先向其中加入过量的稀盐酸,再向其中滴加氯化钡溶液,若无白色沉淀生成,则洗涤干净(5)[Cu(NH3)4]2+(6)59.7ab解析(1)B中长颈漏斗与外界连通可以平衡内外的气压,起到防倒吸的作用,同时饱和亚硫酸氢钠溶液可以降低二氧化硫在水中的溶解度,减少二氧化硫的损失。(2)步骤Ⅰ在氯化铜溶液中滴加氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜,氢氧化铜悬浊液中通入二氧化硫,发生氧化还原反应得到氯化亚铜。(3)CuCl被氧气氧化为Cu2(OH)3Cl,反应的化学方程式为4CuCl+O2+4H2O2Cu2(OH)3Cl+2HCl;CuCl不溶于乙醇,用95%的乙醇洗涤可减少CuCl的损失,且乙醇易挥发,得到的CuCl比较容易干燥。(4)判断CuCl沉淀洗涤干净需检验洗涤液中是否存在硫酸根离子。(5)CuCl在空气中迅速被氧化成CuCl2,加氨水后会形成四氨合铜离子,为深蓝色的溶液。(6)该过程中的发生的反应有CuCl+Fe3+Cu2++Fe2++Cl-、Cr2O72−+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,可得关系式:6CuCl~Cr2O72−,样品中CuCl的质量分数为=6ab×13.四溴化钛(TiBr4)可用作橡胶工业中烯烃聚合反应的催化剂。已知TiBr4常温下为橙黄色固体,熔点为38.3℃,沸点为233.5℃,具有潮解性且易发生水解。实验室利用反应TiO2+C+2Br2TiBr4+CO2制备TiBr4的装置如图所示。回答下列问题:(1)检查装置气密性并加入药品后,加热前应进行的操作是,其目的是,此时活塞K1、K2、K3的状态为;一段时间后,打开电炉并加热反应管,此时活塞K1、K2、K3的状态为。

(2)试剂A为,装置单元X的作用是;

反应过程中需用热源间歇性微热连接管,其目的是

。

(3)反应结束后应继续通入一段时间CO2,主要目的是。

(4)将连接管切断并熔封,采用蒸馏法提纯。此时应将a端的仪器改装为、承接管和接收瓶,在防腐胶塞上加装的仪器是(填仪器名称)。

答案(1)先通入过量的CO2气体排尽装置内空气打开K1,关闭K2和K3打开K2和K3,同时关闭K1(2)浓硫酸吸收多余的溴蒸气,同时防止外界的水蒸气进入装置使产物水解防止产品四溴化钛凝固成晶体,堵塞连接管,造成危险(3)排出残留在装置中的TiBr4和溴蒸气(4)直形冷凝管温度计(量程250℃)解析(1)加热前应排尽装置内的空气,防止碳单质与氧气反应,浪费原料,还可能产生有毒气体CO等,污染空气;此时仅仅是通入CO2气体,所以只需要打开K1,关闭K2和K3;而CO2气体通入一段时间后,打开电炉并加热反应管,此时需要打开K2和K3,同时关闭K1,保证CO2气体携带溴蒸气进入反应装置中。(2)四溴化钛易水解,进入的CO2气体必须干燥,则试剂A为浓硫酸;装置单元X应为尾气处理装置,吸收多余的溴蒸气,同时还能防止空气中的水蒸气干扰实验,使产品四溴化钛水解变质;反应过程中需用热源间歇性微热连接管,其目的是防止产品四溴化钛凝固成晶体,堵塞连接管,造成危险,还可以使产品四溴化钛熔化,流入收集装置中。(3)反应结束后在反应装置中还有少量四溴化钛残留,以及剩余的溴蒸气,应继续通入一段时间CO2,主要目的是把少量残留四溴化钛排入收集装置中,提高产率,而且还可以排出剩余的溴蒸气,进行尾气处理,防止污染。(4)实验结束后,在产品四溴化钛中还有残留的液溴,根据题中给出的四溴化钛的沸点233.5℃,将连接管切断并熔封,采用蒸馏法提纯;此时应将a端的仪器改装为直形冷凝管、承接管和接收瓶,在防腐胶塞上加装的仪器是温度计(量程是250℃)。4.氮化钙有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。某化学兴趣小组设计制备氮化钙并测定其纯度的实验如下。已知:氮化钙(Ca3N2)是一种棕色粉末,遇水会发生水解,生成氢氧化钙并放出氨。Ⅰ.氮化钙的制备(如图):(1)仪器a的名称是。

(2)装置A中每生成标准状况下6.72LN2,转移的电子的物质的量为。

(3)装置C的作用是吸收氧气,则C中发生反应的离子方程式为。

(4)设计实验证明Ca3N2中混有钙单质,写出实验操作及现象:。

Ⅱ.测定氮化钙的纯度:(5)甲同学称取mg反应后的固体,加入足量的碳酸钠溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥得ng沉淀,通过数据m、n即可求得氮化钙的质量分数。甲同学的方案是否合理?(填“是”或“否”),理由是

。

(6)乙同学的方案如下:取氮化钙样品24g,按图所示装置进行实验,发现B装置增重5.1g。①该样品中氮化钙的质量分数为。

②导致该样品中氮化钙含量测定结果偏低的可能原因是。

答案(1)分液漏斗(2)0.9mol(3)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(4)取少量固体,加足量稀硫酸,仍能收集到无色气体(5)否未参加反应的钙也能与水反应转化为钙离子而形成碳酸钙沉淀(6)①92.5%②氨气未能全部被吸收解析(2)装置A中发生反应的离子方程式为NO2-+NH4+2H2O+N2↑,每生成1molN2,转移3mol电子,则生成标准状况下6.72LN2转移的电子的物质的量为0.9mol。(3)装置C中氧气氧化亚铁离子,反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(4)氮化钙与水反应生成氨气,氨气可与稀硫酸反应,但是钙单质和硫酸反应生成氢气,故设计实验操作为取少量固体,加足量稀硫酸,仍能收集到无色气体。(5)该反应得到的沉淀是碳酸钙,可是样品中含有钙单质,也可以生成碳酸钙沉淀。(6)乙同学的方案中B装置增重的5.1g即为氮化钙与水反应产生的氨气的质量,故n(NH3)=0.3mol,根据氮元素守恒得n(Ca3N2)=0.15mol,则样品中m(Ca3N2)=0.15mol×148g/mol=22.2g,则样品中氮化钙的质量分数为ω(Ca3N2)=5.丙烯酸酯类聚合物能降低原油的凝点,改善其低温流动性,实现自动化输油。实验室合成降凝剂所需的丙烯酸十八酯的装置如图,可能用到的有关数据如表。十八醇丙烯酸甲苯丙烯酸十八酯相对分子质量2707292324密度/g·cm-30.811.050.900.80沸点/℃210141110.6402水中溶解度难溶可溶难溶难溶实验步骤:Ⅰ.向仪器甲中依次加入十八醇(C18H37OH)、阻凝剂、携水剂,安装好其他仪器。Ⅱ.搅拌、加热,瓶内试剂完全溶解后加入丙烯酸、催化剂,加热至回流温度115~120℃,待分水器水量达到理论量时停止加热。Ⅲ.取甲中产物倒入分液漏斗中,先后用5%的Na2CO3溶液和蒸馏水多次洗涤,分液后有机层加入无水MgSO4,静置、过滤,得粗产品,进一步提纯,得纯净产品。回答下列问题:(1)仪器甲名称为,仪器乙的作用为。

(2)步骤Ⅱ生成丙烯酸十八酯的化学方程式为,保持回流温度恒定可采用的加热方式为(填字母)。

a.沸水浴b.盐浴c.电加热套d.油浴(3)为将反应生成的水及时移出,需加入携水剂。实验选用甲苯作携水剂的原因是。

(4)用5%Na2CO3溶液水洗的目的是,加入无水MgSO4的目的是。

(5)步骤Ⅲ进一步提纯,在该提纯步骤中会用到的仪器有(填标号)。

答案(1)三颈烧瓶冷凝回流(2)CH2CHCOOH+C18H37OHCH2CHCOOC18H37+H2Obcd(3)甲苯的沸点和水的沸点相差小于30℃,且甲苯不溶于水,所以甲苯可作携水剂(4)除去剩余的丙烯酸干燥有机物(5)bcf解析(2)丙烯酸和十八醇(C18H37OH)在催化剂、加热条件下发生酯化反应生成丙烯酸十八酯和水;该反应温度为115~120℃,超过了水的沸点,故不能用沸水浴,若要保持回流温度恒定可采用的加热方式为盐浴、电加热套、油浴。(3)由于甲苯的沸点和水的沸点相近,故甲苯和水产生共沸物,一起蒸出,然后在分水器中分层,可作为携水剂。(4)由于反应后还会存在多余的反应物丙烯酸,因此要采用弱碱性的5%的Na2CO3溶液来中和;由于水洗后的有机物中会存在少量水分,加入无水MgSO4来作为吸水剂干燥除水。(5)产物中主要杂质为十八醇,为了提高产物的纯度需要进行蒸馏,蒸馏需要用到的仪器有蒸馏烧瓶、直形冷凝管和酒精灯。6.从石油废催化剂(主要含有Al2O3、V2O5、Ni、Mo、Fe等)中回收钒、钼,是提取这些紧缺金属的重要方法。国内采用的一种工业流程如下:回答下列问题:(1)对原料进行了两次焙烧,第一次焙烧的主要目的是。第二次焙烧时V2O5发生反应的化学方程式为。

(2)水浸取滤渣中主要含有氧化镍、三氧化二铁。“沉铁”时,若溶液中c(Ni2+)=0.35mol·L-1,加入碳酸钠调节溶液的pH为可使Fe3+恰好沉淀完全(离子浓度≤1.0×10-5mol·L-1),此时(填“有”或“无”)Ni(OH)2沉淀生成。{假设溶液体积不变,lg6≈0.8;Ksp[Fe(OH)3]=2.16×10-39,Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15}

(3)加入NH4Cl调节溶液pH到8.5,将钒元素以偏钒酸铵的形式分离出来,加氨系数K(铵盐与钒含量换算比)和温度对钒沉淀率的影响如图所示,则K最佳值约为,最佳温度约为,温度过高会使沉钒率下降,原因是。

(4)钼酸铵溶液可以结晶出二钼酸铵[(NH4)2Mo2O7,相对分子质量为340],取少量晶体,一定条件下受热分解的热重曲线如图所示:则597℃时,二钼酸铵热分解的化学方程式为。

答案(1)去除废催化剂表面的有机物V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑(2)2.8无(3)480℃氯化铵受热分解,溶液中铵根离子浓度下降(4)(NH4)2Mo2O72MoO3+2NH3↑+H2O↑解析(2)根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.16×10-39可知,溶液中的c(OH-)=3Ksp[Fe(OH)3]c(Fe3+)=32.16×10-391×10-5mol·L-1=6.0×10-12mol·L-1,此时pH=-lgc(H+)=-lgKWc(OH-)=14-12+lg6≈2.8;已知Q=c(Ni2+)×c2(OH-)=0.35×(6.0×10-12)2=1.26×10-23<Ksp7.硫酸铵常温下是无色结晶或白色颗粒,无气味,280℃以上开始分解,500℃以上彻底分解为气体。某实验小组设计如下实验证硫酸铵的分解产物。试回答下列问题。图1图2图3(1)组装好装置加入药品前要进行的操作为。

(2)当图1与图2装置连接后,进行实验观察到无水硫酸铜变蓝色,证明硫酸铵分解产物中有;还观察到品红溶液褪色、酸性KMnO4溶液紫色变浅。量气管中收集到一种气体单质(经检验该气体能使燃着的火柴熄灭),最后大试管中无固体剩余。写出KMnO4溶液紫色变浅发生反应的离子方程式:。

(3)图1与图3装置连接后,可以观察到硬质玻璃管中黑色固体变红色,硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为。结合现象分析写出硫酸铵受热分解的化学方程式:。

(4)图4给出的是不同温度下13.2g硫酸铵固体加热过程中的固体质量变化。写出290℃时硫酸铵分解的化学方程式:。350℃时分解产物的化学式为HxNySzOm,x∶y∶z∶m=。

图4(5)SO3(g)可以将NH3氧化为N2和水蒸气,SO3被还原为SO2,各物质中的平均键能数据如下表,写出该反应的热化学方程式:。

化学键S—O(SO3)S—O(SO2)N—HO—H键能/(kJ·mol-1)abcde答案(1)检验装置气密性(2)水蒸气(或水)5SO2+2MnO4-+2H2O2Mn2++5SO4(3)2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O3(NH4)2SO4N2↑+3SO2↑+6H2O↑+4NH3↑(4)(NH4)2SO4NH3↑+NH4HSO48∶2∶2∶7(5)3SO3(g)+2NH3(g)N2(g)+3H2O(g)+3SO2(g)ΔH=(9a+6c-6b-e-6d)kJ·mol-1解析根据无水硫酸铜变蓝色可知分解产物中有水蒸气,根据品红溶液褪色可知分解产物中有SO2,SO2可与酸性KMnO4溶液反应,使溶液颜色变浅;最后收集到无色气体单质,经分析可知该气体一定是氮气。根据氧化还原反应化合价升降总数相等,结合原子守恒进行配平,可知分解反应的化学方程式为3(NH4)2SO4N2↑+3SO2↑+6H2O↑+4NH3↑。(1)装置组装好之后应该先检查装置的气密性。(2)SO2可被MnO4-氧化而使KMnO4溶液紫色变浅,据此写出反应的离子方程式。(3)图1和图3装置相连接后,碱石灰吸收了SO2,在玻璃管中还原性气体还原氧化铜生成氮气和铜,该还原性气体一定是NH3,由此可写出反应的化学方程式。(4)13.2g(NH4)2SO4为0.1mol,290℃时质量变为11.5g,减少了1.7g,可知恰好减少了0.1molNH3,因此反应的化学方程式为(NH4)2SO4NH3↑+NH4HSO4;350℃时质量变为10.6g,相比11.5g减少了0.9g,可知恰好减少了0.05molH2O。反应前(NH4)2SO4中四种元素原子的关系可表示为H0.8N0.2S0.1O0.4,所以剩余物质中四种元素原子的关系可表示为H0.4N0.1S0.1O0.35,x∶y∶z∶m=8∶2∶2∶7。8.过氧化钙(CaO2)是一种用途广泛的优良供氧剂,常温下为白色固体,能溶于酸,难溶于水、乙醇,且本身无毒,不污染环境,某实验小组制备CaO2过程如下。Ⅰ.制备CaO2·8H2O利用反应Ca2++H2O2+2NH3+8H2OCaO2·8H2O↓+2NH4+,在碱性环境下制取CaO2·8H2(1)CaO2的电子式为。

(2)写出甲装置中反应的化学方程式:。

(3)仪器A的名称为;仪器B的作用是。

(4)乙中反应温度需控制在0℃左右的原因是该反应是放热反应,温度低有利于提高CaO2·8H2O的产率和。

(5)反应结束后,分离提纯CaO2·8H2O的过程中,洗涤的操作为。

Ⅱ.制得产品并定量检测(6)CaO2·8H2O脱水干燥即得CaO2产品。经检测知某CaO2产品中含有CaO2·xH2O和CaO,已知CaO2·xH2O受热分解有CaO、O2和H2O生成。①称取3.248g产品,加热,在标准状况下生成268.8mL气体。②另取等量产品,溶于适量的稀盐酸后,加入足量的Na2CO3溶液得到沉淀2.80g,则该产品中CaO2·xH2O的x为。

答案(1)Ca2+[··O······O······]2-(2)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3解析(4)过氧化氢受热易分解,降低温度减少过氧化氢分解,可提高过氧化氢利用率。(6)2CaO2·xH2O~O2,266.8mL氧气的物质的量为0.2668L22.4L/mol≈0.012mol,则CaO2·xH2O的物质的量为0.012mol×2=0.024mol;由②可知,反应生成2.80g碳酸钙的物质的量为2.80g100g/mol=0.028mol,则样品中CaO2·xH9.某小组探究Cu与HNO3反应,发现有趣的现象。室温下,3mol·L-1的稀硝酸(溶液A)遇铜片短时间内无明显变化,一段时间后才有少量气泡产生,而溶液B(如图)遇铜片立即产生气泡。回答下列问题:(1)探究溶液B遇铜片立即发生反应的原因。①假设1:对该反应有催化作用。

实验验证:向溶液A中加入少量硝酸铜,溶液呈浅蓝色,放入铜片,没有明显变化。结论:假设1不成立。②假设2:NO2对该反应有催化作用。方案Ⅰ:向盛有铜片的溶液A中通入少量NO2,铜片表面立即产生气泡,反应持续进行。有同学认为应补充对比实验:向盛有铜片的溶液A中加入几滴5mol·L-1的硝酸,没有明显变化。补充该实验的目的是。

方案Ⅱ:向溶液B中通入氮气数分钟得溶液C。相同条件下,铜片与A、B、C三份溶液的反应速率:B>C>A,该实验能够证明假设2成立的理由是。

③查阅资料:NO2溶于水可以生成HNO2和。

向盛有铜片的溶液A中加入HNO2,铜片上立即产生气泡,实验证明HNO2对该反应也有催化作用。结论:NO2和HNO2均对Cu与HNO3的反应有催化作用。(2)试从结构角度解释NO2在金属表面得电子的能力强于NO3-的原因:(3)Cu与稀硝酸的反应中HNO2可能参与的催化过程如下。将ⅱ补充完整。ⅰ.NO3-+HNO2+H+2NO2↑+H2ⅱ.

ⅲ.3NO2+H2O2H++2NO3-(4)探究Cu(NO3)2·6H2O的性质。将一定质量的Cu(NO3)2·6H2O放在坩埚中加热,在不同温度阶段进行质量分析,当温度升至T℃时,剩余固体质量变为原来的24.33%,则剩余固体的化学式可能为。

答案(1)①Cu2+②排除通入NO2与水反应引起硝酸浓度增大的影响通入N2可以带走溶液中的NO2,因此三份溶液中NO2的浓度:B>C>A,反应速率随NO2浓度降低而减慢,说明NO2对该反应有催化作用③HNO3(2)NO2有单电子,很容易得到一个电子形成更稳定的NO2-;NO3-为平面正三角形结构,且带一个负电荷,难以获得电子(3)Cu+2NO2+2H+Cu2++2HNO2解析(1)①溶液B与稀硝酸的区别是B是铜和浓硝酸反应后的稀释液,其先呈绿色后呈蓝色,稀释液中除了硝酸还存在铜离子、少量二氧化氮,溶液B遇铜片立即发生反应,催化剂能加快反应速率,故推测Cu2+对该反应有催化作用。②方案Ⅱ:向溶液B中通入氮气数分钟得溶液C,则三份溶液中唯一的变量NO2的浓度不一样,由于通入N2可以带走溶液中的NO2,所以NO2的浓度:B>C>A,则相同条件下,铜片与A、B、C三份溶液的反应速率:B>C>A,说明NO2对该反应有催化作用。③已知NO2溶于水可以生成HNO2,氮元素化合价降低,则该反应是氧化还原反应,推测氧化产物为HNO3,故NO2溶于水可以生成HNO2和HNO3。(3)Cu与稀硝酸的总反应过程中HNO2可能参与催化,HNO2先在反应中消耗后又重新生成,反应前后HNO2的质量和化学性质不发生改变;Cu与稀硝酸的总反应为3Cu+2NO3-+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O,反应ⅱ=13(总反应-ⅰ×6-ⅲ×2)。(4)硝酸盐受热易分解,铜活泼性较弱,硝酸铜晶体受热分解会生成铜的氧化物,假设Cu(NO3)2·6H2O的质量为296g,即1mol,当温度升至T℃时,剩余固体质量为296g×24.33%≈72g,其中Cu为64g,剩余8g应为O,所以剩余物质中Cu和O的物质的量之比为1∶0.5,则该物质应为Cu10.氯化亚铜(CuCl)是一种重要的化工产品。它难溶于H2SO4、HNO3和醇,微溶于水,可溶于浓盐酸和氨水,在水溶液中存在平衡:CuCl(白色)+2Cl-[CuCl3]2-(无色溶液)。在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2(OH)4-nCl方案一:铜粉还原CuSO4溶液CuSO4溶液滤液滤渣CuCl请回答:(1)步骤①中发生反应的离子方程式为。

(2)步骤②中,加入大量水的作用是。

(3)如图流程中用95%乙醇洗涤和真空干燥是为了防止。

(4)随着pH减小,Cu2(OH)4−nCln中铜的质量分数A.增大B.不变B.减小D.不能确定方案二:在氯化氢气流中加热CuCl2·2H2O晶体制备,其流程和实验装置(夹持仪器略)如图:CuCl2·2H2OCuCl2CuCl+Cl2请回答:(5)实验操作的先后顺序是a→→→→e(填操作的编号)。

a.检査装置的气密性后加入药品b.点燃酒精灯,加热c.在“气体入口”处通入干燥HCld.熄灭酒精灯,冷却e.停止通入HCl,然后通入N2(6)在实验过程中,观察到B中无水硫酸铜由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是

。

(7)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2杂质,请分析产生CuCl2杂质的原因:。

答案(1)Cu+Cu2++6Cl-2[CuCl3]2-(2)稀释促进平衡CuCl+2Cl-[CuCl3]2-逆向移动,生成CuCl(3)CuCl在潮湿空气中被水解氧化(4)C(5)cbd(6)先变红后褪色(7)加热时间不足或加热温度偏低,使CuCl2未完全分解解析(1)由题给信息“氯化亚铜可溶于浓盐酸”,则步骤①中,铜、硫酸铜在氯化钠和浓盐酸环境中发生反应,生成[CuCl3]2-,据此写出离子方程式。(3)为了加快乙醇和水的挥发,防止CuCl在潮湿空气中水解氧化,析出的CuCl晶体用95%乙醇洗涤和真空干燥。(4)随着pH减小,Cu2(OH)4-nCln中4-n减小,n增大,则铜的含量减小,故选C。(5)先检查气密性,在“气体入口”处通入干燥HCl以使氯化铜晶体能在氯化氢环境中脱水,加热晶体,氯化氢抑制了氯化铜的水解,故可得无水氯化铜,失水完毕后,停止加热,等冷却到室温后停止通入HCl。(6)实验中有HCl气体,能使湿润的蓝色石蕊试纸变红,在大于300℃时,氯化铜分解产生氯气,氯气能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故C中试纸的颜色变化是先变红后褪色。(7)2CuCl2Cl2↑+2CuCl,反应结束后,CuCl产品中含有少量的CuCl2杂质的原因为加热时间不足或加热温度偏低,使CuCl2未完全分解。11.三苯甲醇是有机合成中间体。实验室用格氏试剂()与二苯酮反应制备三苯甲醇。已知:①格氏试剂非常活泼,易与水反应②③(联苯)④(M=182g·mol-1)三苯甲醇(M=260g·mol-1)实验过程如下:①合成格氏试剂:实验装置如图1所示,向三颈烧瓶加入0.75g镁屑和1小粒碘,装好装置,在恒压漏斗中加入3.20mL溴苯(0.03mol)和15.00mL乙醚混匀,开始缓慢滴入三颈烧瓶,滴完后待用。②制备三苯甲醇:实验装置如图1所示,将5.5g二苯酮与15mL乙醇在恒压漏斗中混匀,滴入三颈烧瓶。40℃左右水浴回流0.5h,加入20mL饱和氯化铵溶液,使晶体析出,经过系列操作得到粗产品。③提纯:用图2所示装置进行提纯,最后冷却抽滤。图2(1)实验中乙醚溶剂必须预先用试剂除去溶解在其中痕量的水,再经过得到;

A.浓硫酸B.金属钠C.过滤D.蒸馏(2)图1实验中,实验装置存在缺陷,应在球形冷凝管上连接装置;

(3)合成格氏试剂过程中,如果混合液滴加过快将导致格氏试剂产率下降,其原因是

;

(4)在制备三苯甲醇的过程中,不能先将20mL饱和氯化铵溶液一起加入后再水浴回流的原因是;

(5)步骤②中系列操作为、过滤、洗涤、;

A.蒸发结晶B.冷却结晶C.高温烘干D.滤纸吸干(6)通过提纯得到产品4.00g,则本实验产率为(计算结果保留3位有效数字)。

答案(1)BC(2)干燥(3)滴加过快导致生成的格氏试剂与溴苯反应生成副产物联苯,导致格氏试剂产率下降(4)先将20mL饱和氯化铵溶液一起加入会导致格氏试剂与水反应,使三苯甲醇产率降低(5)BD(6)51.3%解析(1)乙醚中含有极少量水时通常用金属钠干燥,然后经过滤得到无水乙醚;(2)格氏试剂易与水反应,为防止格氏试剂变质,应在球形冷凝管上连接干燥装置;(3)根据题中已知信息可知,混合液滴入过快会产生副产物联苯,使格氏试剂产率下降,故合成格氏试剂过程中,应缓慢滴加混合液;(4)格氏试剂非常活泼,易与水反应,加入饱和氯化铵溶液会发生反应导致三苯甲醇产率减小;(5)反应结束后,反应液经冷却结晶、过滤、洗涤、滤纸吸干可得到三苯甲醇晶体;(6)0.03mol溴苯理论上得到0.03mol格氏试剂,则理论上得到三苯甲醇0.03mol,即理论上生成的三苯甲醇的质量为0.03mol×260g·mol-1=7.80g,故产率为4.00g7.80g12.实验室以合成氨(低温变换的)废催化剂(主要含Zn、Cu的单质和氧化物)为原料制取ZnCO3·2Zn(OH)2和Cu2O,其实验流程如下:(1)“灼烧”时,使用的硅酸盐质仪器除玻璃棒、酒精灯外,还有和。

(2)“浸取”时,生成[Zn(NH3)4]CO3的离子方程式为。

(3)加“Zn粉”时,为使Zn粉不过量太多{已知:溶液中[Cu(NH3)4]2+呈深蓝色},合适的操作方法及依据的现象是;分离出的铜粉中混有少量Zn,提纯铜粉的方案是。

(4)已知反应:[Zn(NH3)4]2+Zn2++4NH3,K=3.5×10-10,由[Zn(NH3)4]CO3溶液制取ZnCO3·2Zn(OH)2,可采用的装置是(填字母)。

(5)设计以提纯后的铜粉为原料制取Cu2O的实验方案:向烧杯中加入一定量的铜粉,,静置、冷却、过滤、水洗及干燥。[已知在约50℃时,发生反应:Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。实验中必须使用的试剂:稀硫酸、葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液和15%的H2O2溶液。]

答案(1)坩埚泥三角(2)ZnO+3NH3·H2O+NH4++HCO3-[Zn(NH3)4]2++CO(3)搅拌下分次加入Zn粉,直到最后加入Zn粉时,溶液颜色由深蓝色变为无色用稀硫酸溶解、过滤和水洗(干燥)(4)CD(5)搅拌下加入稍过量硫酸和过量的15%的H2O2溶液,加热至约50℃,待铜粉完全溶解时,煮沸溶液片刻(除去过量H2O2),冷却至室温,向溶液中加入10%的NaOH溶液至沉淀完全,再加入一定量的10%的NaOH溶液和足量葡萄糖溶液,充分加热解析(2)“浸取”时,生成[Zn(NH3)4]CO3,反应物为NH3、ZnO、NH4HCO3,根据质量守恒、电荷守恒可写出反应的离子方程式。(4)生成的氨气密度小于空气且极易溶于水,故由[Zn(NH3)4]CO3溶液制取ZnCO3·2Zn(OH)2,采用的装置可加热且有防倒吸功能。13.磷酸亚铁[Fe3(PO4)2·8H2O]是生产锂电池的原料,能溶于强酸,不溶于水。实验室可利用FeSO4·7H2O、Na2HPO4·12H2O及CH3COONa·3H2O为原料制备磷酸亚铁,主要反应为3FeSO4+2Na2HPO4+2CH3COONa+8H2OFe3(PO4)2·8H2O↓+3Na2SO4+2CH3COOH。(1)应用煮沸并冷却的蒸馏水配制酸性FeSO4溶液,若蒸馏水未经煮沸直接配制,则可能发生反应的离子方程式为。

(2)可用如图装置合成磷酸亚铁。在三颈烧瓶中先加入抗坏血酸(即维生素C)稀溶液作底液,向烧瓶中滴入Na2HPO4与CH3COONa混合溶液至pH=4时,再滴入FeSO4溶液,最终维持pH=6。①用抗坏血酸溶液作底液的作用是。

②为提高反应过程中磷酸亚铁的产率,实验中可采取的措施有。

A.适当提高水浴温度B.将抗坏血酸改用稀硫酸,加快反应速率C.适当加快搅拌速度,延长搅拌时间D.把FeSO4溶液滴入Na2HPO4与CH3COONa的混合溶液中,再加入抗坏血酸(3)检验产品中是否混有Fe(OH)3或FePO4杂质的方法:。

(4)某研究性学习小组的同学拟用工业品十二水合磷酸氢二钠(含Na2HPO4、重金属盐及有色杂质等)提纯得到Na2HPO4·12H2O晶体。已知:Na2HPO4溶液pH在8.2~8.4之间,重金属硫化物不溶于水。请补充实验步骤:将工业品溶于热水,,冷却结晶,过滤、洗涤及干燥。[实验中可选用的试剂:Na2S溶液、0.1mol·L-1H3PO4溶液、0.1mol·L-1NaOH溶液、活性炭]。

答案(1)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2)①防止亚铁离子被氧化[防止生成Fe(OH)2沉淀]②AC(3)取少量产品溶于适量盐酸中,向其中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变为红色,说明含有Fe(Ⅲ)杂质,反之不含有(4)边搅拌边滴入Na2S溶液,至不再生成沉淀为止;加入活性炭煮沸,趁热过滤;用0.1mol·L-1H3PO4溶液和0.1mol·L-1NaOH溶液调节溶液pH在8.2~8.4,蒸发浓缩解析(1)水中溶解的氧气可以将Fe2+氧化为Fe3+。(2)②适当提高水浴温度可以加快反应速率,从而提高磷酸亚铁的产率,A正确;将抗坏血酸改用稀硫酸会导致Fe2+被氧化,降低磷酸亚铁的产率,B错误;适当加快搅拌速度,延长搅拌时间,可以使反应物充分接触,加快反应速率,提高磷酸亚铁的产率,C正确;把FeSO4溶液滴入Na2HPO4与CH3COONa的混合溶液中,Fe2+可能被氧化,降低磷酸亚铁产率,D错误。(3)Fe(OH)3或FePO4难溶于水,但可溶于酸,溶解后产生Fe3+,然后用KSCN溶液检验。(4)Na2HPO4·12H2O中含有的重金属盐与Na2S反应生成硫化物沉淀而除去,有色杂质用活性炭吸附而除去;除去杂质后﹐用H3PO4和NaOH调节溶液pH使其范围在8.2~8.4之间。14.工业上以石煤(主要成分为V2O3,含有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料制备钒的主要流程如图:→焙烧↑空气纯碱↓→→除硅、磷MgSO4↓→已知:①NH4VO3难溶于水;②Ksp(MgSiO3)=2.4×10-5,Ksp[Mg3(PO4)2]=2.7×10-27。(1)焙烧:通入空气的条件下,向石煤中加纯碱焙烧,将V2O3转化为NaVO3的化学方程式为。

(2)除硅、磷:①用MgSO4溶液除硅、磷时,Si、P会形成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀。若沉淀后溶液中c(PO43−)=1.0×10-8mol·L-1,则c(SiO32−)=②如图所示,随着温度升高,除磷率下降,其原因是Mg3(PO4)2溶解度增大,;随着温度升高,除硅率升高,其原因是。

(3)沉钒:此过程反应温度需控制在50℃左右,温度不能过高的原因是。

(4)灼烧:在灼烧NH4VO3的过程中,固体的残留率(剩余固体质量原始固体质量×100%)随温度变化的曲线如图所示,则A~B段发生反应的化学方程式为答案(1)Na2CO3+O2+V2O32NaVO3+CO2(2)①0.08②促进Mg2+水解生成Mg(OH)2促进SiO3(3)NH4Cl受热会分解(4)2HVO3V2O5+H2O解析(1)V2O3转化成NaVO3,V元素化合价升高,空气中O2作氧化剂,根据得失电子守恒、原子守恒可写出化学方程式。(2)①Ksp[Mg3(PO4)2]=c3(Mg2+)·c2(PO43−)=c3(Mg2+)×(1.0×10-8)2=2.7×10-27,解得c(Mg2+)=3×10-4mol·L-1,由Ksp(MgSiO3)=c(Mg2+)·c(SiO32−)=3×10-4×c(SiO32−)=2.4×10-5,解得c(SiO32−)=0.08mol·L-1。②Mg3(PO4)2(s)3Mg2+(aq)+2PO43−(aq),升温促进Mg2+水解,导致沉淀溶解平衡右移,故除磷率下降;MgSiO3(s)Mg2+(aq)+SiO32−(aq),升温促进SiO32−水解成H2SiO3沉淀,故除硅率升高。(4)设NH4VO3为1mol,即117g,从起始到A点失去质量=117g×(1-85.47%)≈17g,结合铵盐受热分解一般产生NH3,推测A点对应固体物质为HVO15.碘酸钙[Ca(IO3)2]是重要的食品添加剂。实验室制取Ca(IO3)2·H2O的实验流程如下:已知:碘酸是易溶于水的强酸,不溶于有机溶剂。(1)“转化”步骤是为了制得碘酸,该过程在图1所示的装置中进行,当观察到反应液中紫红色接近褪去时,停止通入氯气。图1①转化时发生反应的离子方程式为。

②转化过程中CCl4的作用是。

③为增大转化过程的反应速率,可采取的措施是。

(2)将CCl4与水层分离的玻璃仪器有烧杯、。除去HIO3水溶液中少量I2的实验操作为,直至用淀粉溶液检验不出碘单质的存在。

(3)已知:①Ca(IO3)2·6H2O是一种难溶于水的白色固体,在碱性条件下不稳定。②Ca(IO3)2·6H2O加热升温过程中固体的质量变化如图2所示。图2设计以除碘后的水层为原料,制取Ca(IO3)2·H2O的实验方案:向水层中

。

[实验中必须使用的试剂:Ca(OH)2粉末、AgNO3溶液]。答案(1)①I2+5Cl2+6H2O2IO3-+10Cl-+12H②增大Cl2的溶解量,提高Cl2的利用率③加快搅拌速率(2)分液漏斗将HIO3水溶液用CCl4多次萃取,分液(3)加入Ca(OH)2粉末,边加边搅拌至溶液pH约为7,过滤,洗涤沉淀至向洗涤液中滴加AgNO3溶液不再有沉淀产生,将滤渣在100~160℃温度下加热至恒重解析(1)①根据流程图分析,Cl2、I2和H2O发生反应生成HIO3和HCl;②Cl2可溶于水,且与水发生反应,降低转化过程中Cl2的利用率,而Cl2易溶于CCl4,加入CCl4增大Cl2的溶解量,提高其利用率。(2)HIO3可溶于水但不溶于有机溶剂,碘单质在水中溶解度较小但极易溶于有机溶剂,故可进行萃取分离。(3)除碘后的水层溶液为HIO3溶液,可与Ca(OH)2反应生成Ca(IO3)2·6H2O,根据图示,在100~160℃条件下固体质量基本保持不变,根据热重曲线所给数据可以算出此时固体主要成分为Ca(IO3)2·H2O,即目标产物。16.CS(NH2)2(硫脲,白色而有光泽的晶体,溶于水,20℃时溶解度为13.6g。在150℃时转变成NH4SCN)是用于制造药物、染料、金属矿物浮选剂的原料。某化学实验小组同学用Ca(HS)2与CaCN2合成硫脲并探究其性质。(1)制备Ca(HS)2溶液,所用装置如图(已知酸性:H2CO3>H2S):①装置a中反应发生的操作为;装置b中盛放的试剂是。

②装置c盛放CaS和水的仪器名称是,装置c中的长直导管的作用是。

(2)制备硫脲:将CaCN2与Ca(HS)2溶液混合,加热至80℃时,可合成硫脲,同时生成一种常见的碱,该反应的化学方程式为

。

(3)探究硫脲的性质:①取少量硫脲溶于水并加热,验证有NH4SCN生成,可用的试剂是。

②向盛有少量硫脲的试管中加入NaOH溶液,有NH3放出,检验该气体的方法为

。

③可用酸性KMnO4溶液滴定硫脲,已知MnO4-被还原为Mn2+,CS(NH2)2被氧化为CO2、N2及SO4答案(1)①打开装置a、b之间的活塞饱和NaHCO3溶液②三颈烧瓶作安全导管,避免烧瓶内压强过大(2)2CaCN2+Ca(HS)2+6H2O2CS(NH2)2+3Ca(OH)2(3)①FeCl3溶液②用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若变蓝,则为NH3③14∶5解析(1)①装置a中,需防止启普发生器内正压力的形成,故应打开活塞;装置b中的试剂应能除去CO2中混有的HCl,同时又不能吸收CO2,应为饱和NaHCO3溶液。②根据仪器的构造可知装置c盛放CaS和水的仪器名称是三颈烧瓶;当装置c中压强过大时,可通过调节c中的液体量来调节压强,所以长直导管的作用是作安全导管,避免烧瓶内压强过大。(2)将CaCN2与Ca(HS)2溶液混合,加热至80℃时,可合成硫脲,同时生成Ca(OH)2,该反应的化学方程式为2CaCN2+Ca(HS)2+6H2O2CS(NH2)2+3Ca(OH)2。(3)①验证有NH4SCN生成,既可验证NH4+,又可验证SCN-,但验证SCN-的效果更好,可选用FeCl3溶液。②检验NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若试纸变蓝,则为NH3。③已知MnO4-被还原为Mn2+,则发生反应的离子方程式为5CS(NH2)2+14MnO4-+32H+14Mn2++5CO2↑+5N2↑+5SO42−+26H2O,该反应中氧化剂为Mn17.实验室以K2MnO4为原料,用两种方法制备高锰酸钾。已知:K2MnO4在浓强碱溶液中可稳定存在,溶液呈墨绿色,当溶液碱性减弱时易发生反应:3MnO42−+2H2O2MnO4-+MnO2(1)CO2法。实验装置如图。①反应一段时间后,用玻璃棒蘸取溶液滴在滤纸上,仅有紫红色而没有绿色痕迹,由此可知。

②停止通入CO2,过滤除去(填化学式,下同),将滤液蒸发浓缩、冷却结晶,抽滤得到KMnO4粗品。若CO2通入过多,产品中可能混有的杂质是。

(2)电解法。实验装置如图。①阳极的电极反应式为,阴极产生的气体为(填化学式)。

②与CO2法相比,电解法的主要优点是