复习之微流程分析型综合实验

专题十化学实验与实验化学微专题13流程分析型综合实验考向分析解题关键该题一般以装置分析或化学工艺流程为考查载体,综合考查实验仪器的操作及选择、实验流程及细节分析、实验操作的基本方法及注意事项、实验条件的选择与分析、实验方案的设计与评价、元素及其化合物的性质、实验信息的采集与应用、实验中的相关计算(纯度、产率)等,思维容量大,综合性非常强

(1)回归教材:利用教材中的基本方法、基本知识来解决题目中的设问

(2)清晰流程:要明确每个实验步骤、实验环节中的变化及操作

(3)演绎推理:学会用已有知识解决实际问题,推知物质性质

(4)仔细计算:利用题给数据,计算出所需数值重难点流程分析型综合实验例[2019·浙江4月选考]

某兴趣小组在定量分析了镁渣[含有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3、Al2O3、Fe2O3和SiO2]中Mg含量的基础上,按如下流程制备六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)。:相关信息如下:①700℃只发生MgCO3和Mg(OH)2的分解反应。②NH4Cl溶液仅与体系中的MgO反应,且反应程度不大。③“蒸氨”是将氨从固液混合物中蒸出来,且须控制合适的蒸出量。请回答:(1)下列说法正确的是

。

A.步骤Ⅰ,煅烧样品的容器可以用坩埚,不能用烧杯和锥形瓶B.步骤Ⅲ,蒸氨促进平衡正向移动,提高MgO的溶解量C.步骤Ⅲ,可以将固液混合物C先过滤,再蒸氨D.步骤Ⅳ,固液分离操作可采用常压过滤,也可采用减压过滤ABD(2)步骤Ⅲ,需要搭建合适的装置,实现蒸氨、吸收和指示于一体(用硫酸溶液吸收氨)。①选择必需的仪器,并按连接顺序排列(填写代表仪器的字母,不考虑夹持和橡皮管连接):热源→

。

②为了指示蒸氨操作完成,在一定量硫酸溶液中加指示剂。请给出指示剂并说明蒸氨可以停止时的现象：

。

a→d→f→c甲基橙,颜色由红色变橙色(3)溶液F经盐酸酸化、蒸发、结晶、过滤、洗涤和低温干燥得到产品。取少量产品溶于水后发现溶液呈碱性。①含有的杂质是

。

②从操作上分析引入杂质的原因是

。碱式氯化镁(氢氧化镁)过度蒸发导致氯化镁水解(4)有同学采用盐酸代替步骤Ⅱ中的NH4Cl溶液处理固体B,然后除杂,制备MgCl2溶液。已知金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围:金属离子pH开始沉淀完全沉淀Al3+3.04.7Fe3+1.12.8Ca2+11.3-Mg2+8.410.9请给出合理的操作排序(从下列操作中选取,按先后次序列出字母,操作可重复使用):固B→a→(

)→(

)→(

)→(

)→(

)→(

)→MgCl2溶液→产品。a.用盐酸溶解 b.调pH=3.0

c.调pH=5.0 d.调pH=8.5

e.调pH=11.0 f.过滤g.洗涤cfefga

【解题策略】

以物质性质为基础的物质制备基本模型在分析流程型综合实验时,需注意以下几点:1.掌握解题步骤解题步骤

解题过程首尾呼应找出主线

1.对照原料和产品,确定核心反应和核心辅料

2.依核心反应,明确流程主线、支线和除杂任务分段剖析明析细节

3.以核心辅助原料为准,把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段

4.依箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,融通对流程的整体分析

5.某些暂时琢磨不透的环节,可先“淡化处理”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析

先易后难规范答题

6.先易后难:先回答与工艺流程非密切相关的问题,确保易拿的分数先拿,规范答题

7.变换角度:从基本原理、绿色化学、经济角度、安全生产等多角度思考答题

8.充分利用题给信息合理答题解题步骤

解题过程（续表）2.熟悉常用的操作方法及其作用

(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用

①研磨——减小固体的颗粒度,增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率。

②水浸——与水接触反应或溶解。

③酸浸——与酸接触反应或溶解,使可溶性金属进入溶液,不溶物通过过滤除去。

④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

⑤煅烧——改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土。

(2)常用的控制反应条件的方法

①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:a.能与H+反应,使溶液pH增大;b.不引入新杂质。

例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。

②控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。

④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。3.明确常用的分离方法

(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。

(4)冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

(5)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。(6)冷却法:利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨。4.答题模板(1)除杂:除去……中的……(2)干燥:除去……气体中的水蒸气,防止……(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施:搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)、增大气液或固液接触面积。(4)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。(5)温度不高于××℃的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法:蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法:蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。(8)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀,调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱,以避免引入新的杂质;分离时pH的范围确定:范围过小导致某离子沉淀不完全,范围过大导致主要离子开始沉淀。(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法:将溶液静置一段时间后,向上层清液中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。(11)洗涤沉淀:沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。(13)洗涤沉淀的目的:除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。(14)冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。(15)乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。(16)蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。(17)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止某物质被氧化。已知:FeC2O4·2H2O难溶于水,150℃开始失结晶水;H2C2O4易溶于水,溶解度随温度升高而增大。请回答:变式1[2018·浙江4月选考]

某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后,按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O4·2H2O),进一步制备高纯度还原铁粉。(1)下列操作或描述正确的是

。

A.步骤②,H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2+水解B.步骤③,采用热水洗涤可提高除杂效果C.步骤③,母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4D.步骤③,如果在常压下快速干燥,温度可选择略高于100℃BD(2)如图W13-5装置,经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号,按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次):开抽气泵→a→b→d→

→c→关抽气泵。

a.转移固液混合物 b.关活塞A

c.开活塞A

d.确认抽干 e.加洗涤剂洗涤c→e→b→d(3)称取一定量的FeC2O4·2H2O试样,用硫酸溶解,采用KMnO4滴定法测定,折算结果如下:n(Fe2+)/mol试样中FeC2O4·2H2O的质量分数9.80×10-49.80×10-40.980由表中数据推测试样中最主要的杂质是

。

(4)实现步骤④必须用到的两种仪器是

(供选仪器:a.烧杯;b.坩埚;c.蒸馏烧瓶;d.高温炉;e.表面皿;f.锥形瓶)。

该步骤的化学方程式是

。

(5)为实现步骤⑤,不宜用炭粉还原Fe2O3,理由是

。

(NH4)2SO4bd4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O用炭粉还原会引进杂质

变式2葡萄糖酸锌作为补锌药,具有见效快、吸收率高、副作用小、使用方便等优点。某学习小组在实验室以葡萄糖和氧化锌为主要原料合成该物质。反应原理:CH2OH(CHOH)4CHO+H2O2CH2OH(CHOH)4COOH+H2O2CH2OH(CHOH)4COOH+ZnOZn[CH2OH(CHOH)4COO]2+H2O设计的合成路线为:相关信息如下:葡萄糖酸锌易溶于水,在乙醇与水的混合溶剂中的溶解度随乙醇体积分数的变化曲线示意图如图甲;实验中所涉及的部分装置如图乙、丙所示,图乙装置先制备葡萄糖酸,再与ZnO反应制备葡萄糖酸锌,图丙为抽滤装置。甲乙丙请根据以上信息,回答下列问题:(1)图乙中恒压滴液漏斗的支管的作用是

,图丙中a装置的名称为

。

(2)30%H2O2所用的物质的量大概是葡萄糖的3倍,而且并未一次性与葡萄糖混合,而是利用恒压滴液漏斗缓慢滴加,理由是

。

(3)操作A是

,物质B是

。

(4)抽滤完毕或中途停止抽滤时,应先

,然后

。

(5)三颈烧瓶中的葡萄糖酸锌晶体转入到抽滤装置中时,瓶壁上往往还沾有少量晶体,需选用液体将瓶壁上的晶体冲洗下来后转入到抽滤装置中,下列液体最合适的是

。

A.无水乙醇 B.饱和NaCl溶液

C.70%乙醇水溶液 D.滤液平衡压强使液体能顺利流下布氏漏斗H2O2易分解趁热过滤乙醇打开活塞K关闭水龙头D(6)下列说法正确的是

。

A.用银氨溶液来替代30%H2O2将葡萄糖转变成葡萄糖酸,既经济又方便B.ZnO粉末与葡萄糖酸反应时,利用磁力搅拌可以增大ZnO粉末与葡萄糖酸的接触面积,加快反应速率C.在抽滤过程中,如果吸滤瓶中的液体快接近支管口时,则拔掉吸滤瓶上的橡皮管,并从吸滤瓶的支管口倒出溶液D.将葡萄糖酸锌晶体放在干燥器中可以防潮,在干燥器中放有干燥