课时跟踪检测（三十一） 综合实验探究

PAGE第9页共9页课时跟踪检测（三十一）综合实验探究1．某化学小组用下列装置和试剂进行实验，探究O2与KI溶液发生反应的条件。 供选试剂：30%H2O2溶液、0.1mol·L－1H2SO4溶液、MnO2固体、KMnO4固体。(1)某小组同学设计甲、乙、丙三组实验，记录如下，补全实验操作。实验操作现象甲向Ⅰ的锥形瓶中加入________，向Ⅰ的________中加入30%H2O2溶液，连接Ⅰ、Ⅲ，打开活塞Ⅰ中产生无色气体并伴随大量白雾；Ⅲ中有气泡冒出，溶液迅速变蓝乙向Ⅱ中加入KMnO4固体，连接Ⅱ、Ⅲ，点燃酒精灯Ⅲ中有气泡冒出，溶液不变蓝丙向Ⅱ中加入KMnO4固体，Ⅲ中加入适量0.1mol·L－1H2SO4溶液，连接Ⅱ、Ⅲ，点燃酒精灯Ⅲ中有气泡冒出，溶液变蓝(2)丙实验中O2与KI溶液反应的离子方程式是_________________________________。(3)对比乙、丙实验可知，O2与KI溶液发生的适宜条件是________________。为进一步探究该条件对反应速率的影响，可采取的实验措施是____________________________。(4)由甲、乙、丙三组实验推测，甲实验可能是Ⅰ中的白雾使溶液变蓝。学生将Ⅰ中产生的气体直接通入________溶液(填字母)，证明了白雾中含有H2O2。A．酸性KMnO4 B．FeCl2C．Na2S D．品红(5)资料显示：KI溶液在空气中久置过程中会被缓慢氧化：4KI＋O2＋2H2O=2I2＋4KOH。该小组同学取20mL久置的KI溶液，向其中加入几滴淀粉溶液，结果没有观察到溶液颜色变蓝，他们猜想可能是发生了反应_______________________________(写离子方程式)造成的，请设计实验证明他们的猜想是否正确_____________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根据实验目的，结合可供选择的试剂，甲同学实验为双氧水的分解，需要向Ⅰ的锥形瓶中加入MnO2固体，向Ⅰ的分液漏斗中加入30%H2O2溶液。(2)根据丙实验的现象，Ⅲ中有气泡冒出，溶液变蓝，说明O2与KI溶液反应生成了碘单质，反应的离子方程式为O2＋4I－＋4H＋=2I2＋2H2O。(3)对比乙、丙实验可知，淀粉溶液是否变蓝色是溶液的酸碱性不同造成的，因此O2与KI溶液发生反应的适宜条件是酸性环境。为进一步探究该条件对反应速率的影响，可以使用不同浓度的稀硫酸作对比实验。(4)A项，H2O2具有还原性，O2没有，若酸性KMnO4溶液褪色，则可以证明白雾中含有H2O2，正确；B项，O2和H2O2都能将FeCl2氧化，现象相同，不能证明白雾中含有H2O2，错误；C项，O2和H2O2都能将Na2S氧化，现象相同，不能证明白雾中含有H2O2，错误；D项，O2不能使品红褪色，H2O2具有强氧化性，能够将品红漂白褪色，可以证明白雾中含有H2O2，正确。(5)KI溶液在空气中久置过程中会被缓慢氧化：4KI＋O2＋2H2O=2I2＋4KOH，碘可以与生成的KOH反应，离子方程式为3I2＋6OH－=5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋3H2O，没有碘单质，淀粉溶液不会变蓝，I－和IOeq\o\al(－,3)在酸性条件下可以反应生成碘单质，因此在上述未变蓝的溶液中滴入0.1mol·L－1H2SO4溶液，观察现象，若溶液变蓝则猜想正确，否则错误。答案：(1)MnO2固体分液漏斗(2)O2＋4I－＋4H＋=2I2＋2H2O(3)酸性环境使用不同浓度的稀硫酸作对比实验(4)AD(5)3I2＋6OH－=5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋3H2O在上述未变蓝的溶液中滴入0.1mol·L－1H2SO4溶液，观察现象，若溶液变蓝则猜想正确，否则错误2．(2020·全国卷Ⅰ)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。回答下列问题：(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L－1FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、________________(从下列图中选择，写出名称)。(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。阳离子u∞×108/(m2·s－1·V－1)阴离子u∞×108/(m2·s－1·V－1)Li＋4.07HCOeq\o\al(－,3)4.61Na＋5.19NOeq\o\al(－,3)7.40Ca2＋6.59Cl－7.91K＋7.62SOeq\o\al(2－,4)8.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝__________________。(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为______________________，铁电极的电极反应式为______________________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于____________，还原性小于________________。(6)实验前需要对铁电极表面活化，在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_______________。解析：(1)利用固体配制一定物质的量浓度的溶液时需要用托盘天平称量固体，用烧杯溶解固体，用量筒量取蒸馏水。(2)根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应及Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=CaSO4↓，可排除HCOeq\o\al(－,3)、Ca2＋；再根据FeSO4溶液显酸性，而NOeq\o\al(－,3)在酸性溶液中具有氧化性，可排除NOeq\o\al(－,3)；最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地相近，选择KCl作盐桥中电解质。(3)电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极(石墨电极)溶液中。(4)由题意知负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－=Fe2＋，则铁电极溶液中c(Fe2＋)增加0.02mol·L－1时，石墨电极溶液中c(Fe2＋)增加0.04mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝0.09mol·L－1。(5)石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋>Fe2＋，还原性：Fe>Fe2＋。(6)该活化反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已完成。答案：(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09mol·L－1(5)Fe3＋＋e－=Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋Fe3＋Fe(6)取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色3．某研究小组模拟工业上以黄铁矿为原料制备硫酸的第一步反应：4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2，进行以下实验，并测定该样品中FeS2样品的纯度(假设其他杂质不参与反应)。实验步骤：称取研细的样品4.000g放入图甲b装置中，然后在空气中进行煅烧。为测定未反应的高锰酸钾的量(假设其溶液体积保持不变)，实验完成后取出d中溶液10mL置于锥形瓶里，用0.1000mol·L－1草酸(H2C2O4)标准液进行滴定(已知：5SO2＋2KMnO4＋2H2O=K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4(1)称量样品质量________(填“能”或“不能”)用托盘天平，取出d中溶液10mL需要用________准确量取(填字母)。A．容量瓶B．量筒C．碱式滴定管D．酸式滴定管(2)上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是____________________________________________________________________________________________。(3)已知草酸与酸性高锰酸钾溶液反应有CO2和Mn2＋等物质生成，则滴定时发生反应的离子方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________；判断滴定到达终点的方法是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)已知滴定管初读数为0.10mL，末读数如图乙所示，消耗草酸溶液的体积为________mL。下列操作会导致该样品中FeS2的纯度测定结果偏高的是________(填字母)。A．盛标准液的滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗就装液滴定B．锥形瓶用蒸馏水洗涤后未用待测液润洗C．读取标准液体积时，滴定前平视，滴定到终点后俯视D．滴定前滴定管尖嘴处有气泡未排出，滴定后气泡消失(5)该样品中FeS2的纯度为________。(6)若用图丙装置替代上述实验装置d，同样可以达到实验目的的是________(填序号)。解析：将空气通入浓硫酸中干燥，在b中氧气和FeS2发生的反应为4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2，然后将气体通入c中，发生的反应为2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO，将剩余气体通入d中，二氧化硫能被高锰酸钾溶液氧化生成硫酸。(1)称量样品质量精确到0.001g，托盘天平只能精确到0.1g，所以不能用托盘天平称量样品质量；d中溶液呈酸性且具有强氧化性，应该用酸式滴定管量取。(2)实验的目的是测量FeS2的纯度，为使b中生成的二氧化硫全部被d中酸性高锰酸钾溶液吸收，反应结束后，仍需通一段时间的空气。(3)草酸与酸性高锰酸钾溶液反应生成CO2和Mn2＋等，滴定时发生反应的离子方程式为2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O；判断滴定到达终点的方法是滴入最后一滴草酸溶液，溶液由紫红色变为无色，且半分钟内不恢复原色。(4)末读数为15.10mL，依据滴定管的结构，利用初读数和末读数计算得到消耗草酸溶液的体积为15.10mL－0.10mL＝15.00mL；盛标准液的滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗就装液滴定，导致草酸浓度降低，则消耗的草酸溶液体积偏大，导致测出的未与二氧化硫反应的高锰酸钾的物质的量偏大，二硫化亚铁纯度偏低，A项错误；锥形瓶用蒸馏水洗涤后未用待测液润洗，不影响测定，B项错误；读取标准液体积时，滴定前平视，滴定到终点后俯视，导致测得消耗的草酸溶液体积偏小，测出的未与二氧化硫反应的高锰酸钾的物质的量偏小，二硫化亚铁纯度偏高，C项正确；滴定前滴定管尖嘴处有气泡未排出，滴定后气泡消失，导致测得消耗的草酸溶液体积偏大，测出的未与二氧化硫反应的高锰酸钾的物质的量偏大，二硫化亚铁的纯度偏低，D项错误。(5)根据离子方程式：2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O,100mL溶液中剩余高锰酸钾的物质的量为eq\f(2,5)×0.01500L×0.1000mol·L－1×eq\f(100mL,10mL)＝0.006mol，与二氧化硫反应的高锰酸钾的物质的量为0.3000mol·L－1×0.1000L－0.006mol＝0.024mol，结合反应5SO2＋2KMnO4＋2H2O=K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4可得：5FeS2～10SO2～4KMnO454n(FeS2)0.024moleq\f(5,nFeS2)＝eq\f(4,0.024mol)，解得n(FeS2)＝0.03mol，则样品中FeS2的纯度为eq\f(0.03mol×120g·mol－1,4.000g)×100%＝90%。(6)①中溶液不能吸收SO2，无法测定SO2含量；②中溶液吸收二氧化硫并将其氧化，生成硫酸钡沉淀，可测定SO2含量，可以替代装置d；③SO2中混有的N2等不溶于饱和NaHSO3溶液，干扰了二氧化硫体积的测定。答案：(1)不能D(2)促进装置中的二氧化硫气体被全部吸收(3)2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O滴入最后一滴草酸溶液，溶液由紫红色变为无色，且半分钟内不恢复原色(4)15.00C(5)90%(6)②4．某化学兴趣小组用如图所示装置制取氯酸钾、次氯酸钠和氯水并进行有关探究实验。实验Ⅰ：制取氯酸钾、次氯酸钠和氯水(1)写出实验室利用装置A制取Cl2的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________。(2)制取实验结束后，取出装置B中试管，冷却结晶、过滤、洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有胶头滴管、烧杯、________、________。为提高氯酸钾和次氯酸钠的产率，在实验装置中还需要改进的是______________________________________________。(3)装置C中反应需要在冰水浴中进行，其原因是_____________________________________________________________________________________________________。实验Ⅱ：尾气处理。实验小组利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。(4)吸收尾气一段时间后，吸收液(强碱性)中肯定存在Cl－、OH－和SOeq\o\al(2－,4)。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。①提出合理假设假设1：只存在SOeq\o\al(2－,3)；假设2：既不存在SOeq\o\al(2－,3)，也不存在ClO－；假设3：_________________________________________________________________。②设计实验方案，进行实验。请完成下列表格，写出相应的实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3mol·L－1稀H2SO4、1mol·L－1NaOH溶液、0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液、淀粉­KI溶液。实验步骤预期现象和结论步骤1：取少量吸收液分置于A、B试管中—步骤2：向A试管中滴加0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液ⅰ.若溶液褪色，则假设1成立ⅱ.若溶液不褪色，则假设2或3成立步骤3：a.________________________b.________________________c.________________________解析：(1)实验室用装置A制取Cl2的原理为二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，其化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)制取实验结束后，取出装置B中试管，冷却结晶、过滤、洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有胶头滴管、烧杯、漏斗、玻璃棒；由于制取氯气时有部分HCl挥发出来，HCl会消耗碱溶液，为提高氯酸钾和次氯酸钠的产率，气体进入B装置之前要将HCl除掉，所以应在A和B之间添加盛有饱和食盐水的洗气装置。(3)氯气与氢氧化钠反应，低温下生成次氯酸钠，温度较高会生成氯酸钠，因此装置C中反应需要在冰水浴中进行。(4)①当存在ClO－时，溶液中不存在SOeq\o\al(2－,3)，因此得到假设3为只存在ClO－。②步骤2中加入的酸性KMnO4溶液具有强氧化性，则是验证有无亚硫酸根离子，而步骤3主要是验证有无次氯酸根离子，可以加入淀粉­KI溶液，利用次氯酸根离子的氧化性，碘离子被氧化生成单质碘而使淀粉变蓝。因此步骤3为向B试管中滴加淀粉­KI溶液，若溶液变蓝，则假设3成立；若溶液不变蓝，则溶液中不含ClO－，结合步骤2中的ⅱ知假设2成立。答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O(2)漏斗玻璃棒在A和B之间添加盛有饱和食盐水的洗气装置(3)温度较高会生成氯酸钠(4)①只存在ClO－②a.向B试管中滴加淀粉­KI溶液b．若溶液变蓝，则假设3成立c．若溶液不变蓝，结合步骤2中ⅱ，则假设2成立5．(2021年1月新高考8省联考·广东卷)试剂级NaCl可用海盐(含泥沙、海藻、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质)为原料制备。制备流程简图如下：海盐→eq\x(焙炒)→eq\x(溶解)→eq\x(除杂)→滤液→eq\x(操作X)→饱和溶液eq\o(→,\s\up7(通HCl))eq\x(结晶)→NaCl(1)焙炒海盐的目的是______________________________________________________。(2)根据除杂原理，在表中填写除杂时依次添加的试剂及其预期沉淀的离子。实验步骤试剂预期沉淀的离子步骤1BaCl2溶液SOeq\o\al(2－,4)步骤2______________________步骤3_________________________(3)操作X为_________________。(4)用如图所示装置，以焙炒后的海盐为原料制备HCl气体，并通入NaCl饱和溶液中使NaCl结晶析出。①试剂a为________。相比分液漏斗，选用仪器1的优点是__________________________________________________________________________。②对比实验发现，将烧瓶中的海盐磨细可加快NaCl晶体的析出，其原因是__________________________________________________________________________。(5)已知：CrOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaCrO4↓(黄色)CrOeq\o\al(2－,4)＋3Fe2＋＋8H＋=Cr3＋＋3Fe3＋＋4H2O设计如下实验测定NaCl产品中SOeq\o\al(2－,4)的含量，填写下列表格。操作现象目的/结论①称取样品m1g，加水溶解，加盐酸调至弱酸性，滴加过量c1mol·L－1BaCl2溶液V稍显浑浊目的：____________。②继续滴加过量c2mol·L－1K2CrO4溶液V2mL产生黄色沉淀目的：沉淀过量的Ba2＋。③过滤洗涤，滴加少许指示剂于滤液中，用c3mol·L－1FeSO4溶液滴定至终点，消耗FeSO4溶液V3mL结论：SOeq\o\al(2－,4)的质量分数为________________。(列算式)解析：(1)焙炒海盐可以除去海藻等有机杂质，并使其颗粒变小，加速溶解；(2)根据分析可知步骤2可以加入NaOH溶液除去Mg2＋和Fe3＋，步骤3加入Na2CO3除去Ba2＋和Ca2＋(或步骤2加入Na2CO3除去Ba2＋和Ca2＋，步骤3可以加入NaOH溶液