2025版高考化学一轮总复习提升训练第10章化学实验基础和综合探究第38讲物质的制备与性质综合实验探究考点四物质性质探究性实验微考点2缩合实验探究

微考点2缩合试验探究叠氮化钠(NaN3)是一种应用广泛的化工产品，可用于合成抗生素头孢菌素药物的中间体、汽车平安气囊等。回答下列问题：Ⅰ.试验室制备NaN3水合肼(N2H4·H2O)与亚硝酸甲酯(CH3ONO)在氢氧化钠存在下制备NaN3，其反应装置如图1所示：已知：2CH3OH＋2NaNO2＋H2SO4→2CH3ONO＋Na2SO4＋2H2O；NaN3无色无味，微溶于醇，溶于水。(1)N2H4的电子式为；NaN3晶体中阴离子与阳离子个数之比为1∶1。(2)装置中多孔球泡的作用是使CH3ONO气体与溶液充分接触(其他合理答案均可，如增大CH3ONO蒸气与反应液的接触面积，加快反应速率或使反应物能够充分反应等)。(3)锥形瓶中水合肼与亚硝酸甲酯在30℃时可以反应生成叠氮化钠、甲醇等物质，写出该反应的化学方程式：N2H4·H2O＋CH3ONO＋NaOHeq\o(=,\s\up7(30℃))NaN3＋CH3OH＋3H2O。Ⅱ.回收甲醇将制备反应后所得混合溶液加入烧瓶中，依据图2所示装置进行减压蒸馏。已知：①物质CH3OHN2H4NaN3沸点/℃64.7113.5300②NaN3在40℃时分解。(4)试验时冷凝管中冷却水要“b进a出”的缘由是冷凝水从下口进上口出，则冷水与甲醇蒸气的接触面积大，上下对流，接触时间长，能增加冷凝效果。(5)甲醇回收时需用减压蒸馏的缘由是甲醇的沸点为64.7℃，而NaN3在40℃时分解，因此蒸馏甲醇时须要接受减压蒸馏以降低甲醇的沸点。Ⅲ.产品提取及纯度测定将蒸馏后所得母液降温结晶，过滤得NaN3湿品；再用去离子水重结晶得NaN3产品并用碘量法测定产品纯度。取产品6.50g加入足量去离子水中溶解，并加入适量稀硫酸酸化；向混合液中加入20.00mL1.00mol·L－1KMnO4溶液，溶液呈紫红色；再加入足量KI溶液消耗过量的KMnO4溶液；然后用0.100mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定所产生的I2，消耗Na2S2O3溶液30.00mL。(6)试验所得产品的纯度为97.00%。已知：①产品中杂质不参加反应。②测定过程中发生的反应：10NaN3＋2KMnO4＋8H2SO4=2MnSO4＋K2SO4＋5Na2SO4＋8H2O＋15N2↑；10KI＋2KMnO4＋8H2SO4=2MnSO4＋6K2SO4＋8H2O＋5I2；I2＋2Na2S2O3=2NaI＋Na2S4O6。[解析]本试验制备叠氮化钠以及测定叠氮化钠样品中的纯度，制备叠氮化钠的原理是N2H4·H2O＋CH3ONO＋NaOHeq\o(=,\s\up7(30℃))NaN3＋CH3OH＋3H2O，图1装置圆底烧瓶中制备的是亚硝酸甲酯，锥形瓶中制备叠氮化钠，计算叠氮化钠的纯度依据题中所给信息，可以依据关系式进行计算。(1)N2H4又称为联氨，可以看作是两个氨基结合而成，因此肼的电子式为；NaN3晶体中阳离子为Na＋，阴离子为Neq\o\al(－,3)，因此阴离子与阳离子个数之比为1∶1。(2)装置中多孔球泡的作用是增加气体与液体的接触面积，加快反应速率，使气体与液体充分接触。(3)依据题中信息，水合肼、亚硝酸甲酯、NaOH在30℃时反应生成叠氮化钠、甲醇，依据原子守恒，还有水的生成，因此反应的化学方程式为N2H4·H2O＋CH3ONO＋NaOHeq\o(=,\s\up7(30℃))NaN3＋CH3OH＋3H2O。(4)冷凝管中冷却水下进上出的缘由是冷凝水从下口进上口出，冷水与甲醇蒸气的接触面积大，上下对流，接触时间长，能增加冷凝效果。(5)叠氮化钠在40℃时分解，且甲醇沸点为64.7℃，高于叠氮化钠的分解温度，因此接受减压蒸馏，可以降低物质的沸点，避开叠氮化钠分解。(6)设反应剩余的KMnO4的物质的量为xmol，联系题中给出的三个化学方程式可得物质之间的关系为2Na2S2O3～I2～eq\f(2,5)KMnO4，eq\f(2,0.4)＝0.1×eq\f(0.03,x)，x＝6×10－4，则参加氧化NaN3的KMnO4的物质的量为(0.02×1－6×10－4)mol，设参加反应的NaN3有ymol，依据反应关系可知，10NaN3～2KMnO4，eq\f(10,2)＝eq\f(y,0.02×1－6×10－4)，解得y＝0.097，试验所得产品的纯度为0.097×eq\f(65,6.5)×100%＝97.00%。【对点训练】(2024·甘肃平凉二模)过二硫酸钾(K2S2O8)是一种白色结晶粉末，溶于水、不溶于乙醇，具有强氧化性，加热至100℃时会完全分解。某学习小组拟探究过二硫酸钾的性质。试验(一)：探究过二硫酸钾的强氧化性。探究K2S2O8溶液与KI溶液反应，试验操作与现象如下：试验操作现象Ⅰ在10mL含淀粉的0.1mol·L－1的KI溶液中滴加10mL0.1mol·L－1K2S2O8溶液一段时间后，溶液缓慢变蓝Ⅱ在10mL含淀粉的0.1mol·L－1的KI溶液中先滴几滴0.1mol·L－1的FeSO4溶液，再滴加10mL0.1mol·L－1K2S2O8溶液溶液快速变蓝(1)同学甲用碰撞理论分析，试验Ⅰ中K2S2O8和KI反应很慢的主要缘由是I－、S2Oeq\o\al(2－,8)带同种电荷，相互排斥，碰撞概率降低。(2)同学乙猜想试验Ⅱ中Fe2＋起催化作用，其总反应分两步进行：(ⅰ)2Fe2＋＋S2Oeq\o\al(2－,8)=2Fe3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)；(ⅱ)________。①补充反应(ⅱ)：2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2。②请你设计试验证明同学乙的猜想：向含KSCN的FeSO4溶液中滴加K2S2O8溶液，溶液快速变红。(3)查阅文献知，氧化性：S2Oeq\o\al(2－,8)>MnOeq\o\al(－,4)。在稀硫酸酸化的MnSO4溶液中滴加1滴AgNO3溶液作催化剂，再滴加K2S2O8溶液，试验现象是溶液由无色变为紫红色，该反应的离子方程式为2Mn2＋＋5S2Oeq\o\al(2－,8)＋8H2Oeq\o(=,\s\up7(AgNO3))2MnOeq\o\al(－,4)＋10SOeq\o\al(2－,4)＋16H＋。试验(二)：探究过二硫酸钾的热稳定性。已知几种气体的熔点、沸点如下表所示，气体SO3SO2O2熔点/℃16.8－72.7－218.4沸点/℃44.8－10－182.9取适量的K2S2O8装入硬质玻璃管中，加热，将分解产物依次通过装置B、C、D。试验中发觉B中U形管内产生无色液体，接着无色液体慢慢变成固体，C中溶液颜色无明显变更，D中溶液慢慢变蓝色。(4)加热之前，先通入一段时间N2，当视察到D中有连续气泡产生(填试验现象)时点燃酒精灯。(5)B中U形管收集的物质是SO3(填化学式)。(6)当A中硬质玻璃管中固体完全分解，停止加热，残留的固体产物只有一种。待冷却至室温时取少量残留固体于试管中，加入蒸馏水，溶解后滴加BaCl2溶液和盐酸，产生白色沉淀。A中K2S2O8完全分解发生反应的化学方程式为2K2S2O8eq\o(=,\s\up7(△))2K2SO4＋2SO3↑＋O2↑。[解析](1)用碰撞理论分析，碰撞概率大，反应速率一般就大，而题述反应很慢，应是I－和S2Oeq\o\al(2－,8)带有同种电荷，相互排斥，使I－和S2Oeq\o\al(2－,8)碰撞概率降低。(2)①猜想试验Ⅱ中Fe2＋起催化作用，Fe2＋在反应(ⅰ)中是反应物，在反应(ⅱ)中应为生成物，即反应(ⅱ)为2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2；②向含KSCN的FeSO4溶液中滴加K2S2O8溶液，溶液快速变红，说明S2Oeq\o\al(2－,8)将Fe2＋氧化为Fe3＋，可以验证明验Ⅱ中Fe2＋起催化作用。(3)氧化性：S2Oeq\o\al(2－,8)>MnOeq\o\al(－,4)，在AgNO3作催化剂条件下S2Oeq\o\al(2－,8)将Mn2＋氧化为MnOeq\o\al(－,4)，则溶液由无色变为紫红色，依据得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒可得反应的离子方程式为2Mn2＋＋5S2Oeq\o\al(2－,8)＋8H2Oeq\o(=,\s\up7(AgNO3))2MnOeq\o\al(－,4)＋10SOeq\o\al(2－,4)＋16H＋。(4)加热之前，先通入一段时间N2，以排尽装置中的氧气，防止氧气将I－氧化，干扰试验，当视察到D中气泡连续冒出时说明气流稳定，空气被排尽。(5)依据题给气体的熔、沸点可知在0℃时