2025届高考化学一轮总复习真题演练第11章化学综合实验第56讲性质原理探究型综合实验

第56讲性质、原理探究型综合试验1．(2024·新高考湖南卷)金属Ni对H2有强吸附作用，被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应。将块状Ni转化成多孔型雷尼Ni后，其催化活性显著提高。已知：①雷尼Ni暴露在空气中可以自燃，在制备和运用时，需用水或有机溶剂保持其表面“潮湿”；②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。某试验小组制备雷尼Ni并探究其催化氢化性能的试验如下：步骤1：雷尼Ni的制备步骤2：邻硝基苯胺的催化氢化反应反应的原理和试验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置Ⅰ用于储存H2和监测反应过程。回答下列问题：(1)操作(a)中，反应的离子方程式是_____________________________________。(2)操作(d)中，推断雷尼Ni被水洗净的方法是______________________________________________________________________________________________。(3)操作(e)中，下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是________。A．丙酮 B．四氯化碳C．乙醇 D．正己烷(4)向集气管中充入H2时，三通阀的孔路位置如下图所示；发生氢化反应时，集气管向装置Ⅱ供气，此时孔路位置需调整为________。(5)仪器M的名称是________。(6)反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间，目的是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)假如将三颈瓶N中的导气管口插入液面以下，可能导致的后果是___________________________________________________________________。(8)推断氢化反应完全的现象是__________________________________________________________________________________________________。解析：(1)结合图示流程可知，操作(a)为用NaOH溶液处理Ni/Al合金，Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑。(2)水洗的上一步是碱洗，若雷尼Ni被水洗净，则最终一次水洗液中不含碱，加入酚酞溶液不变红。(3)依据题中信息可知，雷尼Ni被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应，故不能选丙酮，否则会发生副反应，又因为邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应进行，而CCl4、正己烷均为非极性分子，乙醇为极性分子，所以应选乙醇。(4)依据向集气管中通入H2时三通阀的孔路位置，可确定集气管向装置Ⅱ中供气时，应保证下侧、右侧孔路通气，故B正确。(6)为了解除装置中空气产生的干扰，反应前应向装置Ⅱ中通入一段时间N2。(7)三颈瓶N中为雷尼Ni的悬浮液，若将导气管插入液面以下，雷尼Ni会堵塞导管。(8)氢化反应完全时，装置Ⅱ中不再消耗H2，装置Ⅰ中水准瓶的液面不再发生变更。答案：(1)2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑(2)向最终一次水洗液中加入酚酞，溶液不变红(3)C(4)B(5)恒压滴液漏斗(6)解除空气产生的干扰(7)雷尼Ni堵塞导管(8)水准瓶中液面不再发生变更2．(2024·新高考广东卷)化学反应常伴随热效应。某些反应(如中和反应)的热量变更，其数值Q可通过量热装置测量反应前后体系温度变更，用公式Q＝CρV总·ΔT计算获得。(1)盐酸浓度的测定：移取20.00mL待测液，加入指示剂，用0.5000mol·L－1NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液22.00mL。①上述滴定操作用到的仪器有__________________________________。②该盐酸浓度为________mol·L－1。(2)热量的测定：取上述NaOH溶液和盐酸各50mL进行反应，测得反应前后体系的温度值(℃)分别为T0、T1，则该过程放出的热量为____________J(C和ρ分别取4.18J·g－1·℃－1和1.0g·mL－1，忽视水以外各物质吸取的热量，下同)。(3)借鉴(2)的方法，甲同学测量放热反应Fe(s)＋CuSO4(aq)=FeSO4(aq)＋Cu(s)的焓变ΔH(忽视温度对焓变的影响，下同)。试验结果见下表。序号反应试剂体系温度/℃反应前反应后i100mL0.20mol·L－1CuSO4溶液1．20gFe粉abii0．56gFe粉ac①温度：b________c(填“>”“<”或“＝”)。②ΔH＝____________________(选择表中一组数据计算)，结果表明，该方法可行。(4)乙同学也借鉴(2)的方法，测量反应A：Fe(s)＋Fe2(SO4)3(aq)=3FeSO4(aq)的焓变。[查阅资料]配制Fe2(SO4)3溶液时需加入酸。加酸的目的是_________________________________________________________________。[提出猜想]Fe粉与Fe2(SO4)3溶液混合，在反应A进行的过程中，可能存在Fe粉和酸的反应。[验证猜想]用pH试纸测得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1；向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉，溶液颜色变浅的同时有气泡冒出，说明存在反应A和____________________________(用离子方程式表示)。[试验小结]猜想成立，不能干脆测反应A的焓变。[老师指导]鉴于以上问题，特别是气体生成带来的干扰，须要设计出试验过程中无气体生成的试验方案。[优化设计]乙同学依据相关原理，重新设计了优化的试验方案，获得了反应A的焓变。该方案为_______________________________________________________________________________________________________________________。(5)化学能可转化为热能，写出其在生产或生活中的一种应用：_________________________________________________________________。解析：(1)①酸碱中和滴定操作须要用到的仪器有锥形瓶、酸式滴定管、碱式滴定管、铁架台等，故选AD。②滴定时发生的反应为HCl＋NaOH=NaCl＋H2O，故c(HCl)＝eq\f(c(NaOH)·V(NaOH溶液),V(HCl溶液))＝eq\f(0.5000mol·L－1×22.00mL,20.00mL)＝0.5500mol·L－1。(2)由Q＝CρV总·ΔT可知，题述过程放出的热量为4.18J·g－1·℃－1×1.0g·mL－1×(50mL＋50mL)×(T1－T0)℃＝418(T1－T0)J。(3)①100mL0.20mol·L－1CuSO4溶液含有溶质的物质的量为0.02mol，1.20gFe粉和0.56gFe粉的物质的量分别为0.02mol、0.01mol，试验i中有0.02molCuSO4发生反应，试验ii中有0.01molCuSO4发生反应，试验i放出的热量更多，故b>c。②若按试验i进行计算，ΔH＝－eq\f(4.18J·g－1·℃－1×1.0g·mL－1×100mL×(b－a)℃,1000J·kJ－1×0.02mol)＝－20.9(b－a)kJ·mol－1；若按试验ii进行计算，ΔH＝－eq\f(4.18J·g－1·℃－1×1.0g·mL－1×100mL×(c－a)℃,1000J·kJ－1×0.01mol)＝－41.8(c－a)kJ·mol－1。(4)Fe3＋易水解，为抑制Fe3＋水解，在配制Fe2(SO4)3溶液时需加入酸；用pH试纸测得Fe2(SO4)3溶液的pH不大于1，说明溶液呈强酸性，向少量Fe2(SO4)3溶液中加入Fe粉，溶液颜色变浅的同时有气泡产生，说明溶液中还存在Fe与酸的反应，离子方程式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；乙同学依据相关原理，重新设计优化的试验方案的重点在于如何防止Fe与酸反应产生的影响，可以借助盖斯定律，设计分步反应来实现Fe2(SO4)3溶液与Fe的反应，故可将确定量的Cu粉加入确定浓度的Fe2(SO4)3溶液中反应，测量反应热，计算得到反应Cu(s)＋Fe2(SO4)3(aq)=CuSO4(aq)＋2FeSO4(aq)的焓变ΔH1；依据(3)中试验计算得到反应Fe(s)＋CuSO4(aq)=Cu(s)＋FeSO4(aq)的焓变ΔH2；依据盖斯定律计算得到反应Fe(s)＋Fe2(SO4)3(aq)=3FeSO4(aq)的焓变为ΔH1＋ΔH2。(5)化学能转化为热能在生产和生活中应用比较广泛，化石燃料的燃烧、炸药开山、放射火箭、铝热反应焊接铁轨等都是化学能转化为热能的应用。答案：(1)①AD②0.5500(2)418(T1－T0)(3)①>②－20.9(b－a)kJ·mol－1[或－41.8(c－a)kJ·mol－1](4)抑制Fe3＋水解Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑将确定量