湖南省永州市高考化学二轮复习 课时24、25 综合型实验学案-人教版高三全册化学学案

综合型实验【明确考纲】1．了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2．掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。3．根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)掌握控制实验条件的方法；(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；(5)评价或改进实验方案。【核心素养】1．变化观念与平衡思想：认识化学实验是科学探究的重要形式，是研究物质及其变化的基本方法。2．证据推理与模型认知：能运用分析推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型并运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。3．科学探究与创新意识：能根据物质的性质，探究反应规律，体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。【课前真题】1．(2018·全国卷Ⅱ)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]eq\o(=,\s\up7(光照))2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；显色反应的化学方程式为____________。(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按下图所示装置进行实验。①通入氮气的目的是__________________________________________________。②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_________________________________________________。④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是_______________。(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量mg样品于锥形瓶中，溶解后加稀H2SO4酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是_________________________________________________。②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后，过滤、洗涤，将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的表达式为_____________________________________。【把脉考点】第(1)问考查陌生化学方程式的书写第(2)问①考查实验操作的目的②考查根据实验现象判断产物③考查实验操作安全④考查物质的检验第(3)问①考查滴定终点的判断②考查滴定的计算解析：(1)加入K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2，反应的化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。(2)①空气中含有O2，为防止Fe2＋被O2氧化，应先通入N2，隔绝空气，且使反应产生的气体全部进入后续装置。②B中澄清石灰水变浑浊，证明分解过程中产生CO2；F中澄清石灰水变浑浊，E中固体变为红色，说明E中发生反应：CuO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2，所以分解产物中一定含有CO。③实验结束时，为了防止倒吸，应先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气。④检验Fe2O3的方法是取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3。(3)①滴定终点的现象是有粉红色出现且半分钟内不变色。②加入锌粉后将Fe3＋还原为Fe2＋，再用KMnO4溶液滴定，将Fe2＋氧化为Fe3＋，MnOeq\o\al(－,4)转化为Mn2＋，可得关系式：5Fe2＋～MnOeq\o\al(－,4)已知n(MnOeq\o\al(－,4))＝(cV×10－3)mol则n(Fe2＋)＝(5cV×10－3)mol则m(Fe2＋)＝(5cV×10－3×56)g该晶体中铁的质量分数w(Fe)＝eq\f(5cV×10－3×56g,mg)×100%＝eq\f(5cV×56,m×1000)×100%。答案：(1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3(3)①粉红色出现②eq\f(5cV×56,m×1000)×100%2.(2016·全国卷Ⅲ)过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：(一)碳酸钙的制备(1)步骤①加入氨水的目的是_________________________________________________。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于________________________________________________。(2)右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是________(填标号)。a．漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b．玻璃棒用作引流c．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁d．滤纸边缘高出漏斗e．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度(二)过氧化钙的制备CaCO3eq\o(→,\s\up7(稀盐酸、煮沸、过滤),\s\do5(②))滤液eq\o(→,\s\up7(氨水和双氧水),\s\do5(冰浴③))eq\o(→,\s\up7(过滤),\s\do5())白色结晶(3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是______________________________。(4)步骤③中反应的化学方程式为________________________________________，该反应需要在冰浴下进行，原因是______________________________________________________________。(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是________________。(6)制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是______________________，产品的缺点是________________________。【把脉考点】第(1)问考查实验操作的目的第(2)问考查实验操作规范第(3)问考查实验原理及操作目的第(4)问考查化学方程式的书写、实验操作的原因第(5)问考查实验操作的目的第(6)问考查实验评价解析：(1)石灰石中含少量铁的氧化物，加入盐酸后生成CaCl2及铁的氯化物，加入双氧水可将Fe2＋氧化成Fe3＋，加入氨水的目的是中和剩余盐酸，调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，再通过过滤除去杂质。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于过滤分离。(2)过滤操作中要求“一贴、二低、三靠”，图中漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁，a错误；过滤时，玻璃棒用作引流，b正确；将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁，防止存在气泡，c正确；滤纸边缘要低于漏斗边缘，液面要低于滤纸边缘，d错误；用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动，容易使滤纸破损，e错误。(3)步骤②中逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，该固体为CaCO3，溶液中含有CaCl2，由于溶解了生成的CO2，溶液呈弱酸性。将溶液煮沸，可排出溶解的CO2，防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。(4)滤液中含有CaCl2，加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应，经过滤得到白色晶体(CaO2)，结合元素守恒推知步骤③中反应还生成NH4Cl和H2O，化学方程式为CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O=CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O。H2O2不稳定，受热易分解生成H2O和O2，故该反应在冰浴条件下进行，其目的是防止H2O2受热分解。(5)过氧化钙微溶于水，能溶于酸，白色结晶(CaO2)可依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。(6)将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。与第一种方法相比，其优点是工艺简单、操作方便；产品的缺点是纯度较低。答案：(1)调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀过滤分离(2)ade(3)酸除去溶液中的CO2(4)CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O=CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O温度过高时双氧水易分解(5)去除结晶表面水分(6)工艺简单、操作方便纯度较低【考情分析】纵观近几年全国卷中的综合实验题，考查的角度有仪器的识别与应用、实验装置的作用、实验操作的目的、物质的制备、除杂与分离、物质的性质探究与验证、实验现象的分析与描述、实验结论的评价与计算等。高考综合实验题知识容量大、命题素材新、考查角度广、综合程度高，这就非常有必要把看似繁杂无序的实验大题进行分类整理，在解题技法上进行点拨，让考生在大强度训练中内化解题技法，找准突破口循路径解题。下面就以五种主线进行讲解点拨。【课堂精讲】题型一以无机物制备为主线的综合实验【典例1】(2018·黄冈调研)氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料，其应用已经取得了突破性的进展。已知：(ⅰ)氮化镓性质稳定，不与水、酸反应，只在加热时溶于浓碱。(ⅱ)NiCl2溶液在加热时，先转化为Ni(OH)2，后分解为NiO。(ⅲ)制备氮化镓的反应为2Ga＋2NH3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5(Ni))2GaN＋3H2。某学校化学兴趣小组实验室制备氮化镓，设计实验装置如图所示：设计实验步骤如下：①滴加几滴NiCl2溶液润湿金属镓粉末，置于反应器内。②先通入一段时间的H2，再加热。③停止通氢气，改通入氨气，继续加热一段时间。④停止加热，继续通入氨气，直至冷却。⑤将反应器内的固体转移到盛有盐酸的烧杯中，充分反应后过滤、洗涤、干燥。(1)仪器X中的试剂是________，仪器Y的名称是________。(2)该套装置中存在一处明显的错误是_______________________________________________________。(3)步骤①中选择NiCl2溶液，不选择氧化镍的原因是________(填字母)。a．增大接触面积，加快化学反应速率b．使镍能均匀附着在镓粉的表面，提高催化效率c．能更好地形成原电池，加快反应速率(4)步骤③中制备氮化镓，则该反应接近完成时观察到的现象是_________________________________。(5)请写出步骤⑤中检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作______________________________________。(6)镓元素与铝元素同族，其性质与铝类似，请写出氮化镓溶于热NaOH溶液的离子方程式：________________________________________________________________。【解题示范】一、明确实验目的原理此实验的目的是制备半导体材料氮化镓(GaN)，其制备原理为2Ga＋2NH3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5(Ni))2GaN＋3H2。二、分析实验装置步骤由实验装置和实验步骤分析，可得出A为制取H2的装置，C为制取NH3的装置，E为制取GaN的装置，过量的NH3通过装置F中的导管直接通入稀硫酸中是不妥当的，因为NH3极易溶于稀硫酸，会引起倒吸。三、逐问分析定答案(1)装置C用来制备NH3，故仪器X中的试剂应为浓氨水。仪器Y为球形干燥管，可装碱石灰，目的是干燥NH3。(3)步骤①中选择NiCl2溶液而不选择氧化镍，一方面是因为能增大接触面积，从而加快反应速率；另一方面是因为镓置换出的镍能均匀地附着在镓粉表面，提高催化效率。(4)步骤③中制备氮化镓的反应接近完成时，几乎不再产生H2，可看到装置F中几乎不再产生气泡。(5)制得的氮化镓固体表面会含有杂质Cl－，故检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作为：取最后一次洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀，则证明产品氮化镓固体已洗涤干净。(6)根据Ga与Al性质相似，类比可知，GaN与热NaOH溶液反应的离子方程式为GaN＋OH－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(△))GaOeq\o\al(－,2)＋NH3↑。[答案](1)浓氨水球形干燥管(2)装置F中的溶液会发生倒吸(3)ab(4)装置F中几乎不再产生气泡(5)取最后一次洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀，则证明产品氮化镓固体已洗涤干净(6)GaN＋OH－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(△))GaOeq\o\al(－,2)＋NH3↑【题后悟道】无机物制备综合实验的思维方法题型二以有机物制备为主线的综合实验【典例2】苯甲醛()是有机制备中的一种重要原料。实验室常用苯甲醛与NaOH反应制备苯甲醇和苯甲酸钠再由苯甲酸钠酸化得到苯甲酸。相关物质的物理性质如表：名称性质熔点/℃沸点/℃溶解性水乙醇乙醚苯甲醛无色液体，苦杏仁味－26178.1微溶∞∞苯甲酸白色片状或针状晶体122.4248微溶易溶易溶苯甲醇无色液体，有芳香味－15.3205.35微溶易溶易溶乙醚无色透明液体，有特殊刺激气味－116.234.6微溶易溶－b．亚硫酸氢钠不与苯甲醇反应。实验步骤：步骤①：向如图所示三颈烧瓶c中加入碎瓷片、适量NaOH、水和ag苯甲醛，向冷凝管中通入冷水。步骤②：搅拌、加热三颈烧瓶c，充分反应后，将c中液体冷却后倒入分液漏斗中，用乙醚萃取、分液、将乙醚层依次用25%亚硫酸氢钠溶液、水洗涤，水层保留待用。步骤③：将乙醚层倒入盛少量无水MgSO4的锥形瓶中进行干燥，混匀、静置后采用一定的方法分离，收集苯甲醇。步骤④：将步骤②中得到的水层和适量浓盐酸混合均匀，析出白色固体。冷却、抽滤得粗产品，将粗产品提纯得一定量的苯甲酸。回答下列问题：(1)步骤①中，冷凝管的作用是________________，从________(填“a”或“b”)口通入冷水。(2)步骤②中，乙醚层用25%亚硫酸氢钠溶液洗涤的作用是____________________________；再用水洗涤的作用是________。将分液漏斗中两层液体分离开时，乙醚层在________(填“上层”或“下层”)。(3)步骤③中，分离出苯甲醇的方法是____________，先出来的物质是________________。(4)步骤④中，水层和浓盐酸混合后产生苯甲酸的离子方程式为__________________________；将反应后混合物冷却的目的是___________________________________________________。(5)将步骤④中得到的一定量苯甲酸配成100mL溶液，取25.00mL溶液，用0.1mol·L－1的KOH标准溶液进行滴定，消耗KOH标准溶液的平均体积为24.00mL，则苯甲醛的转化率为________。【解题示范】一、明确反应原理实验室制备苯甲酸：先用苯甲醛与NaOH反应制备苯甲醇和苯甲酸钠，再由苯甲酸钠酸化得到苯甲酸。二、熟知实验仪器本实验用到的主要仪器有三颈烧瓶、球形冷凝管及搅拌棒，其中球形冷凝管在有机实验中常用于反应装置中冷凝反应物蒸气，使反应物冷凝回流，用于提高原料的利用率，根据冷凝管下口进水，上口出水原则，应从b口通入冷水。三、分析实验步骤步骤②中乙醚层先用25%亚硫酸氢钠溶液洗涤，其原因是根据题中已知信息知亚硫酸氢钠可以与苯甲醛反应，不与苯甲醇反应，用亚硫酸氢钠溶液洗涤除去乙醚层中未反应的苯甲醛。步骤③中，锥形瓶中的MgSO4可除去水，剩下苯甲醇和乙醚，由题给有机物相关的物理性质知，乙醚的沸点远远低于苯甲醇的沸点，故可用蒸馏法分离二者。步骤④中将反应物冷却是降低苯甲酸在水中的溶解，使其尽可能多地析出。四、产率(纯度)计算设ag苯甲醛中发生转化的苯甲醛的质量为x，根据题意得出关系式：2C6H5CHO～C6H5COOH～KOH2×106g1molx0.1mol·L－1×0.024L×eq\f(100mL,25.00mL)解得x＝2.0352g。则苯甲醛的转化率为eq\f(2.0352g,ag)×100%＝eq\f(203.52,a)%。[答案](1)冷凝回流b(2)除去乙醚层中少量的苯甲醛除去亚硫酸氢钠等杂质上层(3)蒸馏乙醚(4)C6H5COO－＋H＋=C6H5COOH↓降低苯甲酸的溶解，使其尽可能多地析出(5)eq\f(203.52,a)%【题后悟道】有机物制备实验题的解题模板分析制备流程熟悉重要仪器依据有机反应特点作答①有机物易挥发，反应中通常采用冷凝回流装置，以提高原料的利用率和产物的产率。②有机反应通常都是可逆反应，且易发生副反应，因此常使价格较低的反应物过量，以提高另一反应物的转化率和产物的产率，同时在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生。③根据产品与杂质的性质特点，选择合适的分离提纯方法。题型三以物质性质探究为主线的综合实验【典例3】(2017·全国卷Ⅲ)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：________、________。(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2g。按下图连接好装置进行实验。①仪器B的名称是________。②将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3g。a．点燃酒精灯，加热b．熄灭酒精灯c．关闭K1和K2d．打开K1和K2，缓缓通入N2e．称量Af．冷却到室温③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为________________________________________________________________________。a．品红b．NaOHc．BaCl2 d．Ba(NO3)2e．浓H2SO4②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：______________________________________________。【解题示范】一、明确实验目的①FeSO4易被空气中的氧气氧化；②测定绿矾中结晶水含量；③探究硫酸亚铁的分解产物。二、分析确定原理①二价铁离子遇KSCN溶液不变色，三价铁离子遇KSCN溶液变红色；②加热前后的固体质量差就是绿矾中结晶水的质量；③用BaCl2溶液检验分解产物中的SO3，再用品红溶液检验分解产物中的SO2。三、通览实验装置此装置通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化。C装置检验SO3的存在，D装置检验SO2的存在。四、逐项分析定答案(1)绿矾溶液中加入KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含三价铁；再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，说明FeSO4易被空气中的氧气氧化。(2)①仪器B是干燥管。②根据实验目的及绿矾易被氧化的性质可知，实验时先打开K1和K2，缓缓通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化；再点燃酒精灯进行加热；一段时间后熄灭酒精灯，冷却至室温，关闭K1和K2，再称量A。故正确的操作顺序是dabfce。③根据题意，绿矾样品的质量为(m2－m1)g，绿矾中结晶水的质量为(m2－m3)g，则FeSO4的质量为(m3－m1)g，设绿矾的化学式为FeSO4·xH2O，则FeSO4·xH2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeSO4＋xH2O15218x(m3－m1)g(m2－m3)geq\f(152,m3－m1g)＝eq\f(18x,m2－m3g)解得：x＝eq\f(76m2－m3,9m3－m1)。如果实验时按照a、d次序操作，则部分绿矾被氧化，导致m3增大，则测出结晶水的值x会偏小。(3)实验后残留的红色固体是Fe2O3。根据氧化还原反应规律，反应中硫元素的化合价必然降低，生成SO2。根据得失电子守恒和原子守恒可写出反应的化学方程式：2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。由于SO3极易溶于水且能与水反应生成H2SO4，欲检验SO2和SO3，必须先用BaCl2溶液检验SO3，再用品红溶液检验SO2。[答案](1)样品中没有Fe(Ⅲ)Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为Fe(Ⅲ)(2)①干燥管②dabfce③eq\f(76m2－m3,9m3－m1)偏小(3)①c、a生成白色沉淀、褪色②2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑【题后悟道】性质探究实验的注意事项(1)在离子检验、气体成分检验的过程中，要严格掌握检验的先后顺序，防止各成分检验过程中的相互干扰。(2)若有水蒸气生成，先检验水蒸气，再检验其他成分，如C和浓H2SO4的反应，产物有SO2、CO2和H2O(g)，通过实验可检验三种气体物质的存在，但SO2、CO2都要通过溶液进行检验，对检验H2O(g)有干扰。(3)对于需要进行转化才能检验的成分，如CO的检验，要注意先检验CO中是否含有CO2，如果有CO2，应先除去CO2再对CO实施转化，最后再检验转化产物CO2，如HOOC—COOHeq\o(→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(△))CO2↑＋CO↑＋H2O↑中CO的检验。(4)要重视试剂名称的描述，如有些试剂的准确描述为：无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外还应注意某些仪器的规格。题型四以物质组成探究为主线的综合实验【典例4】碱式碳酸镍[Nix(OH)y(CO3)z·nH2O]是一种绿色晶体，常用作催化剂和陶瓷着色剂，300℃以上时分解生成3种氧化物。为确定其组成，某同学在实验室中进行了有关的实验探究。回答下列问题：(1)甲、乙可分别选取下列装置________、________(填标号，装置可重复选取)。(2)称取一定量的碱式碳酸镍样品，加入硬质玻璃管内；安装好实验仪器，检查装置气密性；加热硬质玻璃管，当装置C中________(填实验现象)时，停止加热；打开活塞K，缓缓通入空气，其目的是___________________________________________________。(3)装置A的作用是___________________________________________________，若没有装置E，则会使eq\f(x,z)________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(4)实验前后测得下表所示数据：装置B中样品质量/g装置C质量/g装置D质量/g实验前3.77132.0041.00实验后2.25133.0841.44已知碱式碳酸镍中Ni的化合价为＋2，则碱式碳酸镍分解的化学方程式为________________________________________________________________________。(5)采取上述实验装置进行该实验时，必须小心操作，且保证装置气密性良好，否则浓硫酸倒吸可导致加热的硬质玻璃管炸裂。为防止浓硫酸倒吸入硬质玻璃管中，提出你的改进措施：________________________________________________________________。【解题示范】一、明确实验目的本实验的目的是测定碱式碳酸镍的组成。二、分析实验装置本实验装置是通过对碱式碳酸镍加热，求其相应的分解产物，通过反应前后质量变化，及利用原子守恒，即可确定其组成。根据已知条件可判断碱式碳酸镍受热分解生成NiO、水蒸气和CO2，故实验中需测定水蒸气、CO2的质量，为防止空气中的水蒸气和CO2对实验结果产生影响，应在甲位置加盛有碱石灰的干燥管，在乙位置用碱石灰吸收反应产生的CO2；当装置C中不再有气泡产生时，说明碱式碳酸镍样品已完全分解；为了减小误差，需要缓缓通入空气将装置中残留的气体产物吹入吸收装置中。三、套用公式定组成实验后2.25g固体残留物是NiO，n(Ni)＝n(NiO)＝eq\f(2.25g,75g·mol－1)＝0.03mol，装置C增加的质量是水的质量，n(H2O)＝eq\f(1.08g,18g·mol－1)＝0.06mol，装置D增加的质量是CO2的质量，n(COeq\o\al(2－,3))＝n(CO2)＝eq\f(0.44g,44g·mol－1)＝0.01mol；根据电荷守恒可得n(OH－)＝0.03mol×2－0.01mol×2＝0.04mol，则OH－产生的水的物质的量为0.02mol，结晶水的物质的量为0.04mol。由此可得，x∶y∶z∶n＝0.03mol∶0.04mol∶0.01mol∶0.04mol＝3∶4∶1∶4，样品的化学式为Ni3(OH)4CO3·4H2O。[答案](1)cc(2)不再有气泡产生将装置中残留的气体产物吹入吸收装置中(3)吸收空气中的CO2和水蒸气偏小(4)Ni3(OH)4CO3·4H2Oeq\o(=,\s\up7(△))3NiO＋6H2O↑＋CO2↑(5)在装置B、C之间连接一个安全瓶(或其他合理答案)题型五以定量测定为主线的综合实验【典例5】某12gNa2CO3样品中混有一定量的Na2SO4(设均不含结晶水)，某实验小组设计如下方案测定样品中Na2CO3的质量分数。(1)甲同学通过测定二氧化碳的质量来测定碳酸钠的质量分数，实验装置如图：①主要实验步骤有：a.向装置中通入空气；b.称量干燥管B与装入碱石灰的总质量；c.打开分液漏斗活塞，使稀硫酸与样品充分反应。合理的步骤是________(可重复)。②按气体从左向右的流向，干燥管A的作用是_____________________________，干燥管C的作用是______________________________________。③干燥管B增重4.4g，则样品中Na2CO3的质量分数为________。(2)乙同学利用图ⅰ、ⅱ、ⅲ三个仪器组装一套装置完成Na2CO3质量分数的测定，其中样品已称量完毕，ⅲ中装有CO2难溶于其中的液体。①ⅱ中盛装的是________(填字母)。a．浓硫酸B．饱和NaHCO3溶液C．10mol·L－1盐酸D．2mol·L－1硫酸②用橡胶管连接对应接口的方式是：A接________，B接________，C接________(填各接口的字母)。③在测量气体体积时，组合仪器与ⅳ装置相比更为准确，主要原因是________________________________________________________________________。组合仪器相对于ⅳ装置的另一个优点是____________________________。④若样品的质量为1.2g，在标准状况下利用装置ⅳ能否完成实验？说明理由。【解题示范】一、明确目的原理(1)实验目的：测定Na2CO3(杂质Na2SO4)样品中Na2CO3的质量分数。(2)实验原理：①Na2CO3与硫酸反应生成CO2，利用碱石灰吸收CO2，求出反应生成的CO2的质量。②Na2CO3与硫酸反应生成CO2，利用量气管测定CO2的体积。二、分析实验装置①装置A的作用是除去空气中的CO2；②装置B的作用是吸收反应生成的CO2；③装置C的作用是防止空气中的水分和CO2被干燥管B吸收。根据图ⅳ提示，ⅰ和ⅱ连接时A接D，B接E，如图所示这样组合仪器装置的气体发生部分相当于一个恒压装置，液体可以顺利滴下，并且滴下的酸的体积没有计入气体体积，减小了实验误差。三、细挖解题信息(1)反应前先向装置中通入空气，除去装置中的CO2，此时要测出干燥管B与所盛碱石灰的总质量，然后才能使样品与酸开始反应。充分反应后，再通入空气使反应生成的CO2气体被干燥管B充分吸收，最后称量干燥管B的总质量，可求出反应生成的CO2的质量，进一步求出样品中碳酸钠的质量分数。(2)ⅱ中盛装的应该是能与碳酸钠反应生成CO2的液体，应从酸中选择，不选c是由于盐酸浓度太大，易挥发；在测量气体体积时，ⅰ、ⅱ、ⅲ组合仪器装置与ⅳ相比更为准确，是由于组合仪器装置的气体发生部分相当于一个恒压装置，液体可以顺利滴下，并且滴下的酸的体积没有计入气体体积，减小了实验误差。四、套用公式解题(1)Na2CO3～CO210644m4.4gm＝10.6g，样品中Na2CO3的质量分数＝10.6g/12g×100%≈88.33%。(2)样品的质量为1.2g，样品中Na2CO3的质量为1.06g，生成CO20.44g，在标准状况下的体积为224mL，量气管的量程为50mL，无法完成实验。[答案](1)①abcab②除去空气中的二氧化碳防止空气中的水分和二氧化碳被干燥管B吸收③88.33%(2)①d②DEF③装置ⅳ将滴下酸的体积也计入气体体积，而组合仪器没有液体可以顺利滴下④不能完成实验，在标准状况下生成CO2的体积为224mL，超过量气管的量程。【题后悟道】定量实验数据的测定方法(1)沉淀法先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀质量，再进行计算。(2)测气体体积法对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。①常见测量气体体积的实验装置②量气时应注意的问题a.量气时应保持装置处于室温状态。b.读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平，还要注意视线与液面最低处相平。如图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。(3)测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。(4)滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定或氧化还原滴定等获得相应数据后，再进行相关计算。1．高氯酸铵(NH4ClO4)为白色晶体，具有不稳定性，在400℃时开始分解产生多种气体，常用于生产火箭推进剂。某化学兴趣小组同学利用下列装置对NH4ClO4的分解产物进行探究。(假设装置内试剂均足量，部分夹持装置已省略)(1)在实验过程中发现C中铜粉由红色变为黑色，说明分解产物中有________(填化学式)。(2)实验完毕后，取D中硬质玻璃管中的固体物质于试管中，滴加蒸馏水，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，产生该气体的化学方程式为_________________。(3)通过上述实验现象的分析，某同学认为产物中还应有H2O，可能有Cl2。该同学认为可能有Cl2存在的理由是___________________________________________________。(4)为了证明H2O和Cl2的存在，选择上述部分装置和下列提供的装置进行实验：①按气流从左至右，装置的连接顺序为A→________→________→________。②实验结束后发现G中液体变为橙黄色，用必要的文字和方程式解释出现该现象的原因：________________________________________________________________________。③F中发生反应的离子方程式为________________________________________。(5)实验结论：NH4ClO4分解时产生了上述几种物质，则高氯酸铵分解的化学方程式为________________________________________________________________________。(6)在实验过程中仪器E中装有碱石灰的目的是______________________________________________；实验结束后，某同学拟通过称量D中镁粉质量的变化，计算高氯酸铵的分解率，会造成计算结果________(填“偏大”“偏小”或“无法判断”)。解析：(1)NH4ClO4受热分解产生的气体经过碱石灰干燥后，能使铜由红色变为黑色，说明生成了氧化铜，所以分解产物中含有O2。(2)根据题干信息可知D中固体与H2O反应产生NH3，说明高氯酸铵分解产物中还有氮气，氮气与镁反应生成氮化镁，氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨气：Mg3N2＋6H2O=3Mg(OH)2＋2NH3↑。(3)氧化还原反应中元素的化合价升高和降低是对立统一的关系，氧元素、氮元素的化合价升高，所以应该是氯元素化合价降低，可能有氯气生成。(4)检验水蒸气和氯气，应该先用H中的无水硫酸铜检验水的存在，然后将氯气通入KBr溶液中，发生反应：2KBr＋Cl2=2KCl＋Br2，生成的溴单质溶于水使溶液呈橙黄色。为防止剩余氯气污染环境，还需进行尾气处理，所以气流顺序为A、H、G、F。F中氯气与NaOH溶液发生反应的离子方程式为Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。(5)由实验现象可知高氯酸铵分解的产物有O2、Cl2、N2和H2O，根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式：2NH4ClO4eq\o(=,\s\up7(△))N2↑＋2O2↑＋Cl2↑＋4H2O。(6)仪器E中装有碱石灰的目的是吸收空气中的CO2和水蒸气；但空气中的N2和O2仍会进入D中，造成产物质量偏大，导致计算出的高氯酸铵的分解率偏大。答案：(1)O2(2)Mg3N2＋6H2O=3Mg(OH)2＋2NH3↑(3)O2和N2都是氧化产物，根据化合价变化规律，还应存在还原产物，从而判断出氯元素的化合价降低，可能生成Cl2(答出要点即可)(4)①HGF②在KBr溶液中通入Cl2，发生反应：2KBr＋Cl2=2KCl＋Br2，生成的溴溶于水使溶液呈橙黄色③Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O(5)2NH4ClO4eq\o(=,\s\up7(△))N2↑＋2O2↑＋Cl2↑＋4H2O(6)吸收空气中的CO2和水蒸气偏大2．硫化钠主要用于皮革、毛纺、高档纸张、染料等行业。生产硫化钠大多采用无水芒硝(Na2SO4)－炭粉还原法，其流程示意图如下：(1)上述流程中采用稀NaOH溶液比用热水更好，理由是_________________________________。(2)同学甲根据氧化还原反应的原理认为上述流程中产生的气体可能是CO、CO2、SO2，他从下列装置中选择必要的装置设计简易的实验方案验证他的假设(加热装置省略)。①选择装置连接导管接口，其气流从左到右的顺序为_________________________。②能证明有CO2气体的现象为_________________________________________________。③正确连接装置并反应一段时间后，用集气瓶能收集到一定体积的气体，说明混合气体中含有CO。确认气体中含有CO的另一种方法是_____________________________________。(3)同学乙认为“煅烧”后的固体中可能含有Na2SO3。①检验反应后的固体中是否还有剩余的无水芒硝，需要的试剂是_______________________________。②设计实验证明反应后的固体中是否含有Na2SO3，完成实验报告。供选择试剂有：酚酞溶液、硝酸、稀盐酸、品红溶液、澄清石灰水。实验步骤实验操作现象及结论Ⅰ取少量制得的硫化钠晶体溶于水，过滤得到滤液除去炭粉等难溶性的杂质Ⅱ取少量滤液于试管中，________________________(4)实验测得硫酸钠与焦炭的反应产物由温度、反应物质量比决定。如果反应产物为两种盐，两种气体产物体积比为1∶3，且平均相对分子质量为32，则煅烧反应的化学方程式为________________________________________________________________________。解析：(1)硫化钠是强碱弱酸盐，在热水中水解程度增大，而在稀氢氧化钠溶液中水解被抑制。(2)①制备气体(A)、检验SO2(E)、除去SO2并确定SO2被除尽(B)、检验CO2(D)、除去CO2并收集CO(C)，连接装置时，洗气瓶中长导管进气，短导管出气，故装置连接顺序为a→g→h→c→b→e→f→d。②因为SO2、CO2都能使澄清石灰水变浑浊，所以，必须强调装置B中溶液颜色不褪色，说明SO2被除尽。③检验CO用点燃、氧化等方法都可以。(3)①检验反应后固体中是否还有剩余的硫酸钠时，加入盐酸除去可能存在的亚硫酸钠，用氯化钡检验硫酸根离子，故所用试剂是稀盐酸和氯化钡溶液。②2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋6H＋=3S↓＋3H2O，如果硫化钠中含有亚硫酸钠，则除去炭粉等难溶性的杂质后，加入足量稀盐酸会产生淡黄色固体。(4)根据氧化还原反应原理，硫酸钠与焦炭反应生成硫化钠、亚硫酸钠、CO、CO2。若CO、CO2的体积比为1∶3，则平均相对分子质量为40，不符合题意，舍去；若CO、CO2的体积比为3∶1，则平均相对分子质量为32，符合题意。则煅烧反应的化学方程式为2Na2SO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(煅烧))Na2S＋Na2SO3＋3CO↑＋CO2↑。答案：(1)热水会促进Na2S水解，而稀NaOH溶液能抑制Na2S水解(2)①a→g→h→c→b→e→f→d②装置B中溶液颜色不褪色，装置D中澄清石灰水变浑浊③取出水槽中导气管，导出的气体能点燃(或其他合理答案均可)(3)①稀盐酸和氯化钡溶液②滴加足量稀盐酸若产生淡黄色沉淀，则含有亚硫酸钠，反之则不含亚硫酸钠(4)2Na2SO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(煅烧))Na2S＋Na2SO3＋3CO↑＋CO2↑3．碱式碳酸铜可表示为xCuCO3·yCu(OH)2，呈孔雀绿颜色，又称为孔雀石，是一种名贵的矿物宝石。它是铜与空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气等物质反应产生的物质。CuSO4溶液与Na2CO3溶液反应可以得到碱式碳酸铜，下列实验对其组成进行相关探究。[沉淀制备]称取12.5g胆矾(CuSO4·5H2O)溶于87.5mL蒸馏水中，滴加少量稀硫酸(体积可以忽略不计)，充分搅拌后得到CuSO4溶液。向其中加入Na2CO3溶液，将所得蓝绿色悬浊液过滤，并用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，最后低温烘干备用。[实验探究]设计如下装置，用制得的蓝绿色固体进行实验。根据以上实验回答下列问题：(1)配制硫酸铜溶液的过程中滴加稀硫酸的作用是____________________________________________，所得硫酸铜溶液的溶质质量分数为________。(2)实验室通常使用加热亚硝酸钠和氯化铵混合溶液的方法制取N2，该反应的化学方程式为______________________________