2025届高考化学二轮复习专题12化学综合实验设计与评价训练含解析新人教版

PAGE5-专题12化学综合试验设计与评价1．(2024·潍坊模拟)某探讨性学习小组为合成1－丁醇，查阅资料得知一条合成路途：CH3CHCH2＋CO＋H2eq\o(,\s\up7(肯定条件下))CH3CH2CH2CHOeq\o(,\s\up7(H2),\s\do5(Ni，△))CH3CH2CH2OH其中CO的制备原理：HCOOHeq\o(,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(△))CO↑＋H2O，并设计出原料气的制备装置(如下图)请填写下列空白：(1)试验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2－丙醇，从中可以选择合适的试剂制备氢气、丙烯。写出制备丙烯的化学方程式：__(CH3)2CHOHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH2＝CHCH3↑＋H2O__。(2)若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a的作用是__保证分液漏斗内外压强平衡，便于液体顺当流下__，装置中b的作用是__作为平安瓶，防倒吸__，c中盛装的试剂是__NaOH溶液__。(3)制丙烯时，还产生少量SO2、CO2及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的依次是__④⑤①⑤③②__(填序号)①饱和Na2SO3溶液②酸性KMnO4溶液③石灰水④无水CuSO4⑤品红溶液(4)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1－丁醇粗品，为纯化1－丁醇，该小组查阅文献得知：①R—CHO＋NaHSO3(饱和)→RCH(OH)SO3Na↓；②沸点：乙醚34℃，1－丁醇118℃，并设计出如下提纯路途：eq\x(粗品)eq\o(,\s\up7(试剂1),\s\do5(操作1))eq\x(滤液)eq\o(,\s\up7(乙醚),\s\do5(操作2))eq\o(,\s\up7(),\s\do5(分液))eq\x(有机层)eq\o(,\s\up7(干燥剂),\s\do5(过滤))eq\x(\a\al(1－丁醇,乙醚))eq\o(,\s\up7(操作3),\s\do5())eq\x(纯品)试剂1为__饱和NaHSO3溶液__，操作2为__萃取__，操作3为__蒸馏__。【解析】(1)依据题干供应的原料分析知，可以用2－丙醇在浓硫酸作用下脱水制备丙烯，反应方程式为：(CH3)2CHOHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH2＝CHCH3↑＋H2O；(2)依据装置图分析知，导管a可以使得分液漏斗中的压强和烧瓶中压强相等，便于分液漏斗中的液体顺当滴下；制得的CO中含有挥发出的甲酸，可以用NaOH溶液汲取，再用浓硫酸干燥即可得到纯净的CO；装置b可以防止c中液体倒吸进入蒸馏烧瓶，起到平安瓶的作用；(3)首先检验H2O，用无水硫酸铜，若变蓝说明有水，再用品红检验SO2，若品红褪色说明有SO2，用饱和亚硫酸钠溶液可以汲取SO2，再通过酸性高锰酸钾溶液检验SO2是否除尽，最终通入澄清石灰水中，若变浑浊，说明含有CO2，故答案为：④⑤①⑤③②；(4)由粗品分别出滤液，可见操作1为过滤；则加入试剂1，必需有沉淀生成，故正丁醛中应加入饱和NaHSO3溶液；在滤液中加入乙醚，萃取出1－丁醇，再通过蒸馏将两者分别，所以操作2是萃取，操作3是蒸馏。2．(2024·广州模拟)亚硝酰氯(ClNO)常用于合成洗涤剂、触媒及用作中间体，某学习小组在试验室用Cl2与NO制备ClNO并测定其纯度，进行如下试验(夹持装置略去)。查阅资料：亚硝酰氯(ClNO)的熔点为－64.5℃、沸点为－5.5℃，气态呈黄色，液态时呈红褐色，遇水易反应生成一种氯化物和两种氮的常见氧化物，其中一种呈红棕色。请回答下列问题：Ⅰ.Cl2的制备：舍勒发觉制备氯气的方法至今还是试验室制取氯气的主要方法之一。(1)该方法可以选择上图中的__C__(填字母标号)为Cl2发生装置，该反应的离子方程式为__MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O__。(2)收集一瓶纯净干燥的氯气。Ⅱ.亚硝酰氯(ClNO)的制备，试验室可用下图装置制备亚硝酰氯(ClNO)：(3)组装好试验装置，检查装置的气密性，然后装入药品。一段时间后，两种气体在Z中反应的现象为__出现红褐色液体__。Ⅲ.亚硝酰氯(ClNO)纯度的测定：将所得亚硝酰氯(ClNO)产品13.10g溶于水，配制成250mL溶液；取出25.00mL，以K2CrO4溶液为指示剂，用0.8mol·L－1AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为22.50mL。(已知：Ag2CrO4为砖红色固体)(4)亚硝酰氯(ClNO)与水反应的离子方程式为__2ClNO＋H2O2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑__。(5)滴定终点的现象是__加入最终一滴标准液产生砖红色沉淀，且半分钟内颜色无变更__。(6)产品中亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为__90%__。【解析】(1)舍勒发觉制备氯气的方法是用二氧化锰和浓盐酸加热制备氯气，属于固、液加热制备气体，所以选用C装置，反应的离子方程式是MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；(3)亚硝酰氯(ClNO)的熔点为－64.5℃、沸点为－5.5℃，液态时呈红褐色，NO、Cl2在Z中反应生成ClNO，现象为出现红褐色液体；(4)ClNO遇水反应生成HCl、NO2、NO，依据得失电子守恒，配平反应的离子方程式为2ClNO＋H2O2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑；(5)以K2CrO4溶液为指示剂，滴定终点时有砖红色Ag2CrO4沉淀生成，滴定终点的现象是：加入最终一滴标准液产生砖红色沉淀，且半分钟内颜色无变更；(6)用0.8mol·L－1AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为22.50mL，依据关系式ClNO～～Cl－～～Ag＋，可知亚硝酰氯的物质的量是0.8mol·L－1×0.0225L＝0.018mol，亚硝酰氯的质量分数是eq\f(0.018mol×65.5g/mol,13.10)×eq\f(250,25)×100%＝90%。3．(2024·郑州模拟)室温下(20℃)课外小组用下列装置探究铁和硝酸反应状况，过程如下图所示：将Ⅲ中液面上的气体排入小试管中点燃，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴。取反应后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰绿色沉淀。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使潮湿红色石蕊试纸变蓝。(1)X气体是__H2__(填化学式)，证据是__点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴__。(2)试验中硝酸被还原成另一种产物的化学方程式__4Fe＋10HNO34Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O__。(3)甲同学对产生的气体缘由提出假设并设计方案：假设1：该浓度的硝酸中H＋的氧化性大于NOeq\o\al(－,3)假设2：H＋还原反应速率大于NOeq\o\al(－,3)的还原反应速率①验证假设1：可用__Cu__(选“Cu”或“Zn”)粉与同浓度硝酸反应，依据__溶液变蓝__，则假设1不成立。②验证假设2：变更条件重复上图过程试验，结果如下：(所用试剂的量、气体成分与试验上图相同)序号反应温度试验结果a40℃溶液浅绿色，收集气体为3.4mLb60℃溶液浅绿色，收集气体为2.6mL上表试验结果__否__(填“能”或“否”)推断假设2成立。由试验数据结果分析温度对铁粉与硝酸反应时对生成X体积的影响的缘由__上升温度，H＋和NOeq\o\al(－,3)参加的还原反应速率都加快，但NOeq\o\al(－,3)增加更快，生成的NHeq\o\al(＋,4)多，导致生成的H2削减__。(4)常温下(20℃)，乙同学改用3mol·L–1HNO3进行图1过程试验，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色。由此得出的相关结论正确的是__c__。a．该试验产生的无色气体只有NOb．若改用浓硝酸时，反应会更猛烈，还原产物为NO2c．硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同(5)综上所述，金属与硝酸生成X气体，须要限制的条件是__稀溶液、低温、氢以前的金属__。【解析】由图可知，过量铁粉和稀硝酸完全反应生成无色气体，和空气混合仍为无色，说明没有NO，点燃该气体，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴，说明该气体为氢气。取反应后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰绿色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使潮湿红色石蕊试纸变蓝，说明溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)。(1)依据以上分析X气体应当是H2，证据是点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴；(2)反应后溶液中含有Fe2＋、NHeq\o\al(＋,4)，说明铁和硝酸发生氧化还原反应，铁过量生成Fe2＋，同时硝酸被还原为NHeq\o\al(＋,4)，反应的化学方程式为4Fe＋10HNO34Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O；(3)铜排在金属活动依次表氢的后面，所以铜和H＋不反应，因此若要证明假设1不成立，则可选用Cu粉与同浓度硝酸反应，若溶液变蓝则证明假设1不成立。对比a、b两次试验，其它条件相同，温度不同，且温度上升，产生的氢气体积反而减小，其缘由为上升温度，H＋和NOeq\o\al(－,3)参加的还原反应速率都加快，但NOeq\o\al(－,3)增加更快，生成的NHeq\o\al(＋,4)多，导致生成的H2削减，因此不能说明H＋还原反应速率大于NOeq\o\al(－,3)的还原反应速率，即不能推断假设2成立。(4)a.改用3mol·L–1HNO3，硝酸浓度增大，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色，为无色的NO被氧化为红棕色的NO2，该试验产生的无色气体含有NO，不解除含有H2，故a错误；b.若改用浓硝酸时，在常温下铁与浓硝酸发生钝化，故b错误；c.由试验结果可知，硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同，故c正确。(5)由试验可知，硝酸浓度增大，产物变为NO，还原速度剧增，远远大于H＋的还原速率，以至于得不到氢气，若要金属与硝酸反应生成H2，则须要限制的条件是稀溶液、低温、氢以前的金属。4．(2024·新余模拟)钪是一种稀土元素，在国防、航空、核能等领域具有重要的应用。氯化钪(ScCl3)是一种可溶于水的灰白色固体，是制备钪的重要原料。工业上从钛磁铁矿中(主要成分有Fe3O4、TiO2和少量Sc2O3)提取ScCl3的一种工艺如下图所示。回答下列问题：(1)若在试验室中实现工艺中的过程②，须要的试验操作包括__分液__，过程②和过程③都用到的主要仪器为__分液漏斗__。(2)工艺中的过程④通常运用抽滤，装置如图所示，仪器A为抽滤瓶，利用抽气泵将抽滤瓶中的空气抽走而产生负压，抽滤相对于一般过滤的优点是__抽滤可以加快过滤速度__。仪器B的作用为__缓冲__。设计试验方案检验得到的水层中是否含有Fe3＋：__向水层中加入硫氰化钾溶液，若溶液变为血红色证明含有三价铁离子__。(3)Sc2(C2O4)3灼烧时除生成Sc2O3，还生成了CO和CO2，化学方程式为__Sc2(C2O4)3eq\o(,\s\up7(灼烧))Sc2O3＋3CO↑＋3CO2↑__。(4)把得到的Sc2O3固体与焦炭混合，将干燥纯净的Cl2通入赤热的混合物反应制备ScCl3，反应的气态产物在相同条件下对H2的相对密度为14，该反应的化学方程式为__Sc2O3＋3C＋3Cl2eq\o(,\s\up7(△))2ScCl3＋3CO__。(5)已知：Ag2CrO4为砖红色固体；Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12。取ScCl3粗产品(含难溶Sc2O3杂质)溶于水，配成溶液，滴入几滴K2CrO4溶液，用AgNO3标准溶液滴定，当溶液中出现砖红色沉淀时达到滴定终点。计算说明滴定时选择K2CrO4溶液作为指示剂的理由__一方面Ag2CrO4为砖红色，另一方面由Ksp(AgCl)＝1.8×10－10、Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12可知，AgCl饱和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(1.8)×10－5mol/L，Ag2CrO4饱和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(\f(2×10－12,5.0×10－3mol·L－1))＝eq\r(4×10－8)＝2×10－4mol/L>eq\r(1.8)×10－5mol/L，所以，AgCl的溶解度更小，当滴入AgNO3时溶解度小的沉淀先形成，溶液中Cl－几乎沉淀完了，此时再滴AgNO3溶液就会立即产生Ag2CrO4，即终点的时候会产生砖红色沉淀__[出现砖红色沉淀时，c(CrOeq\o\al(2－,4))约为5.0×10－3mol·L－1；溶液中离子的浓度小于1×10－5mol·L－1时，认为该离子已不存在]。【解析】(1)若在试验室中实现工艺中的过程②，过程②是将萃取剂加入后，溶液分液成水层和油层，须要的试验操作包括分液，过程②和过程③都用到的主要仪器为分液漏斗；(2)抽滤相对于一般过滤的优点是抽滤可以加