2023届新高考化学选考一轮总复习学案-专题突破7　化学综合实验

专题突破7化学综合实验考点1物质制备型综合实验角度一无机物的制备一、实验方案的设计原则1.原料廉价易得,用料最省即原料利用率高。2.所选用的实验装置或仪器不复杂。3.实验操作简便安全,对环境不造成污染或污染较小。二、制备中的常用措施及作用措施目的或作用粉碎或研磨减小固体的颗粒度,增大固体与液体、气体间的接触面积,增大反应速率灼烧、焙烧、煅烧除去可燃性杂质;使原料初步转化,转化为下一步可溶解的物质(氧化物等)水浸与水接触反应或溶解,分离可溶物与难溶物酸浸与酸反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去碱浸除去油污;溶解铝(氧化铝)、二氧化硅;调节pH促进水解(金属离子的沉淀)加热加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动冷凝回流防止××蒸气逸出脱离反应体系,提高××物质的转化率控制溶液pH防止××离子水解;防止××离子沉淀;确保××离子沉淀完全;防止××溶解等温度不高于××℃的原因温度过高,××物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)或××物质挥发(如浓硝酸、浓盐酸)或××物质氧化(如Na2SO3等)或促进××物质水解(如AlCl3等)减压蒸馏(减压蒸发)减小压强,使液体沸点降低,防止××物质受热分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)蒸发、反应时的气体氛围抑制××离子的水解(如加热蒸发AlCl3溶液时需在HCl气流中进行,加热MgCl2·6H2O得MgCl2时需在HCl气流中进行等)配制溶液前先煮沸水的原因除去溶解在水中的氧气,防止××物质被氧化反应容器中和大气相通的玻璃管的作用指示容器中压强大小,避免反应容器中压强过大恒压分液漏斗支管的作用保证反应器内气压与恒压分液漏斗内气压相等,使分液漏斗中的液体顺利流下;防止分液漏斗中××气体挥发到大气中,污染环境或降低原料利用率;减小液体体积对气体体积测量的干扰三、制备中常见操作的答题模板操作答题模板气密性检查形成密闭体系→操作→描述现象→得出结论物质检验的简单设计取样(取待测试样)⇒加试剂(加入××药品)⇒现象(若有××产生)⇒结论(则原试样中含有××)测溶液的pH取一小块pH试纸放在表面皿或玻璃片上,用蘸有待测溶液的玻璃棒点在(或用胶头滴管吸取待测液滴在)试纸中部,观察试纸颜色变化,并与标准比色卡对比滴定操作滴定时,左手控制滴定管活塞,右手振荡锥形瓶,眼睛注视锥形瓶内溶液颜色的变化证明沉淀完全的操作静置,取上层清液(或向上层清液),继续滴加少量沉淀剂,若无沉淀产生,则证明沉淀完全蒸发结晶的操作将溶液转移到蒸发皿中加热,用玻璃棒不断搅拌,当有大量晶体出现时停止加热,利用余热将其蒸干从溶液获得晶体(溶解度随温度升高明显增大)的操作将溶液转移到蒸发皿中加热,用玻璃棒不断搅拌,当溶液表面出现晶膜时停止加热,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥从溶液获得晶体(溶解度随温度升高变化不大)的操作将溶液转移到蒸发皿中加热,并用玻璃棒不断搅拌,当有大量晶体析出时停止加热,趁热过滤、洗涤、干燥[典例1](2021·浙江6月选考)Cl2O是很好的氯化剂,实验室用如图装置(夹持仪器已省略)制备高纯Cl2O。已知:①HgO+2Cl2HgCl2+Cl2O,合适反应温度为18～25℃;副反应:2HgO+2Cl22HgCl2+O2。②常压下,Cl2沸点为-34.0℃,熔点为-101.0℃;Cl2O沸点为2.0℃,熔点为-120.6℃。③Cl2O+H2O2HClO,Cl2O在CCl4中的溶解度远大于其在水中的溶解度。请回答:(1)①装置A的作用是去除原料气中的少量水分,可用的试剂是。②将上图中装置组装完整,虚框D中应选用。

(2)有关反应柱B,须进行的操作是。

A.将HgO粉末热处理除水分、增加表面积后填入反应柱B.调控进入反应柱的混合气中Cl2和N2的比例C.调控混合气从下口进入反应柱的流速D.将加热带缠绕于反应柱并加热(3)装置C,冷却液的温度通常控制在-80～-60℃。反应停止后,温度保持不变,为减少产品中的Cl2含量,可采用的方法是。

(4)将纯化后的Cl2O产品汽化,通入水中得到高纯度Cl2O的浓溶液,于阴凉暗处贮存。当需要Cl2O时,可将Cl2O浓溶液用CCl4萃取分液,经汽化重新得到。针对萃取分液,从下列选项选择合适操作(操作不能重复使用)并排序:c→()→()→e→d→f→()。a.检查旋塞、玻璃塞处是否漏水b.将溶液和CCl4转入分液漏斗c.涂凡士林d.旋开旋塞放气e.倒转分液漏斗,小心振摇f.经几次振摇并放气后,将分液漏斗置于铁架台上静置g.打开旋塞,向锥形瓶放出下层液体h.打开旋塞,待下层液体完全流出后,关闭旋塞,将上层液体倒入锥形瓶(5)产品分析:取一定量Cl2O浓溶液的稀释液,加入适量CCl4、过量KI溶液及一定量的稀H2SO4,充分反应。用标准Na2S2O3溶液滴定(滴定Ⅰ);再以酚酞为指示剂,用标准NaOH溶液滴定(滴定Ⅱ)。已知产生I2的反应(不考虑Cl2与水反应):2I-+Cl2I2+2Cl-4I-+Cl2O+2H+2I2+H2O+2Cl-2I-+HClO+H+I2+H2O+Cl-实验数据如下表:加入量n(H2SO4)/mol2.505×10-3滴定Ⅰ测出量n(I2)/mol2.005×10-3滴定Ⅱ测出量n(H2SO4)/mol1.505×10-3①用标准Na2S2O3溶液滴定时,无需另加指示剂。判断滴定Ⅰ到达终点的实验现象是。

②高纯度Cl2O浓溶液中要求n(Cl2O)n(C解析:(1)①干燥原料气Cl2可使用浓H2SO4。②该实验中使用了有毒气体Cl2,需进行尾气处理,可用NaOH溶液吸收Cl2,为保证反应体系无水,需要在装置C与尾气处理装置间安装盛有无水CaCl2的干燥装置,a符合题意。(2)反应在无水条件下进行,增大接触面积可加快反应速率,即反应前需将HgO粉末热处理除水分、增加表面积后填入反应柱,A正确;反应存在反应物比例不同的副反应,调控进入反应柱的混合气中Cl2和N2的比例,便于控制副反应,B正确;调控混合气从下口进入反应柱的流速可有效控制反应的进行,C正确;题中已给出合适反应温度为18～25℃,即该反应无需缠绕加热带,D错误。(3)由题中信息②可知,Cl2沸点小于Cl2O,在Cl2未发生冷凝时抽气或通入干燥N2均能有效地去除产品中的Cl2。(4)萃取分液操作步骤为c.涂凡士林;a.检查旋塞、玻璃塞处是否漏水;b.将溶液和CCl4转入分液漏斗;e.倒转分液漏斗,小心振摇;d.旋开旋塞放气;f.经几次振摇并放气后,将分液漏斗置于铁架台上静置;g.打开旋塞,向锥形瓶放出下层液体。故括号中应依次填写a、b、g。(5)①由题可知,滴定Ⅰ为碘量滴定法,溶液中I2被完全还原时到达滴定终点,即判断到达终点的实验现象是CCl4溶液由紫红色突变到无色。②根据题给反应及相关反应计量数比值可得n(Cl2O)等于消耗的n(H2SO4)=2.505×10-3mol-1.505×10-3mol=1.000×10-3mol,n(Cl2)=n(I2)-2n(Cl2O)=2.005×10-3mol-2×1.000×10-3mol=5×10-6mol,即存在n(Cl2O答案:(1)①浓H2SO4②a(2)ABC(3)抽气(或通干燥氮气)(4)abg(5)①CCl4中由紫红色突变到无色②溶液中Cl2O和Cl2分别为1.000×10-3mol、5×10-6mol,n(制备无机物的思维流程[对点精练1](2021·浙江1月选考)某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体,流程如下:已知:4Fe(CrO2)2+10Na2CO3+7O28Na2CrO4+4NaFeO2+10CO22H++2CrO42-Cr2O7相关物质的溶解度随温度变化如下图。请回答:(1)步骤Ⅰ,将铬铁矿粉碎有利于加快高温氧化的速率,其理由是。

(2)下列说法正确的是。

A.步骤Ⅱ,低温可提高浸取率B.步骤Ⅱ,过滤可除去NaFeO2水解产生的Fe(OH)3C.步骤Ⅲ,酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7D.步骤Ⅳ,所得滤渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3(3)步骤Ⅴ,重结晶前,为了得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品,从下列选项中选出合理的操作(操作不能重复使用)并排序:溶解KCl→()→()→()→()→重结晶。

a.50℃蒸发溶剂b.100℃蒸发溶剂c.抽滤d.冷却至室温e.蒸发至溶液出现晶膜,停止加热f.蒸发至溶液中出现大量晶体,停止加热(4)为了测定K2Cr2O7产品的纯度,可采用氧化还原滴定法。①下列关于滴定分析的操作,不正确的是。

A.用量筒量取25.00mL待测液转移至锥形瓶B.滴定时要适当控制滴定速度C.滴定时应一直观察滴定管中溶液体积的变化D.读数时应将滴定管从架上取下,捏住管上端无刻度处,使滴定管保持垂直E.平行滴定时,须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下②在接近终点时,使用“半滴操作”可提高测量的准确度。其方法是:将旋塞稍稍转动,使半滴溶液悬于管口,用锥形瓶内壁将半滴溶液沾落,,继续摇动锥形瓶,观察颜色变化。(请在横线上补全操作)(5)该小组用滴定法准确测得产品中K2Cr2O7的质量分数为98.50%。某同学还用分光光度法测定产品纯度(K2Cr2O7溶液的吸光度与其浓度成正比例),但测得的质量分数明显偏低。分析其原因,发现配制K2Cr2O7待测水溶液时少加了一种试剂。该试剂是,添加该试剂的理由是。

解析:步骤Ⅰ发生反应为4Fe(CrO2)2+10Na2CO3+7O28Na2CrO4+4NaFeO2+10CO2;步骤Ⅱ,Na2CrO4、NaFeO2溶于水,其中NaFeO2与H2O反应生成Fe(OH)3和NaOH,Fe(OH)3过滤后可除去;步骤Ⅲ,溶液中的主要成分为Na2CrO4和NaOH,加入H2SO4(适量)将NaOH转化为Na2SO4,Na2CrO4转化为Na2Cr2O7;步骤Ⅳ,蒸发结晶除去Na2SO4,故滤渣成分为Na2SO4,滤液中为Na2Cr2O7。(2)高温有利于提高物质的溶解度,提高浸取率,A错误;由以上分析知,B、C正确,D错误。(3)步骤Ⅴ中需除去NaCl,同时获得更多K2Cr2O7,故选择低温时蒸发浓缩,出现晶膜时降温结晶。(4)①量筒精确度为0.1mL,量取25.00mL待测液应用移液管或酸式滴定管,A错误;滴定时眼睛要观察锥形瓶内液体颜色的变化,C错误。(5)测得的质量分数明显偏低,则消耗的还原剂偏少,若K2Cr2O7中混有K2CrO4,则纯度偏低,消耗还原剂偏少,故需在配制溶液时加入稀H2SO4,使K2CrO4转化为K2Cr2O7。答案:(1)增大反应物的接触面积(2)BC(3)aedc(4)①AC②再用洗瓶以少量蒸馏水吹洗锥形瓶内壁(5)H2SO4抑制Cr2O72-转化为CrO4角度二有机物的制备一、制备流程二、常用仪器及装置1.常用仪器(1)三颈烧瓶是一种常用的化学玻璃仪器,它有三个口,可以同时加入多种反应物,或是加冷凝管、温度计、搅拌器等,常用于物质的制备、分离和提纯。①通常用于需要控制温度的化学反应,中间孔装搅拌杆,一个侧孔装温度计,另一个滴加反应物料。②物质的分离和提纯,三颈烧瓶的三颈中间孔可以插上回流管,右侧可插入温度计,左侧主要是用来添加药品。(2)分液漏斗(滴液漏斗),一般为向烧瓶中滴加液体,其中①能起到平衡气压的作用。(3)冷凝管,注意进出水方向(下口进,上口出)。2.常用装置(1)蒸馏装置(2)蒸馏、冷凝装置的创新应用图2、图3,由于冷凝管竖立,使液体混合物能冷凝回流,若以此容器作反应容器,可使反应物循环利用,提高反应物的转化率。(3)搅拌滴加回流反应装置(如图4)三、依据反应特点作答1.有机物易挥发,因此在反应中通常要采用冷凝回流装置,以减少有机物的挥发,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,因此常使某种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,如蒸馏、分液等。[典例2](2020·全国Ⅱ卷)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理简示如下:+KMnO4+MnO2+HCl+KCl名称相对分子质量熔点/℃沸点/℃密度/(g·mL-1)溶解性甲苯92-95110.60.867不溶于水,易溶于乙醇苯甲酸122122.4(100℃左右开始升华)248—微溶于冷水,易溶于乙醇、热水实验步骤:(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品为1.0g。(3)纯度测定:称取0.122g粗产品,配成乙醇溶液,于100mL容量瓶中定容。每次移取25.00mL溶液,用0.01000mol·L-1的KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。回答下列问题:(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为(填标号)。

A.100mL B.250mLC.500mL D.1000mL(2)在反应装置中应选用冷凝管(填“直形”或“球形”),当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是。(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是

;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理。

(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是。(5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是。

(6)本实验制备的苯甲酸的纯度为;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于(填标号)。

A.70% B.60% C.50% D.40%(7)若要得到纯度更高的苯甲酸,可通过在水中的方法提纯。解析:(1)三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8gKMnO4,所加液体体积不能超过三颈烧瓶容积的23,即三颈烧瓶的最适宜规格应为250mL。(2)球形冷凝管可使气体冷却回流,让反应更为彻底,冷凝效果更好,应选用球形冷凝管;由于甲苯是不溶于水的油状液体,当回流液中不再出现油状液体时,说明甲苯已经完全被氧化为苯甲酸钾。(3)取用甲苯质量为1.5mL×0.867g·mL-1≈1.3g,其物质的量约为0.014mol,实验中加入的KMnO4过量,NaHSO3具有还原性,可用NaHSO3溶液除去过量的KMnO4,避免在用浓盐酸酸化时,KMnO4与盐酸反应生成有毒的Cl2;用草酸在酸性条件下处理过量的KMnO4溶液,发生反应的离子方程式为2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O。(4)根据题给制备苯甲酸的第一步反应可知,用少量热水洗涤的滤渣为MnO2。(5)因苯甲酸在100℃左右开始升华,若干燥时温度过高,可能导致部分苯甲酸升华而损失。(6)根据C6H5COOH+KOHC6H5COOK+H2O,可知25.00mL×10-3L·mL-1×c(C6H5COOH)=21.50mL×10-3L·mL-1×0.01000mol·L-1,解得c(C6H5COOH)=0.0086mol·L-1,故样品中苯甲酸的纯度为0.0086×0答案:(1)B(2)球形无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾,避免在用盐酸酸化时,产生氯气2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2(4)MnO2(5)苯甲酸升华而损失(6)86.0%C(7)重结晶有机物制备题的解题流程[对点精练2]肉桂酸是一种香料,具有很好的保香作用,通常作为配香原料,可使主香料的香气更加清香。实验室制备肉桂酸的化学方程式为+(CH3CO)2O+CH3COOH副反应:棕红色树脂物主要试剂及其物理性质化合物式量密度g/cm3沸点/℃溶解度g/100mL水苯甲醛1061.061790.3乙酸酐1021.082140水解肉桂酸1481.2483000.04乙酸601.05118互溶水蒸气蒸馏原理将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物中,使该有机物在低于100℃的温度下,与水共沸而随着水蒸气一起蒸馏出来。此方法主要应用于分离和提纯有机物。主要实验装置和步骤如下。(Ⅰ)合成向装置1的三颈烧瓶中先后加入3g新熔融并研细的无水醋酸钠、3mL新蒸馏过的苯甲醛和5.5mL乙酸酐,振荡使之混合均匀。在150～170℃加热回流40min,反应过程中体系的颜色会逐渐加深,并伴有棕红色树脂物出现。(Ⅱ)分离与提纯①向反应液中加入30mL沸水,加固体碳酸钠至反应混合物呈弱碱性;②按装置2进行水蒸气蒸馏,在冷凝管中出现有机物和水的混合物,直到馏出液无油珠;③剩余反应液体中加入少许活性炭,加热煮沸,趁热过滤,得无色透明液体;④滤液用浓盐酸酸化、冷水浴冷却、结晶、抽滤、洗涤、重结晶,最后实际得到2.3g肉桂酸无色晶体。回答下列问题。(1)合成过程中要求严格无水操作,理由是

;加热含有结晶水的醋酸钠晶体制无水醋酸钠的过程中,随着温度的不断升高,观察到盐由固体→液体→固体→液体,第一次变成液体的原因是。(2)合成过程的加热回流要控制反应装置呈微沸状态。如果剧烈沸腾,可能导致

。

(3)仪器A的名称是;玻璃管B的作用是。(4)下列关于“分离与提纯”系列步骤的说法中正确的是(填字母)。

A.步骤①加Na2CO3的目的是中和反应中产生的副产品乙酸,并使肉桂酸以盐的形式溶于水中B.步骤②的目的是将棕红色树脂物蒸出C.为了防止发生倒吸,水蒸气蒸馏结束后,应先熄灭酒精灯,再打开弹簧夹K联通大气D.步骤③趁热过滤可通过保温漏斗实现,目的是防止肉桂酸钠因温度降低而结晶析出(5)试计算本次实验肉桂酸的产率(保留三位有效数字)。

解析:(1)由表格信息可知乙酸酐易发生水解反应产生乙酸,因此合成过程中要求严格无水操作;含有结晶水的醋酸钠晶体在加热过程中失去结晶水,使得固体溶解在自身脱除的结晶水中,使固体变成液体。(2)合成过程的加热回流要控制反应装置呈微沸状态,温度过高使液体剧烈沸腾,会导致乙酸酐被蒸出影响产率;同时也会导致肉桂酸在高温下脱羧生成苯乙烯,进而生成棕红色树脂物。(3)由仪器的构造可知A为蒸馏烧瓶,竖直长玻璃管可以起到平衡内外气压防止烧瓶内压强过大而炸裂的作用。(4)A.步骤①加Na2CO3可以中和反应中副产物乙酸,并且能与肉桂酸反应将其转变成易溶于水的盐的形式,正确;B.步骤②的目的是将未反应完的苯甲醛和乙酸酐蒸出,而棕红色树脂物沸点高难以蒸出,错误;C.为了防止发生倒吸,水蒸气蒸馏结束后,应先打开弹簧夹K联通大气,再熄灭酒精灯,错误;D.步骤③为防止肉桂酸钠因温度降低而结晶析出应采用趁热过滤,正确。(5)3mL苯甲醛、5.5mL乙酸酐的质量分别是1.06g/cm3×3mL×1cm3/mL=3.18g、1.082g/cm3×5.5mL×1cm3/mL=5.951g,两者的物质的量分别是3.18g106g/答案:(1)乙酸酐遇水能水解成乙酸CH3COONa溶解在自己的结晶水中(2)乙酸酐被蒸出影响产率;肉桂酸脱羧成苯乙烯,进而生成棕红色树脂物(3)蒸馏烧瓶安全管(4)AD(5)51.8%考点2定量分析型综合实验角度一物质含量的测定一、物质组成的定量测定中数据测定的常用方法1.沉淀法先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥的沉淀的质量,再进行相关计算。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)常规的量气装置(2)量气时应注意的问题①量气时应保持装置处于室温状态。②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水平相切。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.滴定法利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等获得相应数据后再进行相关计算。5.热重法只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。二、“关系式法”在定量测定实验中的应用“关系式法”是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中,它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“物质的量”的关系表示出来,把多步计算简化成一步完成。正确提取关系式是用关系式法解题的关键:根据化学方程式,找出作为中介的物质,并确定最初反应物、中间物质、最终生成物之间物质的量的关系。如用Na2S2O3滴定法测水中溶氧量,经过如下三步反应:①O2+2Mn(OH)22MnO(OH)2②MnO(OH)2+2I-+4H+Mn2++I2+3H2O③2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI因此水中溶氧量与Na2S2O3之间的关系为O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3。 (中间物质)(中间物质)三、定量实验的数据处理如何用好、选好数据是解决化学定量实验题的关键所在。解决化学定量实验题的一般方法为比较数据、转变物质、分析利弊、确定方案。1.对数据进行比较是解决问题的突破口,注意比较数据的交点与重合区。2.转变物质则是实现实验目标的重要途径,在一些物质提纯与制备的问题中,往往会提供一些物质沉淀的pH范围、物质的沸点、密度、溶解性等呈现物质物理性质的数据。3.在实际生产、生活中,除了涉及是否能够通过相应反应来实现实验目标外,还涉及经济效益的问题,在原理、环保等没有大的差异时,选择廉价原料完成相应的实验成为首选。[典例3](2020·天津卷)为测定CuSO4溶液的浓度,甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题:Ⅰ.甲方案实验原理:CuSO4+BaCl2BaSO4↓+CuCl2实验步骤:足量BaCl2溶液↓CuSO4溶液(25.00mL)固体固体(wg)(1)判断SO42-(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为。

(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为。

(4)固体质量为wg,则c(CuSO4)=mol·L-1。

(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则测得c(CuSO4)(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

Ⅱ.乙方案实验原理:Zn+CuSO4=ZnSOZn+H2SO4ZnSO4+H实验步骤:①按如图安装装置(夹持仪器略去)②……③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平,使D中液面保持在0或略低于0刻度位置,读数并记录。⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌,反应完成后,再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温,移动E管,保持D、E中两液面相平,读数并记录⑦处理数据(6)步骤②为。

(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是(填序号)。

a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响(8)Zn粉质量为ag,若测得H2体积为bmL,已知实验条件下ρ(H2)=dg·L-1,则c(CuSO4)=mol·L-1(列出计算表达式)。

(9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则测得c(CuSO4)(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度:(填“是”或“否”)。

解析:(1)加入BaCl2溶液后,若SO42-已经完全沉淀,则向上层清液中继续加入BaCl2溶液时就不会产生新的沉淀,故相应的检验方法是向上层清液中加入BaCl2溶液,没有白色沉淀出现,说明SO42-沉淀完全。(2)BaSO4沉淀中含有的杂质为Cu2+、Cl-,可用AgNO3溶液检验最后一次洗涤液中是否含有Cl-的方法达到目的。(3)灼烧固体时通常在坩埚中进行。(4)wgBaSO4的物质的量是w233mol,由“SO42-”守恒可知n(CuSO4)=w233mol,c(CuSO4)=w233mol÷0.025L=40w233mol·L-1。(5)由于烧杯内壁会沾有一定量BaSO4,因此若不洗涤烧杯,会导致BaSO4损失,由此计算出的CuSO4的量少于理论值,从而导致测量出的CuSO4溶液浓度偏低。(6)由于实验涉及气体,故装置连接好后应检查装置的气密性。(7)由于气体密度受温度影响,故要想准确测量氢气的体积,必须保证反应前后体系温度相等,故答案为b。(8)消耗的锌的物质的量为a65mol,生成的n(H2)=bd×10-32mol,因此与CuSO4答案:(1)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无白色沉淀生成,则沉淀完全(2)AgNO3溶液(3)坩埚(4)40(5)偏低(6)检查装置气密性(7)b(8)a65“五看”筛选实验数据一看数据是否符合测量仪器的精度特点,如用托盘天平测得的质量的精度为0.1g,若精度值超过了这个范围,说明所得数据是无效的。二看数据是否在误差允许范围内,若所得的数据明显超出误差允许范围,要舍去。三看反应是否完全,是否是过量反应物作用下所得的数据,只有完全反应时所得的数据,才能进行有效处理和应用。四看所得数据的测定环境是否一致,特别是气体体积数据,只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。五看数据测量过程是否规范、合理,错误和违反测量规则的数据需要舍去。[对点精练3]某同学取氧化铁和铝粉混合物按教材中的实验装置(如图)进行铝热反应。查阅《化学手册》得到Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下表:物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750(1)该铝热反应的化学方程式为。

(2)实验中可观察到的现象之一为“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”,该反应所得熔融物熔点(填“高于”“低于”或“等于”)660℃。

(3)熔融物成分含量探究:方案Ⅰ:取反应后的“铁块”研碎取样称量,加入如图所示装置滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体体积。①实验目的:测量样品中(填物质名称)的百分含量。

②实验步骤:组装好实验装置,首先(填实验步骤,下同),再加入实验药品,接下来的实验操作是打开分液漏斗活塞,滴加NaOH浓溶液至不再产生气体,然后关闭分液漏斗活塞,恢复到室温后,

,然后读数。

③装置中使用带平衡管的分液漏斗代替普通分液漏斗,除了可以平衡压强让液体顺利滴入具支试管之外,还可以起到降低实验误差的作用。如果装置使用普通分液漏斗,测量出的该物质百分含量将会(填“偏大”或“偏小”)。

方案Ⅱ:将熔融物固体置于烧杯中,加入100mL稀硝酸,固体完全溶解(假设固体全部溶解后溶液体积不变),反应过程中无气体放出(活泼金属可把稀HNO3还原为NH4NO3)。向反应后的溶液中缓慢滴加6mol/L的NaOH溶液,产生沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系如图所示。④在CD段,发生反应的离子方程式为

。

⑤B点对应的沉淀的物质的量为mol。

解析:(2)铝的熔点低于铁的熔点、但沸点高于Fe的熔点,Fe熔化时铝也熔化,故形成了铁铝合金,合金熔点低于成分金属,故低于铝的熔点660℃。(3)①Al与NaOH反应生成H2,Fe不反应,通过气体的量,可以计算铝的含量。②读数时要使装置内气压与大气压相等,则体积才准确,故需上下调节量气管使左右液面相平再读数。③将恒压分液漏斗换成普通分液漏斗的区别就在于,恒压分液漏斗可以将滴入具支试管中的液体所占据的那部分体积(原来这部分是气体),转移到漏斗中;而普通分液漏斗就会将这部分气体排到后面的装置中,所以如果装置使用普通分液漏斗测量出的该物质百分含量将会偏大。④在CD段,溶解的沉淀是Al(OH)3,则此阶段发生反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2⑤由题意可知Fe、Al均为+3价,则设沉淀物为M(OH)3,1molM(OH)3～3molOH-则M(OH)3=13n(OH-)=13×(39-6)×10-3L答案:(1)2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe(2)低于(3)①铝②检验气密性上下调节量气管使左右液面相平③偏大④Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2⑤0.066角度二物质组成的测定成分确定实验中的数据处理1.数据的表格化项目实验编号项目1项目2项目3项目4……123(1)根据实验原理确定应记录的项目:所测的物理量。(2)应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。(3)设计的表格要便于数据的查找、比较,便于数据的计算和进一步处理,便于反映数据间的联系。(4)解题要点在于通过审题,获取有用信息,然后对表格中数据进行比较、分析,依据物质的性质、变化规律进行解答。2.数据的图像化(1)图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。(2)直角坐标系题的解题要点在于解题时要求考生首先弄清楚自变量和因变量到底是什么,注意理解起点、终点、转折点的含义,然后根据所学知识分析原理、图像、数值三者之间的关系。[典例4]某化学课外活动小组在实验室用试管做硫酸铜晶体中结晶水含量的测定实验,步骤如下:①用天平准确称量出干燥试管的质量,然后用该试管称取已研碎的硫酸铜晶体(CuSO4·xH2O)并均摊在试管底部。②把装有硫酸铜晶体的试管用试管夹夹住,使管口向下倾斜,用酒精灯慢慢加热,至硫酸铜晶体完全变白,把酒精灯往管口方向缓缓移动,继续加热。③待试管在空气中冷却后,在天平上迅速称出试管和CuSO4的质量。④加热、冷却再称量,至连续两次称量误差不超过0.1g为止。根据上文,回答下列问题。(1)研碎CuSO4·xH2O通常用(填仪器名称),做此实验时至少要加热次。

(2)步骤②中当硫酸铜晶体完全变白时,把酒精灯往管口方向缓缓移动,继续加热的目的是。

(3)步骤③中的一个错误是

。

(4)下面是某学生的实验数据,请完成下列问题:编号试管质量试管与晶体的总质量加热后试管与固体的总质量111.7g22.7g19.0g211.7g22.7g18.8g311.7g22.7g18.6g411.7g22.7g18.6g第3次加热后是否有必要再加热?(填“有”或“无”),根据上表计算CuSO4·xH2O中x(填“<”“>”或“=”)5。

解析:(4)实验中硫酸铜晶体质量是22.7g-11.7g=11g,第一次实验后残留固体质量为19.0g-11.7g=7.3g;第二次实验后残留固体质量为18.8g-11.7g=7.1g;第三次实验后残留固体质量为18.6g-11.7g=6.9g,剩余固体质量仍然在减少,因此第3次加热后仍然有必要再加热,直至两次称量差不超过0.1g或质量不再发生变化为止。第四次实验后残留固体质量是18.6g-11.7g=6.9g,与第三次相等,说明固体质量不再变化。若失去的完全是结晶水,则结晶水质量为m(H2O)=11g-6.9g=4.1g,m(CuSO4)=6.9g,则n(H2O)∶n(CuSO4)=4.1答案:(1)研钵2 (2)使冷凝在试管壁上的水全部逸出(3)加热后的CuSO4没有放在干燥器中冷却(4)有>数据测量“三注意”1.测定实验中要有消除干扰气体的意识如用惰性气体将干扰气体排出,或用溶液吸收干扰气体等。2.测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识如可采取反应结束后继续向装置中通入惰性气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。3.测定实验中要有“数据”的采集处理意识(1)称量固体质量时,中学一般用天平,可估读到0.1g,精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平。(2)测量液体体积时,一般实验中选用适当规格的量筒,可估读到0.1mL,准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管,可估读到0.01mL。容量瓶作为精密的定容仪器,用于配制一定物质的量浓度的溶液,一般不用于量取液体的体积。(3)气体除了量取外,还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法:一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值;另一种方法是称吸收装置吸收气体前后的质量增大值。(4)用pH试纸(测得整数值)或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH,经过计算可以得到溶液中H+或OH-的物质的量浓度。[对点精练4]某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。为确定其组成,进行如下实验。①氨的测定:精确称取wgX,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴加入足量10%NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1mLc1mol·L-1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶,用c2mol·L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2mLNaOH溶液。②氯的测定:准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。回答下列问题:(1)装置中安全管的作用原理是

。

(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用式滴定管,可使用的指示剂为。

(3)样品中氨的质量分数表达式为。

(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好,测定结果将(填“偏高”或“偏低”)。

(5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是

;滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×10-5mol·L-1,c(CrO42-)为mol·L-1。[已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×(6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,钴的化合价为。制备X的化学方程式为

;X的制备过程中温度不能过高的原因是

。

解析:(2)盛装氢氧化钠溶液应使用碱式滴定管,强碱滴定强酸,可以使用酚酞,也可以使用甲基红作指示剂。(3)总的HCl的物质的量减去氢氧化钠的物质的量即为氨气物质的量,所以氨的质量分数的表达式为(c1(4)气密性不好,会有一部分氨逸出,使测定结果偏低。(5)因为硝酸银见光易分解,所以使用棕色滴定管;由题意,c2(Ag+)×c(CrO42-)=1.12×10-12,c(CrO42-)=Kspc2(6)由题给条件,可以写出X的化学式为[Co(NH3)6]Cl3,由化合物中正负化合价代数和为0计算得Co的化合价为+3价。制备X的化学方程式为2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O;反应物中有NH3和H2O2,温度过高,会使过氧化氢分解、氨气逸出,不利于X的制备。答案:(1)当A中压强过大时,安全管中液面上升,使A瓶中压强稳定(2)碱酚酞(或甲基红)(3)(c1(4)偏低(5)防止硝酸银见光分解2.8×10-3(6)+32CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O温度过高会使过氧化氢分解、氨气逸出考点3探究型综合实验角度一反应产物的确定一、对反应产物成分的实验探究同一化学反应,可能会由于条件的不同、反应物用量不同等生成不同的产物,或生成几种产物的混合物。通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质,对这些物质逐一利用学过的物质检验、鉴别等方法来确定究竟含有哪些成分,这就是物质成分的探究。二、物质实验探究设计需要注意的问题1.有水蒸气生成时,先检验水蒸气再检验其他成分。2.对于需要进行转化才能检测的成分要注意排除干扰。如CO的检验,要先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,先除去CO2后才能对CO实施转化,最后再检测转化生成的CO2。3.若试题只给出部分药品和装置,则应给出必要的补充;若给出多余的试剂品种,则应进行筛选。4.注重答题的规范性,有些题目要求指出试剂的名称。如无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、饱和NaHCO3溶液等。[典例5]硫酸亚铁在印染、医药、化肥等多个行业有广泛应用。某学习小组对硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的热分解产物进行探究。回答下列问题:(1)装置A中石棉绒的作用为;装置D中的仪器名称为。

(2)按气流方向,上述装置合理的连接顺序为a→g、f→、→、→h(填装置口小写字母)。

(3)该小组同学按上述顺序连接各装置并进行实验,请为他们补全表格:装置编号填装试剂实验现象实验结论AFeSO4·7H2O绿色固体逐渐变为红色粉末B①

②

分解产物中含有SO2CBaCl2溶液产生白色沉淀③

D无水CuSO4粉末白色固体逐渐变为蓝色分解产物中含有水蒸气E④

(4)硫酸亚铁晶体分解的化学方程式为。(5)设计实验证明A中得到的红色粉末不含+2价铁元素:

(简述实验操作及现象)。解析:(2)装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置,装置B盛放品红溶液,检验SO2,装置C盛放BaCl2溶液,检验SO3,装置D无水CuSO4粉末,检验分解产物中的水蒸气,装置E盛放氢氧化钠溶液,吸收尾气。这三种生成物应该先检验水蒸气,再检验SO3,最后检验SO2,因为检验SO2和SO3时都有水溶液,会带出水蒸气,SO3极易溶于水且和水反应,所以连接顺序为a→g、f→e、d→c、b→h。(3)装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解装置,煅烧后绿色固体逐渐变为红色粉末,说明生成了Fe2O3;装置B盛放品红溶液,用于检验SO2,品红溶液褪色,说明分解产物中含有SO2;装置C盛放BaCl2溶液,用于检验SO3,产生白色沉淀,说明分解产物中含有SO3;装置D无水CuSO4粉末,检验分解产物中的水蒸气,白色固体逐渐变为蓝色,说明分解产物中含有水蒸气;装置E盛放氢氧化钠溶液,进行尾气处理。(4)硫酸亚铁晶体煅烧得到红色固体为氧化铁,同时生成二氧化硫、三氧化硫和水,分解的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3+SO3↑+SO2↑+14H2O↑。(5)证明A中得到的红色粉末不含+2价铁元素,需要取实验后反应管中少量固体,溶于稀盐酸后,向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成,证明A中得到的红色粉末不含+2价的铁元素。答案:(1)防止固体粉末堵塞导管(球形)干燥管(2)edcb(3)①品红溶液②溶液由红色褪为无色③分解产物中含有SO3④NaOH溶液(4)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑(5)取实验后反应管中少量固体,溶于稀盐酸后,向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,不产生蓝色沉淀(用硫酸溶解,酸性高锰酸钾检验Fe2+也可以)反应产物确定的解题方略[对点精练5]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。(假设装置内药品均足量,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,说明产物中有(填化学式)生成。

(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)某同学认为产物中还应有H2O和Cl2。该同学从理论上分析认为有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实验过程中G中的现象为。

(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,经碱石灰干燥后,能使铜粉由红色变为黑色,说明生成了CuO,所以分解产物中含有O2。(2)产生的能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体为氨气,发生反应为Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑,说明D中固体为Mg3N2,据此可判断NH4ClO4受热分解产物中有N2生成。(3)根据分析可知,NH4ClO4分解产物中含有O2和N2,O2和N2都是氧化产物,根据氧化还原反应规律,还应存在还原产物,从而判断出氯元素的化合价降低,可能生成氯气。(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,再用溴化钾溶液检验氯气,其现象是溶液变为橙黄色;为了防止多余的氯气污染环境,还需要使用尾气吸收装置,所以按气流从左至右,装置的连接顺序为A→H→G→F。(5)NH4ClO4分解生成氮气、氧气、氯气和水,结合电子得失守恒、原子守恒配平可得2NH4ClO4N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑。(6)在实验过程中仪器E中装有碱石灰的目的是吸收空气中的二氧化碳和水蒸气,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,镁粉与装置中的氧气、氮气反应,造成产物质量增大,会造成计算结果偏大。答案:(1)O2(2)Mg3N2+6H2O3Mg(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)①H→G→F②溶液变为橙黄色(5)2NH4ClO4N2↑+2O2↑+Cl2↑+4H2O(6)吸收空气中的CO2和水蒸气偏大角度二物质性质探究物质性质实验探究是中学化学实验探究的重要内容。设计实验探究时,要求原理准确、步骤简便、现象明显、结论易得,且不对环境造成污染,中学化学物质性质实验探究的主要角度有:1.物质氧化性、还原性的判断。如探究SO2具有还原性的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中,通过酸性KMnO4溶液是否褪色来说明。2.物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究Fe3+的氧化性强于I2时,可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应,通过溶液是否变蓝色来说明Fe3+的氧化性大于I2。3.同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成。如通过Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg的活泼性强于Al。4.电解质强弱的判断。如探究一元酸HA是弱酸的方法是常温下配制NaA的溶液,测pH,若pH>7,则说明HA为弱酸。5.物质酸性强弱的判断。如探究碳酸和硅酸的酸性强弱,可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理,将CO2气体通入Na2SiO3溶液,看是否有白色胶状沉淀生成来判断。6.钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质以及是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。[典例6](2021·广东卷)含氯物质在生产生活中有重要作用。1774年,舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中,将它与浓盐酸混合加热,产生了一种黄绿色气体。1810年,戴维确认这是一种新元素组成的单质,并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl2的化学方程式为

。

(2)实验室制取干燥Cl2时,净化与收集Cl2所需装置的接口连接顺序为。(3)某氯水久置后不能使品红溶液褪色,可推测氯水中已分解。检验此久置氯水中Cl-存在的操作及现象是

。

(4)某合作学习小组进行以下实验探究。①实验任务通过测定溶液电导率,探究温度对AgCl溶解度的影响。②查阅资料电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时,强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大;离子浓度一定时,稀溶液电导率随温度的升高而增大。25℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10。③提出猜想猜想a:较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。猜想b:AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。④设计实验、验证猜想取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液),在设定的测试温度下,进行表1中实验1～3,记录数据。表1实验序号试样测试温度/℃电导率/(μS·cm-1)1Ⅰ:25℃的AgCl饱和溶液25A12Ⅱ:35℃的AgCl饱和溶液35A23Ⅲ:45℃的AgCl饱和溶液45A3⑤数据分析、交流讨论25℃的AgCl饱和溶液中,c(Cl-)=