2025届高三化学二轮专题突破-物质制备实验【解析】

物质制备实验【真题导引】1.(2023·江苏卷)实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO4·H2O,其实验过程可表示为制取MgSO4·H2O晶体。在如图乙所示的实验装置中,搅拌下,使一定量的MgSO3浆料与H2SO4溶液充分反应。MgSO3浆料与H2SO4溶液的加料方式是

。

答案用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈烧瓶中缓慢滴加硫酸溶液解析在进行含固体物质的反应物与液体反应的实验时,应将含固体物质的反应物放在三颈烧瓶中,通过滴液漏斗滴加液体,H2SO4溶液的滴加速率要慢,以免H2SO4过量。2.(2021·江苏卷)以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级MnO2。(1)浸取。将一定量软锰矿粉与Na2SO3、H2SO4溶液中的一种配成悬浊液,加入三颈瓶中(装置如图1),70℃下通过滴液漏斗缓慢滴加另一种溶液,充分反应,过滤。滴液漏斗中的溶液是;MnO2转化为Mn2+的离子方程式为

。

(2)制备MnCO3。在搅拌下向100mL1mol·L-1MnSO4溶液中缓慢滴加1mol·L-1NH4HCO3溶液,过滤、洗涤、干燥,得到MnCO3固体。需加入NH4HCO3溶液的体积约为mL。

答案(1)H2SO4MnO2+SO32−+2H+===Mn2++S解析(1)软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)与H2SO4溶液混合后,软锰矿粉中金属氧化物会溶解,但MnO2和Si的氧化物不会被溶解,所以需通过Na2SO3溶液与MnO2在酸性条件下发生氧化还原反应将MnO2转化为Mn2+,为控制开始时三颈瓶中的反应,H2SO4溶液要最后加入;MnO2在酸性条件下被SO32−还原为Mn2+,SO32−被氧化为SO42−,结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式。(2)反应方程式为MnSO4+2NH4HCO3===MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑,即MnSO4~2NH4HCO3,NH4HCO3.(2024·河北卷)市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。回答下列问题:(1)装置如图(夹持装置等略),将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中,水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为;

CaBr2溶液的作用为

;

D中发生的主要反应的化学方程式为

。

(2)将D中溶液转移至(填仪器名称)中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为

。

(3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓H2SO4,水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏,得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为

和。

(4)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为:漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用,滤液沿烧杯壁流下。

答案(1)直形冷凝管抑制液溴与水反应;除去Cl2K2C2O4+Br22CO2↑+2KBr(2)蒸发皿2MnO4−+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H(3)冷凝减少溴的挥发(4)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处解析(1)由仪器C的构造特点及在实验中的作用可知,仪器C为直形冷凝管。CaBr2溶液中的Br-可抑制液溴与水反应,并可将Cl2还原为Cl-,蒸馏时增大液溴的馏出量。仪器D中K2C2O4溶液吸收蒸馏出的Br2和I2,发生氧化还原反应,溴和碘分别转化为-1价,碳被氧化为CO2,由于馏分中的I2含量少,故D中发生的主要反应的化学方程式是K2C2O4+Br22CO2↑+2KBr。(2)由(1)中分析可知,D中有I-生成,则将仪器D中接收的溶液转移至蒸发皿中,边加热边向其中滴加酸性KMnO4溶液,KMnO4将I-氧化生成单质碘,离子方程式是2MnO4−+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H2O。(3)(2)中所得固体R的主要成分为KBr,蒸馏装置中KBr被K2Cr2O7氧化为溴蒸气,进入装置D中遇冷的蒸馏水液化,沉入蒸馏水底部,蒸馏水起到冷凝和减少溴的挥发的作用。(4)转移滤液时要用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处,考情分析:江苏高考实验综合主要结合一定信息情境或实验工艺流程,考查物质制备、性质探究、定量分析、实验方案设计等。考查角度:物质制备。【核心整合】1.解答物质制备综合实验题的一般程序(1)认真阅读题干,提取有用信息,包括实验目的、反应条件、陌生物质的性质、陌生反应原理等。(2)仔细观察装置图(或框图),联想熟悉的实验,找出每件仪器(或步骤)与熟悉的某一实验相似的地方,分析每件仪器中所装药品的作用。(3)通读问题,整合信息,把所有的问题进行综合分析,运用题给信息和化学基础知识做出正确解答。2.记住物质制备实验操作中应注意的四个问题(1)实验操作顺序。如与气体有关实验的操作为:装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。(2)加热操作的要求。主体实验加热前一般应先用原料气赶走空气后,再点燃酒精灯,其目的一是防止爆炸,如H2还原CuO、CO还原Fe2O3;二是保证产品纯度,如制备Mg3N2、CuCl2等。反应结束时,应先熄灭酒精灯,继续通原料气直到冷却为止。(3)尾气处理方法。有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃,无毒气体直接排放。(4)特殊的实验装置。(1)制取在空气中易吸水、潮解以及易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。(2)用碱石灰吸收测定实验中生成CO2的质量时,前面要干燥,末端要防止空气中的水蒸气和CO2进入。【模拟预测】1.(2024·南通一模)学习小组利用废银催化剂制备乙炔银(Ag2C2)和酸性乙炔银(Ag2C2·nAgNO3)。已知乙炔银和酸性乙炔银在受热时均易发生分解。(1)制取乙炔。利用如图装置制取纯净的乙炔。①电石与水反应剧烈,为减缓反应速率,在不改变电石用量和大小的情况下,可采取的措施有

(写两点)。

②电石主要含CaC2,还含有CaS等杂质。洗气瓶中CuSO4溶液的作用是。

(2)制备乙炔银。向含有Ag(NH3)2OH的溶液中通入乙炔可得到乙炔银沉淀。写出生成乙炔银的化学方程式:

。

答案(1)①使用饱和食盐水代替水;减缓分液漏斗中液体的滴加速率②除去H2S气体(2)C2H2+2Ag(NH3)2OH+2H2O===Ag2C2↓+4NH3·H2O解析(1)①为减缓反应速率,在不改变电石用量和大小的情况下,可以使用饱和食盐水代替水或者减缓分液漏斗中液体的滴加速率;②洗气瓶中CuSO4溶液与H2S反应生成硫化铜沉淀,洗气瓶中CuSO4溶液的作用是除H2S;(2)向含有Ag(NH3)2OH的溶液中通入乙炔可得到乙炔银沉淀,方程式为C2H2+2Ag(NH3)2OH+2H2O===Ag2C2↓+4NH3·H2O。2.(2024·苏州三模)三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。实验室欲制备少量三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。已知:K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(Mr=491g·mol-1)为翠绿色晶体,难溶于乙醇;0℃时在水中溶解度为4.7g,100℃时溶解度为117.7g。Ⅰ.制备Fe(OH)3:称取2.0g莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2]于锥形瓶中,溶于水,滴加足量6%H2O2,加热并搅拌。当变成红褐色后,再煮沸十分钟,冷却后,过滤、洗涤。Ⅱ.制备草酸氢钾:称取2.0gH2C2O4·2H2O溶于20mL水中,加入1.2gK2CO3,反应生成KHC2O4。Ⅲ.制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。步骤如图:请回答下列问题:(1)Ⅰ中制备Fe(OH)3的离子反应方程式为

。

(2)Ⅲ中制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体①步骤1装置中仪器a的名称为。

②步骤2的操作名称是,步骤3采用冰水冷却的目的为。

③过滤后需要用乙醇溶液洗涤,其优点是

。

(3)三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体具有光敏性,在强光下分解生成FeC2O4、K2C2O4和CO2等,该反应的化学方程式为。

答案(1)2Fe2++H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4H+(2)①分液漏斗②蒸发浓缩降低三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体的溶解度,使其充分析出,提高产率③减少晶体的损失,提高产率;乙醇易挥发,有利于获得干燥产品(3)2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑+6H2O解析(1)莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2]中铁元素化合价为+2价,加入H2O2反应生成Fe(OH)3,Fe化合价升高,O元素化合价降低,离子反应方程式为2Fe2++H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4H+;(2)①仪器a的名称为分液漏斗;②步骤2是从溶液中加热得到晶体,操作名称是蒸发浓缩;由于K3[Fe(C2O4)3]·3H2O在冰水中溶解度小,所以步骤3采用冰水冷却的目的是降低三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体的溶解度,使其充分析出,提高产率;③由于K3[Fe(C2O4)3]·3H2O难溶于乙醇且乙醇易挥发,所以过滤后需要用乙醇溶液洗涤优点是减少晶体损失,提高产率;乙醇易挥发,有利于产品干燥;(3)三草酸合铁(Ⅲ)酸钾{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}在强光下分解生成草酸亚铁(FeC2O4),Fe元素化合价降低,则C元素化合价升高,生成CO2,反应的化学反应方程式为2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑+6H2O。3.(2023·盐城二模)亚硝基硫酸(NOHSO4)常温下为颗粒状晶体,干燥时稳定,不溶于CCl4,在水溶液中难电离,制备原理为HNO3+SO2===NOHSO4。实验装置如图1。已知:Ⅰ.制备NOHSO4过程中控制温度不高于59℃。Ⅱ.发烟硝酸为含硝酸90%~97.5%的液体。NOHSO4的制备:反应过程中,NOHSO4和HNO3的物质的量随时间的变化如图2所示。生成NOHSO4的物质的量小于硝酸减少的物质的量,可能的原因是。

答案硝酸会挥发和分解解析从图2中看出10min前,硝酸减少量高于亚硝基硫酸的增加量,这是因为硝酸具有挥发性,也容易在常温下分解。4.(2023·淮阴中学模拟)三氯化铬是很多含铬化合物的起始原料。实验室利用Cr2O3固体和CCl4反应制备无水CrCl3,并收集该反应产生的光气(COCl2),实验装置如图1所示(夹持及加热装置已省略)。已知:Ⅰ.光气与水易反应,能溶于CCl4溶液;Ⅱ.有关物质熔沸点如下表:物质Cr2O3CrCl3CCl4COCl2熔点/℃14351152-23-118沸点/℃40001300768.2(1)组装好装置,检查气密性完好后往装置中加料,保持K1、K2、K3处于打开状态,接着通入N2,此时通入N2的目的是。

(2)通入N2一段时间后,保持K1、K2打开,关闭K3,将装置A在85℃下进行水浴加热,此时B中发生反应的化学方程式为

。

(3)待B中反应结束后,停止高温加热,将装置C在30℃下进行水浴加热,同时关闭K1、K2,打开K3,温度计显示的温度为℃。

(4)实验结束后,E中溶质除了有NaOH,还含有(填化学式)。

答案(1)排净装置中的空气(2)Cr2O3+3CCl42CrCl3+3COCl2(3)8.2(4)NaCl和Na2CO3解析结合本实验目的和实验装置可知装置B为反应发生装置,CD可用于光气的分离,NaOH则为尾气处理装置,结合具体有关物质的性质以及已知信息可分析得出答案;(1)实验装置中残留的空气会影响目标产物的制备,故通入N2目的是为了排净装置中的空气;(2)装置A在85℃下进行水浴加热,温度达到CCl4沸点,挥发进入装置B中与Cr2O3在700~800℃条件下发生反应,得到产物CrCl3和COCl2,由此可写出化学方程式:Cr2O3+3CCl42CrCl3+3COCl2;(3)装置B中反应结束后,生成的光气在CCl4中溶解,可根据二者的沸点不同进行分离,当温度达到8.2℃时,即可将光气蒸馏并收集,故温度应为8.2℃;(4)装置B中生成的光气易与水反应生成CO2和HCl,故E装置中除了有NaOH外,还会有Na2CO3和NaCl。5.(2024·新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用,一种合成1⁃(4⁃甲氧基苯基)⁃2,5⁃二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下:实验装置如图所示,将100mmol己⁃2,5⁃二酮(熔点:-5.5℃,密度:0.737g·cm-3)与100mmol4⁃甲氧基苯胺(熔点:57℃)放入①中,搅拌。待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问