高考化学二轮复习讲练测专题12 综合实验设计与评价（讲）（教师版）

专题12综合实验设计与评价考纲1．了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。了解实验探究的一般过程；2．了解化学实验的绿色化和安全性要求，树立绿色化学思想，形成环境保护的意识；能识别化学品安全使用标识。了解实验室一般事故的预防和处理方法；3．了解中学化学实验室常用仪器的主要用途和使用方法。初步掌握天平、酸碱滴定管等仪器的使用方法。初步了解中和滴定的原理和方法；4．了解对物质进行定性研究和定量分析的基本方法；5．了解常见气体和一些简单化合物的制备原理和方法；6．认识反应条件控制在化学实验研究中的意义，初步掌握控制反应条件的方法。7．掌握一定溶质质量分数、物质的量浓度溶液的配制方法。初步掌握测定溶液pH的方法；8．能根据物质的特性，运用过滤、蒸发、蒸馏、结晶、萃取等方法分离和提纯常见的物质。了解层析是一种分离和提纯物质的方法；9．能对常见的物质进行检验和分析。初步了解常见物质的组成和结构的检测方法，并初步掌握其操作技能；10．能发现生产、生活和化学实验研究中有意义的化学问题。11．能绘制和识别简单的实验仪器装置图。能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并能对设计的实验方案进行分析、比较、优化和改进；12．能通过化学实验收集有关数据和事实，并科学地进行分析和处理。考情预测通过近几年的高考实验研究发现，以物质的制备流程、物质的性质探究为载体，考查化学实验的设计及评价能力已成为高考实验的首选。近年高考综合实验试题往往是在教材实验、演示实验或考生已有实验知识的基础上进行改进，创设新情镜，提出新问题，考查考生的创新意识和对实验过程的评价能力。主要体现在以下几个方面：(1)根据题干给予的新信息，预测实验现象等。(2)药品使用创新、仪器功能拓展、实验操作改变创新和实验操作新途径开辟等。(3)面对新情境，能够正确提取并处理信息(准确提炼规律、严密推理分析、做出合理解释等)。(4)面对新问题，能够全面深入思考，合理优化结构，准确深刻评价等。核心素养

科学探究与创新意识科学态度与社会责任高频考点一常见物质的制备1．物质制备的基本过程(1)明确物质制备原理：进行物质制备实验设计前必须先认真审题，明确要制备的物质，弄清题目有哪些新信息，综合学过的知识，通过类比、分析、迁移，从而明确制备原理。(2)选择实验仪器与实验试剂：根据制备的物质的性质、需要的反应条件，选择合理的实验仪器和试剂。例如：制备的物质具有强烈的腐蚀性，就不能选用橡胶管连接实验仪器；若反应条件是加热，且温度不超过100℃，就可以选择水浴加热装置。(3)设计物质制备步骤：根据物质制备的原理以及所选用的实验仪器和试剂，设计出合理的实验装置和实验操作步骤，实验步骤应完整、简明。考生应该具备识别典型的实验仪器装置图的能力，这是评价实验方案的能力之一。(4)检验制备物质的纯度：采用可行的方法对制备的物质进行检验，确定实验是否成功。2．物质制备与提纯的思维流程3．制备实验方案设计的基本思路4．有气体参加的反应实验方案设计(装置连接)的基本思路【典例剖析】【例1】(2022•山东卷)实验室利用FeCl2∙4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2沸点为76℃，遇水极易反应生成两种酸性气体。回答下列问题：(1)实验开始先通N2。一段时间后，先加热装置_______(填“a”或“b”)。装置b内发生反应的化学方程式为_______。装置c、d共同起到的作用是_______。(2)现有含少量杂质的FeCl2∙H2O，为测定n值进行如下实验：实验Ⅰ：称取m1g样品，用足量稀硫酸溶解后，用cmol·L-1K2Cr2O7标准溶液滴定达终点时消耗(滴定过程中Cr2O72-转化为Cr3+，不反应)。实验Ⅱ：另取m1g样品，利用上述装置与足量SOCl2反应后，固体质量为m2g。则_______；下列情况会导致n测量值偏小的是_______(填标号)。A．样品中含少量杂质B．样品与SOCl2反应时失水不充分C．实验Ⅰ中，称重后样品发生了潮解D．滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成(3)用上述装置、根据反应TiO2+CCl4=TiCl4+CO2制备TiCl4。已知TiCl4与CCl4分子结构相似，与CCl4互溶，但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸榴提纯(加热及夹持装置略)，安装顺序为①⑨⑧_______(填序号)，先馏出的物质为_______。【答案】(1)

a

FeCl2∙4H2O+4SOCl2FeCl2+4SO2↑+8HCl↑

冷凝回流SOCl2(2)

AB(3)

⑥⑩③⑤

CCl4【解析】SOCl2与H2O反应生成两种酸性气体，FeCl2∙4H2O与SOCl2制备无水FeCl2的反应原理为：SOCl2吸收FeCl2∙4H2O受热失去的结晶水生成SO2和HCl，HCl可抑制FeCl2的水解，从而制得无水FeCl2。(1)实验开始时先通N2，排尽装置中的空气，一段时间后，先加热装置a，产生SOCl2气体充满b装置后再加热b装置，装置b中发生反应的化学方程式为FeCl2∙4H2O+4SOCl2FeCl2+4SO2↑+8HCl↑；装置c、d的共同作用是冷凝回流SOCl2；(2)滴定过程中Cr2O72-将Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原成Cr3+，反应的离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O，则m1g样品中n(FeCl2)=6n(Cr2O72-)=6cV×10-3mol；m1g样品中结晶水的质量为(m1-m2)g，结晶水物质的量为mol，n(FeCl2)：n(H2O)=1：n=(6cV×10-3mol)：mol，解得n=；A项，样品中含少量FeO杂质，溶于稀硫酸后生成Fe2+，导致消耗的K2Cr2O7溶液的体积V偏大，使n的测量值偏小，A项选；B项，样品与SOCl2反应时失水不充分，则m2偏大，使n的测量值偏小，B项选；C项，实验I称重后，样品发生了潮解，样品的质量不变，消耗的K2Cr2O7溶液的体积V不变，使n的测量值不变，C项不选；D项，滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成，导致消耗的K2Cr2O7溶液的体积V偏小，使n的测量值偏大，D项不选；故选AB。(3)组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯，按由下而上、从左到右的顺序组装，安装顺序为①⑨⑧，然后连接冷凝管，蒸馏装置中应选择直形冷凝管⑥、不选用球形冷凝管⑦，接着连接尾接管⑩，TiCl4极易水解，为防止外界水蒸气进入，最后连接③⑤，安装顺序为①⑨⑧⑥⑩③⑤；由于TiCl4、CCl4分子结构相似，TiCl4的相对分子质量大于CCl4，TiCl4分子间的范德华力较大，TiCl4的沸点高于CCl4，故先蒸出的物质为CCl4。【例2】(2022•全国乙卷)二草酸合铜(Ⅱ)酸钾(K2Cu[(C2O4)2])可用于无机合成、功能材料制备。实验室制备二草酸合铜(Ⅱ)酸钾可采用如下步骤：Ⅰ.取已知浓度的CuSO4溶液，搅拌下滴加足量溶液，产生浅蓝色沉淀。加热，沉淀转变成黑色，过滤。Ⅱ.向草酸(H2C2O4)溶液中加入适量K2CO3固体，制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液。Ⅲ.将Ⅱ的混合溶液加热至80-85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁热过滤。Ⅳ.将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩，经一系列操作后，干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体，进行表征和分析。回答下列问题：(1)由CuSO4·5H2O配制Ⅰ中的CuSO4溶液，下列仪器中不需要的是________(填仪器名称)。(2)长期存放的CuSO4·5H2O中，会出现少量白色固体，原因是________。(3)Ⅰ中的黑色沉淀是________(写化学式)。(4)Ⅱ中原料配比为n(H2C2O4)：n(K2CO3)=1.5：1，写出反应的化学方程式________。(5)Ⅱ中，为防止反应过于剧烈而引起喷溅，加入K2CO3应采取________的方法。(6)Ⅲ中应采用________进行加热。(7)Ⅳ中“一系列操作”包括________。【答案】(1)分液漏斗和球形冷凝管(2)CuSO4·5H2O风化失去结晶水生成无水硫酸铜(3)CuO(4)3H2C2O4+2K2CO3=2KHC2O4+K2C2O4+2H2O+2CO2↑(5)分批加入并搅拌(6)水浴(7)冷却结晶、过滤、洗涤【解析】取已知浓度的CuSO4溶液，搅拌下滴加足量NaOH溶液，产生浅蓝色沉淀氢氧化铜，加热，氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀，过滤，向草酸(H2C2O4)溶液中加入适量K2CO3固体，制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液，将KHC2O4和K2C2O4混合溶液加热至80-85℃，加入氧化铜固体，全部溶解后，趁热过滤，将滤液用蒸汽浴加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体。(1)由CuSO4·5H2O固体配制硫酸铜溶液，需用天平称量一定质量的CuSO4·5H2O固体，将称量好的固体放入烧杯中，用量筒量取一定体积的水溶解CuSO4·5H2O，因此用不到的仪器有分液漏斗和球形冷凝管。(2)CuSO4·5H2O含结晶水，长期放置会风化失去结晶水，生成无水硫酸铜，无水硫酸铜为白色固体。(3)硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应生成蓝色的氢氧化铜沉淀，加热，氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀。(4)草酸和碳酸钾以物质的量之比为1.5：1发生非氧化还原反应生成KHC2O4、K2C2O4、CO2和水，依据原子守恒可知，反应的化学方程式为：3H2C2O4+2K2CO3=2KHC2O4+K2C2O4+2H2O+2CO2↑。(5)为防止草酸和碳酸钾反应时反应剧烈，造成液体喷溅，可减缓反应速率，将碳酸钾进行分批加入并搅拌。(6)Ⅲ中将混合溶液加热至80-85℃，应采取水浴加热，使液体受热均匀。(7)从溶液获得晶体的一般方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，因此将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体。【变式探究】1．(2023·陕西省长安一中高三第二次质量检测)利用Cl2氧化K2MO4制备KMO4的装置如下图所示(夹持装置略)：已知：锰酸钾(K2MnO4)在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：3MnO42-+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4OH-。下列说法不正确的()A．向仪器a中加入水，盖好玻璃塞关闭止水夹，打开仪器a玻璃旋塞向烧瓶滴加水，若水一段时间不能滴下，则气密性良好B．装置A中发生反应的化学方程式为Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2OC．若去掉装置B，可能会导致KMnO4产率降低D．装置D中的作用是除去过量的氯气，以免污染环境【答案】A【解析】A项，仪器a为恒压滴液漏斗，无论装置气密性是否良好，打开活塞，液体都能顺利流下，不能检查装置的气密性，A错误；B项，装置A中的漂白粉，与浓盐酸反应，方程式为：Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O，B正确；C项，装置B中饱和食盐水是为了除去Cl2中的HCl，若去掉装置B，溶液在酸性条件下，会使KMO4产率降低，C正确；D项，Cl2有毒，会污染空气，用NaOH溶液进行尾气处理，D正确；故选A。2．(2022•海南省选择性考试)磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收氨气制备(NH4)2HPO4，装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。回答问题：(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)制备氨气的化学方程式为_______。(2)现有浓H3PO4质量分数为85%，密度为1.7g/mL。若实验需100mL1.7mol/L的H3PO4溶液，则需浓H3PO4_______mL(保留一位小数)。(3)装置中活塞的作用为_______。实验过程中，当出现_______现象时，应及时关闭，打开。(4)当溶液pH为8.0~9.0时，停止通NH3，即可制得(NH4)2HPO4溶液。若继续通入NH3，当时，溶液中OH-、_______和_______(填离子符号)浓度明显增加。(5)若本实验不选用pH传感器，还可选用_______作指示剂，当溶液颜色由_______变为_______时，停止通NH3。【答案】(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑(2)11.5(3)平衡气压防倒吸

倒吸(4)

NH4+

PO43-(5)酚酞

无

浅红【解析】本实验的实验目的为制备磷酸二氢铵[(NH4)2HPO4]，实验原理为2NH3+H3PO4=[(NH4)2HPO4]，结合相关实验基础知识分析解答问题。(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)在加热的条件下制备氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑；(2)根据公式可得，浓H3PO4的浓度，溶液稀释前后溶质的物质的量不变，因此配制100mL1.7mol/L的H3PO4溶液，需要浓H3PO4的体积V=；(3)由于NH3极易溶于水，因此可选择打开活塞K2以平衡气压，防止发生倒吸，所以实验过程中，当出现倒吸现象时，应及时关闭K1，打开K2；(4)继续通入NH3，(NH4)2HPO4继续反应生成(NH4)3PO4，当pH＞10.0时，溶液中OH-、NH4+

、PO43-的浓度明显增加；(5)由(4)小问可知，当pH为8.0~9.0时，可制得(NH4)2HPO4，说明(NH4)2HPO4溶液显碱性，因此若不选用pH传感器，还可以选用酚酞作指示剂，当溶液颜色由无色变为浅红时，停止通入NH3，即可制得(NH4)2HPO4溶液。3．(2022·山西省临汾市高考考前适应性训练)亚硝酰氯(NOCl)是重要的有机合成试剂，可由NO与Cl2在常温下合成。某学习小组在实验室利用如图装置制备亚硝酰氯。已知：①亚硝酰氯易水解，能与O2反应；②沸点：NOCl为-5.5℃，Cl2为-34℃，NO为-152℃；③常温下，2NO+Cl2=2NOCl2NO2+Cl2=2NO2Cl。请回答下列问题：(1)NOCl中N元素的化合价为_______；NOCl水解生成两种酸，其化学方程式为___________________________________。(2)实验所需的NO在A装置中制得，反应的离子方程式为_____________________。(3)装置B中所盛试剂为_______其作用是____________________________。(4)实验开始时，先关闭K3，打开K2、K4，从a处通一段时间氩气，其目的是_______。然后在a处接废气处理装置，关闭K1、K4，打开K3，再打开分液漏斗的活塞，滴加酸性FeSO4溶液，当观察到D中_______时，关闭K2，打开K1、K4，通干燥纯净的Cl2。(5)为收集产物和分离未反应的两种原料，E、F装置采用不同温度的低温浴槽，其中装置E的温度T区间应控制在_______，装置F的U形管中收集到的是_______。【答案】(1)+3

NOCl+H2O=HCl+HNO2(2)Fe2++NO2-+2H+=Fe3++NO↑+H2O(3)

水

将NO2转化为NO(4)

将E、F装置中的空气排出，防止亚硝酰氯水解和被氧气氧化

红棕色气体消失(5)

-34℃≤T＜-5.5℃

Cl2【解析】用NaNO2和硫酸酸化的FeSO4反应制取NO，通过装置B将杂质NO2转化为NO，再通过浓硫酸干燥NO，在D中和通入的氯气反应生成NOCl，在装置E中收集NOCl，在装置F中收集未反应的氯气，G中的氯化钙可以吸收空气中的水蒸气以防止NOCl水解，最后进行尾气处理。(1)NOCl中N的非金属性最弱，为正价，O和Cl均为负价，O为-2价，Cl为-1价，所以N元素的化合价为+3价；NOCl水解生成两种酸，分别为盐酸和亚硝酸，其化学方程式为：NOCl+H2O=HCl+HNO2。(2)在装置A中，NaNO2和硫酸酸化的FeSO4发生氧化还原反应，NaNO2被Fe2+还原为NO，Fe2+被氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：Fe2++NO2-+2H+=Fe3++NO↑+H2O。(3)装置A中生成了NO，NO容易被空气中的氧气氧化为NO2，装置A的液面上方有空气，空气中的氧气能将NO氧化为NO2，所以装置B中装有水，可以将NO2转化为NO：3NO2+H2O=2HNO3+NO。(4)亚硝酰氯易水解，能与O2反应，实验开始时，先关闭K3，打开K2、K4，从a处通一段时间氩气，其目的是将装置E、F中的空气排出，以免生成的NOCl和空气中的水蒸气、氧气反应。然后在a处接废气处理装置，关闭K1、K4，打开K3，再打开分液漏斗的活塞，滴加酸性FeSO4溶液，装置A产生的NO气体进入B中，混有的NO2被B中的水转化为NO，但装置B、C的液面上方有空气，NO会被氧化为NO2，装置D中的空气也能将NO氧化为NO2，所以在D中能观察到红棕色的气体，A装置中不断产生的NO将生成的NO2从K2排出，当观察到D中红棕色消失时，D中充满了纯净的NO，此时关闭K2，打开K1、K4，通干燥纯净的Cl2和NO反应。(5)为收集产物NOCl和分离未反应的两种原料NO和Cl2，根据三种物质的沸点，控制装置E的温度-34℃≤T＜-5.5℃，可收集NOCl，装置F的温度要低于-34℃，可将未反应的原料氯气冷凝。1．仪器的连接顺序：2．无机物制备实验题的解题模型3．有机制备实验题的解题思路根据题给信息，初步判定物质性质有机物制备中一般会给出相应的信息，通常会以表格的形式给出，表格中的数据主要是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解性，在分析这些数据时要多进行横向和纵向的比较。密度主要是与水比较，沸点主要是表中各物质间的比较，溶解性主要是判断溶还是不溶。主要是根据这些数据选择分离、提纯的方法注意仪器名称和作用所给的装置图中有一些不常见的仪器，要明确这些仪器的作用，特别是无机制备实验中不常见的三颈烧瓶、球形冷凝管等关注有机反应条件大多数有机反应副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，要注意控制反应条件，尽可能选择步骤少、副产物少的反应(由于副产物多，需要进行除杂、净化)。另外，若为两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些廉价的有机物，以提高另一种有机物的转化率和生成物的产率高频考点二化学实验条件的控制1．化学实验条件的控制方法 2．高考中常见实验条件的控制常见的操作思考方向加过量试剂使反应完全进行(或增大产率、提高转化率)加氧化剂(如H2O2)氧化还原性物质，生成目标产物或除去某种离子通入N2或其他惰性气体除去装置中的空气，排除氧气的干扰末端放置干燥管防止空气中的水蒸气或二氧化碳干扰实验调节溶液的pH①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)控制温度(水浴、冰浴、油浴)①防止副反应的发生②使化学平衡移动；控制化学反应的方向③控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)④控制反应速率；使催化剂达到最大活性⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点而挥发⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源消耗，降低对设备的要求洗涤晶体①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，同时防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗③用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等④洗涤沉淀的方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2~3次分离、提纯①过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等②从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥【典例剖析】【例1】(2022•全国甲卷)硫化钠可广泛用于染料、医药行业。工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品。回答下列问题：(1)工业上常用芒硝(Na2SO4·10H2O)和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生成CO，该反应的化学方程式为_______。(2)溶解回流装置如图所示，回流前无需加入沸石，其原因是_______。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜超过冷凝管高度的1/3.若气雾上升过高，可采取的措施是_______。(3)回流时间不宜过长，原因是_______。回流结束后，需进行的操作有①停止加热

②关闭冷凝水

③移去水浴，正确的顺序为_______(填标号)。A．①②③

B．③①②

C．②①③

D．①③②(4)该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是_______。过滤除去的杂质为_______。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是_______。(5)滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量_______洗涤，干燥，得到Na2S·H2O。【答案】(1)Na2SO4·10H2O+4CNa2S+4CO↑+10H2O(2)

硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质，这些杂质可以直接作沸石

降低温度(3)

硫化钠易溶于热乙醇，若回流时间过长，Na2S会直接析出在冷凝管上，使提纯率较低，同时易造成冷凝管下端堵塞，圆底烧瓶内气压过大，发生爆炸

D(4)

防止滤液冷却

重金属硫化物

温度逐渐恢复至室温(5)冷水【解析】本实验的实验目的为制备硫化钠并用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品，工业上常用芒硝(Na2SO4·10H2O)和煤粉在高温下生产硫化钠，反应原理为：Na2SO4·10H2O+4CNa2S+4CO↑+10H2O，结合硫化钠的性质解答问题。(1)工业上常用芒硝(Na2SO4·10H2O)和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生产CO，根据得失电子守恒，反应的化学方程式为：Na2SO4·10H2O+4CNa2S+4CO↑+10H2O；(2)由题干信息，生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质，这些杂质可以直接作沸石，因此回流前无需加入沸石，若气流上升过高，可直接降低降低温度，使气压降低；(3)硫化钠易溶于热乙醇，若回流时间过长，Na2S会直接析出在冷凝管上，使提纯率较低，同时易造成冷凝管下端堵塞，圆底烧瓶内气压过大，发生爆炸；回流结束后，先停止加热，再移去水浴后再关闭冷凝水，故正确的顺序为①③②，故选D。(4)硫化钠易溶于热乙醇，使用锥形瓶可有效防止滤液冷却，重金属硫化物难溶于乙醇，故过滤除去的杂质为重金属硫化物，由于硫化钠易溶于热乙醇，过滤后温度逐渐恢复至室温，滤纸上便会析出大量晶体；(5)乙醇与水互溶，硫化钠易溶于热乙醇，因此将滤液冷却、结晶、过滤后，晶体可用少量冷水洗涤，再干燥，即可得到Na2S·H2O。【例2】(2022•湖北省选择性考试)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42℃，易吸潮)可通过市售85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于21℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30℃)，高于则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如下(夹持装置略)：回答下列问题：(1)A的名称是___________。B的进水口为___________(填“a”或“b”)。(2)P2O5的作用是___________。(3)空气流入毛细管的主要作用是防止_________，还具有搅拌和加速水逸出的作用。(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是___________。(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入___________促进其结晶。(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为________(填标号)。A．20℃

B．30~35℃

C．42~100℃(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是___________。【答案】(1)

圆底烧瓶

b(2)干燥气体(3)溶液沿毛细管上升(4)使溶液受热均匀(5)磷酸晶体(6)C(7)磷酸可与水分子间形成氢键【解析】空气通过氯化钙除水，经过安全瓶后通过浓硫酸除水，然后通过五氧化二磷，干燥的空气流入毛细管对烧瓶中的溶液进行搅拌，同时还具有加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用，将85%磷酸溶液进行减压蒸馏除水、结晶除杂得到纯磷酸。(1)由仪器构造可知，仪器A为圆底烧瓶，仪器B为直形冷凝管，泠凝水应从b口近、a口出，形成逆流冷却，使冷却效果更好。(2)纯磷酸制备过程中要严格控制温度和水分，因此五氧化二磷的作用为干燥气体。(3)空气流入毛细管可以对烧瓶中的溶液进行搅拌，使受热均匀，同时还具有加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用。(4)升高温度能提高除水速度，而纯磷酸制备过程中要严格控制温度，水浴加热可以避免直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，使溶液受热均匀。(5)过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶体促进其结晶。(6)纯磷酸纯化过程中，温度低于21℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30℃)，高于1000℃则发生分子间脱水生成焦磷酸，纯磷酸的熔点为42℃，因此过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为42∼100℃，答案选C。(7)磷酸的结构式为：，分子中含羟基，可与水分子间形成氢键，因此磷酸中少量的水极难除去。【变式探究】1．(2023届·浙江省浙里卷天下高三开学测试)下列说法不正确的是()A．在酸性K2Cr2O7溶液中，若加入，溶液由橙色变成黄色；若加入Na2SO3，溶液则变成绿色B．用K2Cr2O7标准液润洗酸式滴定管后，应将润洗液从酸式滴定管下口放出C．酸或碱对酯的水解都有催化作用，在其他条件相同时，等量的酯在酸或碱催化下，水解效果差别不大D．为增强高锰酸钾的氧化性常对其进行酸化，酸化时常使用稀硫酸而不采用盐酸或硝酸【答案】C【解析】A项，在水溶液中橙红色的Cr2O72-与黄色的CrO42-有下列平衡关系：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+，K2Cr2O7溶液呈橙色，加入少量NaOH固体，中和氢离子，氢离子浓度降低，平衡向右移动，溶液呈黄色；若将NaOH溶液改成Na2SO3溶液，K2Cr2O7与Na2SO3溶液发生氧化还原反应生成Cr3+，溶液变成绿色，A正确；B项，用K2Cr2O7标准液润洗酸式滴定管后，应将润洗液从酸式滴定管下口放出，B正确；C项，酸或碱对酯的水解都有催化作用，在其他条件相同时，等量的酯在酸催化下，生成酸和醇，为可逆反应，而等量的酯在碱催化下，生成盐和醇，为不可逆反应，水解效果更彻底，C错误；D项，为增强高锰酸钾的氧化性常对其进行酸化，酸化时常使用稳定的稀硫酸而不采用具有还原性的盐酸或具有氧化性的硝酸，D正确；故选C。2．(2022·四川省成都市高三模拟)实验室在非水体系中合成CrCl3(THF)3[化学名称为三氯三(四氢呋喃)合铬(Ⅲ)]的原理为CrCl3+3THFCrCl3(THF)3。相关物质性质见下表：物质摩尔质量熔点(℃)沸点(℃)密度(g·cm-3)THF(四氢呋喃)72-108660.89CrCl3158.583CrCl3(THF)3374.5143实验步骤如下：①按图所示组装仪器。②填装反应物：称取6.340g(0.04mol)无水CrCl3和0.20g锌粉放入纸质反应管(用滤纸制作)内，双颈烧瓶中加入100mL无水THF(四氢呋喃，过量)。③合成CrCl3(THF)3：先通入一段时间N2后，然后在球形冷凝管中通入冷却水，加热THF至沸腾，THF蒸气通过联接管进入提取管中，在冷凝管中冷凝回流到纸质反应管中进行反应，当纸质反应管中的液面高于虹吸管最高处时，发生虹吸现象，纸质管中的液体流入双颈烧瓶，从而实现了THF与CrCl3的连续反应及产物的连续萃取。④分离CrCl3(THF)3：回流2.5h，再通入N2冷却至室温。取下双颈烧瓶，在通风橱中蒸发THF至有较多固体析出，冷却、抽滤、干燥称量，得产品6.290g。请回答：(1)步骤①后需进行的实验操作是___________，步骤③中冷却水进水口是___________(填“a”或“b”)。(2)CrCl3和CrCl3(THF)3在THF的溶解性分别为___________、___________(填“溶”或“不溶”)。(3)步骤③通入N2的目的可能是___________。(4)该实验中THF的作用是___________。(5)该实验过程用电热套加热，不可用明火直接加热的原因是___________。(6)本实验制得产品CrCl3(THF)3的产率为___________(保留3位有效数字)。【答案】(1)检查装置的气密性

a(2)

不溶

溶(3)排尽装置内的空气，防止空气中水蒸气对产物造成影响(4)反应物和萃取剂(5)THF易挥发、易燃，遇明火可能发生爆炸(6)42.0%【解析】(1)实验仪器连接好后，首先需要检查装置气密性；冷却水是下面进上面出，这样冷凝效果最好，应该从a口进；(2)由实验步骤③中实验原理可知，四氢呋喃在圆底烧瓶和纸质反应器中循环，只有CrCl3不溶于四氢呋喃、CrCl3(THF)3溶于四氢呋喃方能实现四氢呋喃与CrCl3的连续反应及产物的连续萃取，故CrCl3和CrCl3(THF)3在THF的溶解性分别为不溶、溶；(3)根据题意，该实验要在在非水体系中合成CrCl3(THF)3，因此实验开始之前需先通入一段时间N2，排除装置内的空气，防止空气中的水蒸气对产物造成影响；(4)由题目中的信息可知，THF是反应物之一，另外通过第2问的分析可知，THF是萃取剂；(5)由题中表格信息可知THF沸点较低，且可以燃烧，故不可以用明火直接加热的原因是THF易挥发，易燃，遇明火可能发生爆炸；(6)由题可知四氢呋喃过量，假设理论上生成CrCl3(THF)3的质量为，则根据反应原理有：则有，所以本实验制备产品CrCl3(THF)3的产率为。3．连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，可以用作染色工艺的还原剂，纸浆、肥皂等的漂白剂。Na2S2O4易溶于水，难溶于甲醇，在碱性介质中较稳定，在潮湿空气中易被氧化生成两种常见的酸式盐。锌粉法制备Na2S2O4的工艺流程如图所示：回答下列问题：(1)保险粉水溶液有极强的还原性，在空气中被氧化生成NaHSO3的离子方程式为。(2)下列说法错误的是________。A．将锌粉投入水中形成悬浮液主要是为了加快反应速率B．向Na2S2O4溶液中加NaCl溶液或固体对Na2S2O4的产率无明显影响C．洗涤Na2S2O4·2H2O时用冰水效果好于常温蒸馏水D．该流程中涉及化合反应、分解反应、复分解反应，不涉及氧化还原反应(3)步骤需要控制温度在35℃的原因是__________________________已知pH>11时，Zn(OH)2转化为ZnO2-，为了使Zn2+沉淀完全，则加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH范围是______________(25℃时Ksp[Zn(OH)2]=1.0×1017，35℃时Ksp与Kw的变化可忽略)｡(4)“后续处理”过程中主要包括“过滤、洗涤、干燥”，洗涤方法：在无氧环境中，_________________；干燥步骤如图所示，选用此装置的目的是_______________________。(5)为测定所制保险粉的纯度，取ag产品溶于适量NaOH溶液，加入亚甲基蓝指示剂，用cmol·L-1的K3[Fe(CN)6]标准溶液滴定，至终点时消耗K3[Fe(CN)6]标准溶液VmL。已知：[Fe(CN)6]3-被还原为[Fe(CN)6]4-，S2O42-被氧化为SO32。产品中Na2S2O4的质量分数为___________________(列出计算式)。【答案】(1)2S2O42-+O2+2H2O==4HSO3-(2)BD(3)温度低于35℃，反应速率太慢，温度太高，Na2S2O4容易分解(1分)[8-11)(4)加入甲醇溶液至浸没晶体，待甲醇溶液顺利流下后，重复2～3次即可抽除空气，避免保险粉被氧化，减压，有利于脱去甲醇(5)【解析】由流程图可知，锌粉与二氧化硫反应生成ZnS2O4，向ZnS2O4溶液中加入氢氧化钠溶液，两者反应生成氢氧化锌沉淀和Na2S2O4，过滤后，向Na2S2O4溶液中加入NaCl固体降低Na2S2O4溶解度，析出Na2S2O4·2H2O晶体，过滤后，使Na2S2O4·2H2O晶体脱去结晶水生成Na2S2O4。(1)保险粉水溶液有极强的还原性，在空气中被氧化生成NaHSO3，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得该反应的离子方程式为2S2O42-+O2+2H2O==4HSO3-。(2)A项，将锌粉投入水中形成悬浮液可增大与二氧化硫的接触面积，加快反应速率，故A正确；B项，加NaCl固体和冷却搅拌都有利于溶解平衡逆向移动，可析出更多的Na2S2O4·2H2O，若使用NaCl溶液，会降低钠离子浓度使析出的Na2S2O4·2H2O减少，Na2S2O4产率降低，故B错误；C项，用冰水洗涤可减少Na2S2O4·2H2O的损失，故C正确；D项，锌粉与二氧化硫的反应是化合反应，反应中元素有化合价变化，也是氧化还原反应，ZnS2O4溶液与NaOH溶液的反应是复分解反应，加热Na2S2O4·2H2O的反应是分解反应，故D错误；故选BD。(3)温度低于35℃，反应速率太慢，温度太高，Na2S2O4容易分解，所以步骤②需要控制温度在35℃。Zn2+沉淀完全，即c(Zn2+)≤10-5，c(Zn2+)=10-5时，1.0×1017=10-5×c2(OH-)，解得：c(OH-)=10-6，c(H+)==10-8，pH=8。当c(Zn2+)＜10-5时，OH-浓度比10-6大，碱性更强，pH＞8，当pH>11时，Zn(OH)2转化为ZnO22-，所以，为了使Zn2+沉淀完全，需控制pH范围在[8-11)；增大c(Na+)，使平衡Na2S2O4(s)2Na+(aq)+S2O42-(aq)逆向移动，便于Na2S2O4晶体析出；(4)结合Na2S2O4在空气中极易被氧化，不溶于甲醇，易溶于水，遇水迅速分解为亚硫酸氢钠和硫代硫酸钠，在碱性介质中较稳定的性质，步骤IV保险粉的洗涤方法：在无氧环境中，加入甲醇溶液至浸没晶体，待甲醇溶液顺利流下后，重复2～3次即可；如图为减压干燥装置，可以抽除空气，避免保险粉被氧化；也可以减压，有利于脱去甲醇；(5)根据题干信息“[Fe(CN)6]3-被还原为[Fe(CN)6]4-，S2O42-被氧化为SO32-”可知，Fe元素化合价降低1价，S元素化合价从+3升高到+4价，S2O42-共升高2价，结合电子转移数守恒可知，[Fe(CN)6]3-与S2O42-的化学计量数之比为2:1，所以参与反应的两者物质的量之比也为2:1，因n(S2O42-)=n([Fe(CN)6]3-)=mol，所以Na2S2O4的质量为=g，所以其在产品中的质量分数为。3．(2021•湖北选择性考试)超酸是一类比纯硫酸更强的酸，石油重整中用作高效催化剂。某实验小组对超酸HSbF6的制备及性质进行了探究。由三氯化锑(SbCl3)制备HSbF6的反应如下：SbCl3＋Cl2SbCl5SbCl5＋5HF＝HSbF6＋5HCl制备SbCl5的初始实验装置如图(毛细管连通大气，减压时可吸入极少量空气，防止液体暴沸；夹持、加热及搅拌装置略)。相关性质如下表：物质熔点沸点性质SbCl373.4℃220.3℃极易水解SbCl53.5℃140℃分解，79℃/2.9kPa极易水解回答下列问题：(1)实验装置中两个冷凝管(填“能”或“不能”)交换使用。(2)试剂X的作用为、。(3)反应完成后，关闭活塞a、打开活塞b，减压转移(填仪器名称)中生成的至双口烧瓶中。用真空泵抽气减压蒸馏前，必须关闭的活塞是(填“a”或“b”)；用减压蒸馏而不用常压蒸馏的主要原因是。(4)实验小组在由SbCl5制备HSbF6时，没有选择玻璃仪器，其原因为。(写化学反应方程式)(5)为更好地理解超酸的强酸性，实验小组查阅相关资料了解得：弱酸在强酸性溶剂中表现出碱的性质，如冰醋酸与纯硫酸之间的化学反应方程式为CH3COOH＋H2SO4＝[CH3C(OH)2][HSO4]以此类推，H2SO4与HSbF6之间的化学反应方程式为。(6)实验小组在探究实验中发现蜡烛可以溶解于中，同时放出氢气。已知烷烃分子中碳氢键的活性大小顺序为：甲基(－CH3)＜亚甲基(－CH2－)＜次甲基()。写出2-甲基丙烷与反应的离子方程式。【答案】(1)不能(2)吸收氯气，防止污染空气防止空气中的水蒸气进入三口烧瓶使SbCl3、SbCl5水解(3)三口烧瓶b防止SbCl5分解(4)SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O(5)H2SO4＋HSbF6＝[H3SO4][SbF6](6)【解析】(1)与直形冷凝管相比，球形冷凝管的冷却面积大，冷却效果好；但是，由于球形冷凝管的内芯管为球泡状，容易在球部积留蒸馏液，故不适宜用于倾斜式蒸馏装置(不用于冷凝蒸馏的蒸气)，多用于垂直冷凝回馏装置(制备物质)，故实验装置中两个冷凝管不能交换使用。(2)根据表中提供信息，SbCl3，SbCl5极易水解，知试剂X的作用是防止空中水蒸气进入三口烧瓶，同时吸收氯气，防止污染空气。(3)由实验装置知，反应完成后，关闭活塞a，打开活塞b，减压转移三口烧瓶中生成的SbCl5至双口烧瓶中。减压蒸馏前，必须关闭活塞b，以保证装置密封，便于后续抽真空。根据表中提供信息知，SbCl5容易分解，用减压蒸馏而不用常压蒸馏，可以防止温度过高，而使SbCl5分解。(4)由SbCl5制备HSbF6时，需要用到HF，而HF可与玻璃中二氧化硅反应，故不能选择玻璃仪器。(5)硫酸与超强酸反应时，表现出碱的性质，即结合氢离子，即H2SO4＋HSbF6＝[H3SO4][SbF6]。(6)2-甲基丙烷的结构简式为(CH3)3CH，根据题目信息知，CH上氢容易参与反应，电离出氢阴离子，与超强酸电离的阳离子结合生成氢气。主要离子方程式为。条件控制实验题的解题模型高频考点三化学实验方案的设计与评价1．化学实验方案的设计(1)物质制备型实验方案的设计应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。设计的基本流程为根据目标产物→确定可能原理→设计可能实验方案→优化实验方案→选择原料→设计反应装置(方法、仪器等)→实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)→分离提纯产品。(2)性质探究型实验方案的设计主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。设计的基本流程为根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断、得出结论。(3)性质验证型实验方案的设计主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。设计的基本流程为根据物质的性质→设计可能实验方案→优化实验方案→实施实验(原理、方法、步骤、仪器、药品、操作要点等)→观察现象、记录数据→综合分析、得出结论。2．化学实验方案的评价(1)从“可行性”方面实验原理是否正确、可行；实验操作是否安全、合理；实验步骤是否简单、方便；实验效果是否明显等。(2)从“绿色化学”方面反应原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否较快；原料利用率以及合成物质的产率是否较高；合成过程是否造成环境污染。(3)从“安全性”方面净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸，如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等；防氧化，如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等；防吸水，如实验中取用、制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要的防吸水措施，以保证达到实验目的。(4)从“规范性”方面冷凝回流。有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等；易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序拆卸；其他，如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。3．化学实验方案设计与评价考查内容【典例剖析】【例1】(2021•全国甲卷)胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有_______(填标号)。A．烧杯B．容量瓶C．蒸发皿D．移液管(2)将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_______，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_______。(3)待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3·H2O调pH为3.5～4，再煮沸10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_______、乙醇洗涤、_______，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5～4的目的是_______，煮沸10min的作用是_______。(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为_______(写表达式)。(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是_______(填标号)。①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少胆矾迸溅出来【答案】(1)A、C(2)CuO+H2SO4CuSO4+H2O不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)(3)过滤干燥除尽铁，抑制硫酸铜水解破坏氢氧化铁胶体，易于过滤(4)(5)①③【解析】(1)制备胆矾时，根据题干信息可知，需进行溶解、过滤、结晶操作，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有烧杯和蒸发皿，A、C符合题意；(2)将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为CuO+H2SO4CuSO4+H2O；直接用废铜和浓硫酸反应生成硫酸铜与二氧化硫和水，与这种方法相比，将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热制备胆矾的实验方案具有的优点是：不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)；(3)硫酸铜溶液制硫酸铜晶体，操作步骤有加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥；CuO中含氧化铁杂质，溶于硫酸后会形成铁离子，为使铁元素以氢氧化铁形成沉淀完全，需控制溶液pH为3.5～4，酸性环境同时还可抑制铜离子发生水解；操作过程中可能会生成氢氧化铁胶体，所以煮沸10min，目的是破坏氢氧化铁胶体，使其沉淀，易于过滤；(4)称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。则水的质量是(m2－m3)g，所以胆矾(CuSO4•nH2O)中n值的表达式为=n：1，解得n＝；(5)①胆矾未充分干燥，捯饬所测m2偏大，根据n=可知，最终会导致结晶水数目定值偏高，符合题意；②坩埚未置于干燥器中冷却，部分白色硫酸铜会与空气中水蒸气结合重新生成胆矾，导致所测m3偏大，根据n=可知，最终会导致结晶水数目定值偏低，不符合题意；③加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，会使m3数值偏小，根据n=可知，最终会导致结晶水数目定值偏高，符合题意；故①③符合题意。【例2】(2022•北京卷)煤中硫的存在形态分为有机硫和无机硫(CaSO4、硫化物及微量单质硫等)。库仑滴定法是常用的快捷检测煤中全硫含量的方法。其主要过程如下图所示。已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O2、CO2、H2O、N2、SO2。(1)煤样需研磨成细小粉末，其目的是___________。(2)高温下，煤中CaSO4完全转化为SO2，该反应的化学方程式为___________。(3)通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中保持定值时，电解池不工作。待测气体进入电解池后，SO2溶解并将I3-还原，测硫仪便立即自动进行电解到又回到原定值，测定结束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。①SO2在电解池中发生反应的离子方程式为___________。②测硫仪工作时电解池的阳极反应式为___________。(4)煤样为，电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为___________。已知：电解中转移电子所消耗的电量为96500库仑。(5)条件控制和误差分析。①测定过程中，需控制电解质溶液，当时，非电解生成的I3-使得测得的全硫含量偏小，生成I3-的离子方程式为___________。②测定过程中，管式炉内壁上有SO3残留，测得全硫量结果为___________。(填“偏大”或“偏小”)【答案】(1)与空气的接触面积增大，反应更加充分(2)2CaSO42CaO+2SO2↑+O2↑(3)

SO2+I3-+H2O=3I—+SO42-+4H+

3I——2e—=I3-(4)(5)

I2+I—=I3-

偏低【解析】(1)煤样研磨成细小粉末后固体表面积增大，与空气的接触面积增大，反应更加充分；(2)由题意可知，在催化剂作用下，硫酸钙高温分解生成氧化钙、二氧化硫和水，反应的化学方程式为2CaSO42CaO+2SO2↑+O2↑；(3)①由题意可知，二氧化硫在电解池中与溶液中I3-反应生成碘离子、硫酸根离子和氢离子，离子方程式为SO2+I3-+H2O=3I—+SO42-+4H+；②由题意可知，测硫仪工作时电解池工作时，碘离子在阳极失去电子发生氧化反应生成碘三离子，电极反应式为3I——2e—=I3-；(4)由题意可得如下关系：S—SO2—I3-—2e—，电解消耗的电量为x库仑，则煤样中硫的质量分数为×100%=；(5)①当pH<1时，非电解生成的碘三离子使得测得的全硫含量偏小说明碘离子与电解生成的碘反应生成碘三离子，导致消耗二氧化硫的量偏小，反应的离子方程式为I2+I—=I3-；②测定过程中，管式炉内壁上有三氧化硫残留说明硫元素没有全部转化为二氧化硫，会使二氧化硫与碘三离子反应生成的碘离子偏小，电解时转移电子数目偏小，导致测得全硫量结果偏低。【变式探究】1．某学习小组通过如图所示装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2。已知：FeCl3在37℃熔化，100℃挥发。实验一：点燃酒精灯，加热混合物。观察到的现象有①装置a中部分固体溶解，上方出现白雾；②稍后产生黄色气体，管壁附着黄色液滴；③装置b中溶液变蓝。实验二：该小组继续研究现象②中黄色气体的成分。实验如下：加热FeCl3·6H2O，产生白雾和黄色气体。(1)至此该小组大胆预测现象②中黄色气体含有________。实验三：为进一步确认黄色气体是否含有Cl2，该小组在保持原有装置的基础上稍加变动即证实了Cl2的存在。(2)该小组的方法是__________________________________________。【答案】(1)FeCl3(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液【解析】(1)根据FeCl3的熔点和挥发温度，加热单一的物质FeCl3·6H2O也产生黄色气体，则黄色气体含有挥发的FeCl3。(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液，若黄色气体中含有Cl2，则可以氧化Br－。2．实验小组研究Ag2S的生成与转化。已知：i.AgCl(s)+3Cl-(aq)AgCl43-(aq)ii.常温下一些盐在水中的溶解度及颜色如下表：盐AgClAg2SAg2SO3Ag2SO4CuS溶解度/g1.5×10-41.3×10-164.6×10-40.7961.08×10-17颜色白色黑色白色白色黑色(1)证明AgCl能够转化为Ag2S，实验如下：①AgNO3溶液是溶液_______(填“a”或“b”)，另一溶液是NaCl溶液。②现象a是_______。(2)研究CuCl2溶液能否使Ag2S转化为AgCl，实验如下：①白色固体含AgCl，结合平衡移动原理解释加水稀释产生白色固体的原因：_______。②小组同学对Ag2S转化为AgCl的原因提出假设：假设一：S2-可与Cu2+形成CuS，从而降低c(S2-)，加入Cu2+是使Ag2S发生转化的主要原因；假设二：Ag+可与Cl-形成AgCl43-，从而降低c(Ag+)，加入Cl-是使Ag2S发生转化的主要原因。……小组同学设计对比实验，证明假设二不合理，实验操作和现象是_______。(3)有文献表明，HNO3能使Ag2S转化为Ag2SO3，实验如下：①加入浓氨水，溶解白色固体a的目的是_______。②检验白色固体b中含有亚硫酸根的实验操作和现象是_______。(4)综合上述实验，溶解度较大的银盐转化为Ag2S较容易；而使Ag2S转化为溶解度较大的银盐，可采取的措施有_______。【答案】(1)①b②白色沉淀变为黑色沉淀(2)①加水稀释使平衡AgCl(s)+3Cl-(aq)AgCl43-(aq)逆向移动，生成白色沉淀②用2mL4mol/LNaCl溶液浸泡Ag2S沉淀，取上层清液，加水稀释，未见白色沉淀产生(3)①使白色沉淀a中的SO32-进入溶液中，以便后续检验②向白色固体b中加入足量盐酸，沉淀部分溶解(4)加入合适的试剂，使之转化为更难溶的硫化物；加入合适的氧化剂，将S2-氧化【解析】(1)证明AgCl能够转化为Ag2S，①由上图可知，应是向氯化钠溶液中滴加AgNO3溶液至白色沉淀不再生成，证明氯离子沉淀完全，然后再向白色沉淀的溶液中滴加硫化钠溶液，则溶液中白色沉淀转化成了黑色沉淀，证明有硫化银生成；b溶液应为AgNO3溶液；(2)研究CuCl2溶液能否使Ag2S转化为AgCl，①白色固体含AgCl，已知：i.AgCl(s)+3Cl-(aq)AgCl43-(aq)，用2ml2mol/LCuCl2溶液来浸泡硫化银固体，因为氯离子浓度较大，会有一些硫化银转化为氯化银，而氯化银又继续和氯离子反应生成更稳定的AgCl43-(aq)离子，所以过滤后，上层清液里含有AgCl43-(aq)离子，加水稀释，使AgCl(s)+3Cl-(aq)AgCl43-(aq)逆向移动，有氯化银白色沉淀生成；②小组同学对Ag2S转化为AgCl的原因提出假设：认为Ag+可与Cl-形成AgCl43-，从而降低c(Ag+)，加入Cl-是使Ag2S发生转化的主要原因是不合理的，因此做了对比实验，增大氯离子的浓度，再取上层清液加水稀释没有看到白色沉淀出现，认为假设二不合理；(3)有文献表明，HNO3能使Ag2S转化为Ag2SO3，①用硝酸浸泡硫化银固体，因为硝酸具有强氧化性，所以可把硫化银氧化，生成亚硫酸银白色沉淀，加浓氨水后，亚硫酸银和氨水反应转化为银氨溶液，又向溶液中加入过量的硝酸钡溶液，会生成白色的亚硫酸钡沉淀，所以加入浓氨水，使白色沉淀a中的SO32-进入溶液中，以便后续检验，②若白色固体b中含有亚硫酸根，则向白色固体b中加入足量盐酸，沉淀部分溶解，证明含有亚硫酸根离子；(4)综合上述实验，可以得出以下结论：溶解度较大的银盐转化为Ag2S较容易；而使Ag2S转化为溶解度较大的银盐不容易，如果要使Ag2S转化为溶解度较大的银盐可采取加入加入合适的试剂，使之转化为更难溶的硫化物；或者加入合适的氧化剂，将S2-氧化。3．某兴趣小组欲探究反应2Fe2++I22Fe3++2I-，设计如下实验：(1)I、Ⅱ均未检验出Fe3+，检验有无Fe3+的试剂是___________。(2)经检验，Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+。对Fe3+产生的原因作出如下假设：假设a：Fe2+被空气氧化，离子方程式为___________；假设b：Fe2+被酸性溶液中NO3-氧化；假设c：Fe2+被氧化。小组同学通过进一步实验证实了a、b不是产生Fe3+的主要原因，又查阅资料得知2Fe2++I22Fe3++2I-的反应限度小、产生的c(Fe3+)低，故推测c(Fe3+)增大是因为向Ⅱ的浅黄色溶液中加入AgNO3溶液后，___________，促使该平衡正向移动。(3)上述推测虽然合理，但Ⅳ中灰黑色浑浊中只检验出少量AgI，主要成分是Ag。小组同学查阅资料得知新制的AgI见光分解速率较慢，故又对Ⅱ→Ⅲ过程中产生Fe3+的原因提出了假设d：___________，该反应的离子方程式为___________，并设计实验证明该假设合理，实验方案为___________。(4)经测定，Ⅲ→Ⅳ的过程中温度几乎无变化，c(Ag+)随反应时间的变化如题图所示。若在实验开始时，先向Ⅲ的溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，c(Ag+)随反应时间的变化与题图相同。则Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的原因可能是___________。【答案】(1)KSCN溶液(苯酚溶液不得分，其它合理答案给分)(2)4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2OAg+与I-生成了沉淀，降低了的浓度(3)可能由氧化产生Fe2++Ag+=Fe3++Ag向1mL0.1mol/LFeSO4溶液中加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液，出现灰黑色固体后，取上清液于试管中，再向试管中加入硫氰化钾溶液，若溶液变红，则证明假设成立(4)反应生成的Ag作催化剂，加快了反应速率。(答到催化作用就给分)【解析】(1)检验Fe3+的试剂为KSCN溶液；(2)Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+，若是亚铁离子被空气氧化，离子方程式为：4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O；Ⅱ中存在2Fe2++I22Fe3++2I-，加入AgNO3溶液后，阴离子与碘离子产生黄色沉淀，碘离子浓度降低，使上述平衡正向移动，产生了三价铁离子；(3)Ⅳ中灰黑色浑浊中只检验出少量AgI，主要成分是Ag，说明银离子被还原，则一定有微粒被氧化，故产生Fe3+的原因可能是银离子将亚铁离子氧化所得，反应的离子方程式为：，Fe2++Ag+=Fe3++Ag，若用实验证明银离子能否氧化亚铁离子，可设计实验方案：向1mL0.1mol/LFeSO4溶液中加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液，出现灰黑色固体后，取上清液于试管中，再向试管中加入硫氰化钾溶液，若溶液变红，则证明假设成立；(4)Ⅲ→Ⅳ的过程中，温度几乎不变，发生反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag，实验开始时，向Ⅲ中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，仍能迅速出现灰黑色沉淀，且c(Ag+)变化图像与未加Fe2(SO4)3相同，说明三价铁不能催化该反应，且单质银为该反应催化剂，反应初期，由于催化剂能加快反应速率，催化剂是影响反应速率的主要因素，故反应速率快，故答案为：反应生成的Ag作催化剂，加快了反应速率。实验方案设计的四个要求高频考点四探究型实验方案1．探究型实验的常见类型(1)对未知产物的探究通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究型实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。例如：①常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。②常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。③熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。(2)物质性质的探究①在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。②无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。2．探究型实验的基本程序解答探究型实验题的基本程序可用以下流程图表示：(1)提出问题要提出问题，首先得发现问题，对题给信息进行对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。此外，实验中出现的特殊现象也是发现问题、提出问题的重要契机。(2)提出猜想所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能(这就是猜想)，只能通过实验进行验证。(3)设计验证方案提出猜想后，就要结合题给条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。(4)观察实验现象，得出结论根据设计的实验方案，结合实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。【典例剖析】【例1】(2021•广东选择性考试)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。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，进行表中实验1~3，记录数据。实验序号试样测试温度/℃电导率/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-)=______________mol·L－1。实验结果为A3A2A1。小组同学认为，此结果可以证明③中的猜想成立，但不足以证明猜想成立。结合②中信息，猜想不足以成立的理由有_______。⑥优化实验。小组同学为进一步验证猜想，在实验1~3的基础上完善方案，进行实验4和5。请在答题卡上完成表中内容。实验序号试样测试温度/℃电导率/4Ⅰ_______B15______________B2⑦实验总结。根据实验1~5的结果，并结合②中信息，小组同学认为猜想也成立。猜想成立的判断依据是_______。【答案】(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O(2)c-d-b-a-e(3)HClO向溶液中加入过量稀硝酸，防止溶液中含有CO32-、HCO3-等，再加入少量AgNO3溶液，若有白色沉淀生成，则证明原溶液中含有Cl-(4)⑤1.3410-5测试温度不同，根据电导率结果无法判断不同温度下饱和溶液的溶解度⑥45℃II45℃⑦A3>B2>B1【解析】(1)实验室通常采用浓盐酸和MnO2制取Cl2，化学方程式为：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O；(2)根据化学方程式可知，制取的氯气中混有氯化氢、水蒸气，氯气有毒，必须进行尾气处理，因此使用饱和食盐水吸收氯化氢气体，浓硫酸除去水蒸气，最后用NaOH溶液吸收尾气，因此接口连接顺序为c-d-b-a-e；(3)久置后不能使品红溶液褪色，说明HClO已分解；检验Cl-的方法为向溶液中加入过量稀硝酸，防止溶液中含有CO32-、HCO3-等，再加入少量AgNO3溶液，若有白色沉淀生成，则证明原溶液中含有Cl-；(4)⑤25℃时，Ksp(AgCl)=c(Ag＋)c(Cl-)，根据沉淀溶解平衡可知，饱和的AgCl溶液中c(Ag＋)c(Cl-)，所以有==1.3410-5mol·L－1；实验1~3中，不同的饱和溶液浓度不同且测试温度不同，根据资料显示离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大，所以根据实验1~3无法判断温度较高的饱和溶液离子浓度大，进而不能得出溶解度关系；⑥如果要判断AgCl在水中的溶解度随温度的变化情况，可以设计不相同温度下的饱和溶液在相同温度下测试，如果温度较高下的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高，则可以得出温度升高饱和溶液中离子浓度高。所以可以设计试样Ⅰ在45℃下测试与实验3比较；设计试样II在45℃下测试与实验3比较；⑦猜想b成立的判断依据是A3>B2>B1。【例2】(2022·北京市101中学三模)实验小组同学为探究Fe2+性质，进行如下实验。【实验Ⅰ】向2mL0.1mol·L-1FeSO4溶液滴中几滴0.1mol·L-1KSCN溶液，无明显现象，再滴加几滴3%H2O2溶液(用H2SO4酸化至)，溶液颜色变红。(1)甲同学通过上述实验分析Fe2+具有_______(填“氧化”或“还原”)性。乙同学查阅资料发现Fe2+与可发生反应，生成无色的配合物。为证实该性质，利用进行如下实验。(2)FeCO3的制备：用过量NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应得到FeCO3，离子方程式为_______。【实验Ⅱ】验证Fe2+与SCN-发生反应(3)实验b的目的是_______。(4)从沉淀溶解平衡角度解释实验a和b最终溶液颜色不同的原因是_______。丙同学设计实验进一步证明Fe2+可与SCN-反应。【实验Ⅲ】(5)上述实验中，d为c的对照实验。①X为_______。②实验能够证实Fe2+可与SCN-反应，则应观察到的现象是_______。(6)实验Ⅲ中若未加适量水稀释，则无法通过现象得出结论。推测加水稀释的目的可能有：使后续实验颜色变化易于观察；降低cFe3+)，_______。【答案】(1)还原(2)Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O(3)通过实验b排除了FeCO3溶解产生的Fe2+对实验的影响(4)SCN-与FeCO3溶解电离产生的Fe2+结合，沉淀溶液平衡正向移动，溶液中的Fe2+(包括Fe2+与SCN-生成物)浓度增大，与酸性H2O2反应产生的Fe3+增大，Fe3+与SCN-生成物浓度增大，溶液红色加深(5)H2SO4

溶液红色更浅(6)使Fe3++3SCN-⇌Fe(SCN)3平衡逆向移动【解析】(1)向2mL0.1mol•L-1FeSO4溶液中滴加几滴0.1mol•L-1KSCN溶液，无明显现象，再滴加几滴3%H2O2溶液(用H2SO4酸化至pH=1)，溶液颜色变红，说明Fe2+能够被酸性H2O2溶液氧化为Fe3+，Fe3+遇SCN-溶液变为血红色，这证明Fe2+具有还原性；(2)用过量NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应得到FeCO3，同时反应产生(NH4)2SO4、H2O、CO2，该反应的离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO