全国通用高考化学一轮复习专练53实验综合应用二含答案

专练53　实验综合应用二

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加热时有少量胆矾迸溅出来

2.醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示，回答下列问题：

(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是________________，仪器a的名称是________。

(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是________。

(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________________________________；d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。

(4)指出装置d可能存在的缺点________________________________________________。

3.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]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________________________________________________________________________。

4．[2021·浙江1月]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＋10CO2

2H＋＋2CrO??Cr2O＋H2O

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)3

C．步骤Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7

D．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________________。

5．以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3，其主要实验流程如下：

已知：①Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O是放热反应。

②N2H4·H2O沸点约118℃，具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N2。

(1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，若温度超过40℃，Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl，其离子方程式为____________________________；实验中控制温度除用冰水浴外，还需采取的措施是__________________________________________________________。

(2)步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如图1所示。NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40℃以下反应一段时间后，再迅速升温至110℃继续反应。实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是________；使用冷凝管的目的是__________________。

(3)步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3(水溶液中H2SO3、HSO、SO随pH的分布如图2所示，Na2SO3的溶解度曲线如图3所示)。

①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。实验中确定何时停止通SO2的实验操作为________________。

②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：________________________________，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。

6．咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点234.5℃，100℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸(Ka约为10－6，易溶于水及乙醇)约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：

(1)实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是________________________。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒________________。

(2)提取过程不可选用明火直接加热，原因是____________________________。与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是______________。

(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有________(填标号)。

A．直形冷凝管

B．球形冷凝管

C．接收瓶

D．烧杯

(4)浓缩液加生石灰的作用是中和__________和吸收____________。

(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是________。

专练53　实验综合应用二

1．(1)A、C

(2)CuO＋H2SO4CuSO4＋H2O　不产生SO2(或硫酸利用率高)

(3)过滤　干燥　除尽铁和抑制CuSO4水解　破坏Fe(OH)3胶体易于过滤

(4)

(5)①③

解析：(1)CuO与稀硫酸反应得到硫酸铜溶液，需要用到烧杯，由硫酸铜溶液得到胆矾，用蒸发浓缩、冷却结晶的方法，需要用到蒸发皿。(2)CuO中含有氧化铁及泥沙，加入到适量稀硫酸中，加热，发生的主要反应为CuO与稀硫酸的反应，化学方程式为CuO＋H2SO4CuSO4＋H2O；废铜与浓硫酸的反应为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法不产生SO2有毒气体，硫酸利用率高。(3)由硫酸铜溶液得到胆矾的实验操作为：加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥。控制溶液pH为3.5～4，是为了将Fe3＋转化为Fe(OH)3而除去，同时抑制CuSO4水解。再煮沸10min的作用是破坏Fe3＋水解产生的Fe(OH)3胶体，便于过滤。(4)由题意知胆矾的质量为m2－m1，无水硫酸铜的质量为m3－m1，则结晶水的质量为(m2－m1)－(m3－m1)＝m2－m3，根据CuSO4·xH2OCuSO4＋xH2O，可得160:18x＝(m3－m1):(m2－m3)，解得x＝。(5)胆矾未充分干燥，则m2偏大，测定值偏高，故①正确；坩埚未置于干燥器中冷却，则硫酸铜会吸收水蒸气，m3偏大，测定值偏低，故②错误；加热时有少量胆矾进溅出来。则m3偏小，测定值偏高，③正确。

2．(1)去除水中溶解的氧气　分液漏斗

(2)①Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋　②排除c中空气

(3)c中产生H2使压强大于大气压　冷却结晶　过滤

(4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触

解析：(1)由于醋酸亚铬易被氧化，因此尽可能避免与氧气接触，所以实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是去除水中溶解氧；(2) ①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，说明Cr3＋被锌还原为Cr2＋，离子方程式为Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②锌还能与盐酸反应生成氢气，由于装置中含有空气，能氧化Cr2＋，所以氢气的作用是排除c中空气；(3) 打开K3，关闭K1和K2，由于锌继续与盐酸反应生成氢气，导致c中压强增大，使亮蓝色溶液流入d，与醋酸钠反应；根据题干信息可知醋酸亚铬难溶于冷水，所以为使沉淀充分析出并分离，需要采取的操作是(冰水)冷却、过滤、洗涤、干燥。(4)由于d装置是敞开体系，因此装置的缺点是可能使醋酸亚铬与空气接触被氧化而使产品不纯。

3．(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

②CO2　CO

③先熄灭装置A、E中的酒精灯，冷却后停止通入氮气

④取少量装置A中残留物于试管中，加入稀硫酸溶解，再滴入几滴KSCN溶液，若观察到溶液变红色，证明A中残留物中含有Fe2O3

(3)①当最后一滴溶液滴入后，溶液变成浅红色，且半分钟内不褪色

②×100%

解析：(1)显色过程是Fe2＋和[Fe(CN)6]3－结合成Fe3[Fe(CN)6]2的反应，化学方程式为

3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。

(2)①通入氮气的目的是隔绝空气，使反应产生的气体全部进入后续装置，从而保证实验的准确性。

②B中澄清石灰水变浑浊证明一定有CO2，E中固体变红、F中澄清石灰水变浑浊证明分解产物中有CO。

③为防止倒吸，停止实验时，需要先熄灭反应装置中的酒精灯，冷却至常温的过程中，需保持一直通入N2。

④检验固体中是否存在Fe2O3，需要使用硫酸溶解Fe2O3，将其转化成Fe3＋，再用KSCN进行检验，若溶液变红色，证明含有Fe2O3。

(3)①题目中用MnO滴定Fe2＋，生成＋2价锰离子，使KMnO4溶液褪色，滴定终点时Fe2＋反应完，滴加KMnO4后，溶液变成浅红色，且半分钟内不褪色。

②Fe2＋被氧化成Fe3＋，＋7价的锰被还原为＋2价的锰，二者物质的量关系式为：5Fe2＋～MnO，n(MnO)＝cmol·L－1×L，则n(Fe2＋)＝5×mol，m(Fe2＋)＝5×mol×56g·mol－1，所以铁的质量分数＝×100%，整理得×100%。

4．(1)增大反应物的接触面积

(2)BC

(3)aedc

(4)①AC　②再用洗瓶以少量蒸馏水吹洗锥形瓶内壁

(5)H2SO4　抑制Cr2O转化为CrO，且与Cr2O不反应

解析：(1)固体反应物的反应速率与固体的表面积有关，反应物之间接触面积越大，反应速率越快，故将铬铁矿粉碎可增大反应物的接触面积，加快高温氧化的速率。(2)由题给各物质的溶解度随温度变化图像可知，温度越高，Na2CrO4的溶解度越大，所以高温可提高浸取率，A错误；水浸取时发生NaFeO2的水解反应：NaFeO2＋2H2O??NaOH＋Fe(OH)3↓，过滤可除去Fe(OH)3，B正确；根据工艺流程可知，需要使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7，结合已知反应2H＋＋2CrO??Cr2O＋H2O可知，硫酸酸化的目的就是实现该转化过程，C正确；步骤Ⅳ，所得滤渣显然是不溶于水的杂质，Na2SO4和Na2CO3都是易溶于水的钠盐，都应该存在于滤液中，D错误。(3)Na2Cr2O7中加入KCl发生反应Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl，根据题给各物质的溶解度随温度的变化曲线可知，K2Cr2O7的溶解度随温度升高明显增大，NaCl溶解度随温度升高变化不明显，50℃时K2Cr2O7、NaCl两者溶解度近似相等，溶液的成分主要是这两种物质，所以可以得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品，步骤V，重结晶前的操作顺序为：溶解KCl→50℃蒸发溶剂→蒸发至溶液出现晶膜，停止加热(不选f是为了避免过度加热造成晶体飞溅)→冷却至室温→抽滤→重结晶。(4)①量筒的精确度是0.1mL，不能用量筒量取25.00mL溶液，A操作不正确；滴定时要适当控制滴定的速率，确保反应物之间充分反应，同时防止滴加过快使得滴加试剂过量，B操作正确；滴定时应一直观察锥形瓶中溶液颜色的变化，以便准确判断滴定的终点，C操作不正确；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，平视读取读数，D操作正确；为了确保每次滴定时滴定管中的溶液充足，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，并记录初始读数，E操作正确。②在接近滴定终点时，使用“半滴操作”的方法是：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，再用洗瓶以少量蒸馏水吹洗锥形瓶内壁，继续摇动锥形瓶，观察颜色变化。(5)根据题意，K2Cr2O7溶液的吸光度与其浓度成正比例，在K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2O＋H2O??2H＋＋2CrO，即有部分Cr2O会转化为CrO，从而使测得的质量分数明显偏低，为抑制Cr2O转化为CrO，可加入与Cr2O不反应的酸，如硫酸。

5．(1)3Cl2＋6OH－5Cl－＋ClO＋3H2O　缓慢通入Cl2

(2)NaClO碱性溶液　减少水合肼的挥发

(3)①测量溶液的pH，若pH约为4，停止通SO2　②边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为10时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于34℃条件下趁热过滤

解析：(1)温度超过40℃，Cl2与NaOH溶液发生歧化反应生成NaClO3、NaCl和H2O，反应的离子方程式为3Cl2＋6OH－5Cl－＋ClO＋3H2O。由于Cl2与NaOH溶液的反应为放热反应，为了减少NaClO3的生成，应控制温度不超过40℃；实验中控制温度除用冰水浴外，还需采取的措施是：缓慢通入Cl2。

(2)水合肼具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N2，为了防止水合肼被氧化，应逐滴滴加NaClO碱性溶液。使用冷凝管的目的：减少水合肼的挥发。

(3)①根据图示溶液pH约为4时，HSO的物质的量分数最大，则溶液的pH约为4时停止通入SO2。②由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3，首先要加入NaOH将NaHSO3转化为Na2SO3，根据含硫微粒与pH的关系，加入NaOH应调节溶液的pH约为10；根据Na2SO3的溶解度曲线，温度高于34℃析出Na2SO3，低于34℃析出Na2SO3·7H2O，所以从Na2SO3溶液中获得无水Na2SO3应控制温度高于34℃。

6．(1)增加固液接触面积，提取充分　沸石

(2)乙醇易挥发，易燃　使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高)

(3)乙醇沸点低，易浓缩　AC

(4)单宁酸　水

(5)升华

解析：本题涉及的知识点有萃取、蒸馏、升华等化学实验基本操作；借助从茶叶中提取咖啡因的基本操作考查化学实验与探究的能力；依据探究目的，进行分离、提纯，体现科学探究与创新意识的学科核心素养。

(1)茶叶研细是为了增大茶叶与萃取液之间的接触面积，使提取效果更好。加热蒸馏时为防止液体暴沸，通常在液体中加入沸石。

(2)提取所用溶剂为95%的乙醇，乙醇易挥发，若采用明火加热，挥发出的乙醇蒸气容易被点燃。与传统萃取相比，索氏提取器中的溶剂可以反复使用，既减少了溶剂用量，又能高效萃取。

(3)乙醇易挥发，萃取后便于蒸馏浓缩得到咖啡因。蒸馏浓缩除所给仪器外，还应选用直形冷凝管冷凝蒸气，并用接收瓶收集馏分。

(4)单宁酸具有酸性，利用生石灰可以中和单宁酸，并吸收其中的水分。

(5)由题给信息可知，咖啡因熔点高于其升华温度，故加热后咖啡因通过升华、凝华过程得到纯化。