第16讲　化学综合实验 2027届高三化学一轮复习(学案+教案）

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2. (1) 5.0 (2) 趁热过滤 (3) 提高H2O2的利用率
(4) ①FeSO4＋Na2CO3===FeCO3↓＋Na2SO4 ②边搅拌边将Na2CO3溶液缓慢加入盛有FeSO4溶液的反应容器中 Fe(OH)2 (5) ①装置中K2MnO4已完全反应 ②MnO2 KHCO3
考点1
[知识梳理]
知识2 蒸发结晶、趁热过滤 蒸发浓缩、冷却结晶 60 0 高于40 高于34
[典题悟法]
例1 (1) 蒸发浓缩、冷却结晶 (2) 高于60 ℃
例2 加入计算量的BaCl2溶液；过滤，向滤液中逐滴加入NaOH溶液调节至溶液pH为14；加热浓缩至溶液表面出现晶膜，降温结晶
【解析】 根据比浊法测定的SOeq \\al(2－,4)浓度，在溶液中加入计算量的BaCl2溶液，使得Na2SO4转变为BaSO4沉淀和NaCl，过滤除去BaSO4，向滤液中逐滴加入NaOH溶液调节至溶液pH为14(由图1看出在pH＝14时溶液中POeq \\al(3－,4)浓度最大)，此时溶液中的P元素全部以Na3PO4形式存在，结合图2可知，Na3PO4的溶解度随着温度的变化幅度大，而NaCl的溶解度随着温度的变化幅度不大，故可以采用降温结晶法将二者分离。
考点2
[知识梳理]
知识2
1. 例：加入稍过量的1.0 ml/L H2SO4溶液，加热并搅拌，至固体不再溶解，停止加热，边搅拌边滴加1.0 ml/L NaOH溶液调节溶液pH在3.2＜pH＜4.7范围内，静置过滤
2. 例：至5.0＜pH＜8.5，静置过滤，边搅拌边向滤液中滴加Na2CO3溶液至有大量沉淀生成，静置，向上层清液中滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成，过滤、用水洗涤沉淀2～3次
3. (1) 在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，静置过滤，向滤液中分批加入少量Ca(OH)2，用pH试纸测得溶液pH，当pH介于5～8.5时，过滤
(2) 向滤液中滴加2 ml/L水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 ml/L H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤、干燥
知识3
3. 例：准确量取一定体积的Ce4＋溶液于锥形瓶中，滴入数滴苯代邻氨基苯甲酸作指示剂，用0.020 00 ml/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液进行滴定，当滴入最后半滴(NH4)2Fe(SO4)2溶液时，溶液由紫红色变成亮黄色，且半分钟内溶液颜色无明显变化，记录滴定所用(NH4)2Fe(SO4)2溶液的体积，重复上述操作2～3次。
【解析】 测定溶液中Ce3＋的含量时先将Ce3＋溶液转化为Ce4＋溶液，用准确浓度的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定Ce4＋溶液，根据反应可得关系式：Fe2＋～Ce3＋，由多次滴定实验中记录的消耗(NH4)2Fe(SO4)2溶液的体积计算平均值，并结合其浓度，可计算出原溶液中Ce3＋的含量。
[典题悟法]
例3 用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈瓶中缓慢滴加H2SO4溶液
例4 B 【解析】 反应过程中保持CeCl3少量即可获得含Cl－量较少的Ce2(CO3)3。
例5 H2SO4溶液
【解析】 若三颈瓶中先加入H2SO4溶液，向其中滴加Na2SO3溶液，则易生成SO2，导致Na2SO3的利用率较小。
例6 分批加入少量氧化镁粉末，搅拌，直至用pH试纸测得溶液pH≥5，静置，过滤；将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150～170 ℃ 干燥。
【解析】 根据题意，首先需要调节pH≥5以除去Fe3＋、Al3＋杂质，需要用到的试剂为MgO粉末，操作细节为分批加入少量MgO粉末，以免pH过高，不断搅拌进行反应直至检测到pH≥5，然后过滤除去氢氧化铁、氢氧化铝沉淀；接着需要从溶液中得到MgSO4·H2O，根据题目信息，室温下结晶只能得到MgSO4·7H2O，因此需要在150～170 ℃下干燥得到MgSO4·H2O，操作细节为将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150～170 ℃干燥。
例7 (1) 2FeS2＋7O2＋2H2O===2Fe2＋＋4SOeq \\al(2－,4)＋4H＋ (2) 加入过量30% 双氧水充分反应后，再向其中滴加稀氨水至不再产生沉淀，过滤并洗涤沉淀2～3次，将滤液、洗涤液合并后，加入过量1 ml/L BaCl2溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干，称取所得固体质量
例8 分别加入等体积的0.5 ml/L NaOH溶液和蒸馏水至浸没样品，在室温下，搅拌、浸泡30 min；过滤，各取等量上层清液(如2 mL)置于两支小试管中，分别滴加3 mL 0.5 ml/L HNO3溶液酸化，再分别滴加0.05 ml/L AgNO3溶液；记录每份上层清液至出现AgCl白色沉淀时消耗的AgNO3溶液的体积
[质量测评]
1. A 【解析】 MgCl2溶液、AlCl3溶液与氨水反应时现象相同，都只产生白色沉淀，不能比较Mg和Al的金属性强弱，A不能实现实验目的；乙酸与乙醇在浓硫酸存在、加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，在饱和碳酸钠溶液液面上收集乙酸乙酯，B能实现实验目的；向盛有CuSO4溶液的试管中滴加氨水，产生蓝色Cu(OH)2沉淀，继续滴加氨水，沉淀溶解可得到深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4溶液，C能实现实验目的；将烧杯中的蒸馏水加热至沸腾，向沸水中加入5～6滴饱和FeCl3溶液，继续加热至液体呈红褐色即制得Fe(OH)3胶体，D能实现实验目的。
2. (1) ①分液漏斗(或滴液漏斗) [Ar]3d7 ②10－9.12
(2) ①温度升高，NO、O2的溶解度下降，NO脱除率下降；随着时间的延长，[C(NH3)6]2＋转化为[C(NH3)6]3＋，而[C(NH3)6]3＋对NO的吸收能力极低，NO脱除率下降 ②2[C(NH3)6]3＋＋2I－===2[C(NH3)6]2＋＋I2 (3) 4% H2O2溶液至产生的气体不能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，冰水浴冷却，再加入浓盐酸(无水乙醇)至有大量晶体析出，过滤，用无水乙醇洗涤2～3次
【解析】 (1) ②反应平衡常数K＝eq \f(c2OH－·c{[CNH36]2＋},c6NH3)＝eq \f(c2OH－·cC2＋·c{[CNH36]2＋},c6NH3·cC2＋)＝Ksp[C(OH)2]·K′＝10－14.23×105.11＝10－9.12。(3) 将[C(NH3)6]Cl2转变为[C(NH3)6]Cl3，需要在加入NH4Cl(补充Cl－)后再加入4% H2O2溶液(作氧化剂)，发生反应的化学方程式为2[C(NH3)6]Cl2＋H2O2＋2NH4Cl===2[C(NH3)6]Cl3＋2NH3↑＋2H2O，至产生的气体(NH3)不能使湿润的红色石蕊试纸变蓝{说明H2O2已经将[C(NH3)6]Cl2完全氧化}，结合“已知”中内容，可将所得溶液用冰水浴冷却，再加入浓盐酸或无水乙醇{减小[C(NH3)6]Cl3的溶解度}至有大量晶体析出，过滤，用无水乙醇洗涤2～3次{减少[C(NH3)6]Cl3溶解损失}，低温烘干后得到[C(NH3)6]Cl3晶体。
3. (1) H2 取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈红色 (2) pH偏低形成HF，导致溶液中F－浓度减小，CaF2沉淀不完全 (3) ①Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)＋H2O(或Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)) ②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水－NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5，静置后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀
【解析】 (1) 铁粉参与两个反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，生成物中除了Fe2＋，还有H2。(2) pH偏低，F－与H＋结合成HF分子，导致F－浓度减小，CaF2沉淀不完全。(3) ②先将FeSO4转化为FeCO3且不能有Fe(OH)2生成，则pH不大于6.5；静置后过滤，洗涤，直到用盐酸酸化的BaCl2溶液检验不出SOeq \\al(2－,4)。
配套热练
第16讲 化学综合实验
练习1 实验方案设计
1. 在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中分批加入少量Ca(OH)2，用pH试纸测量溶液pH，当pH介于5～8.5时，过滤
2. 向滤液中滴加2 ml/L 水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 ml/L H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥
3. 至pH介于5.0～8.5时，过滤，边搅拌边向滤液中滴加Na2CO3溶液至有大量沉淀生成，静置，向上层清液中滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成
4. 用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥
5. 从水层取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加盐酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有I－，若不变蓝，说明废水中不含I－；另从水层中取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加稀盐酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有IOeq \\al(－,3)；若溶液不变蓝，说明废水中不含IOeq \\al(－,3)
6. 过滤，向滤液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤(或过滤，向滤液中滴加过量NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤) (滴加稀硫酸酸化，)加热浓缩得到60 ℃饱和溶液，冷却至0 ℃结晶，过滤，用少量冰水洗涤，低温干燥
7. ①向滤液中加入适量30% H2O2溶液，将Fe2＋氧化成Fe3＋ ② 滴加1.0 ml/L NaOH，调节溶液pH 约为5(或pH＝3.2～5.9)，使Fe3＋沉淀完全 ④ 向滤液中滴加1.0 ml/L NaOH溶液，调节溶液pH 约为10(或pH＝8. 9～11)，使Zn2＋沉淀完全
8. 加入稀硫酸调节溶液的pH在1～4之间，边搅拌边加入Na2SO3·7H2O，当溶液由橙红色变为绿色时，停止加入 Na2SO3·7H2O，加入NaOH溶液调节溶液的pH＝5～8
9. 边搅拌边向溶液中滴加浓氨水至产生的沉淀完全溶解，滴加1 ml/L NaOH溶液，直至向静置后的上层清液中继续滴加NaOH溶液无沉淀生成，过滤；用蒸馏水洗涤沉淀，直至向最后一次洗涤滤液中滴加0.1 ml/L BaCl2溶液无明显现象
10. 在搅拌下，向NH4Cl溶液中分批加入电石渣，置于冰水浴中反应一段时间后，过滤；在冰水浴中，边搅拌边向H2O2溶液中缓慢滴加所得滤液，待有大量晶体生成，过滤，用少量冰水洗涤2～3次，干燥
练习2 综合实验
1. (1) ①10 ②反应消耗H＋；温度升高抑制HSOeq \\al(－,4)的电离 (2) ①4Fe2＋＋O2＋8OH－===4FeOOH↓＋2H2O ②取少量沉淀，加入足量盐酸溶解，再加入H2O2溶液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，说明含有铁元素 (3) 柠檬酸根离子与H＋结合，减少H＋在阴极放电；防止Fe2＋被氧化为Fe3＋
(4) 3∶1 加水充分浸取，过滤，向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液，至静置后向上层清液中继续滴加(NH4)2C2O4溶液无浑浊，过滤
【解析】 (1) ①Ka2(H2SO4)＝eq \f(cH＋·cSO\\al(2－,4),cHSO\\al(－,4))，故pH＝1.0的硫酸中eq \f(cHSO\\al(－,4),cSO\\al(2－,4))＝eq \f(cH＋,Ka2H2SO4)＝eq \f(10－1,10－2)＝10。(3) 柠檬酸钠是具有还原性的弱酸盐，加入后柠檬酸根离子与H＋结合，减少H＋在阴极放电，同时利用其还原性还能有效防止Fe2＋被氧化为Fe3＋。(4) 由图2可知，当eq \f(nNH4Cl,nNd2Fe14B)＝3∶1时的固体混合物充分焙烧后，溶解过滤才得到纯的NdCl3溶液，在此滤液中加入(NH4)2C2O4溶液，至静置后向上层清液中继续滴加(NH4)2C2O4溶液无浑浊，过滤、洗涤、干燥后得到Nd2(C2O4)3。
2. (1) (球形)冷凝管 (2) ① 3Pt＋4HNO3＋18HCl===3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O ② 温度过低，化学反应速率较慢；温度过高，硝酸分解、盐酸和硝酸挥发 (3) 1.0 (4) ①0.1 ②取10.00～30.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加KOH溶液，并用pH计测定溶液的pH，当pH介于6.5～10之间时，停止滴加。再加入几滴K2CrO4溶液为指示剂，向锥形瓶中慢慢滴加0.010 00 ml/L AgNO3标准溶液至恰好出现砖红色沉淀，记录加入标准液的体积。重复以上滴定操作2～3次
【解析】 (1) 盐酸、硝酸均易挥发，故应在a口处添加(球形)冷凝管冷凝回流。(3) 当溶液中c{[PtCl6]2－}＝10－5 ml/L时，c(NHeq \\al(＋,4))＝eq \r(\f(1.6×10－6,10－5)) ml/L＝0.4 ml/L，设原溶液的体积为1 L，则反应掉的n(NH4Cl)＝2n{[PtCl6]2－}＝0.2 ml，故所加入的c(NH4Cl)＝eq \f(0.2 ml＋0.4 ml/L×2 L,1 L)＝1.0 ml/L。(4) ①根据关系式：(NH4)2[PtCl6]～Pt～4e－，N2H4·H2O～N2～4e－，结合得失电子守恒可知，还原0.1 ml (NH4)2[PtCl6]时所需N2H4·H2O的物质的量为0.1 ml。
3. (1) ①Ca2＋＋H2POeq \\al(－,4)＋OH－＋H2O===CaHPO4·2H2O↓ ②c(OH－)增大，镁回收率变化不明显，可能是因为部分MgHPO4转化为Mg3(PO4)2，或部分MgHPO4转化为Mg(OH)2，MgO不再溶解 ③减小抽滤瓶内压强，有利于加快过滤速率，且可使固体更干燥
(2) 加入计算量的BaCO3粉末，再向其中加入Na2CO3粉末至不再产生沉淀，过滤，将滤液水浴加热至40 ℃以上，边搅拌边加入MgO浆液，直至溶液pH为6
(3) 97% n(MgHPO4·3H2O)＝eq \f(6.96 g,174 g/ml)＝0.04 ml，n去除(N)＝n去除(NH3或NHeq \\al(＋,4))＝n(MgHPO4·3H2O)＝0.04 ml，m去除(N)＝0.04 ml×14 g/ml＝0.56 g 氨氮去除率＝eq \f(0.56 g,2 L×288 mg/L×10－3 g/mg)×100%≈97%
【解析】 (1) ②由图示看出，当pH>6以后，随着溶液pH的增大，溶液中c(OH－)增大，但镁回收率变化不明显，说明部分MgHPO4转化为Mg3(PO4)2，甚至还有一部分MgHPO4转化为Mg(OH)2，且溶液酸性较小，MgO不再溶解，这些都导致所得固体中杂质增多而纯度下降。(2) 根据提供的试剂，可在湿法磷酸中边搅拌边加入计算量的BaCO3粉末，将H2SO4转变为难溶物BaSO4除去，再向其中加入Na2CO3粉末至不再产生沉淀，将H2SiF6转变为难溶的Na2SiF6除去，过滤除去沉淀后，结合图3，将滤液(主要成分为H3PO4)水浴加热至40 ℃以上；再结合图1可知，边搅拌边加入MgO浆液，直至溶液pH为6(产品的纯度最高)，然后过滤、洗涤，低温干燥，得到纯度较高的MgHPO4·3H2O。
4. (1) ①a ②2LiFePO4＋ClO－＋2H＋===2FePO4＋2Li＋＋Cl－＋H2O ③过量的盐酸溶解FePO4，Fe元素也随Li元素一起浸出，导致产品纯度下降；产生Cl2，污染环境；后续阶段消耗更多的Na2CO3，增加试剂成本
(2) ①不稳定 ②2Li＋＋2HCOeq \\al(－,3)===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O
(3) 调节溶液pH略大于10.9，(过滤，)边搅拌边向滤液中缓慢加入饱和Na2SO4溶液至沉淀不再增加，过滤，用蒸馏水洗涤固体2～3次，将洗涤滤液与滤液合并，加热溶液并保持100 ℃，边搅拌边添加Na2CO3固体至沉淀不再增加，趁热过滤
【解析】 (1) ①由于NaClO能将HCl氧化为Cl2，且Fe3＋在弱酸性或碱性环境下易生成Fe(OH)3，引入杂质，故在体系中应先加入盐酸，则应先打开滴液漏斗a。③由于盐酸的酸性强于磷酸，故过量的盐酸能溶解FePO4，从而使得Fe元素也随Li元素一起浸出，导致产品纯度下降；同时过量的盐酸与NaClO反应产生Cl2，污染环境；后续阶段中加入的Na2CO3也能与盐酸反应，使得Na2CO3消耗增多，从而增加了试剂成本。(2) 由题干信息可知，两种溶液混合后，溶液变浑浊是因为生成了Li2CO3沉淀，产生的气泡为CO2，反应的离子方程式为2Li＋＋2HCOeq \\al(－,3)===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O，由此可见在该实验条件下，LiHCO3不稳定。