2019届二轮复习 大题强化训练(三)　综合实验探究 作业（全国通用）

大题强化训练(三)　综合实验探究

1．(2018·清华中学一模)CuCl2广泛应用于工业生产，溶于水形成绿色溶液。CuCl晶体呈白色，难溶于水，露置于潮湿空气中易被氧化。实验室用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气并与粗铜(含杂质铁)反应制备氯化铜(铁架台、铁夹及酒精灯省略)。

回答下列问题：

(1)完成该实验，按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→________、________→________、________→______、________→__________；实验时，圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为_____________________________。

盛粗铜粉的试管中现象是_____________________________________。

(2)实验完毕，取试管中的固体用盐酸溶解后，欲提纯氯化铜，可向溶液中加入过量________。(填物质化学式，已知室温下Fe(OH)3沉淀完全的pH为3.2)

(3)向制得的氯化铜溶液中通入SO2，加热一段时间即可制得CuCl，写出该反应的离子方程式：___________________________________________

____________________________________________________________。

(4)已知：i.CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成Cu(CO)Cl·H2O

ii.保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液能吸收氧气

某同学利用如图所示装置，测定某混合气体中H2、CO、SO2和O2的质量分数：

    D　 　E　  　F　　G　H

①D瓶测定的气体是________________。

②E瓶中发生反应的离子方程式为______________________________

____________________________________________________________。

③为了准确读取H中量气管的数据，读数时除了视线与凹液面最低处相平以外，还要注意_______________________________________________

____________________________________________________________。

【解析】　(1)KMnO4与浓盐酸反应制得的氯气中含有HCl、水蒸气，通过饱和食盐水、浓硫酸后可得到纯净、干燥的氯气，纯净、干燥的氯气与粗铜(含杂质铁)反应后，过量的氯气用NaOH溶液吸收，故按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→d、e→j、h→f、g→b。KMnO4与浓盐酸反应，MnO被还原为Mn2＋，Cl－被氧化为Cl2，反应的离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)实验完毕，试管中的固体用盐酸溶解后，得到CuCl2和FeCl3的混合溶液，欲除去FeCl3，可以向混合溶液中加入CuO[或CuCO3或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]，降低溶液中c(H＋)，使Fe3＋＋3H2OFe(OH)3↓＋3H＋不断向正向进行，从而将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀除去，同时不引入新的杂质离子。(3)向氯化铜溶液中通入SO2，CuCl2转化为CuCl，SO2转化为SO，根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒配平离子方程式：2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO。(4)由于保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液也可以吸收SO2，CuCl的盐酸溶液能被O2氧化，故D瓶中可以盛放强碱溶液用来吸收SO2，E瓶中盛放保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液用来吸收O2，F瓶中盛放CuCl的盐酸溶液用来吸收CO，H中量气管用来测定H2的体积。①D瓶测定的气体是SO2。②E瓶吸收O2，发生反应的离子方程式为2S2O＋3O2＋4OH－===4SO＋2H2O。③为了准确读取H中量气管的数据，读数时除了视线与凹液面最低处相平以外，还要注意将实验装置恢复到室温，上下调节量气管，使左、右管中液面高度相平。

【答案】　(1)d　e　j　h　f　g　b

2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　产生大量棕黄色的烟

(2)CuO[或CuCO3或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]

(3)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO

(4)①SO2　②2S2O＋3O2＋4OH－===4SO＋2H2O　③将实验装置恢复到室温，上下调节量气管，使左、右管中液面高度相平

2．(2018·惠州调研)超细碳酸钙的粒径范围为1～100 nm，其应用非常广泛，取一定量的超细碳酸钙置于水中充分搅拌，可以形成胶体。图1为某企业生产超细碳酸钙的工业流程图：

图1

实验室中利用图2所示装置(部分夹持装置已略去)模拟工业生产超细碳酸钙。

A 　　B　　 　　　C　　　　　D

图2

供选择的药品：①石灰石　②氯化铵　③氢氧化钙　④饱和氯化钙溶液　⑤浓硫酸　⑥6 mol·L－1盐酸　⑦饱和食盐水　⑧饱和NaHCO3溶液

(1)装置C中发生反应的离子方程式为___________________________

____________________________________________________________。

(2)打开分液漏斗活塞与点燃酒精灯，在实验中应该先行操作的为________(填“前者”或“后者”)。

(3)过滤、洗涤、烘干C中的碳酸钙固体，请设计实验，验证所得的碳酸钙产品粒径是否符合“超细”的范围_______________________________

____________________________________________________________。

(4)该装置也可模拟侯氏制碱法，则装置C中产生的沉淀的化学式为________。

图3所示装置为从图1所示工业流程母液中回收氨气的模拟实验装置。

E　　　　　　　　　F　 　G

图3

(5)F试管中的现象为无色溶液先出现沉淀，一段时间后沉淀重新溶解，F中反应前所装的溶液可能为___________________________________。

(6)装置G的作用是___________________________________________。

(7)精制工业氯化钙溶液通常方法为加入少量石灰乳除去杂质Mg2＋，离子方程式为Ca(OH)2(s)＋Mg2＋(aq)Mg(OH)2(s)＋Ca2＋(aq)。要使溶液中的Mg2＋沉淀完全(浓度小于10－5 mol·L－1可认为沉淀完全)，则溶液中的钙离子物质的量浓度应该控制在______________(填取值范围)。(已知：Ksp[Ca(OH)2]＝5.4×10－6　Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－11)

【解析】　(1)由题图1可知，工业上由NH3、CO2和CaCl2反应制备超细碳酸钙和氯化铵，故装置C中发生反应的离子方程式为Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH。(2)由题图2所给装置和供选择的药品可知，D是制备NH3的装置，A是制备CO2的装置，应先加热D装置生成NH3，当C中溶有足量的NH3时，再打开分液漏斗的活塞制备CO2气体，产生的CO2气体通入C中发生反应，从而达到实验目的。(3)由题意可知，超细碳酸钙的粒径范围为1～100 nm，其溶于水可形成胶体，故可根据丁达尔效应进行验证。(4)侯氏制碱法生成的沉淀是NaHCO3。(5)E中反应生成NH3，F中通入NH3后先生成沉淀，继续通入NH3沉淀溶解，则无色溶液可能是AgNO3溶液。(6)装置G的作用是吸收多余的NH3，且能防止倒吸。(7)已知Ksp[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝5.4×10－6，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1.2×10－11，则当Mg2＋沉淀完全时，＝＝＝4.5×105，c(Ca2＋)＜4.5×105×10－5mol·L－1＝4.5 mol·L－1，所以0＜c(Ca2＋)＜4.5 mol·L－1。

【答案】　(1)Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH

(2)后者

(3)取少量产品投入适量水中形成澄清的混合体系后，用光束照射，若观察到丁达尔效应，则为超细碳酸钙

(4)NaHCO3

(5)AgNO3溶液

(6)吸收多余的氨气，防止倒吸

(7)0＜c(Ca2＋)＜4.5 mol·L－1

3．(2018·甘肃兰州一中冲刺模拟)某化学兴趣小组设计实验，用浓硫酸与铜的反应制取SO2并进行相关实验探究，同时获得少量NaHSO3，实验装置如图所示：

甲　　　　乙　　　 丙　　　　丁

(1)装置甲中发生反应的化学方程式是____________________________

____________________________________________________________，

装置乙的作用是______________________________________________

____________________________________________________________。

(2)装置丁的作用是吸收污染空气的SO2气体，其反应的离子方程式为____________________________________________________________。

(3)SO2具有漂白性、还原性和氧化性。将SO2通入溴水中，SO2表现的是____________，发生反应的化学方程式为_______________________________。

(4)若装置丙中没有加入品红溶液，则不能准确判断NaOH是否完全转化。现有可供选择的仪器和试剂：烧杯试管、玻璃棒、胶头滴管；2 mol·L－1盐酸、2 mol·L－1硝酸、1 mol·L－1BaCl2溶液、1 mol·L－1Ba(OH)2溶液、品红溶液、蒸馏水。请设计实验探究吸收后溶液中是否含有NaHSO3和Na2SO3，将实验操作、预期的实验现象和结论填在下表中。

【解析】　(1)根据装置甲的分液漏斗及烧瓶中的试剂可知其中发生的反应为浓硫酸氧化Cu生成SO2的反应，化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。反应产生的SO2极易与NaOH溶液发生反应，应防止倒吸，故装置乙为安全瓶，起到缓冲的作用。(2)SO2具有还原性，可被酸性KMnO4溶液氧化为H2SO4，起到吸收尾气SO2的作用，故反应的离子方程式为5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋。(3)溴水中Br2表现较强的氧化性，故反应过程中的SO2表现还原性，反应的化学方程式为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。(4)装置丙中发生的是NaOH与SO2的反应，先生成Na2SO3，SO2过量则逐渐生成NaHSO3，故待测液有三种可能情况：只有Na2SO3，只有NaHSO3，或二者均有。加入BaCl2溶液出现沉淀，向滴有少量品红溶液的沉淀中滴加盐酸，若品红溶液褪色(或有气泡产生)，说明生成SO2，则待测液中含有Na2SO3；待测液中若含NaHSO3，则滴加过量Ba(OH)2溶液时，发生反应HSO＋Ba2＋＋OH－===BaSO3↓＋H2O，产生白色沉淀。

【答案】　(1)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　防止装置丙中液体倒吸入装置甲中(或缓冲瓶的作用)　(2)5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋　(3)还原性　SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　(4)

4.(2018·北京高考)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。

资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

(1)制备K2FeO4(夹持装置略)

①A为氯气发生装置。A中反应方程式是__________________________

____________________________________________________________(锰被还原为Mn2＋)。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2＋2Fe(OH)3＋10KOH===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O，另外还有______________________。

(2)探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：

i.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由____________________________________________________________产生(用方程式表示)。

ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是________________________。

②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________FeO(填“＞”或“＜”)，而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO的氧化性强弱关系相反，原因是____________________________________________________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO＞MnO，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性FeO＞MnO。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：__________________________________________

____________________________________________________________。

【解析】　(1)①由题图知A中反应物为浓盐酸和KMnO4，生成物有Cl2，且锰被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒及元素守恒即可完成反应的化学方程式。②由于装置C中高铁酸钾的制备环境呈碱性而制得的氯气中混有的氯化氢气体为酸性，可用饱和食盐水除去氯化氢，注意“长导管进短导管出”。③氯气能与过量的KOH溶液反应。(2)①i.Fe3＋遇KSCN溶液变红色。由已知高铁酸钾在酸性溶液中快速产生氧气，反应过程中氧元素的化合价升高，根据氧化还原反应的规律，高铁酸钾中＋6价的铁元素化合价必然降低，其还原产物可能是Fe3＋。也就是说，Fe3＋可能来自于高铁酸钾自身的氧化还原反应。书写离子方程式时，可以先写出明确的、已知的反应物(即FeO)和生成物(即Fe3＋和O2)，根据得失电子守恒确定Fe3＋和O2的化学计量数之比为4∶3，再根据电荷守恒和元素守恒确定反应物中还应有H＋，最后用观察法配平即可。ii.C中Cl2与KOH反应生成的ClO－具有氧化性，也能氧化Cl－，故需排除ClO－的干扰。②K2FeO4的制备实验中Cl2化合价降低作氧化剂，故氧化性Cl2＞FeO，该反应是在碱性条件下进行的，方案Ⅱ是在酸性条件下进行的，溶液的酸碱性对物质的氧化性或还原性会产生影响。

【答案】　(1)①2KMnO4＋16HCl===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O

②

③Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O

(2)①i.Fe3＋　4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O

ii.排除ClO－的干扰

②＞　溶液酸碱性不同

③理由：FeO在过量酸的作用下完全转化为Fe3＋和O2，溶液浅紫色一定是MnO的颜色

或方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色

5．(2018·调研卷)

图1

某课题小组查阅资料知，硫酸镁和焦炭组成的混合物在高温(800 ℃)条件下反应生成MgO、SO2、CO2、CO。为了探究资料信息的真实性，他们设计如下实验：

Ⅰ.检验部分产物

取一定质量的硫酸镁和焦炭混合均匀，在高温下反应，将产生的气体通入图1所示装置可以检验CO2、CO和SO2是否存在。供选用的药品有：品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液、澄清石灰水、硫酸铜溶液。

(1)A装置中的试剂是________________，其作用是________________

____________________________________________________________。

(2)能证明CO2、SO2都存在的实验现象是_________________________

____________________________________________________________。

写出A中发生反应的离子方程式________________________________

____________________________________________________________。

实验过程中，B中导出的气体能燃烧并发出蓝色火焰。

Ⅱ.定量确定该反应的化学方程式

另取一定质量的硫酸镁和焦炭混合均匀，按图2所示装置进行实验(加热装置省略)。已知：D、E、F中溶液均足量，吸收气体充分且不考虑副反应。CuCl的盐酸溶液能吸收CO生成氯化羰基亚铜[Cu2Cl2(CO)2·2H2O]。

      C　　　　D　　E　　　F　　　图3

图2

(3)实验前要通入一段时间氮气，其作用是_______________________。

(4)有同学提出上述图2装置不安全，应该在C、D之间增加图3装置，其目的是________。另一位同学认为按上述装置用差量法测定CO的量，结果会偏大，请你提出改进的措施：____________________________________。

(5)当反应完全后，将D中溶液稀释至1 000 mL，准确量取25.00 mL稀释后的溶液，并用0.500 0 mol·L－1氢氧化钠标准溶液滴定至终点，进行三次平行实验，消耗氢氧化钠标准溶液平均体积为15.00 mL。如果在装氢氧化钠标准溶液之前没有用标准溶液润洗滴定管，则测定D中生成硫酸的量会________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

(6)当C中固体完全反应后，测得E中生成CaCO3 5.0 g，F装置质量增加1.4 g。根据有关数据，写出C中发生反应的化学方程式：____________________________________________________________。

【解析】　(1)根据题图1所示装置特点，如果A中选用品红溶液，只能检验SO2是否存在，但缺少除去SO2、确认SO2被除尽等的实验装置，故A中应选择足量酸性高锰酸钾溶液，起三个作用。(2)A中的现象是“紫色变浅”，表明有SO2存在并已被除尽。B中溶液变浑浊说明有CO2。SO2与酸性高锰酸钾溶液反应生成了硫酸锰、硫酸钾和硫酸。(3)空气对实验有干扰，实验前要将装置中空气排出。(4)C中加强热，C、D装置间温差较大，易发生倒吸；图2装置E中导出的CO气体中含水蒸气，应增加CO干燥装置。(5)用氢氧化钠标准溶液滴定硫酸时，碱式滴定管没有用氢氧化钠标准溶液润洗，导致氢氧化钠标准溶液浓度变小，消耗氢氧化钠标准溶液的体积偏大，则测定的硫酸的量偏高。(6)根据反应SO2＋H2O2===H2SO4，H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O可得，n(SO2)＝×＝0.15 mol，n(CaCO3)＝n(CO2)＝＝0.05 mol，n(CO)＝＝0.05 mol。n(SO2)∶n(CO2)∶n(CO)＝0.15 mol∶0.05 mol∶0.05 mol＝3∶1∶1。根据质量守恒定律知，n(MgSO4)∶n(C)∶n(MgO)∶n(SO2)∶n(CO2)∶n(CO)＝3∶2∶3∶3∶1∶1。

【答案】　(1)酸性高锰酸钾溶液　检验SO2、除去SO2并确认SO2已被除尽

(2)A中溶液紫色变浅，B中溶液变浑浊

5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋

(3)排尽装置内空气

(4)防倒吸　在E、F之间增加盛装浓硫酸的洗气瓶

(5)偏高

(6)3MgSO4＋2C3MgO＋3SO2↑＋CO2↑＋CO↑