2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（二十四）综合实验题（含解析）新人教版

课时跟踪检测（二十四）综合实验题

1．常温常压下，一氧化二氯(Cl2O)为棕黄色气体，沸点为3.8 ℃,42 ℃以上会分解生成Cl2和O2，Cl2O易溶于水并与水反应生成HClO。

[制备产品]

将氯气和空气(不参与反应)按体积比1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O，并用水吸收Cl2O(不含Cl2)制备次氯酸溶液。

(1)各装置的连接顺序为________→________→________→________→________。

(2)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是_____________________________；装置C的作用是________________________________________________________________________。

(3)制备Cl2O的化学方程式为____________________________________________。

(4)反应过程中，装置B需放在冷水中，其目的是____________________。

(5)此方法相对于用氯气直接溶于水制备次氯酸溶液有两个主要优点，分别是________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

[测定浓度]

(6)已知次氯酸可被FeSO4等物质还原。用下列实验方案测定装置E所得溶液中次氯酸的物质的量浓度：量取10 mL上述次氯酸溶液，并稀释至100 mL，再从其中取出10.00 mL于锥形瓶中，并加入10.00 mL 0.80 mol·L－1的FeSO4溶液，充分反应后，用0.050 00 mol·L－1的酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液24.00 mL，则原次氯酸溶液的浓度为________。

解析：(1)A装置制备氯气，D装置吸收氯气中的氯化氢气体，与空气形成1∶3的混合气体通入B装置，与含水8%的碳酸钠充分反应制备Cl2O，C装置吸收除去Cl2O中的Cl2，E装置中用水吸收Cl2O制备次氯酸溶液。

(2)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是加快反应速率，使反应充分进行；装置C装有足量的四氯化碳溶液，其作用是除去Cl2O中的Cl2。

(3)氯气和空气(不参与反应)按体积比1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O，反应为：2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋2NaCl＋CO2或2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3。

(4)由题可知：Cl2O 42 ℃以上会分解生成Cl2和O2，故为防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解，装置B需放在冷水中。

(5)主要优点分别是制得的次氯酸溶液纯度较高，浓度较大。

(6)根据反应ClO－＋2Fe2＋＋H2O===Cl－＋2Fe3＋＋2OH－、MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，则原次氯酸溶液的浓度为

＝

1.000 mol·L－1。

答案： (1)A　D　B　C　E

(2)加快反应速率，使反应充分进行　除去Cl2O中的Cl2

(3)2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋2NaCl＋CO2(或2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3)

(4)防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解

(5)制得的次氯酸溶液纯度较高　浓度较大

(6)1.000 mol·L－1

2．草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)为淡黄色粉末，是生产锂电池的原料。某化学兴趣小组对草酸亚铁晶体的一些性质进行探究。回答下列问题：

(1)实验室用0.5 mol·L－1FeSO4溶液与0.5 mol·L－1(NH4)2C2O4溶液制备草酸亚铁晶体。要配制500 mL 0.5 mol·L－1的FeSO4溶液，需称取FeSO4·7H2O(M＝278 g·mol－1)样品________g，必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还有__________________。

(2)为测定草酸亚铁晶体中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2，设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

实验操作步骤为打开K1、K2，缓缓通入N2→点燃酒精灯，小火加热→熄灭酒精灯→冷却至室温→停止通N2，关闭K1、K2→称量A。重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。

①仪器B的名称是________。

②缓缓通入N2的目的是_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

③根据实验数据，计算草酸亚铁晶体中结晶水数目x＝________(列式表示)。若不关闭K1和K2进行称量，则所得x将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(3)为探究草酸亚铁的热分解产物，将实验(2)中已恒重的装置A接入下图所示装置进行实验。

①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________________。

②停止实验时要先熄灭两处酒精灯，再继续通N2至玻璃管冷却到室温，目的是________________________________________________________________________。

③若装置A中5.76 g样品完全分解后残余2.88 g黑色固体，E的硬质玻璃管中固体质量减轻0.64 g。则草酸亚铁受热分解的化学方程式为__________________________________。

解析：(1)配制500 mL 0.5 mol·L－1的FeSO4溶液，则n(FeSO4·7H2O)＝0.5 L×0.5 mol·L－1＝0.25 mol，故称取FeSO4·7H2O的质量为278 g·mol－1×0.25 mol＝69.5 g；必须使用的玻璃仪器还有500 mL容量瓶、胶头滴管。(2)①仪器B为干燥管。②缓缓通入N2的目的是排出装置A中的空气，防止加热时草酸亚铁被氧气氧化。③FeC2O4·xH2O的质量为(m2－m1)g，FeC2O4的质量为(m3－m1)g，则结晶水的质量为[m2－m1－(m3－m1)]g＝(m2－m3)g，则m(FeC2O4)∶m(H2O)＝(m3－m1)∶(m2－m3)＝144∶18x，解得x＝；若不关闭K1和K2进行称量，则m3偏大，x偏小。(3)①根据B中澄清石灰水变浑浊，可知分解产物中有CO2，根据E中固体变为红色，F中澄清石灰水变浑浊，可知分解产物中有CO。②停止实验时要先熄灭两处酒精灯，再继续通N2至玻璃管冷却到室温，目的是防止倒吸。③5.76 g样品中n(FeC2O4)＝＝0.04 mol，根据E中发生反应：CuO＋COCu＋CO2　ΔM(固)＝16 g·mol－1，可知样品分解生成的CO的物质的量n(CO)＝＝0.04 mol，残余2.88 g黑色固体中n(Fe)＝0.04 mol，n(O)＝ mol＝0.04 mol，该黑色固体中n(Fe)∶n(O)＝1∶1，则黑色固体为FeO，草酸亚铁分解产生的CO2的质量m(CO2)＝(5.76－2.88－0.04×28)g＝1.76 g，n(CO2)＝＝0.04 mol，故草酸亚铁受热分解的化学方程式为FeC2O4FeO＋CO↑＋CO2↑。

 答案：(1)69.5　500 mL容量瓶、胶头滴管

(2)①干燥管　②排出装置A中的空气，防止加热时草酸亚铁被氧气氧化　③　偏小

(3)①CO2和CO　②防止倒吸

③FeC2O4FeO＋CO↑＋CO2↑

3．亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，某学习小组设计实验制备亚硝酸钙，实验装置如图所示。(夹持装置略去)

已知：2NO＋CaO2Ca(NO2)2

2NO2＋CaO2Ca(NO3)2

Ca(OH)2＋NO＋NO2===Ca(NO2)2＋H2O

请回答下列问题：

(1)向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的N2，原因是________________________________________________________________________。

(2)装置D的名称是__________；装置B中盛装的试剂是__________。

(3)装置F中的酸性K2Cr2O7溶液可将剩余的NO氧化成NO，溶液由橙色(Cr2O)变为绿色(Cr3＋)，发生反应的离子方程式为____________________________________。

(4)已知Ca(NO2)2溶液显弱碱性，其对应的酸容易分解，产生NO气体，设计实验证明装置F中有亚硝酸钙生成：______________________________________

________________________________________________________________________。

(5)工业上可用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2。

①若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致_____________________________；

②若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致________________________________。

解析：(1)因为NO极易被氧气氧化为NO2，所以实验先通一段时间的氮气目的是为了将装置内的空气排净，避免将NO氧化。

(2)装置D为U形管，而且两边各有一个支管口，所以是U形具支干燥管。装置B中的试剂为蒸馏水，其作用是将反应产生的NO2转化为NO。

(3)酸性K2Cr2O7溶液将NO氧化成NO，Cr2O变为Cr3＋，显然在反应物中应该添加氢离子，在生成物中应该添加水，根据化合价升降相等、电荷守恒和原子守恒得到离子方程式为Cr2O＋2NO＋6H＋===2Cr3＋＋2NO＋3H2O。

(4)Ca(NO2)2溶液显弱碱性，说明HNO2是弱酸，其对应的酸(HNO2)容易分解，产生NO气体，所以可以选择向样品中加入强酸，利用强酸制弱酸的原则，生成HNO2，HNO2分解得到NO，NO被空气氧化得到红棕色的NO2，观察现象就能证明NaNO2的存在。

(5)①若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则对于题目给的第三个反应，NO过量，最终排放会污染空气。

②若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则对于题目给的第三个反应，NO2过量，会发生反应：2Ca(OH)2＋4NO2===Ca(NO2)2＋Ca(NO3)2＋2H2O，所以产物中的硝酸钙杂质的含量会增加。

答案：(1)排除装置中的空气，防止其将生成的NO氧化为NO2

(2)U形具支干燥管　 蒸馏水

(3)Cr2O＋2NO＋6H＋===2Cr3＋＋2NO＋3H2O

(4)取少量E中反应后的固体于试管中，滴加少许稀硫酸，试管口有红棕色气体生成

(5)①排放气体中NO含量升高，污染环境

②产品中Ca(NO3)2杂质含量升高

4．硼是第ⅢA族元素，单质硼在加热条件下能与多种非金属反应。某同学欲利用氯气和单质硼反应制备三氯化硼。已知BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，遇水剧烈反应，生成硼酸和盐酸。该同学选用如图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验，请回答下列问题：

(1)A中反应的离子方程式为_________________________________________________。

(2)图中g管的作用是_____________________________________________________。

(3)装置的连接顺序依次为A→____→____→____→E→D→F；在E、F装置间连接D装置的作用是____________________________________________________________。

(4)停止实验时，正确的实验操作是___________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)若硼酸(H3BO3)为一元弱酸，则其钠盐NaH2BO3为________(填“正盐”“酸式盐”或“碱式盐”)。

(6)实验完成后，某同学向F中(溶液含有0.05 mol·L－1 NaClO、0.05 mol·L－1NaCl、0.1 mol·L－1NaOH)滴加品红溶液，发现溶液褪色。现设计实验探究溶液褪色的原因，请完成实验方案。

则x＝________，结论：______________________________________________。

解析：(1)A中二氧化锰和浓盐酸在加热条件下发生氧化还原反应生成Cl2，离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)g管的作用是保持气压平衡，便于分液漏斗中的液体流入蒸馏烧瓶。(3)A中二氧化锰和浓盐酸在加热条件下发生氧化还原反应生成Cl2，生成的Cl2中含有HCl、水蒸气，故连接B装置用饱和食盐水吸收HCl，再连接D装置用浓硫酸吸水干燥，C中生成BCl3，在E中得到BCl3，为防止生成的BCl3水解，E装置后需要连接干燥装置D，最后用F吸收未反应的Cl2，故装置的连接顺序为A→B→D→C→E→D→F。(4)停止实验，先熄灭C处酒精灯，为防止倒吸，再将F处导管取出，最后熄灭A处酒精灯。(5)若硼酸(H3BO3)为一元弱酸，则NaH2BO3为正盐。(6)三组对比实验溶液总体积应相同，都为10.0 mL，故实验①水的体积为5.0 mL；实验①③褪色，说明NaClO使品红溶液褪色，相对于实验①来说实验③褪色较慢，说明溶液碱性越强褪色越慢。

答案：(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

(2)保持气压平衡，便于分液漏斗中的液体流入蒸馏烧瓶

(3)B　D　C　起干燥作用，防止三氯化硼遇水剧烈反应

(4)先熄灭C处酒精灯，将F处导管取出，最后熄灭A处酒精灯

(5)正盐

(6)5.0　NaClO能使品红溶液褪色，溶液碱性越强褪色越慢

5．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中反应的化学方程式是_________________________________ (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________，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)①KMnO4被HCl还原为MnCl2，HCl被氧化为Cl2，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。②应在装置B中加入饱和食盐水，以除去混在Cl2中的HCl。洗气时，气体应长管进、短管出。③过量的KOH还能与Cl2发生歧化反应，化学方程式为Cl2＋2KOH===KCl＋KClO＋H2O。(2)①ⅰ.滴加KSCN溶液，溶液变红，说明原溶液中含有Fe3＋。有Fe3＋生成，不能判断FeO一定与Cl－发生了反应，根据题目给出的信息，K2FeO4在酸性或中性条件下，FeO会与H＋发生氧化还原反应生成Fe3＋和O2，离子方程式为4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O。ⅱ.用KOH溶液洗涤可除去混在C所得固体中的ClO－。②碱性条件下，氧化性Cl2>FeO；而在酸性条件下，FeO的氧化能力增强，氧化性Cl2<FeO。由此可见，两者氧化性强弱关系相反，主要原因是溶液的酸碱性不同。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。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。

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

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

6．芳香族羧酸通常用芳香烃的氧化来制备。芳香烃的苯环比较稳定，难于氧化，而环上的支链不论长短，在强烈氧化时，最终都氧化成羧基。某同学用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。反应原理：＋KOH＋2MnO2↓＋H2O

相关物质的物理常数：

主要实验装置和流程如下：

实验方法：将一定量的甲苯和KMnO4溶液置于图1装置中，在90 ℃时，反应一段时间，再停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。

(1)操作Ⅰ为_________；操作Ⅱ为_________。

(2)如果水层呈紫色，要先加亚硫酸氢钾，然后再加入浓盐酸酸化。加亚硫酸氢钾的目的是________________________________________________________________________。

(3)白色固体B的主要成分为_________，其中可能含有的主要杂质是_________。

(4)下列关于仪器的组装或者使用正确的是_________。

A．抽滤可以加快过滤速度，得到较干燥的沉淀

B．安装电动搅拌器时，搅拌器下端不能与三颈烧瓶底、温度计等接触

C．图1回流搅拌装置可采用酒精灯直接加热的方法

D．图1冷凝管中水的流向是上进下出

(5)称取1.22 g产品，配成100.0 mL溶液。取其中25.00 mL溶液于锥形瓶中，滴加酚酞作为指示剂，用浓度为0.100 0 mol·L－1的KOH标准溶液进行滴定，消耗了20.00 mL。产品中苯甲酸质量分数为________。若采用甲基橙作指示剂，会导致测定的结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”) 。

解析：苯甲酸微溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液体采用分液方法分离，得到有机层和水层，有机层中含有甲苯、水层中含有苯甲酸，有机层中的甲苯采用蒸馏方法得到无色液体A，A是甲苯，将水层用盐酸酸化再蒸发浓缩，根据苯甲酸微溶于水可知，得到的白色固体B主要成分为苯甲酸，其中可能含有KCl杂质。

(1)将滤液分离得到有机层和水层，可以用分液的方法，有机层中物质互溶且沸点不同，可以采用蒸馏方法分离，则操作Ⅱ为蒸馏。

(2)如果水层呈紫色，说明高锰酸钾过量，要先加亚硫酸氢钾，除去未反应的高锰酸钾，否则用浓盐酸酸化时，浓盐酸可能被高锰酸钾氧化成氯气。

(3)根据上述分析可知，白色固体B的主要成分是苯甲酸，可能含有的主要杂质是KCl。

(4)抽滤时，瓶中压强较小，可以加快过滤速度，得到较干燥的沉淀，故A正确；为了防止搅拌器下端打坏三颈烧瓶底或温度计，在搅拌时，搅拌器下端不能与三颈烧瓶底、温度计等接触，故B正确；用水浴加热便于控制温度和使容器受热均匀，图1回流搅拌装置应采用水浴加热的方法，故C错误；冷凝管中水的流向与蒸气的流向相反，则冷凝管中水的流向是下进上出，故D错误。

(5)设1.22 g产品中苯甲酸的物质的量为x mol，配成100 mL溶液，取其中25.00 mL溶液进行滴定，25.00 mL苯甲酸溶液中含有苯甲酸的物质的量为0.25x mol，则：

　C6H5COOH＋KOH―→C6H5COOK＋H2O

1 mol　　　1 mol

　0.25x mol　 0.002 mol

即0.25x＝0.002，解得x＝0.008 mol，所以产品中苯甲酸的质量分数为×100%＝80.0%，因苯甲酸钾是强碱弱酸盐，达到滴定终点时，所得溶液呈碱性，因甲基橙的变色范围是3.1～4.4，若采用甲基橙作指示剂，会导致消耗标准液偏少，测定的结果偏低。

答案：(1)分液　蒸馏

(2)除去未反应的高锰酸钾，防止盐酸酸化时被高锰酸钾所氧化，产生氯气

(3)苯甲酸　KCl

(4)AB　(5)80.0%　偏低