2021版高考化学一轮复习第十章化学实验基础3物质的制备强化训练2（含解析）新人教版
展开物质的制备
1.(2018·全国卷Ⅰ)醋酸亚铬[Cr·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_____________________________________。
【解析】(1)因醋酸亚铬[Cr·2H2O]在气体分析中用作氧气吸收剂,故其很容易吸收氧气而发生反应,所以蒸馏水经煮沸后迅速冷却的目的就是去除水中溶解的氧气;仪器a的名称是分液漏斗。
(2)根据题干描述,c中溶液主要发生锌与三氯化铬电离出的三价铬离子反应生成二价铬离子,所以发生反应的离子方程式为Zn+2Cr3+Zn2++2Cr2+,c中产生的气体是锌粒与盐酸反应产生的氢气,其作用是排除c中的空气,防止二价铬再被氧化。
(3)打开K3,关闭K1和K2,由于c中仍然产生氢气,产生的氢气导致c中的压强变大,将c中的液体压入d中,与d中的醋酸钠溶液反应生成醋酸亚铬。根据醋酸亚铬的性质,其难溶于冷水,所以可以将得到的溶液冷却,降低醋酸亚铬的溶解度,使醋酸亚铬以沉淀的形式析出,然后过滤、洗涤将其分离出来。
(4)由于醋酸亚铬很容易吸收空气中的氧气,d装置是一个敞开体系,与空气接触,可能导致醋酸亚铬被氧化。
答案:(1)去除水中溶解的氧气 分液漏斗
(2)① Zn+2Cr3+Zn2++2Cr2+ ②排除c中空气
(3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤
(4)d装置为敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触
2.(2019·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:
回答下列问题:
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是 _________________。
(2)步骤②需要加热的目的是______________________, 温度保持80～95 ℃,采用的合适加热方式是________。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是________________________________。
分批加入H2O2,同时为了________,溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有______________________, 经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为____________。
【解析】(1)铁屑表面的油污主要是油脂类的物质,所以可以加入热碱液使其水解除去。(2)步骤②需要加热的目的是加快反应速率,加速铁与稀硫酸的反应;温度保持80～95 ℃,在100 ℃以下,所以主要采取的是热水浴的方式进行加热;因硫化物主要产生的是H2S,H2S与碱发生反应,所以应用防止倒吸的装置。(3)步骤②中得到的滤液的主要成分是硫酸亚铁,而步骤③之后溶液的主要成分是硫酸铁,所以加入足量的H2O2的目的是将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+;当pH过大时,Fe3+会产生沉淀,所以溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤主要是将溶液中的固体进行结晶,所以具体实验操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤),经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O,其相对分子质量为266+18x,1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27,则×100%=5.6%,解得x=12,则硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
答案:(1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+,不引入杂质 防止Fe3+水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
3.人工智能系统在化工生产过程中根据现场监测数据自动采取最佳方案应用于实际工业生产。氨基锂(LiNH2)是一种白色有光泽的结晶或粉末,熔点是390 ℃,沸点是430 ℃,溶于冷水,遇热水则强烈水解。人工智能系统可在380～400 ℃时锂与氨气直接反应可制得LiNH2,并取得氨基锂最佳质量。下面是实验室制备LiNH2时可能用到的装置图,回答下列问题。
(1)仅从试剂性质角度分析,下列各组试剂不宜用于实验室制备NH3的是________(填字母)。
A.浓氨水、CaO
B.NH4Cl固体、Ca(OH)2固体
C.浓氨水
D.NH4NO3固体、NaOH固体
(2)用(1)中合适的试剂制取的NH3按气流方向自左向右,则图中装置的连接顺序为________(填接口处字母),装置A的作用是__ _________________。
(3)装置C中仪器的名称是________,盛装的试剂是________。实验开始后,向X中通入NH3与加热仪器X的先后顺序为________。
(4)实验室还可用浓氨水与固体NaOH混合制备氨气,但多次实验表明,此方法收集到的NH3量总是比理论值低许多,其最可能的原因是 _______________ __。
(5)氨基锂能与热水反应生成LiOH与一种气体,请推测该气体的成分并用实验验证你的结论: ____________________________________________________。
【解析】(1)因NH4NO3受热或撞击易发生爆炸,故不易用NH4NO3固体、NaOH固体制备NH3。
(2)因LiNH2能与水反应,故进入B中的氨气应该是干燥的,又因为氨气无法在B中消耗完且空气中水蒸气也可以逆向进入B,又氨气溶解时可能会产生倒吸现象,故相应的连接顺序为e→f→c→d→h(或g)→g(或h)→a;装置A中盛放浓硫酸,用于吸收氨气及防止空气中的水蒸气进入B中。
(3)装置C用于干燥氨气,可以使用碱性干燥剂;由于Li能与空气中氧气反应,故要先通入一段时间的氨气,排尽装置内的空气。
(4)因氨气属于易溶于水的气体,故它在溶液中生成时,溶液中会溶解有相当多的氨气,从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多。
(5)由LiNH2+H2OLiOH+NH3↑推测,气体产物是氨气,可用红色石蕊试纸检测该气体。
答案:(1)D
(2)e→f→c→d→h(或g)→g(或h)→a 盛放浓硫酸,用于吸收氨气,及防止空气中的水蒸气进入B中
(3)干燥管 碱石灰 先通氨气再加热
(4)因氨气属于易溶于水的气体,故它在溶液中生成时,溶液中会溶解有相当多的氨气,从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多
(5)该气体为氨气,取少量试样放入试管中并加入适量热水,再将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口,试纸变蓝
【加固训练】
现用如图所示的实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2,并与粗铜反应。下列有关说法正确的是 ( )
A.按气流方向连接各仪器接口,正确的连接顺序是Ⅰ→Ⅲ→Ⅴ→Ⅳ→Ⅱ
B.装置Ⅰ的目的是制备Cl2,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
C.装置Ⅳ中观察到的实验现象是产生大量淡蓝色的烟
D.装置Ⅱ的目的是吸收过量的Cl2,气体应从c口进
【解析】选A。要利用图中所给实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应,首先要找到Cl2的发生装置(Ⅰ),然后将制得的Cl2净化(除去HCl,用装置Ⅲ)、干燥(用装置Ⅴ),并使其与粗铜粉反应(用装置Ⅳ),最后进行尾气吸收(用装置Ⅱ);MnO2应与浓盐酸共热反应制备Cl2;盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的实验现象是产生大量棕黄色的烟;吸收过量的Cl2应从长管进。
