2023届高考化学二轮复习专题六实验原理与方法大题突破五化学实验综合学案

这是一份2023届高考化学二轮复习专题六实验原理与方法大题突破五化学实验综合学案，共121页。
大题突破五　化学实验综合

物质制备类综合实验
1.(2022·山东卷,18)实验室利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2沸点为76 ℃,遇水极易反应生成两种酸性气体。回答下列问题:

(1)实验开始先通N2。一段时间后,先加热装置　　(填“a”或“b”)。装置b内发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　 　。装置c、d共同起到的作用是　 。
(2)现有含少量杂质的FeCl2·nH2O,为测定n值进行如下实验:
实验Ⅰ:称取m1 g样品,用足量稀硫酸溶解后,用 c mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+达终点时消耗V mL(滴定过程中Cr2O72-转化为Cr3+,Cl-不反应)。
实验Ⅱ:另取m1 g样品,利用上述装置与足量SOCl2反应后,固体质量为m2 g。
则n=　　　　　　　;下列情况会导致n测量值偏小的是　　　　(填标号)。 
A.样品中含少量FeO杂质
B.样品与SOCl2反应时失水不充分
C.实验Ⅰ中,称重后样品发生了潮解
D.滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成
(3)用上述装置,根据反应TiO2+CCl4TiCl4+CO2制备TiCl4。已知TiCl4与CCl4分子结构相似,与CCl4互溶,但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯(加热及夹持装置略),安装顺序为①⑨⑧　　　　(填序号),先馏出的物质为　　　　。


解析:FeCl2∙4H2O与SOCl2制备无水FeCl2的反应原理为SOCl2吸收FeCl2∙4H2O受热失去的结晶水生成SO2和HCl,HCl可抑制FeCl2的水解,从而制得无水FeCl2。
(1)实验开始先通N2,排尽装置中的空气,一段时间后,先加热装置a,产生SOCl2气体充满装置b后再加热装置b,装置b中发生反应的化学方程式为FeCl2∙4H2O+4SOCl2FeCl2+4SO2↑+8HCl↑;装置c、d的共同作用是冷凝回流SOCl2。
(2)滴定过程中Cr2O72-将Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原成Cr3+,反应的离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+6Fe3++2Cr3++7H2O,则m1 g样品中n(FeCl2)=6n(Cr2O72-)=6cV×10-3 mol;m1 g样品中结晶水的质量为(m1-m2)g,结晶水的物质的量为m1-m218mol,n(FeCl2)∶n(H2O)=1∶n=(6cV×10-3 mol)∶m1-m218 mol,解得n=1 000(m1-m2)108cV。样品中含少量FeO杂质,溶于稀硫酸后生成Fe2+,导致消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积偏大,使n测量值偏小,A项符合题意;样品与SOCl2反应时失水不充分,则m2偏大,使n测量值偏小,B项符合题意;实验Ⅰ中,称重后样品发生了潮解,m1不变,消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积不变,使n测量值不变,C项不符合题意;滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成,导致消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积偏小,使n测量值偏大,D项不符合题意。
(3)组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯,按由下而上、从左到右的顺序组装,先安装①⑨⑧,然后连接冷凝管,蒸馏装置中应选择直形冷凝管⑥,接着连接尾接管⑩,TiCl4极易水解,为防止外界水蒸气进入,最后连接③⑤,故安装顺序为①⑨⑧⑥⑩③⑤;由于TiCl4、CCl4分子结构相似,TiCl4的相对分子质量大于CCl4的,TiCl4分子间的范德华力较大,TiCl4的沸点高于CCl4的,故先馏出的物质为CCl4。
答案:(1)a　FeCl2∙4H2O+4SOCl2FeCl2+4SO2↑+8HCl↑　冷凝回流SOCl2
(2)1 000(m1-m2)108cV　AB
(3)⑥⑩③⑤　CCl4
2.(2021·河北卷,14)化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献。某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备NaHCO3,进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl。实验流程如图:

回答下列问题:
(1)从A～E中选择合适的仪器制备NaHCO3,正确的连接顺序是　　　　　　　(按气流方向,用小写字母表示)。为使A中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下,可将分液漏斗上部的玻璃塞打开或　 　。


(2)B中使用雾化装置的优点是 　　　　　　　　　　　。
(3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为 　 。
(4)反应完成后,将B中U形管内的混合物处理得到固体NaHCO3和滤液:
①对固体NaHCO3充分加热,产生的气体先通过足量浓硫酸,再通过足量Na2O2,Na2O2增重0.14 g,则固体NaHCO3的质量为　　　　 g。 
②向滤液中加入NaCl粉末,存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离,根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线,需采用的操作为　　　　、　　　　、洗涤、干燥。 

(5)无水Na2CO3可作为基准物质标定盐酸浓度。称量前,若无水Na2CO3保存不当,吸收了一定量水分,用其标定盐酸浓度时,会使结果　　　　(填标号)。 
A.偏高　　　　B.偏低　　　　C.不变
解析:(1)制备NaHCO3的具体过程为先制备CO2,再除去杂质HCl,然后将纯净的CO2通入饱和氨盐水中制得NaHCO3,最后用NaOH溶液处理多余的CO2,所以装置的连接顺序为aefbcg。分液漏斗使用前需要让其与大气连通,否则液体无法滴落,所以为使A中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下,需要打开分液漏斗上部的玻璃塞或者将分液漏斗上部玻璃塞上的凹槽与分液漏斗上端的小孔对齐。(2)雾化装置可以增大接触面积,使饱和氨盐水与CO2充分接触,使反应更充分。(3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为CO2+NH3+NaCl+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。(4)①1 mol CO2与足量Na2O2反应,最终Na2O2增重的质量相当于1 mol CO 的质量,假设固体NaHCO3的质量为x g,可列如下关系式,
　　　2NaHCO3～CO2～Na2O2～CO
　　　 2×84 28
　　　 x g 0.14 g
则2×84xg=280.14 g,解得x=0.84。②根据题图中NaCl和NH4Cl的溶解度曲线可知,NH4Cl的溶解度随温度的升高变化较大,而NaCl的溶解度随温度的升高变化不大,为使NH4Cl沉淀充分析出并分离,需采用的操作为降温结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)若称量前的无水Na2CO3吸收了一定量的水分,此时Na2CO3的含量偏低,则用其标定盐酸浓度时,会使滴定结果偏高。
答案:(1)aefbcg　将分液漏斗上部玻璃塞上的凹槽与分液漏斗上端的小孔对齐
(2)增大接触面积,使反应更充分
(3)CO2+NH3+NaCl+H2ONaHCO3↓+NH4Cl
(4)①0.84　②降温结晶　过滤
(5)A
性质、原理探究类综合实验
1.(2022·广东卷,17)食醋是烹饪美食的调味品,有效成分主要为醋酸(用HAc表示)。HAc的应用与其电离平衡密切相关。25 ℃时,HAc的Ka=1.75×10-5=10-4.76。
(1)配制250 mL 0.1 mol·L-1的HAc溶液,需5 mol·L-1HAc溶液的体积为　　　　mL。 
(2)下列关于250 mL容量瓶的操作,正确的是　　　　。 

(3)某小组研究25 ℃下HAc电离平衡的影响因素。
提出假设　稀释HAc溶液或改变Ac-浓度,HAc电离平衡会发生移动。
设计方案并完成实验　用浓度均为0.1 mol·L-1的HAc和NaAc溶液,按下表配制总体积相同的系列溶液;测定pH,记录数据。
序号
V(HAc)/mL
V(NaAc)/mL
V(H2O)/mL
n(NaAc)∶n(HAc)
pH
Ⅰ
40.00
/
/
0
2.86
Ⅱ
4.00
/
36.00
0
3.36
…





Ⅶ
4.00
a
b
3∶4
4.53
Ⅷ
4.00
4.00
32.00
1∶1
4.65
①根据表中信息,补充数据:a=　　　　,b=　　　　。 
②由实验Ⅰ和Ⅱ可知,稀释HAc溶液,电离平衡　　　　(填“正”或“逆”)向移动;结合表中数据,给出判断理由:　 　。
③由实验Ⅱ～Ⅷ可知,增大Ac-浓度,HAc电离平衡逆向移动。
实验结论　假设成立。
(4)小组分析上表数据发现:随着n(NaAc)n(HAc)的增加,c(H+)的值逐渐接近HAc的Ka。
查阅资料获悉:一定条件下,按n(NaAc)n(HAc)=1配制的溶液中,c(H+)的值等于HAc的Ka。
对比数据发现,实验Ⅷ中pH=4.65与资料数据Ka=10-4.76存在一定差异;推测可能由物质浓度准确程度不够引起,故先准确测定HAc溶液的浓度再验证。
(ⅰ)移取20.00 mL HAc溶液,加入2滴酚酞溶液,用0.100 0 mol·L-1NaOH溶液滴定至终点,消耗体积为22.08 mL,则该HAc溶液的浓度为　　　　mol·L-1。请画出上述过程的滴定曲线示意图并标注滴定终点。 




(ⅱ)用上述HAc溶液和0.100 0 mol·L-1NaOH溶液,配制等物质的量的HAc与NaAc混合溶液,测定pH,结果与资料数据相符。
(5)小组进一步提出:如果只有浓度均约为 0.1 mol·L-1 的HAc和NaOH溶液,如何准确测定HAc的Ka?小组同学设计方案并进行实验。请完成表中Ⅱ的内容。
Ⅰ
移取20.00 mL HAc溶液,用NaOH溶液滴定至终点,消耗NaOH溶液V1 mL
Ⅱ
　 , 
测得溶液的pH为4.76
实验总结　得到的结果与资料数据相符,方案可行。
(6)根据Ka可以判断弱酸的酸性强弱。写出一种无机弱酸及其用途　。
解析:(1)溶液稀释过程中,溶质的物质的量不变,因此250 mL×0.1 mol·L-1=V×5 mol·L-1,解得 V=5.0 mL。
(2)不能用手等触碰瓶口,以免污染试剂,应用瓶塞塞住容量瓶口,故A错误;定容时,视线应与刻度线相平,不能仰视或俯视,且胶头滴管尖嘴不能插入容量瓶内,故B错误;向容量瓶中转移液体,需用玻璃棒引流,玻璃棒下端位于刻度线以下,同时玻璃棒不能接触容量瓶口,故C正确;定容完成后,盖上瓶塞,将容量瓶来回颠倒,将溶液摇匀,颠倒过程中,左手食指抵住瓶塞,防止瓶塞脱落,右手扶住容量瓶底部,防止容量瓶从左手掉落,故D错误。
(3)①实验Ⅶ的溶液中,n(NaAc)∶n(HAc)=3∶4,V(HAc)=4.00 mL,因此V(NaAc)=3.00 mL,即a=3.00,由实验Ⅰ可知,溶液最终的体积为40.00 mL,因此V(H2O)=40.00 mL-4.00 mL-3.00 mL=33.00 mL,即b=33.00。
②实验Ⅰ所得溶液的pH=2.86,实验Ⅱ的溶液中c(HAc)为实验Ⅰ的110,稀释过程中,若不考虑电离平衡移动,则实验Ⅱ所得溶液的pH=2.86+1=3.86,但实际溶液的pH=3.36S(35 ℃)>S(25 ℃)。
④设计实验、验证猜想　取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液),在设定的测试温度下,进行表1中实验1～3,记录数据。
表1
实验
序号
试样
测试温度/
℃
电导率/
(μS·cm-1)
1
Ⅰ:25 ℃的AgCl
饱和溶液
25
A1
2
Ⅱ:35 ℃的AgCl
饱和溶液
35
A2
3
Ⅲ:45 ℃的AgCl
饱和溶液
45
A3
⑤数据分析、交流讨论　25 ℃的AgCl饱和溶液中,c(Cl-)=　　　　 mol·L-1。实验结果为A3>A2>A1。小组同学认为,此结果可以证明③中的猜想a成立,但不足以证明猜想b成立。结合②中信息,猜想b不足以成立的理由有　  　　　　　　　　　　　　。
⑥优化实验　小组同学为进一步验证猜想b,在实验 1～3 的基础上完善方案,进行实验4和5。请完成表2中内容。
表2
实验序号
试样
测试温度/℃
电导率/
(μS·cm-1)
4
Ⅰ
　 
B1
5
　 
　 
B2
⑦实验总结　根据实验1～5的结果,并结合②中信息,小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是　。
解析:(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl2的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)实验室制得的Cl2中含有HCl、H2O,可依次通过饱和食盐水、浓硫酸分别除去HCl、H2O,再收集Cl2并进行尾气处理,因此装置的接口连接顺序为cdbae。(3)氯水中能使品红溶液褪色的物质是HClO,氯水久置后不能使品红溶液褪色,可推测氯水中HClO已分解。检验Cl-存在的方法是取少量样品于试管中,加入几滴AgNO3溶液,若有AgCl白色沉淀生成,则该久置氯水中存在Cl-。(4)⑤由于AgCl饱和溶液中c(Ag+)=c(Cl-),因此25 ℃时,c(Cl-)=Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol·L-1=1.8×10-5 mol·L-1≈1.34×10-5 mol·L-1。由于不同温度下的饱和溶液的浓度不同,因此实验1、2、3中,存在两个变量(温度与浓度),不足以证明猜想b成立。⑥需要设计实验证明AgCl在水中的溶解度S(45 ℃)>S(35 ℃)>S(25 ℃),则需要控制变量。可以设计不同温度的饱和溶液在相同温度下测试,如果温度较高的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高,则可以得出,温度升高,饱和溶液中离子浓度升高。所以可以设计试样Ⅰ在45 ℃下测试与实验3比较,设计试样Ⅱ在45 ℃下测试与实验3比较。⑦猜想b成立的判断依据是A3>B2>B1。
答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)cdbae
(3)HClO　取少量样品于试管中,加入几滴AgNO3溶液,若有AgCl白色沉淀生成,则该久置氯水中存在Cl-
(4)⑤1.8×10-5(或1.34×10-5)　存在两个变量(温度与浓度),温度升高的同时,溶液的浓度也在增大
⑥

45 ℃

Ⅱ
45 ℃

⑦A3>B2>B1
定量测定型综合实验
1.(2022·湖南卷,15)某实验小组以BaS溶液为原料制备BaCl2·2H2O,并用重量法测定产品中BaCl2·2H2O的含量。设计了如下实验方案:
可选用试剂:NaCl晶体、BaS溶液、浓H2SO4、稀H2SO4、CuSO4溶液、蒸馏水
步骤1.BaCl2·2H2O的制备
按如图所示装置进行实验,得到BaCl2溶液,经一系列步骤获得BaCl2·2H2O产品。

步骤2.产品中BaCl2·2H2O的含量测定
①称取产品0.500 0 g,用100 mL水溶解,酸化,加热至近沸;
②在不断搅拌下,向①所得溶液逐滴加入热的0.100 mol·L-1 H2SO4溶液;
③沉淀完全后,60 ℃水浴40分钟,经过滤、洗涤、烘干等步骤,称量白色固体,质量为0.466 0 g。
回答下列问题:
(1)Ⅰ是制取　　　　气体的装置,在试剂a过量并微热时,发生主要反应的化学方程式为　 　　　　　　　　　　　　。
(2)Ⅱ中b仪器的作用是　　　　　　　　　　;Ⅲ中的试剂应选用　　　　　　　。 
(3)在沉淀过程中,某同学在加入一定量热的H2SO4溶液后,认为沉淀已经完全,判断沉淀已完全的方法是 　 。
(4)沉淀过程中需加入过量的H2SO4溶液,原因是　 。
(5)在过滤操作中,下列仪器不需要用到的是　　　　　(填名称)。

(6)产品中BaCl2·2H2O的质量分数为　　　(保留三位有效数字)。
解析:装置Ⅰ中浓硫酸和氯化钠共热制备HCl,装置Ⅱ中氯化氢与BaS溶液反应制备BaCl2·2H2O,装置Ⅲ中硫酸铜溶液用于吸收生成的H2S,防止污染空气。
(1)在浓硫酸过量并微热时,浓硫酸与氯化钠反应生成硫酸氢钠和氯化氢,发生主要反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaClNaHSO4+HCl↑。
(2)氯化氢极易溶于水,装置Ⅱ中b仪器的作用是防止倒吸;装置Ⅱ中氯化氢与BaS溶液反应生成H2S,H2S有毒,对环境有污染,装置Ⅲ中盛放CuSO4溶液,用于吸收H2S。
(5)过滤用到的仪器有铁架台、烧杯、漏斗、玻璃棒,用不到锥形瓶。
(6)由题意可知,n(BaSO4)=0.466 0 g233 g/mol=0.002 mol,依据钡原子守恒,产品中BaCl2·2H2O的物质的量为0.002 mol,质量为0.002 mol×244 g/mol=0.488 g,质量分数为0.488 g0.500 0 g×100%=97.6%。
答案:(1)HCl　H2SO4(浓)+NaClNaHSO4+HCl↑
(2)防止Ⅱ中溶液倒吸　CuSO4溶液
(3)静置,取上层清液于一洁净试管中,继续滴加硫酸溶液,无白色沉淀生成,则说明已沉淀完全
(4)使钡离子沉淀完全
(5)锥形瓶　(6)97.6%
2.(2020·山东卷,20)某同学利用Cl2氧化K2MnO4制备KMnO4的装置如图所示(夹持装置略):

已知:锰酸钾(K2MnO4)在浓强碱溶液中可稳定存在,碱性减弱时易发生反应:
3MnO42-+2H2O2MnO4-+MnO2↓+4OH-
回答下列问题:
(1)装置A中a的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　;装置C中的试剂为　　　　　　 　;装置A中制备Cl2的化学方程式为　  　　　　　　　　　　　　。 
(2)上述装置存在一处缺陷,会导致KMnO4产率降低,改进的方法是 　 。
(3)KMnO4常作氧化还原滴定的氧化剂,滴定时应将KMnO4溶液加入　　　　(填“酸式”或“碱式”)滴定管中;在规格为50.00 mL的滴定管中,若KMnO4溶液起始读数为15.00 mL,此时滴定管中KMnO4溶液的实际体积为　　　　(填标号)。
A.15.00 mL
B.35.00 mL
C.大于35.00 mL
D.小于15.00 mL
(4)某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O,采用KMnO4滴定法测定该样品的组成,实验步骤如下:
Ⅰ.称取m g样品于锥形瓶中,加入稀H2SO4溶解,水浴加热至75 ℃。用c mol·L-1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色,消耗KMnO4溶液V1 mL。
Ⅱ.向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3+完全还原为Fe2+,加入稀H2SO4酸化后,在75 ℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色,又消耗 KMnO4 溶液V2 mL。
样品中所含H2C2O4·2H2O(M=126 g·mol-1)的质量分数表达式为　 。
下列关于样品组成分析的说法,正确的是　　　　(填标号)。
A.V1V2=3时,样品中一定不含杂质
B.V1V2越大,样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高
C.若步骤Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足,则测得样品中Fe元素含量偏低
D.若所用KMnO4溶液实际浓度偏低,则测得样品中Fe元素含量偏高
解析:(1)装置A中a的作用是平衡气压,使浓盐酸能够顺利滴下。该实验过程中有毒性较大的氯气参与反应,故装置C中盛放NaOH溶液,用于吸收有毒气体氯气,防止其逸出污染空气。酸性条件下,ClO-与Cl-发生氧化还原反应(归中反应)生成氯气,故装置A中制备Cl2的化学方程式是Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O。
(2)盐酸具有挥发性,则用浓盐酸制备的Cl2中含有HCl杂质,该杂质进入装置B中会使溶液碱性减弱,而溶液碱性减弱时MnO42-易发生歧化反应生成MnO4-和MnO2,又HCl还可还原装置B中生成的KMnO4,导致产物损失,改进的方法是在装置A和装置B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶,以除去Cl2中的HCl杂质。
(3)KMnO4具有强氧化性,可腐蚀橡胶管,因此KMnO4溶液应采用酸式滴定管盛装。滴定管的构造特点是0刻度在上,最大刻度在下,最大刻度线下仍然存在一定容积,因此滴定管起始读数为15.00 mL时,滴定管中KMnO4溶液的实际体积大于35.00 mL(即50.00 mL-15.00 mL),C项正确。
(4)设FeC2O4·2H2O、Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O的物质的量分别为x、y、z,则由实验步骤Ⅰ和实验步骤Ⅱ反应过程中得失电子守恒可列等式3x5+6y5+2z5=cV1×10-3 mol①、x5+2y5=cV2×10-3 mol②,联立①②两式,解得z=52c(V1-3V2)×10-3 mol,则样品中所含H2C2O4·2H2O的质量分数为z×126 g·mol-1mg×100%=0.315c(V1-3V2)m×100%。当V1V2=3时,则3x5+6y5+2z5x5+2y5=3,z=0,但y不一定等于0,A项错误;由上述分析知,样品中H2C2O4·2H2O的质量分数为0.315c(V1-3V2)m×100%,则V1V2越大,样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高,B项正确;若实验步骤Ⅰ中滴入的高锰酸钾溶液不足,则实验步骤Ⅰ所得混合液中残留C2O42-,实验步骤Ⅱ中消耗高锰酸钾溶液偏多,测得样品中Fe元素含量偏高,C项错误;结合上述分析知,Fe元素的质量分数为56×5cV2×10-3m×100%,若所用高锰酸钾溶液实际浓度偏低,则得到的V2偏大,测得样品中Fe元素含量偏高,D项正确。
答案:(1)平衡气压,使浓盐酸顺利滴下　NaOH溶液　Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O
(2)在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶
(3)酸式　C
(4)0.315c(V1-3V2)m×100%　B、D

以物质的制备、物质性质或化学原理的探究所用到的仪器、装置或物质制备工艺流程图的形式,重点考查实验仪器的识别、使用;实验过程的原理分析、实验现象、操作目的描述;制备物质的分离提纯与含量测定有关的必备知识以及实验方案的设计与评价能力。实验题的综合性以及实验原理的分析都能很好地体现一个考生的证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任三个维度的学科素养水平。

命题热点1　试剂、仪器选择与使用及装置连接问题

1.试剂的选择与使用
在实验设计中的试剂选用原则:
(1)根据反应的原理确定试剂的种类(酸、碱、盐、金属、非金属等)。
(2)根据实验目的和实验要求确定试剂(要考虑氧化性、还原性、酸碱性的强弱、溶解性、挥发性等)。
例如,某学习小组为探究Na2S2O3的性质,取Na2S2O3晶体,溶解配成0.2 mol/L的溶液;取4 mL 溶液,向其中加入1 mL饱和氯水(pH=2.4),溶液立即出现浑浊。对溶液变浑浊的原因,提出假设:
假设1:氯水氧化了-2价硫元素;
假设2:酸性条件下Na2S2O3分解产生S。
实验验证:a、b试管均盛有4 mL 0.2 mol/L Na2S2O3溶液。

用胶头滴管向试管b中加入的试剂为　　　　。 
分析:实验目的是确认到底是氯水中氯气氧化了-2 价硫元素,还是氯水的酸性导致Na2S2O3分解。
所以试剂应选择不含氯气且酸性与氯水相同的盐酸。
2.高考实验综合题中出现的重要仪器
仪器名称
仪器图形
主要用途
使用方法和
注意事项
蒸发皿

用于蒸发溶剂或浓缩溶液
(1)盛液量不超过蒸发皿容积的23;
(2)取、放蒸发皿应使用坩埚钳;
(3)不能骤冷,冷却需放于石棉网上
坩埚

用于固体灼烧,使其反应(如分解)
(1)需放在三脚架上的泥三角上直接加热;
(2)取、放坩埚时应用坩埚钳;
(3)避免骤冷,冷却需放于干燥器内
三颈烧瓶

用作反应器,可以同时加入多种反应物
(1)有机化学实验中广泛使用;
(2)三个口,可加用冷凝管、温度计、搅拌器等;
(3)液体加入量不超过烧瓶容积的23,不少于13
球形干燥管

用于干燥或吸收某些气体
(1)气体一般“粗进细出”;
(2)干燥剂为粒状,常用无水CaCl2、碱石灰等
球形冷凝管

易挥发的液体冷凝回流
(1)用水冷凝时上口出水,下口进水;
(2)只能用于竖直装置的冷凝
恒压滴液漏斗

(1)向反应器中滴加液体;
(2)可以使漏斗内液体顺利流下;
(3)减小加入的液体对气体压强的影响
用前检查是否漏水
3.重要的仪器组合
(1)物质制取装置。


(2)气体压强原理的应用装置。
量气装置
恒压加液
装置



简易启普发生器
平衡气压


(3)冷凝冷却装置(气冷、液冷)。


(4)物质的分离提纯装置。
萃取
与分液
洗气
升华




过滤
减压过滤(抽滤)



蒸发
蒸馏(分馏)


4.化学实验安全装置
(1)防倒吸装置。

(2)防污染装置。

5.高考综合实验题中有机物制备常见装置




6.实验仪器的连接与操作顺序
(1)仪器的连接顺序。
①各种装置的前后顺序。

注:a.发生装置、主反应装置和尾气处理装置是基本装置,其他装置需要根据实验要求进行选用。
b.安全防护装置主要是为了防倒吸、防堵塞等,可能会出现在整个装置中需要防护的地方。
②常见仪器的连接顺序。
洗气瓶要长进短出;量气装置则要短进长出;干燥管要粗进细出;冷凝管要低进高出。
(2)实验操作顺序。
①与气体有关的实验操作顺序:装置选择与连接→气密性检查→装入固体药品→加液体药品→按程序实验→拆卸仪器。
②加热操作的顺序。
a.当空气成分(主要是O2)影响实验时,需要在实验开始前通入惰性气体驱除装置内的空气。
b.实验开始先点燃发生装置酒精灯,排净空气后再点燃反应装置酒精灯。
c.实验结束时,应先熄灭反应装置酒精灯,继续通原料气至试管冷却,再熄灭发生装置酒精灯。

1.(2022·河北衡水二模节选)氨基甲酸铵(NH2COONH4)用于生产制药原料、医药试剂、发酵促进剂、电子元件等,是一种重要的氨化剂。常温常压下稳定,在59 ℃时升华并完全分解,易溶于水,溶于醇,在潮湿空气或水溶液中放置时转化成碳酸铵。将NH3和CO2以2∶1的速率经过纯化、干燥后制取氨基甲酸铵,反应装置如图:


回答下列问题:
(1)请写出上述装置(可以重复使用)正确的连接顺序:a→　　　　　　　(填接口字母)→b。 
(2)D装置的名称为　　　 　,用A装置制取气体的优点是　　　　　　　 　　　　　;B装置中制备气体所用试剂名称是　 。 
(3)本实验尾气处理,需要在C装置出气口接一个盛装　　　　　　　　(填试剂名称)的洗气瓶,防止污染空气,同时避免空气中的水进入C装置。 
解析:(1)根据题意A装置用于制取二氧化碳气体,B装置用于制取氨气,C装置为制取氨基甲酸铵的主装置,D装置盛放碱石灰,可用于干燥氨气,E装置为洗气瓶,用于除去CO2气体中的HCl和水蒸气,因此E装置选择2个,正确的连接顺序为a→h→g→h→g→c→d(或d→c)→e→f(或f→e)→b。
(2)D装置的名称为U形管,用A装置制取气体的优点是易于控制反应的发生和停止;B装置是用于制取氨气且不需要加热的固体和液体反应装置,因此用浓氨水和碱石灰(或浓氨水和氧化钙)。
(3)产生的尾气中主要是氨气,而且还需避免外界水蒸气进入C装置中,所以用浓硫酸吸收尾气。
答案:(1)h→g→h→g→c→d(或d→c)→e→f(或f→e)
(2)U形管　易于控制反应的发生和停止　浓氨水和碱石灰(或浓氨水和氧化钙)
(3)浓硫酸
2.(2022·湖南长沙二模节选)硫脲[CS(NH2)2]是用来合成磺胺噻唑和蛋氨酸等药物的原料,也可用作橡胶的硫化促进剂以及金属矿物的浮选剂等,是一种白色晶体,熔点180 ℃,易溶于水和乙醇,受热时部分发生异构化反应而生成硫氰化铵。回答下列问题:
硫脲的制备:
已知:将石灰氮(CaCN2)和水的混合物加热至 80 ℃时,通入硫化氢气体反应可生成硫脲溶液和石灰乳,实验装置如图所示。

(1)装置的试剂X和试剂Y的最佳组合是　　　(填序号)。 
A.FeS固体+稀盐酸
B.FeS固体+稀硝酸
C.FeS固体+浓硫酸
(2)仪器M的名称为　　　　　　　。按(1)中所选试剂组合,按气流从左到右的方向,上述装置的合理连接顺序为c→　　　　　　　　　　(填仪器接口的小写字母)。 
解析:本实验采用硫化氢、石灰氮(CaCN2)和水的混合物反应制备硫脲,B装置为制备硫化氢气体的装置,选用FeS固体和稀盐酸,A装置可用来除去硫化氢气体中的HCl,将硫化氢气体通入C装置制备硫脲,D装置用于尾气处理,防止污染空气,装置的连接顺序为BACD,导管口连接顺序为c→a→b→d→e→f。
(1)硫化氢气体具有强还原性,不能用硝酸和浓硫酸来制备,结合分析,制备硫化氢气体可选的组合为A。
(2)仪器M的名称为恒压滴液漏斗;根据分析,装置的连接顺序为c→a→b→d→e→f。
答案:(1)A
(2)恒压滴液漏斗　a→b→d→e→f
命题热点2　现象、原因、目的、作用等规范描述问题

1.实验现象的规范描述
(1)实验现象描述的原则:不能把理论性分析当成现象;确实是感官感觉到的现象,要从视觉、听觉、嗅觉、触觉多角度考虑。如可以看到的是浓盐酸瓶口出现白雾,而不宜描述为浓盐酸挥发。
①视觉:看到的(物质颜色变化、某色沉淀生成、气泡冒出、液面的变化、生成某色烟或雾、产生某色火焰、发出某色光等)。
②听觉:听到的(声音)。
③嗅觉:闻到的(气体的气味)。
④触觉:摸到的(温度变化等)。
(2)实验现象的描述模板。
气体的变化现象
溶液中的现象
①生成……色、……味的气体;
②气体由……色变为……色;
③气体先变……色,再变……色;
④气体颜色逐渐变深(变浅)
①溶液颜色由……色变为……色;
②溶液中产生……色沉淀(溶液中有……色固体析出);
③溶液变浑浊(澄清);
④液面上升(下降);
⑤溶液中产生大量气泡(有……色气体逸出);
⑥液体分层(上层显……色,下层显……色)

固体的变化现象
其他常见现象描述
①固体逐渐溶解,最后完全消失(固体部分溶解);
②固体表面产生大量气泡;
③固体由……色逐渐变为……色
①发出……色的光;
②产生……色的火焰;
③产生……色的烟(雾)
(3)滴定终点的判断。
①有色→有色或有色→无色:当滴入最后半滴……溶液,溶液由……色变成……色,且半分钟内不恢复……色。
②无色→有色:当滴入最后半滴……溶液,溶液由无色变成……色,且半分钟内不褪色。
2.原因、目的等的规范描述
(1)分析考虑的角度。
①从实验的目的与原理角度,对出现的各种现象从化学反应原理方面给出解释。
②从选择某种仪器或进行某种操作在整个实验中的作用角度,明确缺少该仪器或操作对实验的影响。
(2)回答的文字模板。
①正面描述:由于……,所以会出现……(现象);为了……而……。
②说出后果:如果……就会……(出现的结果)。
(3)以“某反应温度为何控制在不高于××℃”为示例,进行分析:
①考虑反应物的性质。如温度过高会造成反应物挥发(浓HNO3等)或分解(H2O2、NH4HCO3、NH3·H2O等)。
②考虑催化剂的催化活性。
③考虑可逆反应的平衡问题。如温度过高,不利于××的生成。
④考虑生产成本。如该温度下,转化率已经很高,若再升高温度,转化率提高不大,生产成本增加。
3.实验评价的规范描述
(1)实验评价的角度。
①从实验的可行性方面对实验方案做出评价:a.实验原理是否正确、可行;b.实验操作是否安全、合理;c.实验步骤是否简单、方便;d.实验效果是否明显等。
②从绿色化学视角对实验方案做出评价:a.反应原料是否易得、安全、无毒;b.原料利用率或产物的产率是否较高;c.实验过程中是否造成环境污染。
③从实验安全性方面对实验方案做出评价:a.防倒吸、防爆炸、防氧化;b.防吸水(易水解的物质)、防挥发(采用冷凝回流装置)。
④从实验过程顺序做出评价:实验操作的顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序是否合理。
(2)实验评价的规范。
①从优点角度作答:采取……(操作或使用……装置),可以防止……(上述四个角度出现的问题)。
②从造成后果角度作答:如果不采取……(操作或使用……装置)会造成……(上述四个角度出现的问题的后果)。
4.实验操作、实验装置、实验试剂的作用
(1)常见实验操作的规范。
操作或措施
规范或目的
从溶液中得到晶体
蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤(包括水洗、冰水洗、热水洗、乙醇洗等)→干燥
蒸发结晶
将溶液转移到蒸发皿中加热,并用玻璃棒不断搅拌,待有大量晶体出现时停止加热,利用余热蒸干剩余水分
测溶液pH
取一小块pH试纸放在表面皿或玻璃片上,用蘸有待测液的玻璃棒点在(或用胶头滴管吸取待测液滴在)试纸中部,观察试纸颜色变化,并与标准比色卡对比
证明沉淀完全(定量实验只能用方案1)
方案1.静置,向沉淀后的上层清液中加入××试剂(沉淀剂),若没有沉淀生成,证明沉淀完全
方案2.静置,取适量上层清液于另一洁净试管中,向其中加入少量与沉淀剂作用产生沉淀的试剂,若产生沉淀,证明沉淀剂已过量
洗涤沉淀
沿玻璃棒向漏斗(过滤器)中的沉淀上加蒸馏水至没过沉淀,静置使蒸馏水自然流下,重复操作数次
检验沉淀是否洗涤干净
取最后一次洗涤液,加入××试剂(根据沉淀可能吸附的杂质离子,选择合适的检验试剂),若没有××(特征现象)出现,证明沉淀已洗涤干净
焰色试验
①将铂丝蘸盐酸在酒精灯火焰上灼烧,反复几次,直到与酒精灯火焰颜色接近为止;
②然后用铂丝蘸取少量待测液(粉末),置于酒精灯外焰上灼烧,观察火焰颜色;
③如为黄色,则说明溶液中含Na+;若透过蓝色钴玻璃呈紫色,则说明溶液中含K+
量气管读数
①恢复到室温;
②量气管两端液面相平;
③视线与量气管凹液面最低点相平
(2)装置或试剂的作用。
装置或试剂
作用
有机物制备装置中长导管(或冷凝管)
冷凝回流、导气
有机物分离提纯过程中加无水氯化钙(无水硫酸镁等)
干燥(除水)
固液加热型制气装置中恒压分液漏斗上的支管
保证反应器(一般为圆底烧瓶)内气压与恒压分液漏斗内气压相等(平衡气压),使分液漏斗中的液体易于滴下
气压平衡装置(长颈漏斗)
防止反应速率过快(管道阻塞)造成压强过大,发生危险
隔离装置(安全瓶)
防止空气中H2O、CO2、O2进入装置(防倒吸)
水浴、油浴
使反应物受热均匀,便于控制温度,防止温度过高,会造成××挥发(分解)
(3)实验操作的目的或原因。
实验操作
目的或原因
沉淀用水洗
除去××(可溶于水)杂质
沉淀用乙醇洗涤
①减少固体的溶解损耗;
②除去固体表面吸附的杂质;
③乙醇挥发带走水分,使固体快速干燥
沉淀的饱和溶液洗涤
减少沉淀的溶解损耗
冰水洗涤
降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,提高产品产率
冷凝回流
防止××挥发,提高××物质的转化率
控制溶液pH
防止××离子水解;防止××离子沉淀;确保××离子沉淀完全;防止××溶解等
减压蒸馏(减压蒸发)
减小压强,使液体沸点降低,防止××物质受热分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)
蒸发、反应时充入××气体
抑制××离子的水解(如加热蒸发AlCl3溶液时需在HCl气流中进行,加热MgCl2·6H2O得MgCl2时需在HCl气流中进行等)或防止加热过程中××物质被氧气氧化
配制某溶液前先将水煮沸
除去溶解在水中的氧气,防止××物质被氧化

1.(2022·山东菏泽二模节选)Na2S2O3又名“大苏打”“海波”,易溶于水,难溶于乙醇,水溶液呈微弱的碱性,在中性和碱性环境中稳定。某化学实验小组用如图装置(略去对乙的加热装置)制备Na2S2O3·5H2O(M=248 g·mol-1)。

(1)连接实验装置后,首先进行的实验操作为　　　　　　　　　　。
(2)在装置乙中溶解两种固体时,需先将Na2CO3溶于水配成溶液,再将Na2S固体溶于Na2CO3的溶液中,其目的:   　;
装置乙中生成Na2S2O3的总反应的化学方程式为　 。
(3)实验过程中,当装置乙中pH接近7.0时,应立即停止通SO2的原因是   (用离子方程式表示)。
(4)装置乙中需向反应后的混合液加入一定量的无水乙醇,其目的是  　。
解析:(1)该实验是有气体制备和参与的实验,为防止实验过程中气体逸出导致实验失败,连接实验装置后,应首先检查装置气密性。
(2)碳酸钠和硫化钠都是强碱弱酸盐,在溶液中都能发生水解使溶液呈碱性,在装置乙中先溶Na2CO3、后溶Na2S,目的是利用碳酸钠在溶液中水解生成的氢氧根离子抑制硫化钠的水解,防止生成有毒的硫化氢污染空气;装置乙中生成硫代硫酸钠的反应为二氧化硫与碳酸钠、硫化钠混合溶液反应生成硫代硫酸钠和二氧化碳。
(3)由题给信息可知,硫代硫酸钠水溶液呈微弱的碱性,在中性和碱性环境中稳定,所以制备硫代硫酸钠时,应控制溶液pH,防止溶液pH小于7时,S2O32-与溶液中H+反应生成硫沉淀、二氧化硫气体和水。
(4)由题给信息可知,硫代硫酸钠易溶于水,难溶于乙醇,所以制备五水硫代硫酸钠时应向反应后的混合液加入一定量的无水乙醇,降低硫代硫酸钠晶体的溶解度,便于晶体的析出。
答案:(1)检查装置气密性
(2)Na2CO3在溶液中水解使溶液呈碱性,能抑制Na2S的水解,防止生成有毒的硫化氢污染空气
Na2CO3+2Na2S+4SO23Na2S2O3+CO2
(3)S2O32-+2H+S↓+SO2↑+H2O
(4)降低硫代硫酸钠晶体的溶解度,便于晶体的析出
2.(2021·全国乙卷,27)氧化石墨烯具有稳定的网状结构,在能源、材料等领域有着重要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示):

Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合,置于冰水浴中。剧烈搅拌下,分批缓慢加入KMnO4粉末,塞好瓶口。
Ⅱ.转至油浴中,35 ℃搅拌1小时。缓慢滴加一定量的蒸馏水,升温至98 ℃并保持1小时。
Ⅲ.转移至大烧杯中,静置冷却至室温。加入大量蒸馏水,而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。
Ⅳ.离心分离,稀盐酸洗涤沉淀。
Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。
Ⅵ.冷冻干燥,得到土黄色的氧化石墨烯。
回答下列问题:
(1)装置图中,仪器a、c的名称分别是　　　　、　　　　,仪器b的进水口是　　　　(填字母)。
(2)步骤Ⅰ中,需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴,原因是 　。
(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴,不使用热水浴,原因是  　　。
(4)步骤Ⅲ中,H2O2的作用是　　　　　　(以离子方程式表示)。
(5)步骤Ⅳ中,洗涤是否完成,可通过检测洗出液中是否存在SO42-来判断。检测的方法是  　。
(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl-是否洗净,其理由是  　。
解析:(1)由题给实验装置图可知,a为滴液漏斗,c为三颈烧瓶,为保证冷凝效果,应从球形冷凝管的下口进水,即d口为进水口。(2)步骤Ⅰ中,分批缓慢加入KMnO4粉末是为了控制反应速率,防止因体系温度过高而发生爆炸。(3)该装置需控制反应体系温度为98 ℃,该温度接近水的沸点,为了使反应物受热均匀,且便于控制反应温度,故采取油浴,不使用热水浴。(4)为了保证石墨粉末尽可能地全部转化为氧化石墨烯,应加入足量的KMnO4粉末,在反应结束后滴加H2O2是为了消耗过量的KMnO4粉末,此时H2O2作还原剂,将KMnO4还原为Mn2+,反应的离子方程式为2MnO4-+5H2O2+6H+2Mn2++5O2↑+8H2O。(5)判断固体是否洗涤干净的具体操作为取最后一次洗涤液于试管中,向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液,若无白色沉淀产生,则已洗净,反之,则未洗净。(6)固体表面沾有的Cl-全部来自第Ⅳ步洗涤固体时加入的稀盐酸,依据溶液呈电中性可知,若最后一次洗涤液的pH=7,可认为固体表面无H+,则无Cl-。
答案:(1)滴液漏斗　三颈烧瓶　d
(2)控制反应速率,防止因体系温度过高而发生爆炸
(3)需要控制反应体系温度为98 ℃,该温度接近水的沸点,为了使反应物受热均匀,且便于控制反应温度,采取油浴
(4)2MnO4-+5H2O2+6H+2Mn2++5O2↑+8H2O
(5)取最后一次洗涤液于试管中,向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液,若无白色沉淀产生,则已洗净,反之,则未洗净
(6)固体表面沾有的Cl-全部来自第Ⅳ步洗涤固体时加入的稀盐酸,依据溶液呈电中性可知,若最后一次洗涤液的pH=7,可认为固体表面无H+,则无Cl-

沉淀是否完全与检验沉淀是否洗净思维角度
(1)检验沉淀是否完全既可以待沉淀完全沉降后继续加沉淀剂,也可取上层清液检验。
(2)当需要定量测定沉淀质量时,只能等沉淀析出后,向上层清液中继续滴加沉淀剂,观察是否有沉淀来判断。
(3)检验沉淀是否洗净时选择洗涤液中浓度较大、检验方法简单、现象明显的离子进行检验。

命题热点3　物质组成计算及含量的测定问题

1.定量实验数据的测定方法
(1)沉淀法:先将欲测定离子转化为沉淀,然后称量沉淀(经洗涤、干燥)的质量,再通过原子守恒进行计算。
(2)测定气体法。
①测定气体的体积:把待测定元素转化为气体,通过排液量气装置测定气体体积,转化为标准状况下体积并进行计算。


②测定气体的质量:一种是测定反应装置反应或分解释放出气体前后的质量差;另一种是根据气体性质选择恰当的吸收剂,计算吸收剂吸收前后的质量差,即为气体的质量。
(3)滴定法:通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
(4)热重法。
分析热重曲线(物质质量与温度关系曲线),通过计算验证就可以知道样品热分解的产物的组成及其发生的分解反应等信息。
2.定量实验数据测定的要点
欲测定元素要完全转化为沉淀或气体。
(1)生成沉淀时,沉淀剂要过量,称量沉淀前要洗涤沉淀上附着的离子。
(2)由于气体体积受到温度、压强的影响,所以量气时应保持装置处于室温状态,读数时要注意消除“压强差”,保持液面相平,还要注意视线与液面最低处相平。
(3)测定气体质量时,最后需要通入惰性气体,把生成的气体全部驱入吸收剂以确保被完全吸收。
3.常见定量实验的数据计算
(1)混合物中某物质的质量分数(纯度)=某物质的质量混合物(样品)的质量×100%。
(2)化合物中元素的质量分数=某元素的相对原子质量×其原子数该物质的相对分子质量×100%。
(3)混合物中元素的质量分数=某元素的质量(实验测定)混合物(样品)的质量×100%。
(4)转化率=实际反应的反应物的量初始投入反应物的量×100%。
(5)产率=实验的实际产量理论产量×100%。
4.定量实验的误差分析
(1)造成实验误差的原因。
定量实验需要测定相关的数据并进行计算,数据测定的误差就会影响到实验结论。其中误差主要有三种。
①系统误差,是由实验方案、实验仪器造成的,可以通过合理的实验方案、选用精度高的仪器来降低实验误差。如用分析天平代替托盘天平进行溶液配制。在实验考查中体现为合理仪器的选择。
②随机误差,是由实验装置、实验操作者的感官、实验条件和环境因素造成的,可通过多次实验,舍弃误差较大数据。如酸碱中和滴定做三到四次,舍弃差异较大的数据后,取有效数据的平均值计算。
③过失误差,是实验操作者在实验时操作失误造成的,这是综合实验题中主要的考查部分。
(2)实验误差的判定。
①首先确定实验数据的误差类型(偏大、偏小)。
②利用数据的处理公式确定实验数据对最终实验结论造成什么影响。

1.(2022·山东滨州二模节选)氯化亚铜(CuCl)是一种非常重要的化工原料。查阅资料可知:CuCl为白色固体,微溶于水,不溶于乙醇,在空气中能被迅速氧化。
可用两种方案制备:
方案一:SO2还原氯化铜制备CuCl;
方案二:高温加热分解氯化铜晶体(CuCl2·xH2O)制备CuCl。
(1)准确称取氯化亚铜产品m g,溶于过量的FeCl3溶液中得V1 mL待测液,从中量取V2 mL于锥形瓶中,加入2滴邻菲罗啉指示剂,立即用a mol·L-1硫酸铈[Ce(SO4)2]标准溶液滴定至终点,消耗Ce(SO4)2溶液b mL。产品中CuCl的质量分数为　　　　%。 
(已知:CuCl+Fe3+Cu2++Fe2++Cl-,Fe2++Ce4+Fe3++Ce3+)
(2)下列有关滴定的说法错误的是　　　　(填字母)。 
A.未用标准溶液润洗滴定管会使测定结果偏低
B.滴定时要适当控制滴定速度
C.在接近终点时,使用“半滴操作”可提高滴定的准确度
D.滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后无气泡会使测定结果偏低
解析:(1)已知CuCl+Fe3+Cu2++Fe2++Cl-,Fe2++Ce4+Fe3++Ce3+,可得到关系式CuCl～Fe2+～Ce4+～Ce(SO4)2,则V2 mL待测液中CuCl的物质的量为ab×10-3 mol,则V1 mL待测液中CuCl的物质的量为V1V2×ab×10-3 mol,质量为V1V2×ab×10-3 mol×99.5 g·mol-1=0.099 5abV1V2 g,因此产品中CuCl的质量分数为0.099 5abV1V2gmg×100%=9.95abV1mV2%。
(2)未用标准溶液润洗滴定管,会使得消耗的标准溶液体积偏大,使最终结果偏高,A错误;滴定时需要适当控制滴速,使反应充分进行,B正确;当滴定接近终点时,用锥形瓶内壁将半滴标准液刮落,并用蒸馏水冲洗内壁,可减小实验误差,提高滴定的准确度,C正确;滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后无气泡会使读得的消耗标准溶液的体积偏大,使最终结果偏高,D错误。
答案:(1)9.95abV1mV2　(2)AD
2.实验室测定MgCO3·nH2O中的n值。称量1.000 g 碳酸镁晶体,放入图1所示的广口瓶中,加入适量水,滴入稀硫酸与晶体反应,生成的CO2被NaOH溶液吸收,在室温下反应4～5 h,后期将温度升到30 ℃,最后烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定,测得生成CO2的总量;重复上述操作2次。


(1)上述反应后期要升温到30 ℃,主要目的是  　。
(2)若实验测得1.000 g碳酸镁晶体产生CO2的平均物质的量为a mol,则n为　　　　(用含a的表达式表示)。 
(3)若称取100 g上述晶体进行热重分析,得到的热重曲线如图2所示,则晶体中n=　　　　(取整数)。 
解析:(1)题述反应后期将温度升到30 ℃,是为了使生成的二氧化碳全部逸出,便于其被氢氧化钠溶液完全吸收,从而减小测定产生的误差。
(2)若实验测得1.000 g碳酸镁晶体产生的CO2的平均物质的量为a mol,依据碳元素守恒可知,碳酸镁的物质的量为a mol,根据MgCO3·nH2O中碳酸镁和结晶水的物质的量之比为1∶n,得到 1∶n=a mol∶1.000 g-84ag18 g/mol,得到n=1-84a18a。
(3)由题图2知400 ℃时剩余质量为82.3 g,这是该晶体失去结晶水后的质量,则有100×18n18n+84=100-82.3,解得n≈1。
答案:(1)升高温度,气体的溶解度减小,使溶解在水中的CO2逸出,便于其被氢氧化钠溶液完全吸收　(2)1-84a18a　(3)1
命题热点4　实验方案的设计与评价

1.实验方案的设计
(1)实验设计的基本原则。
原则
内容
科学性
实验原理、实验操作程序和方法科学合理
安全性
实验方案、实验药品要做到人员、仪器、环境的安全
可行性
药品、仪器、设备和操作等在中学实验条件下能够得到满足
简约性
装置简单、步骤少、药品用量少、效果佳
经济性
在满足实验效果的前提下,尽量选用常见而价廉的仪器和药品
(2)实验设计流程。

(3)三类常见实验的设计。
实验设计
实验设计思路
物质制备
的设计
实验原料→实验原理→途径设计(途径Ⅰ、途径Ⅱ、途径Ⅲ……)→最佳途径→实验仪器→实验方案→制得物质
物质性质
实验的设计
根据物质的组成、分类,预测物质可能具有的性质,根据化学原理设计实验。
探究性实验方案设计:物质的组成特点→性质推测→实验验证→结论;
验证性实验方案设计:物质的化学性质→实验验证→科学抽象→结论
物质检验
方案设计
首先通过试样的外在特征(颜色、气味、状态等)作出初步判断。
少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论;
少量试样→加酸(或碱)溶液使其气化→检测气体的成分→得出实验结论
2.实验方案的评价
评价角度
评价内容
实验的可行性
(1)实验原理是否正确、可行;
(2)实验操作(如仪器的选择、连接)是否安全、合理;
(3)实验步骤是否简单、方便;
(4)实验效果是否明显;
(5)原料的成本、转化率、产率等
实验是否规范
(1)仪器的安装与拆卸;
(2)仪器的查漏、气密性检验;
(3)试剂添加的顺序与用量;
(4)加热的方式、方法和时机;
(5)温度计的规范使用、水银球的位置;
(6)实验数据的读取;
(7)冷却、冷凝的方法等
实验的安全性
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;
(2)进行某些易燃、易爆实验时要防爆炸;
(3)还原性物质防氧化;
(4)污染性的气体要进行尾气处理;
(5)易水解的物质要防吸水
“绿色
化学”
(1)反应原料是否易得、安全、无毒;
(2)反应速率是否较快;
(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;
(4)合成过程中是否造成环境污染

1.(2021·天津卷,15节选)某化学小组同学利用一定浓度的H2O2溶液制备O2,再用O2氧化C2H5OH,并检验氧化产物。
Ⅰ.制备O2
该小组同学设计了如下气体发生装置(夹持装置省略):

(1)丙装置可用于制备较多O2,催化剂铂丝可上下移动。制备过程中如果体系内压强过大,安全管中的现象是　　　　　　　　,此时可以将铂丝抽离H2O2溶液,还可以采取的安全措施是　　　　　　　　。
(2)丙装置的特点是　　　　(填序号)。 
a.可以控制制备反应的开始和结束
b.可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应的速率
c.与乙装置相比,产物中的O2含量高、杂质种类少
Ⅱ.氧化C2H5OH
该小组同学设计的氧化C2H5OH的装置如图(夹持装置省略):
(3)在图中方框内补全干燥装置和干燥剂。

Ⅲ.检验产物
(4)为检验上述实验收集到的产物,该小组同学进行了如下实验并得出相应结论。
实验
序号
检验试剂和
反应条件
现象
结论
①
酸性KMnO4溶液
紫红色褪去
产物含有乙醛
②
新制Cu(OH)2,加热
生成砖红色沉淀
产物含有乙醛
③
微红色含酚酞的NaOH溶液
微红色褪去
产物可能含有乙酸
实验①～③中的结论不合理的是　　　　(填序号),原因是　。 
解析:Ⅰ.(1)丙装置用圆底烧瓶盛装H2O2溶液,可用于制备较多O2,催化剂铂丝可上下移动,可以控制反应速率。制备过程中如果体系内压强过大,H2O2溶液会被压入安全管中,可观察到安全管中液面上升,圆底烧瓶中液面下降。此时可以将铂丝抽离H2O2溶液,使反应速率减慢,还可以打开弹簧夹K2,使圆底烧瓶内压强降低。(2)催化剂铂丝可上下移动,可以控制制备反应的开始和结束,a正确;催化剂与液体接触的面积越大,反应速率越快,可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应的速率,b正确;丙装置用圆底烧瓶盛装H2O2溶液,与乙装置相比,可用于制备较多O2,但产物中的O2含量和杂质种类与乙中没有区别,c错误。
Ⅱ.(3)氧气可以用浓硫酸干燥,所以可以用盛装浓硫酸的洗气瓶来干燥氧气,如图,。Ⅲ.(4)实验①不合理,因为乙醇有挥发性,会混入生成的乙醛中,乙醇也能使酸性KMnO4溶液褪色,所以酸性KMnO4溶液褪色不能证明产物中含有乙醛。
答案:(1)液面上升　打开弹簧夹K2　(2)ab
(3)　(4)①　乙醇也能使酸性KMnO4溶液褪色
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d装置可能存在的缺点:　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)由于醋酸亚铬易被氧化,所以需要尽可能避免与氧气接触,因此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;根据仪器构造可知仪器a是分液漏斗。
(2)①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,说明Cr3+被锌还原为Cr2+,反应的离子方程式为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,所以c中亮蓝色溶液能流入d装置,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(冰浴)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,使产品不纯。
答案:(1)去除水中溶解氧　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　(冰浴)冷却
过滤
(4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触被氧化

物质制备类综合实验

　(2021·湖北卷,18)超酸是一类比纯硫酸更强的酸①,在石油重整中用作高效催化剂。某实验小组对超酸HSbF6的制备及性质进行了探究。由三氯化锑(SbCl3)制备HSbF6的反应如下:SbCl3+Cl2SbCl5、SbCl5+6HFHSbF6+5HCl②。制备SbCl5的初始实验装置如图(毛细管连通大气,减压时可吸入极少量空气,防止液体暴沸;夹持、加热及搅拌装置略):

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
相关性质如表:
物质
熔点
沸点
性质
SbCl3
73.4 ℃
220.3 ℃
极易水解
SbCl5
3.5 ℃
140 ℃分解 
79 ℃/2.9 kPa④ 
极易水解⑤
回答下列问题:
(1)实验装置中两个冷凝管　　　 　(填“能”或“不能”)交换使用。 
(2)试剂X的作用为　 、　 。
(3)反应完成后,关闭活塞a、打开活塞b,减压转移　　　　　(填仪器名称)中生成的SbCl5至双口烧瓶中。用真空泵抽气减压蒸馏前,必须关闭的活塞是　　　 　(填“a”或“b”);用减压蒸馏而不用常压蒸馏的主要原因是　 。
(4)实验小组在由SbCl5制备HSbF6时,没有选择玻璃仪器,其原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(写化学反应方程式) 
(5)为更好地理解超酸的强酸性,实验小组查阅相关资料了解到:弱酸在强酸性溶剂中表现出碱的性质,如冰醋酸与纯硫酸之间的化学反应方程式为CH3COOH+H2SO4[CH3C(OH)2]+[HSO4]-⑥。以此类推,H2SO4与HSbF6之间的化学反应方程式为 　　　　　　　　　　。
(6)实验小组在探究实验中发现蜡烛可以溶解于HSbF6中,同时放出氢气。已知烷烃分子中碳氢键的活性大小顺序为:甲基(—CH3)