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2019年高考化学二轮复习专题练习:26综合性化学实验(含解析)
展开专题26 综合性化学实验1.以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工作流程如下: (1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是________________________。(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:ⅰ:2Fe2++PbO2+4H++SO===2Fe3++PbSO4+2H2Oⅱ:……①写出ⅱ的离子方程式:________________________________________________。②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。b.____________________________________________________________________。(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是________(选填序号)。A.减小PbO的损失,提高产品的产率B.重复利用NaOH,提高原料的利用率C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作:_______________________________。【答案】(1)Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(2)①2Fe3++Pb+SO===2Fe2++PbSO4②取a中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去(3)①A、B ②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO固体【解析】(1)根据题给化学工艺流程知,过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水, 2.某矿样中含有大量的CuS及少量其他不溶于酸的杂质。实验室中以该矿样为原料制备CuCl2·2H2O晶体,流程如下:(1)在实验室中,欲用37%(密度为1.19 g·mL-1)的盐酸配制500 mL 6 mol·L-1的盐酸,需要的仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外,还有________、________。(2)①若在实验室中完成系列操作a。则下列实验操作中,不需要的是________(填字母)。②CuCl2溶液中存在平衡:Cu(H2O)(蓝色)+4Cl-CuCl(黄色)+4H2O。欲用实验证明滤液A(绿色)中存在上述平衡,除滤液A外,下列试剂中还需要的是________(填字母)。a.FeCl3固体 b.CuCl2固体 c.蒸馏水(3)某化学小组欲在实验室中研究CuS焙烧的反应过程,查阅资料得知在空气中焙烧CuS时,固体质量变化曲线及SO2生成曲线如下图。①CuS矿样在焙烧过程中,有Cu2S、CuO·CuSO4、CuSO4、CuO生成,转化顺序为CuSCu2SCuO·CuSO4CuSO4CuO第①步转化主要在200~300 ℃内进行,该步转化的化学方程式为___________________________。②300~400 ℃内,固体质量明显增加的原因是____________________,上图所示过程中,CuSO4固体能稳定存在的阶段是________(填字母)。a.一阶段 b.二阶段 c.三阶段 d.四阶段③该化学小组设计如下装置模拟CuS矿样在氧气中焙烧第四阶段的过程,并验证所得气体为SO2和O2的混合物。a.装置组装完成后,应立即进行的一项操作是________。b.当D中产生白色沉淀时,说明第四阶段所得气体为SO2和O2的混合物,你认为D中原来盛有________溶液。c.若原CuS矿样的质量为10.0 g,实验过程中,保持在760 ℃左右持续加热,待矿样充分反应后,石英玻璃管内所得固体的质量为8.0 g,则原矿样中CuS的质量分数为________。【答案】(1)胶头滴管 500 mL容量瓶(2)①cd ②c(3)①2CuS+O2200~300 ℃,Cu2S+SO2 ②Cu2S转化为CuSO4 c ③a.检验装置气密性 b.氯化钡(BaCl2) c.96%3.某学生欲通过实验方法验证Fe2+的性质。(1)该同学在实验前,依据Fe2+的________性,填写了下表。实验操作预期现象反应的离子方程式向盛有新制FeSO4溶液的试管中滴入数滴浓硝酸,振荡试管中产生红棕色气体,溶液颜色逐渐变黄Fe2++NO+2H+===Fe3++NO2↑+H2O 依照表中操作,该同学进行实验,观察到液面上方气体逐渐变为红棕色,但试管中溶液颜色却变为深棕色。为了进一步探究溶液变为深棕色的原因,该同学进行了如下实验。(2)向原新制FeSO4溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红。该现象的结论是_____________________________________________________________。(3)该同学通过查阅资料,认为溶液的深棕色可能是NO2或NO与溶液中Fe3+或Fe2+发生反应而得到的。为此他利用如图装置(气密性已检验,尾气处理装置略)进行探究。ⅰ.打开活塞a、关闭b,并使甲装置中反应开始后,观察到丙中溶液逐渐变为深棕色,而丁中溶液并无明显变化。ⅱ.打开活塞b、关闭a,一段时间后再停止甲中反应。ⅲ.为与ⅰ中实验进行对照,更换丙、丁后,使甲中反应继续,观察到的现象与步骤ⅰ中相同。①铜与足量浓硝酸反应的化学方程式是_____________________________________;②装置乙的作用是___________________________________________;③步骤ⅱ的目的是_______________________________________________;④该实验可得出的结论是___________________________________________________________。(4)该同学重新进行(1)中实验,观察到了预期现象,其实验操作是____________________________________。【答案】(1)还原(2)Fe2+被浓硝酸氧化为Fe3+(3)①Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O②使NO2转化为NO③排出乙右侧装置中残留的NO2④溶液的深棕色是由NO或NO2与Fe2+作用得到的(或溶液的深棕色不是由NO或NO2与Fe3+作用得到的)(4)向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制FeSO4溶液,振荡【解析】(1)Fe2+具有还原性,可被氧化为Fe3+。(2)题中现象说明反应后溶液中有Fe3+,即Fe2+被浓硝酸氧4.甲学生对Cl2与FeCl2和KSCN混合溶液的反应进行实验探究。操 作现 象Ⅰ.A中溶液变红Ⅱ.稍后,溶液由红色变为黄色 请回答下列问题:(1)B中反应的离子方程式是__________________________________________。(2)A中溶液变红的原因是_________________________________________。(3)为了探究现象Ⅱ的原因,甲同学进行如下实验。①取A中黄色溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在____________。②取A中黄色溶液于试管中,加入过量的KSCN溶液,最终得到红色溶液。甲同学的实验证明产生现象Ⅱ的原因是SCN-与Cl2发生了反应。(4)甲同学猜想SCN-可能被Cl2氧化了,他又进行了如下研究。资料显示:SCN-的电子式为[C⋮⋮N]-。①甲同学认为SCN-中碳元素没有被氧化,理由是________________________________________________________________________________________________________。②取A中黄色溶液于试管中,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,由此证明SCN-中被氧化的元素是________。③通过实验证明了SCN-中氮元素转化为NO,他的实验方案是___________________。④若SCN-与Cl2反应生成1 mol CO2,则转移电子的物质的量是________mol。【答案】(1)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O(2)Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成红色的Fe(SCN)3,所以溶液变红 (3)Fe3+(4)①SCN-中的碳元素是最高价态(+4价) ②硫③取足量铜粉于试管中,加入A中黄色溶液和一定量的稀盐酸,加热,观察到试管上方有红棕色气体生成,证明A中黄色溶液中存在NO,SCN-中氮元素被氧化成NO ④16【解析】(1)多余的氯气在B中与NaOH溶液发生反应。(2)Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成Fe(SCN)3,导致溶液变红。(3)①红褐色沉淀是Fe(OH)3,说明溶液中含有Fe3+。(4)①在SCN-中,C的非金属性最弱,故C显正价,N显-3价、S显-2价,由此可求出C为+4价,碳元素已处于最高价态,故它不可能被氧化。②由于BaSO4不溶于酸,故SCN-中被氧化的元素是硫元素。④当生成1 mol CO2时,由元素守恒知有1 mol SCN-被氧化,生成1 mol SO、1 mol NO,共失去16 mol电子。 5.二氧化氯(ClO2)是目前国际上公认的第四代高效、无毒的消毒剂,是一种黄绿色的气体,其熔点为-59 ℃,沸点为11.0 ℃,易溶于水。工业上用稍潮湿的KClO3和草酸(H2C2O4)在60 ℃时反应制得。某学生拟用图1所示装置模拟工业制取并收集ClO2。(1)A装置必须添加温度控制装置,除酒精灯外,还需要的玻璃仪器有烧杯、________。(2)B装置必须放在冰水浴中,其原因是________________________________。(3)反应后在装置C中可得NaClO2溶液。已知:NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出晶体是NaClO2·3H2O,高于38 ℃时析出晶体是NaClO2,高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。NaClO2的溶解度曲线如图2,获得NaClO2晶体的操作步骤为:①减压,55 ℃蒸发结晶;②趁热过滤;③____________;④在55 ℃干燥,得到成品。(4)ClO2很不稳定,需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的浓度,进行了下列实验:步骤1:准确量取ClO2溶液10.00 mL,稀释成100.00 mL试样,量取V1 mL试样加入到锥形瓶中;步骤2:用稀硫酸调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,静置片刻;步骤3:加入指示剂,用c mol·L-1Na2S2O3溶液滴定至终点。重复2次,测得消耗Na2S2O3溶液平均值为V2 mL(已知2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI )。①配制100 mL c mol·L-1Na2S2O3标准溶液时,用的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有:________________________________。②原ClO2溶液的浓度为 ___________ g·L-1(用含字母的代数式表示)。【答案】(1)温度计 (2)使ClO2充分冷凝,减少挥发(3)用38~60 ℃热水洗涤 (4)①100 mL容量瓶、胶头滴管 ②6.某同学设计了如下实验确定铁的含氧化合物X的化学式,同时制取FeSO4·7H2O。Ⅰ.确定X的化学式①称取样品22.8 g,加足量稀硫酸使其完全溶解,配成250 mL溶液A。②取20.00 mL溶液A于锥形瓶中,滴加KSCN溶液,溶液变红;继续滴加双氧水至过量,溶液红色褪去,同时有气泡产生。③待气泡消失后,用1.000 mol·L-1 KI标准溶液滴定锥形瓶中的Fe3+,消耗KI标准溶液24.00 mL。Ⅱ.制取FeSO4·7H2O④取剩余溶液A,加入足量铁粉并加热,充分反应、趁热过滤得滤液B。⑤加热浓缩滤液B,冷却结晶、操作a、洗涤、操作b,获得FeSO4·7H2O晶体。回答下列相关问题:(1)步骤①中“配成250 mL溶液A”所需的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管以及________。(2)由实验Ⅰ计算该氧化物的化学式是________。(3)步骤④中趁热过滤的目的是____________。(4)步骤⑤中操作a、b的名称分别是________、________。(5)步骤②中产生的气泡有多种可能,请完成下列猜想。猜想一:气泡可能是SCN-的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2;猜想二:气泡还可能有________,理由是______________(用化学方程式表示)。(6)选用下列部分装置,设计一个实验来验证猜想一成立。装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是a→________(选填一个装置编号),若观察到________,即可证明猜想一成立;该设计存在的缺陷是________。【答案】(1)250 mL容量瓶 (2)Fe4O5 (3)防止硫酸亚铁因冷却结晶而残留在滤纸上造成损失 (4)过滤 低温干燥 (5)O2 2H2O22H2O+O2↑ (6)e e中有白色浑浊生成 缺少尾气处理装置7.废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工作流程如下:(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________________________。(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:ⅰ:2Fe2++PbO2+4H++SO===2Fe3++PbSO4+2H2Oⅱ:……①写出ⅱ的离子方程式:________________________________________________。②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。b.____________________________________________________________________。(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是________(选填序号)。A.减小PbO的损失,提高产品的产率B.重复利用NaOH,提高原料的利用率C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作:_________________________。【答案】(1)Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(2)①2Fe3++Pb+SO===2Fe2++PbSO4②取a中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去(3)①A、B ②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO固体8.某矿样中含有大量的CuS及少量其他不溶于酸的杂质。实验室中以该矿样为原料制备CuCl2·2H2O晶体,流程如下:(1)在实验室中,欲用37%(密度为1.19 g·mL-1)的盐酸配制500 mL 6 mol·L-1的盐酸,需要的仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外,还有________、________。(2)①若在实验室中完成系列操作a。则下列实验操作中,不需要的是________(填字母)。②CuCl2溶液中存在平衡:Cu(H2O)(蓝色)+4Cl-CuCl(黄色)+4H2O。欲用实验证明滤液A(绿色)中存在上述平衡,除滤液A外,下列试剂中还需要的是________(填字母)。a.FeCl3固体 b.CuCl2固体 c.蒸馏水(3)某化学小组欲在实验室中研究CuS焙烧的反应过程,查阅资料得知在空气中焙烧CuS时,固体质量变化曲线及SO2生成曲线如下图。①CuS矿样在焙烧过程中,有Cu2S、CuO·CuSO4、CuSO4、CuO生成,转化顺序为CuSCu2SCuO·CuSO4CuSO4CuO第①步转化主要在200~300 ℃内进行,该步转化的化学方程式为______________________________。②300~400 ℃内,固体质量明显增加的原因是____________________,上图所示过程中,CuSO4固体能稳定存在的阶段是________(填字母)。a.一阶段 b.二阶段 c.三阶段 d.四阶段③该化学小组设计如下装置模拟CuS矿样在氧气中焙烧第四阶段的过程,并验证所得气体为SO2和O2的混合物。a.装置组装完成后,应立即进行的一项操作是________。b.当D中产生白色沉淀时,说明第四阶段所得气体为SO2和O2的混合物,你认为D中原来盛有________溶液。c.若原CuS矿样的质量为10.0 g,实验过程中,保持在760 ℃左右持续加热,待矿样充分反应后,石英玻璃管内所得固体的质量为8.0 g,则原矿样中CuS的质量分数为________。【答案】(1)胶头滴管 500 mL容量瓶(2)①cd ②c(3)①2CuS+O2200~300 ℃,Cu2S+SO2 ②Cu2S转化为CuSO4 c ③a.检验装置气密性 b.氯化钡(BaCl2) c.96%9.某学生欲通过实验方法验证Fe2+的性质。(1)该同学在实验前,依据Fe2+的________性,填写了下表。实验操作预期现象反应的离子方程式向盛有新制FeSO4溶液的试管中滴入数滴浓硝酸,振荡试管中产生红棕色气体,溶液颜色逐渐变黄Fe2++NO+2H+===Fe3++NO2↑+H2O 依照表中操作,该同学进行实验,观察到液面上方气体逐渐变为红棕色,但试管中溶液颜色却变为深棕色。为了进一步探究溶液变为深棕色的原因,该同学进行了如下实验。(2)向原新制FeSO4溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液,前者不变红色,后者变红。该现象的结论是______________________________________________________________________________________________________________________。(3)该同学通过查阅资料,认为溶液的深棕色可能是NO2或NO与溶液中Fe3+或Fe2+发生反应而得到的。为此他利用如图装置(气密性已检验,尾气处理装置略)进行探究。ⅰ.打开活塞a、关闭b,并使甲装置中反应开始后,观察到丙中溶液逐渐变为深棕色,而丁中溶液并无明显变化。ⅱ.打开活塞b、关闭a,一段时间后再停止甲中反应。ⅲ.为与ⅰ中实验进行对照,更换丙、丁后,使甲中反应继续,观察到的现象与步骤ⅰ中相同。①铜与足量浓硝酸反应的化学方程式是_________________________________________________________________________________________________;②装置乙的作用是___________________________________________;③步骤ⅱ的目的是_______________________________________________;④该实验可得出的结论是_________________________________________________________________________________________________________________________。(4)该同学重新进行(1)中实验,观察到了预期现象,其实验操作是_______________________________。【答案】(1)还原(2)Fe2+被浓硝酸氧化为Fe3+(3)①Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O②使NO2转化为NO③排出乙右侧装置中残留的NO2④溶液的深棕色是由NO或NO2与Fe2+作用得到的(或溶液的深棕色不是由NO或NO2与Fe3+作用得到的)(4)向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制FeSO4溶液,振荡10.甲学生对Cl2与FeCl2和KSCN混合溶液的反应进行实验探究。操 作现 象Ⅰ.A中溶液变红Ⅱ.稍后,溶液由红色变为黄色 请回答下列问题:(1)B中反应的离子方程式是__________________________________________。(2)A中溶液变红的原因是_________________________________________。(3)为了探究现象Ⅱ的原因,甲同学进行如下实验。①取A中黄色溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在____________。②取A中黄色溶液于试管中,加入过量的KSCN溶液,最终得到红色溶液。甲同学的实验证明产生现象Ⅱ的原因是SCN-与Cl2发生了反应。(4)甲同学猜想SCN-可能被Cl2氧化了,他又进行了如下研究。资料显示:SCN-的电子式为[C⋮⋮N]-。①甲同学认为SCN-中碳元素没有被氧化,理由是________________________________________________________________________________________________________。②取A中黄色溶液于试管中,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,由此证明SCN-中被氧化的元素是________。③通过实验证明了SCN-中氮元素转化为NO,他的实验方案是________________________________。④若SCN-与Cl2反应生成1 mol CO2,则转移电子的物质的量是________mol。【答案】(1)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O(2)Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成红色的Fe(SCN)3,所以溶液变红 (3)Fe3+(4)①SCN-中的碳元素是最高价态(+4价) ②硫③取足量铜粉于试管中,加入A中黄色溶液和一定量的稀盐酸,加热,观察到试管上方有红棕色气体生成,证明A中黄色溶液中存在NO,SCN-中氮元素被氧化成NO ④1611..二氧化氯(ClO2)是目前国际上公认的第四代高效、无毒的消毒剂,是一种黄绿色的气体,其熔点为-59 ℃,沸点为11.0 ℃,易溶于水。工业上用稍潮湿的KClO3和草酸(H2C2O4)在60 ℃时反应制得。某学生拟用图1所示装置模拟工业制取并收集ClO2。(1)A装置必须添加温度控制装置,除酒精灯外,还需要的玻璃仪器有烧杯、________。(2)B装置必须放在冰水浴中,其原因是________________________________。(3)反应后在装置C中可得NaClO2溶液。已知:NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出晶体是NaClO2·3H2O,高于38 ℃时析出晶体是NaClO2,高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。NaClO2的溶解度曲线如图2,获得NaClO2晶体的操作步骤为:①减压,55 ℃蒸发结晶;②趁热过滤;③____________;④在55 ℃干燥,得到成品。(4)ClO2很不稳定,需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的浓度,进行了下列实验:步骤1:准确量取ClO2溶液10.00 mL,稀释成100.00 mL试样,量取V1 mL试样加入到锥形瓶中;步骤2:用稀硫酸调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,静置片刻;步骤3:加入指示剂,用c mol·L-1Na2S2O3溶液滴定至终点。重复2次,测得消耗Na2S2O3溶液平均值为V2 mL(已知2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI )。①配制100 mL c mol·L-1Na2S2O3标准溶液时,用的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有:________________________________。②原ClO2溶液的浓度为 ___________ g·L-1(用含字母的代数式表示)。【答案】(1)温度计 (2)使ClO2充分冷凝,减少挥发(3)用38~60 ℃热水洗涤 (4)①100 mL容量瓶、胶头滴管 ②12.某同学设计了如下实验确定铁的含氧化合物X的化学式,同时制取FeSO4·7H2O。Ⅰ.确定X的化学式①称取样品22.8 g,加足量稀硫酸使其完全溶解,配成250 mL溶液A。②取20.00 mL溶液A于锥形瓶中,滴加KSCN溶液,溶液变红;继续滴加双氧水至过量,溶液红色褪去,同时有气泡产生。③待气泡消失后,用1.000 mol·L-1 KI标准溶液滴定锥形瓶中的Fe3+,消耗KI标准溶液24.00 mL。Ⅱ.制取FeSO4·7H2O④取剩余溶液A,加入足量铁粉并加热,充分反应、趁热过滤得滤液B。⑤加热浓缩滤液B,冷却结晶、操作a、洗涤、操作b,获得FeSO4·7H2O晶体。回答下列相关问题:(1)步骤①中“配成250 mL溶液A”所需的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管以及________。(2)由实验Ⅰ计算该氧化物的化学式是________。(3)步骤④中趁热过滤的目的是____________。(4)步骤⑤中操作a、b的名称分别是________、________。(5)步骤②中产生的气泡有多种可能,请完成下列猜想。猜想一:气泡可能是SCN-的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2;猜想二:气泡还可能有________,理由是______________(用化学方程式表示)。(6)选用下列部分装置,设计一个实验来验证猜想一成立。装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是a→________(选填一个装置编号),若观察到________,即可证明猜想一成立;该设计存在的缺陷是________。【答案】(1)250 mL容量瓶 (2)Fe4O5 (3)防止硫酸亚铁因冷却结晶而残留在滤纸上造成损失 (4)过滤 低温干燥 (5)O2 2H2O22H2O+O2↑ (6)e e中有白色浑浊生成 缺少尾气处理装置