高考化学二轮专题复习 专题跟踪检测25 化学实验综合题（含解析）

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专题跟踪检测（二十五）  化学实验综合题1．自来水是自然界中的淡水经过絮凝、沉淀、过滤、消毒等工艺处理后得到的。常用的自来水消毒剂有二氧化氯(ClO2)和高铁酸钾(K2FeO4)等。(1)某研究小组用如图装置制备少量ClO2(夹持装置已略去)。资料：ClO2常温下为易溶于水而不与水反应的气体，水溶液呈深黄绿色，11 ℃时液化成红棕色液体。以NaClO3和HCl的乙醇溶液为原料制备ClO2的反应为：2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。①冰水浴的作用是___________________________________________________。②NaOH溶液中发生的主要反应的离子方程式为___________________________。(2)将ClO2水溶液滴加到KI溶液中，溶液变棕黄色；再向其中加入适量CCl4，振荡、静置，观察到__________________________，证明ClO2具有氧化性。(3)ClO2在杀菌消毒过程中会产生副产物亚氯酸盐(ClO)，需将其转化为Cl－除去。下列试剂中，可将ClO转化为Cl－的是________(填字母)。a．FeSO4　　B．O3　　　c．KMnO4　　　d．SO2(4)K2FeO4是一种新型、绿色的多功能净水剂，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭性能为一体。实验室制备K2FeO4的方法如下：在冰水浴中，向KClO和KOH的混合溶液中少量多次加入硝酸铁，并不断搅拌。①上述制备K2FeO4的反应的离子方程式为___________________________________。②净水过程中，K2FeO4起到吸附、絮凝作用的原理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(3)将ClO转化为Cl－，应选择还原剂，a、d为常见还原剂，b、c为常见氧化剂，应选a、d。(4)①反应物为KClO、KOH、Fe(NO3)3，生成物为K2FeO4，故Fe(NO3)3为还原剂，KClO为氧化剂，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，可写出反应的离子方程式是3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。②K2FeO4中Fe的化合价为＋6，具有强氧化性，净水过程中其被还原，还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，该物质具有吸附和絮凝作用，从而起到净化水的作用。答案：(1)①冷凝、收集ClO2　②Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O　(2)溶液分层，下层为紫色　(3)ad(4)①3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O　②净水过程中，K2FeO4发生还原反应，还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解形成的Fe(OH)3胶体具有吸附、絮凝作用2．某实验小组用废铁屑(含少量S等元素)为原料制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体[K3Fe(C2O4)3·3H2O]并测定其组成。实验一　制备硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]小组同学设计如图装置(夹持仪器略去)，称取一定量废铁屑于锥形瓶中，加入适量稀硫酸，在通风橱中置于50～60 ℃热水浴中加热，充分反应。待锥形瓶中溶液冷却后加入氨水，搅拌使其反应完全，制得浅绿色悬浊液。(1)实验室保存浓氨水的方法是____________________________________________________________________________________________________________________。(2)烧杯中高锰酸钾溶液的作用是________________________________________。(3)写出锥形瓶中发生中和反应的离子方程式：_______________________________________________________________________________________________________。(4)要确保获得浅绿色悬浊液，实验过程中应注意的是________(填字母)。a．保持铁屑过量b．控制溶液呈强酸性c．持续升高温度实验二　制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体实验小组用实验一锥形瓶中的悬浊液设计以下实验流程制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。已知：25 ℃时，[Fe(C2O4)3]3－(aq)＋SCN－(aq)[Fe(SCN)]2＋(aq)＋3C2O(aq)　K＝10－16.2。(5)写出步骤Ⅰ生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O)的化学方程式：_______________________。(6)步骤Ⅱ水浴加热需控制40 ℃的理由是__________________________________________________________________________________________________________。(7)小组同学欲检验晶体中含有Fe(Ⅲ)，取少量晶体放入试管中，用蒸馏水充分溶解，向试管中滴入几滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验三　测定三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体中C2O的含量小组同学准确称取m g晶体配制成250 mL溶液，取25 mL该溶液于锥形瓶中，加入3 mol·L－1硫酸10 mL，滴入二苯胺磺酸钠溶液作指示剂，用c mol·L－1K2Cr2O7标准液滴定至紫红色，平行实验三次，平均消耗标准液V mL。已知：Cr2O在酸性介质中被还原为Cr3＋。(8)晶体中C2O质量分数的表达式为____________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由于浓氨水具有不稳定性和挥发性，故实验室保存浓氨水的方法为密封保存在棕色或深色试剂瓶中，置于冷暗处。(2)由于废铁屑中含有含S元素的物质，加入稀硫酸，会产生硫化氢等有毒气体，故高锰酸钾溶液的作用是吸收H2S等尾气，防止污染空气。(3)锥形瓶中发生的中和反应是冷却后的溶液中的H2SO4与氨水的反应，离子方程式为NH3·H2O＋H＋===NH＋H2O。(4)由于Fe2＋有较强的还原性，实验过程中要防止二价铁离子被氧气氧化，应保持铁屑过量；又二价铁离子在溶液中易水解：Fe2＋＋2H2OFe(OH)2＋2H＋，加入稀硫酸可以增大氢离子浓度，抑制二价铁离子的水解，而升高温度会促进Fe2＋的水解与氧化，因此要确保获得浅绿色悬浊液，实验过程中应保持铁屑过量，并使溶液呈强酸性。(5)步骤Ⅰ中硫酸亚铁铵与饱和草酸溶液反应生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O)，化学方程式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O＋H2C2O4===FeC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4＋H2SO4＋4H2O。(6)温度太高，H2O2分解；温度太低，Fe2＋氧化速度太慢，故水浴加热控制在40 ℃。(7)因为25 ℃时，[Fe(C2O4)3]3－(aq)＋SCN－(aq)[Fe(SCN)]2＋(aq)＋3C2O(aq)　K＝10－16.2，平衡常数小于10－5，[Fe(SCN)]2＋浓度太小，观察不到明显现象，所以无法检验。(8)根据已知信息可写出滴定反应3C2O＋14H＋＋Cr2O===2Cr3＋＋6CO2↑＋7H2O，则25 mL该溶液中n(C2O)＝3n(Cr2O)＝3cV×10－3 mol，m(C2O)＝3cV×10－3×88 g，所以C2O的质量分数为×100%＝%。答案：(1)密封保存在棕色或深色试剂瓶中，置于冷暗处(2)吸收H2S等尾气，防止污染空气(3)NH3·H2O＋H＋===NH＋H2O(4)ab(5)(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O＋H2C2O4===FeC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4＋H2SO4＋4H2O(6)温度太高，H2O2会分解，温度太低，三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的生成速率会减慢(7)否，25 ℃时，[Fe(C2O4)3]3－转化为[Fe(SCN)]2＋反应的平衡常数小于10－5，观察不到明显现象，所以无法检验(8)% (答案合理即可)3．NaH、NaAlH4都是有机合成中的重要还原剂。某课题组设计实验制备NaAlH4，过程如下：已知：①NaAlH4、NaH遇水都剧烈反应，并产生同一种气体。②共价化合物易溶于乙醚，大部分离子化合物难溶于乙醚。Ⅰ.制备NaH选择图中的装置制备NaH(可重复使用)：(1)装置的连接顺序(从左到右)为A→______________________________________。(2)装置D中NaOH溶液的作用是__________________________________________。(3)检验好装置的气密性，点燃酒精灯前需先通一段时间H2，其理由是________________________________________________________________________。Ⅱ.制备 NaAlH4步骤Ⅰ：在N2保护下将块状的NaH粉碎成细小颗粒。步骤Ⅱ：在三口烧瓶中加入NaH和无水乙醚制成的悬浊液，边搅拌边滴入含AlCl3的乙醚溶液，加入催化剂三乙基铝，继续搅拌直至反应终止，静置。步骤Ⅲ：用N2将烧瓶中的物质压出，抽滤，将澄清的滤液蒸发至黏稠状，减压蒸馏得NaAlH4。(4)AlCl3与NaH反应时，若将AlCl3的乙醚溶液直接滴加到NaH粉末上，NaH的转化率较低的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤Ⅱ合成反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________________________。(6)在化学上，含氢还原剂的还原能力用“有效氢”表示，“有效氢”的含义是单位质量的含氢还原剂的还原能力相当于多少克氢气(含氢还原剂的氢被氧化为H2O)，则NaAlH4的“有效氢”为______________(保留2位有效数字)。解析：制备NaH的装置如图所示：(1)制备氢化钠需要氢气与钠反应，用装置A制取氢气，由于粗锌中含ZnS，故制取的气体中还含有硫化氢和水蒸气，又由于NaH遇水剧烈反应，故需要先用D装置中的NaOH溶液除去硫化氢，再用B装置中的浓硫酸除去水蒸气，故装置的连接顺序为A→D→B→C→B→E。(2)装置D中NaOH溶液的作用是除去H2中混有的H2S。(3)装置中存有空气，先通一段时间氢气，可排尽装置中的空气，防止Na与空气反应引入杂质。(4)NaH与AlCl3反应生成NaAlH4和NaCl，将AlCl3的乙醚溶液直接滴加到NaH粉末上，NaCl覆盖在NaH表面，阻止反应进行，从而造成NaH转化率低；NaH为离子化合物，难溶于有机溶剂，使反应物难以接触，也可造成NaH转化率低。(5)步骤Ⅱ反应的方程式为4NaH＋AlCl3NaAlH4＋3NaCl。(6)NaAlH4中H为－1价，作还原剂时，H从－1价升高到＋1价，1 mol NaAlH4参与反应时转移电子8 mol，则1 g NaAlH4参与反应时转移 mol电子，H2作还原剂时，1 g H2参加反应转移1 mol电子，故NaAlH4的“有效氢”为≈0.15。答案：(1)D→B→C→B→E(2)除去H2中混有的H2S(3)排尽空气，防止Na与空气反应引入杂质(4)反应生成的NaCl覆盖在NaH表面上，阻止反应进行(NaH为离子化合物，难溶于有机溶剂，使反应物难以接触)(5)4NaH＋AlCl3NaAlH4＋3NaCl(6)0.154．(2020·临沂一模)草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]是一种常用的金属着色剂，易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0之间。某兴趣小组设计实验制备草酸铁铵并测其纯度。(1)甲组设计由硝酸氧化葡萄糖制取草酸，其实验装置(夹持及加热装置略去)如图所示。①仪器a的名称是______________。②55～60 ℃下，装置A中生成H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。③装置B的作用是____________；装置C中盛装的试剂是____________。(2)乙组利用甲组提纯后的草酸溶液制备草酸铁铵。将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液；滴加氨水至________，然后将溶液______、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。(3)丙组设计实验测定乙组产品的纯度。准确称量5.000 g产品配成100 mL 溶液，取10.00 mL 于锥形瓶中，加入足量0.100 0 mol·L－1稀硫酸酸化后，再用0.100 0 mol·L－1KMnO4标准溶液进行滴定，消耗KMnO4溶液的体积为12.00 mL。①滴定终点的现象是_________________________________________________。②滴定过程中发现褪色速率开始缓慢后迅速加快，其主要原因是________________________________________________________________________。③产品中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量分数为______%。[已知：(NH4)3Fe(C2O4)3的摩尔质量为374 g·mol－1]解析：(1)①根据图示知仪器a的名称为球形冷凝管；②55～60 ℃下，装置A中硝酸与葡萄糖发生氧化还原反应生成H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，根据电子得失守恒、原子守恒，该反应的化学方程式为12HNO3＋C6H12O63H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O；③反应中生成的NO2和NO均为大气污染气体，需要尾气吸收，NO2和NO被吸收时会导致倒吸，装置B的作用是做安全瓶防止倒吸，装置C中盛装的试剂是NaOH溶液，用于吸收NO2和NO，发生反应为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。(2)草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0之间，则将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液，滴加氨水至pH介于4.0～5.0之间；草酸铁铵是铵盐，温度过高易分解，且温度过高促进铵根离子和铁离子水解，不能直接加热蒸干；提纯后的草酸溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。(3)①滴定操作是高锰酸钾溶液参与的氧化还原反应，高锰酸钾发生氧化还原反应过程中颜色褪去，自身可做指示剂，滴定终点的现象是加入最后一滴高锰酸钾溶液，溶液变为粉红色，且半分钟内不褪色，即为达到终点；②滴定过程中高锰酸钾溶液被还原为Mn2＋，且随着反应进行，Mn2＋的浓度增大，反应速率加快，说明反应生成的Mn2＋可以加快反应速率，即Mn2＋起催化剂的作用；③滴定过程中，产品溶液加稀硫酸酸化后形成草酸，草酸与高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，离子反应为5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O,10.00 mL 产品溶液消耗n(MnO)＝0.100 0 mol·L－1×0.012 L＝0.001 2 mol，则10.00 mL产品溶液中n(H2C2O4)＝n(MnO)＝×0.001 2 mol＝0.003 mol，根据物料守恒，100 mL产品溶液中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量＝×0.003 mol××374 g·mol－1＝3.74 g，故产品中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量分数为×100%＝74.8%。答案：(1)①球形冷凝管②12HNO3＋C6H12O63H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O　③安全瓶，防倒吸　NaOH溶液　(2)溶液pH介于4.0～5.0之间　加热浓缩、冷却结晶　(3)①溶液变为粉红色，且半分钟内不褪色　②反应生成的Mn2＋是该反应的催化剂　③74.85．PCl3是磷的常见氯化物，可用于半导体生产的外延、扩散工序。有关物质的部分性质如下： 熔点/℃沸点/℃密度/(g·mL－1)化学性质黄磷44.1280.51.822P＋3Cl2(少量)2PCl32P＋5Cl2(过量)2PCl5PCl3－11275.51.574遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3 Ⅰ.PCl3的制备如图是实验室制备PCl3的装置(部分仪器已省略)。(1)仪器乙的名称是__________；与自来水进水管连接的接口编号是________(填“a”或“b”)。(2)实验前需先向仪器甲中通入一段时间CO2，然后加热，再通入干燥Cl2。干燥管中碱石灰的作用主要是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。(3)实验室制备Cl2的离子方程式为___________________________________；实验过程中，通入氯气的速率不宜过快的原因是________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.测定PCl3的纯度测定产品中PCl3纯度的方法如下：迅速称取4.100 g产品，水解完全后配成500 mL溶液，取出25.00 mL加入0.100 0 mol·L－120.00 mL碘溶液，充分反应后再用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3溶液滴定过量的碘，终点时消耗12.00 mL Na2S2O3溶液。已知：H3PO3＋H2O＋I2===H3PO4＋2HI，I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6，假设测定过程中没有其他反应。(4)根据上述数据，该产品中PCl3的质量分数为________；若滴定终点时仰视读数，则PCl3的质量分数__________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。Ⅲ.PCl3水解生成的H3PO3性质探究(5)请你设计一个实验方案，证明H3PO3为二元酸：________________________________________________________________________。解析：(1)根据仪器乙的构造特点及在实验中的作用可知其名称是直形冷凝管。冷凝管中水流方向要保持从下到上流动，以便水充满整个冷凝管，故b口接自来水进水管。(2)根据PCl3与水反应生成H3PO3和HCl知，干燥管中盛装碱石灰可防止PCl3与空气中水蒸气反应；碱石灰具有碱性，可吸收Cl2，防止其逸出污染环境。(3)实验室制备氯气一般采用MnO2为氧化剂，浓盐酸为还原剂，故反应的离子方程式是MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。适量Cl2与P反应生成PCl3，若氯气过量，则生成PCl5，故Cl2通入的速率不能太快。(4)由给出的两个化学方程式及P原子守恒可知，存在关系式：PCl3～H3PO3～I2,2Na2S2O3～I2，则c(H3PO3)×0.025 L＋×0.100 0 mol·L－1×0.012 L＝0.100 0 mol·L－1×0.02 L，解得c(H3PO3)＝0.056 mol·L－1，故产品中n(PCl3)＝0.056 mol·L－1×0.5 L＝0.028 mol，PCl3的纯度为×100%≈93.9%。终点时仰视滴定管读数，所得Na2S2O3溶液体积偏大，从而导致计算出的与H3PO3反应的I2的量偏少，测定结果偏低。(5)可通过H3PO3与NaOH的中和反应，测定消耗的NaOH的物质的量与H3PO3的物质的量的关系来确定H3PO3是二元酸。答案：(1)冷凝管　b(2)①防止空气中的水蒸气进入瓶中而使PCl3遇水生成H3PO3和HCl　②吸收多余的Cl2，防止污染环境(3)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　减少PCl5的生成(4)93.9%　偏小(5)配制相同浓度的H3PO3溶液和NaOH溶液，用酚酞作指示剂进行滴定，消耗NaOH溶液体积为H3PO3溶液体积的2倍，证明H3PO3为二元酸(其他合理答案均可)