2021届高考化学一轮复习物质的制备、实验方案的设计与评价作业

2021届高考化学一轮复习物质的制备、实验方案的设计与评价作业

考点规范练30　‎ 物质的制备、实验方案的设计与评价 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ ‎　考点规范练第60页　 ‎ 非选择题(共5小题,共100分)‎ ‎1.(2019河南天一大联考)(20分)摩尔盐的成分为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(M=392 g·mol-1),常作氧化还原滴定剂。学校购买了一批摩尔盐样品(假设杂质不参与反应),某学习小组拟设计实验方案测定其纯度。‎ 方案1:沉淀法。甲同学准确称量一定质量的样品溶于适量的蒸馏水,再滴加适量BaCl2溶液至SO‎4‎‎2-‎完全沉淀,经过滤、洗涤、干燥,称得BaSO4的质量。‎ ‎(1)检验SO‎4‎‎2-‎是否完全沉淀的操作是 　 。 ‎ 方案2:滴定法。乙同学准确称取m g摩尔盐样品溶于蒸馏水配制成250 mL溶液,量取25.00 mL所配制溶液加入锥形瓶中,滴加适量的稀硫酸,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液的体积为V mL。‎ ‎(2)用KMnO4溶液滴定时应选用　　 　　(填“酸式”或“碱式”)滴定管,写出滴定反应的离子方程式:　 　 。 ‎ ‎(3)该样品的纯度为　　　　　　。 ‎ ‎(4)若用待测液润洗锥形瓶,测得结果　　　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 ‎ 方案3:量气法。丙同学准确称量4.0 g样品按下图所示装置进行实验。‎ ‎(5)①橡胶管L的作用是 　 。 ‎ ‎②B中液体可以是　　　　。 ‎ A.饱和食盐水 B.四氯化碳 C.煤油 D.饱和氯化铵溶液 ‎③当A中样品完全反应后,待装置冷却至室温,测得NH3的体积为448 mL(已折合成标准状况)。根据上述数据计算,该产品的纯度为　　　　。 ‎ 答案:(1)静置后,在上层清液中继续滴加氯化钡溶液,若无沉淀产生,则证明SO‎4‎‎2-‎已经完全沉淀;反之,则未完全沉淀 ‎(2)酸式　MnO‎4‎‎-‎+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O ‎(3)‎1 960cVm%‎ ‎(4)偏高 ‎(5)①平衡压强,使分液漏斗中溶液顺利滴下;同时减少因滴入液体排出气体对实验结果的影响　②BC　③98%‎ 解析:(1)检验SO‎4‎‎2-‎是否完全沉淀的操作:静置后,在上层清液中继续滴加氯化钡溶液,若无沉淀产生,证明SO‎4‎‎2-‎已经完全沉淀;反之,则未完全沉淀。‎ ‎(2)高锰酸钾为强氧化性物质,不能使用碱式滴定管盛装,会腐蚀橡胶管,应使用酸式滴定管盛装,滴定时发生反应的离子方程式为MnO‎4‎‎-‎+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O。‎ ‎(3)25 mL摩尔盐溶液消耗的高锰酸钾为cV‎1 000‎ mol,依据离子方程式可知含有Fe2+为cV‎200‎ mol,则250 mL摩尔盐溶液中含有Fe2+ cV‎20‎ mol,即样品中摩尔盐的物质的量也为cV‎20‎ mol,其质量为‎392cV‎20‎ g,样品的纯度为‎392cV‎20‎gmg×100%=‎1 960cVm%。‎ ‎(4)若用待测液润洗锥形瓶,消耗标准液的体积会变大。‎ ‎(5)①橡胶管L可以平衡压强,使分液漏斗中溶液顺利滴下,同时也可以减少因滴入液体排出气体对实验结果的影响。‎ ‎②该实验中滴入烧碱溶液产生的气体为氨气,故所选用液体不能与氨气反应,也不能溶解氨气。‎ ‎③标准状况下NH3的体积为448 mL,物质的量为0.02 mol,依据原子守恒可知摩尔盐为0.01 mol,其质量为3.92 g,纯度为‎3.92 g‎4.0 g×100%=98%。‎ ‎2.(2019四省名校高三第二次大联考)(20分)某学习小组要制备一种在水中溶解度很小的黄色化合物 ‎[Fex(C2O4)y·zH2O],并用滴定法测定其组成。已知H2C2O4在温度高于90 ℃时易发生分解。实验操作如下:‎ 步骤一:将图甲分液漏斗中的草酸溶液滴入锥形瓶内,可生成黄色沉淀;‎ 步骤二:称取黄色产物0.841 g放入锥形瓶中,加入足量的硫酸并水浴加热至70~85 ℃,待固体全部溶解后,用胶头滴管吸出一滴溶液点在点滴板上,用铁氰化钾溶液检验,无蓝色沉淀产生;‎ 步骤三:用0.080 mol·L-1 KMnO4标准液滴定步骤二所得的溶液;‎ 步骤四:向步骤三滴定后的溶液中加足量的Zn粉和硫酸,几分钟后用胶头滴管吸出一滴点在点滴板上,用KSCN溶液检验,若不显红色,过滤除去Zn粉,并用稀硫酸洗涤Zn粉,将洗涤液与滤液合并,用0.080 0 mol·L-1 KMnO4标准液滴定,用去高锰酸钾标准液10.00 mL。‎ 甲 乙 ‎(1)步骤一中将沉淀从反应混合物中分离出来的操作名称是　　　　。 ‎ ‎(2)步骤二中水浴加热并控制温度70~85 ℃的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,加铁氰化钾溶液无蓝色沉淀产生,此操作的目的是　 　 。 ‎ ‎(3)步骤三盛装KMnO4标准液的滴定管在滴定前后的液面如图乙所示,则消耗KMnO4标准液的体积为　　　　　,该滴定管为　　　　(填“酸式”或“碱式”)滴定管。 ‎ ‎(4)步骤四中滴定时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若不合并洗涤液,则消耗KMnO4标准液的体积将　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。由以上数据计算黄色化合物的化学式为　　　　　　　。 ‎ 答案:(1)过滤 ‎(2)加快固体溶解,同时防止草酸分解　用铁氰化钾检验Fe2+的存在,防止Fe2+干扰草酸的测定 ‎(3)25.00 mL　酸式 ‎(4)MnO‎4‎‎-‎+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O　减小　Fe4(C2O4)5·10H2O 解析:(1)分离固体和液体的操作是过滤。‎ ‎(2)由于H2C2O4在温度高于90 ℃时易发生分解,所以需要水浴加热并控制温度在70~85 ℃之间,同时加快固体溶解。铁氰化钾可以检验Fe2+的存在,防止Fe2+干扰草酸的测定。‎ ‎(3)从图片中读出,消耗高锰酸钾标准液的体积为25.80 mL-0.80 mL=25.00 mL;滴定液是高锰酸钾标准液,该溶液有强氧化性,应选用酸式滴定管盛装。‎ ‎(4)步骤四是用高锰酸钾标准液滴定Fe2+,反应的离子方程式为MnO‎4‎‎-‎+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O;洗涤液中残留少许Fe2+,若不合并洗涤液,则消耗KMnO4标准液的体积将减小;根据离子方程式:MnO‎4‎‎-‎+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O,可得关系式MnO‎4‎‎-‎~5Fe2+,其中n(MnO‎4‎‎-‎)=0.080 0 mol·L-1×0.01 L=0.000 8 mol,即n(Fe2+)=0.000 8 mol×5=0.004 0 mol,则样品中n(Fe)=0.004 0 mol。步骤三中,根据化学方程式2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO42MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O,可得关系式2KMnO4~5H2C2O4,即n(H2C2O4)=‎5‎‎2‎n(KMnO4)=0.080 0 mol·L-1×0.025 L×‎5‎‎2‎=0.005 mol,则样品中C2O‎4‎‎2-‎的物质的量为0.005 mol。根据质量守恒定律可知,0.841 g样品中结晶水的物质的量为‎0.841 g-0.004 0mol×56 g·mol‎-1‎-0.005 mol×88 g·mol‎-1‎‎18 g·mol‎-1‎≈0.01 mol,则n(Fe)∶n(C2O‎4‎‎2-‎)∶n(H2O)=4∶5∶10,故黄色物质的化学式为Fe4(C2O4)5·10H2O。‎ ‎3.(2019河北唐山一中高三冲刺卷)(20分)三硫代碳酸钠(Na2CS3)常用作杀菌剂、沉淀剂。某小组设计实验探究三硫代碳酸钠的性质并测定其溶液的浓度。‎ 实验1:探究Na2CS3的性质。‎ 步骤 操作及现象 ‎①‎ 取少量Na2CS3固体溶于蒸馏水配制成溶液并分成两等份 ‎②‎ 向其中一份溶液中滴加几滴酚酞溶液,溶液变红色 ‎③‎ 向另一份溶液中滴加酸性KMnO4溶液,紫色褪去 ‎(1)H2CS3是　　　　(填“强”或“弱”)酸。 ‎ ‎(2)已知步骤③的氧化产物是SO‎4‎‎2-‎,写出该反应的离子方程式:　 。 ‎ ‎(3)某同学取步骤③所得溶液加入试管中,滴加足量盐酸、BaCl2溶液产生白色沉淀,他认为通过测定产生的白色沉淀的质量即可求出实验所用Na2CS3的量,你是否同意他的观点并说明理由 　 。‎ 实验2:测定Na2CS3溶液的浓度。‎ 按如图所示连接好装置,取50 mL Na2CS3溶液置于A中,打开仪器D的活塞,滴入足量2.0 mol·L-1稀硫酸,关闭活塞。‎ 已知:Na2CS3+H2SO4Na2SO4+CS2+H2S↑。CS2和H2S均有毒;CS2不溶于水,沸点为46 ℃,与CO2的某些性质相似,与NaOH作用生成Na2COS2和H2O。‎ ‎(4)盛放Na2CS3溶液的仪器名称是　　　　　,B中发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　。‎ ‎(5)反应结束后打开活塞K,再缓慢通入热N2一段时间,其目的是　。 ‎ ‎(6)为了计算Na2CS3溶液的浓度,对B中混合物进行过滤、洗涤、干燥、称重,得19.2 g固体,则A中Na2CS3的物质的量浓度为　　　　　　　。 ‎ ‎(7)分析上述实验方案,还可以通过测定C中溶液质量的增加值来计算Na2CS3溶液的浓度,若反应结束后将通热N2改为通热空气,计算值　　　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 ‎ 答案:(1)弱 ‎(2)5CS‎3‎‎2-‎+24MnO‎4‎‎-‎+52H+5CO2↑+15SO‎4‎‎2-‎+24Mn2++26H2O ‎(3)不同意,因为KMnO4溶液用硫酸酸化,含有的SO‎4‎‎2-‎会引起实验误差 ‎(4)三颈烧瓶　Cu2++H2SCuS↓+2H+‎ ‎(5)将装置中残留的H2S、CS2全部排入后续装置中,使其被完全吸收 ‎(6)4.0 mol·L-1‎ ‎(7)偏高 解析:(1)根据实验中信息可知,向其中一份溶液中滴加几滴酚酞溶液,溶液变红色,说明Na2CS3为强碱弱酸盐,其水解呈碱性,故H2CS3是弱酸。‎ ‎(2)已知步骤③向Na2CS3溶液中滴加酸性KMnO4溶液,紫色褪去,氧化产物是SO‎4‎‎2-‎,还原产物为Mn2+,同时反应产生二氧化碳气体,根据氧化还原反应原理进行配平得该反应的离子方程式为5CS‎3‎‎2-‎+24MnO‎4‎‎-‎+52H+5CO2↑+15SO‎4‎‎2-‎+24Mn2++26H2O。‎ ‎(3)某同学取步骤③所得溶液加入试管中,滴加足量盐酸、BaCl2溶液产生白色沉淀,但因为KMnO4溶液用硫酸酸化,含有的SO‎4‎‎2-‎会引起实验误差,故根据白色沉淀的质量不能求出实验所用Na2CS3的量。‎ ‎(4)根据仪器的结构可知,盛放Na2CS3溶液的仪器名称是三颈烧瓶,A中发生反应Na2CS3+H2SO4Na2SO4+CS2+H2S↑,气体H2S进入B中,H2S与硫酸铜反应生成不溶于硫酸的硫化铜沉淀和硫酸,故B中发生反应的离子方程式是Cu2++H2SCuS↓+2H+。‎ ‎(5)反应结束后打开活塞K,再缓慢通入热N2一段时间,其目的是将装置中残留的H2S、CS2全部排入后续装置中,使其被完全吸收。‎ ‎(6)为了计算Na2CS3溶液的浓度,对B中混合物进行过滤、洗涤、干燥、称重,得到的19.2 g固体为CuS,n(H2S)=n(CuS)=‎19.2 g‎96 g·mol‎-1‎=0.2 mol,根据反应Na2CS3+H2SO4Na2SO4+CS2+H2S↑可知,n(Na2CS3)=n(H2S)=0.2 mol,则A中Na2CS3的物质的量浓度为‎0.2mol‎0.05 L=4.0 mol·L-1。‎ ‎(7)通过测定C中溶液质量的增加值来计算Na2CS3溶液的浓度,若反应结束后将通热N2改为通热空气,因为空气中含有的CO2能被氢氧化钠溶液吸收,会导致C中溶液的质量增加值偏大,从而求得的Na2CS3的物质的量偏大,使Na2CS3溶液的浓度的计算值偏高。‎ ‎4.(20分)纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体,可与水以任意比混合,过氧化氢水溶液俗称双氧水,为无色透明液体。实验室常用过氧化氢制取氧气,工业上过氧化氢是重要的氧化剂和还原剂,常用于消毒、杀菌、漂白等。某化学兴趣小组的同学围绕过氧化氢开展了调查研究与实验,请你参与其中一起完成下列学习任务:‎ ‎(1)写出过氧化氢的电子式:　 。 ‎ ‎(2)实验室中用过氧化氢制取氧气的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　,当生成标准状况下2.24 L O2时,转移电子为　　　　 mol。 ‎ ‎(3)该兴趣小组的同学查阅资料后发现H2O2为二元弱酸,其酸性比碳酸弱。请写出H2O2在其水溶液中的电离方程式: 　 。 ‎ ‎(4)同学们用0.100 0 mol·L-1的酸性高锰酸钾标准溶液滴定某试样中过氧化氢的含量,反应原理为2MnO‎4‎‎-‎+5H2O2+6H+2Mn2++8H2O+5O2↑。‎ ‎①在该反应中,H2O2被　　　　(填“氧化”或“还原”); ‎ ‎②滴定到达终点的现象是 　 ; ‎ ‎③用移液管吸取25.00 mL试样置于锥形瓶中,重复滴定四次,每次消耗的KMnO4标准溶液体积如下表所示:‎ 滴定次数 第一次 第二次 第三次 第四次 V(KMnO4溶液)/mL ‎17.10‎ ‎18.10‎ ‎18.00‎ ‎17.90‎ 则试样中过氧化氢的浓度为　 mol·L-1; ‎ ‎④若滴定前尖嘴中有气泡,滴定后消失,则滴定结果　　　　(填“偏低”“偏高”或“不变”)。 ‎ ‎(5)同学们发现向滴加了酚酞溶液的NaOH溶液中加入H2O2后,溶液中红色消失。关于褪色原因:甲同学认为H2O2是二元弱酸,消耗了OH-使红色消失;乙同学认为H2O2具有漂白性使溶液褪色。请设计一个简单的实验方案来判断甲、乙两位同学的说法是否正确:　　　　　　　　　　　　　。‎ 答案:(1)H‎·‎‎·‎O‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎H ‎(2)2H2O22H2O+O2↑　0.2‎ ‎(3)H2O2H++HO‎2‎‎-‎、HO‎2‎‎-‎H++‎O‎2‎‎2-‎ ‎(4)①氧化　②锥形瓶内溶液颜色恰好由无色变为浅紫色,且半分钟内溶液不褪色　③0.180 0　④偏高 ‎(5)向褪色后的溶液中加入NaOH溶液,若变红,甲的说法正确;若不变红,乙的说法正确 解析:(1)H2O2的结构式为H—O—O—H,其电子式为H‎·‎‎·‎O‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎H。‎ ‎(2)H2O2不稳定,在MnO2催化作用下分解生成H2O和O2,化学方程式为2H2O22H2O+O2↑,氧元素发生歧化反应,由-1价变成-2价和0价,生成1 mol O2时转移2 mol电子,故生成标准状况下2.24 L O2(即0.1 mol)时,转移0.2 mol电子。‎ ‎(3)H2O2为二元弱酸,其酸性比H2CO3弱,在水溶液中分步电离,以第一步电离为主,电离方程式为H2O2H++HO‎2‎‎-‎、HO‎2‎‎-‎H++O‎2‎‎2-‎。‎ ‎(4)①反应2MnO‎4‎‎-‎+5H2O2+6H+2Mn2++8H2O+5O2↑中,MnO‎4‎‎-‎被还原为Mn2+,H2O2则被氧化为O2。②到达滴定终点时,H2O2被完全氧化,溶液由无色变成浅紫色,且半分钟内不褪色。③第一次消耗标准KMnO4溶液的体积为17.10 mL,与其他三次相比存在明显误差,应舍去,利用后三次实验数据计算:消耗标准KMnO4溶液的平均体积为‎18.10 mL+18.00 mL+17.90 mL‎3‎=18.00 mL,则有n(H2O2)=‎5‎‎2‎n(KMnO4)=‎5‎‎2‎×0.100 0 mol·L-1×18.00×10-3 L=4.5×10-3 mol,故试样中H2O2的浓度为‎4.5×1‎0‎‎-3‎mol‎25.00×1‎0‎‎-3‎L=0.180 0 mol·L-1。④滴定前尖嘴中有气泡,滴定后消失,则测得的标准KMnO4溶液的体积偏大,导致测定试样中H2O2的浓度偏高。‎ ‎(5)甲同学认为H2O2是二元弱酸,消耗了OH-使红色消失,可向褪色后的溶液中滴加NaOH溶液,若溶液重新变成红色,说明甲同学的说法正确;若溶液不变色,说明乙同学的说法正确。‎ ‎5.(20分)某化学兴趣小组在实验室用除去表面氧化物的铁钉(碳素钢)与浓硫酸共热制取SO2并完成相关性质探究(不考虑水蒸气)。‎ ‎(1)有同学认为制得的SO2中可能混有杂质,杂质化学式可能为　　 　　和　　　 　,原因是　  　 。 ‎ ‎(2)为验证气体成分,兴趣小组同学设计了如图所示装置进行了实验探究。‎ ‎①为验证并吸收SO2,装置B中加入的试剂为　　　　 　　,装置C中品红溶液的作用是　 　 ; ‎ ‎②装置D中加入的试剂为　　　　　　　; ‎ ‎③装置G中可能出现的现象为 　 ; ‎ ‎④装置H的作用为 　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)兴趣小组设计如图装置验证二氧化硫的化学性质。‎ ‎①能验证SO2具有氧化性的实验现象为 　 ; ‎ ‎②为验证SO2的还原性,取试管b中充分反应后的溶液分成三份,分别进行如下实验:‎ 方案Ⅰ:向第一份溶液中加入品红溶液,红色褪去 方案Ⅱ:向第二份溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成 方案Ⅲ:向第三份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成 上述方案中合理的是　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子方程式为　 　 。 ‎ 答案:(1)CO2　H2　铁钉中的碳在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生H2‎ ‎(2)①酸性KMnO4溶液(其他合理答案也可)　验证SO2是否吸收完全　②澄清石灰水　③无水硫酸铜变蓝色　④防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验 ‎(3)①a试管中有淡黄色沉淀生成　②Ⅱ　Cl2+SO2+2H2O4H++2Cl-+SO‎4‎‎2-‎ 解析:(1)铁钉中含有的碳在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气,故制得的SO2中可能混有的杂质为CO2和H2。‎ ‎(2)①装置B中加入酸性KMnO4溶液能检验并吸收SO2,若SO2被吸收完全,装置C中品红溶液不褪色;②装置D中加入澄清石灰水,可检验气体中是否有CO2;③装置E中浓硫酸可干燥气体,装置F中CuO与H2反应生成H2O,G中无水硫酸铜吸收水蒸气后变蓝色;④装置H装有干燥剂,其作用为防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验。‎ ‎(3)①Na2S与SO2发生氧化还原反应生成S,故a试管中有淡黄色沉淀生成;②Ⅱ合理,SO2被氧化生成SO‎4‎‎2-‎,与Ba2+反应生成白色沉淀,据此能证明SO2的还原性,试管b中发生反应的离子方程式为Cl2+SO2+2H2O4H++2Cl-+SO‎4‎‎2-‎。‎