2021届一轮复习鲁科版化学实验方案的设计与评价学案

2021届一轮复习鲁科版化学实验方案的设计与评价学案

第4讲　化学实验方案的设计与评价 学习指导意见 核心素养 ‎1.运用化学实验知识，对实验方案作出分析和判断。了解实验设计的基本要求。‎ ‎2.通过对实验设计的分析和判断，了解实验设计的一般思路。‎ ‎1.科学探究与创新意识：能从问题和假设出发，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究；对特殊现象敢于提出见解，并进行研究。‎ ‎2.证据推理与模型认知：针对不同类型的综合实验题建立思维模型。能运用模型，依据答题模板快速准确的回答问题。‎ 考点一　定量型实验方案的设计 ‎[学在课内]‎ ‎1.固体成分检测实验方案设计的一般方法 方法一：取少量固体试样→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。‎ 方法二：取少量固体试样→在氧气流等中反应→检测所产生的物质(如气体)→得出实验结论。‎ 方法三：取少量固体试样→加酸(或碱)溶液产生气体→检测气体产物的成分→得出实验结论。‎ ‎2.固体物质组成的定量测定的常用方法 ‎(1)沉淀法 先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。‎ ‎(2)测气体体积法 对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。量气装置的设计：下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。‎ ‎(3)测气体质量法 将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。‎ ‎(4)滴定法 即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。‎ ‎(5)热重法 只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。‎ ‎3.“五看法”处理实验数据 ‎(1)看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是错误的。‎ ‎(2)看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。‎ ‎(3)看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。‎ ‎(4)看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。‎ ‎(5)看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1.茶叶中含有多种有益于人体健康的有机成分及钙、铁等微量金属元素，某化学研究性学习小组设计方案用以检验某品牌茶叶中铁元素的存在并测定钙元素的质量分数(已知CaC2O4为白色沉淀物质)。首先取200 g茶叶样品进行如图操作：‎ 已知：①文献资料显示，某些金属离子的氢氧化物完全沉淀时的pH如表所示。‎ 离子 Ca2＋‎ Fe3＋‎ 完全沉淀时的pH ‎13‎ ‎4.1‎ ‎②(NH4)2C2O4溶液显酸性。‎ 请回答下列有关问题：‎ ‎(1)实验前要先将茶叶样品高温灼烧为灰粉，该步操作需要用到的实验仪器有酒精灯、三脚架、玻璃棒、________，其主要目的是使样品中的有机物完全分解。‎ A.蒸发皿 B.坩埚 C.泥三角 D.石棉网 ‎(2)从滤液A→沉淀D的过程中需要加入的物质X可以选择________。‎ A.CaO B.Ca(OH)2‎ C.NH3·H2O ‎(3)用KMnO4标准溶液滴定滤液C时发生的反应为：5C2O＋2MnO＋16H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O。‎ 现将滤液C稀释至250 mL，再取其中的25.00 mL溶液，用硫酸酸化后，用0.10 mol·L－1的KMnO4标准溶液滴定，终点时消耗KMnO4溶液体积如表所示：‎ 编号 终点时消耗KMnO4溶液体积/mL ‎1‎ ‎19.98‎ ‎2‎ ‎22.00‎ ‎3‎ ‎20.02‎ ‎①此步操作过程中需要用到图示中哪些仪器________(填写序号)。‎ ‎②滴定达到终点时的现象是___________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎③为保证实验精确度，沉淀D及E需要分别洗涤，并将洗涤液转移回母液中，若不洗涤沉淀D，会使测定的钙元素的含量________(填“偏低”“偏高”或“‎ 无影响”，下同)。若不洗涤沉淀E，会使测定的钙元素的含量________。‎ ‎④原茶叶中钙元素的质量分数为________。(用含a的代数式表示)‎ ‎(4)设计最简单的实验检验茶叶中含有铁元素的操作和现象是____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)高温灼烧需在坩埚中进行，坩埚应放在泥三角上，故本题选BC。(2)该实验需要测定钙元素的质量分数，所以不能选择CaO和Ca(OH)2，故本题选C。(3)①配制溶液需要用到一定规格的容量瓶，用酸式滴定管盛装KMnO4溶液，滴定过程中还需用到锥形瓶，故本题选BCD。②当滴入最后一滴KMnO4溶液时，溶液由无色变为浅紫色，且半分钟不恢复原色，说明达到滴定终点。③若不洗涤沉淀D，沉淀D上会残留钙元素，造成测定的钙元素的含量偏低。若不洗涤沉淀E，则使CaC2O4质量偏高，从而使测定的钙元素的含量偏高。④加入的(NH4)2C2O4的物质的量为 mol，由题表知，编号2消耗的KMnO4溶液的体积误差较大，应舍去，故消耗的KMnO4溶液的平均体积为20.00 mL，由5C2O～2MnO可得，与KMnO4反应的(NH4)2C2O4的物质的量为×0.02 L×0.10 mol·L－1＝5×10－3 mol，故与溶液中Ca2＋反应的(NH4)2C2O4的物质的量为(－5×10－3×) mol＝(－0.05)mol，故钙元素的质量分数为＝－0.01。(4)取滤液A，加入KSCN溶液，溶液变为血红色，则证明含有铁元素。‎ 答案　(1)BC　(2)C ‎(3)①BCD　②滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液由无色变为浅紫色，且半分钟不恢复原色　③偏低　偏高 ‎④－0.01‎ ‎(4)取少量的滤液A于试管中，滴入KSCN溶液，溶液变为血红色，证明溶液中存在Fe3＋，也证明茶叶中含有铁元素 ‎2.‎ 碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。‎ ‎(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。‎ ‎①气体a的成分是________。‎ ‎②若钢样中硫以FeS的形式存在，A中反应：3FeS＋5O21________＋3________。‎ ‎(2)将气体a通入测硫装置中(如图)，采用滴定法测定硫的含量。‎ ‎①H2O2氧化SO2的化学方程式：__________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。‎ ‎(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。‎ ‎①气体a通过B和C的目的是__________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是____________________‎ ‎____________________________________________________________。 ‎ 解析　(1)①钢样中的碳、硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2，还有未反应的O2，故气体a的成分为O2、SO2、CO2。②根据得失电子守恒和质量守恒定律配平化学方程式：3FeS＋5O2Fe3O4＋3SO2。(2)①H2O2和SO2发生氧化还原反应：H2O2＋SO2===H2SO4。②根据题意，消耗1 mL ‎ NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则消耗z mL NaOH溶液，相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为×100%。(3)①气体a中含有O2、SO2和CO2，在吸收CO2测定碳的含量时，也可能吸收SO2，故气体a通过装置B和C的目的是排除SO2对CO2测定的干扰。②计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收CO2前、后吸收瓶的质量，其质量差为CO2的质量。‎ 答案　(1)①O2、SO2、CO2　②Fe3O4　SO2‎ ‎(2)①H2O2＋SO2===H2SO4　②×100%‎ ‎(3)①排除SO2对CO2测定的干扰 ‎②吸收CO2前、后吸收瓶的质量 ‎[能力点提升]‎ ‎3.某助熔剂具有较好的热稳定性，是两种常见钠盐的混合物，其中一种组分是NaCl。为确定另一种组分X及其含量，甲、乙两个小组进行了以下实验。‎ ‎(1)取适量样品，注入装置A中，测定组分X的化学式。‎ ‎①甲组用图Ⅰ的装置进行实验，观察到相应实验现象，则X的化学式是________。‎ ‎②乙组只用图 Ⅰ 中装置A和C进行实验，得到与甲组相同的实验结论，则分液漏斗中盛放的溶液应换为________，原因是_______________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)甲、乙组分别用以下方法测定组分X的含量。‎ ‎①甲组用装置A和图Ⅱ 中所示的部分装置(可重复选用)进行实验。请选择必要的装置，依次连接的合理顺序为装置A后接________(填仪器接口的字母)。完成一组实验，除样品的质量外，还需测定的实验数据有__________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②乙组用酸碱滴定法测定X的含量。准确称取两份样品，滴入少量水润湿后，分别加入0.200 0 mol·L－1的盐酸40.00 mL，加入2滴酚酞作为指示剂，用0.200 0 mol·L－1的NaOH溶液滴定过量盐酸至终点，实验数据列于下表中。‎ m试样/g V(NaOH)/mL 滴定前刻度 滴定后刻度 ‎0.320 0‎ ‎0.52‎ ‎20.48‎ ‎0.320 0‎ ‎0.35‎ ‎20.39‎ 回答下列问题：‎ Ⅰ.滴定过程中选用的滴定管是________。‎ Ⅱ.滴定至终点时的现象为____________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ Ⅲ.样品中X的质量分数为________。‎ ‎③乙组测得的X含量比实际值偏高，可能的原因是________(填字母)。‎ A.用NaOH溶液润洗滴定管 B.滴定终点读数时仰视液面刻度 C.用样品溶液润洗锥形瓶 D.滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡 解析　(1)①与盐酸反应得到的气体不能使品红溶液退色，而能使澄清石灰水变浑浊，说明生成的气体为CO2，则该助熔剂中含有Na2CO3或NaHCO3，由于NaHCO3受热易分解，热稳定性较差，所以X是Na2CO3。②乙组只用装置A和C即可得到相同的实验结论，说明反应过程中只有CO2生成，则分液漏斗中应盛装稀硝酸，以排除亚硫酸钠的影响。(2)①测定原理应为向样品中加入足量稀盐酸，使Na2CO3完全反应生成CO2，干燥后用碱石灰吸收，称量盛碱石灰的干燥管实验前后的质量，二者之差即为生成的CO2的质量。②NaOH溶液应盛在碱式滴定管中，到达滴定终点时，溶液由无色变成红色，且30秒内不退色。两次滴定消耗NaOH溶液的体积的平均值为20.00 mL，则样品消耗盐酸n(HCl)＝0.200 0 mol·L－1×0.040 00‎ ‎ L－0.200 0 mol·L－1×0.020 00 L＝0.004 mol，n(Na2CO3)＝n(HCl)＝0.002 mol，则样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝66.25%。③滴定时，滴定管必须用标准溶液润洗，不会造成误差，A项不符合题意；滴定终点读数时仰视液面刻度，使所读数值偏大，则结果会偏小，B项不符合题意；用样品溶液润洗锥形瓶，会使样品消耗的盐酸体积偏大，则结果偏大，C项符合题意；滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡，会造成HCl所消耗的NaOH溶液的体积偏小，则样品消耗的盐酸的体积偏大，最终结果偏大，D项符合题意。‎ 答案　(1)①Na2CO3　②稀硝酸　Na2CO3和Na2SO3分别与稀硝酸反应装置C中的实验现象不同 ‎(2)①e，f，d，c，h(其他合理答案也可)　盛装碱石灰的干燥管实验前后的质量　②Ⅰ.碱式滴定管　Ⅱ.最后一滴标准液滴下，溶液由无色变成红色，且30秒内不退色 Ⅲ.66.25%　③CD ‎[高考真题体验]‎ ‎4.烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：‎ Ⅰ.采样 采样系统简图 采样步骤：‎ ‎①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140 ℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。‎ ‎(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为______________________________。‎ ‎(2)C中填充的干燥剂是(填序号)________。‎ a.碱石灰　　　　b.无水CuSO4　　　　c.P2O5‎ ‎(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。‎ ‎(4)采样步骤②加热烟道气的目的是_____________________________。‎ Ⅱ.NOx含量的测定 将V L气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL该溶液，加入V1 mL c1 mol·L－1 FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2 mol·L－1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗V2 mL。‎ ‎(5)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为_________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有________________________________。‎ ‎(7)滴定过程中发生下列反应：‎ ‎3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 则气样中NOx折合成NO2的含量为________mg·m－3。‎ ‎(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)‎ 若缺少采样步骤③，会使测定结果________。‎ 若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果___________________________。‎ 解析　(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用是除去烟道气中的粉尘。(2)C中填充的干燥剂不能吸收NOx，因此不能为碱石灰，而无水CuSO4通常只用于检验水而不是吸收水，故该干燥剂为P2O5。(3)D的作用是吸收NOx，故该装置中应装有碱液，为洗气瓶装置，气体从长管进、短管出。(4)NOx中的NO2能溶于水且与水反应，故加热烟道气的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NO，则H ‎2O2被还原为H2O，配平离子方程式为2NO＋3H2O2===2NO＋2H＋＋2H2O。(6)K2Cr2O7标准溶液具有强氧化性，能氧化碱式滴定管下端的橡胶部分，因此滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、酸式滴定管。(7)根据滴定原理，可得原溶液中NO消耗的n(Fe2＋)＝[c1 mol·L－1×V1×10－3 L－c2 mol·L－1×V2×10－3L×6]×＝5(c1V1－6c2V2)×10－3 mol，则n(NO)＝n(Fe2＋)＝(c1V1－6c2V2)×10－3mol，故气样中NOx折合成NO2的含量为(c1V1－6c2V2)×10－3 mol×46 000 mg·mol－1÷(V×10－3)m3＝×104 mg·m－3。(8)若缺少采样步骤③，则采集的烟道气中混有空气，测定结果偏低；若FeSO4标准溶液部分变质，则消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积偏小，测定结果偏高。‎ 答案　(1)除尘　(2)c ‎(3)‎ ‎(4)防止NOx溶于冷凝水 ‎(5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O ‎(6)锥形瓶、酸式滴定管 ‎(7)×104‎ ‎(8)偏低　偏高 考点二　“猜想判断”型实验方案的设计 ‎[学在课内]‎ ‎1.方案设计流程 ‎2.实验方案设计的基本要求 ‎3.实验方案的评价 ‎(1)评价原则 ‎①实验原理科学合理；②操作和装置简单可行；③符合绿色化学理念；④药品和操作安全可靠。‎ ‎(2)评价类型 ‎①评价实验原理；②评价实验方案；③评价药品和仪器；④评价实验现象和结论。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1.某学生对Na2SO3与AgNO3在不同pH下的反应进行探究。‎ ‎(1)测得Na2SO3溶液pH＝10，AgNO3溶液pH＝5。‎ ‎(2)调节pH，实验记录如下：‎ 实验序号 pH 实验现象 a ‎10‎ 产生白色沉淀，稍后溶解，溶液澄清 b ‎6‎ 产生白色沉淀，一段时间后，沉淀未溶解 c ‎2‎ 产生大量白色沉淀，一段时间后，产生海绵状棕黑色物质X 查阅资料得知：‎ ⅰ.Ag2SO3：白色，难溶于水，溶于过量的Na2SO3溶液。‎ ⅱ.Ag2O：棕黑色，不溶于水，能和酸反应。‎ 该学生对产生的白色沉淀提出了两种假设：‎ ‎①白色沉淀为Ag2SO3。‎ ‎②白色沉淀为Ag2SO4，推测的依据是___________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(3)取b、c中白色沉淀，置于Na2SO3溶液中，沉淀溶解。该同学设计实验确认了白色沉淀不是Ag2SO4。实验方法是：另取Ag2SO4固体置于________溶液中，未溶解。‎ ‎(4)将c中X滤出、洗净，为确认其组成，实验如下：‎ Ⅰ.向X中滴加稀盐酸，无明显变化。‎ Ⅱ.向X中加入过量浓HNO3，产生红棕色气体。‎ Ⅲ.分别用Ba(NO3)2、BaCl2溶液检验Ⅱ中反应后的溶液，前者无明显变化，后者产生白色沉淀。‎ ‎①实验Ⅰ的目的是________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②根据实验现象分析，X的成分是___________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎③Ⅱ中反应的化学方程式是______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(5)该同学综合以上实验，分析产生X的原因：随着酸性的增强，体系的还原性增强。‎ 解析　(2)SO具有较强的还原性，易被空气中的氧气氧化为SO，故提出假设②白色沉淀为Ag2SO4。(3)要确定b、c中的白色沉淀不是Ag2SO4，只需证明Ag2SO4不溶于过量的Na2SO3溶液即可。(4)①确定c中X的组成，实验Ⅰ的目的是验证棕黑色物质X不是Ag2O，因为Ag2O与HCl发生反应。②实验Ⅱ加入浓硝酸，产生红棕色气体，说明X具有还原性，实验Ⅲ向Ⅱ中反应后的溶液中加入Ba(NO3)2溶液无变化，加入BaCl2溶液产生白色沉淀，说明Ⅱ中反应后的溶液中含Ag＋，进而推出X为Ag。③Ag与浓HNO3反应的化学方程式为Ag＋2HNO3(浓)===AgNO3‎ ‎＋NO2↑＋H2O。‎ 答案　(2)SO具有较强的还原性，若被空气中的O2氧化为SO，即为Ag＋结合生成Ag2SO4沉淀 ‎(3)过量Na2SO3(或亚硫酸钠)‎ ‎(4)①验证棕黑色物质X不是Ag2O　②Ag ‎③Ag＋2HNO3(浓)===AgNO3＋NO2↑＋H2O ‎2.将含有水蒸气的氯气通入到干燥疏松的碳酸钠中可以得到一种固体物质X，利用下图实验装置可以探究固体物质X的成分。‎ ‎(1)试剂甲的名称为________，试剂乙的名称为________。‎ ‎(2)经测定可知固体X中至少含有NaHCO3和一种含氯的盐类物质，装置D中的物质为含氯氧化物。下面对固体X的成分进行猜想和探究。‎ ‎①提出合理猜想。‎ 猜想1　固体X含有两种成分：NaHCO3和________；‎ 猜想2　固体X含有三种成分：NaHCO3和________。‎ ‎②下面是针对固体X中的成分猜想进行的实验探究。请填写下表中的空格(可不填满)。‎ 实验步骤 预期现象和结论 步骤1：取少量固体X样品，加入适量蒸馏水，使固体完全溶解，将溶液分装到两支试管中 步骤2：________________‎ 步骤3：________________‎ 限选试剂：酸性KMnO4溶液、BaCl2溶液、稀HNO3、蒸馏水、AgNO3溶液、澄清石灰水 ‎(3)上述装置C中，如果标准状况下的氯气2.24 L与0.1 mol碳酸钠正好完全反应，则湿润的氯气与碳酸钠反应的化学方程式为______________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)实验室制备氯气一般用浓盐酸与MnO2反应，制得的氯气中含有HCl杂质，一般用饱和食盐水除去。(2)①反应物为Cl2、H2O、Na2CO3，而D中物质为含氯氧化物，其中Cl元素显正价，则C中含氯的盐中Cl元素必显负价，该盐为NaCl。固体X的成分可能为NaHCO3、NaCl或NaHCO3、NaCl、Na2CO3。(2)由于可以确定固体X中含有NaHCO3，因此对固体X的成分的探究，实质是检验NaCl、Na2CO3的存在，即可以通过检验Cl－、CO来探究固体X的组成，检验CO选择BaCl2溶液，需要注意的是不能选择澄清石灰水，否则NaHCO3会有干扰，检验Cl－选择稀HNO3和AgNO3溶液。(3)设含氯氧化物的化学式为Cl2Ox，则该反应可表示为Cl2＋Na2CO3＋H2O===NaHCO3＋NaCl＋Cl2Ox，根据氧元素守恒，得x＝1，故该反应的化学方程式为2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O。‎ 答案　(1)浓盐酸　饱和食盐水 ‎(2)①NaCl　NaCl、Na2CO3‎ ‎②‎ 实验步骤 预期现象和结论 步骤2：向一支试管中滴加足量BaCl2溶液 若无明显现象，则固体X中不含Na2CO3；若溶液变浑浊，则固体X中含Na2CO3‎ 步骤3：向另一支试管中滴加足量稀硝酸，再加适量AgNO3溶液 若溶液未变浑浊，则固体X中不含NaCl；若溶液变浑浊，则固体X中含NaCl ‎(3)2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O ‎[名师点拨]‎ 假设判断型方案设计解题模板 ‎[能力点提升]‎ ‎3.漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂 实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。‎ ‎(1)提出合理假设。‎ 假设1：该漂白粉未变质，只含有________；‎ 假设2：该漂白粉全部变质，只含有________；‎ 假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。‎ ‎(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－)‎ 实验步骤 预期现象和结论 ‎①‎ 取少量上述漂白粉于试管中，______‎ ‎②‎ ‎________________________________‎ 解析　‎ 第一步　明确目的原理 设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：‎ ‎①2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。‎ ‎②Ca(ClO)2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO。‎ 第二步　提出合理假设 根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)2或CaCO3或二者的混合物。‎ 第三步　寻求验证方法 用CaCO3与盐酸反应产生澄清石灰水变浑浊的CO2来验证CaCO3的存在。‎ 用Ca(ClO)2与盐酸反应生成能使品红溶液退色的HClO来验证Ca(ClO)2的存在。‎ 第四步　设计操作步骤 ‎①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO2)。‎ ‎②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。‎ 第五步　分析得出结论 若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO3，即假设1成立。‎ 若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不退色，说明CaCO3存在，不存在Ca(ClO)2，即假设2成立。‎ 若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液退色，说明有CaCO3和Ca(ClO)2存在，即假设3成立。‎ 答案　(1)假设1：只含有Ca(ClO)2；假设2：只含有CaCO3‎ ‎(2)‎ 实验步骤 预期现象和结论 ‎①‎ 加入适量1 mol·L－1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中 若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立；‎ 若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立 ‎②‎ 向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)‎ 若品红溶液退色，则假设3成立；若品红溶液不退色，则假设2成立 ‎[高考真题体验]‎ ‎4.实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。‎ 资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。‎ ‎(1)制备K2FeO4(夹持装置略)‎ ‎①A为氯气发生装置。A中反应方程式是____________________________‎ ‎____________________________________________________________(锰被还原为Mn2＋)。‎ ‎②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。‎ ‎③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2＋2Fe(OH)3＋10KOH===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O，另外还有__________________________。‎ ‎(2)探究K2FeO4的性质 ‎①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：‎ 方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。‎ 方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。‎ i.由方案I中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由__________________________________产生(用方程式表示)。‎ ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是____________________________________________________________。‎ ‎②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________FeO(填“>”或“<”)，而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO的氧化性强弱关系相反，原因是____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO>MnO，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性FeO>MnO。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：‎ ‎____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)①由题图知A中反应物为浓盐酸和KMnO4，生成物有Cl2，且锰被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒及元素守恒即可完成反应的化学方程式。②由于装置C中高铁酸钾的制备环境呈碱性而制得的氯气中混有的氯化氢气体为酸性，可用饱和食盐水除去氯化氢气体，注意“长导管进短导管出”。③氯气能与过量的KOH溶液反应。(2)①i.Fe3＋遇KSCN溶液变红色。由已知高铁酸钾在酸性溶液中快速产生氧气，反应过程中氧元素的化合价升高，根据氧化还原反应的规律，高铁酸钾中＋6价的铁元素化合价必然降低，其还原产物可能是Fe3＋。也就是说，Fe3＋可能来自于高铁酸钾自身的氧化还原反应。书写离子方程式时，可以先写出明确的、已知的反应物(即FeO)和生成物(即Fe3＋和O2)，根据得失电子守恒确定Fe3＋和O2的系数之比为4∶3，再根据电荷守恒和元素守恒确定反应物中还应有H＋，最后用观察法配平即可。ii.C中Cl2与KOH反应生成的ClO－具有氧化性，也能氧化Cl－，故需排除ClO－的干扰。②K2FeO4的制备实验中Cl2化合价降低作氧化剂，故氧化性Cl2>FeO，该反应是在碱性条件下进行的，方案Ⅱ是在酸性条件下进行的，溶液的酸碱性对物质的氧化性或还原性会产生影响。‎ 答案　(1)①2KMnO4＋16HCl===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O ‎②‎ ‎③Cl2＋2KOH===KCl＋KClO＋H2O ‎(2)①i.Fe3＋　4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O ii.洗去固体表面附着的氧化性离子ClO－，排除ClO－的干扰，同时排除K2FeO4稳定存在 ‎②>　溶液酸碱性不同 ‎③能，理由：FeO在过量酸的作用下完全转化为Fe3＋和O2，溶液浅紫色一定是MnO的颜色 或不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4‎ ‎，观察溶液紫色快速退去还是显浅紫色 ‎5.凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋ H3BO3。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)a的作用是_____________________________________________。‎ ‎(2)b中放入少量碎瓷片的目的是__________________________________。‎ f的名称是________________。‎ ‎(3)清洗仪器，g中加蒸馏水，打开K1，关闭K2、K3，加热b，蒸气充满管路，停止加热，关闭K1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是____________________________________________________________；‎ 打开K2放掉水，重复操作2～3次。‎ ‎(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂，铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭K1，d中保留少量水，打开K1，加热b，使水蒸气进入e。‎ ‎①d中保留少量水的目的是______________________________________。‎ ‎②e中主要反应的离子方程式为_________________________________，‎ e采用中空双层玻璃瓶的作用是___________________________________。‎ ‎(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。‎ 解析　‎ ‎(1)a管作用是平衡气压，防止b中压强过大。(2)碎瓷片防止液体加热时暴沸。f为直形冷凝管。(3)停止加热，管路中气体温度下降，水蒸气冷凝为液态水，形成负压，g中蒸馏水倒吸入c中。(4)①d中少量水，起液封作用，防止有NH3逸出。②e中NH 与OH－加热反应放出NH3。因为加热水蒸气充满管路，中空双层玻璃瓶中也充满水蒸气，起保温作用，有利于NH3完全逸出。(5)C2H5NO2～NH3～NH3·H3BO3～HCl，样品中氮的质量分数为×100%＝%。样品的纯度≤×100%＝%。‎ 答案　(1)避免b中压强过大　(2)防止暴沸　直形冷凝管　(3)c中温度下降，管路中形成负压 ‎(4)①液封，防止氨气逸出　②NH＋OH－NH3↑＋H2O　保温使氨完全逸出 ‎(5)　 考点三　“原理探究”型实验方案的设计 ‎[学在课内]‎ 控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。‎ 常涉及的题型有：(1)外因(浓度、温度、压强等)对化学反应速率、化学平衡的影响；(2)物质性质的递变规律。‎ ‎1.变量探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意：选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。‎ 思路总结 ‎2.规律探究实验题的解题策略 物质性质递变规律的探究也是中学化学实验探究的一个重要内容。研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应(如置换反应)规律，物质的酸(碱)性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：‎ ‎(1)同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。‎ ‎(2)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1.某同学为探究元素周期表中元素性质的递变规律，设计了如下实验：‎ Ⅰ.将钠、钾、镁、铝各1 mol分别投入足量的同浓度的盐酸中，试预测实验结果：________与盐酸反应最剧烈，________与盐酸反应的速度最慢。‎ Ⅱ.利用如图装置可验证同主族元素非金属性的变化规律。‎ ‎(1)检查该装置气密性的操作方法是_____________________________，‎ 干燥管D的作用是___________________________________________。‎ ‎(2)现有试剂：盐酸、碳酸钙、澄清石灰水、硅酸钠溶液，请从中选择试剂并用如图装置证明酸性：HCl＞H2CO3＞H2SiO3，则B中应盛装的试剂为________，C中产生的现象为_______________________________________。‎ 请判断________(填“能”或“不能”)据此实验现象判断非金属性：Cl＞C＞Si。‎ ‎(3)若C中盛装的是Na2S溶液，A中盛装浓盐酸，B中盛装KMnO4粉末。(KMnO4与浓盐酸常温下快速反应生成氯气)。反应开始后观察到C中出现淡黄色浑浊，可证明Cl的非金属性比S________(填“强”“弱”或“无法比较”‎ ‎)，写出反应的离子方程式：______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　Ⅱ.(1)检查装置气密性的方法：关闭分液漏斗A的旋塞，用热毛巾捂热锥形瓶B，试管C中有气泡冒出，移开热毛巾，C中液体倒吸；倒置的干燥管有缓冲作用，能防止倒吸。‎ ‎(2)要证明酸性强弱，应该采用强酸制取弱酸的方法，盐酸酸性最强，所以A中盛放盐酸，盐酸和碳酸钙制取二氧化碳，二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸，则B中盛放碳酸钙、C中盛放硅酸钠溶液，硅酸难溶于水，所以看到的现象是有白色沉淀生成。最高价含氧酸的酸性越强，元素的非金属性越强，盐酸不是最高价含氧酸，所以不能由此判断非金属性Cl＞C。‎ ‎(3)浓盐酸具有还原性，酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，两者发生氧化还原反应生成氯气，氯气具有强氧化性，能氧化Na2S溶液中的S2－生成S，离子方程式为Cl2＋S2－===2Cl－＋S↓，非金属元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，同一氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性：Cl2＞S，所以非金属性Cl＞S。‎ 答案　Ⅰ.钾　铝 Ⅱ.(1)关闭分液漏斗A的旋塞，用热毛巾捂热锥形瓶B，试管C中有气泡冒出，移开热毛巾，C中液体倒吸　防倒吸 ‎(2)碳酸钙　有白色沉淀生成　不能 ‎(3)强　Cl2＋S2－===2Cl－＋S↓‎ ‎2.某校化学兴趣小组探究SO2与FeCl3溶液的反应，所用装置如图所示(夹持装置已略去)。‎ ‎(1)该小组同学预测SO2与FeCl3溶液反应的现象为溶液由棕黄色变为浅绿色，然后开始实验。‎ 步骤①‎ 配制1 mol·L－1 FeCl3溶液(未用盐酸酸化)，测其pH约为1，取少量装入试管A中，通入SO2气体 FeCl3溶液显酸性的原因是__________________________________‎ ‎____________________________________________________________(用化学用语解释)。‎ 若用浓硫酸与Cu反应产生SO2，则该反应的化学方程式为____________________________________________________________。‎ ‎(2)当SO2通入FeCl3溶液至饱和时，该小组同学观察到的现象是溶液由棕黄色变为红棕色，没有观察到丁达尔现象。将混合液放置12小时，溶液才变成浅绿色。‎ ‎【查阅资料】‎ Fe(HSO3)2＋为红棕色，它可以将Fe3＋还原为Fe2＋；生成Fe(HSO3)2＋的反应为可逆反应。解释SO2与FeCl3溶液反应生成红棕色Fe(HSO3)2＋的原因：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________(用化学用语解释)。‎ 写出溶液中Fe(HSO3)2＋与Fe3＋反应的离子方程式：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(3)为了探究如何缩短红棕色变为浅绿色的时间，该小组同学进行了步骤②和步骤③的实验。‎ 步骤②‎ 往5 mL 1 mol·L－1 FeCl3溶液中通入SO2气体，溶液立即变为红棕色。微热3 min，溶液颜色变为浅绿色 步骤③‎ 往5 mL重新配制的1 mol·L－1 FeCl3溶液(用浓盐酸酸化)中通入SO2气体，溶液立即变为红棕色。几分钟后，发现溶液颜色变成浅绿色 用铁氰化钾溶液检验步骤②和步骤③所得溶液中的Fe2＋，其现象为____________________________________________________________。‎ ‎(4)综合上述实验探究过程，可以获得如下实验结论：‎ a.SO2与FeCl3溶液反应生成红棕色中间产物Fe(HSO3)2＋；‎ b.红棕色中间产物转变成浅绿色溶液是一个较慢的过程；‎ c.____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)Fe3＋水解使FeCl3溶液显酸性。Cu与浓硫酸在加热条件下反应，生成CuSO4、SO2和H2O。(2)SO2与H2O反应生成H2SO3，H2SO3发生电离生成H＋和HSO，Fe3＋与HSO结合生成红棕色的Fe(HSO3)2＋。Fe(HSO3)2＋中铁元素为＋3价，Fe(HSO3)2＋与Fe3＋反应的实质是＋3价铁将HSO氧化为SO，＋3价铁被还原为Fe2＋。(3)用铁氰化钾溶液检验Fe2＋时，生成的Fe3[Fe(CN)6]2为蓝色沉淀。(4)根据步骤②和步骤③的实验探究过程，还可以得出的结论是加热、提高FeCl3溶液的酸性会缩短浅绿色出现的时间。‎ 答案　(1)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋‎ Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎(2)H2O＋SO2H2SO3、H2SO3H＋＋HSO、Fe3＋＋HSOFe(HSO3)2＋　Fe3＋＋H2O＋Fe(HSO3)2＋===2Fe2＋＋SO＋3H＋‎ ‎(3)生成蓝色沉淀 ‎(4)加热、提高FeCl3溶液的酸性会缩短浅绿色出现的时间 ‎[能力点提升]‎ ‎3.为研究影响化学反应速率的有关因素，进行如下探究实验。‎ ‎(1)向一定量的NaHSO3溶液(已加入少量淀粉溶液)中加入稍过量的KIO3溶液，一段时间后，溶液突然变蓝色。已知NaHSO3与过量KIO3反应分两步进行，且其反应速率主要由第一步反应决定，第一步反应的离子方程式为IO＋3HSO===3SO＋I－＋3H＋，则第二步反应的离子方程式为 ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)通过测定溶液变蓝所用时间来探究外界条件对该反应速率的影响，记录如下：‎ 编号 ‎0.01 mol/L NaHSO3溶液/mL ‎0.01 mol/L KIO3溶液/mL H2O/mL 反应温度/℃‎ 溶液变蓝所用时间t/s ‎①‎ ‎6.0‎ ‎10.0‎ ‎4.0‎ ‎15‎ t1‎ ‎②‎ ‎6.0‎ ‎14.0‎ ‎0‎ ‎15‎ t2‎ ‎③‎ ‎6.0‎ a b ‎25‎ t3‎ 实验①②是探究________对反应速率的影响，表中t1________(填“>”“＝”或“<”)t2；‎ 实验①③是探究温度对反应速率的影响，表中a＝________，b＝________‎ ‎(3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液在恒温条件下混合，用速率检测仪检测出起始阶段反应速率逐渐增大。‎ 该小组对其原因提出如下假设，请你完成假设二。‎ 假设一：生成的SO对反应起催化作用；‎ 假设二：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(4)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期实验现象和结论 在烧杯甲中将一定量的NaHSO3溶液与KIO3溶液混合，用速率检测仪测定起始时的反应速率v(甲)；___________‎ ‎________________________________‎ ‎__________________________‎ ‎__________________________‎ ‎__________________________‎ 答案　(1)IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O ‎(2)KIO3溶液的浓度(或“浓度”)　＞　10.0　4.0‎ ‎(3)生成的I－(或“H＋”)对反应起催化作用 ‎(4)‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期实验现象和结论 在烧杯乙中先加入少量Na2SO4粉末，其他条件与甲完全相同，用速率检测仪测定起始时的反应速率v(乙)‎ 若v(甲)＝v(乙)，则假设一不成立；若v(甲)＜v(乙)，则假设一成立 ‎[高考真题体验]‎ ‎4.K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：‎ ‎(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为：2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑‎ ‎；显色反应的化学方程式为____________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按如图所示装置进行实验。‎ ‎①通入氮气的目的是_______________________________________。‎ ‎②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。‎ ‎③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_______________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。‎ ‎①称量m g样品于锥形瓶中，溶解后加稀H2SO4酸化，用c mol·L－1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是 ‎____________________________________________________________。‎ ‎②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后，过滤、洗涤，将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化，用c mol·L－1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液V mL。该晶体中铁的质量分数的表达式为 ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)发生的显色反应是溶液中Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成Fe3[Fe(CN)6]2，其化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。(2)①实验时通入N2，不仅能隔绝空气，排除空气的干扰，还能使反应产生的气体全部进入后续装置。②实验中装置B中澄清石灰水变浑浊，说明三草酸合铁酸钾的热分解产物中含有CO2，经NaOH溶液可除去CO2，气体经浓硫酸干燥后，与灼热的CuO反应，得到单质Cu，且由装置F中现象可知装置E中又生成CO2‎ ‎，由此可判断热分解产物中还含有CO。③为防止倒吸，实验结束后，应先熄灭装置A、E两处的酒精灯，冷却后停止通入氮气。④要检验A中残留固体中含有Fe2O3，可取少量A中残留固体，加入足量稀硫酸或稀盐酸溶解，再滴入少许KSCN溶液，溶液中出现红色，即可确定残留固体中含有Fe2O3。(3)①KMnO4能将样品溶液中Fe2＋氧化成Fe3＋，将C2O氧化成CO2，达到滴定终点时，KMnO4稍过量，溶液中出现粉红色。②加入过量锌粉能将溶液中Fe3＋还原为Fe2＋，酸化后Fe2＋与KMnO4溶液反应，根据化合价变化可找出关系式为5Fe2＋～MnO，根据消耗KMnO4溶液的浓度和体积可知溶液中n(Fe2＋)＝c mol·L－1×V×10－3 L×5＝5×10－3cV mol，则该晶体中铁元素的质量分数为×100%或×100%。‎ 答案　(1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4‎ ‎(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ‎②CO2　CO ‎③先熄灭装置A、E两处的酒精灯，冷却后停止通入氮气 ‎④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3‎ ‎(3)①当滴入最后一滴KMnO4溶液，锥形瓶中溶液变为粉红色，且30 s内不变色　②×100%‎ 考点四　有机物的制备与基本操作的融合 ‎[学在课内]‎ 把握三个关键，突破有机物制备实验 ‎1.把握制备过程 ‎2.盘点常用仪器 ‎3.熟悉常考问题 ‎(1)有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。‎ ‎(2)有机反应通常都是可逆反应，且易发生副反应，因此常使某种价格较低的反应物过量，以提高另一反应物的转化率和产物的产率，同时在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生。‎ ‎(3)根据产品与杂质的性质特点选择合适的分离提纯方法，如蒸馏、分液等。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1.某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置用环己醇制备环己烯，装置如图1所示。‎ 密度/ g·cm－3‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 溶解性 环己醇 ‎0.96‎ ‎25‎ ‎161‎ 可溶于水 环己烯 ‎0.81‎ ‎－103‎ ‎83‎ 难溶于水 图1‎ ‎(1)制备粗品 将12.5 mL环己醇加入试管A中，再加入1 mL浓硫酸，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全，在试管C内得到环己烯粗品。‎ ‎①试管A中碎瓷片的作用是_____________________________________，‎ 导管B除了导气外还具有的作用是_______________________________。‎ ‎②将试管C置于冰水中的目的是_________________________________。‎ ‎(2)制备精品 ‎①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，环己烯在________(填“上”或“下”)层，分液后用________(填字母)洗涤。‎ a.酸性KMnO4溶液 b.稀硫酸 c.Na2CO3溶液 ‎②再将提纯后的环己烯按如图2所示装置进行蒸馏，冷却水从________(填字母)口进入，目的是______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 蒸馏时要加入生石灰，目的是_____________________________________。‎ ‎③收集产品时，应控制温度在________左右，实验制得的环己烯精品质量低于理论产量，可能的原因是________(填字母)。‎ a.蒸馏时从70 ℃开始收集产品 b.环己醇实际用量多了 c.制备粗产品时环己醇随产品一起蒸出 ‎(3)以下用来区分环己烯精品和粗品的试剂或方法中，合理的是________(填字母)。‎ a.酸性高锰酸钾溶液 b.金属钠 c.测定沸点 解析　(1)①试管A中加入碎瓷片的作用是防止发生暴沸；观察导管B的长度，可推知导管B除了导气外还具有冷凝的作用。②将试管C置于冰水中的目的是降低环己烯蒸气的温度，使其液化，防止挥发，以得到更多的产品。(2)①实验目的是提纯环己烯，由于环己醇和少量酸性杂质能溶于水中，而环己烯难溶于水，又环己烯的密度小于水的密度，所以环己烯在上层，饱和食盐水在下层；分液后仍有少量酸性杂质和环己醇残留，酸性KMnO4溶液可以氧化环己烯，稀硫酸无法除去酸性杂质，联想教材中乙酸乙酯的制备实验中用饱和Na2CO3溶液提纯产物，可以类推分液后用Na2CO3溶液洗涤。②蒸馏提纯后的环己烯时，冷却水从g口进入，目的是让冷却水与气体形成逆流，使高温气体得到充分冷凝；蒸馏时加入生石灰可吸收产品中剩余的少量水，防止水蒸气随环己烯一起蒸出。③收集环己烯产品时，应控制温度在83 ℃左右，这样得到的馏分才是环己烯。a项，若提前收集，产品中混有杂质，实际产量高于理论产量；b项，若环己醇实际用量多了，则实际生成的环己烯量增多，实际产量高于理论产量；c项，若粗产品中混有环己醇，导致测定消耗的环己醇量增大，制得的环己烯精品的质量低于理论产量。(3)区分环己烯精品和粗品，不能用酸性高锰酸钾溶液，因为都有紫色变浅的现象；可加入金属钠，观察是否有气体产生，若无气体，则是精品，否则是粗品；通过测定沸点与环己烯的沸点比较，也可以区分。‎ 答案　(1)①防暴沸　冷凝回流　②进一步冷却，防止环己烯挥发 ‎(2)①上　c　②g　冷却水与气体形成逆流，使高温气体得到充分冷却　吸收剩余的水　③83 ℃　c ‎(3)bc ‎2.苯甲酸钠是一种常见的食品防腐剂。实验室制备苯甲酸的反应装置图和有关数据如下：‎ 相对分子质量 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 溶解性 甲苯 ‎92‎ ‎－94.9‎ ‎110.6‎ 难溶于水 苯甲酸 ‎122‎ ‎122.13‎ ‎249‎ 微溶于水 苯甲酸钠 ‎144‎ ‎—‎ ‎249.3‎ 易溶于水 按下列合成步骤回答问题：‎ ‎(1)制备苯甲酸 在三颈烧瓶中加入4 mL甲苯和20 mL稀硫酸，放入碎瓷片后，加热至沸腾，加入12.8 g高锰酸钾，加热到甲苯层消失。将三颈烧瓶在冰水浴中冷却，分离出苯甲酸。‎ ‎①球形冷凝管的作用是____________________________________，‎ 其进水口是________(填“a”或“b”)。‎ ‎②三颈烧瓶中反应的离子方程式是___________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎③分离苯甲酸选用的玻璃仪器是________(填字母)。‎ A.分液漏斗 B.玻璃棒 C.烧杯 D.漏斗 E.蒸馏烧瓶 F.直形冷凝管 ‎④分离出的苯甲酸晶体中可能含有的杂质是________，为进一步提纯，应采用的方法是________。‎ ‎(2)制备苯甲酸钠 控制温度为70 ℃，向三颈烧瓶中加入61.0 g苯甲酸和适量的32%碳酸钠溶液，充分反应后停止加热。在深色的溶液中加入活性炭，并将混合物过滤，得到无色透明的苯甲酸钠溶液，将滤液转入蒸发皿中，加热蒸发、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥制得苯甲酸钠晶体。‎ ‎⑤控制温度为70 ℃的方法是______________________________________。‎ ‎⑥加入活性炭的作用是_________________________________________。‎ ‎⑦若提纯得到46.8 g苯甲酸钠，则苯甲酸钠的产率是________。‎ 解析　(1)①球形冷凝管的作用是冷凝回流，减少反应物的损失；为达到较好的冷凝效果，冷凝管的进水口是b。‎ ‎②‎ 本实验是制取苯甲酸，利用高锰酸钾的强氧化性，把甲苯上的甲基氧化成羧基，自身被还原成Mn2＋，根据得失电子守恒配平化学方程式，即反应的离子方程式为 ‎＋6Mn2＋＋14H2O。‎ ‎③根据表格数据，苯甲酸在此状态下是微溶于水的固体，因此采用过滤的方法进行分离，用到的仪器有：烧杯、玻璃棒、漏斗、滤纸、铁架台等，因此B、C、D项正确。‎ ‎④根据②中反应的离子方程式，得出混有的杂质是K2SO4、MnSO4，这两种物质溶于水，采取重新溶解、再结晶的方法提纯，即重结晶法。‎ ‎(2)⑤温度要控制在70 ℃，如果直接加热，温度很容易超过70 ℃，因此采取水浴加热，优点是受热均匀，便于控制温度。‎ ‎⑥根据信息，深色溶液中加入活性炭，得到无色透明溶液，且活性炭具有吸附性，因此活性炭的作用是吸附脱色。‎ ‎⑦61.0 g苯甲酸完全转化成苯甲酸钠时，生成苯甲酸钠的质量为61.0 g×＝72.0 g，则产率为×100%＝65.0%。‎ 答案　(1)①冷凝回流　b ‎③BCD　④K2SO4、MnSO4　重结晶 ‎(2)⑤水浴加热　⑥吸附脱色　⑦65.0%‎ ‎[能力点提升]‎ ‎3.醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室合成环己烯的反应和实验装置如下：‎ 相对分子质量 密度/(g·cm－3)‎ 沸点/℃‎ 溶解性 环己醇 ‎100‎ ‎0.961 8‎ ‎161‎ 微溶于水 环己烯 ‎82‎ ‎0.810 2‎ ‎83‎ 难溶于水 合成反应：‎ 在a中加入20 g环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1 mL浓硫酸。b中通入冷却水后，开始缓慢加热a，控制馏出物的温度不超过90 ℃。‎ 分离提纯：‎ 反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙。最终通过蒸馏得到纯净环己烯10 g。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)装置b的名称是________。‎ ‎(2)加入碎瓷片的作用是________________________________________‎ ‎____________________________________________________________；‎ 如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是________(填字母，下同)。‎ A.立即补加 B.冷却后补加 C.不需补加 D.重新配料 ‎(3)本实验中最容易产生的副产物的结构简式为_______________________。‎ ‎(4)分液漏斗在使用前须清洗干净并________；在本实验分离过程中，产物应该从分液漏斗的________(填“上口倒出”或“下口放出”)。‎ ‎(5)分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是_________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(6)在环己烯粗产物蒸馏过程中，不可能用到的仪器有________。‎ A.圆底烧瓶 B.温度计 C.吸滤瓶 D.球形冷凝管 E.接收器 ‎(7)本实验所得到的环己烯产率是________。‎ A.41% B.50% ‎ C.61% D.70%‎ 解析　(1)装置b为直形冷凝管，可用于冷凝回流。(2)加入碎瓷片的作用是防止有机物在加热时发生暴沸。如果在加热时发现忘记加碎瓷片，这时必须停止加热，待冷却后补加碎瓷片。(3)醇分子间最容易发生脱水反应生成醚类化合物。(4)分液漏斗在使用前必须要检漏。实验生成的环己烯的密度比水的要小，所以环己烯应从上口倒出。(5)加入无水氯化钙的目的：除去水(作干燥剂)和除去环己醇(因为乙醇可以和氯化钙反应，类比推知，环己醇和氯化钙也可以反应)。(6)观察题中实验装置图知蒸馏过程中不可能用到吸滤瓶及球形冷凝管。(7)加入20 g环己醇的物质的量为＝0.2 mol，理论上生成环己烯的物质的量为0.2 mol，环己烯的质量为0.2 mol×82 g·mol－1＝16.4 g，实际得到环己烯的质量为10 g，则产率为×100%≈61%。‎ 答案　(1)直形冷凝管　(2)防止暴沸　B ‎(3) 　(4)检漏　上口倒出 ‎(5)干燥(或除水除醇)　(6)CD　(7)C ‎[名师点拨]‎ ‎[审题流程]　有机物制备实验一般包括制备过程和提纯过程。本题给出了详细的实验过程，可对题干信息解读如下：‎ 制备过程 提纯过程 ‎①醇脱水是合成烯烃的常用方法→制备原理；‎ ‎②20 g环己醇→反应物用量，用于计算；‎ ‎③碎瓷片→防止暴沸；‎ ‎④冷却搅拌下，加入浓硫酸→浓硫酸溶解放热；‎ ‎⑤通入冷却水，产物冷却→产物呈液态，利于分离；‎ ‎⑥缓慢加热→反应开始；‎ ‎⑦馏出物的温度不超过90 ℃→产物环己烯的沸点为83 ℃，环己醇的沸点为161 ℃，可分离出环己烯 ‎①粗产物用5%碳酸钠溶液洗涤→除去少量的酸；‎ ‎②粗产物用水洗→使粗产物中的无机物进入水层；‎ ‎③分离→得到较纯的环己烯；‎ ‎④加入无水氯化钙→干燥产品(环己烯)；‎ ‎⑤蒸馏→得到纯净的环己烯(除去环己醇)；‎ ‎⑥10 g环己烯→产物量，用于计算 ‎[高考真题体验]‎ ‎4.3，4亚甲二氧基苯甲酸是一种用途广泛的有机合成中间体，微溶于水，实验室可用KMnO4氧化3，4亚甲二氧基苯甲醛制备，其反应方程式为 实验步骤如下：‎ 步骤1：向反应瓶中加入3，4亚甲二氧基苯甲醛和水，快速搅拌，于70～80 ℃滴加KMnO4溶液。反应结束后，加入KOH溶液至碱性。‎ 步骤2：趁热过滤，洗涤滤饼，合并滤液和洗涤液。‎ 步骤3：对合并后的溶液进行处理。‎ 步骤4：抽滤，洗涤，干燥，得3，4亚甲二氧基苯甲酸固体。‎ ‎(1)步骤1中，反应结束后，若观察到反应液呈紫红色，需向溶液中滴加NaHSO3溶液，HSO转化为________(填化学式)；加入KOH溶液至碱性的目的是____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)步骤2中，趁热过滤除去的物质是________(填化学式)。‎ ‎(3)步骤3中，处理合并后溶液的实验操作为 ‎____________________________________________________________。‎ ‎(4)步骤4中，抽滤所用的装置包括________、吸滤瓶、安全瓶和抽气泵。‎ 解析　(1)反应结束后，溶液仍显紫红色，说明KMnO4溶液过量，需加NaHSO3溶液进行还原，HSO被氧化为SO。题干信息提示3，4亚甲二氧基苯甲酸微溶于水，而其盐溶于水，所以反应结束后加KOH溶液至碱性是将反应生成的酸转化为可溶性的钾盐。(2)产物中的MnO2不溶于水，所以趁热过滤除去MnO2。(3)合并后的溶液中含3，4亚甲二氧基苯甲酸钾，需将其转化为微溶的酸，所以，处理合并后的溶液，可滴加盐酸，使有机酸逐渐从溶液中析出，因此，为使沉淀完全，可向溶液中滴加盐酸至水层不再产生沉淀。(4)抽滤装置包括布氏漏斗、吸滤瓶、安全瓶和抽气泵。‎ 答案　(1)SO　将反应生成的酸转化为可溶性的盐 ‎(2)MnO2‎ ‎(3)向溶液中滴加盐酸至水层不再产生沉淀 ‎(4)布氏漏斗 ‎5.无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，装置如图所示，主要步骤如下：‎ 步骤1　三颈瓶中装入10 g镁屑和150 mL无水乙醚；装置B中加入15 mL液溴。‎ 步骤2　缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。‎ 步骤3　反应完毕后恢复至常温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至0 ℃，析出晶体，再过滤得三乙醚合溴化镁粗品。‎ 步骤4　室温下用苯溶解粗品，冷却至0 ℃‎ ‎，析出晶体，过滤，洗涤得到的三乙醚合溴化镁，加热至160 ℃分解得无水MgBr2产品。‎ 已知：①Mg与Br2反应剧烈放热；MgBr2具有强吸水性。‎ ‎②MgBr2＋3C2H5OC2H5―→MgBr2·3C2H5OC2H5。‎ 请回答：‎ ‎(1)仪器A的名称是________。实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是________。‎ ‎(2)如将装置B改为装置C，可能会导致的后果是________。‎ ‎(3)步骤3中，第一次过滤除去的物质是________。‎ ‎(4)有关步骤4的说法，正确的是________。‎ A.可用95%的乙醇代替苯溶解粗品 B.洗涤晶体可选用0 ℃的苯 C.加热至160 ℃的主要目的是除去苯 D.该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴 ‎(5)为测定产品的纯度，可用EDTA(简写为Y4－)标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2＋＋Y4－===MgY2－‎ ‎①滴定前润洗滴定管的操作方法是________________________________。‎ ‎②测定时，先称取0.250 0 g无水MgBr2产品，溶解后，用0.050 0 mol·L－1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50 mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是________(以质量分数表示)。‎ 解析　(1)装置图中仪器A为球形干燥管；镁有很强的金属活性，极易与O2反应生成MgO，MgO沉积在表面会阻止镁与溴的反应，所以不能用空气代替N2。(2)原装置采用通入的N2‎ 带动挥发的溴进入三颈瓶中，若用C装置代替B装置，则锥形瓶中的液溴将被快速地压入三颈瓶中，使反应过快，短时间产生大量的热而引发危险。(3)步骤3中第一次过滤除去的是未反应的镁屑。(4)95%乙醇中含有的水会造成产物的分解，加热的主要目的是使三乙醚合溴化镁分解得到无水溴化镁，所以A、C项不正确；步骤4的目的是除去乙醚和可能残留的溴，所以应以苯作为洗涤剂洗涤，B、D项正确。(5)①润洗滴定管的方法为：从滴定管的上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出洗涤液，重复2～3次。②n(EDTA)＝n(MgBr2)＝26.50 mL×0.050 0 mol·L－1×10－3 L·mL－1＝0.001 325 mol，m(MgBr2)＝0.001 325 mol×184 g·mol－1＝0.243 8 g，纯度为×100%＝97.52%。‎ 答案　(1)球形干燥管　防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg与Br2的反应 ‎(2)会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患 ‎(3)镁屑　(4)BD ‎(5)①从滴定管上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次 ‎②97.52%‎ 一、实验方案设计——通过对实验设计的分析和判断，了解实验设计的一般思路。培养学生“科学探究与创新意识”。‎ 素养说明：1.实验方案设计的基本原则 ‎2.实验方案设计的基本内容 ‎[题组训练]‎ ‎1.‎ 铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究。填写下列空白：‎ ‎[方案一]‎ ‎[实验方案]　将铝镁合金与足量NaOH溶液反应，测定剩余固体质量。‎ 实验中发生反应的化学方程式是________________________________。‎ ‎[实验步骤]‎ ‎(1)称取10.8 g铝镁合金粉末样品，溶于体积为V、物质的量浓度为4.0 mol·L－1的NaOH溶液中，充分反应。则NaOH溶液的体积V≥__________mL。‎ ‎(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将______________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。‎ ‎[方案二]‎ ‎[实验方案]　将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体的体积。‎ ‎[实验步骤]‎ ‎(1)同学们拟选用下列实验装置完成实验：‎ 你认为最简易的装置其连接顺序是A接(　)(　)接(　)(　)接(　)(填接口字母，可不填满)。‎ ‎(2)仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。‎ ‎①装置中导管a的作用是______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②实验前后量气管中液面读数分别为V1 mL、V2‎ ‎ mL，则产生氢气的体积为__________mL。‎ ‎③若需确定产生氢气的量，还需测定的数据是______________________。‎ 答案　方案一：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ ‎(1)97　(2)偏高 方案二：(1)E　D　G ‎(2)①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差　②(V1－V2)　③实验时的温度和压强 二、实验方案的评价——从实验的本质对实验题进行分类建模，能运用模型进行实验方案评价，依据答题模板快速准确的回答问题，培养学生的“证据推理与模型认知”素养 素养说明：‎ ‎1.从可行性方面对实验方案进行评价 ‎(1)实验原理是否正确、可行。‎ ‎(2)实验操作是否安全、合理。‎ ‎(3)实验步骤是否简单、方便。‎ ‎(4)实验效果是否明显、准确。‎ ‎2.从“绿色化学”角度对实验方案进行评价 ‎(1)反应原料是否易得、安全、无毒。‎ ‎(2)化学反应速率是否较快。‎ ‎(3)原料利用率以及制取物质的产率是否较高。‎ ‎(4)制取过程中是否造成环境污染。‎ ‎3.从“安全性”方面对实验方案进行评价 ‎(1)进行某些易燃易爆实验时，要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)。‎ ‎(2)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、冷凝管等)。‎ ‎(3)其他问题，如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。‎ ‎[题组训练]‎ ‎2.某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置(图中的支撑仪器均未画出，“△”表示酒精灯热源)，每套装置又划分为①②③三部分。仪器中盛放的试剂：a.无水乙醇(沸点：78 ℃)；b.铜丝；c.无水硫酸铜；d.新制氢氧化铜悬浊液。‎ ‎(1)简述三套方案各自的优点。‎ 甲：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________；‎ 乙：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________；‎ 丙：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为_________________________________________‎ ‎(例如：甲①，乙②，丙③)。‎ 解析　(1)甲的优点在于②，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、 反应充分。乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水蒸气对产物H2O检验的干扰。丙的优点在①，无水生成，且装置简单。(2)将三套方案的优点组合：取丙①、甲②、乙③‎ 可组成一套完善的装置。‎ 答案　(1)甲：②中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分；②中的斜长导管起到冷凝回流乙醇的作用 乙：①与③中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的检验 丙：①中氧气发生装置中无水生成，且装置简单 ‎(2)丙①，甲②，乙③‎ ‎[名师点拨]‎ 实验方案设计与评价中的“答题规范”‎ ‎(1)规范书写试剂名称。‎ ‎(2)规范书写装置中试剂的用途。如 ‎①除杂装置：除去(或吸收)××杂质，防止干扰(影响)；除去××中的杂质，以免影响测量结果。‎ ‎②尾气吸收装置：吸收××气体，防止污染空气。‎ ‎(3)物质检验、鉴别题的描述：‎ 取样，加入××试剂，若有××现象，则有××物质；否则，没有××物质。‎ ‎(4)规范书写实验现象描述：如“颜色由××变成××”“液面上升或下降(形成液面差)”“溶液变浑浊”等。‎ ‎(5)规范书写实验方法。‎ 用试管取(收集)少量(适量)××滴加(放、伸)××，若××则××(或出现××现象，证明××)。‎ ‎(6)规范书写实验操作目的、原因、理由方法。‎ 答题思路：这样做有什么好处、不这样做有什么影响。‎ 好处：直接作用是……根本目的是……‎ ‎“坏处”：如果(不这样)……那么会(怎样)。‎ 活页作业 A组　基础巩固题 ‎1.氢化锂(LiH)在干燥的空气中能稳定存在，遇水或酸能够引起燃烧。某活动小组准备使用下列装置制备LiH固体。‎ 甲同学的实验方案如下：‎ ‎(1)仪器的组装连接：上述仪器装置接口的连接顺序为________________，加入药品前首先要进行的实验操作是 ‎____________________________________________________________，‎ ‎(不必写出具体的操作方法)；其中装置B的作用是 ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)添加药品：用镊子从试剂瓶中取出一定量金属锂(固体石蜡密封)，然后在甲苯中浸洗数次，该操作的目的是____________________________________，‎ 然后快速把锂放入到石英管中。‎ ‎(3)通入一段时间氢气后加热石英管，在加热D处的石英管之前，必须进行的实验操作是____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(4)加热一段时间后停止加热，继续通氢气冷却，然后取出LiH，装入氮封的瓶里，保存于暗处。采取上述操作的目的是为了避免LiH与空气中的水蒸气接触而发生危险(反应方程式：LiH＋H2O===LiOH＋H2↑)，分析该反应原理，完成LiH与无水乙醇反应的化学方程式：______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(5)准确称量制得的产品0.174 g，在一定条件下与足量水反应后，共收集到气体470.4 mL(已换算成标准状况)，则产品中LiH与Li的物质的量之比为________。‎ ‎(6)乙同学对甲的实验方案提出质疑，他认为未反应的H2不能直接排放，所以在最后连接了装置E用来收集H2，请将E装置补充完整。‎ 解析　(1)A装置生成的H2含有HCl和H2O，所以用B装置中的碱石灰除去HCl和H2O，把纯净的H2通入D中制取LiH，后面连接C，防止外界中的H2‎ O进入，所以连接顺序：e接a，b接f，g接d，或e接a，b接g，f接d；与气体相关的实验，在装入药品前首先要进行装置气密性的检查；A装置生成的H2含有HCl和H2O，所以B装置中的碱石灰除去HCl和H2O，得到纯净的H2。(2)石蜡是有机物，易溶于甲苯等有机溶剂中，所以固体石蜡密封的金属锂在甲苯中浸洗数次的目的是除去锂表面的石蜡。(3)必须是纯净的H2与Li反应，如果还有空气，H2与空气的混合气体有可能发生爆炸，所以在加热D处的石英管之前，必须进行的实验操作：收集c处排出的气体并检验H2纯度。(4)分析LiH＋H2O===LiOH＋H2↑的反应原理，LiH中的H元素为－1价，与H2O中＋1价的H元素发生氧化还原反应生成H2，所以LiH中的H元素也能与CH3CH2OH中—OH的H元素发生氧化还原反应，所以化学方程式为LiH＋CH3CH2OH―→CH3CH2OLi＋H2↑。(5)气体的物质的量为0.470 4 L÷22.4 L·mol－1＝0.021 mol，设LiH物质的量为x，Li物质的量为y，根据产品质量可得8x＋7y＝0.174 g，根据气体物质的量可得x＋y＝0.021 mol，解得x＝0.02 mol，y＝0.002 mol，所以产品中LiH与Li的物质的量之比为10∶1。(6)利用排水法收集剩余的H2。‎ 答案　(1)e，a，b，f，g，d，c(f和g可互换顺序)　检验装置的气密性　除去H2中的H2O和HCl ‎(2)除去锂表面的石蜡 ‎(3)收集c处排出的气体并检验H2纯度 ‎(4)LiH＋CH3CH2OH―→CH3CH2OLi＋H2↑‎ ‎(5)10∶1　(6)如图　‎ ‎2.为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。‎ Ⅰ.AgNO3的氧化性 将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag＋除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。‎ ‎(1)请完成下表：‎ 操作 现象 结论 取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡 ‎①________‎ 存在Fe3＋‎ 取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入②________，振荡 ‎③________‎ 存在Fe2＋‎ ‎[实验结论]　Fe的氧化产物为Fe2＋和Fe3＋‎ Ⅱ.AgNO3的热稳定性 用如图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。‎ ‎(2)装置B的作用是________。‎ ‎(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是________。‎ ‎(4)[查阅资料]　Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。‎ ‎[提出设想]　试管中残留的黑色固体可能是：ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。‎ ‎[实验验证]　该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。‎ 实验编号 操作 现象 a 加入足量氨水，振荡 黑色固体不溶解 b 加入足量稀硝酸，振荡 黑色固体溶解，并有气体产生 ‎[实验评价]　根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是________(填实验编号)。‎ ‎[实验结论]　根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。‎ 解析　(1)检验Fe3＋可用KSCN溶液，现象为溶液呈红色。检验Fe2＋可用K3[Fe(CN)6]溶液，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应可产生蓝色沉淀。(2)装置B的作用为防止溶液倒吸进入试管中。(3)O2的检验方法为用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃。(4)由题干信息可知，Ag2O可溶于氨水，实验a加入足量氨水，固体不溶解，所以固体成分为Ag；而Ag和Ag2O都溶于稀HNO3‎ ‎，所以实验b不能确定固体成分。‎ 答案　(1)①溶液呈红色　②K3[Fe(CN)6]溶液　③产生蓝色沉淀　(2)防倒吸　(3)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2　(4)b　Ag、NO2、O2‎ B组　素养提升题 ‎3.2硝基1，3苯二酚由间苯二酚先磺化，再硝化，后去磺酸基生成。原理如下：‎ 部分物质的相关性质如下：‎ 名称 相对分子质量 性状 熔点/℃‎ 水溶性(常温)‎ 间苯二酚 ‎110‎ 白色针状晶体 ‎110.7‎ 易溶 ‎2硝基1，3苯二酚 ‎155‎ 桔红色针状晶体 ‎87.8‎ 难溶 制备过程如下：‎ 第一步：磺化。称取71.5 g间苯二酚，碾成粉末放入烧瓶中，慢慢加入适量浓硫酸并不断搅拌，控制温度在一定范围内15 min(如图1)。‎ 第二步：硝化。待磺化反应结束后将烧瓶置于冷水中，充分冷却后加入“混酸”，控制温度继续搅拌15 min。‎ 第三步：蒸馏。将硝化反应混合物的稀释液转移到圆底烧瓶B中，然后用图2所示装置进行水蒸气蒸馏。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)实验室中把间苯二酚碾成粉末需要的玻璃仪器是________。‎ ‎(2)磺化步骤中控制温度最合适的范围为(填字母)________。‎ a.30 ℃～60 ℃ b.60 ℃～65 ℃‎ c.65 ℃～70 ℃ d.70 ℃～100 ℃‎ ‎(3)硝化步骤中制取“混酸”的具体操作是_____________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(4)图2中，烧瓶A中长玻璃管起稳压作用，既能防止装置中压强过大引起事故，又能防止____________________________________________________________；‎ 直形冷凝管C中的现象是________________________________，‎ 反应一段时间后，停止蒸馏，此时的操作是____________________________‎ ‎(填有关旋塞和酒精灯的操作)。‎ ‎(5)水蒸气蒸馏是分离和提纯有机物的方法之一，被提纯物质必须具备的条件正确的是________。‎ a.不溶或难溶于水，便于最后分离 b.在沸腾下与水不发生化学反应 c.具有一定的挥发性 d.具有较低的熔点 ‎(6)本实验最终获得12.0‎ ‎ g桔红色晶体，则2硝基1，3苯二酚的产率约为________。‎ 答案　(1)研钵(含杵)　(2)b ‎(3)在锥形瓶中加入适量的浓硝酸，在摇荡下缓慢加入一定量的浓硫酸，冷却 ‎(4)压强过小引起倒吸　直形冷凝管内壁有桔红色晶体析出　打开旋塞，撤去酒精灯 ‎(5)abc　(6)11.9%‎ ‎4.某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：‎ ‎(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。‎ 实验编号 初始pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL ‎①‎ ‎4‎ a＝______‎ ‎10‎ ‎30‎ ‎②‎ ‎5‎ ‎60‎ ‎10‎ b＝______‎ ‎③‎ ‎5‎ ‎60‎ c＝________‎ ‎20‎ 测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。‎ ‎(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。‎ ‎(3)实验①和②的结果表明，其他条件不变时，_______________________。‎ ‎(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设三：‎ 假设一：Fe2＋起催化作用；‎ 假设二：Al3＋起催化作用；‎ 假设三：____________________________________________________________。‎ ‎(5)请设计实验验证假设一，完成下表中的内容。‎ ‎[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]‎ 实验方案(不要求写出具体操作过程)‎ 预期实验结果和结论 取等物质的量的________代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验 反应进行相同时间后，若溶液中[Cr2O]的浓度________(填“>”“<”或“＝”，下同)实验①中的Cr2O的浓度，则假设一成立；‎ 若溶液中Cr2O的浓度________实验①中的Cr2O的浓度，则假设一不成立 ‎(6)铁明矾长期存放，其中的亚铁离子可能会变质。为测定铁明矾中亚铁离子的质量分数进行如下实验：‎ 取5.6 g铁明矾晶体，将其配成100 mL溶液，取20 mL溶液于锥形瓶中，用0.01 mol·L－1的标准KMnO4溶液进行滴定(还原产物为Mn2＋)，做4组平行实验所得数据如下表所示：‎ 组数 ‎ ‎ 1‎ ‎ 2‎ ‎3‎ ‎4‎ 消耗V(KMnO4)/mL ‎ ‎20.04‎ ‎20.00‎ ‎18.90‎ ‎19.96‎ 则明矾中亚铁离子的质量分数为________(保留小数点后两位)。若滴定结束后，俯视读数，测定结果________(填“偏大”“偏小”或“不影响”)。‎ 解析　(1)①、②中pH不同，探究pH对速率的影响；除pH外，其他条件必须完全相同，则a＝60、b＝30，溶液总体积相等(均为100 mL)，则c＝20。‎ ‎(2)草酸还原性较强，遇到强氧化剂时被氧化为二氧化碳。‎ ‎(3)由图可知，溶液pH越小，反应速率越快。‎ ‎(4)根据铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]的组成分析，假设三为SO起催化作用。‎ ‎(5)要证明Fe2＋起催化作用，需做没有Fe2＋存在时的实验，应选用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾。反应进行相同时间后，若溶液中[Cr2O]>实验①中[Cr2O]，则假设一成立；若两溶液中的[Cr2O ‎] 相同，则假设一不成立。‎ ‎(6)第3组数据误差过大，舍去，消耗高锰酸钾溶液的平均体积为 mL＝20.00 mL，根据关系式MnO～5Fe2＋可知，100 mL溶液中n(Fe2＋)＝5×0.020 L×0.01 mol/L×＝5.0×10－3 mol，m(Fe2＋)＝56 g/mol×5.00×10－3 mol＝0.28 g，Fe2＋的质量分数为×100%＝5.00%。滴定后俯视读数，读数偏小，测定结果偏小。‎ 答案　(1)①60　②30　③20　(2)CO2‎ ‎(3)溶液的pH越小，反应速率越快 ‎(4)SO起催化作用 ‎(5)K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O 　>　＝‎ ‎(6)5.00% 偏小