（教师备课）2021高考化学一轮复习解题指导6综合实验题的解题策略规范演练含解析新人教版

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解题指导6 综合实验题的解题策略 化学是一门以实验为基础的学科。化学实验是形成化学概念、获得化学知识和实验技能的重要手段。实验原理、实验技能和实验仪器是实验的三要素，在高考中常将“ 三要素”进行组合，形成综合性强、能力层次要求高的实验题。利用综合实验题考查化学实验基本操作的能力，观察实验现象、处理实验数据的能力，分析实验结果、得出实验结论和有关安全问题的能力以及综合应用知识的能力。综合性化学实验题考查内容全面，从定性分析到定量分析、从化学原理到实际操作、从无机物到有机物都有涉及，主要考查物质的检验、物质的制备、性质的验证、化学性质递变规律与化学反应规律的研究、化学常见仪器的使用、物质的分离除杂提纯过程中的方法、试剂的选择与操作、实验方案的设计与评价等内容。大多数题目属于拼盘式题目，每个问题之间有一定联系，但不紧密，带有一定独立性。实验探究题是综合性实验题中的一种题型，主要从物质组成、化学性质、反应原理与规律的探究方面出题。具体来说主要表现在以下两点：一是从试题结构上看，一般由“情境创设、探究过程、问题解决”三部分组成。二是从探究内容上看，主要取材于教材实验、日常生活和社会热点问题等，命题方式通常有文字叙述型、图表数据分析型、实验装置型、实验报告型等；探究内容主要有探究物质的组成、性质以及反应规律，探究实验装置，探究实验方案设计、评价与反思，探究影响溶解或化学反应速率的因素，探究物质的制备、检验、鉴别等。‎ 一、实验过程分析 ‎　FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。‎ Ⅰ.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图(加热及夹持装置已略去)及操作步骤如下：①检验装置的气密性；②通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；④……⑤体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封。请回答下列问题：‎ ‎(1)装置A中反应的化学方程式为_________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)第③步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器，第④步操作是__________________。‎ ‎(3)操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有__________(填步骤序号)。‎ ‎(4)装置B中冷水浴的作用为______________________；装置C的名称为__________；装置D中FeCl2全部反应后，因失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂：‎ - 7 -‎ ‎________________。‎ ‎(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。‎ Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。‎ ‎(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为_______________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(7)电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应式为 ‎_____________________________________________________。‎ ‎(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应，可知该实验有两个显著优点：①H2S的原子利用率为100%；②______________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 解析：Ⅰ.(1)装置A中进行的是Fe与Cl2制取FeCl3，反应的化学方程式为2Fe＋3Cl22FeCl3。(2)由于FeCl3沉积在反应管A右端，时间长了会堵塞，所以应在此处进一步加热使FeCl3再次升华进入收集装置。(3)通入干燥氯气可排出空气以及其中所含的水蒸气，反应完毕后将多余Cl2赶出，将收集器密封以防吸收空气中的水蒸气从而避免了FeCl3的潮解。(4)通过冷水浴将升华的FeCl3冷却收集，Fe2＋的检验可通过与赤铁盐(K3[Fe(CN)6])生成蓝色沉淀的方法来完成。 (5)氯气的吸收用NaOH溶液，不用采取防倒吸装置。Ⅱ.(6)Fe3＋与H2S的氧化还原反应的离子方程式的书写应注意得失电子守恒与电荷守恒。(7)、(8)电解FeCl2溶液，通过阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：Fe2＋－ e－===Fe3＋来完成溶液中FeCl3的循环利用。‎ 答案：Ⅰ.(1)2Fe＋3Cl22FeCl3‎ ‎(2)在沉积的FeCl3固体下方加热 ‎(3)②⑤‎ ‎(4)冷却，使FeCl3沉积，便于收集产品　干燥管 K3[Fe(CN)6]溶液 ‎(5)‎ Ⅱ.(6)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋‎ ‎(7)Fe2＋－e－===Fe3＋‎ ‎(8)FeCl3得到循环利用 二、实验设计与评价 ‎　硫化碱法是工业上制备Na2S2O3的方法之一，反应原理为2Na2S＋Na2CO3＋‎ - 7 -‎ ‎4SO2===3Na2S2O3＋CO2 (该反应ΔH>0)，某研究小组在实验室用硫化碱法制备Na2S2O3·5H2O流程如下。请回答下列问题：‎ ‎↓‎ →→→→→‎ ‎(1)吸硫装置如图所示。‎ ‎①装置B的作用是检验装置A中SO2的吸收效率，B中试剂是 _____________ ，表明SO2吸收效率低的实验现象是B中溶液____。‎ ‎②为了使SO2尽可能吸收完全，在不改变A中溶液浓度、体积的条件下，除了及时搅拌反应物外，还可采取的合理措施是 ________ (写出两条)。‎ ‎(2)假设本实验所用的Na2CO3含少量NaCl、NaOH，设计实验方案进行检验。(室温时CaCO3饱和溶液的pH＝10.2)限选试剂及仪器：稀硝酸、AgNO3溶液、CaCl2溶液、Ca(NO3)2溶液、酚酞溶液、蒸馏水、pH计、烧杯、试管、滴管 序号 实验操作 预期现象 结论 ‎①‎ 取少量样品于试管中，加入适量蒸馏水，充分振荡溶解，__________________‎ ‎__________‎ ‎__________‎ 样品含 NaCl ‎②‎ 另取少量样品于烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌溶解，__________________‎ ‎__________‎ ‎__________‎ 样品含 NaOH ‎(3)Na2S2O3溶液是定量实验中的常用试剂，测定其浓度的过程如下：准确称取a g KIO3(化学式量：214)固体配成溶液，加入过量KI固体和H2SO4溶液，滴加指示剂，用Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液的体积为V mL。则c(Na2S2O3)＝________mol·L－1。(用含a、V的代数式表示)已知：IO＋5I－＋6H＋=== 3I2＋3H2O，2S2O＋I2===S4O＋2I－。‎ 解析：(1)①装置B的作用是检验装置A中SO2的吸收效率，若A中SO2吸收的效率高，则进入B中的SO2速率慢，B中溶液变化就缓慢，反之则迅速，故B中试剂能与SO2反应且存在明显的现象，故B中的试剂是品红、溴水或KMnO4溶液等，若A中SO2吸收的效率低，B中溶液颜色很快褪色；②根据影响反应的速率的因素可知，使SO2尽可能吸收完全，在不改变A - 7 -‎ 中溶液浓度、体积的条件下，除了及时搅拌反应物外，还可采取的合理措施是增大SO2的接触面积、控制SO2的流速、适当升高温度。(2)检验Cl－用AgNO3溶液，检验NaOH的存在需要利用pH测定，即向溶液加入过量CaCl2溶液，搅拌，静置，用pH计测定上层清液pH，若有NaOH溶液存在时，pH应大于10.2。(3)由已知可以写出IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O、2S2O＋I2===S4O＋2I－可得IO～3I2～6S2O，a g KIO3的物质的量为a g ÷214 g·mol－1，c(Na2S2O3)＝6×a g ÷214 g·mol－1÷(V mL×10－3 mol·L－1)＝＝。‎ 答案：(1)①品红(或溴水或KMnO4溶液)　溶液颜色很快褪色 ‎②增大SO2的接触面积、控制SO2的流速、适当升高温度(任何两条)‎ ‎(2)‎ 序号 实验操作 预期现象 ‎①‎ 滴加足量稀硝酸，再滴加少量AgNO3溶液，振荡 有白色沉淀生成 ‎②‎ 加入过量CaCl2溶液，搅拌，静置，用pH计测定上层清液pH 有白色沉淀生成，上层清液pH大于10.2‎ ‎(3)(或)(或其他合理正确)‎ ‎1．由冰铜(mCu2O·nFeS)冶炼得到粗铜，再以粗铜为原料制纯铜的流程如下，请回答下列问题：‎ ‎(1)气体X是________。‎ ‎(2)某研究性学习小组用熔渣Y与CO反应来制取Fe。‎ ‎①请按气流由左到右的方向连接下列各装置，顺序为A→________________。‎ ‎②装置C的作用是______________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎③在点燃D处的酒精灯前，应进行的操作是____________。‎ ‎(3)熔渣Y中铁元素的价态有＋2价和＋3价，根据限选试剂，设计实验方案验证熔渣Y中有＋2价铁元素存在，写出有关实验操作、预期现象与结论：__________________________________________‎ - 7 -‎ ‎_____________________________________________________。‎ 限选试剂： 3 mol·L－1 H2SO4、6 mol·L－1 HNO3、3% H2O2、0.01 mol·L－1 KMnO4、20% KSCN。‎ ‎(4)写出泡铜冶炼粗铜反应的化学方程式：__________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(5)根据限选材料画出用粗铜提炼纯铜的装置图，并进行必要的标注。限选材料：FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、粗铁、纯铁、粗铜、纯铜、烧杯、直流电源、导线。‎ 解析：(1)分析所给的冰铜化学式，其中Cu和Fe焙烧都生成固体氧化物，只有非金属元素S焙烧会生成气体，所以气体X一定是SO2。(2)①熔渣Y是Fe的氧化物，用CO还原Y制备铁单质，从所给的反应装置来看，B装置是反应制铁装置，通入B中的CO气体不能含有CO2和H2O等杂质气体，因此在A、B之间接上装置E除水；B中反应出来的气体有生成的CO2和过量的CO有毒气体，除CO尾气可用燃烧法，但要注意CO的纯度，防止爆炸，要先用装置C除去尾气中的CO2。所以整个顺序就是A→E→B→C→D。②装置C的作用是除去尾气中的CO2。③点燃D处酒精灯除尾气时要验纯。(3)熔渣Y中的铁元素有＋2价和＋3价，所以当＋2价和＋3价Fe元素同时存在时，应该选用高锰酸钾溶液检验其中的＋2价铁。具体步骤：取少量熔渣Y于试管中，加入适量(经加热煮沸除氧)3 mol·L－1H2SO4溶液，加热充分溶解，反应后得A溶液。取少量A溶液，滴加1～2滴0.01 mol·L－1 KMnO4溶液，振荡，若溶液的紫红色褪去，则说明熔渣Y中有＋2价铁元素存在。(4)泡铜冶炼粗铜是在高温条件下加入还原剂铝进行冶炼的，所以化学方程式为3Cu2O＋2Al6Cu＋Al2O3。(5)电解精炼铜是教材中常提到的一个电化学内容，原理比较简单，所以用所提供的材料画出该装置图示比较简单的，但要注意的是各标注要准确。‎ 答案：(1)SO2　(2)①E→B→C→D　②除去尾气中的CO2　③检验CO(尾气)的纯度　(3)取少量熔渣Y于试管中，加入适量(经加热煮沸除氧)3 mol·L－1 H2SO4溶液，加热充分溶解，反应后得A溶液。取少量A溶液，滴加1～2滴0.01 mol·L－1 KMnO4溶液，振荡，若溶液的紫红色褪去，则说明熔渣Y中有＋2价铁元素存在(或其他合理答案)　(4)3Cu2O＋2Al6Cu＋Al2O3‎ ‎(5)‎ ‎2．某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。‎ - 7 -‎ 实验Ⅰ：制取NaClO2晶体。已知NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O，高于38 ℃时析出晶体的是NaClO2，高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。Ba(ClO)2可溶于水。利用下图所示装置进行实验。‎ ‎(1)装置③的作用是____________________________________。‎ ‎(2)装置②中产生ClO2的化学方程式为____________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)从装置④反应后的溶液获得NaClO2晶体的操作步骤为①减压，55 ℃蒸发结晶；②趁热过滤；③__________________；④低于60 ℃干燥，得到成品。‎ ‎(4)设计实验检验所得NaClO2晶体是否含有杂质Na2SO4，操作与现象是取少量晶体溶于蒸馏水，_____________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 实验Ⅱ：测定某亚氯酸钠样品的纯度。设计如下实验方案，并进行实验：①准确称取所得亚氯酸钠样品m g于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(已知：ClO＋4I－＋4H＋===2H2O＋2I2＋Cl－)。将所得混合液配成100 mL待测溶液。②移取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中，用c mol·L－1 Na2S2O3标准液滴定，至滴定终点。重复2次，测得消耗标准溶液的体积的平均值为V mL(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)。‎ ‎(5)滴定中使用的指示剂是________，达到滴定终点时的现象为 ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(6)样品中NaClO2的质量分数为________(用含m、c、V的代数式表示，相对分子质量：NaClO2 90.5)‎ 解析：(1)装置③连接在需要加热的装置②与装置④之间，目的是防止倒吸，消除安全隐患。(2)用NaClO3制备ClO2，Cl化合价＋5→＋4，所以在装置②中发生氧化还原反应，Na2SO3作还原剂，被氧化为Na2SO4，所以整个氧化还原反应方程式为2NaClO3＋Na2SO3＋H2SO4(浓)===2ClO2↑＋2Na2SO4＋H2O。(3)根据制备晶体的一般步骤：蒸发结晶→过滤→洗涤→干燥，所以步骤③为洗涤步骤，由于目标晶体析出温度高于38 ℃，且温度高于60 ℃容易发生分解，所以洗涤时要控制温度，应该用38～60 ℃的温水洗涤。(4)检验所得的NaClO2晶体是否含有杂质Na2SO4，实质考查的是SO的检验，所以检验该离子的步骤是取少量晶体溶于蒸馏水，滴加几滴BaCl2溶液，若有白色沉淀出现，则含有Na2SO4，若无白色沉淀出现，则不含Na2SO4。(5)实验Ⅱ - 7 -‎ 中选用了碘化钾试剂与样品反应，生成了碘单质，所以用标准液Na2S2O3滴定单质碘，应该选用淀粉作指示剂，滴定终点的现象是溶液由蓝色变为无色且半分钟不变色。(6)根据滴定过程给出的方程式可得关系式：NaClO2～2I2～4Na2S2O3，所以每次滴定反应的n(NaClO2)＝n(Na2S2O3)＝0.25cV×10－3 mol，所以样品NaClO2的纯度＝×100%＝×100%＝4×0.25cV×10－3 mol×90.5 g·mol－1÷m g×100%＝%。‎ 答案：(1)防止倒吸(或作安全瓶)　(2)2NaClO3＋Na2SO3＋H2SO4(浓)===2ClO2↑＋2Na2SO4＋H2O　(3)用38～60 ℃的温水洗涤　(4)滴加几滴BaCl2溶液，若有白色沉淀出现，则含有Na2SO4，若无白色沉淀出现，则不含Na2SO4　(5)淀粉溶液　溶液由蓝色变为无色且半分钟不变色　(6)%(或)‎ - 7 -‎