江苏省2020高考化学二轮复习专题题型十七综合实验探究题训练含解析

江苏省2020高考化学二轮复习专题题型十七综合实验探究题训练含解析

题型十七　综合实验探究题 ‎(建议用时：35分钟)‎ ‎1．(2019·盐城高三上学期期中)NH4Al(SO4)2·12H2O(铵明矾)可用作泡沫灭火器的内留剂、石油脱色剂等。用氧化铁和铝粉等物质做铝热反应后的铝灰及硫酸铵等为原料制备铵明矾的实验步骤如下：‎ ‎(1)铝灰用“水洗”的目的是______________________；碱溶时，需在约90 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________。‎ ‎(2)“过滤1”所得滤渣主要成分为________。‎ ‎(3)用图1装置制备CO2时，适宜的药品A为______________、B为________________；“沉铝”时，通入过量CO2 发生反应的离子方程式为______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)请设计从“过滤2”所得滤渣制取铵明矾的实验方案：称取一定质量“过滤2”的滤渣，放入烧杯中，____________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 静置，过滤、洗涤、晾干，得到NH4Al(SO4)2·12H2O [实验中须使用到3 mol·L－1硫酸、(NH4)2SO4、蒸馏水、氨水、pH 试纸； 已知：NH4Al(SO4)2饱和溶液的pH约为1.5，几种物质的溶解度曲线如图2]。‎ - 7 -‎ ‎2．二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料。＋4价的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化。实验室以V2O5为原料合成用于制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体，过程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)VOCl2中V的化合价为____________。‎ ‎(2)步骤ⅰ中生成VOCl2的同时生成一种无色、无污染的气体，该化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液，该方法的缺点是___________________。‎ ‎(3)步骤ⅱ可在下图装置中进行。‎ ‎①反应前应通入CO2数分钟的目的是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②装置B中的试剂是____________。‎ ‎(4)测定氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。‎ 称量a g样品于锥形瓶中，用20 mL蒸馏水与30 mL混酸溶解后，加0.02 mol·L－1 KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续加1% NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量的NaNO2，最后用c mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗体积为b mL。滴定反应为VO＋Fe2＋‎ - 7 -‎ ‎＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O。‎ ‎①KMnO4溶液的作用是_____________________________________________________。‎ NaNO2溶液的作用是_______________________________________________________。‎ ‎②粗产品中钒的质量分数的表达式为_________________________________________。‎ ‎3．实验室回收利用废旧锂电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)的一种流程如下：‎ ‎(1)废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物。请写出该反应离子方程式：_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是_________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量1∶4混合均匀加热可重新生成LiMn2O4，升温到515 ℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低很多，可能的原因是_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解；Mn(OH)2开始沉淀的pH＝7.7。请补充由上述过程中制得的Mn(OH)2制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：向Mn(OH)2中边搅拌边加入_____________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ - 7 -‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎4．二氯化钴晶体因含结晶水的数量不同而呈现不同的颜色，据此可以判断硅胶(含CoCl2)的干燥能力。AgNO3标准溶液常用作溶液中Cl－的滴定剂。‎ 水合物 CoCl2·6H2O CoCl2·2H2O CoCl2·H2O CoCl2‎ 颜色 粉红 紫红 蓝紫 蓝色 实验一　配制AgNO3溶液 某学生实验需要800 mL 0.1 mol·L－1AgNO3溶液，配制该溶液的步骤：准确称取m g AgNO3固体溶于硝酸溶液中，转入容量瓶中，加入蒸馏水并定容。‎ ‎(1)m＝______。‎ ‎(2)硝酸溶液的作用是____________。‎ ‎(3)实验室保存硝酸银溶液的方法是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 实验二　测定CoCl2·xH2O组成 ‎(4)滴定法：已知常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝1.2×10－12，Ag2CrO4呈砖红色。准确称取2.02 g CoCl2·xH2O样品溶于蒸馏水中配制成250 mL溶液，取25.00 mL配制的溶液于锥形瓶中，滴加几滴K2CrO4溶液做指示剂，用0.1 mol·L－1AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗20.00 mL滴定液。‎ ‎①x＝______。‎ ‎②若加入K2CrO4溶液过多，测得的x________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。‎ ‎③该晶体颜色可能是______(填字母)。‎ A．蓝色　　　　　　　　 B．蓝紫色 C．紫红色 D．红色 ‎(5)重量法：取a g CoCl2·xH2O样品按如图装置进行实验，当样品全部失去结晶水后，停止反应。‎ 测得反应前后装置C、D的质量如下：‎ - 7 -‎ 装置C 装置D 实验前/g m1‎ m3‎ 实验后/g m2‎ m4‎ ‎①试剂R可能是______(填字母)。‎ a．无水硫酸铜　 b．五氧化二磷　　c．无水氯化钙 ‎②x＝________(填字母)。‎ a.　　　　b. 参考答案与解析 ‎1．解析：铝灰水洗的目的是洗去表面可溶性杂质，在90 ℃水浴条件下，用NaOH溶液进行溶解，发生反应Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，过滤除去铁等不溶性杂质，向滤液中通入过量的CO2，发生反应AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，提纯得到较纯的Al(OH)3再制备NH4Al(SO4)2·12H2O。‎ ‎(3)制备CO2时，适宜的药品A为块状石灰石(或大理石、CaCO3等)、B为饱和NaHCO3溶液(除去挥发出来的HCl气体)。‎ 答案：(1)除去KCl等可溶性杂质　水浴加热 ‎(2)Fe ‎(3)块状石灰石(或大理石、CaCO3等)　饱和NaHCO3溶液　AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO ‎(4)加入适量蒸馏水，加热并在不断搅拌下加入3 mol·L－1硫酸至沉淀恰好完全溶解，再加入计算量的 (NH4)2SO4，用3 mol·L－1硫酸和氨水调节溶液的pH在1～2之间，蒸发浓缩，冷却结晶 ‎2．解析：(1)由化合价规则知，VOCl2中V的化合价为＋4价。(2)无色、无污染的气体是N2，根据得失电子守恒，反应式可先写成V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl―→VOCl2＋N2↑＋H2O，再根据原子守恒配平即可。用浓盐酸与V2O5反应时，氧化产物是有毒的Cl2，Cl2能污染空气。(3)①通入CO2的目的是排除装置中的空气，防止其氧化＋4价的钒。②装置B中的试剂是饱和NaHCO3溶液，以除去从装置A中挥发出来的HCl。(4)①KMnO4用于氧化＋4价钒的化合物，NaNO2用于除去过量的KMnO4。②(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O～6VO～6(NH4)2Fe(SO4)2，样品中钒的物质的量为n(V)＝cb×10－3mol，质量为51cb×10－3 g，故质量分数为×100%。‎ - 7 -‎ 答案：(1)＋4价 ‎(2)2V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl===4VOCl2＋N2↑＋6H2O　有氯气生成，污染空气 ‎(3)①排除装置中的空气，避免产物被氧化 ‎②饱和NaHCO3溶液 ‎(4)①将＋4价钒的化合物氧化为VO　除去过量的 KMnO4‎ ‎②×100%‎ ‎3．解析：(1)废旧电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，可与空气中的O2和H2O反应，故对拆解环境的要求是隔绝空气和水分。‎ ‎(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物，LiMn2O4被还原成Mn(NO3)2，则H2O2被氧化成O2，反应中1 mol LiMn2O4参与反应得到3 mol电子，1 mol H2O2失去2 mol电子，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2LiMn2O4＋10HNO3＋3H2O2===2LiNO3＋4Mn(NO3)2＋3O2↑＋8H2O，离子方程式为2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O。若采用盐酸溶解，盐酸做还原剂被氧化成Cl2，故以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是反应生成Cl2，污染环境。‎ ‎(5)根据题目提供的试剂分析，制备MnCO3的原理为Mn(OH)2＋H2SO4===MnSO4＋2H2O、MnSO4＋Na2CO3===MnCO3↓＋Na2SO4，pH＝7.7时开始形成Mn(OH)2沉淀，则加入Na2CO3沉淀Mn2＋时需控制溶液pH<7.7；故制备MnCO3的步骤为向Mn(OH)2中加入H2SO4，固体溶解转化为MnSO4溶液，向MnSO4溶液中加入Na2CO3并控制溶液pH<7.7获得MnCO3沉淀；由于“MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解”，所以为了减少MnCO3的氧化变质和分解以及溶解损失，过滤分离出MnCO3后，用乙醇洗涤，在低于100 ℃条件下真空干燥。‎ 答案：(1)隔绝空气和水分 ‎(2)2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O　反应生成Cl2，污染环境 ‎(3)沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次 ‎(4)MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度 ‎(5)H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤滤渣，在低于100 ℃条件下真空干燥 ‎4．解析：(1)实验室没有800 mL容量瓶，应选择1 000 mL容量瓶，m(AgNO3)＝1 L×0.1 mol·L－1×170 g·mol－1＝17.0 g。(2)硝酸银是强酸弱碱盐，应溶解在硝酸中，以抑制Ag＋水解。(3)硝酸银溶液见光易分解，故应密闭保存于棕色试剂瓶中并放在阴凉处。(4)①n(Cl－)＝‎ - 7 -‎ n(Ag＋)＝0.002 mol，n(CoCl2·xH2O)＝0.001 mol，M(CoCl2·xH2O)＝＝202 g·mol－1，x＝4。②由溶度积知，氯化银先沉淀，铬酸银后沉淀，如果加入铬酸钾过多，c(CrO)较大，在c(Ag＋)较小时即产生铬酸银沉淀，提前到达滴定终点，消耗硝酸银溶液体积偏小，测得相对分子质量偏大，使x偏大。③根据表格中物质颜色，CoCl2·4H2O可能呈红色。(5)①装置D的作用是避免装置E中水蒸气挥发到装置C中且吸收装置C中产生的水，因此试剂R可选用五氧化二磷或无水氯化钙，无水硫酸铜吸水效率差，常用于检验水。②装置E用于吸收尾气中氯化氢，盛装的液体可能是水、氢氧化钠溶液等，水蒸气易挥发到装置D中，计算时应选择装置C中测得的数据。m(H2O)＝(m1－m2) g，m(CoCl2)＝(m2－m1＋a) g，＝，解得x＝。‎ 答案：(1)17.0　(2)抑制AgNO3水解　(3)密闭保存于棕色试剂瓶中，存放于阴凉处　(4)①4　②偏大　③D　(5)①bc　②a - 7 -‎