2021届一轮复习鲁科版专题二十三实验方案的设计与评价
专题二十三 实验方案的设计与评价
考点 实验方案的设计与评价
1.[2018浙江4月选考,31,10分]某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后,按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O4·2H2O),进一步制备高纯度还原铁粉。
已知:FeC2O4·2H2O难溶于水,150 ℃开始失结晶水;H2C2O4易溶于水,溶解度随温度升高而增大。
请回答:
(1)下列操作或描述正确的是 。
A.步骤②,H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2+水解
B.步骤③,采用热水洗涤可提高除杂效果
C.步骤③,母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4
D.步骤③,如果在常压下快速干燥,温度可选择略高于100 ℃
(2)如图装置,经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号,按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次):
开抽气泵→a→b→d→ →c→关抽气泵。
a.转移固液混合物;b.关活塞A;c.开活塞A;d.确认抽干;e.加洗涤剂洗涤。
(3)称取一定量的FeC2O4·2H2O试样,用硫酸溶解,采用KMnO4滴定法测定,折算结果如下:
n(Fe2+)/mol
n(C2O42-)/mol
试样中FeC2O4·2H2O的质量分数
9.80×10-4
9.80×10-4
0.980
由表中数据推测试样中最主要的杂质是 。
(4)实现步骤④必须用到的两种仪器是 (供选仪器:a.烧杯;b.坩埚;c.蒸馏烧瓶;d.高温炉;e.表面皿;f.锥形瓶);该步骤的化学方程式是 。
(5)为实现步骤⑤,不宜用炭粉还原Fe2O3,理由是 。
本题将流程图与实验步骤、实验操作等整合在一起,比传统实验题有新意。通过离子的物质的量数据推断样品中杂质主要成分,是本题另一个亮点。通过草酸亚铁组成和实验测定数据确定杂质中是否有H2C2O4,如果n(C2O42-)>n(Fe2+),则说明杂质中含有H2C2O4,很好地体现了对“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养的考查。本题启示:Fe(OH)2、FeCO3、FeSO4、FeC2O4等亚铁化合物在空气中灼烧时要考虑O2参与反应,产物可能是Fe2O3、Fe3O4。由此可以发散思考:MnC2O4、CoC2O4等其他变价金属盐,在空气中灼烧也可能有O2参与反应,要根据实际情况和事实作出合理判断。
解题模型:链接考法1命题角度
2.[2017北京,28,16分]某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有 。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀,较3 min时量少;溶液红色较3 min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀,较30 min时量少;溶液红色较30 min时变浅
(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:酸性溶液中的NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:根据 现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ:向硝酸酸化的 溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:装置如图所示。其中甲溶液是 ,操作及现象是 。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因: 。
近年高考对“控制变量”的能力要求较高。考生在复习时要学会运用控制变量的思想来设计实验。控制变量法在地方卷高考化学实验题中出现频率较高,在近年全国卷中尚未出现,相信很快会在全国卷中出现这个被遗忘的重要“角落”。
解题模型:链接模型4
3.[2019北京房山区模拟]某实验小组同学设计实验,完成Cu和Fe2(SO4)3溶液的反应,用KSCN溶液检验是否还存在Fe3+。
实验Ⅰ:
实验操作及现象
i.加入Cu粉后充分振荡,静置,溶液变成浅蓝绿色;
ii.取少量i中清液于试管中,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液,立即出现白色沉淀,溶液局部变为红色,振荡后红色迅速褪去
已知:i.Cu2+CuSCN↓(白色)+(SCN)2(黄色)。
ii. (SCN)2的性质与卤素单质相似。
iii.CuSCN溶于稀硝酸,发生反应CuSCN+HNO3CuSO4+N2↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(1)依据现象i可预测该反应的离子方程式为 。
(2)该小组同学查阅资料认为现象ii中的白色沉淀可能为CuSCN,设计实验进行验证。
实验Ⅱ:取少量实验Ⅰ中的白色沉淀于试管中 (补充所加试剂及实验现象),证明该白色沉淀为CuSCN。
(3)该小组同学继续探究白色沉淀的成因,进行如下实验。
实验Ⅲ:
试管内试剂
现象
结论
2 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
i.短时间内无明显变化,溶液逐渐变浑浊,1小时后,有少量白色沉淀生成
CuSO4与KSCN反应生成了白色沉淀,Fe2+能促进该反应
试剂A
ii.无明显现象
2 mL 0.2 mol/L FeSO4和0.1 mol/L CuSO4混合溶液
iii.瞬间产生白色沉淀,局部溶液变红,振荡后红色褪去
在实验Ⅲ中:
①写出现象i中生成白色沉淀的离子方程式: 。
②试剂A为 。
③根据现象iii结合化学用语及必要的文字解释Fe2+能加快沉淀生成的原因: 。
(4)有同学认为实验Ⅲ不能充分证明其结论,并补充实验Ⅳ:
取2 mL 0.1 mol/L Fe2(SO4)3溶液,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液后,溶液变红,然后滴加2 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液于试管中, (补充实验现象),说明白色沉淀不是由Fe3+与SCN-反应生成,且Fe3+不能加快CuSCN的生成。
(5)改变实验Ⅰ中铜的用量,设计实验Ⅴ:
实验操作及现象
i.加入Cu粉后充分振荡,溶液变成浅蓝绿色;
ii.取少量i中清液于试管中,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液,溶液变为红色,立即出现白色沉淀,振荡后红色迅速褪去
该小组同学认为实验Ⅴ中现象ii红色褪去与平衡移动有关,解释为 。
对于大多数考生而言本题属于难题,其亮点有(1)通过实验现象、实验条件等推断实验结论或寻找原因,很好地考查了考生“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。(2)利用氧化还原反应原理、平衡移动原理,综合分析同一体系多种反应的实验现象,充分体现了对“变化观念与平衡思想”的化学学科核心素养的考查。(3)本题涉及陌生物质[如CuSCN、(SCN)2等]的性质,要求考生在限时环境下迁移类比卤素性质,对“已知信息”进行整合、提升。
解题模型:链接模型4
4.[2019全国卷Ⅲ,27,14分]乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下:
+(CH3CO)2O+CH3COOH
水杨酸 醋酸酐 乙酰水杨酸
水杨酸
醋酸酐
乙酰水杨酸
熔点/℃
157~159
-74~-72
135~138
相对密度/(g·cm-3)
1.44
1.10
1.35
相对分子质量
138
102
180
实验过程:在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL,充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热,维持瓶内温度在70 ℃左右,充分反应。稍冷后进行如下操作。
①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中,析出固体,过滤。
②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液,溶解、过滤。
③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。
④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。
回答下列问题:
(1)该合成反应中应采用 加热。(填标号)
A.热水浴 B.酒精灯 C.煤气灯 D.电炉
(2)下列玻璃仪器中,①中需使用的有 (填标号),不需使用的有 (填名称)。
(3)①中需使用冷水,目的是 。
(4)②中饱和碳酸氢钠的作用是 ,以便过滤除去难溶杂质。
(5)④采用的纯化方法为 。
(6)本实验的产率是 %。
本题考查乙酰水杨酸制备的相关知识,考查的核心素养是科学探究与创新意识。2019年高考在非选择题中考查有机物的制备与纯化实验较往年多,说明有机物的制备在经过几年的沉寂后又重新成为考查热点,在备考复习中要给予足够重视。
解题模型:链接模型4
考点 实验方案的设计与评价
考法1物质制备型实验方案的设计与评价
命题角度 物质制备型实验方案的设计与评价(热点角度)
1 [2019广东中山一中、仲元中学等七校联考]乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,相对分子质量为288}易溶于水,是一种很好的补铁剂,可由乳酸[CH3CH(OH)COOH]与FeCO3反应制得。
Ⅰ.碳酸亚铁的制备(装置如图所示)
(1)仪器B的名称是 ;实验操作:打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,使反应进行一段时间,其目的是 。
(2)要使仪器C中的制备反应发生,需要进行的操作是 ,该反应产生一种常见气体,写出反应的离子方程式:
。
(3)仪器C中的混合物经过滤、洗涤得到FeCO3沉淀,检验其是否洗净的方法是 。
Ⅱ.乳酸亚铁晶体的制备及纯度测定
(4)向纯净FeCO3固体中加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应,经过滤,在 的条件下,经低温蒸发等操作后,获得乳酸亚铁晶体。
(5)两位同学分别用不同的方案进行样品纯度测定:
① 甲同学通过KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的含量,来测定样品纯度。在操作均正确的前提下,所得纯度总是大于100%,其原因可能是 。
② 乙同学经查阅资料后改用碘量法测定铁元素的含量,来测定样品纯度。称取3.000 g样品,灼烧后加足量盐酸溶解,取所有可溶物配成100 mL溶液。量取25.00 mL该溶液于锥形瓶中,加入过量KI溶液充分反应,然后加入几滴淀粉溶液,用0.100 mol·L-1硫代硫酸钠溶液滴定(已知:I2+2S2O32-S4O62-+2I-),当溶液 ,即为滴定终点;平行滴定3次,硫代硫酸钠溶液的平均用量为24.80 mL,则样品纯度为 %(保留3位有效数字)。
实验目的
由乳酸与FeCO3反应制备乳酸亚铁晶体并测定样品纯度
实验原理
碳酸亚铁的制备:FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+CO2↑+H2O+(NH4)2SO4;
乳酸亚铁的制备:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O
实验装置
(1)仪器A为恒压漏斗;仪器B为蒸馏烧瓶;仪器C为三颈烧瓶
实验操作
(1)打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,反应一段时间后,氢气可排尽装置内的空气,防止亚铁离子被氧化;
(2)关闭活塞2后,生成的氢气使蒸馏烧瓶中压强增大,硫酸亚铁溶液沿导管上升,进入三颈烧瓶,进而发生反应可生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳气体;
(3)检验FeCO3沉淀是否洗涤干净的方法:可通过检验SO42-是否存在验证是否洗净,取最后一次洗涤液,加入稀盐酸酸化,再滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则洗涤干净;
(4)乳酸亚铁易被空气中的氧气氧化,故在隔绝空气条件下,将生成的乳酸亚铁溶液经低温蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得乳酸亚铁晶体
实验现象
及分析
(5)①乳酸根离子中的羟基也可以被高锰酸钾氧化,导致消耗的高锰酸钾溶液的体积偏大,测得样品纯度大于100%;
②灼烧后加足量盐酸溶解,样品中的Fe2+被氧化成Fe3+,则Fe3+会氧化I-生成碘单质,离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2;淀粉遇碘单质变为蓝色,滴入硫代硫酸钠溶液,到滴定终点时,碘单质被完全消耗,蓝色会消失,且半分钟内不恢复原色
实验
计算
(5)②利用关系式进行计算,[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O~Fe3+~12I2~Na2S2O3,则3.000g样品中含有乳酸亚铁晶体的物质的量为24.80×10-3L×0.100mol·L-1×100mL25.00mL=0.00992mol,质量为0.00992mol×288g·mol-1=2.85696g,则纯度为2.85696g3.000g×100%≈95.2%
见解析
考法2物质性质探究型实验方案的设计与评价
命题角度 “操作—现象—结论”微型实验探究(热点角度)
2 [2017全国卷Ⅱ,13,6分]由下列实验及现象不能推出相应结论的是
实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变
还原性:Fe>Fe2+
B
将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象
Ksp(AgI)
Fe2+;B项,因为Na和CO2反应生成C和Na2CO3,所以产生大量白烟及黑色颗粒,根据反应中CO2→C中碳元素化合价的变化,可得出CO2有氧化性;C项,因为NH4HCO3分解产生NH3,NH3使湿润的红色石蕊试纸变蓝,但是该实验现象不能说明NH4HCO3显碱性;D项,由题述可知黄色沉淀为AgI,另一支试管中无明显现象,说明没有AgCl析出,该实验现象能说明Ksp(AgI)Ksp(CuS)
探究HCOOH、CH3COOH电离能力的强弱
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOOH溶液、CH3COOH溶液的pH,酸的酸性越强,对应酸的电离能力越强
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOONa溶液、CH3COONa溶液的pH,盐溶液的碱性越强,对应酸的酸性越弱,即酸的电离能力越弱
1. [2019北京,11,6分]探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
实验
装置
试剂a
现象
①
Ca(OH)2溶液(含酚酞)
溶液褪色,产生白色沉淀
②
少量NaHCO3溶液
产生气泡
③
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
④
C2H5OH和浓硫酸
加热后产生有香味物质
由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是( )
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2MnO4-+5C2O42-+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
模型4综合实验题的解题模型与突破方法
(1)探究型实验题
探究型实验题一般分为探究已知物质的化学性质、探究物质的组成、制备物质并探究其化学性质等,需要考生依据题中设定的实验步骤,通过对实验现象进行分析最终得出实验结论(物质组成、反应方程式等)。
3 [2018全国卷Ⅱ,28,15分]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-1KMnO4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 。
本题为探究型综合实验题。
实验目的
(1)探究三草酸合铁酸钾的热分解产物。
(2)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量
实验原理
(1)由题意“装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色”,可知分解产物中含CO、CO2。由“装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3”,可得其反应为K3[Fe(C2O4)3]·3H2OFeO+Fe2O3+CO↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(2)5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成蓝色沉淀:3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4
实验装置
硬质玻璃管、洗气瓶
实验操作
与分析
(1)通N2的作用:实验前通N2的作用是排尽装置中的空气;停止实验时通入N2的作用是把A、E中的气体排入后面的装置使其被充分吸收,并防止倒吸。
(2)检验Fe2O3存在的方法:取少量样品于试管中滴加盐酸溶解,再滴加KSCN溶液,若溶液变红,则含Fe2O3。
(3)滴定终点的操作(KMnO4溶液滴定Fe2+):1滴KMnO4溶液滴入锥形瓶中,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不变色
计算或
评价
根据关系式:5Fe2+ ~ MnO4-
5 1
n(Fe) cV×10-3mol
n(Fe)=5cV×10-3mol,m(Fe)=56×5cV×10-3g,
铁元素质量分数为5cV×56m×1000×100%
(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粉红色出现 ②5cV×56m×1000×100%
考法点睛·迁移创新
本题与2017年全国卷Ⅲ第26题测定硫酸亚铁晶体中结晶水的数目、探究硫酸亚铁的分解产物等非常接近,将定性实验与定量实验结合,部分问题考向也相同。由此可见,全国卷紧紧抓住核心反应原理、典型物质及其性质进行命题,问题设计也有规律,如防氧化[2018全国卷Ⅰ26(1)、2016全国卷Ⅱ28(1)],通入氮气[2018全国卷Ⅱ28(2)①、2017全国卷Ⅲ26(3)]等,因此考生在备考中要研究近年高考真题,在继承的基础上进行创新,有效发挥高考真题的作用。
2. [2018河南郑州二测]中学教材提到浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性,能使铁钝化,但是并没有指出浓硫酸的浓度,因此,某学习小组对具有以上4个特性的硫酸的浓度范围进行了实验探究。
(1)浓硫酸的吸水性、脱水性、使铁钝化的性质与浓度的关系
浓硫酸的吸水性:各取0.5 g胆矾颗粒于不同试管中,分别加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸的脱水性:各取一根木柴梗于不同试管中,分别加入1 mL 不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸使铁钝化的性质:各取约1 cm经过砂纸打磨过的铁丝于不同试管中,再向各试管中加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
实验结果如表所示:
c(H2SO4)/(mol·L-1)
18.4
12
11
10
9
8
7
6
1~5
胆矾颜色变化
蓝→白
蓝→白
蓝→白
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
木柴梗颜色变化
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
不变
铁丝表面有无气泡
无
无
有
有
有
有
有
有
有
结合表格数据回答下列问题。
①用化学方程式表示胆矾由“蓝→白”的原因: 。
②当H2SO4的浓度≥ mol·L-1时即具有脱水性。
(2)浓硫酸的强氧化性与浓度的关系
在a试管中加入1小块铜片,再向试管中分别加入2 mL不同浓度的H2SO4溶液,用如图所示的装置进行实验。
①b装置的作用是 。
②证明浓硫酸在与铜加热反应时,具有强氧化性的实验现象为 、 。
③若加热a试管时产生黑色的固体,且经检验该黑色固体为Cu2S,写出生成该物质的化学方程式: 。
④经过实验,得出结论:当浓度≥6 mol·L-1的H2SO4溶液与铜在加热条件下反应,浓硫酸表现强氧化性。
有同学预测,铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应,该预测的理由是 。
(3)综合以上实验结果,中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为 mol·L-1。
(2)物质制备型实验题
物质制备型实验题是以实验室制备物质作为素材,考查考生的实验能力。该题型一般制备流程清晰,进行“挖空”式考查仪器识别、仪器的操作方法、仪器的作用、试剂的选择或用途、反应现象分析或描述、实验评价等内容。
4 [2018全国卷Ⅰ,26,14分]醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是 ,仪器a的名称是 。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置,打开K1、K2,关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为 。
②同时c中有气体产生,该气体的作用是 。
(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是 ;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是 、 、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点 。
制备H2、CrCl2制备H2采用锌与稀硫酸反应;制备CrCl2采用锌与CrCl3反应用制备的H2排除装置中的空气;用CrCl2与醋酸钠反应制(CH3COO)2Cr·2H2O冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到(CH3COO)2Cr·2H2O
实验目的
制备醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]
实验原理
(1)2Cr3++ZnZn2++2Cr2+。
(2)Zn+2H+ Zn2++H2↑。
(3)Cr2++2CH3COO-+2H2O (CH3COO)2Cr·2H2O
实验装置
(1)仪器a的名称:分液漏斗
(2)c装置:固、液混合(不加热)制氯化亚铬及H2
(3)d装置:制备醋酸亚铬
实验操作
(1)“醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]……在气体分析中用作氧气吸收剂”,说明醋酸亚铬易被空气中的氧气氧化。
①煮沸除去水中溶解氧(以防Cr2+被氧化)。
②“打开K1、K2,关闭K3”操作的目的:用产生的H2把c装置中的空气排尽,以防止Cr2+被氧化。
(2)“打开K3,关闭K1和K2”操作的目的:c装置中产生H2,压强增大,c中亮蓝色溶液被压入d装置中。
(3)冷却、过滤、洗涤、干燥(物质纯化、固体分离)
实验现象
与分析
“c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色”。c中发生的两个化学反应:Zn+2H+ Zn2++H2↑无颜色变化,所以有颜色变化的反应为2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+
评价
d装置为敞开体系(敞口装置),醋酸亚铬可能会与空气中的氧气接触而被氧化
(1)去除水中溶解氧 分液漏斗 (2)①Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+ ②排除c中空气 (3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触
核心素养解读
该题重点考查化学学科核心素养中的“科学探究与创新意识”,要求考生根据题中的问题及实验方案,完成实验操作,并能对实验现象作出合理解释。
3.[2020江西师范大学附中第一次联考]亚硝酰氯(NOCl,熔点为-64.5 ℃,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体,
易水解,用于合成洗涤剂和催化剂。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成亚硝酰氯。
(1)甲组同学制备原料气NO和Cl2,制备装置如图所示:
为制备纯净干燥的气体,请补充下表中缺少的药品:
装置Ⅰ
装置Ⅱ
烧瓶中
分液漏斗中
制备纯净Cl2
MnO2
①
②
制备纯净NO
Cu
③
④
(2)乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备并收集NOCl,装置如图所示:
①装置连接顺序为a→ (按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是 。
③装置Ⅶ的作用是 。
④装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为 。
(3)丙组同学查阅资料,查得配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气,该反应的化学方程式为 。
(3)物质测定型实验题
该题型以测定某物质成分含量的实验流程为素材,在实验目的、实验原理、实验操作、实验仪器、实验所需试剂、计算等中设计若干问题考查考生的实验能力。
5 通常用凯氏定氮法来测定农产品中氮的含量。测定过程如下:
Ⅰ.用热浓硫酸处理0.25 g谷物样品,把有机氮转化为铵盐。
Ⅱ.用如图所示装置(夹持装置省略)处理上述铵盐。
1.H2O 2.玻璃管 3.足量NaOH溶液 4.铵盐样品 5.25.00 mL 0.10 mol/L H2SO4溶液 6.冰水共存物
回答下列问题:
(1)实验前要检查B装置的气密性,其操作为 ,盛放氢氧化钠溶液的仪器的名称为 。
(2)A装置中玻璃管的作用是 ,圆底烧瓶中碎瓷片的作用是 。
(3)将“谷物处理后所得的铵盐”加入三口烧瓶中,打开玻璃塞,旋开K2,加入足量氢氧化钠溶液,关闭K2,打开K1,点燃A装置中的酒精灯,使水蒸气进入B装置。
①B装置中反应的离子方程式为 。
②C装置中冰水混合物的作用是 。
Ⅲ.滴定、计算氮的含量。
(4)取下锥形瓶,加入指示剂,用0.10 mol/L的NaOH溶液滴定,重复上述实验3次,平均消耗19.30 mL NaOH溶液。
①滴定时的指示剂应选择 (填标号)。
a.甲基橙 b.酚酞 c.甲基橙或酚酞
②该谷物样品中氮的质量分数为 (精确到0.01%)。
浓硫酸处理有机氮生成铵盐铵盐与碱反应生成NH3氨用过量稀硫酸吸收用NaOH标准溶液滴定过量的硫酸,计算氮的含量
实验目的
定农产品中氮的含量
实验原理
NH4++OH-NH3↑+H2O
实验装置
(1)仪器的识别:分液漏斗
(2)A装置:蒸馏制水蒸气,玻璃管的作用是避免装置中压强过大,平衡气压,碎瓷片的作用是防止暴沸
(3)B装置:固、液混合制NH3
(4)C装置:冷却、吸收NH3
实验操作
检查B装置气密性的操作:关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好
计算或评价
ω(N)=(25.00×0.10×2-19.30×0.10)×140.25×1000×100%≈17.19%
(1)关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好 分液漏斗
(2)避免装置中压强过大,平衡气压 防止暴沸
(3)①NH4++OH-NH3↑+H2O ②降低温度,使氨气被充分吸收
(4)①a ②17.19%
4. [2019河南郑州一中模拟,14分]莫尔盐的化学式为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O,溶于水而不溶于乙醇,常被用作氧化还原滴定的基准物。下面是制取莫尔盐的部分装置与实验步骤:
①将铁屑放入小烧杯中,加适量的Na2CO3溶液,小火加热几分钟,倒掉溶液后,用蒸馏水洗净铁屑,晾干。
②在锥形瓶中加入2.24 g铁屑和少量炭粉,由分液漏斗滴加20 mL 3 mol·L-1的稀硫酸。
③待反应结束后,由分液漏斗加入适量的(NH4)2SO4溶液,过滤。在滤液中加入一定量的乙醇,待晶体析出后,过滤、洗涤、晾干,得莫尔盐。
请回答下列问题:
(1)实验开始前,检查反应器气密性的方法为 。
(2)步骤①中Na2CO3溶液的作用是 。
(3)步骤②中滴加稀硫酸时要留取少许溶液于分液漏斗中,其目的是 ,加入少量炭粉的作用是 。
(4)步骤③中理论上需加入2 mol·L-1的(NH4)2SO4溶液 mL。
(5)取10.00 g铬青铜样品,将其中的铬氧化为H2CrO4,再加入硫酸酸化,并配成250 mL溶液,取出25.00 mL用浓度为0.018 0 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定,终点时用去标准溶液20.75 mL。已知弱酸H2CrO4被还原为Cr3+,则滴定时反应的离子方程式为 ;该样品中铬元素的质量分数为 %(保留两位有效数字)。
(4)有机化合物的制备与纯化型实验题
该类题型以有机化合物的制备流程为素材,考查条件控制、物质的分离仪器、分离操作(纯化操作)、产品纯度计算等内容,重点考查分液操作、蒸馏操作、过滤操作等内容。
6 [2014新课标全国卷Ⅰ,26,13分]乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下:
实验步骤:
在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片。开始缓慢加热A,回流50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中,分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤;分出的产物加入少量无水MgSO4固体,静置片刻,过滤除去MgSO4固体,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃馏分,得乙酸异戊酯3.9 g。
回答下列问题:
(1)仪器B的名称是 。
(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是 ,第二次水洗的主要目的是 。
(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后 (填标号)。
a.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出
c.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
d.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是 。
(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是 。
(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是 (填标号)。
(7)本实验的产率是 (填标号)。
a.30% b.40% c.60% d.90%
(8)在进行蒸馏操作时,若从130 ℃便开始收集馏分,会使实验的产率偏 (填 “高”或“低”),其原因是 。
第(1)问
考查仪器的名称
第(2)、(5)、(8)问
考查除杂方法:
水洗——目的是除去乙酸异戊酯中混有的H2SO4和过
↓ 量的乙酸
盐洗——用饱和碳酸氢钠溶液洗涤产品,进一步除去残
↓ 留的少量乙酸
水洗——目的是除去上一步盐洗引入的过量的碳酸氢钠
↓
干燥——利用MgSO4固体的吸水性,除去产品中残留的
↓ 少量水,然后过滤除去MgSO4固体
蒸馏——利用乙酸异戊酯和异戊醇沸点的差异,进行蒸馏纯化,收集140~143℃的馏分,得到乙酸异戊酯,若从130℃便开始收集馏分,因为异戊醇的沸点为131℃,使收集到的产品中混有少量异戊醇,故实验产率偏高
第(3)问
考查分液的实验操作:乙酸异戊酯难溶于水且密度比水的小,故分层后,先将水层从下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
第(4)问
考查平衡移动:乙酸与异戊醇的反应为可逆反应,增大乙酸的用量,可使平衡正向移动,提高异戊醇的转化率
第(6)问
考查蒸馏的实验装置:蒸馏时温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处,且应用直形冷凝管,若使用球形冷凝管会使蒸馏液残留而损失
第(7)问
考查产品纯度的计算:
根据方程式可知,4.4g异戊醇完全反应,理论上应生成乙酸异戊酯6.5g,实验中实际生成乙酸异戊酯3.9g,故乙酸异戊酯的产率为3.96.5×100%=60%
(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分硫酸和乙酸 洗掉碳酸氢钠 (3)d (4)提高醇的转化率 (5)干燥 (6)b (7)c (8)高 会收集少量未反应的异戊醇
5. [9分]实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OHCH2CH2
CH2CH2+Br2BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。
用少量溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:
有关数据列表如下:
乙醇
1,2-二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/(g·cm-3)
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
-130
9
-116
回答下列问题:
(1)在此制备实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右,其最主要目的是 (填标号)。
a.引发反应 b.加快反应速度
c.防止乙醇挥发 d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入 (填标号),其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体。
a.水 b.浓硫酸
c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是 。
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在 层(填“上”或“下”)。
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用 (填标号)洗涤除去。
a.水 b.氢氧化钠溶液
c.碘化钠溶液 d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚,可用 的方法除去。
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是 ;但又不能过度冷却(如用冰水),其原因是 。
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1.(1)BD(2分) (2)c→e→b→d(2分) (3)(NH4)2SO4(1分) (4)bd(2分) 4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O(2分) (5)用炭粉还原Fe2O3会引入杂质(1分)
【解析】 (1)步骤①溶解酸化后溶液呈酸性,Fe2+水解可不考虑,加入过量H2C2O4的目的是将Fe2+完全沉淀,A项错误;依题意,产品表面吸附草酸,热水中草酸的溶解度增大,用热水洗涤草酸亚铁晶体,有利于除去表面的草酸等杂质,B项正确;(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2OFeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4,故母液中的溶质主要有(NH4)2SO4、H2C2O4、H2SO4,C项错误;依题意,草酸亚铁晶体在150℃时才开始失去结晶水,温度可以高于100℃,D项正确。(2)操作步骤要联系实验目的和装置具体情况作出判断,审题时注意括号中说明,即洗涤操作只考虑一次。从已写好的步骤可以看出,补充的步骤是洗涤操作过程,理解活塞A的作用是关键,开活塞A是放气,维持气压平衡。抽气时要关闭活塞A,抽干后打开活塞A。即抽干后,打开活塞A、加洗涤剂洗涤、关闭活塞A、确认抽干,即cebd。(3)从测定结果数据看出,n(Fe2+)=n(C2O42-),说明试样中主要杂质是(NH4)2SO4,不是H2C2O4。(4)灼烧固体要用坩埚、高温炉。草酸亚铁晶体灼烧的化学方程式为4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O。(5)炭粉是固体,还原氧化铁时不容易分离,会引入杂质,一般选择H2、CO等作还原剂。
2.(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀(2分)
②Fe2+(1分) (2)2Fe3++Fe3Fe2+(1分) ②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2分) 加入KSCN溶液后产生白色沉淀(2分) ③0.05 mol·L-1 NaNO3(2分) FeSO4溶液(2分) 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深(2分) (3)溶液中存在反应:①2Ag++FeFe2++2Ag,②Ag++Fe2+Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小(2分)
【解析】 (1)①黑色固体溶于热的硝酸溶液后,向其中加入稀盐酸,产生白色沉淀,可证明黑色固体中含有Ag。②可利用K3[Fe(CN)6]检验Fe2+的存在。(2)过量的铁粉会与Fe3+反应。②空气中的O2会与Fe2+发生氧化还原反应,产生Fe3+;加入KSCN溶液后产生白色沉淀,说明溶液中存在Ag+,Ag+可与Fe2+反应产生Fe3+。③实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,只要将原实验反应体系中的Ag+替换,其他微粒的种类及浓度保持不变,做对比实验即可,所以可选用0.05mol·L-1NaNO3溶液(pH≈2);实验Ⅱ利用原电池装置证明反应Ag++Fe2+Ag+Fe3+能发生,所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和现象:分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深。
3.(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ (2)滴加稀硝酸,白色沉淀逐渐溶解,溶液变蓝并产生无色无味气体 (3)①2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2 ② 2 mL 0.2 mol/L FeSO4溶液 ③2Fe2++(SCN)22Fe3++2SCN-,消耗了(SCN)2,促进平衡向生成白色沉淀方向移动 (4)缓慢生成白色沉淀 (5)Cu2+和SCN-反应生成白色沉淀,c(SCN-)减小,促进平衡Fe3++3SCN-Fe(SCN)3向左移动
【解析】 (1)根据“浅蓝绿色溶液”“白色沉淀”,可以判断铜被铁离子氧化成铜离子,离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。(2)利用信息iii,如果白色沉淀是CuSCN,则它溶于稀硝酸生成硫酸铜并产生无色无味气体。(3)①根据信息ii,(SCN)2具有类似卤素的性质,暗示SCN-具有还原性,(SCN)2具有氧化性。KSCN与CuSO4反应较慢,发生反应2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2。②探究Fe2+对实验影响,必须设计对照实验,即探究KSCN与FeSO4反应是否显色,所以试剂A为2mL0.2mol/L硫酸亚铁溶液,排除了亚铁离子的干扰。③Fe2+、Cu2+与SCN-反应,抓住“瞬间”“局部溶液变红”“振荡后红色褪去”等关键信息,由此暗示:Fe2++(SCN)22Fe3++2SCN-,消耗了(SCN)2,促进生成白色沉淀;Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色),振荡时红色褪去,说明Cu2+氧化了SCN-,因为氧化性:Fe2+
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