2018届二轮复习化学实验综合课件（50张）（全国通用）

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PART 4 第四单元 专题十四　化学实验综合 高频考点探究 命题考向追踪 教师备用习题 · · · 考纲展示 1. 掌握常见气体的实验室制法 ( 包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法 ) 。 2. 根据化学实验的目的和要求，能做到： ① 设计实验方案； ② 正确选用实验装置；③掌握控制实验条件的方法；④预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；⑤评价或改进实验方案。 3. 以上各部分知识与技能的综合应用。 高频考点探究   物质的制备应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理，设计反应路径，选择合适的仪器和装置，最后根据生成物的性质将产品分离提纯出来。整个过程如图 141 所示： 【 核心透析 】 考点一　制备型综合实验 图 141 考查角度一　有机制备型综合实验 例 1 [2017· 江苏卷 ] 1 溴丙烷是一种重要的有机合成中间体，沸点为 71 ℃ ，密度为 1.36 g·cm － 3 。 实验室制备少量 1 溴丙烷的主要步骤如下： 步骤 1: 在仪器 A 中加入搅拌磁子、 12 g 正丙醇及 20 mL 水，冰水冷却下缓慢加入 28 mL 浓 H 2 SO 4 ；冷却至室温，搅拌下加入 24 g NaBr 。 步骤 2 ：如图 142 所示搭建实验装置，缓慢加热， 直到无油状物馏出为止。 步骤 3 ：将馏出液转入分液漏斗，分出有机相。 步骤 4 ：将分出的有机相转入分液漏斗，依次用 12 mL H 2 O 、 12 mL 5%Na 2 CO 3 溶液和 12 mL H 2 O 洗涤， 分液，得粗产品，进一步提纯得 1 溴丙烷。 【 典例探究 】 图 142 (1) 仪器 A 的名称是 ________ ；加入搅拌磁子的目的是搅拌和 ________ 。 (2) 反应时生成的主要有机副产物有 2 溴丙烷和 __________________ 。 (3) 步骤 2 中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是 ________________ 。 (4) 步骤 2 中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行，目的是 ____________________ 。 (5) 步骤 4 中用 5% Na 2 CO 3 溶液洗涤有机相的操作：向分液漏斗中小心加入 12 mL 5% Na 2 CO 3 溶液，振荡， ________________ ，静置，分液。 【 答案 】 (1) 蒸馏烧瓶　防止暴沸　 (2) 丙烯、正丙醚 (3) 减少 1 溴丙烷的挥发　 (4) 减少 HBr 挥发 (5) 将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体 【 解析 】 (1) 仪器 A 为蒸馏烧瓶，加入搅拌磁子的目的是搅拌和防止暴沸。 (2) 正丙醇在反应过程中，除了发生取代反应生成卤代烃，还可能发生消去反应和分子间脱水，分别生成丙烯和正丙醚。 (3) 冰水浴是降低温度，根据信息， 1 溴丙烷的沸点为 71 ℃ ，所以为减少 1 溴丙烷挥发，应将接受瓶置于冰水浴中。 (4) 蒸馏瓶中的反应原理是 NaBr 与浓硫酸反应生成 HBr ， HBr 与正丙醇发生取代反应生成 1 溴丙烷，所以缓慢加热的目的是防止生成的 HBr 挥发。 变式 芳香酸是分子中羧基与苯环直接相连的一类有机物，通常用芳香烃的氧化来制备。反应原理如下： 反应试剂、产物的物理常数： 名称 相对分子质量 性状 熔点 (℃) 沸点 (℃) 密度 (g/cm 3 ) 水中的溶解性 甲苯 92 无色液体，易燃易挥发 － 95 110.6 0.866 9 不溶 苯甲酸 122 白色片状或针状晶体 122.4 248 1.265 9 微溶 主要实验装置和流程如下 。 实验方法：取一定量的甲苯和 KMnO 4 溶液置于图 143 装置中，在 90 ℃ 时，反应一段时间后，停止反应，按如下流程分离出苯甲酸并回收未反应的甲苯。 图 143 图 144 图 145 (1) 白色固体 B 中主要成分的分子式为 ____________ 。操作Ⅱ为 ____________ 。 (2) 如果滤液呈紫色，需加入亚硫酸氢钾，用离子方程式表示其原因： _______________ 。 (3) 下列关于仪器的组装或者使用正确的是 __________ 。 A ．抽滤可以加快过滤速率，得到较干燥的沉淀 B ．安装电动搅拌器时，搅拌器下端不能与三颈烧瓶瓶底、温度计等接触 C ．如图 143 回流搅拌装置应采用直接加热的方法 D ．冷凝管中水的流向是上进下出 (4) 除去残留在苯甲酸中的甲苯应先加入 ________ ，分液，然后再向水层中加入 ____________________ ，抽滤，洗涤，干燥即可得到苯甲酸。 (5) 纯度测定：称取 2.440 g 产品，配成 100 mL 溶液，取其中 25.00 mL 溶液，进行滴定，消耗 KOH 物质的量为 4.5 × 10 － 3 mol 。产品中苯甲酸质量分数为 ________ 。 【 答案 】 (1)C 7 H 6 O 2 　蒸馏 (2)2MnO 4 - ＋ 5HSO 3 - ＋ H ＋ =2Mn 2 ＋ ＋ 5SO 4 2- ＋ 3H 2 O (3)AB 　 (4) NaOH 溶液　硫酸或浓盐酸酸化　 (5)90% 【 解析 】 (1) 白色固体 B 是苯甲酸，分子式为 C 7 H 6 O 2 。有机层中物质互溶沸点不同，所以可以采用蒸馏方法分离，故操作 Ⅱ 为蒸馏。 (2) 如果滤液呈紫色，说明高锰酸钾溶液过量，应先加亚硫酸氢钾，除去未反应的高锰酸钾，发生反应的离子方程式为 2MnO 4 - ＋ 5HSO 3 - ＋ H ＋ =2Mn 2 ＋ ＋ 5SO 4 2- ＋ 3H 2 O 。 (3) 抽滤时，瓶中压强较小，可以加快过滤速率，得到较干燥的沉淀， A 项正确；为了防止搅拌棒下端打坏三颈烧瓶瓶底或温度计，因此不能与它们接触，所以在搅拌时，搅拌棒下端不能与三颈烧瓶瓶底、温度计等接触， B 项正确；水浴加热便于控制温度和使容器受热均匀，回流搅拌装置应采用水浴加热的方法， C 项错误；冷凝管中水的流向应为下进上出， D 项错误。 (4) 除去残留在苯甲酸中的甲苯应该先加 NaOH 溶液，甲苯与 NaOH 不反应，苯甲酸与 NaOH 反应生成苯甲酸钠，分液，苯甲酸钠溶液中加盐酸可以制得苯甲酸。 (5) 设苯甲酸的物质的量浓度为 x ，则 25 mL 苯甲酸溶液中苯甲酸的物质的量为 0.025 L× x 。 C 6 H 5 COOH ＋ KOH→C 6 H 5 COOK ＋ H 2 O 1 mol 　　　　 1 mol 0 ． 025 L × x 　 4.50×10 － 3 mol x ＝ 4.5 × 10 － 3 mol ÷ 0.025 L ＝ 0.18 mol/L ， 则 100 mL 苯甲酸溶液中苯甲酸的质量＝ 0.18 mol/L×0.1 L×122 g/mol ＝ 2.196 g ，其质量分数为 2.196 g ÷ 2.440 g × 100% ＝ 90% 。 规律小结 有机物制备的注意事项 (1) 条件控制： ① 试剂加入顺序； ② 温度控制：主要考虑副反应，改变反应速率和平衡移动。 (2) 产率计算公式：产率＝实际产量 / 理论产量× 100% 。 考查角度二　无机制备型综合实验 例 2 常温常压下，一氧化二氯 (Cl 2 O) 为棕黄色气体，沸点为 3.8 ℃ ， 42 ℃ 以上会分解生成 Cl 2 和 O 2 ， Cl 2 O 易溶于水并与水反应生成 HClO 。 【制备产品】甲组同学拟将氯气和空气 ( 不参与反应 ) 按体积比 1∶3 混合通入含水 8% 的碳酸钠中制备 Cl 2 O ，并用水吸收 Cl 2 O( 不含 Cl 2 ) 制备次氯酸溶液。 【 典例探究 】 图 146 (1) 仪器 a 的名称是 ____________ 。 (2) 各装置的连接顺序为 ________→________→________→________→________ 。 (3) 装置 B 中多孔球泡和搅拌棒的作用是 ____________________ 。 (4) 制备 Cl 2 O 的化学方程式为 ___________________________________ 。 (5) 反应过程中，装置 B 需放在冷水中，其目的是 ____________ 。 (6) 装置 E 中生成的 HClO 见光易分解，宜采用 ________( 填颜色 ) 平底烧瓶，装置 C 的作用是 ______ 。 【测定浓度】 (7) 已知次氯酸可被 KI 、 FeSO 4 等物质还原为 Cl － 。乙组同学设计实验方案测定装置 E 中所得溶液中 HClO 的物质的量浓度，请补充完整实验方案：用酸式滴定管量取一定体积的次氯酸溶液于锥形瓶中， _______________( 所提供试剂：淀粉 KI 溶液、 0.10 mol·L － 1 的 FeSO 4 溶液、 0.10 mol·L － 1 的 KMnO 4 酸性溶液 ) 。 【 答案 】 (1) 三颈烧瓶　 (2)A 　 D 　 B 　 C 　 E (3) 加快反应速率，使反应充分进行 (4)2Cl 2 ＋ Na 2 CO 3 =Cl 2 O ＋ 2NaCl ＋ CO 2 ( 或 2Cl 2 ＋ 2Na 2 CO 3 ＋ H 2 O=Cl 2 O ＋ 2NaCl ＋ 2NaHCO 3 ) (5) 防止反应放热后温度过高导致 Cl 2 O 分解 (6) 棕色　除去 Cl 2 O 中的 Cl 2 (7) 加入一定体积的 0.10 mol/L FeSO 4 溶液 ( 足量 ) ，然后用 0.10 mol/L 的 KMnO 4 酸性溶液滴定至溶液变为浅红色，读数 【 解析 】 (2) 实验目的是制备 Cl 2 O 再用水吸收制备次氯酸。原理是 Cl 2 O 由 Cl 2 与含水 8% 的 Na 2 CO 3 反应，因此首先制备氯气，即从 A 开始；制备的氯气通过饱和食盐水 ( 装置 D) 除去混有的 HCl ，防止 HCl 与碳酸钠反应；再通入装置 B 制备 Cl 2 O ； Cl 2 O 中含有的 Cl 2 通入有机溶剂 (C 装置 ) 除去；最后将 Cl 2 O 通入水中制取次氯酸。 (3) 装置 B 中多孔球泡和搅拌棒的作用是加快反应速率，多孔球泡增加氯气与液体的接触面积，使氯气充分反应。 (5)Cl 2 O 在高于 42 ℃ 会分解成 Cl 2 和 O 2 ，因此装置 B 需放在冷水中，目的是防止反应放热后温度过高导致 Cl 2 O 分解。 (6) HClO 见光易分解，实验室保存见光易分解药品时，一般盛放在棕色试剂瓶中，因此应用棕色平底烧瓶；根据 (2) 的分析，装置 C 的作用是除去 Cl 2 O 中的 Cl 2 。 (7) 根据题目中信息，次氯酸可被 KI 、 FeSO 4 等物质还原为 Cl － ，加入一定体积的 FeSO 4 溶液，要求过量，然后用酸性高锰酸钾溶液对过量的 FeSO 4 溶液进行滴定，然后求出与 HClO 反应的 FeSO 4 的物质的量，从而求出 HClO 的浓度，具体操作是加入一定体积的 0.10 mol·L － 1 FeSO 4 溶液 ( 足量 ) ，然后用 0.10 mol·L － 1 的 KMnO 4 酸性溶液滴定至溶液变为浅红色，读数。 变式 亚氯酸钠是重要漂白剂，某高中化学实验探究小组设计如下实验制备亚氯酸钠 (NaClO 2 ) 晶体。 【查阅资料】 Ⅰ .NaClO 2 饱和溶液在低于 38 ℃ 时析出 NaClO 2 · 3H 2 O ，高于 38 ℃ 时析出 NaClO 2 ，高于 60 ℃ 时 NaClO 2 分解成 NaClO 3 和 NaCl 。 Ⅱ .B 中发生的主要反应： 2NaClO 3 ＋ Na 2 SO 3 ＋ H 2 SO 4 ( 浓 )=2ClO 2 ↑＋ 2Na 2 SO 4 ＋ H 2 O 。 【进行实验】 (1) 盛装 NaClO 3 和 Na 2 SO 3 固体的仪器名称是 ____ 。 (2) 装置 C 的作用是 __________________ 。 (3)ClO 2 气体与装置 D 中混合溶液反应生成 NaClO 2 ，生成 NaClO 2 的反应方程式为 ________ 。 (4) 反应后，经以下步骤可从装置 D 的溶液中获得 NaClO 2 晶体。请补充完整操作。 图 147 ① 55 ℃蒸发结晶； ② 趁热过滤； ③38 ～ 60 ℃ 热水洗涤；④低于 ______ 干燥，得到成品。 图 148 是某同学的过滤操作示意图，其操作不规范的是 ____( 填标号 ) 。 A ．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁 B ．滤纸边缘高出漏斗边缘 C ．用玻璃棒引流 D ．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速率 【实验反思】 (5) 如果撤去 D 中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是 ____________________ 。 (6) 实验须使 B 中 NaClO 3 稍微过量，原因是 _____________ ，如 NaClO 3 不足，则装置 D 中可能产生 SO 4 2- ，检验装置 D 中是否含有 SO 4 2- 的方法是：取少量 D 中反应后的溶液于试管中， ___________ ，证明溶液中存在 SO 4 2- 。 图 148 (7) 测定产品中 NaClO 2 的纯度。测定时进行如下实验： 准确称 m g 样品，加入适量蒸馏水和过量的 KI 晶体，在酸性条件下发生如下反应： ClO 2 - ＋ 4I － ＋ 4H ＋ =2H 2 O ＋ 2I 2 ＋ Cl － 将所得混合液稀释成 100 mL 待测溶液。取 25.00 mL 待测溶液，加入淀粉溶液作指示剂，用 c mol · L － 1 Na 2 S 2 O 3 标准液滴定至终点，测得消耗标准溶液体积的平均值为 V mL ( 已知： I 2 ＋ 2S 2 O 3 2- =2I － ＋ S 4 O 6 2- ) 。所称取的样品中 NaClO 2 质量百分含量为 ________( 用含 m 、 c 、 V 的代数式表示 ) 。 【 答案 】 (1) 三颈烧瓶 (2) 防止 D 试管中液体进入 B 中 ( 或安全瓶、防倒吸 ) (3)2ClO 2 ＋ H 2 O 2 ＋ 2OH － =2ClO 2 - ＋ O 2 ＋ 2H 2 O (4)60 ℃ 　 BD 　 (5)NaClO 3 和 NaCl (6)NaClO 3 稍微过量，防止 B 中产生 SO 2 进入 D 试管中，影响产品纯度　加入足量的盐酸，无现象，再加适量 BaCl 2 溶液，产生白色沉淀　 (7) 9.05 cV / m % 【 解析 】 (1) 盛放 NaClO 3 和 Na 2 SO 3 固体的仪器是三颈烧瓶。 (2) 装置 C 的作用是安全瓶，防止 D 试管中液体进入装置 B 中。 (3) 根据信息， ClO 2 → NaClO 2 ，其中 Cl 的化合价由＋ 4 价 → ＋ 3 价，化合价降低，即 ClO 2 作氧化剂， H 2 O 2 作还原剂，被氧化成 O 2 ，因此有 ClO 2 ＋ H 2 O 2 ＋ NaOH→NaClO 2 ＋ O 2 ＋ H 2 O ，然后根据化合价的升降进行配平，即离子方程式为 2ClO 2 ＋ H 2 O 2 ＋ 2OH － =2ClO 2 - ＋ O 2 ＋ 2H 2 O 。 (4) 根据信息， NaClO 2 在高于 60 ℃ 时，分解成 NaClO 3 和 NaCl ，因此低于 60 ℃ 干燥；过滤注意事项：一贴二低三靠。根据过滤时注意事项， A 项正确；过滤时滤纸的边缘低于漏斗边缘， B 项错误；过滤时用玻璃棒引流， C 项正确；过滤时不能用玻璃棒搅拌，防止弄破滤纸， D 项错误。 (5) 如果撤去 D 中冷水浴，可能造成温度超过 60 ℃ ，使 NaClO 2 分解成 NaClO 3 和 NaCl 。 (6) 因为硫酸和亚硫酸钠反应生成 SO 2 ， SO 2 进入装置 D 中，产生杂质，因此 NaClO 3 稍微过量的目的是防止 B 中产生 SO 2 进入 D 试管中，影响产品纯度；检验 SO 4 2- 的操作是加入盐酸，无明显现象，再加适量 BaCl 2 溶液，产生白色沉淀。 (7) 建立关系式： ClO 2 - ～ 2I 2 ～ 4S 2 O 3 2- ，因此样品中 w (NaClO 2 ) ＝ 1/4 × V × 10 － 3 L × c mol · L － 1 × 90.5 g/mol ÷ m g × (100 mL ÷ 25 mL ) × 100% ＝ 9.05 cV / m % 。 规律小结 气体制备与性质探究型实验流程及考查角度 【 核心透析 】 考点二　 探究型综合实验 1 ．化学实验探究的基本环节 (1) 发现问题：就是在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和异常现象等。 (2) 提出猜想：就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。 (3) 设计验证方案：就是根据猜想，结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案，对各种猜想进行验证。 (4) 具体实施实验：就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。 (5) 观察现象分析数据，得出结论：就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据，然后进行推理分析和数据分析，通过对比归纳得出结论。 例 3 [2017· 全国卷Ⅲ ] 绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题： (1) 在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加 KSCN 溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知： _____ 、 ________ 。 (2) 为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管 ( 带两端开关 K 1 和 K 2 )( 设为装置 A) 称重，记为 m 1 g 。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置 A 称重，记为 m 2 g 。按图 149 连接好装置进行实验。 【 典例探究 】 图 149 ①仪器 B 的名称是 ________ 。 ②将下列实验操作步骤正确排序 _______( 填标号 ) ；重复上述操作步骤，直至 A 恒重，记为 m 3 g 。  a ．点燃酒精灯，加热　　 b ．熄灭酒精灯 c ．关闭 K 1 和 K 2 d ．打开 K 1 和 K 2 ，缓缓通入 N 2 e ．称量 A f ．冷却到室温 ③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目 x ＝ ______________( 列式表示 ) 。若实验时按 a 、 d 次序操作，则使 x ________( 填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 无影响 ”) 。 (3) 为探究硫酸亚铁的分解产物，将 (2) 中已恒重的装置 A 接入如图 1410 所示的装置中，打开 K 1 和 K 2 ，缓缓通入 N 2 ，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。 ① C 、 D 中的溶液依次为 ______( 填标号 ) 。 C 、 D 中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为 ___ 。 图 1410 a ．品红　 b ． NaOH 　 c ． BaCl 2 　 d ． Ba (NO 3 ) 2 e ．浓 H 2 SO 4 ②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式 _______________ 。 【 答案 】 (1) 样品中没有 Fe(Ⅲ) 　 Fe(Ⅱ) 易被氧气氧化为 Fe(Ⅲ) (2)① 干燥管　 ② dabfce 　 ③76 （ m 2 － m 3 ） / [9 （ m 3 － m 1 ） ] 　偏小　 (3)①c 、 a 　生成白色沉淀、褪色　 ②2FeSO 4 Fe 2 O 3 ＋ SO 2 ↑＋ SO 3 ↑ 【 解析 】 (1) 绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，将其溶于水滴加 KSCN 溶液时，溶液颜色无变化，说明样品中无 Fe(Ⅲ) ，当通入空气后溶液变红，说明 Fe(Ⅱ) 易被氧气氧化为 Fe(Ⅲ) 。 (2)① 仪器 B 为干燥管。 ② 由于要防止绿矾被氧化，所以加热之前要先通 N 2 ，等反应充分之后，先停止加热，继续通 N 2 ，直至 A 冷却至室温，之后关闭 K 1 、 K 2 ，称量 A 的质量，所以实验操作顺序应为 dabfce 。 ③根据 FeSO 4 　～　 x H 2 O 152 　　　　 18 x ( m 3 － m 1 ) g 　　 ( m 2 － m 3 ) g x ＝ 76 （ m 2 － m 3 ） / [9 （ m 3 － m 1 ） ] 　 　若将 a 、 d 次序颠倒，则在加热时会使部分晶体被氧气氧化，固体质量 m 3 偏大，导致 x 值偏小。 (3) 根据实验后残留固体的颜色为红色可知，反应生成了 Fe 2 O 3 ，铁元素的化合价升高，则必有元素的化合价降低，由化合价分析可知必有 SO 2 生成，同时会生成 SO 3 ，所以反应的化学方程式为 2FeSO 4 Fe 2 O 3 ＋ SO 2 ↑＋ SO 3 ↑。检验 SO 3 可用 BaCl 2 溶液，现象是 C 中有白色沉淀生成。检验 SO 2 可用品红溶液，现象是 D 中品红溶液褪色。 变式 KMnO 4 在生产和生活中有着广泛用途，某化学小组在实验室制备 KMnO 4 并探究其性质。请回答： ( 一 ) KMnO 4 的制备，分步骤 Ⅰ 、 Ⅱ 两步进行。 步骤 Ⅰ. 先利用如图 1411 所示装置制备 K 2 MnO 4 图 1411 (1) 装置 A 应选用 _____( 填 “a”“b” 或 “c”) 。 (2) 装置 B 中所盛试剂的名称为 ______________ 。 (3) 装置 C 处反应生成 K 2 MnO 4 的化学方程式为 _____________ 。 步骤Ⅱ . 由 K 2 MnO 4 制备 KMnO 4 。已知： K 2 MnO 4 易溶于水，水溶液呈墨绿色。 主要过程如下：①充分反应后，将装置 C 处所得固体加水溶解，过滤；②向滤液中通入足量 CO 2 ，过滤出生成的 MnO 2 ；③将滤液蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，得 KMnO 4 晶体。 (4) 过程 ② 向滤液中通入足量 CO 2 ，可观察到的现象为 _______________________ ； 该步反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ________ 。 ( 二 ) KMnO 4 的性质 已知： KMnO 4 具有强氧化性，可与草酸 (H 2 C 2 O 4 ) 反应。 (5) 写出 KMnO 4 酸性溶液与草酸反应的离子方程式： _________________________ 。 (6) 基于 (5) 的反应原理，探究浓度对化学反应速率的影响。 可供选择的试剂有： ①0.01 mol·L － 1 KMnO 4 酸性溶液； ②0.3 mol·L － 1 KMnO 4 酸性溶液； ③0.1 mol·L － 1 H 2 C 2 O 4 溶液； ④0.2 mol·L － 1 H 2 C 2 O 4 溶液 所选试剂为 ________( 填序号 ) ；简要描述所设计的实验方案： _______ 。 【 答案 】 (1)b 　 (2) 浓硫酸 (3)4KOH ＋ 2MnO 2 ＋ O 2 2K 2 MnO 4 ＋ 2H 2 O (4) 墨绿色溶液变为紫红色，同时有黑色固体生成　 1∶2 (5)2MnO 4 - ＋ 5H 2 C 2 O 4 ＋ 6H ＋ =2Mn 2 ＋ ＋ 10CO 2 ↑＋ 8H 2 O (6)①③④ 　取两支试管，分别加入等体积的 0.01 mol·L － 1 KMnO 4 酸性溶液，再分别向其中加入过量的等体积不同浓度的 H 2 C 2 O 4 溶液， H 2 C 2 O 4 溶液浓度越大褪色越快 【 解析 】 (1) 生成锰酸钾需加氧化剂，因此 A 装置提供的气体应具有强氧化性，故装置 A 应选择 b 制取氧气。 (2) 生成的氧气必须经干燥处理，则装置 B 的作用是干燥，其中所盛试剂的名称为浓硫酸。 (4) 过程 ② 向滤液中通入足量 CO 2 ，锰酸钾转化为二氧化锰和高锰酸钾，因此可观察到的现象为墨绿色溶液变为紫红色，同时有黑色固体生成，该步反应中二氧化锰是还原产物，高锰酸钾是氧化产物，即 Mn 从＋ 6 价降低到＋ 4 价，升高到＋ 7 价，根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶2 。 (6) 要探究浓度对化学反应速率的影响需要固定一种物质的浓度，而改变另一种物质的浓度，由于可以通过观察溶液颜色的变化判断反应快慢，因此固定高锰酸钾溶液的浓度，而 ② 的浓度太大，所以选择的试剂是 ①③④ ，实验方案为取两支试管，分别加入等体积的 0.01 mol·L － 1 KMnO 4 酸性溶液，再分别向其中加入过量的等体积不同浓度的 H 2 C 2 O 4 溶液， H 2 C 2 O 4 溶液浓度越大褪色越快。 归纳总结 探究实验设计的四个要求 1 ． [2017· 全国卷Ⅰ ] 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 1412 所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知： NH 3 ＋ H 3 BO 3 =NH 3 · H 3 BO 3 ； NH 3 · H 3 BO 3 ＋ HCl =NH 4 Cl ＋ H 3 BO 3 。 命题考向追踪 【 历年动态 】 图 1412 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 k 1 ，关闭 k 2 、 k 3 ，加热 b ，蒸气充满管路；停止加热，关闭 k 1 ， g 中蒸馏水倒吸进入 c ，原因是 _______ ；打开 k 2 放掉水，重复操作 2 ～ 3 次。 (4) 仪器清洗后， g 中加入硼酸 (H 3 BO 3 ) 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 k 3 ， d 中保留少量水。打开 k 1 ，加热 b ，使水蒸气进入 e 。 ① d 中保留少量水的目的是 ____________________________ 。 ② e 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 (C 2 H 5 NO 2 ) 样品 m g 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 ≤________% 。 【 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 ② NH 4 + ＋ OH － NH 3 ↑＋ H 2 O 　保温使氨完全蒸出 (5) 1.4 cV / m 　 7.5 cV / m 【 解析 】 由实验目的和装置图可知，铵盐与浓碱液在 e 中反应，通过 b 中产生水蒸气通入 e 中将反应液加热，使产生的氨气完全逸出进入装置 g 生成 NH 3 · H 3 BO 3 ，然后利用盐酸来滴定 NH 3 · H 3 BO 3 ，最后利用氮守恒即可求出蛋白质的含氮量。 (1) 若 b 中压强较大，则 a 管内液面上升，因此 a 的作用就是避免 b 中压强过大。 (2)b 中放入少量碎瓷片的目的是防止暴沸；仪器 f 的名称是直形冷凝管。 (3)g 中蒸馏水倒吸进入 c ，原因是 c 、 e 及其所连接的管道内因温度下降，水蒸气冷凝为水后，管路内形成负压，在大气压的作用下，锥形瓶内的蒸馏水被倒吸入 c 中。 (4)① 因氨气极易溶于水，因此 d 中保留少量水可达到液封、防止氨气逸出的目的。 ② 结合前面综述知， e 中主要反应是铵盐与碱溶液在加热条 件下的反应，离子方程式为 NH ＋ OH － NH 3 ↑＋ H 2 O ， e 采用中空双层玻璃瓶的作用是减少热量损失，保温则有利于生成的氨气全部逸出。 (5) 取某甘氨酸 (C 2 H 5 NO 2 ) 样品 m g 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 ，根据反应 NH 3 · H 3 BO 3 ＋ HCl =NH 4 Cl ＋ H 3 BO 3 ，可以求出样品中 n (N) ＝ n ( HCl ) ＝ c mol · L － 1 × V × 10 － 3 L ＝ 0.001 cV mol ，则样品中氮的质量分数为 .001 cV mol × 14 g/mol/ m g × 100% ＝ 1.4 cV / m % ，样品中甘氨酸的质量 ≤0.001 cV × 75 g ，所以样品的纯度 ≤7.5 cV / m % 。 2 ． [2016· 全国卷Ⅲ ] 过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题： ( 一 ) 碳酸钙的制备 图 1413 图 1414 (1) 步骤 ① 加入氨水的目的是 ______ 。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于 ____ 。 (2) 如图 1414 是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是 ________( 填标号 ) 。 a ．漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁 b ．玻璃棒用作引流 c ．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁 d ．滤纸边缘高出漏斗 e ．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度 ( 二 ) 过氧化钙的制备 (3) 步骤 ② 的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈 ______ 性 ( 填 “ 酸 ”“ 碱 ” 或 “ 中 ”) 。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是 ________ 。 (4) 步骤 ③ 中反应的化学方程式为 __________ ，该反应需要在冰浴下进行，原因是 ______ 。 (5) 将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是 ______ 。 (6) 制备过氧化钙的另一种方法是将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是 ________ ，产品的缺点是 ________________ 。 【 答案 】 (1) 调节溶液 pH 使 Fe(OH) 3 沉淀　过滤分离　 (2) ade (3) 酸　除去溶液中的 CO 2 (4)CaCl 2 ＋ 2NH 3 · H 2 O ＋ H 2 O 2 ＋ 6H 2 O=CaO 2 · 8H 2 O ↓＋ 2NH 4 Cl 或 CaCl 2 ＋ 2NH 3 · H 2 O ＋ H 2 O 2 =CaO 2 ↓＋ 2NH 4 Cl ＋ 2H 2 O 　温度过高时双氧水易分解 (5) 去除结晶表面水分 (6) 工艺简单、操作方便　纯度较低 【 解析 】 (1) 石灰石中含有少量铁的氧化物，加入盐酸溶解后，再加入双氧水和氨水，双氧水是将 Fe 2 ＋ 氧化为 Fe 3 ＋ ，而氨水是调节溶液 pH 使 Fe(OH) 3 沉淀。小火煮沸使沉淀颗粒长大，有利于过滤分离。 (2) 过滤操作中，漏斗末端颈尖应紧靠烧杯壁；过滤时使用玻璃棒，起引流的作用；过滤装置中滤纸应紧贴漏斗的内壁；滤纸边缘应低于漏斗边缘；用玻璃棒搅拌易使滤纸破裂，导致过滤失败，并不能加快过滤速度，故答案选 ade 。 (3) 步骤 ② 中逐滴加入稀盐酸，稀盐酸与 CaCO 3 反应生成 CaCl 2 、 H 2 O 、 CO 2 ，由于 CO 2 的溶解，溶液呈酸性。将溶液煮沸的作用是除去溶液中的 CO 2 ，因为 后续操作中加入氨水， CO 2 能与氨水反应，消耗反应物且引入杂质。 (4) 步骤 ③ 中 CaCl 2 与氨水、双氧水反应，得到过氧化钙晶体，化学方程式为 CaCl 2 ＋ 2NH 3 · H 2 O ＋ H 2 O 2 ＋ 6H 2 O=CaO 2 · 8H 2 O ↓＋ 2NH 4 Cl 或 CaCl 2 ＋ 2NH 3 · H 2 O ＋ H 2 O 2 =CaO 2 ↓＋ 2NH 4 Cl ＋ 2H 2 O ，由于温度过高时双氧水易分解，因此反应需要在冰浴下进行。 (5) 过氧化钙微溶于水，使用乙醇洗涤，可以去除结晶表面水分。 (6) 该工艺方法的优点是工艺简单、操作方便，产品的缺点是得到的过氧化钙产品中会混入杂质，纯度较低。 3 ． [2016· 浙江卷 ] 无水 MgBr 2 可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水 MgBr 2 ，装置如图 1415 ，主要步骤如下： 图 1415 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 　反应完毕后恢复至室温，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 　常温下用苯溶解粗品，冷却至 0 ℃ ，析出晶体，过滤，洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至 160 ℃ 分解得无水 MgBr 2 产品。 已知： ①Mg 和 Br 2 反应剧烈放热； MgBr 2 具有强吸水性。② MgBr 2 ＋ 3C 2 H 5 OC 2 H 5 ⇌ MgBr 2 · 3C 2 H 5 OC 2 H 5 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 N 2 ，原因是 _______ 。 (2) 如将装置 B 改为装置 C( 图 1416) ，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 Y 4 － ) 标准溶液滴定，反应的离子方程式： Mg 2 ＋ ＋ Y 4 － =MgY 2 － ①滴定前润洗滴定管的操作方法是 __________________ 。 ②测定前，先称取 0.250 0 g 无水 MgBr 2 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 MgBr 2 产品的纯度是 _____( 以质量分数表示 ) 。 图 1416 【 答案 】 (1) 干燥管　防止镁屑与氧气反应，生成的 MgO 阻碍 Mg 和 Br 2 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测液，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　 ②97.5% 【 解析 】 (1) 仪器 A 为球形干燥管；金属镁为活泼金属，很容易与空气中的 O 2 反应，所以不能用干燥空气代替干燥的 N 2 。 (2) 因为液溴极易挥发，装置 B 是通过 N 2 带着溴蒸气进入三颈瓶，而装置 C 是利用 N 2 将液溴直接压入三颈瓶中，因加入大量液溴而使得反应过快。 (3) 镁屑与液溴反应时，镁屑过量，第一次过滤除去的是没有反应的镁屑。 (4) 因为 MgBr 2 具有强吸水性，故不能用 95% 的乙醇洗涤产品， A 项错误；用苯溶解晶体后再冷却至 0 ℃，故可以用 0 ℃ 苯洗涤晶体， B 项正确；加热到 160 ℃ 时，除去苯的同时也除去了乙醚， C 项错误； D 项正确。 (5)② 结合关系式 MgBr 2 ～ Mg 2 ＋ ～ Y 4 － ，产品的纯度＝ 26.5 × 10 － 3 L × 0.050 0 mol · L － 1 × 184 g · mol － 1 /0.250 0 g × 100% ＝ 97.5% 。 4 ． 研究物质的合成或制备是有机化学、无机化学的重要任务之一。 (1) 某实验小组探究实验室制备无水氯化镁的方法，设计了如图 1417 装置。 ①分液漏斗中的 A 物质是 ________ ( 填试剂名称 ) 。 ②利用中学常见的仪器，在空白方框内补充完整实验装置。可选择的试剂有： A ．稀 NaOH 溶液 B ．无水氯化钙 C ．稀硫酸 D ．浓硫酸 ③假设实验过程中 MgCl 2 · 6H 2 O 未水解，不用任何试剂 用最简单的方法检验 MgCl 2 · 6H 2 O 是否完全转化为 MgCl 2 。写出实验方法： ________ 。 (2) 实验室制备并收集纯净乙烯。 ①有的同学通过乙醇制备乙烯，写出相关化学方程式： _________ ；该实验除乙醇外，所需的试剂或用品 ( 不包 括仪器 ) 有 ____________ 。 【2018 预测 】 图 1417 ②有的同学探究其他制备乙烯的方法，他设计了图 1418 装置制备乙烯。实验结果是量筒内壁附着较多无色油状液体，且得到很少量的气体。请分析气体产率很低的原因主要是 _______ 。为增大气体产率，在图 1418 装置的基础上，提出一点改进措施： _______ 。 图 1418 【 答案 】 (1)① 浓硫酸　 ② ③称量所得的产物，若质量为 95 m /203 g ， 则说明 MgCl 2 · 6H 2 O 完全转化为 MgCl 2 ，否则未完全 (2)①CH 3 CH 2 OH CH 2 =CH 2 ↑＋ H 2 O 　浓硫酸、沸石、氢氧化钠溶液 　 ② 加热温度过高，溴乙烷大量挥发 ( 或溴乙烷发生了副反应 ) 　增加冷凝回流装置 ( 合理即可 ) 【 解析 】 (1) 加热氯化镁晶体失去结晶水得到无水氯化镁，由于氯化镁易水解，应在 HCl 氛围中加热分解， A 中液体为浓硫酸，与圆底烧瓶中浓盐酸混合，产生大量的热，有利于 HCl 逸出，洗气瓶中浓硫酸干燥 HCl ，利用氢氧化钠溶液吸收尾气中 HCl ，防止污染空气，注意防止倒吸，还要防止氢氧化钠溶液中的水蒸气导致氯化镁水解，尾气处理装置与加热装置之间需要连接盛放氯化钙的干燥管 ( 或盛放浓硫酸的洗气瓶 ) 。 ① 由上述分析可知，分液漏斗中的 A 物质是浓硫酸。 ② 利用氢氧化 钠溶液吸收尾气中 HCl ，防止污染空气，且防止倒吸，还要在尾气处理装置与加热装置之间连接盛放氯化钙的干燥管 ( 或盛放浓硫酸的洗气瓶 ) 。 ③ 实验过程中 MgCl 2 · 6H 2 O 未水解， m g 晶体的物质的量为 m /203 mol ，完全分解得到氯化镁为 m /203 mol × 95 g/mol ＝ 95 m /203 g ，称量所得产物质量，若质量为 95 m /203 g ，说明 MgCl 2 · 6H 2 O 完全转化为 MgCl 2 ，否则未完全。 (2)① 乙醇在浓硫酸作用下发生消去反应生成乙烯，反应方程式为 CH 3 CH 2 OH CH 2 =CH 2 ↑＋ H 2 O ；反应中会发生副反应，有二氧化碳、二氧化硫生成，用氢氧化钠溶液吸收除去二氧化碳、二氧化硫，液体加热需要防止暴沸，还需要加入沸石，除乙醇外，所需的试剂或用品 ( 不包括仪器 ) 有浓硫酸、氢氧化钠溶液、沸石。 ② 方案中利用溴乙烷发生消去反应生成乙烯，利用图中装置制备乙烯，实验结果是量筒内壁附着较多无色油状液体，且得到很少量的气体，说明生成乙烯很少，气体产率很低的原因主要是：加热温度过高，溴乙烷大量挥发，也可能是溴乙烷发生副反应等；为增大气体产率，可以增加冷凝回流装置，有利于溴乙烷冷凝回流，可以利用水浴加热，便于控制温度等，减少溴乙烷挥发。 某同学设计如图装置，用过量浓硫酸与铜反应制取 SO 2 ，并探究 SO 2 与 Na 2 O 2 反应的产物。 Ⅰ . 制取 SO 2 (1) 写出烧瓶中生成 SO 2 的化学方程式： _______ 。 (2) 写出实验现象： ①细铜丝表面： __________ 。 ②实验过程中，烧瓶内液体始终保持澄清，并 _______ 。 (3) 欲使反应停止，应进行的操作是 ___________ 。 烧瓶中液体冷却后，可观察到的现象是 ________ 。 Ⅱ . 探究 SO 2 与 Na 2 O 2 反应后的固体产物。 (4) 实验方案如下：取洗涤玻璃棉所得溶液， __________ 。 教师备用习题 (5) 把 Na 2 O 2 粉末散附在玻璃棉上的目的是 ________ 。 若 Na 2 O 2 未完全反应，对实验结果的影响是 ( 用必要的文字和化学方程式表示 )_______ __ 。 Ⅲ . 装置改进 (6) 老师指出该实验装置需做如下改进 ( 只答出一种即可 ) ： ______________ 。 【 答案 】 Ⅰ.(1)Cu ＋ 2H 2 SO 4 ( 浓 ) CuSO 4 ＋ SO 2 ↑＋ 2H 2 O (2)① 细铜丝表面有气泡产生，细铜丝溶解　 ② 逐渐变为蓝色 (3) 先抽拉粗铜丝使细铜丝与浓硫酸脱离接触，再撤去酒精灯　有白色固体生成，溶液变为无色 Ⅱ .(4) 滴加足量 BaCl 2 溶液，产生白色沉淀；再滴加足量稀盐酸，若白色沉淀不溶解，则产物只有 Na 2 SO 4 ；若白色沉淀全部溶解，并产生刺激性气味气体，则产物只有 Na 2 SO 3 ；若白色沉淀部分溶解，并产生刺激性气味气体，则产物中有 Na 2 SO 3 和 Na 2 SO 4 (5) 使 Na 2 O 2 与 SO 2 充分接触　不能确定是否产生 Na 2 SO 4 ， Na 2 SO 3 ＋ Na 2 O 2 ＋ H 2 O=Na 2 SO 4 ＋ 2NaOH Ⅲ .(6) 在烧杯和硬质玻璃管之间加安全瓶 ( 其他合理答案均可 ) 。或：烧杯中导管接倒置的漏斗，且漏斗口刚好接触溶液