2021版高考化学一轮复习定量分析型综合实验题作业

2021版高考化学一轮复习定量分析型综合实验题作业

第32讲　定量分析型综合实验题 ‎1.(2020·山东青岛平度一中高三阶段性质量检测)Cu2SO3·CuSO3·2H2O 是一种深红色固体(以下用M表示)。某学习小组拟测定胆矾样品的纯度,并以其为原料制备M。‎ 已知:①M不溶于水和乙醇,‎100 ℃‎时发生分解反应; ②M可由胆矾和SO2为原料制备,反应原理3Cu2++6H2O+3SO2Cu2SO3·CuSO3·2H2O↓+8H++S。‎ Ⅰ.测定胆矾样品的纯度。‎ ‎(1)取w g胆矾样品溶于蒸馏水配制成250 mL溶液,从中取25.00 mL于锥形瓶中,加入指示剂,用c mol·L-1 EDTA(简写成Na4Y)标准溶液滴定至终点(滴定原理:Cu2++Y4-CuY2-),测得消耗了V mL EDTA标准溶液。则该胆矾样品的纯度为　　　　%(用含c、V、w的代数式表示)。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,测得的结果会　　　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 ‎ Ⅱ.制备M。实验装置如图所示:‎ ‎(2)实验室用70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下制备SO2。上图A处的气体发生装置可从下图装置中选择,最合适的是　　　　(填字母)。 ‎ ‎(3)装置D中的试剂是　　　　　　。装置B中水浴加热的优点是　。 ‎ ‎(4)实验完毕冷却至室温后,从锥形瓶中分离产品的操作包括:　　　　、水洗、乙醇洗、常温干燥,得产品Cu2SO3·CuSO3·2H2O。检验产品已水洗完全的操作是　 。 ‎ 解析:(1)Cu2+～Y4-,故胆矾样品的纯度=×100%=%。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,EDTA标准溶液在滴定管中会被稀释,使滴定消耗的EDTA标准溶液体积偏大,结果偏高。‎ ‎(2)70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下反应生成SO2,应选择固液不加热制气装置,即装置a。‎ ‎(3)装置D用于吸收未反应的SO2,其中盛装的试剂可以是NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液或Na2SO3溶液等。装置B中水浴加热的优点是受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解。‎ ‎(4)用过滤的方法分离固体和溶液。水洗的目的是除去产品表面的可溶性杂质,通过检验洗涤液中是否存在S或H+来判断水洗是否完全。‎ 答案:(1)　偏高 ‎(2)a ‎(3)NaOH溶液(其他合理答案也可)　受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解 ‎(4)过滤　取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无沉淀生成,则 产品已水洗完全(也可检验最后一次洗涤液中的H+)‎ ‎2.(2020·湖南永州模拟)可利用下图中的实验装置测定足量铜与适量一定浓度的浓硝酸反应生成NO和NO2的物质的量之比(用m表示),其中装置C由广口瓶和量气管组成,量气管由甲、乙两根玻璃管组成,用橡皮管连通,并装入适 量水,甲管有刻度(0～50 mL),乙管可上下移动。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)实验中气体(NO和NO2)发生装置应选择　　　　(填装置序号)。 ‎ ‎(2)实验中气体(NO和NO2)通入C装置,请在下图的广口瓶中将导气管画出。‎ ‎(3)连接好装置,检查气密性后,应进行的操作:‎ 第一:打开b,向C装置的乙管中加适量水;‎ 第二:　 ; ‎ 第三:将分液漏斗颈上的玻璃塞打开,再将分液漏斗下面的活塞拧开,向烧瓶中加入浓硝酸,与铜反应。‎ ‎(4)实验前甲、乙两管液面在同一水平面上,最后读数时乙管的液面高于甲管的液面。此时应将乙管　 　　　(填“向上”或“向下”)移动,使　 。 ‎ ‎(5)实验后若量气管中气体的体积(已换算成标准状况)为V(L),C中硝酸的物质的量为n mol,则用含n和V的式子表示m=　　　　　　　　(结果可不必化简)。 ‎ 解析:(1)足量的Cu粉和适量的浓HNO3反应,开始发生反应Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑,有红棕色的NO2气体生成;随着反应的进行,HNO3不断消耗,HNO3的浓度逐渐降低而变成稀HNO3,发生反应3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑,产生的气体为无色NO气体,故由气体发生装置导出的气体主要是NO、NO2组成的混合气体,为了防止生成的NO被空气中的O2氧化,所以反应开始前,应向装置中通入N2,以驱赶其中的空气,故发生装置应选择B。‎ ‎(2)装置中测定气体体积的部分是利用气体压强关系,在有刻度的甲玻璃管中读出气体体积,反应中生成的气体含有二氧化氮和一氧化氮,所以气体需要通过水除去二氧化氮,导气管应长进短出,所以装置图为。‎ ‎(3)为避免生成的一氧化氮气体被空气中的氧气氧化,需要通入氮气,把空气赶净,故第二步操作为:打开a,通入足量N2,排净装置中的空气,关闭a、b。‎ ‎(4)实验前甲、乙两管液面在同一水平面上,最后读数时乙管的液面高于甲管的液面,为避免压强造成的误差,应向下移动乙管,使甲、乙两管液面在同一水平面上。‎ ‎(5)实验后若量气管中气体的体积(已换算成标准状况)为V(L),气体为一氧化氮,物质的量为= mol,C中硝酸的物质的量为n mol,是二氧化氮和水反应生成的,反应的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO,所以生成n mol硝酸需要NO2物质的量为1.5n mol,生成NO物质的量为0.5n mol;则铜与硝酸反应生成的气体中,NO2物质的量为1.5n mol,NO物质的量为 mol-0.5n mol;足量铜与适量一定浓度的浓硝酸反应生成的NO气体和NO2气体的物质的量之比(用n、V表示m),m为( mol-0.5n mol)/1.5n mol=(V-11.2n)/33.6n。‎ 答案:(1)B　(2)‎ ‎(3)打开a,通入足量N2,排净装置中的空气,关闭a、b ‎(4)向下　甲、乙两管液面在同一水平面上 ‎(5)(V-11.2n)/33.6n ‎3.(2020·湖南永州模拟)目前流行的关于生命起源假设的理论认为,生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境,这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构,如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等,这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应。某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时,设计了下列实验。‎ ‎【实验Ⅰ】确定硫的质量:‎ 按图连接装置,检查好装置的气密性后,在硬质玻璃管A中放入‎1.0 g铁硫簇结构(含有部分不反应的杂质),在试管B中加入50 mL 0.100 mol·L-1的酸性KMnO4溶液,在试管C中加入品红溶液。通入空气并加热,发现固体逐渐转变为红棕色。待固体完全转化后,将B中溶液转移至250 mL容量瓶,洗涤试管B后定容。取25.00 mL该溶液用0.01 mol·L-1的草酸(H‎2C2O4)溶液滴定剩余的KMnO4。记录数据如下:‎ 滴定 待测溶液 草酸溶液体积/mL 次数 体积/mL 滴定前刻度 滴定后刻度 ‎1‎ ‎25.00‎ ‎1.50‎ ‎23.70‎ ‎2‎ ‎25.00‎ ‎1.02‎ ‎26.03‎ ‎3‎ ‎25.00‎ ‎0.00‎ ‎24.99‎ 相关反应:①2Mn+2H2O+5SO22Mn2++5S+4H+‎ ‎②2Mn+6H++5H‎2C2O42Mn2++10CO2↑+8H2O ‎【实验Ⅱ】确定铁的质量:‎ 将实验Ⅰ硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中,充分搅拌后过滤,在滤液中加入足量的NaOH溶液,过滤后取滤渣,经充分灼烧得‎0.6 g固体。‎ 试回答下列问题:‎ ‎(1)判断滴定终点的方法是　 。 ‎ ‎(2)试管C中品红溶液的作用是　 。 ‎ 有同学提出,撤去C装置对实验没有影响,你的看法是　　　　　(填“同意”或“不同意”),理由是　  ‎ ‎ 　。 ‎ ‎(3)根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为　　　　。 ‎ ‎【问题探究】‎ 滴定过程中,细心的同学发现该KMnO4溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究速率加快的原因,该同学继续进行了下列实验,实验数据如表:‎ 编号 温度/℃‎ 酸化的H‎2C2O4‎ 溶液/mL KMnO4‎ 溶液/mL 溶液褪色 时间/s ‎1‎ ‎25‎ ‎5.0‎ ‎2.0‎ ‎40‎ ‎2‎ ‎25‎ ‎5.0(另加少量可 溶于水的 MnSO4粉末)‎ ‎2.0‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎60‎ ‎5.0‎ ‎2.0‎ ‎25‎ ‎(4)分析上述数据,滴定过 程中反应速 率加快的一种可能原因是 ‎　 。 ‎ 解析:(1)KMnO4溶液本身为紫色,而反应后的Mn2+为无色,所以当溶液由紫红色变为无色且半分钟内不变色时,标志达到了滴定终点。‎ ‎(2)试管C中品红溶液的作用是确认SO2是否除净。由于KMnO4溶液本身有颜色,所以颜色不再发生变化时,也可表明SO2被完全吸收,故撤去C装置对实验没有影响。‎ ‎(3)三次实验所耗草酸溶液分别为22.20 mL、25.01 mL、24.99 mL,第一组实验数据偏差过大舍去;则平均耗草酸溶液25.00 mL,则过量KMnO4:×2×10=1.0×10-3 mol,与SO2反应的KMnO4:‎0.05 L×0.100 mol·L-1-1.0×10-3 mol=4×10-3 mol,则生成SO2:4×10-3 mol×=0.01 mol。‎ 根据[实验Ⅱ],n(Fe2O3)==0.003 75 mol,‎ 则x∶y=(0.003 75 mol×2)∶(0.01 mol)=3∶4,‎ 所以FexSy化学式为Fe3S4。‎ 答案:(1)当滴入最后一滴草酸溶液时,锥形瓶中溶液由紫红色变为无色,且半分钟内不变色 ‎(2)验证SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收　同意　当B中溶液颜色不变化,即可证明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收　(3)Fe3S4　(4)Mn2+对反应起到催化作用(或反应放热使温度升高),加快反应速率 ‎4.滴定在化工生产中常用来测定物质的质量分数。‎ Ⅰ.过氧乙酸(CH3COOOH)用作纺织品漂白剂,可通过下列方法制备:向烧瓶中依次加入乙酸、42.5%过氧化氢溶液、浓硫酸。控制反应温度为‎25 ℃‎,搅拌4小时,静置15小时,得过氧乙酸溶液。‎ ‎(1)制备‎20 g 38%过氧乙酸溶液至少需要42.5%过氧化氢溶液质量为　　　　。 ‎ ‎(2)过氧乙酸含量测定。准确称取0.500 ‎0 g过氧乙酸样液,定容于100 mL容量瓶中,取5.00 mL上述溶液于100 mL锥形瓶中,再加入5.0 mL 2 mol·L-1硫酸溶液(已除去过氧乙酸试样中剩余H2O2),随即加入过量KI溶液,摇匀,用0.010 0 mol·L-1 Na2S2O3标准液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。‎ 已知:CH3COOOH+2I-+2H+I2+CH3COOH+H2O ‎2S2+I22I-+S4‎ ‎①加入过量KI溶液前,需除去H2O2的原因是(用离子方程式表示)  ‎ ‎ 　。 ‎ ‎②计算过氧乙酸样液中过氧乙酸的质量分数是　　　　。 ‎ ‎③用该法测定过氧乙酸含量比实际含量偏高的原因是(不考虑实验操作产生的误差)　 。 ‎ Ⅱ.取‎4.00 g软锰矿(主要成分MnO2,杂质不与H‎2C2O4、 KMnO4等反应),用下述方法测定其中锰元素的含量。‎ ‎(3)向制取的MnO2中加入过量酸化的0.50 mol·L-1 H‎2C2O4 50.00 mL,MnO2完全溶解,并产生A气体,该反应的离子方程式为　。 ‎ 然后用0.10 mol·L-1 KMnO4溶液滴定过量的H‎2C2O4溶液(产物与上述反应一致),滴定终点时消耗KMnO4溶液30.00 mL,则软锰矿中的锰元素质量分数是　　　　(保留1位小数)。 ‎ ‎(4)某饮料中含有少量的SO2,某同学用下列装置测量SO2的含量。‎ B中加入300.00 mL饮料和适量盐酸,加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应,其化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　;除去C中过量的H2O2,然后用0.090 0 mol·L-1 NaOH标准溶液进行滴定,若用50 mL滴定管进行实验,当滴定管中的液面在刻度“‎10”‎处,则管内液体的体积(填序号)　　　　(①=10 mL,②=40 mL,③<10 mL,④>‎ ‎40 mL),滴定至终点时,消耗NaOH溶液25.00 mL,该饮料中SO2含量为 ‎　　　 　 g·L-1。 ‎ 解析:(1)设制备‎20 g 38%过氧乙酸溶液至少需要42.5%过氧化氢溶液质量为x。‎ H2O2+CH3COOHCH3COOOH+H2O ‎34 76‎ x×42.5% ‎20 g×38%‎ x=‎8 g。‎ ‎(2)①加入过量KI溶液前,需除去H2O2的原因是过氧化氢也会氧化碘离子,会干扰测定结果。‎ ‎②n(S2)=0.010 0 mol·L-1×0.025 ‎00 L=2.5×10-4 mol,‎ CH3COOOH+2I-+2H+I2+CH3COOH+H2O ‎2S2+I22I-+S4,‎ CH3COOOH～I2～2S2。‎ n(CH3COOOH)=n(S2)=×2.5×10-4 mol=1.25×10-4 mol,‎ w=×100%=38.0%。‎ ‎③实验过程中空气中氧气都会氧化碘离子造成测定的含量偏高。‎ ‎(3)H‎2C2O4的物质的量为0.50 mol·L-1×‎0.05 L=0.025 mol,MnO2完全溶解,并产生A气体即二氧化碳气体,该反应的离子方程式:MnO2+H‎2C2O4+2H+Mn2++2CO2↑+2H2O,然后用0.10 mol·L-1 KMnO4溶液滴定过量的H‎2C2O4溶液(产物与上述反应一致),则根据电子得失守恒可知2KMnO4～5H‎2C2O4,滴定终点时消耗KMnO4溶液30.00 mL,‎ 则消耗的KMnO4物质的量为0.10 mol·L-1×‎0.03 L=0.003 mol,所以与KMnO4反应的H‎2C2O4的物质的量为 0.003 mol×=0.007 5 mol,因此与二氧化锰反应的H‎2C2O4的物质的量为0.025 mol-0.007 5 mol=0.017 5 mol,则二氧化锰的物质的量为0.017 5 mol,所以软锰矿中的锰元素质量分数是×100%≈24.1%。‎ ‎(4)H2O2将SO2氧化,生成H2SO4;滴定管下端的一部分没有刻度,当滴定管中的液面在刻度“‎10”‎处,则管内液体的体积>40 mL;滴定时发生硫酸和氢氧化钠的中和反应,根据硫原子守恒得n(SO2)=×n(NaOH)=×0.090 0 mol·L-1×25.00×10‎-3 L=1.125×10-3 mol,m(SO2)=1.125×10-3 mol×‎64 g·mol-1=72×10‎-3 g,饮料中SO2的含量为72×10‎-3 g÷(300.00×10‎-3 L)=‎0.24 g·L-1。‎ 答案:(1)‎‎8 g ‎(2)①2I-+H2O2+2H+I2+2H2O ‎②38.0%‎ ‎③在酸性溶液中I-会被空气中氧气氧化为I2‎ ‎(3)MnO2+H‎2C2O4+2H+Mn2++2CO2↑+2H2O ‎24.1%‎ ‎(4)SO2+H2O2H2SO4　④　0.24‎ ‎5.碳酸镁晶须是一种新型的吸波隐形材料中的增强材料。‎ ‎(1)合成该物质的步骤如下:‎ 步骤1:配制0.5 mol·L-1 MgSO4溶液和0.5 mol·L-1 NH4HCO3溶液。‎ 步骤2:用量筒量取500 mL NH4HCO3溶液于1 000 mL四口烧瓶中,开启搅拌器,温度控制在‎50 ℃‎。‎ 步骤3:将250 mL MgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中,1 min内滴加完后,用氨水调节溶液pH到9.5。‎ 步骤4:放置1 h后,过滤,洗涤。‎ 步骤5:在‎40 ℃‎的真空干燥箱中干燥10 h,得碳酸镁晶须产品(MgCO3·nH2O,n=1～5)。‎ 则步骤3中加氨水后的离子方程式为  ‎ ‎　 。 ‎ ‎(2)测定合成的MgCO3·nH2O中的n值。‎ 称量‎1.000 g碳酸镁晶须,放入上图所示的广口瓶中,加入适量水,滴入稀硫酸与晶须反应,生成的CO2被NaOH溶液吸收,在室温下反应4～5 h,反应后期将温度升到‎30 ℃‎,最后的烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定,测得CO2的总量;重复上述操作2次。‎ ‎①图中气球的作用是　 ; ‎ ‎②上述反应后期要升温到‎30 ℃‎,主要目的是　 ; ‎ ‎③设3次实验测得每‎1.000 g碳酸镁晶须产生的CO2平均值为a mol,则n值为　　　　　(用含a的表达式表示)。 ‎ ‎(3)称取‎100 g上述晶须产品进行热重分析,热重曲线如图。则该条件下合成的晶须中,n=　　　　(填“‎1”‎“‎2”‎“‎3”‎“‎4”‎或“‎5”‎)。 ‎ 解析:(1)HC与NH3·H2O反应生成C,C与Mg2+结合生成MgCO3沉淀,由此可写出NH4HCO3与NH3·H2O、MgSO4反应的离子方程式。(2)①开始产生的CO2速率大于NaOH溶液吸收CO2的速率,气球逐渐胀大,暂时储存CO2,避免产生的CO2使内部压强过大,造成气体泄漏;后期CO2被NaOH溶液吸收时,气球逐渐变小。②使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全。‎ ‎③找出关系:MgCO3·nH2O　　～　　CO2‎ ‎ (84+18n)g 1 mol ‎ ‎1.000 g a mol 得n=。‎ ‎(3)从图中看,剩余质量为‎82.3 g时,减少的质量为失去的结晶水的质量;剩余‎39.5 g时,减少的质量为分解出的CO2的质量,列式:‎100 g×‎ ‎=‎100 g-82.3 g,得n≈1。‎ 答案:(1)Mg2++NH3·H2O+HCMgCO3↓+N+H2O　(2)①暂时储存CO2,有利于CO2被NaOH溶液吸收,且能保持装置中压强相对稳定　②升高温度气体的溶解度减小,使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全 ‎③　(3)1‎