2021高考化学一轮复习必考大题专练（三）化学实验综合探究题新人教版

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1 化学实验综合探究题 1．[2019·天津卷，9]环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下： 回答下列问题： Ⅰ.环己烯的制备与提纯 (1) 原 料 环 己 醇 中 若 含 苯 酚 杂 质 ， 检 验 试 剂 为 __________________ ， 现 象 为 ________________________。 (2)操作 1 的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。 ①烧瓶 A 中进行的可逆反应化学方程式为________________________，浓硫酸也可作该 反应的催化剂，选择 FeCl3·6H2O 而不用浓硫酸的原因为______________________(填序号)。 a．浓硫酸易使原料炭化并产生 SO2 b．FeCl3·6H2O 污染小、可循环使用，符合绿色化学理念 c．同等条件下，用 FeCl3·6H2O 比浓硫酸的平衡转化率高 ②仪器 B 的作用为________________。 (3)操作 2 用到的玻璃仪器是________________。 (4)将操作 3(蒸馏)的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石， ________________，弃去前馏分，收集 83 ℃的馏分。 Ⅱ.环己烯含量的测定 在一定条件下，向 a g 环己烯样品中加入定量制得的 b mol Br2，与环己烯充分反应后， 剩余的 Br2 与足量 KI 作用生成 I2，用 c mol·L－1 的 Na2S2O3 标准溶液滴定，终点时消耗 Na2S2O3 标准溶液 V mL(以上数据均已扣除干扰因素)。 测定过程中，发生的反应如下： ① ②Br2＋2KI===I2＋2KBr ③I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6 2 (5) 滴 定 所 用 指 示 剂 为 ________________ 。 样 品 中 环 己 烯 的 质 量 分 数 为 ________________(用字母表示)。 (6)下列情况会导致测定结果偏低的是________________(填序号)。 a．样品中含有苯酚杂质 b．在测定过程中部分环己烯挥发 c．Na2S2O3 标准溶液部分被氧化 2．[2019·江苏卷，19]实验室以工业废渣(主要含 CaSO4·2H2O，还含少量 SiO2、Al2O3、 Fe2O3)为原料制取轻质 CaCO3 和(NH4)2SO4 晶体，其实验流程如下： (1)室温下，反应 CaSO4(s)＋CO2－ 3 (aq) CaCO3(s)＋SO2－ 4 (aq)达到平衡，则溶液中 c SO2－ 4 c CO2－ 3 ＝________[Ksp(CaSO4)＝4.8×10－5，Ksp(CaCO3)＝3×10－9]。 (2) 将 氨 水 和 NH4HCO3 溶 液 混 合 ， 可 制 得 (NH4)2CO3 溶 液 ， 其 离 子 方 程 式 为 ____________________ ； 浸 取 废 渣 时 ， 向 (NH4)2CO3 溶 液 中 加 入 适 量 浓 氨 水 的 目 的 是 ____________________。 (3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在 60～70 ℃，搅拌，反应 3 小 时。温度过高将会导致 CaSO4 的转化率下降，其原因是________________；保持温度、反应 时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高 CaSO4 转化率的操作有________________。 (4)滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质 CaCO3 所需的 CaCl2 溶液。设计以水洗后的滤 渣为原料，制取 CaCl2 溶液的实验方案： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ [已知 pH＝5 时 Fe(OH)3 和 Al(OH)3 沉淀完全；pH＝8.5 时 Al(OH)3 开始溶解。实验中必 须使用的试剂：盐酸和 Ca(OH)2]。 3．[2019·浙江 4 月，31]某兴趣小组在定量分析了镁渣(含有 MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3、 Al2O3、Fe2O3 和 SiO2)中 Mg 含量的基础上，按如下流程制备六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)。 3 相关信息如下： ①700 ℃只发生 MgCO3 和 Mg(OH)2 的分解反应。 ②NH4Cl 溶液仅与体系中的 MgO 反应，且反应程度不大。 ③“蒸氨”是将氨从固液混合物中蒸出来，且须控制合适的蒸出量。 请回答： (1)下列说法正确的是________。 A．步骤Ⅰ，煅烧样品的容器可以用坩埚，不能用烧杯和锥形瓶 B．步骤Ⅲ，蒸氨促进平衡正向移动，提高 MgO 的溶解量 C．步骤Ⅲ，可以将固液混合物 C 先过滤，再蒸氨 D．步骤Ⅳ，固液分离操作可采用常压过滤，也可采用减压过滤 (2)步骤Ⅲ，需要搭建合适的装置，实现蒸氨、吸收和指示于一体(用硫酸溶液吸收氨气)。 ①选择必须的仪器，并按连接顺序排列(填写代表仪器的字母，不考虑夹持和橡皮管连 接)：热源→________。 ②为了指示蒸氨操作完成，在一定量硫酸溶液中加指示剂，请给出指示剂并说明蒸氨可 以停止时的现象________。 (3)溶液 F 经盐酸酸化、蒸发、结晶、过滤、洗涤和低温干燥得到产品。取少量产品溶 于水后发现溶液呈碱性。 ①含有的杂质是________。 ②从操作上分析引入杂质的原因是________。 (4)有同学采用盐酸代替步骤Ⅱ中的 NH4Cl 溶液处理固体 B，然后除杂，制备 MgCl2 溶液。 已知金属离子形成氢氧化物沉淀的 pH 范围： 金属离子 pH 开始沉淀 完全沉淀 Al3＋ 3.0 4.7 4 Fe3＋ 1.1 2.8 Ca2＋ 11.3 — Mg2＋ 8.4 10.9 请给出合理的操作排序(从下列操作中选取，按先后次序列出字母，操作可重复使用)： 固体 B→a→( )→( )→( )→( )→( )→( )→MgCl2 溶液→产品。 a．用盐酸溶解 b．调 pH＝3.0 c．调 pH＝5.0 d．调 pH＝8.5 e．调 pH＝11.0 f．过滤 g．洗涤 4．柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂，可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列 反应制备： FeSO4＋Na2CO3===FeCO3↓＋Na2SO4 FeCO3＋C6H8O7===FeC6H6O7＋CO2↑＋H2O 下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1 计算)。 金属离子 开始沉淀的 pH 沉淀完全的 pH Fe3＋ 1.1 3.2 Al3＋ 3.0 5.0 Fe2＋ 5.8 8.8 (1)制备 FeCO3 时，选用的加料方式是________(填字母)，原因是________。 a．将 FeSO4 溶液与 Na2CO3 溶液同时加入到反应容器中 b．将 FeSO4 溶液缓慢加入到盛有 Na2CO3 溶液的反应容器中 c．将 Na2CO3 溶液缓慢加入到盛有 FeSO4 溶液的反应容器中 (2)生成的 FeCO3 沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)将制得的 FeCO3 加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80 ℃下搅拌反应。① 铁粉的作用是____________________。②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是 ____________________。 (4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁 晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是 ________________________________________________________________________。 (5) 5 某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发，先制备绿矾， 再合成柠檬酸亚铁。请结合右图的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备 FeSO4·7H2O 晶体的实验步骤(可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和 NaOH 溶液)：向一定量烧渣中加入足量的 稀硫酸充分反应， ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 得到 FeSO4 溶液， ________________________________________________________________________， 得到 FeSO4·7H2O 晶体。 5．保护环境是全球关注的问题。 Ⅰ.某环保部门处理含 CN－电镀废水的方法如图(CN－和 CNO－中 N 的化合价均为－3 价)： 某学习小组依据上述方法，用下图实验装置进行该电镀废水处理的研究。 操作步骤： ⅰ.先关闭装置甲的开关，再将含 CN－废水与过量 NaClO 溶液混合，取 200 mL 混合液[其 中 c(CN－)为 0.200 mol·L－1]加入装置甲中，塞上橡皮塞。 ⅱ.待装置甲中充分反应后，打开开关，使溶液全部流入装置乙中，关闭开关。 (1)写出装置乙中反应的离子方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)装置丙中的试剂是________，装置丁的作用是 6 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)假定上述实验中的气体都被充分吸收。若干燥管Ⅰ增重 1.408 g。则 CN－被处理的百 分率为______。 (4)你认为用此装置进行实验，与(3)对比，CN－被处理的百分率将________(填“偏高”、 “偏低”、“无法确定”或“无影响”)，简述你的理由： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.防治空气污染，燃煤脱硫很重要。目前，科学家对 Fe3＋溶液脱硫技术的研究已取得 新成果。 (5)某学习小组为了探究“SO2 与 Fe3＋反应的产物”，将过量的 SO2 通入 FeCl3 溶液中后， 各取 10 mL 反应液分别加入编号为 A、B、C 的试管中，并设计以下 3 种实验方案： 方案①：A 中加入少量 KMnO4 溶液，溶液紫红色褪去。 方案②：B 中加入 KSCN 溶液，溶液不变血红色，再加入新制的氯水，溶液变血红。 方案③：C 中加入稀盐酸酸化的 BaCl2 溶液，产生白色沉淀。上述实验方案中不合理的 是________________________________________________________________________。 高考必考大题专练(三) 1．解析：(1)苯酚遇到 FeCl3 溶液显紫色，FeCl3 溶液常用于检验苯酚。 (2)①结合制备流程知，环己醇在 FeCl3·6H2O 的催化下，加热生成环己烯，故烧瓶 A 中进行的可逆反应为 7 浓硫酸具有脱水性和强氧化性，能使原料环己醇炭化并产生 SO2；使用 FeCl3·6H2O 污染 小，符合绿色化学理念；催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡转化率。 ②B 为冷凝管，可以冷凝回流，减少环己醇蒸出。 (3)操作 2 是分液操作，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯。 (4)蒸馏操作时，加入待蒸馏的物质和沸石后，先通冷凝水，再加热，弃去前馏分，然 后收集。 (5)用 Na2S2O3 标准溶液滴定 I2 时常用淀粉溶液作指示剂；依据测定过程的反应可知，与 环己烯反应后剩余的 n(Br2)＝n(I2)＝1 2 n(Na2S2O3)＝1 2 cV×10 － 3 mol，则与环己烯反应的 n′(Br2)＝ b－1 2 cV×10－3 mol，则 n( )＝n′(Br2)＝ b－1 2 cV×10－3 mol，故样品中 环己烯的质量分数为 b－1 2 cV×10－3 ×82 g·mol－1 a g ×100%＝ b－ cV 2 000 ×82 a 。 (6)a 项，样品中含有苯酚杂质，苯酚能与 Br2 发生反应，消耗 Br2 的量增加，测定结果 偏高；b 项，测定过程中环己烯挥发，消耗 Br2 的量减少，测定结果偏低；c 项，Na2S2O3 标准 液部分被氧化，则滴定过程中消耗 Na2S2O3 的量增多，计算出剩余的 Br2 的量偏多，则与环己 烯反应的 Br2 的量偏少，测定结果偏低。 答案：(1)FeCl3 溶液 溶液显紫色 (2)① a、b ②减少环己醇蒸出 (3)分液漏斗、烧杯 (4)通冷凝水，加热 (5)淀粉溶液 b－ cV 2 000 ×82 a (6)b、c 2．解析：(1)溶液中c SO2－ 4 c CO2－ 3 ＝c SO2－ 4 · c Ca2＋ c CO2－ 3 · c Ca2＋ ＝Ksp CaSO4 Ksp CaCO3 ＝4.8×10－5 3×10－9 ＝ 8 1.6×104。 (2)(NH4)2CO3 溶液中 CO 2－ 3 水解，CO2－ 3 ＋H2O HCO－ 3 ＋OH－，加入适量浓氨水，溶液中 OH －浓度增大，抑制 CO 2－ 3 水解，从而增加溶液中 CO 2－ 3 的浓度，促进 CaSO4 转化为 CaCO3。 (3)(NH4)2CO3 受热易分解，生成 NH3、CO2、H2O；加快搅拌速率可使反应物反应更充分， 提高 CaSO4 的转化率。 (4)滤渣的主要成分有 CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3。用盐酸将其溶解后，过滤除去 SiO2。 用 Ca(OH)2 调节滤液的 pH 到 5～8.5，使 Fe3＋和 Al3＋完全沉淀，过滤除去 Fe(OH)3 和 Al(OH)3。 答案：(1)1.6×104 (2)HCO－ 3 ＋NH3·H2O===NH＋ 4 ＋CO2－ 3 ＋H2O (或 HCO－ 3 ＋NH3·H2O NH＋ 4 ＋CO2－ 3 ＋H2O) 增加溶液中 CO 2－ 3 的浓度，促进 CaSO4 的转化 (3)温度过高，(NH4)2CO3 分解 加快搅拌速率 (4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中 分批加入少量 Ca(OH)2，用 pH 试纸测量溶液 pH，当 pH 介于 5～8.5 时，过滤 3．解析：(1)煅烧样品应在坩埚中进行，不能在烧杯和锥形瓶中进行，A 项正确；蒸氨 促进反应 MgO＋2NH4Cl＋H2O MgCl2＋2NH3·H2O 正向移动，提高 MgO 的溶解量，B 项正确； 由于 NH4Cl 溶液与 MgO 的反应程度不大，先过滤，再蒸氨导致大量未反应的 MgO 损失，产率 降低，C 项错误；最后得到的是 MgCl2·6H2O，固液分离操作既可以用常压过滤，也可以用减 压过滤，D 项正确。(2)①装置 a 用作反应容器，装置 d 用于导气，装置 f 用于防倒吸，装 置 c 用于尾气处理(吸收氨)，故连接的顺序为热源→a→d→f→c。②当 H2SO4 溶液中的 H2SO4 均转化为(NH4)2SO4 时，表示蒸氨可以停止时的现象是溶液由红色变为橙色。(3)①产品溶于 水后溶液呈碱性，说明可能含有的杂质为 Mg(OH)2 或 Mg(OH)Cl。②引入该杂质最有可能的操 作是过度蒸发浓缩导致 Mg2＋水解生成 Mg(OH)2 或 Mg(OH)Cl。(4)若用盐酸代替 NH4Cl 溶液， 则用盐酸溶解固体 B 所得溶液中含有 Mg2＋、Al3＋、Fe3＋和 Ca2＋。根据金属离子形成氢氧化物 沉淀的 pH 范围，可先将溶液 pH 调节至 5.0，使 Fe3＋和 Al3＋分别完全转化为 Fe(OH)3 和 Al(OH)3 沉淀从而过滤除去，再将溶液 pH 调节至 11.0，将 Mg2＋转化为 Mg(OH)2，过滤得到 Mg(OH)2 固 体 ， 洗 涤 后 用 盐 酸 溶 解 即 可 得 到 MgCl2 溶 液 ， 故 合 理 的 操 作 顺 序 为 固 体 B→a→c→f→e→f→g→a。 答案：(1)ABD (2)①a→d→f→c ②甲基橙，颜色由红色变橙色 (3)①碱式氯化镁(氢 氧化镁) ②过度蒸发导致氯化镁水解 (4)c→f→e→f→g→a 4．解析：(1)Fe2＋开始生成 Fe(OH)2 的 pH 为 5.8，为防止 Fe(OH)2 的生成，应将 Na2CO3 溶液滴加到 FeSO4 溶液中制备 FeCO3。 (2)沉淀洗涤的目的是除去沉淀吸附的可溶性杂质，由制备反应可知 FeCO3 沉淀中吸附 的离子有 Na＋、SO2－ 4 、CO 2－ 3 等，检验其中某种离子是否存在即可证明沉淀是否已洗净，实际 9 检验时应尽量选择现象明显、灵敏度高的离子来检验，本题选择检验 SO 2－ 4 是否存在较为合 适。 (3)因 Fe2＋易被空气中的 O2 氧化，故应加入铁粉防止 Fe2＋被氧化，过量的铁粉可加入适 量柠檬酸使之完全反应生成柠檬酸亚铁。 (4)“醇析法”在《实验化学》中已有涉及，加入乙醇可降低产品在水中的溶解量，有 利于晶体结晶析出。 (5)硫铁矿烧渣与足量稀硫酸充分反应后，过滤滤去 SiO2，为除去滤液中的 Al3＋，可调 节溶液 pH 约为 5，但此时滤液中 Fe3＋也已沉淀完全，故在调 pH 之前需先加入过量铁粉将 Fe3 ＋还原成 Fe2＋。从 FeSO4·7H2O 溶解度曲线可知，要从 FeSO4 溶液中获得 FeSO4·7H2O 晶体， 应先将溶液加热浓缩得到 60 ℃饱和溶液，然后再冷却结晶，过滤得到晶体后，为减少晶体 洗涤时的溶解损耗，洗涤剂应选择冰水。为防止晶体干燥时脱水，应选择低温干燥或真空干 燥等方式。 答案：(1)c 避免生成 Fe(OH)2 沉淀 (2)取最后一次的洗涤滤液 1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的 BaCl2 溶液， 若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净 (3)①防止＋2 价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全 (4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出 (5)过滤，向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加 NaOH 溶液调节反应液的 pH 约为 5，过滤；或过滤，向滤液中滴加过量的 NaOH 溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中 加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤 (滴加稀硫酸酸 化)加热浓缩得到 60 ℃饱和溶液，冷却至 0 ℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥 5．解析：(1)根据图示，乙中 CNO－和 ClO－在酸性条件下发生氧化还原反应，最终 CNO－ 被氧化为 N2，ClO－被还原为 Cl2，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式。 (2)装置丙的作用是吸收混合气中的 H2O，应选择浓硫酸，装置丁的作用是吸收混合气中 的 Cl2。 (3)干燥管Ⅰ增加的质量为反应产生的 CO2 的质量，根据 CN－～CO2，则被处理的 n(CN－) ＝ 1.408 g 44 g·mol－1＝0.032 mol，CN－被处理的百分率为 0.032 mol 0.200 mol·L－1×0.2 L ×100%＝80.0%。 (4)若 Cl2 在丁中没有被完全吸收，则结果偏高，若 CO2 残留在装置中，则结果偏低。 (5)方案①不合理，因为 SO2、Fe2＋均具有还原性，均能与 KMnO4 发生氧化还原反应而使 溶液褪色。 答案：(1)2CNO－＋6ClO－＋8H＋===N2↑＋2CO2↑＋3Cl2↑＋4H2O (2)浓硫酸 吸收混合气中的 Cl2 (3)80.0% 10 (4)偏高 部分 Cl2 在装置丁中没有被吸收而在干燥管Ⅰ中被吸收(或偏低 部分 CO2 残 留在装置内没有在干燥管Ⅰ中被完全吸收 或无法确定 部分 Cl2 在干燥管Ⅰ中被吸收，部 分 CO2 没有在干燥管Ⅰ中被吸收) (5)方案①