最新精编高中人教版高三化学一轮总复习第十章第2讲公开课优质课教学设计.docx
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第2讲 物质制备与工艺流程分析型实验题
热点一 物质制备实验题
物质制备是中试验的重要组成部分,以新物质制备为背景的实验题,涉及知识面广、题型多变、思维发散空间大,能很好的考查生综合运用试验基础知识解决实际问题的能力,因而倍受高考命题者的青睐。
解答此类试题的一般程序是
第一,认真阅读题干,抽取有用信息;第二,仔细观察装置图(或框图),联想熟悉的实验,观察装置图(或框图),找出每件仪器(或步骤)与熟悉的某一实验相似的地方,分析每件仪器中所装药品的作用;第三,通读问题,整合信息作出答案,把所有的问题进行综合分析,运用题给信息和基础知识作出正确答案。
【典例1】 [2012·山东综,30(4)]无水A3(183℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾,实验室可用下列装置制备。
装置B中盛放饱和N溶液,该装置的主要作用是______________。
F中试剂的作用是________________。
用一件仪器装填适当试剂后也可
起到F和G的作用,所装填的试剂为__________。
题中信息 A3性质:
①升华;②水解。
制A3的流程:
审装置图:
制取纯净干燥的氯气(A、B、)→生成无水A3(D)→收集无水A3(E)→保护措施
制备装置的识图技巧 ①明确目的;②所制备物质是否有特殊性质(即是否需要特殊保护);③制备过程中是否产生有毒气体等;④进入每一装置的物质是什么,吸收了什么物质或产生了什么物质。
解析 B中N溶液的作用是除去2中混有的H,F中试剂的作用是防止G中的水蒸气进入E中,使A3遇H2O反应产生大量白雾;用一件仪器装填适当试剂可起到F和G的作用,所加试剂应既能防止水蒸气进入E又能吸收尾气2,故可装填碱石灰。
答案 除去H气体 吸收水蒸气 碱石灰(或NOH与O混合物)
【典例2】 某
实验小组利用如下装置(部分固定装置略)制备氮钙(3N2),并探究其实验式。
(1)按图连接好实验装置。
检查装置的气密性,方法是
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
(2)反应过程中末端导管必须始终插入试管A的水中,目的是_________________。
(3
)制备氮钙的操作步骤是:
①打开活塞并通入N2;②点燃酒精灯,进行反应;③反应结束后,________;④拆除装置,取出产物。
(4)据记录如下:
空瓷舟质
量0/g
瓷舟与钙的
质量1/g
瓷舟与产物
的质量2/g
1480
1508
1515
①计算得到实验式N2,其中=________。
②若通入的N2中混有少量O2,请比较与3的大小,并给出判断依据:
______________________________________________________________________。
解析
(2)要保证整个装置不能混入其他气体;(3)一定要使玻璃管冷却后再停止通入氮气流;(4)要确定值必须求出钙和氮的原子个比,根据题目所给的据可做如下计算①()=(1508-1480)g=028g,(N)=(1515-1508)g=007g,则()∶(N)=∶=7∶5,则=;②若通入的N2中混有少量O2,则产物中就有可能混有了O,而3N2中钙的质量分为8108%,O中钙的质量分为7143%,所以产物中混有了O会导致钙的质量分减小,的值偏小。
答案
(1)关闭活塞,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热;冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,说明装置气密性良好
(2)防止空气中的氧气通过末端导管进入实验装置,氧单质钙,生成氧钙,引入杂质
(3)熄灭酒精灯,待玻璃管冷却至室温,停止通入氮气,并关闭活塞
(4)①280 ②<3,产物中生成了O
题组训练 气体制备方案探究
1.N2在诸多领域用途广泛。
某兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法,进行了认真的准备。
请你参与交流与讨论。
[查阅资料]N2的制法有下列三种方案:
方案1:
加热NNO2和NH4的浓溶液制得N2。
方案2:
加热条件下,以NH3还原O可制得N2,同时获得活性铜粉。
方案3:
将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。
[实验准备]以实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图(有的夹持和加热仪器未画出)。
[分析交流]
(1)若以方案1制得N2,应选择的发生装置是______________________________。
(2)若按方案2制得干燥、纯净的N2,且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料,整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是(填写序号)____________。
获得N2的反应原是(写反应方程式)_________________________________________________。
(3)若以排水法收集N2,其中会混入水蒸气。
但也不宜用
排空气法,其原因是______________________________________________________________________。
你提出的收集方法是___________________________________________________。
(4)上述三个方案中,制得的N2纯度最差的是__________。
在N2纯度要求不甚严格的情况下,有人建议将方案2和方案3结合使用,你认为其优点是______________。
答案
(1)A
(2)E→D→B→ 2NH3+3O3+N2+3H2O
(3)N2的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近(用气体密度大小比较回答问题也可) 用气囊收集(其他合答案也可)
(4)方案3 O和可循环利用,节省药品
解析 采用反应器的特点与反应物的状态以及反应条件有关,方案1为加热两种液态物质,符合此条件的只有A设备。
方案2为固体和气体的反应,反应器应选择B,但要求通入的氨气干燥且纯净,利用浓氨水和生石灰反应制取氨气为固液不加热的装置,选择E,但同时有水蒸气生成,因此利用碱石灰干燥,反应完毕后产生的水蒸气与没有参与反应的氨气与氮气一同导出,利用浓硫酸既可以除去水,又可以除去氨气。
排气法收集气体主要是利用气体密度的差别。
因此利用可以直接排空内部空气的装置收集氮气。
方案3利用了除去空气中的氧气即得氮气的原,空气中除了氧气和氮气外还有二氧碳和稀有气体,因此不纯净。
2.(2011·大纲全国卷,29)请回答下列实验室中制取气体的有关问题。
(1)下图是用MO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
装置B、、D的作用分别是:
B_____________________________________________
________________________;
____________________________________________________________________;
D_____________________________________________________________________。
(2)在实验室欲制取适量NO气体。
①下图中最适合完成该实验的简易装置是__________________________________
(填序号);
②根据所选的装置完成下表(不需要的可不填):
选项
应加入的物质
所起的作用
A
B
D
③简单描述应观察到的实验现象________________________________________。
答案
(1)向上排空气收集氯气 安全瓶作用,防止D中的液体倒吸进入集气管B中 吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境
(2)①Ⅰ
②
选项
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
制取NO气体
B
水
排水收集NO气体
主要是接收B中排出的水[]
D
③反应开始时,A中铜屑表面出现无色小气泡,反应速率逐渐加快;A管上部空间由无色逐渐变为浅红棕色,随着反应的进行又逐渐变为无色;A中的液体由无色变为浅蓝色;B中的水面逐渐下降,B管中的水逐渐流入烧杯中
解析
(1)MO4与浓盐酸发生反应:
2MO4+16H(浓)===2+2M2+52↑+8H2O。
装置B采用向上排空气法收集2,装置起安全瓶作用,防止D中的液体倒吸进入B中。
2具有毒性,装置D中NOH溶液用于吸收多余的2,防止污染环境。
(2)实验室制取NO气体通常用铜与稀硝酸反应:
3+8HNO3(稀)===3(NO3)2+2NO↑+4H2O。
由于NO易与空气中的O2反应生成NO2,不宜用排空气法收集NO气体,应用排水法收集NO,故装置Ⅱ和Ⅳ错误。
装置Ⅰ和Ⅲ比较,Ⅰ更简单,A中与稀硝酸反应生成NO气体,B中盛满水,用排水法收集NO。
热点二 工艺流程中的实验分析
工艺流程的命题很广,与各个知识模块的结合点较多,因此分析工业生产工艺流程题时,应将流程路线,试题设问和论知识有机结合起,它常常结合工艺流程考查基本实验问题,可以说它是无机框图题的创新。
流程的呈现形式有:
①操作流程;②物质变流程;③装置流程。
解题时首先要明确原料和产品(包括副产品),即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然,弄清有关反应原,明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)——知其所以然,最后联系储存的知识,有效地进行信息的利用,准确表述和工整书写。
由于工艺流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起,所以只有复习时牢固掌握实验基础知识,才能有效结合题中的信息,准确答题。
【典例1】 明矾石是制取钾肥和氢氧铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧铝和少量的氧铁杂质。
具体实验流程如下:
请回答下列问题:
(1)操作1所用到的玻璃仪器的名称是____________。
(2)由溶液3制取氢氧铝的离子方程式为______________________________
_____________________________________________________________________。
(3)明矾石焙烧时产生SO2,请你写出能验证SO2具有还原性且实验现象明显的方程式:
______________。
(4)请你写出验证溶液1中有NH的实验过程:
________________。
(5)实验室用F2O3与O反应制取单质F。
①请按气流由左到右的方向连接下列各装置,顺序为A→________。
②检查装置A气密性的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________。
③在点燃B处的酒精灯前,应进行的操作是__________________;④装置的作用是________________。
解析
(1)操作1是过滤,过滤操作所需要的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯和漏斗。
(2)经氨水浸泡,过滤得到固体氢氧铝和少量氧铁固体,再加入试剂1氢氧钠溶液并过滤,得到溶液3偏铝酸钠溶液,最后通入O2得到氢氧铝。
(3)检验SO2的还原性方法较多,可以用氯水、溴水或酸性高锰酸钾溶液检验SO2具有还原性。
(4)检验NH时,应先加入浓NOH溶液,然后加热,再用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒进行检验。
(5)先用NOH溶液除去O中的O2杂质,再通过碱石灰吸收水蒸气,再通过B中红热的氧铁,再通过NOH溶液洗气除去反应产生的O2,最后点燃未反应的O。
答案
(1)玻璃棒、烧杯和漏斗
(2)AO+2H2O+O2===A(OH)3↓+HO (3)SO2+2+2H2O===H2SO4+2H(其他合答案也可) (4)取少量溶液1,加入浓NOH溶液后加热,有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生,证明有NH(其他合答案也可) (5)①E→B→→D ②将导气管插入水槽中,关闭弹簧夹和活塞b,微热圆底烧瓶,导管口有气泡产生,撤去热,导管中形成一段水柱 ③检查O的纯度 ④除去O中的O2,有利于点燃O
【典例2】 聚合硫酸铁又称聚铁,式为[F2(OH)(SO4)3-05],广泛用于污水处。
实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧物及少量FS、SO2等)制备聚铁和绿矾(FSO4·7H2O),过程如下所示:
(1)验证固体W焙烧后产生的气体中含有SO2的方法是
______________________________________________________________________。
(2)制备绿矾时,向溶液中加入过量__________,充分反应后,经__________操作得到溶液Y,再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。
(3)溶液的pH影响聚铁中铁的质量分,用pH试纸测定溶液pH的操作方法为______________。
若溶液的pH偏小,将导致聚铁中铁的质量分__________(填“偏大”或“偏小”)。
解析
(1)利用SO2的漂白性鉴别二氧硫。
(2)溶液中有F3+、F2+,欲制绿矾,应把F3+转为F2+,所以要加过量的铁屑。
(3)用pH试纸测定溶液的pH,为了测定的准确性,应选用干燥、洁净的装置。
若pH偏小,酸性过强,则F3+难以形成聚铁胶体,所以聚铁中铁的质量分偏小。
答案
(1)将产生的气体通入盛有品红溶液的小试管中,若品红溶液褪色,加热能恢复原色,证明气体中含有SO2
(2)铁屑 过滤
(3)取一小块pH试纸,放在干燥、洁净的表面皿(或玻璃片)上,用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测溶液,滴到pH试纸上,然后与标准比色卡比较 偏小
物质制备工生产流程的主线一般为
题组一 操作流程式
1.过氧钙可以用于改善地表水质,处含重金属粒子废水和治赤潮,也可用于应急供氧等。
工业上生产过氧钙的主要流程如下:
已知O2·8H2O呈白色,微溶于水,加热至350℃左右开始分解放出氧气。
(1)用上述方法制取O2·8H2O的方程式是________;
(2)检验“水洗”是否合格的方法
是________;
(3)沉淀时常用冰水控制温度在0℃左右,其可能原因是(写出两种):
①____________;②____________。
(4)测定产品中O2的含量的实验步骤:
第一步:
准确称取g产品于有塞锥形瓶中,加入适量蒸馏水和过量的bgI晶体,再滴入少量2
·L-1的H2SO4溶液,充分反应。
第二步:
向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步:
逐滴加入浓度为c·L-1的N2S2O3溶液至反应完全,消耗N2S2O3溶液VL。
【已知:
I2+2S2O===2I-+S4O】
①O2的质量分为____________(用字母表示);
②某同第一步和第二步的操作都很规范,第三步滴速太慢,这样测得的O2的质量分可能________(填“不受影响”、“偏低”或“偏高”),原因是_________。
答案
(1)2+H2O2+2NH3+8H2O===O2·8H2O↓+2NH4
(2)可取最后一次洗涤液少许于试管中,再滴加稀硝酸酸的硝酸银溶液,看是否产生白色沉淀
(3)①温度低可减少过氧氢的分解,提高过氧氢的利用率
②该反应是放热反应,温度低有利于提高O2·8H2O的产率
(4)① ②偏高 滴速太慢,S2O在滴定过程中被氧气氧
题组二 物质变流程
2.碱式碳酸铜广泛用于制油漆颜料、烟火、杀虫剂、催剂、其他铜盐和固体荧光粉激活剂等,也用于种子处及作杀菌剂等。
某兴趣小组在实验室利用N2O3·10H2O跟SO4·5H2O反应制备并检验碱式碳酸铜,实验步骤如下:
黏胶状蓝绿色沉淀蓝绿色晶体
(1)写出制备碱式碳酸铜的方程式___________________________________。
(2)用研钵分别研细N2O3·10H2O和SO4·5H2O的目的是___________________。
(3)检验蓝绿色沉淀是否洗涤干净的实验操作是______________________________。
(4)碱式碳酸铜可以看成(OH)2·O3,该兴趣小组同选择下列实验仪器验证产物中含有(OH)2、O3。
①各装置连接顺序为________________。
②装置B中试剂的名称是__________,装置中试剂的名称是__________。
③证明含有O3的实验现象是_________________________________________,
证明含有(OH)2的实验现象是_________________________________________。
答案
(1)2SO4+2N2O3+H2O===2(OH)2O3↓+2N2SO4+O2↑
(2)增大反应物接触面积,使反应物充分混合并反应 (3)取最后一次洗涤液少许,滴加B2溶液,若没有白色沉淀产生,则沉淀已洗涤干净 (4)①AB ②澄清石灰水 无水硫酸铜粉末 ③装置B中澄清石灰水变浑浊 装置中白色粉末变为蓝色
解析
(1)制备碱式碳酸铜是利用了SO4和N2O3的水解相互促进的性质。
(2)用研钵分别研细N2O3·10H2O和SO4·5H2O是为了增大反应物的接触面积,使反应物充分混合并反应。
(3)若蓝绿色沉淀洗涤干净,则最后洗涤液中不含SO,滴加B2溶液,没有白色沉淀产生。
(4)利用无水硫酸铜可检验出加热后的产物中存在H2O,从而证明含有(OH)2,利用澄清石灰水可检验出加热后的产物中含有O2,从而证明含有O3。
但是检验H2O必须在检验O2之前。
题组三 综合流程型
3.氯亚铜在工业上应用广泛。
氯亚铜()为白色晶体,微溶于水,能溶于氨水、浓盐酸,并生成配合物,不溶于硫酸、稀硝酸和醇。
实验药品:
铜丝20g、氯铵20g、65%硝酸10L、36%盐酸15L、水。
(1)反应①的方程式为_____________________________________________,
用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是__________________________________
______________________________________________________________________。
(2)工业生产时,95%乙醇可通过__________的方法回收并循环利用,而NH4、____________(填式)可直接循环利用。
(3)实验室用下图装置制备。
①实验时通入O2的速率不宜过大,为便于观察和控制产生O2的速率,最宜选择下列装置中的________(填字母序号)。
②实验开始时,温度计显示反应液温度低于室温,主要原因是___________________
______________________________________________________________________。
电炉加热升温至50℃时停止加热,反应快速进行,烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色,从环保角度考虑,当______________________________时才能停止通入氧气;待冷却至室温后,再打开瓶塞,沿________(填字母)口倾出棕色反应液于1000L大烧杯,加水500L,即有大量白色沉淀析出。
答案
(1)NH4[2]===↓+NH4 避免溶于水而造成损耗(洗去晶体表面的杂质离子及水分)
(2)蒸馏 HNO3 (3)①B ②氯铵溶于水吸收大量热,造成反应液温度降低 烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色 (或c)
解析
(1)注意反应①的反应物和生成物即可确定该反应的方程式为NH4[2]===↓+NH4。
用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是洗去晶体表面的杂质离子及水分,减小的溶解损失,同时可以加快固体的干燥。
(2)将乙醇与水分离的操作是蒸馏,根据残液浓缩后的补充物质可知,可直接循环利用的有NH4和HNO3。
(3)在题给三个装置中,能观察到产生O2速率的只有B。
实验开始时,温度计显示反应液温度低于室温的主要原因是氯铵溶于水时吸热,造成反应液温度降低。
为使反应产生的氮氧物完全转为硝酸,消除氮氧物对环境的影响,因此需到烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色时才能停止通入氧气。
将三颈瓶中液体倒出时利用左口或右口,即从口或c口倾出棕色反应液。
4.以黄铜矿(主要成分为FS2,含少量杂质SO2等)为原料,进行生物炼铜,同时得到副产品绿矾(FSO4·7H2O)。
其主要工艺流程如下:
已知:
部分阳离子以氢氧物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如下表。
沉淀物
(OH)2
F(OH)3
F(OH)2
开始沉淀pH
47
27
76
完全沉淀pH
67
37
96
(1)反应Ⅰ的反应方程式为___________________________________________。
该反应中被________(填“氧”或“还原”),其目的是____________________。
(2)试剂是__________,具体操作为____________,目的是
_____________________________________________________________________。
(3)反应Ⅲ的离子方程式为_______________________________________________。
试剂c参与反应的离子方程式分别为______________________________________、
______________________________________________________________________。
答案
(1)4FS2+2H2SO4+17O2===4SO4+2F2(SO4)3+2H2O 氧 F2+和2+通过水解难于分离,将氧成F3+易于利用水解分离两离子
(2)O[或(OH)2、O3、2(OH)2O3等] 加入试剂调节pH至37~47之间 使F3+形成F(OH)3沉淀,防止生成(OH)2沉淀
(3)2++F===+F2+ F+2H+===F2++H2↑ F(OH)3+3H+===F3++3H2O
解析
(1)结合过滤操作分离出SO2知,FS2中的、F元素被引入溶液,结合后一问的变情况知其被氧至F3+,即可写出反应Ⅰ的方程式;结合阳离子以氢氧物形式沉淀的pH关系知,将元素氧是为了利用离子的分离。
(2)过量的稀硫酸使溶液酸性很强,为使F3+形成F(OH)3沉淀而不让2+沉淀,需调节pH至37~47,消耗溶液中的H+,同时还不能引入新的杂质离子,故使用元素对应的氧物、碱、碳酸盐等均可。
(3)反应Ⅲ主要是2+与过量的F(即b试剂)反应;为将2+全部转,加入的铁粉过量,因此在反应Ⅳ时应该将过量的铁粉除去,利用铁、铜的性质差别,加入适量稀硫酸(即试剂c)即可。
1.实验室常用强氧剂(如MO4、O3、MO2等)氧浓盐酸的方法制备氯气,某研究性习小组欲探究用N2O2与浓盐酸制备并检验氯气。
供选用的实验试剂及装置如下图所示(部分导管、蒸馏水略)。
.N2O2 b.浓盐酸 c.碱石灰 d.NOH溶液
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