创新设计高三化学配套课件学案第十章 化学实验基础及综合探究专题九Word文件下载.docx
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【典例1】 (天津高考)水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标,通常用每升水中溶解氧分子的质量表示,单位mg·
L-1,我国《地表水环境质量标准》规定,生活饮用水源的DO不能低于5mg/L。
某化学小组同学设计了下列装置(夹持装置略),测定某河水的DO。
1.测定原理:
碱性条件下,O2将Mn2+氧化为MnO(OH)2:
①2Mn2++O2+4OH-===2MnO(OH)2↓,酸性条件下,MnO(OH)2将I-氧化为I2:
②MnO(OH)2+I-+
H+―→Mn2++I2+H2O(未配平),用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2,③2S2O
+I2===S4O
+2I-。
2.测定步骤:
a.安装装置,检验气密性,充N2排尽空气后,停止充N2。
b.向烧瓶中加入200mL水样。
c.向烧瓶中依次迅速加入1mLMnSO4无氧溶液(过量)2mL碱性KI无氧溶液(过量),开启搅拌器,至反应①完全。
d.搅拌并向烧瓶中加入2mLH2SO4无氧溶液,至反应②完全,溶液为中性或弱酸性。
e.从烧瓶中取出40.00mL溶液,以淀粉作指示剂,用0.01000mol·
L-1Na2S2O3溶液进行滴定,记录数据。
f.……
g.处理数据(忽略氧气从水样中的溢出量和加入试剂后水样体积的变化)。
回答下列问题:
(1)配制以上无氧溶液时,除去所用溶剂水中氧的简单操作为________。
(2)在橡胶塞处加入水样及有关试剂应选择的仪器为________。
①滴定管 ②注射器 ③量筒
(3)搅拌的作用是________。
(4)配平反应②的方程式,其化学计量数依次为________。
(5)步骤f为__________________________________________________________。
(6)步骤e中达到滴定终点的标志为________。
若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50mL,水样的DO=________mg·
L-1(保留一位小数)。
作为饮用水源,此次测得DO是否达标:
________(填“是”或“否”)。
(7)步骤d中加入H2SO4溶液反应后,若溶液pH过低,滴定时会产生明显的误差,写出产生此误差的原因(用离子方程式表示,至少写出2个)___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[标准答案]
(1)将溶剂水煮沸后冷却
(2)②
(3)使溶液混合均匀,快速完成反应 (4)1,2,4,1,1,3
(5)重复步骤e的操作2~3次
(6)溶液蓝色褪去且半分钟内不变色 9.0 是
(7)2H++S2O
===S↓+SO2↑+H2O、
SO2+I2+2H2O===4H++SO
+2I-、4H++4I-+O2===2I2+2H2O(任写其中2个)
[命题分析]
第
(1)问考查化学实验的基本操作
气体的溶解度随温度升高而减小,故可将水加热煮沸法除去溶解在水中的O2。
第
(2)问考查实验仪器的选择
测定步骤中加入的试剂为无氧溶液,且加入的水样要防止空气中氧气的干扰,故需要隔绝空气,所以选用密封性较好的注射器。
第(3)问考查化学实验基本操作的作用
搅拌使物质混合均匀,加快化学反应的进行。
第(4)问考查氧化还原方程式的配平
MnO(OH)2中Mn的化合价为+4,能将I-氧化成I2,依据氧化还原方程式配平的方法配平化学方程式
MnO(OH)2+2I-+4H+===Mn2++I2+3H2O。
第(5)(6)问考查中和滴定的实验操作及滴定终点的判断
中和滴定一般采用重复滴定2~3次来减小滴定误差,用Na2S2O3溶液进行滴定时,I2的量逐渐减小至消失时为滴定终点,此时的现象是蓝色消失且半分钟内不变色。
第(6)问考查多步反应方程式的计算
根据题中所给的反应方程式得出关系式:
2Mn2+~O2~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3
1 4
n(O2) 0.0045L×
0.01000mol·
L-1
则n(O2)=
×
0.0045L×
DO=
=9.0×
10-3g·
L-1=9.0mg·
高于5mg·
L-1,故此次测得DO达标。
第(7)问考查氧化还原滴定的误差分析
Na2S2O3在酸性条件下可以发生歧化反应生成S和SO2,且生成的SO2可被I2氧化,另外,酸性较强时I-也可被空气中的O2氧化。
【对点训练】
1.三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·
3H2O可用于摄影和蓝色印刷,它受热易分解,为了验证其气态产物,某同学设计了如下实验装置:
(1)若实验中,观察到B、E中的溶液均变浑浊,则D中的现象是____________________________________________________________________;
说明其气态产物是________、________;
为验证另一种气态产物,应在A、B之间增加的装置为____________。
(2)为了使实验更安全、更严密,你认为该实验设计需要如何改进?
①___________________________________________________________________;
②___________________________________________________________________。
(3)固体产物中铁元素不可能以+3价形式存在,理由是
_____________________________________________________________________
现设计实验,探究固体产物中铁元素的存在形式。
①提出合理假设。
假设1:
____________________________________________________________;
假设2:
假设3:
_____________________________________________________________。
②某学生设计实验探究上述假设,除3%H2O2、蒸馏水外,还需要下列试剂中的____________________________________________________________________。
限选试剂:
浓硫酸、1.0mol·
L-1HNO3、1.0mol·
L-1盐酸、1.0mol·
L-1NaOH溶液、0.1mol·
L-1KI溶液、0.1mol·
L-1CuSO4溶液、20%KSCN溶液。
解析
(1)B中溶液变浑浊说明气态产物中有CO2,E中溶液变浑浊说明CO被酸性高锰酸钾溶液氧化为CO2,故D中的现象是溶液褪色或变浅,从而可说明气态产物有CO;
另一种气态产物是H2O,其验证方法是将A中产生的气体通过盛有无水CuSO4的干燥管。
(2)从安全角度考虑应在B装置前加一个防倒吸装置,从严密性角度考虑,要在C装置后增加一个检验CO2是否除尽的装置。
(3)①由于反应过程中有CO生成,能还原三价的铁,故固体产物中无三价铁,其成分可能有三种情况:
Fe、FeO、Fe和FeO。
②探究固体产物中铁元素的存在形式;
可以将固体产物放入足量的0.1mol·
L-1的CuSO4溶液中搅拌使其充分反应,然后过滤洗涤沉淀,再加入足量的1.0mol·
L-1的盐酸,若溶液中有不溶的红色物质,则说明固体产物中含有Fe(发生反应为Fe+CuSO4===FeSO4+Cu),向溶液中加入20%KSCN溶液,不变红色,然后再向溶液中滴加双氧水,若变红色,则说明固体产物中含有FeO。
答案
(1)溶液褪色或变浅 CO2 CO 盛有无水CuSO4的干燥管
(2)①在B装置之前加一个防倒吸装置 ②在C装置后增加一个检验二氧化碳是否除尽的装置(或盛有澄清石灰水的试管)
(3)有还原性气体CO生成,能将三价铁还原,故不可能有三价铁存在
①铁元素的存在形式为Fe单质 铁元素的存在形式为FeO 铁元素的存在形式为Fe与FeO的混合物
②1.0mol·
L-1盐酸、20%KSCN溶液、0.1mol·
L-1CuSO4溶液
2.(全国高考)某小组以CoCl2·
6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。
为确定其组成,进行如下实验。
①氨的测定:
精确称取wgX,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴加入足量10%NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1mLc1mol·
L-1的盐酸标准溶液吸收。
蒸氨结束后取下接收瓶,用c2mol·
L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2mLNaOH溶液。
②氯的测定:
准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。
(1)装置中安全管的作用原理是____________。
(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用________式滴定管,可使用的指示剂为________。
(3)样品中氨的质量分数表达式为________。
(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好,测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是________________;
滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×
10-5mol·
L-1,c(CrO
)为________mol·
L-1。
[已知:
Ksp(Ag2CrO4)=1.12×
10-12]
(6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,钴的化合价为________。
制备X的化学方程式为__________________;
X的制备过程中温度不能过高的原因是__________________。
解析 (3)实验①中,从样品液中蒸出的n(NH3)=V1×
10-3L×
c1mol·
L-1-V2×
c2mol·
L-1=(c1V1-c2V2)×
10-3mol,样品中氨的质量分数为
100%=
100%。
(4)若装置气密性不好,有部分NH3逸出,而不能被HCl吸收,则剩余的HCl的物质的量会增多,消耗NaOH增多,即c2V2的值增大,由(3)中计算式可知测得m(NH3)变小,NH3的含量偏低。
(5)滴定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是防止AgNO3见光分解,根据Ag2CrO4(s)
2Ag+(aq)+CrO
(aq)及Ksp的表达式得:
c(CrO
)=
=
mol·
L-1=2.8×
10-3mol·
(6)由n(Co)∶n(NH3)∶n(Cl)=1∶6∶3,则知X为[Co(NH3)6]Cl3,故Co的化合价为+3价,制备X的过程中温度不能过高的原因是防止H2O2分解,NH3逸出。
答案
(1)当压力过大时,安全管中液面上升,使A瓶中压力稳定
(2)碱 酚酞(或甲基橙)
(3)
100%
(4)偏低
(5)防止AgNO3见光分解 2.8×
10-3
(6)+3 2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O
温度过高,H2O2分解,氨气逸出
考点指导2 化学实验方案的设计与评价
1.实验方案设计的基本原则
2.实验方案设计的基本内容
3.实验方案评价的基本原则
(1)可行性原则
①分析实验方案是否科学可行;
②实验操作是否安全合理;
③实验步骤是否简单方便;
④实验效果是否明显。
(2)绿色化学原则
①实验过程中是否造成环境污染;
②原料是否无毒、安全、易得;
③原料利用率是否较高;
④反应速率是否较快。
(3)安全性原则
(4)规范性原则
【典例2】 (2015·
全国卷Ⅰ)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.4×
10-2,K2=5.4×
10-5。
草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。
草酸晶体(H2C2O4·
2H2O)无色,熔点为101℃,易溶于水,受热脱水、升华,170℃以上分解。
(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。
装置C中可观察到的现象是_____________________________________________________
____________________________________________________________________,
由此可知草酸晶体分解的产物中有________。
装置B的主要作用是_____________________________________________________________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、________。
装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_____________________________
______________________________________________________________________
(3)设计实验证明:
①草酸的酸性比碳酸的强______________________________________________。
②草酸为二元酸______________________________________________________。
答案
(1)有气泡逸出,澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO(氧化铜)
②前面澄清石灰水无现象,H中黑色粉末变红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生
②用NaOH标准溶液滴定草酸,消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
第
(1)问考查CO2的检验方法
CO2能使澄清石灰水变浑浊
第
(1)问考查草酸的物理性质
草酸的熔点为101℃,故草酸蒸气遇冷后会冷凝为非气态物质,故装置B的作用是冷凝。
冷凝的目的是防止草酸蒸气对CO2的检验造成干扰。
第
(2)①问考查实验方案的设计
先分析如何排除CO2对CO检验的干扰:
检验CO气体,应先在H装置中进行CO还原CuO的反应,气体进入H装置前需除去CO中的CO2气体,从H装置中导出的气体需用澄清石灰水检验CO2气体的存在。
再设计实验流程:
第
(2)②考查CO的检验方法
CO还原CuO时,黑色的CuO变成红色的单质Cu,且CO的氧化产物是CO2。
故证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是H中的黑色粉末变成红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊。
第(3)问考查草酸与碳酸酸性强、二元酸的证明方法
向NaHCO3溶液中加入草酸,若有CO2生成,即可证明草酸的酸性强于碳酸,当1mol草酸与NaOH完全中和时,需要消耗2molNaOH溶液即可证明草酸为二元酸。
3.(2019·
山东青岛一模,26)碳酸镧咀嚼片可用于慢性肾衰患者高磷血症的治疗,不含钙和铝。
碳酸镧可由LaCl3为原料来制备,整个反应在较低的pH条件下进行,避免生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]。
(1)化学兴趣小组利用下列装置在实验室中用碳酸氢铵制备碳酸镧。
①仪器X的名称为________;
检验装置甲气密性良好的方法是______________________________________________________________________
②实验中K1、K2打开的先后顺序为_____________________________________________________________________;
为保证碳酸镧的纯度,实验过程中需要注意的问题有____________________________________________________________________。
(2)碳酸钠或碳酸氢钠与氯化镧反应均可生成碳酸镧。
①为了高磷血症患者的安全,通常选用碳酸氢钠溶液,过程中会发生两个平行反应,其离子方程式为___________________________________________________
和__________________________________________________________________。
②选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是_________________________________
(任写一条)。
(3)碳酸镧(摩尔质量为458g·
mol-1)质量分数的测定:
准确称取15.0g产品试样,溶于10.0mL稀盐酸中,加入10mLNH3NH4Cl缓冲溶液,加入0.2g紫脲酸铵混合指示剂,用0.5mol·
L-1EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至呈蓝紫色(La3++
H2Y2-===LaY-+2H+),消耗EDTA溶液60.00mL。
则产品中碳酸镧的质量分数w=________。
解析
(1)①仪器X的名称为球形干燥管;
检验装置甲气密性良好的方法是关闭活塞K1,向球形漏斗中加水至漏斗内外形成液面差,一段时间后,液面差保持不变,说明气密性良好。
②氨气是极易溶于水的气体,先通氨气,在碱性条件下再通入二氧化碳,溶解的量较大,故实验中先打开K2再打开K1;
为保证碳酸镧的纯度,实验过程中需要控制氨气(或CO2)通入量。
(2)①碳酸氢钠分别与La3+、H+反应,反应的离子方程式为2La3++3HCO
===La2(CO3)3↓+3H+和H++HCO
===CO2↑+H2O。
②选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是碳酸氢钠碱性相对较弱,可防止生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]。
(3)滴定时消耗EDTA的物质的量为60.00×
10-3L×
0.5mol·
L-1=0.03mol,根据反应La3++H2Y2-===LaY-+2H+可知,La2(CO3)3的物质的量为0.015mol即
mol,产品中碳酸镧的质量分数w=
100%=45.8%。
答案
(1)①球形干燥管 关闭活塞K1,向球形漏斗中加水至漏斗内外形成液面差,一段时间后,液面差保持不变,说明气密性良好
②先打开K2,再打开K1 控制氨气(或CO2)通入量
(2)①2La3++3HCO
===La2(CO3)3↓+3H+ H++HCO
===CO2↑+H2O
②碳酸氢钠碱性相对较弱,可防止生成碱式碳酸镧
(3)45.8%
4.(2018·
课标全国Ⅰ,26)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。
(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
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