版高中化学二轮复习专题十四综合实验探究练习.docx
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版高中化学二轮复习专题十四综合实验探究练习
专题十四综合实验探究
[考纲要求] 1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。
2.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)。
3.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。
考点一 评价型实验题
评价型实验题包括的题型很多,其中比较典型的有物质性质探究型、组成成分探究型、物质制备和应用探究型等,该类试题一般以实验装置图的形式给出实验的流程,其实验流程与考查内容一般为
1.常见的气体发生装置
2.常见的净化装置——用于除去气体中的杂质气体
3.常见的气体收集装置
4.常见的量气装置——通过排液法测量气体的体积
5.有毒气体的处理装置
题组一 “仪器连接”评价型
1.(2015·全国卷Ⅰ,26)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。
回答下列问题:
(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D中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D中澄清石灰水无明显现象,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
解析
(1)装置C中澄清石灰水的作用是检验是否有CO2气体生成,若有CO2气体生成,澄清石灰水变浑浊。
装置B中冰水的作用是降低温度,使生成的水和草酸(题给信息:
受热脱水、升华)冷凝。
若草酸进入装置C,会生成草酸钙沉淀,干扰CO2检验。
(2)检验CO可通过检验CO还原黑色的CuO生成的CO2进行。
因为分解产物中有CO2,所以要先除去CO2,可用浓NaOH溶液吸收CO2,并用澄清石灰水检验CO2是否除尽,再用无水氯化钙干燥CO,然后通过加热的CuO,再用澄清石灰水检验生成的CO2气体,没有反应掉的CO可用排水法收集。
若前面澄清石灰水无明显现象,H中黑色的CuO变红色,后面的澄清石灰水变浑浊,说明草酸晶体分解产物中有CO。
(3)①证明草酸的酸性比碳酸强,可以利用溶液中较强酸制较弱酸的原理,将草酸与NaHCO3溶液混合,看是否有气体产生。
②证明草酸是二元酸,可以利用酸碱中和滴定原理,若消耗NaOH的物质的量是草酸的2倍,即可证明草酸是二元酸。
2.(2017·河北省衡水中学高三下学期三调)一氯化碘(沸点97.4℃),是一种红棕色易挥发的液体,不溶于水,溶于乙醇和乙酸。
某校研究性学习小组的同学拟制备一氯化碘。
回答下列问题:
(1)甲组同学拟利用干燥、纯净的氯气与碘反应制备一氯化碘,其装置如下:
(已知碘与氯气的反应为放热反应)
①各装置连接顺序为A→_______________________________________________________;
A装置中发生反应的离子方程式为_______________________________________________
_____________________________________________________________________________。
②B装置烧瓶需放在冷水中,其目的:
___________________________________________,
D装置的作用是__________________________________________。
③将B装置得到的液态产物进一步提纯可得到较纯净的ICl,则提纯采取的操作方法是________________。
(2)乙组同学采用的是最新报道的制一氯化碘的方法。
即在三颈烧瓶中加入粗碘和盐酸,控制温度约50℃,在不断搅拌下逐滴加入氯酸钠溶液,生成一氯化碘。
则发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)设计实验证明:
①ICl的氧化性比I2强:
__________________________________________。
②ICl与乙烯作用发生加成反应:
__________________________________。
答案
(1)①C→E→B→D MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O ②防止ICl挥发 吸收未反应的氯气,防止污染空气 ③蒸馏
(2)3I2+6HCl+NaClO3
6ICl+NaCl+3H2O
(3)①用湿润的KI淀粉试纸检验一氯化碘蒸气,试纸变蓝 ②在ICl的乙醇溶液中通入乙烯,溶液褪色
解析 用干燥纯净的氯气与碘反应制备一氯化碘,A装置用二氧化锰和浓盐酸制备氯气,制得的氯气中含有HCl气体和水蒸气,先用饱和食盐水(C)除HCl气体,再用浓硫酸(E)干燥,将干燥的氯气通入B中与碘反应,制备ICl,而ICl易挥发,所以B应放在冷水中,最后用氢氧化钠(D)处理未反应完的氯气,结合问题分析解答。
(1)用干燥纯净的氯气与碘反应制备一氯化碘,A装置用二氧化锰和浓盐酸制备氯气,制得的氯气中含有HCl气体和水蒸气,因此需要先用饱和食盐水(C)除HCl气体,再用浓硫酸(E)干燥氯气,将干燥的氯气通入B中与碘反应,制备ICl。
由于ICl易挥发,所以B应放在冷水中。
又因为氯气有毒,需要尾气处理,所以最后用氢氧化钠(D)处理未反应完的氯气,则①装置顺序:
A→C→E→B→D,A中发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O;②ICl易挥发,所以B应放在冷水中,用氢氧化钠(D)处理未反应完的氯气,防止污染空气;③已知:
一氯化碘沸点97.4℃,则B装置得到的液态产物进一步蒸馏,收集97.4℃的馏分可得到较纯净的ICl。
(2)粗碘和盐酸,控制温度约50℃,在不断搅拌下逐滴加入氯酸钠溶液,生成一氯化碘,碘元素总共升2价,氯元素总共降6价,化合价升降应相等,则碘单质应配3,再由原子守恒可得3I2+6HCl+NaClO3
6ICl+NaCl+3H2O。
(3)①根据氧化性强的物质制氧化性弱的物质,可用湿润的KI淀粉试纸检验一氯化碘蒸气,试纸变蓝即证明ICl的氧化性比I2强;②一氯化碘是一种红棕色液体,不溶于水,溶于乙醇和乙酸,与乙烯发生加成反应,则颜色褪去,即在ICl的乙醇溶液中通入乙烯,溶液褪色说明ICl与乙烯作用发生加成反应。
题组二 “反应原理”评价型
3.(2017·梅州市高三下学期一检)据报道:
研究人员破解了北京及华北地区雾霾主要成分硫酸盐的形成之谜,发现在大气细颗粒物吸附的水分中NO2与SO2的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。
某实验小组对NO2和SO2的反应进行探究。
(1)SO2的发生装置可以选择图中的________________(填字母),反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)按D图所示进行实验。
①实验时往集气瓶中通入等体积的SO2和NO2,观察到集气瓶中有白烟产生,通入的NO2气体颜色变浅,该反应的化学方程式为______________________________________。
如果集气瓶中有少量水,则可能观察不到白烟,其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②请指出D图装置设计的不合理之处:
_________________________________。
(3)硫酸铵是我国PM2.5雾霾的主要成分,收集一定量的雾霾固体进行验证:
操作步骤
实验现象
结论
取一定量的雾霾固体于试管中,加入适量的水溶解,把溶液分成两份
一份____________________
有白色沉淀生成
证明雾霾固体中含有SO
另一份__________________
证明雾霾固体中含有NH
。
综合上面实验,说明雾霾固体颗粒中含有(NH4)2SO4
答案
(1)A(或C) Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O[或Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O]
(2)①SO2+NO2===SO3+NO 生成的SO3与水反应生成硫酸 ②没有进行尾气处理,会导致环境污染
(3)加入足量稀盐酸后,再加入BaCl2溶液 加入适量的NaOH浓溶液并加热 产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体
解析
(1)硫酸的酸性强于亚硫酸,制取二氧化硫可选用浓硫酸和亚硫酸钠在常温下制取,选择仪器A,圆底烧瓶中盛放Na2SO3固体,分液漏斗中盛放浓硫酸,滴入烧瓶中发生反应:
Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O;也可用浓硫酸与铜在加热条件下制取,选择C,浓硫酸与铜在加热条件下生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应的化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O。
(2)①二氧化硫具有还原性,二氧化氮具有氧化性,实验时往集气瓶中通入等体积的SO2和NO2,观察到集气瓶中有白烟产生,生成三氧化硫,反应方程式:
SO2+NO2===SO3+NO,如果集气瓶中有少量水,则三氧化硫和水反应SO3+H2O===H2SO4,观察不到白烟;②二氧化硫、二氧化氮都为大气污染物,D图装置为二氧化氮和二氧化硫反应的装置,缺少尾气处理,所以设计的不合理之处为没有进行尾气处理,会导致环境污染。
(3)在检验SO
时,加入氯化钡之前要先加盐酸排除CO
的干扰。
即先加盐酸酸化,无明显现象,再加氯化钡溶液,出现白色沉淀,说明含有SO
;检验某溶液中含有NH
的操作方法:
取少量试样于试管中,加入氢氧化钠溶液加热,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验放出气体,试纸由红变蓝。
4.(2017·全国卷Ⅲ,26)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K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1g。
将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2g。
按下图连接好装置进行实验。
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m3g。
a.点燃酒精灯,加热 b.熄灭酒精灯
c.关闭K1和K2d.打开K1和K2,缓缓通入N2
e.称量Af.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接入下图所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。
实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、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________________________________________________________________________。
a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2 e.浓H2SO4
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Fe3+ Fe2+易被氧气氧化为Fe3+
(2)①干燥管 ②d、a、b、f、c、e ③
偏小
(3)①c、a 生成白色沉淀、褪色
②2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑
解析
(1)绿矾溶于水电离出Fe2+,滴加KSCN溶液后颜色无明显变化,说明样品中没有Fe3+,通入空气之后,空气中的氧气把Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+与KSCN反应而使溶液显红色,说明Fe2+易被氧气氧化为Fe3+。
(2)①仪器B的名称是干燥管;②实验时先打开K1和K2,缓慢通入N2,排除装置中的空气,防止空气中的氧气将绿矾中的Fe2+氧化为Fe3+,一段时间后点燃酒精灯,使绿矾中的结晶水变为水蒸气并被N2排出,然后熄灭酒精灯,将石英玻璃管冷却至室温后关闭K1和K2,防止空气进入石英玻璃管中,最后称量A;
③由题意可知FeSO4的物质的量为
mol,水的物质的量为
mol,则绿矾中结晶水的数目x=
=
=
;若先点燃酒精灯再通N2,则石英玻璃管中原有的空气会将绿矾中的Fe2+氧化,最终剩余的固体质量会偏大,则计算得到的结晶水的数目会偏小。
(3)①实验后反应管中残留的红色粉末为Fe2O3,根据得失电子守恒可知必然有SO2产生,根据元素守恒可知还会生成SO3,检验的试剂应选择品红溶液、BaCl2溶液,不能选择Ba(NO3)2溶液,因为SO2会与Ba(NO3)2溶液产生白色沉淀,干扰SO3的检验,由于SO3可与水反应生成硫酸,故应先检验SO3,再利用SO2能使品红褪色的原理检验SO2;②由题意可以得到硫酸亚铁分解的方程式为2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
考点二 定量测定型实验题
常见的定量测定型实验题包括混合物成分的测定、物质纯度的测定以及化学式的确定等。
该类试题常涉及物质的称量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的配制等实验操作。
实验过程中或问题解答中要特别注意以下几个问题:
1.气体体积的测量
(1)量气装置的改进
(2)量气时应注意的问题
①量气时应保持装置处于室温状态。
②读数时要特别注意消除“压强差”,保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。
如上图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
2.测定实验中要有消除干扰气体的意识
如用“惰性”气体将干扰气体排出,或用溶液吸收干扰气体等。
3.测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识
如采取反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。
4.测定实验中要有“数据”的采集处理意识
实验数据的采集是化学计算的基础,一般来讲,固体试剂称质量,而液体试剂和气体试剂则测量体积。
(1)称量固体质量时,中学一般用托盘天平,可估读到0.1g,精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平,可精确到0.0001g。
(2)测量液体体积时,一般实验中选用适当规格的量筒,可估读到0.1mL,准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式),可估读到0.01mL。
容量瓶作为精密的定容仪器,用于配制一定物质的量浓度的溶液,一般不用于量取液体的体积。
(3)气体除了量取外,还可以称量。
称气体的质量时一般有两种方法:
一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值;另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。
(4)用pH试纸(测得整数值)或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH,经过计算可以得到溶液中H+或OH-的物质的量浓度。
为了数据的准确性,实验中要采取必要的措施,确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等,必要时可以进行平行实验,重复测定,然后取其平均值进行计算。
如中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做2~3次滴定,取体积的平均值求算未知溶液的浓度,但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃,因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。
题组一 滴定实验在定量测定实验中的应用
1.(2017·全国卷Ⅰ,26)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,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。
已知:
NH3+H3BO3===NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HCl===NH4Cl+H3BO3。
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k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路:
停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是_________________________________________;
打开k2放掉水,重复操作2~3次。
(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)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k3,d中保留少量水,打开k1,加热b,使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是______________________________________。
②e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(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L-1的盐酸VmL,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 ②NH
+OH-
NH3↑+H2O 保温使氨完全蒸出
(5)
解析
(1)a管作用是平衡气压,防止b中压强过大。
(2)碎瓷片可防止液体加热时暴沸。
f为直形冷凝管。
(3)停止加热,管路中气体温度下降,水蒸气冷凝为液态水,形成负压,g中蒸馏水倒吸入c中。
(4)①d中保留少量水,起液封作用,防止有NH3逸出。
②e中NH
与OH-加热反应放出NH3。
因为加热水蒸气充满管路,双层玻璃瓶中也充满水蒸气,起保温作用,有利于NH3完全逸出。
(5)C2H5NO2~NH3~NH3·H3BO3~HCl,样品中氮的质量分数为
×100%=
%。
样品的纯度≤
×100%=
%。
题组二 装置变化在定量测定实验中的应用
2.青蒿素是烃的含氧衍生物,为无色针状晶体。
易溶于丙酮、氯仿和苯中,在水中几乎不溶,熔点为156~157℃。
青蒿素是有效的抗疟药。
从青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理为基础,主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。
乙醚浸取法的主要工艺:
请回答下列问题:
(1)对青蒿进行干燥剪碎的目的是_____________________________________________。
(2)操作Ⅰ的名称是____________________,操作Ⅱ名称是__________________。
(3)用下列实验装置测定青蒿素的分子式,将28.2g青蒿素放在硬质玻璃管C中充分燃烧:
①装置E中盛放的物质是________,装置F中盛放的物质是________。
②该实验装置可能产生误差,造成测定含氧量偏低,改进方法是___________________。
③已知青蒿素是烃的含氧衍生物,用合理改进后的装置进行实验,称得:
装置
实验前/g
实验后/g
E
22.6
42.4
F
80.2
146.2
青蒿素的最简式是________。
(4)某学生对青蒿素的性质进行探究。
将青蒿素加入含有NaOH、酚酞的水溶液中,青蒿素的溶解量较小,加热并搅拌,青蒿素的溶解量增大,且溶液红色变浅,说明青蒿素与________(填字母)具有相似的性质。
A.乙醇B.乙酸C.乙酸乙酯D.葡萄糖
答案
(1)增大青蒿素与乙醚的接触面积,提高青蒿素的浸取率
(2)过滤 蒸馏
(3)①无水CaCl2或P2O5 碱石灰(或其他合理答案) ②除去装置左侧通入的空气中的CO2和水蒸气,在装置F后加一个防止空气中的CO2和水蒸气进入F的装置 ③C15H22O5 (4)C
解析
(1)为了加快反应速率和增大青蒿素的浸取率,可以对青蒿进行干燥剪碎以增大青蒿素与乙醚的接触面积。
(2)根据流程图,经过操作Ⅰ得到了残渣,故操作Ⅰ为过滤;乙醚和青蒿素是互溶的液体,可以通过蒸馏分离。
(3)①实验测定青蒿素的分子式,需要测定其中的碳、氢、氧的含量,燃烧后生成二氧化碳和水,因此,需要测定二氧化碳和水的质量,因此装置E中盛放无水CaCl2或P2O5吸收生成的水,装置F中盛放碱石灰固体,吸收二氧化碳。
②装置左右两侧都可能使得空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置,造成误差,改进方法是除去装置左侧通入的空
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- 高中化学 二轮 复习 专题 十四 综合 实验 探究 练习