山东省新高考化学二轮复习专题突破练14综合实验探究.docx
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山东省新高考化学二轮复习专题突破练14综合实验探究
专题突破练14 综合实验探究
非选择题(本题包括5个小题,共100分)
1.(2019全国2,28)(20分)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇,熔点234.5℃,100℃以上开始升华),有兴奋大脑神经和利尿等作用。
茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸(Ka约为10-6,易溶于水及乙醇)约3%~10%,还含有色素、纤维素等。
实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。
索氏提取装置如右图所示。
实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。
萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。
回答下列问题:
(1)实验时需将茶叶研细,放入滤纸套筒1中,研细的目的是 。
圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂,加热前还要加几粒 。
(2)提取过程不可选用明火直接加热,原因是 。
与常规的萃取相比,采用索氏提取器的优点是 。
(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。
与水相比,乙醇作为萃取剂的优点是 。
“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外,还有 (填标号)。
A.直形冷凝管B.球形冷凝管
C.接收瓶D.烧杯
(4)浓缩液加生石灰的作用是中和 和吸收 。
(5)可采用如右图所示的简易装置分离提纯咖啡因。
将粉状物放入蒸发皿中并小火加热,咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结,该分离提纯方法的名称是 。
2.(2019山东德州二模)(20分)某学习小组设计如图装置,验证黄铜矿(主要成分CuFeS2)在空气中的氧化产物并测定CuFeS2的纯度(杂质不参与反应)。
回答下列问题。
(1)仪器a的名称 ,碱石灰的作用 。
(2)为检验灼烧黄铜矿产生的气体,B中可选
a.HNO3溶液 b.品红溶液 c.BaCl2溶液 d.溴水 e.酸性KMnO4溶液
(3)C中NaOH的作用 。
(4)样品经煅烧后的固体中铜元素以泡铜(Cu、Cu2O)形式存在,其中Cu2O能与稀硫酸反应生成Cu和CuSO4。
①请设计实验验证泡铜中含有Cu2O 。
②用泡铜与CO反应来制取粗铜的装置如下图,实验时依次进行的操作:
组装仪器→检查装置气密性→加装药品→ → →…→尾气处理;CO还原Cu2O的化学方程式为 。
(5)为测定CuFeS2的纯度,称取ag黄铜矿样品充分灼烧,从灼烧产物中分离出泡铜,完全溶于稀硝酸,并配成200mL的溶液,取20.00mL该溶液用cmol·L-1的标准液EDTA(用H2Y2-表示)滴定至终点(标准液不与杂质反应),消耗EDTAVmL,则CuFeS2的纯度为 。
(滴定时的反应为:
Cu2++H2Y2-
CuY2-+2H+)
3.(2019重庆九校联盟联考)(20分)过氧化钙(CaO2)常用作种子及谷物的无毒性消毒剂,常温下为白色的固体,微溶于水,且不溶于乙醇、乙醚和碱性溶液,但溶于酸。
某实验小组拟探究CaO2的性质及其实验室制法。
(1)实验探究CaO2与酸的反应。
操作
现象
向盛有4gCaO2的大试管中加入10mL稀盐酸得溶液a
剧烈反应,产生能使带火星木条复燃的气体
取5mL溶液a置于试管中,滴入两滴石蕊溶液
溶液变红,一段时间后溶液颜色明显变浅,稍后溶液变为无色
①CaO2与盐酸反应的化学方程式为 。
②加入石蕊溶液后溶液褪色可能是因为溶液a中存在较多的 。
(2)用如图所示装置制备过氧化钙,其反应原理为Ca+O2
CaO2。
①请选择实验所需要的装置,按气流方向连接的顺序为 (填仪器接口的字母,上述装置可不选用也可重复使用)。
②根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:
Ⅰ.检验装置的气密性后,装入药品;Ⅱ.打开分液漏斗活塞,通入气体一段时间,加热药品;Ⅲ.反应结束后, (填操作);Ⅳ.拆除装置,取出产物。
(3)利用反应Ca2++H2O2+2NH3+8H2O
CaO2·8H2O↓+2N
在碱性环境下制取CaO2的装置如图所示。
①NH3在Ca2+和H2O2的反应过程中所起的作用是 。
②反应结束后,经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O。
过滤需要的玻璃仪器是 ;将沉淀进行洗涤的操作为 。
(4)设计实验证明CaO2的氧化性比FeCl3的氧化性强:
。
4.(20分)氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料,其应用已经取得了突破性的进展。
已知:
(ⅰ)氮化镓性质稳定,不与水、酸反应,只在加热时溶于浓碱溶液。
(ⅱ)NiCl2溶液在加热时,先转化为Ni(OH)2,后分解为NiO。
(ⅲ)制备氮化镓的反应为2Ga+2NH3
2GaN+3H2
某学校化学兴趣小组在实验室制备氮化镓,设计实验装置如图所示:
设计实验步骤如下:
①滴加几滴NiCl2溶液润湿金属镓粉末,置于反应器中;
②先通入一段时间的H2后,再加热;
③停止通氢气,改通入氨气,继续加热一段时间;
④停止加热,继续通入氨气,直至冷却;
⑤将反应器内的固体转移到盛有盐酸的烧杯中,充分反应后过滤、洗涤、干燥。
(1)仪器X中的试剂是 ,仪器Y的名称是 。
(2)该套装置中存在的一处明显错误是 。
(3)步骤①中选择NiCl2溶液,不选择氧化镍的原因是 。
a.增大接触面积,增大化学反应速率
b.使镍能均匀附着在镓粉的表面,提高催化效率
c.为了能更好形成原电池,增大反应速率
(4)步骤③中制备氮化镓,则判断该反应接近完成时观察到的现象是 。
(5)请写出步骤⑤中检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作:
。
(6)镓元素与铝同族,其性质与铝类似,请写出氮化镓溶于热NaOH溶液的离子方程式:
。
5.(2019陕西宝鸡中学三模)(20分)葡萄糖酸亚铁
[(C6H11O7)2Fe]是医疗上常用的补铁剂,易溶于水,几乎不溶于乙醇。
某实验小组同学拟用下图装置先制备FeCO3,再用FeCO3与葡萄糖酸反应进一步制得葡萄糖酸亚铁。
请回答下列问题:
(1)与普通漏斗比较,a漏斗的优点是 。
(2)按上图连接好装置,检査气密性后加入药品,打开K1和K3,关闭K2。
①b中的实验现象 。
②一段时间后,关闭 ,打开 (选填“K1”“K2”或“K3”),观察到b中的溶液会流入c中,同时c中析出FeCO3沉淀。
③b中产生的气体的作用是 。
(3)将c中制得的碳酸亚铁在空气中过滤时间较长时,表面会变为红褐色,用化学方程式说明其原因:
(4)将葡萄糖酸与碳酸亚铁混合,须将溶液的pH调节至5.8,其原因是 。
向上述溶液中加入乙醇即可析出产品,加入乙醇的目的是 。
(5)有同学提出用NaHCO3溶液代替Na2CO3溶液制得的碳酸亚铁纯度更高,其可能的原因是 。
参考答案
专题突破练14 综合实验探究
1.答案
(1)增加固液接触面积,提取充分 沸石
(2)乙醇易挥发,易燃 使用溶剂量少,可连续萃取(萃取效率高) (3)乙醇沸点低,易浓缩 AC (4)单宁酸 水 (5)升华
解析
(1)将茶叶研细是为了增加固液接触面积,使提取充分。
为了防止暴沸,需要加入沸石。
(2)乙醇容易挥发,且易燃烧。
根据所给萃取的原理和装置,可知该种萃取方法中萃取剂可以连续使用,萃取效率高。
(3)乙醇的沸点比水的低,蒸馏浓缩更容易;直形冷凝管便于馏分液体流出,故A项正确,B项错误。
(4)因为茶叶中含有单宁酸,故加入生石灰可以中和单宁酸,且生石灰可与水反应,从而达到吸收水的目的。
(5)固体直接转化为气体,属于升华。
2.答案
(1)(球形)干燥管 吸收通入空气中的二氧化碳和水蒸气
(2)bde (3)吸收多余的SO2
(4)①取少量泡铜置于试管中,加入适量稀硫酸,若溶液呈蓝色说明泡铜中含有Cu2O
②通入气体 点燃酒精灯 CO+CuO
Cu+CO2
(5)
×100%
解析
(1)仪器a的名称是球形干燥管,碱石灰的作用是吸收通入空气中的二氧化碳和水蒸气。
(2)灼烧黄铜矿产生的气体是二氧化硫。
a.HNO3溶液可以氧化二氧化硫,但是没有明显的现象,且会产生不能被氢氧化钠溶液吸收的污染性气体NO,故不选a;b.二氧化硫气体可以漂白品红溶液,故选b;c.二氧化硫气体不与BaCl2溶液反应,故不选c;d.二氧化硫与溴可发生氧化还原反应,使溴水褪色,故选d;e.二氧化硫与酸性KMnO4溶液可发生氧化还原反应,使酸性高锰酸钾褪色,故选e。
(3)C中NaOH溶液是用来吸收多余的二氧化硫气体,防止污染环境。
(4)①因为铜排在氢后面,不与稀硫酸反应,而Cu2O能与稀硫酸反应生成Cu和CuSO4,所以可以用稀硫酸验证;具体方案是取少量泡铜置于试管中,加入适量稀硫酸,若溶液呈蓝色,说明泡铜中含有Cu2O。
②实验开始之前先除掉装置中的空气,再加热,否则CO与空气混合加热可能会引起爆炸;因此步骤为组装仪器→检查装置气密性→加装药品→通入气体→点燃酒精灯→…→尾气处理。
CO还原Cu2O的化学方程式为CO+CuO
Cu+CO2。
(5)根据关系式进行计算:
CuFeS2~ Cu2+~ H2Y2-
1mol1mol1mol
n(CuFeS2)cV×10-3×
解得n(CuFeS2)=cV×10-2mol,则CuFeS2的纯度为
×100%=
×100%。
3.答案
(1)①2CaO2+4HCl
2CaCl2+2H2O+O2↑ ②H2O2
(2)①d→e→f→b→c→e(或d→e→f→c→b→e) ②熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温,停止通入氧气,并关闭分液漏斗的活塞
(3)①中和生成的氢离子,促进反应进行(或使溶液呈碱性,减少CaO2·8H2O的溶解,或提高产品的产率等其他合理答案)
②烧杯、漏斗、玻璃棒 沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀,让水自然流下,重复2~3次
(4)在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,溶液不显红色,再加入少量CaO2粉末,溶液变红色,说明CaO2的氧化性比FeCl3的氧化性强
解析
(1)①CaO2与盐酸反应产生CaCl2、H2O和氧气,反应的化学方程式为2CaO2+4HCl
2CaCl2+2H2O+O2↑;②加入石蕊后溶液褪色可能是因为溶液a中存在较多的H2O2,该物质具有氧化性,能将红色的物质氧化变为无色。
(2)①用H2O2与MnO2反应产生O2,用浓硫酸干燥氧气,然后是氧气与Ca在加热时发生反应产生CaO2,为防止空气中的水分影响反应产物,应该再连接盛有浓硫酸的洗气瓶。
故装置的连接顺序是d→e→f→b→c→e(或d→e→f→c→b→e)。
②根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:
Ⅰ.检验装置的气密性后装入药品;Ⅱ.打开分液漏斗活塞,通入气体一段时间,加热药品;Ⅲ.反应结束后,熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温,停止通入氧气,并关闭分液漏斗的活塞;Ⅳ.拆除装置,取出产物。
(3)①根据反应的离子方程式可知NH3与反应产生的H+结合形成N
所以NH3在Ca2+和H2O2的反应过程中所起的作用是中和生成的氢离子,促进反应进行。
②反应结束后,经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O,过滤所需要的玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒。
将沉淀进行洗涤的操作为沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀,让水自然流下,重复2~3次。
(4)要证明CaO2的氧化性比FeCl3的氧化性强,可在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,溶液不显红色,再加入少量CaO2粉末,溶液变红色,说明CaO2的氧化性比FeCl3的氧化性强。
4.答案
(1)浓氨水 球形干燥管
(2)装置F中溶液会产生倒吸或缺少尾气处理装置
(3)ab (4)装置F中几乎不再产生气泡
(5)取最后的一次洗涤液于试管中,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀,则证明氮化镓固体已洗涤干净
(6)GaN+OH-+H2O
Ga
+NH3↑
解析
(1)根据题中信息可知,装置A制取氢气,装置C制取氨气;由于是不需要加热条件下的液体与固体作用制氨气,故仪器X中的试剂是浓氨水,仪器Y的名称是球形干燥管。
(2)因过量的氨气进入装置F与稀硫酸反应,装置F中的溶液会产生倒吸;同时该装置缺少尾气处理装置。
(3)步骤①中选择NiCl2溶液,NiCl2溶液在加热时,先转化为Ni(OH)2,后分解为NiO,增大接触面积,增大化学反应速率,且能使NiO被还原生成的镍均匀附着在镓粉的表面,提高催化效率。
(4)步骤③中制备氮化镓的反应为2Ga+2NH3
2GaN+3H2,氨气极易溶于水,氢气不溶于水,故判断该反应接近完成时观察到的现象是装置F中几乎不再产生气泡。
(5)步骤⑤中检验产品氮化镓固体是否洗涤干净,即检验洗涤液中是否还含有Cl-,操作为取最后的一次洗涤液于试管中,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀,则证明产品氮化镓固体已洗涤干净。
(6)镓元素与铝同族,其性质与铝类似,则氮化镓溶于热NaOH溶液的离子方程式为GaN+OH-+H2O
Ga
+NH3↑。
5.答案
(1)平衡气压,利于稀硫酸顺利流下
(2)①铁屑溶解,溶液变为浅绿色,有大量气泡产生 ②K3 K2 ③排出装置内的空气,防止生成的FeCO3被氧化;把b中溶液压进c中
(3)4FeCO3+O2+6H2O
4Fe(OH)3+4CO2
(4)抑制Fe2+的水解 降低溶剂的极性,使晶体的溶解量减小更易析出
(5)溶液的pH降低,减少氢氧化亚铁杂质的生成
解析
(1)a为恒压滴液漏斗,可以保证内部压强不变,使漏斗内液体顺利流下。
(2)①b中铁屑与稀硫酸反应,铁屑会逐渐溶解,溶液由于产生Fe2+变为浅绿色,并有大量气泡产生。
②反应一段时间后,需要把FeSO4加到c中,所以需要关闭K3,打开K2,利用产生的气体把FeSO4压入到c中。
③FeCO3易被氧化,b中反应产生的H2一是把装置内的空气排干净,防止生成的FeCO3被氧化;二是把b中溶液压进c中。
(3)过滤时间过长会发现产品部分变为红褐色,原因是FeCO3与O2及H2O反应生成Fe(OH)3,化学方程式为4FeCO3+O2+6H2O
4Fe(OH)3+4CO2。
(4)Fe2+易发生水解,将溶液的pH调节至5.8,可抑制Fe2+的水解。
乙醇分子的极性比水小,可以降低葡萄糖酸亚铁在水中的溶解量,便于葡萄糖酸亚铁析出。
(5)碳酸根离子水解后溶液碱性较强,易生成氢氧化亚铁,用NaHCO3溶液代替Na2CO3溶液可以降低溶液的pH,以免产生氢氧化亚铁,得到的产品纯度更高。
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