高考化学一轮复习元素及其化合物专题04物质实验制备大题08032147.docx

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高考化学一轮复习元素及其化合物专题04物质实验制备大题08032147

专题04物质实验制备大题

1．某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu（NO3）2·H2O晶体，并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu（NO3）2。

设计的合成路线如下：

已知：

Cu（NO3）2·3H2O

Cu（NO3）2·Cu（OH）2

CuO

SOCl2熔点―105℃、沸点76℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体。

请回答：

（1）第②步调pH适合的物质是_________（填化学式）。

（2）第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤等步骤，其中蒸发浓缩的具体操作是_____________。

为得到较大颗粒的Cu（NO3）2·3H2O晶体，可采用的方法是___________（填一种）。

（3）第④步中发生反应的化学方程式是_______________________。

（4）第④步，某同学设计的实验装置示意图（夹持及控温装置省略，如图）有一处不合理，请提出改进方案并说明理由___________________。

装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl2时，需打开活塞______（填“a”、“b”或“a和b”）。

（5）为测定无水Cu（NO3）2产品的纯度，可用分光光度法。

已知：

4NH3·H2O+Cu2+==Cu（NH3）42++4H2O；Cu（NH3）42+对特定波长光的吸收程度（用吸光度A表示）与Cu2+在一定浓度范围内成正比。

现测得Cu（NH3）42+的吸光度A与Cu2+标准溶液浓度关系如图所示：

准确称取0.3150g无水Cu（NO3）2，用蒸馏水溶解并定容至100mL，准确移取该溶液10.00mL，加过量NH3·H2O，再用蒸馏水定容至100mL，测得溶液吸光度A=0.620，则无水Cu（NO3）2产品的纯度是_________（以质量分数表示）。

【答案】CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃，防止硝酸铜水解），加热至溶液表面形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度或冷却后静置较长时间Cu（NO3）2•3H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCl↑在AB之间增加干燥装置，防止B中的水蒸气进入A中b92.5%

【解析】分析：

为提高铜的浸取率，所用硝酸必然是过量的，此时铁也溶解转化为硝酸铁，调pH的目的是除去铁离子。

然后蒸发浓缩、降温结晶得到硝酸铜晶体，最后在SOCl2的保护下脱去结晶水得到无水硝酸铜，据此解答。

（4）第④步，某同学设计的实验装置有一处不合理，根据装置图可知应该是氢氧化钠溶液中的水蒸气可以进入A中影响A中的硝酸铜晶体脱水反应。

改进的方法是在AB之间增加干燥装置，理由是防止B中的水蒸气进入A中；装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl2时，需打开活塞b。

（5）由图像可知，A=0.620时，对应的溶液中c（Cu2+）=1.55×10-3mol/L，则n[Cu（NO3）2]=100mL/10mL×0.1L×1.55×10-3mol/L=1.55×10-3mol，则无水Cu（NO3）2产品的纯度是1.55×10-3×188/0.3150×100%=92.5%。

2．KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。

回答下列问题：

（1）KIO3的化学名称是_______。

（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

“酸化反应”所得产物有KH（IO3）2、Cl2和KCl。

“逐Cl2”采用的方法是________。

“滤液”中的溶质主要是_______。

“调pH”中发生反应的化学方程式为__________。

（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式______。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________，其迁移方向是_____________。

③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有______________（写出一点）。

【答案】碘酸钾加热KClKH（IO3）2+KOH

2KIO3+H2O或（HIO3+KOH

KIO3+H2O）2H2O+2e－

2OH－+H2↑K+a到b产生Cl2易污染环境等

【解析】分析：

本题考查的是化学工业以及电化学的相关知识。

应该从题目的化工流程入手，判断每步流程操作的目的，就可以顺利解决问题。

（3）①由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。

②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。

③KClO3氧化法的最大不足之处在于，生产中会产生污染环境的氯气。

3．工业上用苯和1，2—二氯乙烷制联苄的反应原理如下

实验室制取联苄的装置如图所示（加热和夹持仪器略去）

实验步骤：

①在三颈烧瓶中加入120.0mL苯和适量无水AlCl3，由滴液漏斗滴加10.0mL1，2-二氯乙烷，控制反应温度在60~65℃，反应约60min。

②将反应后的混合物依次用2%Na2CO3溶液和水洗涤，在所得产物中加入少量无水MgSO4固体，静置、过滤，蒸馏收集一定温度下的馏分，得联苄18.2g。

相关物理常数和物理性质如下表：

名称

相对分子质量

密度/g·cm-3

熔点/℃

沸点/℃

溶解性

苯

78

0.88

5.5

80.1

难溶于水，易溶于乙醇

1,2-二氯乙烷

99

1.27

－35.3

83.5

难溶于水，可溶于苯

联苄

182

0.98

52

284

难溶于水，易溶于苯

（1）和普通分液漏斗相比，使用滴液漏斗的优点是_______________________；球形冷凝管进水口是____________（选填“a”或“b”）

（2）仪器X的名称是________________；装置中虚线部分的作用是____________。

（3）洗涤操作中，用2%Na2CO3溶液洗涤的目的是___________；水洗的目的是____________。

（4）在进行蒸馏操作时，应收集____________℃的馏分。

（5）该实验中，联苄的产率约为____________%（小数点后保留两位）。

【答案】平衡压强，使液体顺利滴下a干燥管吸收挥发出的HCl、防倒吸洗去残留的盐酸洗掉Na2CO3（或洗掉可溶性无机物）284℃77.95

【解析】试题分析：

（1）.滴液漏斗内压强与三颈烧瓶中压强保持一致；冷凝管中的冷凝水应低进高出；

（2）根据装置图回答仪器X的名称；反应生成的氯化氢易溶于水；（3）Na2CO3溶液与盐酸反应；碳酸钠可溶于水；（4）联苄的沸点是284℃；（5）120mL苯（密度0.88g/mL）的物质的量为120×0.88÷78=1.35mol，10.0mL1，2-二氯乙烷的物质的量为10.0×1.27÷99=0.1283mol，根据苯、1，2-二氯乙烷为原料制备联苯的方程式可知，苯过量，根据1，2-二氯乙烷的物质的量计算联苄的理论产量；

4．四氯化钛是无色液体，沸点为136℃，极易水解。

在800℃下，将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可制得四氯化钛，同时产生一种有毒气体。

装置如下图。

（1）实验步骤：

先将适量TiO2、炭粉混合均匀，制成多孔状TiO2团粒。

然后进行如下操作，正确的顺序为____________________（填序号）。

①通入CO2气体并开始加热；

②观察反应已基本完成，停止加热，改通CO2气体直至冷却至室温；

③将TiO2团粒放入瓷管中适当位置，并连接好整套装置；

④当管式炉升温到800℃后改通Cl2，同时在冷凝管中通冷凝水；

⑤取下锥形瓶，立即用塞子塞紧。

实验中不直接使用二氧化钛和炭粉，而是先制成多孔状TiO2团粒的原因是_________。

（2）冷凝管冷凝水的入口为________（填标号）。

（3）装置B所装的药品为_____________，作用为________________；实验中两次通入CO2，其中第二次通入CO2的作用是______________；可用_______气体代替CO2（任填一种）。

（4）以上步骤②，观察到（填现象）________________时，可确定反应已基本完成。

（5）制备反应的主要化学方程式为_________________________________________。

（6）该装置存在明显的缺陷，提出改进措施__________________________________。

【答案】③①④②⑤增大反应物接触面a无水硫酸铜检验装置中的水蒸气是否除尽将生成的TiCl4气体完全排入冷凝管；防止冷却时，烧碱溶液或水蒸气倒吸入锥形瓶中N2冷凝管末端没有TiCl4液滴继续滴下TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO在装置末端ｃ出口处，放一盏点燃的酒精灯

【解析】分析：

本题是一道物质制备的实验题，解题时，应该先分析题目中给出的要制备的物质的基本性质，再根据装置图，分出每个装置的作用，进行解答即可。

详解：

（1）实验中应该先连接装置加入药品，通入二氧化碳排除装置的空气，再通入氯气进行反应，然后在二氧化碳气体中冷却，最后塞紧塞子，防止水解。

所以顺序为：

③①④②⑤。

先将适量TiO2、炭粉混合均匀，制成多孔状TiO2团粒，这样可以增大反应物的接触面积，加快反应速率。

（2）冷凝水应该下口入上口出，所以入口为a。

（3）装置B中应该加入无水硫酸铜以验证水蒸气都被除去；实验结束后，持续通入二氧化碳的目的是为了使生成物在二氧化碳气流中冷却，同时也将可能在装置中残留的TiCl4排入D中，也能防止氢氧化钠溶液或水蒸气倒吸至D中。

实验中可以使用任意的惰性气体代替二氧化碳，例如：

氮气或稀有气体。

（4）以上步骤②，当反应结束的时候，没有TiCl4生成了，所以D中冷凝管下端就不会再有液滴滴下。

（5）制备反应是二氧化钛、碳粉、氯气反应得到TiCl4和有毒气体（CO），所以反应为：

TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO。

（6）该装置存在明显的缺陷是生成的CO没有进行尾气处理，所以改进措施为：

在装置末端ｃ出口处，放一盏点燃的酒精灯，将CO燃烧为二氧化碳。

5．某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。

（一）制备硫酸亚铁溶液

（1）步骤①，加入稀硫酸的目的是_______。

（2）步骤②，加入还原铁粉后观察到的现象是_______。

（二）制备氢氧化亚铁

（3）选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为_______（按气流方向，用装置字母表示）。

反应结束后继续通一段时间的N2，目的是_______。

（4）装置B中发生反应的离子方程式是_______。

装置C的作用是_______。

（三）探究思考

反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。

在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe（OH）2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3（OH）8。

（5）Fe3（OH）8中n（Fe2+）:

n（Fe3+）=_______，用氧化物的形式表示可写成_______。

（6）设计实验证明灰绿色物质中含Fe3（OH）8：

_______。

【答案】抑制Fe2+的水解铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由黄色逐渐变为浅绿色ACBD防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气Fe2++2NH3+2H2O=Fe（OH）2+2NH4+安全瓶，防倒吸1:

2FeO·Fe2O3·4H2O取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸（或稀硫酸）溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe（CN）6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3（OH）8

【解析】该实验的目的是利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。

（一）制备硫酸亚铁溶液，向硫酸铁晶体中加入去氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3+还原成Fe2+，得到硫酸亚铁溶液。

（1）步骤①，加入稀硫酸的目的是，目的是抑制Fe3+的水解；

（2）步骤②，加入还原铁粉后，铁粉和酸反应和Fe3+反应，观察到的现象是铁粉逐渐溶解，有无色气体生成，溶液由黄色逐渐变为浅绿色；

（二）制备氢氧化亚铁，原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。

（3）制备氢氧化亚铁的装置中，A装置的作用是将浓氨水滴到生石灰上，使生石灰和水反应放出热量，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，B装置的作用是氨气和硫酸亚铁溶液反应产生氢氧化亚铁，C装置的作用是作为安全瓶防止倒吸，D装置的作用是吸收尾气。

故装置连接顺序为ACBD；反应结束后继续通一段时间的N2，目的是将装置中残留的氨气全部被吸收，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气；（4）装置B中发生反应的离子方程式是：

Fe2++2NH3+2H2O=Fe（OH）2+2NH4+，装置C在A和B之间，故C的作用是：

安全瓶，防倒吸；（5）Fe3（OH）8中，3个Fe带8个正电荷，故n（Fe2+）:

n（Fe3+）=1：

2，用氧化物的形式表示可写成FeO·Fe2O3·4H2O；（6）要设计实验证明灰绿色物质中含Fe3（OH）8，即要证明此物质中既有Fe2+又有Fe3+，Fe2+用K3[Fe（CN）6]溶液检验，Fe3+用KSCN溶液检验，故试验方法为：

取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸（或稀硫酸）溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为血红色；另一份加入适量K3[Fe（CN）6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3（OH）8。

6．氯化苄（C6H5CH2Cl）为无色液体，是一种重要的有机化工原料。

现在实验室模拟工业上用甲苯与干燥氯气在光照条件下加热反应合成氯化苄、分离出氯化苄并检验样品的纯度，其装置（夹持装置略去）如图所示：

回答下列问题：

（1）仪器E的名称是______；其作用是______；其进水口为______（填“a”或“b”）。

（2）装置B中的溶液为______；装置F的作用是______。

（3）用恒压滴液漏斗代替分液漏斗的优点是______。

（4）装置A中反应的离子方程式为______。

（5）反应结束后，关闭K1和K2，打开K3，加热三颈烧瓶，分馏出氯化苄，应选择温度范围为______℃。

物质

溶解性

熔点（℃）

沸点（℃）

甲苯

极微溶于水，能与乙醇、乙醚等混溶

－94.9

110

氯化苄

微溶于水，易溶于苯、甲苯等有机溶剂

－39

178.8

二氯化苄

不溶于水，溶于乙醇、乙醚

－16

205

三氯化苄

不溶于水，溶于乙醇、乙醚和苯

－7

220

（6）检测氯化苄样品的纯度：

①称取13.00g样品于烧杯中，加入50.00mL4mol•L－1NaOH水溶液，水浴加热1小时，冷却后加入35.00mL40%HNO3，再将全部溶液转移到容量瓶中配成100mL溶液。

取20.00mL溶液于试管中，加入足量的AgNO3溶液，充分振荡，过滤、洗涤、干燥，称量固体质量为2.87g，则该样品的纯度为______%（结果保留小数点后1位）。

②实际测量结果可能偏高，原因是______。

【答案】球形冷凝管导出Cl2、HCl气体，冷凝回流甲苯b饱和食盐水防止水蒸气进入装置使漏斗与烧瓶内压强一致，液体顺利流下2MnO4－+10Cl－+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O178.8－20597.3样品混有二氯化苄、三氯化苄等杂质

【解析】分析：

A装置中产生氯气，利用B和C装置分别除去氯化氢和水蒸气，干燥后的氯气与甲苯在装置D中反应生成氯化苄，多余的氯气利用氢氧化钠溶液吸收。

通过蒸馏装置分离出氯化苄，据此解答。

（6）①2.87g固体是氯化银，物质的量是2.87g÷143.5g/mol＝0.02mol，因此根据氯原子守恒可知氯化苄的物质的量是0.02mol×100mL/20mL＝0.1mol，质量是0.1mol×126.5g/mol＝12.65g，则该样品的纯度为12.65g/13.00g×100%＝97.3%；

②由于样品混有二氯化苄、三氯化苄等杂质，因此实际测量结果可能偏高。

7．莫尔法是用硝酸银标准溶液测定卤离子含量的沉淀滴定法。

将无水FeCl3与氯苯混合发生反应:

2FeCl3+C6H5Cl

2FeCl3+C6H4C12+HC1↑，将生成的HC1用水吸收，利用莫尔法测出无水FeCl3的转化率，同时得到常用的还原剂FeCl2，按照如图装置，在三颈烧瓶中放入162.5g无水FeCl3与225g氯苯，控制反应温度在130℃下加热3h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到粗产品。

有关数据如下：

回答下列问题:

（1）仪器a的名称是________，搅拌器的作用是_______。

（2）反应结束后，还要继续通入N2的目的是__________；仪器c盛装的试剂是________（填序号）。

A.碱石灰B.浓硫酸C.无水氯化钙D.硅胶

（3）如何从滤液中回收过量的氯苯：

_____________

（4）下列各装置（盛有蒸馏水）能代替图中虚线框内部分的是_________（填序号）。

（5）将锥形瓶内的溶液稀释至1000mL，从中取10.00mL，用0.2000mol·L-1AgNO3溶液进行滴定，以K2CrO4溶液作指示剂，终点现象为______；若消耗22.50mLAgNO3溶液，则无水FeCl3的转化率为_____。

（6）上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏_______（填“高”或“低”）。

【答案】三颈烧瓶或三口烧瓶加快反应速率将反应生成的HCl全部排至装置d，被水完全吸收CD蒸馏滤液，收集132℃的馏分eg红色沉淀刚好出现90%低

【解析】分析：

将无水FeCl3与氯苯混合发生反应:

2FeCl3+C6H5Cl

2FeCl3+C6H4C12+HC1↑，将生成的HC1用水吸收，然后用硝酸银滴定生成的氯化氢测定无水FeCl3的转化率；根据表格数据，C6H5Cl和C6H4C12的沸点相差较大，从滤液中回收过量的氯苯，可以选择蒸馏的方法分离；分析误差时需要根据c（待测）=

分析判断。

详解：

（1）根据装置图，仪器a是三颈烧瓶，搅拌可以使反应物充分混合，加快反应速率，故答案为：

三颈烧瓶；加快反应速率；

（5）锥形瓶内的溶液为氯化氢的水溶液，将锥形瓶内的溶液稀释至1000mL，从中取10.00mL，用0.2000mol·L-1AgNO3溶液进行滴定，以K2CrO4溶液作指示剂，根据表格数据，首先生成氯化银出，后生成铬酸银沉淀，因此终点现象为红色沉淀刚好出现；根据方程式2FeCl3+C6H5Cl

2FeCl3+C6H4C12+HC1↑，HC1+AgNO3=AgCl+HNO3可知，2FeCl3~HC1↑~AgNO3，n（FeCl3）=2n（AgNO3）=2×0.2000mol·L-1×0.02250L×

=0.9mol，无水FeCl3的转化率为

×100%=90%，故答案为：

红色沉淀刚好出现；90%；

（6）上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会，导致溶液的体积偏小，根据c（待测）=

，测定结果偏低，故答案为：

低。

8．过氧化钙（CaO2）是一种白色晶体，无臭无味，能潮解，难溶于水，可与水缓慢反应；不溶于醇类、乙醚等，易与酸反应，常用作杀菌剂、防腐剂等。

通常利用CaCl2在碱性条件下与H2O2反应制得。

某化学兴趣小组在实验室制备CaO2的实验方案和装置示意图（图一）如下:

已知:

CaO2的制备原理:

CaCl2+H2O2+2NH3•H2O+6H2O=CaO2•8H2O↓+2NH4Cl

请回答下列问题:

（1）仪器C的名称为__________，支管B的作用____________；

（2）加入氨水的作用是_______；（从化学平衡移动的原理分析）

（3）过滤后洗涤沉淀的试剂最好用_______；

A.水B.浓盐酸C.无水乙醇D.CaCl2溶液

（4）沉淀反应时常用冰水浴控制温度在O℃左右，其可能原因是_________、_______（写出两种）。

（5）已知CaO2在350℃时能迅速分解，生成CaO和O2。

该小组采用如图二所示的装置测定刚才制备的产品中CaO2的纯度（设杂质不分解产生气体）

①检查该装置气密性的方法是:

________________；

②准确称取0.50g样品，置于试管中加热使其完全分解，收集到44.80mL（已换算为标准状况）气体，则产品中过氧化钙的质量分数为________（保留4位有效数字）；

【答案】恒压滴液漏斗或恒压分液漏斗平衡气压，便于恒压滴液漏斗中的液体能够顺利滴下CaCl2+H2O2

CaO2+2HCl，加入氨水与氯化氢发生中和反应，使该可逆反应向着生成CaO2的方向移动，提过CaO2的产率C防止氨水挥发防止过氧化氢分解连接好装置，向水准管中注水至液面与量气管中形成液面差，静置一段时间，若液面差保持不变，则装置不漏气，反之装置漏气57.60%或0.5760

【解析】

（1）、C中装的是液态药品，C装置能控制液体的滴加，有支管，所以为恒压滴液漏斗或恒压分液漏斗。

支管B的作用是平衡气压，便于恒压滴液漏斗中的液体能够顺利滴下。

（2）加入氨水能与氯化氢发生中和反应，使该可逆反应CaCl2+H2O2

CaO2+2HCl向着生成CaO2的方向移动，提过CaO2的产率。

（3）洗涤沉淀的试剂不能与CaO2反应，A、结合题干知过氧化钙能潮解，难溶于水，可与水缓慢反应，故不选A。

B、结合题干可知过氧化钙易与酸反应，故不选B。

C、CaO2不溶于醇类，故选C。

DCaCl2溶液中也含有水，结合题干知过氧化钙能潮解，难溶于水，可与水缓慢反应，故不选D。

正确选项为C。

（4）反应时温度不能过高，温度高氨气就会挥发，过氧化氢就会分解。

（5）①检查该装置气密性的方法是：

连接好装置，向水准管中注水至液面与量气管中形成高度差，静置一段时间，若高度差不变，则装置不漏气，反之装置漏气。

②准确称取

样品可以使用分析天平或电子天平或电光天平。

收集到标准状况下的气体44.80mL，对应的物质的量为0.0448/22.4=0.002mol，设产品中过氧化钙的物质的量为

，则可列算式：

可得：

2/x=1/0.002，解得：

x=0.004mol，则产品中过氧化钙的质量分数为：

0.004×72/0.50=0.576。

9．实验室用图1所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与FeCl3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。

已知K2FeO4具有下列性质：

①可溶于水，微溶于饱和KOH溶液；②在0~5℃的强碱性溶液中比较稳定；③在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下发生分解；④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2。

回答下列问题:

（1）装置A用于产生氯气，若选用图2中的甲装置，反应的离子方程式是________，若选用装置乙，其中的导管a的作用是________。

（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。

在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0～5℃进行。

实