高考化学人教通用版二轮专题复习讲义专题十.docx
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高考化学人教通用版二轮专题复习讲义专题十
[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、仪器、反应原理和收集方法)。
3.能根据实验试题要求,做到:
(1)设计、评价或改进实验方案;
(2)了解控制实验条件的方法;(3)分析或处理实验数据,得出合理结论;(4)绘制和识别典型的实验装置图。
4.各部分实验基础知识与技能的综合应用。
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.气体制备装置的选择及注意事项
装置选择
注意事项
固体与固体加热装置
①试管口应稍向下倾斜,防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流而引起试管炸裂;②铁夹应夹在距试管口约
处;③胶塞中的导管伸入试管里面不能太长,否则会阻碍气体的导出
固体与液体不加热装置
①块状固体与液体在常温下反应制备气体时可用启普发生器,如图甲,当制取气体的量不多时,也可采用简易装置,如图乙;②装置乙、丁、戊、己中长颈漏斗的下端应伸入液面以下,否则起不到液封的作用;③加入的液体反应物(如酸)要适当;④粉末状固体与液体反应或产物为糊状物时常采用装置丙
固体与液体(液体与液体)加热装置
①先把固体药品加入烧瓶中,然后滴加液体药品,要注意液体滴加的速度,保证产气速率平稳,易于收集;②若使用分液漏斗,则需要在滴液的过程中,打开漏斗活塞,以保证液体能够顺利滴下;③分液漏斗中的液体滴完后,要关闭漏斗活塞,防止气体经漏斗逸出;④装置乙中的温度计必须插在反应液中;⑤烧瓶加热需要垫石棉网
2.气体的干燥方法与干燥装置
气体的干燥方法
气体干燥选择干燥剂的原则
①不减原则:
即通过干燥操作之后,目标气体的量不能减少;②不反应原则:
干燥剂不能与目标气体反应
酸性干燥剂
浓H2SO4
可以干燥H2、O2、N2、CO2、CO、Cl2、HCl、SO2、CH4和C2H4等气体
碱性干燥剂
碱石灰
主要用于干燥NH3,但也可干燥H2、O2、N2、CO和CH4等
中性干燥剂
CaCl2
可以干燥H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl和H2S等,但不能干燥NH3
气体的干燥装置
盛装液态干燥剂,用于干燥气体;也可以盛装其他液体试剂,用来对酸性或中性气体进行除杂
盛装碱石灰和CaCl2等固体干燥剂
甲装置可以盛装液体干燥剂或固体干燥剂,乙和丙装置只能盛装固体干燥剂
3.气体的收集装置及方法
排水法
①难溶或微溶于水,且与水不发生化学反应的气体,都可用排水集气法收集;②用排水集气法收集气体时,导管不伸入试管(或集气瓶)底部
向上排空气法
①比空气密度大的气体可用向上排空气法收集;②用排空气法收集气体时,导管一定要伸入集气瓶(或试管)底部,目的是把集气瓶(或试管)中的空气尽量排出;③为防止外界空气向集气瓶内扩散,集气瓶口可盖上毛玻璃片,若用试管收集时,可在试管口塞上一小团疏松的棉花
向下排空气法
比空气密度小的气体可用向下排空气法收集,如H2、NH3和CH4等气体
排特殊溶液法
①氯气可用排饱和食盐水的方法收集;②二氧化碳可用排饱和碳酸氢钠溶液的方法收集
4.常见尾气处理装置及方法
处理方法
液体吸收法
点燃法
收集法
处理装置
适用气体
装置A适用于吸收溶解度小的气体,如Cl2、CO2等;装置B、C可吸收溶解度大的气体,如HCl、HBr、NH3等
CH4、CH2===CH2、H2、CO等
CO、NH3、H2S等
题组一 物质制备探究型
1.[2013·山东理综,30
(1)]TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。
实验室利用反应TiO2(s)+CCl4(g)
TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下制备TiCl4,实验装置示意图如下:
有关物质性质如下表:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。
装置E中的试剂是_______________________________。
反应开始前依次进行如下操作:
组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括:
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。
正确的顺序为________(填序号)。
欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是________。
答案 干燥管 浓H2SO4 检查气密性 ②③① 分馏(或蒸馏)
解析 注意审题,该反应是在无水无氧条件下制备的;安装完装置,应首先检查气密性,然后装入药品。
根据反应条件,N2必须进行干燥处理(干燥管)。
然后通过N2排除装置内的空气(O2),点燃酒精灯,使反应发生。
为了防止倒吸,反应结束后,应先熄灭酒精灯,再冷却到室温,最后停止通N2。
在D中冷凝的液体有CCl4和TiCl4,根据沸点不同,可采用分馏的方法分离。
题组二 物质性质探究型
2.某研究小组利用下图装置探究温度对氨气还原Fe2O3的影响(固定装置略)。
完成下列填空:
(1)实验时中A有大量紫红色的烟气,则NH4I的分解产物为____________________________
(至少填三种),E装置的作用是___________________________________________________。
(2)装置B中的反应方程式:
_______________________________________________,
D装置的作用____________________________________________________________。
某研究小组按上图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置C加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物),两组分别用各自的产物进行以下探究实验,完成下列填空:
步骤
操作
甲组现象
乙组现象
1
取黑色粉末加入稀盐酸
溶解,无气泡
溶解,有气泡
2
取步骤1中溶液,滴加KSCN溶液
变血红色
无现象
3
向步骤2溶液中滴加新制氯水
红色先变深后褪去
先变红后也褪色
(3)乙组得到的黑色粉末是______________________。
(4)甲组步骤1中反应的离子方程式为________________________________________。
(5)乙组步骤3中,溶液变红的原因为________________________________________。
溶液褪色可能的原因及其验证方法为________________________________________。
(6)若装置C中Fe2O3反应后的产物是两种氧化物组成的混合物,为研究氧化物的组成,研究小组取样品7.84g在加热条件下通入氨气,完全反应后,停止加热,反应管中得到铁粉,冷却后,称得质量为5.6g,则混合物的组成为____________________(填化学式)。
答案
(1)NH3、H2、I2(HI) 吸收多余的氨气
(2)Zn+I2
ZnI2 作安全瓶
(3)Fe粉
(4)Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O
(5)Fe2+被氧化成Fe3+,Fe3+遇SCN-显血红色 假设SCN-被Cl2氧化,向溶液中再加入KSCN溶液,若出现红色,则假设成立(其他合理答案均可)
(6)Fe2O3和FeO(或Fe2O3和Fe3O4)
解析 根据A中的现象,有I2生成,其原理为NH4I
NH3↑+HI↑,2HI
H2+I2。
后续反应及装置作用依次为B:
Zn+I2
ZnI2,碱石灰可吸收NH3中的HI,在C中发生NH3还原Fe2O3的反应;由于NH3污染空气,所以E装置用来吸收NH3,为了防止倒吸,D起到安全瓶的作用。
根据甲组现象,C中无Fe生成,有+3价和+2价铁存在,根据乙组现象,C中有Fe生成,不存在Fe3+,仅有Fe2+,所以乙组得到的黑色粉末为Fe粉。
而甲组得到的黑色粉末为Fe3O4,与盐酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+===2Fe3++Fe2++4H2O。
(5)在乙组中,由于Fe2+被氯水氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成血红色溶液,红色再褪去的原因可能是SCN-被Cl2氧化。
可利用再加入KSCN,观察红色是否恢复来证明。
(6)n(Fe)=0.1mol,n(O)=
=0.14mol
=
=
因为
<
<1或
<
<
,所以两种铁的氧化物应该是Fe2O3和FeO或Fe2O3和Fe3O4的混合物。
题组三 物质成分探究型
3.铜与浓硫酸反应,实验装置如图所示。
(1)装置A中发生反应的化学方程式为_______________________________________、
反应过程中试管B中的现象是______________________________________________,
试管C的作用是______________________。
(2)导管D的下端(虚线段)应位于________(填“液面上”或“液面下”),导管D的作用有:
①实验结束后排除装置中的SO2,②________________________________________。
实验中发现试管内除了产生白色固体外,在铜丝表面还有黑色固体甲生成,甲中可能含有CuO、Cu2O、CuS、Cu2S。
为探究甲的成分,进行了以下的实验。
查阅资料可知:
Cu2O+2HCl===CuCl2+Cu+H2O,2Cu2O+O2
4CuO,2CuS+3O2
2CuO+2SO2,Cu2S+2O2
2CuO+SO2。
CuS、Cu2S和稀盐酸不反应。
(3)固体乙在空气中煅烧时,使用的实验仪器除了玻璃棒、三脚架、酒精灯外,还必须有:
________________________________________________________________________。
(4)煅烧过程中,除上述反应外,还可能发生反应的方程式为____________________。
(5)结论:
甲中有CuO,还肯定含有的物质是____________________。
答案
(1)Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O 品红溶液褪色 吸收多余的SO2,防止污染空气
(2)液面下 防倒吸
(3)泥三角、坩埚(坩埚钳)
(4)2Cu+O2
2CuO
(5)CuS
解析
(1)Cu在加热的条件下被浓H2SO4氧化,浓H2SO4被还原成SO2,SO2能使品红溶液褪色,多余的SO2被NaOH溶液吸收,防止污染空气。
(2)为了防止SO2从导管D逸出,所以导管D的下端应位于液面下,其作用一是为了防止倒吸,二是可以在实验结束后排除装置中的SO2。
(3)煅烧固体应使用坩埚,还有泥三角、玻璃棒、酒精灯等仪器。
由方程式可推断,CuS~CuO,质量减小,Cu2S~2CuO质量不变,所以根据m2<m1,甲中除CuO外,还一定含有CuS。
若黑色固体中还含有Cu2O,在酸性条件下生成Cu,所以在煅烧过程中,还可能发生2Cu+O2
2CuO。
题组四 反应原理探究型
4.某些资料认为NO、NO2不能与Na2O2反应。
某小组学生提出质疑,他们从理论上分析过氧化钠和二氧化氮都有氧化性,根据化合价升降原则提出假设:
假设Ⅰ.过氧化钠氧化二氧化氮
假设Ⅱ.二氧化氮氧化过氧化钠
(1)小组甲同学设计实验如下:
①试管A中反应的化学方程式是___________________________________________。
②待试管B中收集满气体,向试管B中加入适量Na2O2粉末,塞紧塞子,轻轻振荡试管内粉末,观察到红棕色气体迅速消失;再将余烬木条迅速伸进试管内,看见木条复燃。
甲同学认为假设Ⅱ正确;乙同学认为该装置不能达到实验目的,为达到实验目的,在A、B之间增加一个装置,该装置的作用是____________________。
③乙同学用改进后装置,重复了甲同学的实验操作,观察到红棕色气体迅速消失;余烬木条未复燃。
得出结论:
假设Ⅰ正确。
NO2和Na2O2反应的方程式是_______________________
________________________________________________________________________。
(2)丙同学认为NO易与O2发生反应,应更易被Na2O2氧化。
查阅资料:
①2NO+Na2O2===2NaNO2
②6NaNO2+3H2SO4===3Na2SO4+2HNO3+4NO↑+2H2O;
③酸性条件下,NO或NO
都能与MnO
反应生成NO
和Mn2+
丙同学用下图所示装置(部分夹持装置略)探究NO与Na2O2的反应。
①B中观察到的主要现象是________________________________________________,
F装置的作用是__________________________________________________________。
②在反应前,打开弹簧夹,通入一段时间N2,目的是____________________________。
③充分反应后,检验D装置中发生反应的实验是_____________________________________。
答案
(1)①Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②除去生成NO2气体中混有的水蒸气
③Na2O2+2NO2===2NaNO3
(2)①铜片逐渐溶解,溶液变为蓝色,有无色气泡产生
吸收未反应的NO
②将装置中的空气排出
③取D装置中产物少许,加入稀盐酸,若产生无色气体,遇到空气变为红棕色,则产物是亚硝酸钠
解析
(1)①Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;②因为进入B的NO2中含有水蒸气,所以应在A、B之间组装一个干燥NO2的装置;③根据现象,Na2O2氧化NO2,反应原理为Na2O2+2NO2===2NaNO3。
(2)A中发生反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;B中发生反应:
3NO2+H2O===2HNO3+NO,3Cu+8HNO3===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,CaCl2干燥NO,之后NO和Na2O2反应,E中的无水CaCl2可防止F中的水蒸气进入D,避免干扰实验。
在F中酸性KMnO4溶液氧化NO,防止污染空气。
根据以上原理,B中现象为铜片逐渐溶解,溶液变为蓝色,有无色气泡产生。
在反应前通入N2,目的是排尽装置内的空气。
可利用信息②检验D中产物。
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
如可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.(2014·新课标全国卷Ⅱ,28)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)。
回答下列问题:
(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______________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)当A中压力过大时,安全管中液面上升,使A瓶中压力稳定
(2)碱 酚酞(或甲基红)
(3)
×100%
(4)偏低
(5)防止硝酸银见光分解 2.8×10-3
(6)+3 2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O 温度过高过氧化氢分解、氨气逸出
解析
(1)若没有A中的安全管,当A中产生气体时,会因装置压力过大发生危险;反之,有安全管存在,当A中压力过大时,安全管中的液面会上升,使A瓶中压力稳定。
(2)由题意知,用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,NaOH溶液应放入碱式滴定管中,可使用酚酞作指示剂,滴定至终点时溶液由无色变为浅红色。
(3)已知盐酸的总的物质的量为c1mol·L-1×V1mL×10-3L·mL-1=c1V1×10-3mol,NH3反应完后剩余的盐酸用NaOH标准溶液滴定,可求出剩余的盐酸为c2×V2×10-3mol,由NH3+HCl===NH4Cl可求出NH3的物质的量。
进而求出wgX中的含氨量,即
×100%。
(4)若装置气密性不好,会有NH3外逸,而不被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)中计算式可知氨的测定结果偏低。
(5)AgNO3是见光易分解的物质,使用棕色滴定管的目的是防止AgNO3见光分解而影响实验结果;由Ag2CrO4的溶度积常数Ksp=1.12×10-12,c(Ag+)=2.0×10-5mol·L-1,可求出c(CrO
)=
=
mol·L-1=2.8×10-3mol·L-1。
(6)样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,可写出化学式为[Co(NH3)6]Cl3,由化合物中正负化合价代数和为0计算,NH3整体为0价,氯为-1价,故Co为+3价;从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O。
由于温度过高时H2O2易分解、NH3易挥发,故制备过程中温度不能过高。
题组二 装置质量变化在定量测定实验中的应用
2.(2014·北京理综,27)碳、硫的含量影响钢铁性能,碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体,再用测碳、测硫装置进行测定。
(1)采用装置A,在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。
①气体a的成分是________________。
②若钢样中硫以FeS形式存在,A中反应:
3FeS+5O2
1________+3________。
(2)将气体a通入测硫装置中(如右图),采用滴定法测定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4,消耗zmLNaOH溶液,若消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克,则该钢样中硫的质量分数:
________。
(3)将气体a通入测碳装置中(如下图),采用重量法测定碳的含量。
①气体a通过B和C的目的是_____________________________________________。
②计算钢样中碳的质量分数,应测量的数据是________________________________
________
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