新高考化学三轮冲刺大题优练1 无机制备类实验设计（含解析）

例1：2020年初，突如其来的新型冠状肺炎在全世界肆虐，依据研究，含氯消毒剂可以有效灭活新冠病毒，为阻断疫情做出了巨大贡献。二氧化氯(ClO2)就是其中一种高效消毒灭菌剂。氯酸钠还原法是目前使用较为广泛的ClO2制备方法，其中一种是用NaClO3与在催化剂、时，发生反应得到ClO2，下图装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放进行了研究。

已知：①ClO2的浓度较大时易分解爆炸，一般用CO2或空气稀释到以下，实验室也常用稳定剂吸收ClO2，生成NaClO2，使用时加酸只释放出ClO2一种气体；

②ClO2与反应的离子方程式为：；

③有关物质沸点如下表：

请回答：

(1)仪器d的名称是_______，仪器b的作用是_______。

(2)反应中甲醇被氧化为甲酸，写出制备ClO2的化学方程式_______。

(3)在ClO2释放实验中，发生的离子反应方程式是_______。

(4)根据反应条件判断制备装置甲中需改进的一项措施是_______。

(5)NaOH吸收ClO2尾气，生成物质的量为1∶1的两种阴离子，一种为ClO，则另一种为_______。

(6)自来水厂用碘量法检测水中ClO2的浓度，其实验操作如下：取的水样，加入足量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液。再用标准溶液滴定碘单质，达到滴定终点时用去标准溶液，测得该水样中ClO2的含量为_______(保留一位小数)。

【答案】（1）分液漏斗    导出ClO2气体，冷凝回流   

（2）

（3）   

（4）水浴加热   

（5）   

（6）135.0   

【解析】装置甲中甲醇、NaClO3、硫酸反应生成ClO2，加入氢氧化钠后硫酸被中和反应即停止，稳定剂用于吸收ClO2，加入盐酸释放ClO2，淀粉碘化钾溶液用于检验ClO2，氢氧化钠溶液用于尾气吸收。(1)仪器d的名称是分液漏斗；b是球形冷凝管，由于甲醇易挥发，则作用是对甲中的甲醇蒸汽具有冷凝回流的作用，同时让产生的气体逸出：(2)甲醇被氧化为甲酸还原生成，硫酸生成硫酸钠，反应方程式为；(3)稳定剂吸收，生成NaClO2，加盐酸后发生歧化反应释放，发生的离子反应方程式是：；(4)生成的要在反应，温度不能过高，裝置甲直接加热，无法控制温度，故用水浴加热；(5)吸收尾气，生成物质的量之比为1∶1的两种阴离子，一种为，氯元素由价得电子降低到价，那么还有一部分氯元素由价失电子升高到价，则另一种为；(6)根据题目信息，，的物质的量为，故的物质的量为0.0004mol，质量为：，水样中的含量为。

1．次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2·HCHO·2H2O)在印染、医药以及原子能工业中应用广泛。以Na2SO3、SO2、HCHO和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：

步骤1：如图1所示，在烧瓶中加入一定量Na2SO3和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2，制得NaHSO3溶液。

步骤2：将装置A中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在95~100℃下，反应约3h，冷却至室温，抽滤。

步骤3：将滤液经系列操作得到次硫酸氢钠甲醛晶体。

(1)A中多孔球泡的作用是___________________。

(2)①步骤2中，反应生成的Zn(OH)2会覆盖在锌粉表面阻止反应进行，防止该现象发生的措施是_______。②写出制备NaHSO2·HCHO·2H2O反应的化学方程式：________________。

(3)ZnSO4的溶解度随温度的变化如图2所示，请补充完整由副产品Zn(OH)2获得ZnSO4·7H2O的实验方案：将副产品Zn(OH)2置于烧杯中，_______(实验中可选用的试剂：稀硫酸、无水乙醇)。

(4)通过下列方法测定产品纯度：准确称取2.000g NaHSO2·HCHO·2H2O样品，完全溶于水配成100.00mL溶液，取20.00mL于碘量瓶中，加入50.00mL 0.09000mol·L−1 I2标准溶液，振荡，于暗处充分反应。以淀粉溶液为指示剂，用0.1000mol·L−1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液10.00mL。测定过程中发生下列反应：NaHSO2·HCHO·2H2O+2I2=NaHSO4+4HI+HCHO，2S2O+I2=S4O+2I−。

计算NaHSO2·HCHO·2H2O样品的纯度(写出计算过程)_______。

【答案】（1）增大接触面积，使SO2充分反应   

（2）快速搅拌       

（3）加入适量稀硫酸使沉淀溶解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，控制温度在20℃~39℃之间，使ZnSO4·7H2O析出，用乙醇进行洗涤，干燥后得到ZnSO4·7H2O晶体   

（4）15.4%   

【解析】步骤1：在烧瓶中加入一定量Na2SO3和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2，Na2SO3、H2O、SO2反应生成NaHSO3，A中多孔球泡的是为了增大接触面积，使SO2充分反应；步骤2：将装置A中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在95~100℃下，反应约3h，NaHSO3溶液、锌粉和甲醛反应生成NaHSO2·HCHO·2H2O和Zn(OH)2，化学方程式为。(1)A中多孔球泡的作用是可以增大接触面积，使SO2充分反应；(2)①通过快速搅拌可防止Zn(OH)2会覆盖在锌粉的表面；②NaHSO3溶液、锌粉和甲醛反应生成NaHSO2·HCHO·2H2O和Zn(OH)2，化学方程式为；(3)由副产品Zn(OH)2获得ZnSO4·7H2O的实验方案：将副产品Zn(OH)2置于烧杯中，加入适量稀硫酸使沉淀溶解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，控制温度在20℃~39℃之间，使ZnSO4·7H2O析出，用乙醇进行洗涤，干燥后得到ZnSO4·7H2O晶体。(4)用0.1000mol·L−1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液10.00mL，根据离子方程式2S2O+I2=S4O+2I−可知，与NaHSO2·HCHO·2H2O反应后剩余的I2的物质的量为，反应前加入50.00mL 0.09000mol·L−1 I2标准溶液，由此可计算出与NaHSO2·HCHO·2H2O反应消耗I2的物质的量为，根据化学方程式NaHSO2·HCHO·2H2O+2I2=NaHSO4+4HI+

HCHO，算出NaHSO2·HCHO·2H2O的物质的量为，其纯度为，总计算过程为

。

2．随着科学的发展，可逐步合成很多重要的化工产品，如用作照相定影剂的硫代硫酸钠(俗称大苏打)；用于填充汽车安全气囊的叠氮化钠(NaN3)。某化学兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体和NaN3。

I．制备硫代硫酸钠晶体。

查阅资料：Na2S2O3易溶于水，向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3。实验装置如图所示(省略夹持装置)：

(1)组装好仪器后，接下来应该进行的实验操作是_______，然后加入试剂。仪器a的名称是_______：装置E中的试剂是_______(填标号)。

A．稀H2SO4         B．NaOH溶液      C．饱和NaHSO3溶液

(2)已知五水合硫代硫酸钠的溶解度随温度升高显著增大。待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，滤液经_______(填操作名称)、过滤、洗涤、干燥，得到产品。

(3)装置B和D的作用是_______。

(4)Na2S2O3在空气中易被氧化而变质，请设计实验检验Na2S2O3晶体中是否含有Na2SO4_______。

II．实验室利用如图装置(省略夹持装置)模拟工业级NaN3的制备。

已知：2NaNH2+N2ONaN3+NaOH+NH3

(1)装置B中盛放的药品为_______。

(2)实验中使用油浴加热的优点是_______。

(3)氨气与熔融的钠反应生成NaNH2的化学方程式为_______。

(4)N2O可由NH4NO3(熔点为169.6℃)在240°C下分解制得，应选择的气体发生装置是_______。

【答案】I．（1）检查装置气密性    分液漏斗    B   

（2）蒸发浓缩，冷却结晶   

（3）防止倒吸   

（4）取少量固体溶于水，加入氯化钡溶液，若生成沉淀，则含有硫酸钠   

II．（1）碱石灰   

（2）油浴可以在210℃～220℃下进行，且使反应物受热均匀   

（3）2Na+2NH3=2NaNH2+H2   

（4）D   

【解析】I中分析实验装置图可知A是制备SO2的装置，B，D为安全瓶，C为制备Na2S2O3的装置，E的作用是吸收未反应SO2和C装置中生成的CO2。Ⅰ．(1)组装好仪器后，接下来应该进行的实验操作是检查装置气密性，然后加入试剂。仪器a的名称是分液漏斗。二氧化硫有毒，需要尾气处理，且反应中还有二氧化碳生成，澄清石灰水浓度太低，则E中的试剂最好是氢氧化钠溶液，作用是吸收多余的SO2和C装置中生成的CO2气体。(2)由于五水合硫代硫酸钠的溶解度随温度升高显著增大。待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，滤液经蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。(3)B和D为安全瓶，防止倒吸。(4)取少量固体溶于水，加入氯化钡溶液，若生成沉淀，则含有硫酸钠。Ⅱ．(1)生成的氨气中含有水蒸气，需要干燥，则装置B中盛放的药品为碱石灰。(2)由于制备NaN3的反应需要在210℃～220℃下进行，水浴不能达到这样的温度，所以实验中使用油浴而不用水浴。(3)氨气与熔融的钠反应生成NaNH2，根据原子守恒可知还有氢气生成，反应的化学方程式为2Na+2NH3=2NaNH2+H2。(4)N2O可由NH4NO3(熔点为169.6℃)在240℃下分解制得，由于在该温度下硝酸铵已熔化，同时为避免液体倒流引起试管炸裂，因此选择的气体发生装置是装置D。

3．三氯化硼可用以制造高纯硼、有机合成用催化剂、硅酸盐分解时的助熔剂、可对钢铁进行硼化，半导体的掺杂源，合金精制中作为除氧剂、氮化物和碳化物的添加剂，还可用来制造氮化硼及硼烷化合物等，是一种重要的化工原料。查阅资料可知：①BCl3的熔点为-107.3℃，沸点为12.5℃，与水(包括水蒸气)能剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾；②硼与铝的性质相似，与强酸或强碱溶液均能反应，与HCl气体也能反应。据此，某同学设计了三氯化硼的制备装置如图。

请回答下列问题：

(1)A装置可用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为_________________。

(2)为了完成三氯化硼的制备，装置从左到右的连接顺序为_____________(根据需要，仪器可不用，也可重复使用)。

(3)装置C的作用为___________________。

(4)连接好仪器、装入药品前，应进行的操作是_____________。完成上述操作，并装入药品后，首先应进行的操作是___________________。

(5)装置中的浓硫酸是为了防止某副反应发生，写出该反应的化学方程式___________________________________。

(6)实验结束后，取E中溶液适量于试管中，滴加几滴酚酞试液，现象为_______________，产生该现象的原因为_______________________________。

【答案】（1）Ca(ClO)2+4HCl(浓)=CaCl2+2Cl2↑+2H2O   

（2）ACFDBFE   

（3）除去Cl2中混有的HCl气体，防止其与硼发生副反应(生成H2与Cl2混合共热有爆炸危险)   

（4）检查装置气密性    打开分液漏斗活塞，通一段时间Cl2   

（5）BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl↑   

（6）溶液先变红后褪色    NaOH溶液呈碱性使酚酞变红，NaClO有漂白性使酚酞褪色   

【解析】根据装置制备BCl3：由A中用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为Ca(ClO)2+4HCl(浓)=CaCl2+2Cl2↑+2H2O，制得的氯气混有HCl和水蒸气，由C中饱和食盐水吸收HCl气体，由F中浓硫酸吸水干燥，发生反应前先通入一段时间的氯气，排尽装置中的空气，干燥纯净的氯气与硼粉在D中发发生反应，用B中冰水冷凝产物BCl3并收集，E中NaOH吸收尾气，防止污染空气，三氯化硼与水能剧烈反应生成硼酸（H3BO3）和HCl：BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl↑，为防止E中的水蒸气进入B装置，在B和E之间连接一个F干燥装置，（1）用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为Ca(ClO)2+4HCl(浓)=CaCl2+2Cl2↑+2H2O；(2)根据分析，A制备氯气，C中饱和食盐水吸收HCl气体，F中浓硫酸吸水干燥，为保证除杂充分，导气管均长进短出，干燥纯净的氯气与硼粉在D中发发生反应，用B中冰水冷凝产物BCl3并收集，E中NaOH吸收尾气，防止污染空气，为防止E中的水蒸气进入B装置，在B和E之间连接一个F干燥装置，故连接顺序为：ACFDBFE；(3)装置C中为饱和食盐水，作用为除去Cl2中混有的HCl气体，防止其与硼发生副反应(生成H2与Cl2混合共热有爆炸危险)；(4)装入药品前，应检查装置气密性，装入药品后，先打开分液漏斗活塞，通入一段时间的氯气，排尽装置中的空气；(5)三氯化硼与水能剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾，白雾为HCl，反应为：BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl↑；(6)E中发生反应Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O，溶液中存在具有漂白性的NaClO和过量的NaOH，滴加几滴酚酞试液，溶液先变红后褪色，原因是NaOH溶液呈碱性使酚酞变红，NaClO有漂白性使酚酞褪色。

4．As2O3为白色霜状粉末，俗称砒霜，为剧毒物质，对人的致死量为0.1g，法医学中可采用马氏(Marsh)试砷法验证砒霜中毒。某实验室使用马氏试砷法检验某待测试样中As2O3的含量，如图所示。马氏试砷法的原理是将Zn、盐酸和待测试样混合，若试样中含砒霜，则可反应生成AsH3，将其导入硬质玻璃试管中，在250℃~300℃时AsH3分解，会在玻璃管壁上生成黑色的“砷镜”。

已知：AsH3是一种有大蒜味的有毒气体，易自燃，As的熔点为817℃，在6149℃时升华。

(1)仪器B的名称为__________。

(2)AsH3的还原性极强，能与大多数无机氧化剂反应，例如与AgNO3溶液反应可生成As2O3和一种黑色沉淀，相关化学方程式为：                          。

(3)若试样中含有砒霜，则仪器B中发生的用锌还原砒霜反应的离子方程式为_____________________________________。

(4)打开仪器A的活塞前，应先打开K1、K2通一段时间H2，其目的是__________________，反应过程中还应继续通入H2，但流速不应过快，原因是___________________________。

(5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是_____________________。

(6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是_____________________。

(7)若实验时试样质量为10.00g，当实验结束时，AsH3传感器未检测出AsH3，玻璃管中收集到0.020mg As，则试样(假设试样中的含砷化合物只有As2O3)中As2O3的含量为___mg/100g(结果取三位有效数字)。

【答案】（1）三颈烧瓶(或三口烧瓶)   

（2）2AsH3+12AgNO3+3H2O=As2O3+12HNO3+12Ag↓   

（3）6Zn+As2O3+12H+=6Zn2++2AsH3↑+3H2O   

（4）排净装置内的空气，防止AsH3发生自燃    将AsH3全部带入玻璃管中反应，并防止流速过快导致AsH3没有完全分解(或损耗)   

（5）接收D中储存尾气时排出的水   

（6）防止As升华，不易形成砷镜   

（7）0.264   

【解析】(1)仪器B的名称为三颈圆底烧瓶(或三口烧瓶)；(2)AsH3的还原性极强，能与大多数无机氧化剂反应，例如与AgNO3溶液反应可生成As2O3和一种黑色沉淀，As的化合价升高，则Ag化合价降低，黑色沉淀为：Ag。相关化学方程式为：2AsH3+12AgNO3+3H2O=As2O3+12HNO3+12Ag↓；(3) 在酸性溶液中，锌还原砒霜，锌氧化为锌离子，As2O3还原为AsH3，反应的离子方程式为：6Zn+As2O3+12H+=6Zn2++2AsH3↑+3H2O；(4)打开仪器A的活塞前，应先打开K1、K2通一段时间H2，其目的是排净装置内的空气，防止AsH3发生自燃。反应过程中还应继续通入H2，但流速不应过快，原因是：将AsH3全部带入玻璃管中反应，并防止流速过快导致AsH3没有完全分解(或损耗)；(5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是接收D中储存尾气时排出的水；(6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是防止As升华，不易形成砷镜；(7)实验所用试样为10.00g当实验结束时，AsH3传感器未检测出AsH3，说明AsH3全部在玻璃管中受热分解为0.020mg As，则试样中As2O3的含量为=0.264mg/100g。

5．醋酸亚铬水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O是一种氧气吸收剂，为红棕色晶体，易被氧化，难溶于冷水，易溶于酸。其制备装置及步骤如下：

①检查装置气密性后，往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液。

②关闭K2，打开K1，旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。

③待三颈烧瓶内的溶液由深绿色(Cr3+)变为亮蓝色(Cr2+)时，将溶液转移至装置乙中，当出现大量红棕色晶体时，关闭分液漏斗的旋塞。

④将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥，称量得到3.76g [Cr(CH3COO)2]2·2H2O

(1)三颈烧瓶中的Zn与盐酸生成H2的作用____________，还发生的另一个反应的离子方程式为_______。

(2)实现步骤③中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为______________，当乙中析出红棕色沉淀，为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________、_______、洗涤、干燥。

(3)装置丙中导管口水封的目的是______________。

(4)铬的离子会污染水，常温下要除去上述实验中多余的Cr2+，最好往废液中通入足量的空气，再加入碱液，调节pH至少为___才能使铬的离子沉淀完全。[已知Cr(OH)3的溶度积为1×10−32]

(5)若实验所取用的CrCl3溶液中含溶质6.34g，则[Cr(CH3COO)2]2·2H2O(相对分子质量为376)的产率是____。

【答案】（1）排除装置中的空气    2Cr3++Zn=2Cr2++Zn2+   

（2）关闭k1，打开k2    冷却    过滤   

（3）防止空气进入装置乙中氧化Cr2+   

（4）5   

（5）50%   

【解析】（1）产品易被氧化，因此生成H2的作用是排除装置中空气，防止醋酸亚铬水合物被氧化；锌为活泼金属，与Cr3+发生：Zn+2Cr3+=Zn2++2Cr2+；（2）实现步骤③中溶液自动转移至装置乙中，利用三颈烧瓶的压强大，把液体压入装置乙中，即打开k2，关闭k1；根据信息，醋酸亚铬水合物难溶于冷水，因此采用操作是冷却、过滤、洗涤、干燥；（3）醋酸亚铬水合物易被氧化，因此装置丙中导管口水封的目的是防止空气进入装置乙中氧化Cr2+；（4）Cr3+完全转化成沉淀，c(Cr3+)≤10−5mol/L，因此有c(OH−)≥=10−9

mol·L−1，即pH至少为5，才能使Cr3+全部转化成沉淀；（5）CrCl3的物质的量为6.34g/158.5g·mol−1=0.04mol，根据Cr元素守恒，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O的物质的量为0.04mol/2=0.02mol，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O的质量为0.02mol×376g·mol−1=7.52g，即产率为3.76g/7.52g×100%=50%。