第23讲　物质制备实验与化学计算（含解析）-2024年江苏省普通高中学业水平合格性考试复习

这是一份第23讲　物质制备实验与化学计算（含解析）-2024年江苏省普通高中学业水平合格性考试复习，共14页。试卷主要包含了化学实验基本操作，常用的计算方法等内容，欢迎下载使用。
一、化学实验基本操作
1.如何洗涤沉淀？ 。
2.如何检验沉淀是否洗涤干净？ 。
3.如何检验是否沉淀完全？ 。
4.从溶液中得到结晶水合物晶体的方法： 。
5.过滤用到的三个玻璃仪器： 。
6.蒸发浓缩用到的主要仪器： 。
7.“浸出”步骤中，为提高浸出率，可采取的措施： 。
8.如何进行焰色试验操作？ 。
二、常用的计算方法
1.守恒法
（1）原子守恒：指化学反应前后各元素的种类和原子数目不变。
（2）质量守恒：参加化学反应的反应物的总质量等于生成物的总质量。
（3）电荷守恒：溶液呈电中性，即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。
（4）电子守恒：还原剂失去的电子总数等于氧化剂得到的电子总数，即化合价升降总值相等。
2.极值法
根据已知条件，把复杂问题假设为处于某种理想的极端状态，从而使问题得到简化，并顺利得出结论的一种思维方法。
3.关系式法
当反应进行多步计算时，可以分别写出两个方程式，第一个反应的生成物是第二个反应的反应物，由此可以得出第一个反应的反应物与第二个反应的生成物之间的关系。运用此方法，可以简化计算过程。
4.列方程组法
混合物问题由已知信息，得出两组关系，即由此得到两个方程，联立成方程组，得出所要求的两个量。
【激活思维】
问题1：实验题中常有一些特殊的装置，如下图，请分析其作用？
续表
问题2：滴定类计算，一般会给出消耗某种物质的浓度和体积，如何求出被滴定物质的物质的量？
@真题回放
【真题1】（2023·江苏合格考真题）氯化亚铜（CuCl）微溶于水，易被氧化，广泛应用于医药等行业。以废铜渣（铜单质的质量分数为64%，CuO的质量分数为8%，其他杂质不含铜元素）为原料，可制备CuCl并获得副产品（NH4）2SO4，流程如下：
（1）“浸出”时，发生的主要反应有：
反应Ⅰ CuO＋H2SO4CuSO4＋H2O
反应Ⅱ 4Cu＋NH4NO3＋5H2SO44CuSO4＋（NH4）2SO4＋3H2O
①浸出时，温度为20℃，铜元素浸出率随时间的变化如图：
铜元素浸出率＝×100%。
结合图像，从反应速率的角度分析，得出的结论是 。
②实际浸出时，温度选择65℃，可提高单位时间内铜元素浸出率，若温度过高，会产生红棕色气体，该气体的化学式 。
（2）充分浸出后，“还原”时加入的（NH4）2SO3溶液需略过量，“还原”后的滤液经多次循环，可提取一定量的（NH4）2SO4（忽略转化流程中杂质参与的反应）。
①“还原”时，（NH4）2SO3溶液过量的原因是 （写出两点）。
②假设铜元素完全浸出，忽略过量的（NH4）2SO3，计算100 g废铜渣，理论上可制得的CuCl和（NH4）2SO4的物质的量（写出计算过程）。
【真题2】 （2022·江苏合格考真题）据史料记载，我国古代已将CuSO4·5H2O制药用于实践之中。
（1）实验模拟工业制备CuSO4·5H2O：在锥形瓶中加入铜屑和稀H2SO4，水浴加热使温度达到180℃左右。向混合物中通入氧气，充分反应。实验装置如图所示，所得溶液经分离提纯得CuSO4·5H2O。
①反应中将Cu氧化为Cu2＋的氧化剂为 （填化学式）。
②装置中多孔球泡的作用 。
（2）工业用上述方法制备CuSO4·5H2O时，若用空气代替O2，会增加制备过程中的能量消耗，原因是 。
（3）为测定所制得样品中CuSO4·5H2O的质量分数，进行如下实验：称取1.000 g样品，配成250 mL溶液，取25.00 mL溶液，向其中加入0.020 ml·L－1 EDTA溶液与Cu2＋反应（参加反应的EDTA与Cu2＋的物质的量之比为1∶1）。恰好完全反应时，消耗EDTA溶液19.20 mL。计算样品中CuSO4·5H2O的质量分数（写出计算过程）。
【真题3】 （2021·江苏合格考真题）添加食品膨松剂能使面包、饼干等食品口感松软或脆酥。某兴趣小组对一膨松剂的组成（成分为NaHCO3和NH4HCO3）进行分析，设计实验方案如下：
方案一：称量一定量的样品，加热至恒重，再称其质量，记录数据为m g。
方案二：如图所示，向24.70 g样品中滴加过量NaOH溶液，加热至反应完全，再通入一段时间N2，经测定，装置C中吸收的NH3质量为1.70 g。
已知：HC＋OH－C＋H2O
（1）仪器①的名称是 。
（2）①方案一中NaHCO3受热分解的化学方程式是 。
②由方案一计算NaHCO3与NH4HCO3的物质的量之比，还需要提供的数据是 。
（3）①方案二中通入N2的目的是 ，装置B的作用是 。
②由方案二计算NaHCO3与NH4HCO3的物质的量之比，写出计算过程。
@过关检测
1.（2023·铜山合格考模拟）K3[Fe（C2O4）3]·3H2O（三草酸合铁酸钾）是一种光敏材料，可溶于水，110℃时会失去结晶水生成K3[Fe（C2O4）3]，230℃时K3[Fe（C2O4）3]继续分解。为探究K3[Fe（C2O4）3]的分解产物，实验小组用如下图所示装置进行实验：
（1）实验时观察到装置B、E中澄清石灰水变浑浊，装置D中固体由黑色变为红色。说明K3[Fe（C2O4）3]的分解产物中存在 。
（2）将反应后装置A内的残余固体取出。经检验，固体中除含有K2CO3外，还含有Fe、FeO或Fe3O4中的一种。为确定另一种固体的成分，进行如下实验：
实验1：取少量残余固体，向其中加入足量蒸馏水，充分搅拌，待固体不再减少后，过滤，充分洗涤滤渣。
实验2：取出滤渣，向滤渣中加入盐酸，固体完全溶解，无气泡产生。
① 实验1中洗涤滤渣时，检验滤渣是否洗净的方法是 。
② 由实验2现象可知Fe、FeO或Fe3O4中不含 。
③ 由实验2所得溶液进一步确定固体成分的方法是 。
④ 若另一固体的成分为FeO，则由K3[Fe（C2O4）3]分解所得K2CO3和FeO的质量比为多少？（写出计算过程）
2.（2023·南京合格考模拟）水体中常含Na2S、H2S等可溶性硫化物。为测定某水样中可溶性硫化物的硫含量ρ（ρ＝），设计了以下实验方案，装置如下图所示（夹持类仪器省略）。
步骤1：检查装置的气密性。通N2，并维持一段时间。
步骤2：取100 mL水样加入三颈烧瓶，再将烧瓶置于60℃水浴中，滴加足量稀硫酸，充分反应，生成H2S。再次通N2，将H2S赶至吸收瓶中，使其完全转化成ZnS沉淀。
步骤3：过滤，洗涤，将ZnS沉淀转入锥形瓶中，加入15.00 mL 0.010 00 ml·L－1 I2溶液，控制溶液pH，充分反应（－2价的硫元素被I2完全氧化为S）。
步骤4：向锥形瓶中滴加少量淀粉溶液，再滴加0.010 00 ml·L－1 Na2S2O3溶液，发生反应：I2＋2S22I－＋S4。恰好完全反应时，消耗Na2S2O3溶液的体积为20.00 mL。
（1）步骤1中，通N2的目的是 。
（2）步骤3中，反应的I2的物质的量用n（I2）表示，生成的S的物质的量用n（S）表示，则＝ 。
（3）步骤4中，恰好完全反应时的实验现象为 。
（4）计算该水样中可溶性硫化物的硫含量ρ（以mg·L－1表示），并写出计算过程。
3.（2022·连云港合格考模拟）硫酸亚铁可用于治疗缺铁性贫血症。某兴趣小组为探究硫酸亚铁的分解产物，设计实验方案如下：
①先按要求搭配好装置再检查装置的气密性；
②打开弹簧夹K1和K2，向装置中缓缓通入N2一段时间后，加热装有15.20 g FeSO4的硬质玻璃管；
③观察到的实验现象：A装置中有红棕色固体出现，B中有白色沉淀生成，C中品红溶液褪色；
④冷却后A装置中剩余固体的质量为10.88 g。
（1）根据B装置中的实验现象可推测分解产物中含有 （填化学式）。
（2）将装置B、C顺序颠倒能否达到原来的实验目的 （填“能”或“不能”），原因是 。
（3）D装置中发生的主要反应的化学方程式是 。
（4）通过计算确定已分解的FeSO4物质的量，写出计算过程。
4.（2022·徐州合格考模拟）过氧化钙晶体（CaO2·8H2O）常温下为白色，能溶于酸，难溶于水、乙醇，是一种温和的氧化剂，常用于鱼类长途运输的增氧剂等。
（1）过氧化钙晶体可用下列方法制备：
CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2OCaO2·8H2O↓＋2NH4Cl
用如下制取装置制备过氧化钙晶体：
①装置A中发生反应的化学方程式为 。
②仪器X的名称为 。
③为提高CaO2·8H2O产率，装置B的温度需控制在0℃，可采取的方法是 。
（2）测定产品中CaO2·8H2O含量的实验步骤如下：
步骤一：准确称取0.500 0 g产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的KI晶体，再滴入2 ml·L－1的硫酸溶液，充分反应。
步骤二：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液，逐滴加入浓度为0.200 ml·L－1的Na2S2O3溶液至反应完全，滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液体积为20.00 mL。
求产品中CaO2·8H2O的质量分数（写出计算过程）。
已知：①CaO2·8H2O＋2KI＋2H2SO4CaSO4＋K2SO4＋I2＋10H2O；
②I2＋2S22I－＋S4。
5.（2022·扬州合格考第一次模拟）以FeSO4为原料制备柠檬酸亚铁（FeC6H6O7）的反应有FeSO4＋Na2CO3Na2SO4＋FeCO3↓、FeCO3＋C6H8O7FeC6H6O7＋CO2↑＋H2O。实验步骤如下：
（1）边搅拌边将Na2CO3溶液缓慢加入盛有FeSO4溶液的反应容器中。
（2）充分反应后，过滤，并洗涤生成的FeCO3沉淀。检验洗涤是否完全的方法是
。
（3）将洗净后的FeCO3加入足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80℃下搅拌反应。
①铁粉的作用是 。
②反应结束后，为提高柠檬酸亚铁的产率，不采取过滤的方法，处理过量铁粉的方案是
。
（4）溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。加入无水乙醇的目的是 。
（5）为测定步骤（1）所用FeSO4溶液中FeSO4的浓度进行如下实验：取20 mL上述FeSO4溶液，向其中滴加0.02 ml·L－1酸性KMnO4溶液，当消耗酸性KMnO4溶液20 mL时，两者恰好完全反应（反应过程中Mn被还原为Mn2＋）。计算上述FeSO4溶液中FeSO4的物质的量浓度（写出计算过程）。
第23讲 物质制备实验与化学计算
【考点填空】
1.往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。
2.取最后一次洗涤液少许于试管中，逐滴滴加××试剂，振荡，若没有……现象，则沉淀洗涤干净。
3.静置，往上层清液中继续滴加××试剂；或者过滤，取滤液少许于试管中，滴加××试剂
4.蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
5.普通漏斗、玻璃棒、烧杯
6.蒸发皿、玻璃棒、烧杯、酒精灯、坩埚钳
7.适当提高反应温度，加入过量浸出液，边加浸出液边搅拌
8.将铂丝放进盐酸中洗净后，再放到酒精灯外焰上灼烧，至与原来的火焰颜色相同时为止，蘸取试样在外焰上灼烧，观察火焰颜色（若检验钾元素要透过蓝色钴玻璃观察）
问题1：增大气体与液体的接触面积，使吸收更充分 作安全瓶，可以防倒吸
问题2：根据滴定物质的浓度和体积，可以计算出其物质的量。由反应关系，可以计算出被滴定物质的物质的量。
【真题回放】
1.（1）①开始时反应快，2 h之后变得缓慢 ②NO2
（2）①使Cu2＋被充分还原；获得更多的副产品（NH4）2SO4 ②详见解析
解析：（1）①由图像知，开始时曲线的斜率很大，反应速率较快；2 h之后，曲线变平缓，反应速率变慢。②浸出液是NH4NO3和H2SO4，相当于溶液中有HNO3，若温度过高，HNO3会分解生成红棕色的NO2气体。（2）①还原过程中，过量的（NH4）2SO3溶液可以使得Cu2＋充分被还原，且过量的（NH4）2SO3溶液可以被空气氧化生成副产物（NH4）2SO4。②100 g废铜渣中单质铜为64 g，CuO为8 g，由铜守恒知，n（Cu）＝64 g/64 g·ml－1＋8 g/80 g·ml－1＝1.1 ml，则n（CuCl）＝1.1 ml；由反应Ⅱ知，4Cu～（NH4）2SO4，反应Ⅱ生成的硫酸铵物质的量为0.25 ml；还原时发生的反应为2CuSO4＋（NH4）2SO3＋2NH4Cl＋H2O2CuCl2↓＋2（NH4）2SO4＋H2SO4，“还原”时生成的硫酸铵物质的量等于硫酸铜物质的量为1.1 ml；则所得硫酸铵物质的量为0.25 ml＋1.1 ml＝1.35 ml。
2.（1）①O2 ②增长O2与溶液的接触时间
（2）空气中O2的浓度低，Cu被氧化的时间长，能量消耗多
（3）n（EDTA）＝0.020 ml·L－1×19.20 mL×10－3 L·mL－1＝3.84×10－4 ml
n（CuSO4·5H2O）＝n（EDTA）＝3.84×10－4 ml
m（CuSO4·5H2O）＝0.096 g
w（CuSO4·5H2O）＝×100%＝96%
答：样品中CuSO4·5H2O的质量分数为96%。
解析：（1）①发生反应的化学方程式为2Cu＋2H2SO4＋O22CuSO4＋2H2O，该反应中O2作氧化剂。②O2通过球泡，可以增长O2与溶液的接触时间，使O2氧化Cu更加充分。（2）空气代替O2氧化Cu，氧化时间会增长，加热时间也会增长，则能量消耗增多。（3）根据EDTA与Cu2＋反应的物质的量之间关系为1∶1知，n（Cu2＋）＝n（EDTA），由EDTA的浓度以及其消耗的体积，可以计算出EDTA的物质的量，由铜元素守恒，可得n（CuSO4·5H2O）＝n（Cu2＋），所得结果扩大10倍，得到1.000 g样品中CuSO4·5H2O的质量，进而可得样品中CuSO4·5H2O的质量分数。
3.（1）分液漏斗
（2）①2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
②所称样品的质量
（3）①将氨气排到稀硫酸中，使氨气全部吸收 干燥氨气
②详见解析
解析：（1）仪器①的名称为分液漏斗。（2）①NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O。②方案一测定原理：加热混合固体至恒重，NaHCO3和NH4HCO3均会分解，最终残留固体为Na2CO3，根据m g Na2CO3可以计算出样品中NaHCO3的质量，再由样品的质量减去NaHCO3的质量，可得出NH4HCO3的质量，进而可得出两者的物质的量之比。（3）①方案二测定原理：NaHCO3和NH4HCO3混合物中加入NaOH溶液加热，发生反应：N＋OH－NH3↑＋H2O，产生的NH3用N2驱入装置C中，由于NH3中混有H2O（g），故通过装置B将NH3中混有的H2O吸收。②装置C中吸收的NH3质量为1.70 g，n（NH3）＝＝0.1 ml，由N元素守恒知，n（NH4HCO3）＝n（NH3）＝0.1 ml，m（NH4HCO3）＝0.1 ml×79 g·ml－1＝7.9 g，m（NaHCO3）＝24.70 g－7.9 g＝16.8 g，n（NaHCO3）＝＝0.2 ml，n（NaHCO3）∶n（NH4HCO3）＝0.2 ml∶0.1 ml＝2∶1。
【过关检测】
1.（1）CO、CO2
（2）①取最后一次洗涤滤液少许，向其中滴加CaCl2溶液，若无沉淀生成，则滤渣已洗净
②Fe
③向溶液中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则固体为FeO
④ 23∶8
解析：（1）装置D中固体由黑色变为红色且E中澄清石灰水变浑浊，说明产物中有CO；B中澄清石灰水变浑浊，说明产物中有CO2。（2）①实验1中洗涤的是滤渣上残留的K2CO3，故检验滤渣是否洗净的方法是取最后一次洗涤滤液少许，向其中滴加CaCl2溶液，若无沉淀生成，则滤渣已洗净。②取出滤渣，向滤渣中加入盐酸，固体完全溶解，无气泡产生，说明不含Fe。③进一步确定是否含有FeO或Fe3O4，应向实验2的溶液中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则固体为FeO。④由K3[Fe（C2O4）3]可知分解所得K2CO3和FeO的物质的量之比为3∶2，设K2CO3为3 ml，FeO为2 ml，则K2CO3的质量为3 ml×138 g/ml＝414 g，FeO的质量为2 ml×72 g/ml＝144 g，故K2CO3和FeO的质量比23∶8。
2.（1）除去装置内的O2，防止生成的H2S被O2氧化
（2）1
（3）溶液蓝色恰好褪去，且半分钟不变色
（4）n（I2）＝15.00 mL×10－3 L·mL－1 ×0.010 00 ml·L－1＝1.500×10－4 ml
n（Na2S2O3）＝20.00 mL×10－3 L·mL－1×0.010 00 ml·L－1＝2.000×10－4 ml
n（S）＝n（I2）－n（Na2S2O3）＝5.000×10－5 ml
m（S）＝5.000×10－5 ml×32 g·ml－1＝1.600×10－3 g＝1.600 mg
ρ＝＝＝16.00 mg·L－1
解析：（1）N2可以排出装置内的O2，以免将生成的H2S氧化。（2）H2S生成S，I2生成HI，生成1 ml S，转移2 ml e－，反应1 ml I2转移2 ml e－，所以n（I2）＝n（S）。（3）I2遇淀粉变蓝色，通过蓝色的变化，即知反应是否完全。（4）I2与H2S和Na2S2O3反应，由总的I2的量减去Na2S2O3消耗的I2的量，即为H2S与I2反应的量，由此得到水样中S的生成量。
3.（1）SO3
（2）不能 SO3可溶于品红溶液中
（3）SO2＋2NaOHNa2SO3＋H2O
（4）2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑ 固体减少量
2×152 144
m（FeSO4） 15.20 g－10.88 g
m（FeSO4）＝9.12 g
则n（FeSO4）＝0.06 ml
答：已分解的FeSO4物质的量为0.06 ml。
解析：（1）SO3与BaCl2可以反应生成BaSO4，SO2与BaCl2不反应。（2）品红中有水，SO3可溶于品红。（3）D为尾气处理，SO2可以被NaOH吸收。（4）SO2和SO3的总式量为144，根据差量法列式，可得FeSO4的质量，进而得出FeSO4的物质的量。
4.（1）①2NH4Cl＋Ca（OH）2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
②分液漏斗 ③将装置B置于冰水浴中
（2）n（Na2S2O3）＝0.200 ml·L－1×20.00 mL×1 L·mL－1＝0.004 ml
由关系式“CaO2·8H2O～I2～2S2”可知，
n（CaO2·8H2O）＝×0.004 ml＝0.002 ml
m（CaO2·8H2O）＝0.002 ml×216 g·ml－1＝0.432 g
则样品中CaO2·8H2O的质量分数为
w（CaO2·8H2O）＝×100%＝86.4%
答：产品中CaO2·8H2O的质量分数为86.4%。
解析：（1）①A中产生NH3；②H2O2置于分液漏斗中；③控制在0℃，需要在冰水浴中。（2）根据反应的化学方程式，找出反应关系为CaO2·8H2O～I2～2S2。根据Na2S2O3的量，可以计算出CaO2·8H2O的量，从而可以得出CaO2·8H2O的质量分数。
5.（2）取最后一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净
（3）①防止＋2价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全
（4）降低柠檬酸亚铁的溶解度，有利于晶体析出
（5）详见解析
解析：（2）FeCO3沉淀表面会有S，检验最后一次洗涤滤液中是否有S，来判断FeCO3是否已洗涤干净。（3）①FeCO3加入足量柠檬酸溶液中，生成Fe2＋，Fe2＋易被氧化，加入铁粉，可以将氧化出来的Fe3＋还原为Fe2＋；②过量的铁可以用柠檬酸溶解。（4）柠檬酸亚铁晶体在无水乙醇中的溶解度较小，有利于晶体析出。（5）找出反应关系：5Fe2＋～KMnO4，n（Fe2＋）＝0.02 ml·L－1×20×10－3 L×5＝2×10－3 ml，c（FeSO4）＝＝＝0.1 ml·L－1。
装置
作用
装置
作用