2020高考化学二轮复习专题限时集训12综合实验探究——突破实验大题（含解析）

专题限时集训(十二)　综合实验探究——突破实验大题

(限时：45分钟)

(对应学生用书第156页)

1．(2019·郑州模拟)莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，Mr＝392]是一种重要的还原剂，在空气中比一般的亚铁盐稳定。某学习小组设计如下实验制备少量的莫尔盐并测定其纯度。

回答下列问题：

Ⅰ.制取莫尔盐

(1)连接装置，检査装置气密性。将0.1 mol (NH4)2SO4晶体置于玻璃仪器________(填仪器名称)中，将6.0 g洁净铁屑加入锥形瓶中。

(2)①打开分液漏斗瓶塞，关闭活塞K3，打开K2、K1，加完55.0 mL 2 mol·L－1稀硫酸后关闭K1。A装置中反应的离子方程式为______________。

②待大部分铁粉溶解后，打开K3、关闭K2，此时可以看到的现象为_________________，原因是_____________________。

③关闭活塞K2、K3，采用100 ℃水浴蒸发B中水分，液面产生晶膜时，停止加热，冷却结晶、________、用无水乙醇洗涤晶体。该反应中硫酸需过量，保持溶液的pH在1～2之间，其目的为________________________________。

④装置C的作用为________，装置C存在的缺点是_______________。

Ⅱ.测定莫尔盐样品的纯度

(3)称取所得莫尔盐样品10.0 g，用煮沸后冷却的蒸馏水配成100 mL溶液，取20.00 mL溶液加入稀硫酸中，用0.1 mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到滴定终点时消耗10.00 mL KMnO4溶液。滴定反应的离子方程式为_________，该样品的纯度为________。

[解析]　(2)④装置C的导管插入液面以下，起到液封作用，可防止空气进入三颈烧瓶将Fe2＋氧化。装置C存在的缺点是：不能除去尾气中的H2，也不能防止倒吸；

(3)Fe2＋具有还原性，与高锰酸钾反应的方程式为5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，n(KMnO4)＝0.01 L×0.1 mol·L－1＝0.001 mol，则20.00 mL溶液中n(Fe2＋)＝0.005 mol，10.0 g样品中n(Fe2＋)＝0.005 mol×100 mL/20 mL＝0.025 mol，则10.0 g样品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的物质的量为0.025 mol，样品的含量为×100%＝98%。

[答案]　(1)三颈烧瓶(三颈瓶或三口瓶或三口烧瓶)　(2)①Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋　②A中的液体被压入B中　A中产生氢气，使A中压强增大　③过滤　抑制Fe2＋水解　④液封作用，防止空气进入三颈烧瓶氧化Fe2＋　不能除去尾气中的H2(或答可能会倒吸也可)　

(3)5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O　98%

2．(2019·黄山二模)亚硝酰氯(ClNO)是有机物合成中的重要试剂，可由NO与Cl2在常温常压下反应得到。ClNO 部分性质如下：黄色气体，熔点：－59.6 ℃；沸点：－6.4 ℃，遇水易水解。已知：HNO2既有氧化性又有还原性；AgNO2微溶于水，能溶于硝酸：AgNO2＋HNO3===AgNO3＋HNO2。

(1)利用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ装置制备原料气NO和Cl2

①写出利用装置Ⅰ制备氯气的离子反应方程式：_____________________。

②利用上述装置制备NO时，Ⅱ中盛装物质为________________(写化学式)。

(2)利用以下装置在常温常压下制备ClNO

①装置连接顺序为a→__________________(按气流自左向右方向，用小写字母表示)。

②为使NO和Cl2恰好完全反应生成ClNO，理论上通入NO和Cl2两种气体的流速比为________。

③装置Ⅸ的作用是____________________。

④装置Ⅷ吸收尾气时，有同学认为尾气中的某种气体不能完全被吸收，为了充分吸收尾气，可将尾气与________(气体)同时通入NaOH溶液中。

⑤王水是浓盐酸和浓硝酸的混酸，一定条件下混酸可生成ClNO和Cl2，该反应的化学方程式为_______________________________。

⑥写出验证ClNO与H2O完全反应后的溶液中存在Cl－和HNO2的实验步骤及现象：取少量反应后的溶液于试管中，

_____________________________________________________

_____________________________________________________

_____________________________________________________

(限选试剂：AgNO3溶液，稀硝酸，KMnO4溶液)。

[答案]　(1)①MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　②H2O　(2)①e→f→c→b→d(或f→e→c→b→d)　②2∶1　③冷凝亚硝酰氯，便于收集　④O2(或空气)　⑤HNO3(浓)＋3HCl(浓)===ClNO↑＋Cl2↑＋2H2O　⑥依次滴加足量的AgNO3溶液和稀硝酸，充分振荡、静置，有白色沉淀生成；另取静置后上层清液少许于另一支试管中，滴加KMnO4溶液，溶液紫色褪去

3．(2019·济南模拟)辉铜矿与铜蓝矿都是天然含硫铜矿，在地壳中二者常伴生存在。现取一份该伴生矿样品，经检测后确定仅含Cu2S、CuS和惰性杂质。为进一步确定其中Cu2S、CuS的含量，某同学进行了如下实验：

①称取2.6 g样品，加入200.0 mL 0.200 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液，加热(硫元素全部转化为SO)，滤去不溶杂质；

②收集滤液至250 mL容量瓶中，定容；

③取25.00 mL溶液，用0.100 0 mol·L－1 FeSO4溶液滴定，消耗20.00 mL；

④加入适量NH4HF2溶液(掩蔽Fe3＋和Mn2＋，使其不再参与其他反应)，再加入过量KI固体，轻摇使之溶解并发生反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI＋I2；

⑤加入2滴淀粉溶液，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，消耗30.00 mL(已知：2S2O＋I2===S4O＋2I－)。

回答下列问题：

(1)写出Cu2S溶于酸性KMnO4溶液的离子方程式：

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)配制0.100 0 mol· L－1 FeSO4溶液时要用煮沸过的稀硫酸，原因是__________________________________，配制过程中所需玻璃仪器除了烧杯、玻璃棒、容量瓶外还有________。

(3)③中取25.00 mL待测溶液所用的仪器是________。

(4)⑤中滴定至终点时的现象为____________________________________。

(5)混合样品中Cu2S和CuS的含量分别为________%、________%(结果均保留1位小数)。

[解析]　(5)设2.6 g样品中，Cu2S和CuS的物质的量分别为x、y，

据5Fe2＋～MnO(5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O)，得样品反应后剩余n(MnO)＝0.100 0 mol·L－1×20.00×10－3 L××＝4.000×10－3 mol，样品消耗n(MnO)＝0.200 0 mol·L－1×200.0×10－3L－4.000×10－3 mol＝36.00×10－3 mol。

由Cu2S～2MnO和5CuS～8MnO(5CuS＋8MnO＋24H＋===5Cu2＋＋5SO＋8Mn2＋＋12H2O)，得2x＋y＝36.00×10－3 mol，

又据2Cu2＋～I2～2S2O，得2x＋y＝0.100 0 mol·L－1×30.00×10－3 L×＝30.00×10－3 mol，

解方程组得x＝y＝0.01 mol。

故w(Cu2S)＝×100%≈61.5%，

w(CuS)＝×100%≈36.9%。

[答案]　(1)Cu2S＋2MnO＋8H＋===2Cu2＋＋SO＋2Mn2＋＋4H2O　(2)除去水中溶解的氧气，防止Fe2＋被氧化　胶头滴管　(3)酸式滴定管(或移液管)　(4)溶液由蓝色变为无色且半分钟内不恢复原色　

(5)61.5　36.9

4．(2019·广东名校联考)苯甲酸(C6H5COOH)的相对分子质量为122，熔点为122.4 ℃，沸点为249 ℃，密度为1.265 9 g·cm－3，在水中的溶解度：0.35 g(25 ℃)、2.7 g(80 ℃)、5.9 g(100 ℃)，不易被氧化，是一种一元有机弱酸，微溶于水、溶于乙醇。实验室中由甲苯(分子式：C6H5CH3、相对分子质量：92，沸点为110.6 ℃，密度为0.866 9 g·cm－3)制备苯甲酸的实验如下：

第一步：将9.2 g甲苯和硫酸酸化的KMnO4 溶液(过量)置于如图的三颈烧瓶中，加热保持反应物溶液温度在90 ℃左右至反应结束，制备过程中不断从分水器分离出水。

第二步：将反应后混合液趁热过滤，滤液冷却后用硫酸酸化，抽滤得粗产品。

第三步：粗产品用水洗涤2～3次，干燥称量得固体11.7 g。

请回答下列问题：

(1)第一步发生反应的化学方程式为________________________。

(2)分水器的作用是______________________________________，

判断该反应完成的现象是________________________________。

(3)第二步中抽滤的优点是________________________________。

(4)第三步证明粗产品洗涤干净的方法是____________________________；

干燥的最佳方法是________(填代号)。

a．空气中自然风干　b．沸水浴干燥　c．直接加热干燥

(5)由以上数据知苯甲酸的产率为________。

(6)设计合理的实验方案确定苯甲酸是弱酸，可从下列仪器和试剂中选择最简单的组合是________(填编号)。

①pH计　②0.01 mol·L－1 NaOH溶液　③酚酞　④甲基橙　⑤1 mol·L－1 NaOH溶液　⑥0.01 mol·L－1苯甲酸溶液　⑦滴定管　⑧锥形瓶　⑨量筒

[解析]　(1)根据得失电子守恒和原子守恒可知，C6H5CH3和酸性KMnO4溶液反应的化学方程式为5C6H5CH3＋6KMnO4＋9H2SO45C6H5COOH＋3K2SO4＋6MnSO4＋14H2O。(2)实验过程中，经冷凝管冷凝回流的冷凝液进入分水器，分层后，甲苯自动流回到三颈烧瓶中，生成的水从分水器中放出去，这样可以促使反应正向进行，提高甲苯的利用率，同时能减少抽滤所需时间。该反应完成时，三颈烧瓶中酸性KMnO4溶液颜色不再发生变化，或停止搅拌，静置，液体不再出现分层现象。(3)抽滤具有过滤速率快，得到的固体水分少等优点。(4)由于第二步用硫酸酸化滤液，因此可通过检验SO来判断粗产品是否洗涤干净，检验的方法是向少许最后一次的洗涤液中滴入几滴BaCl2溶液，若无沉淀生成，则说明粗产品洗涤干净。为了加快干燥过程，并减少损耗，干燥的最佳方法是沸水浴干燥，故b正确。(5)9.2 g 甲苯的物质的量0.1 mol，理论上生成苯甲酸0.1 mol，其质量为0.1 mol×122 g·mol－1＝12.2 g，根据实际生成11.7 g苯甲酸可求出苯甲酸的产率为×100%≈95.9%。(6)要通过实验确定苯甲酸是弱酸，最简单的方法就是用pH计测定0.01 mol·L－1苯甲酸溶液的pH，故最简单的组合为①和⑥。

[答案]　(1)5C6H5CH3＋6KMnO4＋9H2SO45C6H5COOH＋3K2SO4＋6MnSO4＋14H2O

(2)分离出水，提高甲苯利用率，减少抽滤所需时间　停止搅拌，静置，液体不分层(或三颈烧瓶中溶液不再变色)　(3)过滤速率快，得到的固体水分少　(4)取最后一次的洗涤液少许于试管中，滴加几滴BaCl2溶液，若无沉淀生成，则说明粗产品洗涤干净　b　(5)96%(或95.9%)(6)①⑥

5．富马酸亚铁(C4H2O4Fe)常用于治疗缺铁性贫血，也可作食品营养强化剂，它可由糠醛()和硫酸亚铁制备。已知HOOC—CH===CH—COOH＋CO2↑。

回答下列问题：

Ⅰ.制备富马酸(实验装置如图所示，夹持装置已略去)

(1)将45.0 g氯酸钠、0.2 g五氧化二钒置于三颈烧瓶中，加入适量蒸馏水，滴加糠醛并加热至90～100 ℃，维持此温度3～4 h。装置图中仪器A的名称是________，冷凝水应从a口流入，b口流出，原因是____________。

(2)冰水冷却使产品结晶，并通过________操作可以得到富马酸粗品。

(3)用1 mol·L－1 HCl溶液对富马酸粗品进行重结晶，得到纯富马酸。该操作中用1 mol·L－1HCl溶液的原因是___________(用离子方程式和适当的文字解释)。

Ⅱ.合成富马酸亚铁

(4)取一定量的富马酸溶于适量水中，加入碳酸钠并加热、搅拌，调节pH为6.5～6.7，产生大量气泡。写出发生反应的化学方程式_______________________________________________。

(5)将硫酸亚铁溶液和适量的Na2SO3溶液缓慢加入上述反应液中，维持温度在100 ℃并充分搅拌3～4 h。该操作过程中加入适量的Na2SO3溶液，其目的是____________________________________________。

(6)过滤、洗涤、干燥得到产品。洗涤过程中证明富马酸亚铁产品已洗涤干净的实验方法是___________________________。

[解析]　(1)仪器A的名称是球形冷凝管，冷凝水“下进上出”有利于冷凝水充满整个冷凝管，冷凝效果好。(2)固液分离可采用过滤操作。(3)富马酸是弱电解质，加入盐酸后可抑制富马酸的电离，提高产量。(4)富马酸和碳酸钠发生反应生成富马酸的钠盐、水及二氧化碳气体。(5)Fe3＋可以被SO还原为Fe2＋，所以加入适量的Na2SO3溶液是为了防止富马酸亚铁(或Fe2＋)被氧化。(6)通过检验最后一次洗涤液中是否还含有SO可验证富马酸亚铁产品是否已洗涤干净。

[答案]　(1)(球形)冷凝管　下口进水可以使冷凝水充满整个冷凝管，冷凝效果好

(2)过滤

(3)HOOCCH===CHCOOH

(HOOCCH===CHCOO)－＋H＋，加入盐酸，可使上述平衡逆向移动，提高产量

(4)HOOCCH===CHCOOH＋Na2CO3NaOOCCH===CHCOONa＋H2O＋CO2↑

(5)防止富马酸亚铁(或Fe2＋)被氧化

(6)取少许最后一次的洗涤液，向其中加入少量盐酸酸化的氯化钡溶液，无白色沉淀生成(其他合理答案均可)

6．(2019·江苏高考，节选)丙炔酸甲酯(CH≡C—COOCH3)是一种重要的有机化工原料，沸点为103～105 ℃。实验室制备少量丙炔酸甲酯的反应为：

CH≡C—COOH＋CH3OHCH≡C—COOCH3＋H2O

实验步骤如下：   

步骤1：在反应瓶中，加入14 g丙炔酸、50 mL甲醇和2 mL浓硫酸，搅拌，加热回流一段时间。

步骤2：蒸出过量的甲醇(装置如图)。

步骤3：反应液冷却后，依次用饱和NaCl溶液、5% Na2CO3溶液、水洗涤。分离出有机相。

步骤4：有机相经无水Na2SO4干燥、过滤、蒸馏，得丙炔酸甲酯。

(1)步骤1中，加入过量甲醇的目的是________________________。

(2)步骤2中，如图所示的装置中仪器A的名称是______；蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是________。

(3)步骤3中，用5% Na2CO3溶液洗涤，主要除去的物质是________；分离出有机相的操作名称为________。

(4)步骤4中，蒸馏时不能用水浴加热的原因是_____________________。

[解析]　(1)甲醇可作为溶剂，溶解丙炔酸，且甲醇过量可使平衡向右移动，提高丙炔酸的转化率。

(2)由题图可知，仪器A的名称为直形冷凝管；加入碎瓷片可防止暴沸。

(3)加入5%碳酸钠溶液，丙炔酸可与碳酸钠反应生成易溶于水的盐，因此加入碳酸钠溶液主要除去的是丙炔酸。因加入的是水溶液，而丙炔酸甲酯不溶于水，因此分离出有机相的操作为分液。

(4)水的沸点为100 ℃，因此水浴加热时，水浴的温度不超过100 ℃，由题意知，丙炔酸甲酯的沸点为103～105 ℃，因此用水浴加热无法使丙炔酸甲酯变为气态，即温度不够而无法蒸馏。

[答案]　(1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率　(2)(直形)冷凝管　防止暴沸　(3)丙炔酸　分液　(4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高