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2020届高考化学二轮复习综合实验探究题 作业
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题型十七 综合实验探究题
1．(2019·盐城高三上学期期中)NH4Al(SO4)2·12H2O(铵明矾)可用作泡沫灭火器的内留剂、石油脱色剂等。用氧化铁和铝粉等物质做铝热反应后的铝灰及硫酸铵等为原料制备铵明矾的实验步骤如下：
(1)铝灰用“水洗”的目的是______________________；碱溶时，需在约90 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________。
(2)“过滤1”所得滤渣主要成分为________。
(3)用图1装置制备CO2时，适宜的药品A为______________、B为________________；“沉铝”时，通入过量CO2 发生反应的离子方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
(4)请设计从“过滤2”所得滤渣制取铵明矾的实验方案：称取一定质量“过滤2”的滤渣，放入烧杯中，____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
静置，过滤、洗涤、晾干，得到NH4Al(SO4)2·12H2O [实验中须使用到3 mol·L－1硫酸、(NH4)2SO4、蒸馏水、氨水、pH 试纸； 已知：NH4Al(SO4)2饱和溶液的pH约为1.5，几种物质的溶解度曲线如图2]。
1．解析：铝灰水洗的目的是洗去表面可溶性杂质，在90 ℃水浴条件下，用NaOH溶液进行溶解，发生反应Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，过滤除去铁等不溶性杂质，向滤液中通入过量的CO2，发生反应AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，提纯得到较纯的Al(OH)3再制备NH4Al(SO4)2·12H2O。
(3)制备CO2时，适宜的药品A为块状石灰石(或大理石、CaCO3等)、B为饱和NaHCO3溶液(除去挥发出来的HCl气体)。
答案：(1)除去KCl等可溶性杂质 水浴加热
(2)Fe
(3)块状石灰石(或大理石、CaCO3等) 饱和NaHCO3溶液 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(4)加入适量蒸馏水，加热并在不断搅拌下加入3 mol·L－1硫酸至沉淀恰好完全溶解，再加入计算量的 (NH4)2SO4，用3 mol·L－1硫酸和氨水调节溶液的pH在1～2之间，蒸发浓缩，冷却结晶
2．二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料。＋4价的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化。实验室以V2O5为原料合成用于制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体，过程如下：
回答下列问题：
(1)VOCl2中V的化合价为____________。
(2)步骤ⅰ中生成VOCl2的同时生成一种无色、无污染的气体，该化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液，该方法的缺点是___________________。
(3)步骤ⅱ可在下图装置中进行。
①反应前应通入CO2数分钟的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
②装置B中的试剂是____________。
(4)测定氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。
称量a g样品于锥形瓶中，用20 mL蒸馏水与30 mL混酸溶解后，加0.02 mol·L－1 KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续加1% NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量的NaNO2，最后用c mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗体积为b mL。滴定反应为VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O。
①KMnO4溶液的作用是_____________________________________________________。
NaNO2溶液的作用是_______________________________________________________。
②粗产品中钒的质量分数的表达式为_________________________________________。
2．解析：(1)由化合价规则知，VOCl2中V的化合价为＋4价。(2)无色、无污染的气体是N2，根据得失电子守恒，反应式可先写成V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl―→VOCl2＋N2↑＋H2O，再根据原子守恒配平即可。用浓盐酸与V2O5反应时，氧化产物是有毒的Cl2，Cl2能污染空气。(3)①通入CO2的目的是排除装置中的空气，防止其氧化＋4价的钒。②装置B中的试剂是饱和NaHCO3溶液，以除去从装置A中挥发出来的HCl。(4)①KMnO4用于氧化＋4价钒的化合物，NaNO2用于除去过量的KMnO4。②(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O～6VO～6(NH4)2Fe(SO4)2，样品中钒的物质的量为n(V)＝cb×10－3mol，质量为51cb×10－3 g，故质量分数为×100%。
答案：(1)＋4价
(2)2V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl===4VOCl2＋N2↑＋6H2O 有氯气生成，污染空气
(3)①排除装置中的空气，避免产物被氧化
②饱和NaHCO3溶液
(4)①将＋4价钒的化合物氧化为VO 除去过量的 KMnO4
②×100%
3．实验室回收利用废旧锂电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)的一种流程如下：
(1)废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是________________________________________________________________________。
(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物。请写出该反应离子方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是________________________________________________________________________。
(3)“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是_________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量1∶4混合均匀加热可重新生成LiMn2O4，升温到515 ℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低很多，可能的原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解；Mn(OH)2开始沉淀的pH＝7.7。请补充由上述过程中制得的Mn(OH)2制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：向Mn(OH)2中边搅拌边加入_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．解析：(1)废旧电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，可与空气中的O2和H2O反应，故对拆解环境的要求是隔绝空气和水分。
(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物，LiMn2O4被还原成Mn(NO3)2，则H2O2被氧化成O2，反应中1 mol LiMn2O4参与反应得到3 mol电子，1 mol H2O2失去2 mol电子，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2LiMn2O4＋10HNO3＋3H2O2===2LiNO3＋4Mn(NO3)2＋3O2↑＋8H2O，离子方程式为2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O。若采用盐酸溶解，盐酸做还原剂被氧化成Cl2，故以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是反应生成Cl2，污染环境。
(5)根据题目提供的试剂分析，制备MnCO3的原理为Mn(OH)2＋H2SO4===MnSO4＋2H2O、MnSO4＋Na2CO3===MnCO3↓＋Na2SO4，pH＝7.7时开始形成Mn(OH)2沉淀，则加入Na2CO3沉淀Mn2＋时需控制溶液pH<7.7；故制备MnCO3的步骤为向Mn(OH)2中加入H2SO4，固体溶解转化为MnSO4溶液，向MnSO4溶液中加入Na2CO3并控制溶液pH<7.7获得MnCO3沉淀；由于“MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解”，所以为了减少MnCO3的氧化变质和分解以及溶解损失，过滤分离出MnCO3后，用乙醇洗涤，在低于100 ℃条件下真空干燥。
答案：(1)隔绝空气和水分
(2)2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O 反应生成Cl2，污染环境
(3)沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次
(4)MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度
(5)H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤滤渣，在低于100 ℃条件下真空干燥
4．二氯化钴晶体因含结晶水的数量不同而呈现不同的颜色，据此可以判断硅胶(含CoCl2)的干燥能力。AgNO3标准溶液常用作溶液中Cl－的滴定剂。
水合物
CoCl2·6H2O
CoCl2·2H2O
CoCl2·H2O
CoCl2
颜色
粉红
紫红
蓝紫
蓝色
实验一 配制AgNO3溶液
某学生实验需要800 mL 0.1 mol·L－1AgNO3溶液，配制该溶液的步骤：准确称取m g AgNO3固体溶于硝酸溶液中，转入容量瓶中，加入蒸馏水并定容。
(1)m＝______。
(2)硝酸溶液的作用是____________。
(3)实验室保存硝酸银溶液的方法是____________________________________________
________________________________________________________________________。
实验二 测定CoCl2·xH2O组成
(4)滴定法：已知常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝1.2×10－12，Ag2CrO4呈砖红色。准确称取2.02 g CoCl2·xH2O样品溶于蒸馏水中配制成250 mL溶液，取25.00 mL配制的溶液于锥形瓶中，滴加几滴K2CrO4溶液做指示剂，用0.1 mol·L－1AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗20.00 mL滴定液。
①x＝______。
②若加入K2CrO4溶液过多，测得的x________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
③该晶体颜色可能是______(填字母)。
A．蓝色 B．蓝紫色
C．紫红色 D．红色
(5)重量法：取a g CoCl2·xH2O样品按如图装置进行实验，当样品全部失去结晶水后，停止反应。
测得反应前后装置C、D的质量如下：
装置C
装置D
实验前/g
m1
m3
实验后/g
m2
m4
①试剂R可能是______(填字母)。
a．无水硫酸铜 b．五氧化二磷 c．无水氯化钙
②x＝________(填字母)。
a. b.
4．解析：(1)实验室没有800 mL容量瓶，应选择1 000 mL容量瓶，m(AgNO3)＝1 L×0.1 mol·L－1×170 g·mol－1＝17.0 g。(2)硝酸银是强酸弱碱盐，应溶解在硝酸中，以抑制Ag＋水解。(3)硝酸银溶液见光易分解，故应密闭保存于棕色试剂瓶中并放在阴凉处。(4)①n(Cl－)＝n(Ag＋)＝0.002 mol，n(CoCl2·xH2O)＝0.001 mol，M(CoCl2·xH2O)＝＝202 g·mol－1，x＝4。②由溶度积知，氯化银先沉淀，铬酸银后沉淀，如果加入铬酸钾过多，c(CrO)较大，在c(Ag＋)较小时即产生铬酸银沉淀，提前到达滴定终点，消耗硝酸银溶液体积偏小，测得相对分子质量偏大，使x偏大。③根据表格中物质颜色，CoCl2·4H2O可能呈红色。(5)①装置D的作用是避免装置E中水蒸气挥发到装置C中且吸收装置C中产生的水，因此试剂R可选用五氧化二磷或无水氯化钙，无水硫酸铜吸水效率差，常用于检验水。②装置E用于吸收尾气中氯化氢，盛装的液体可能是水、氢氧化钠溶液等，水蒸气易挥发到装置D中，计算时应选择装置C中测得的数据。m(H2O)＝(m1－m2) g，m(CoCl2)＝(m2－m1＋a) g，＝，解得x＝。
答案：(1)17.0 (2)抑制AgNO3水解 (3)密闭保存于棕色试剂瓶中，存放于阴凉处 (4)①4 ②偏大 ③D (5)①bc ②a
5.苯甲醛是一种重要的化工原料,某小组同学利用如图所示实验装置(夹持装置已略去)制备苯甲醛。
已知有机物的相关数据如下表所示:
有机物
沸点/℃
密度/
g·cm-3
相对分
子质量
溶解性
苯甲醛
178.1
1.04
106
微溶于水,易溶于乙醇、醚和卤代烃
苯甲醇
205.7
1.04
108
微溶于水,易溶于乙醇、醚和卤代烃
二氯甲烷
39.8
1.33
难溶于水,易溶于有机溶剂
实验步骤:
①向容积为500 mL的三颈烧瓶中加入90.0 mL质量分数为5%的次氯酸钠溶液(稍过量),调节溶液的pH为9～10后,加入3.0 mL苯甲醇、75.0 mL二氯甲烷,不断搅拌。
②充分反应后,用二氯甲烷萃取水相3次,并将有机相合并。
③向所得有机相中加入无水硫酸镁,过滤,得到有机混合物。
④蒸馏有机混合物,得到2.08 g苯甲醛产品。
请回答下列问题:
(1)仪器b的名称为 ,搅拌器的作用是 。
(2)苯甲醇与NaClO反应的化学方程式为 。
(3)步骤①中,投料时,次氯酸钠不能过量太多,原因是
;步骤③中加入无水硫酸镁,若省略该操作,可能造成的后果是
。
(4)步骤②中,应选用的实验装置是 (填序号),该操作中分离出有机相的具体操作方法是 。
(5)步骤④中,蒸馏温度应控制在 左右。
(6)本实验中,苯甲醛的产率为 (保留到小数点后一位)。
答案 (1)球形冷凝管 使物质充分混合
(2) +NaClO +NaCl+H2O
(3)防止苯甲醛被氧化为苯甲酸,使产品的纯度降低 产品中混有水,纯度降低 (4)C 打开分液漏斗上面的玻璃塞(或使玻璃塞上的凹槽对准分液漏斗上的小孔),再打开分液漏斗下面的活塞,使下层液体慢慢沿烧杯内壁流下,当有机层恰好全部放出时,迅速关闭活塞 (5)178.1 ℃ (6)67.9%
解析 (1)仪器b为球形冷凝管,搅拌器可以使物质充分混合,反应更充分。
(2)根据题意,苯甲醇与NaClO反应,苯甲醇被氧化生成苯甲醛,次氯酸钠本身被还原为氯化钠,反应的化学方程式为+NaClO +NaCl+H2O。
(3)次氯酸钠具有强氧化性,除了能够氧化苯甲醇,也能将苯甲醛氧化,因此步骤①中,投料时,次氯酸钠不能过量太多;步骤③中加入无水硫酸镁的目的是除去少量的水,提高产品的纯度,若省略该操作,产品中混有水,纯度降低。
(4)步骤②中,充分反应后,用二氯甲烷萃取水相3次,萃取应该选用分液漏斗进行分液,应选用的实验装置是C;分液时分离出有机相的具体操作方法为打开分液漏斗上面的玻璃塞(或使玻璃塞上的凹槽对准分液漏斗上的小孔),再打开分液漏斗下面的活塞,使下层液体慢慢沿烧杯内壁流下,当有机层恰好全部放出时,迅速关闭活塞。
(5)根据题给相关有机物的数据可知,步骤④是将苯甲醛蒸馏出来,蒸馏温度应控制在178.1 ℃左右。
(6)根据 +NaClO +NaCl+H2O可知,1 mol苯甲醇理论上生成1 mol苯甲醛,则3.0 mL苯甲醇的质量为1.04 g·cm-3×3.0 cm3=3.12 g,其物质的量为,则理论上生成苯甲醛的质量为×106 g·mol-1,苯甲醛的产率=×100%≈67.9%。
6.某小组同学探究物质的溶解度大小与沉淀转化方向之间的关系。已知:
物质
BaSO4
BaCO3
AgI
AgCl
溶解度/g
(20 ℃)
2.4×10-4
1.4×10-3
3.0×10-7
1.5×10-4
(1)探究BaCO3和BaSO4之间的转化,实验操作如下:
试剂A
试剂B
试剂C
加入盐酸后的现象
实验Ⅰ
BaCl2
Na2CO3
Na2SO4
……
实验Ⅱ
Na2SO4
Na2CO3
有少量气泡产生,沉淀部分溶解
①实验Ⅰ说明BaCO3全部转化为BaSO4,依据的现象是加入盐酸后, 。
②实验Ⅱ中加入稀盐酸后发生反应的离子方程式是 。
③实验Ⅱ说明沉淀发生了部分转化,结合BaSO4的沉淀溶解平衡解释原因:
。
(2)探究AgCl和AgI之间的转化
实验Ⅲ:
实验Ⅳ:在试管中进行溶液间反应时,同学们无法观察到AgI转化为AgCl,于是又设计了如下实验(电压表读数:a>c>b>0)。
装置
步骤
电压表
读数
ⅰ.如图连接装置并加入试剂,闭合K
a
ⅱ.向B中滴入AgNO3(aq),至沉淀完全
b
ⅲ.再向B中投入一定量NaCl(s)
c
ⅳ.重复i,再向B中加入与ⅲ等量NaCl(s)
a
注:其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,原电池的电压越大;离子的氧化性(或还原性)强弱与其浓度有关。
①实验Ⅲ证明了AgCl转化为AgI,甲溶液可以是 (填序号)。
a.AgNO3溶液 b.NaCl溶液 c.KI溶液
②实验Ⅳ的步骤ⅰ中,B中石墨上的电极反应式是 。
③结合信息,解释实验Ⅳ中b
答案 (1)①沉淀不溶解或无明显现象 ②BaCO3+2H+ Ba2++CO2↑+H2O ③BaSO4在溶液中存在BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq),当加入浓度较高的Na2CO3溶液,C与Ba2+结合生成BaCO3沉淀,使上述平衡向右移动 (2)①b ②2I--2e- I2 ③由于生成AgI沉淀使B的溶液中c(I-)减小,I-还原性减弱 ④步骤ⅳ表明Cl-本身对该原电池电压无影响,则c>b说明加入Cl-使c(I-)增大,证明发生了反应AgI+Cl- AgCl+I-
解析 (1)①因为BaCO3能溶于盐酸,放出CO2气体,BaSO4不溶于盐酸,所以实验Ⅰ说明BaCO3全部转化为BaSO4,依据的现象是加入盐酸后,沉淀不溶解或无明显现象;②实验Ⅱ加入稀盐酸有少量气泡产生,沉淀部分溶解,说明BaCO3和盐酸发生反应,离子方程式为BaCO3+2H+ Ba2++CO2↑+H2O;③实验Ⅱ中A溶液为0.1 mol/L BaCl2溶液,B溶液为0.1 mol/L的Na2SO4溶液,先发生反应Ba2++S BaSO4↓,所以溶液中存在着BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq),当加入浓度较高的Na2CO3溶液,C与Ba2+结合生成BaCO3沉淀,使上述平衡向右移动,所以BaSO4沉淀也可以转化为BaCO3沉淀。
(2)①甲溶液可以是NaCl溶液,滴入少量的AgNO3溶液后产生白色沉淀,再滴入KI溶液有黄色沉淀产生,说明有AgCl转化为AgI;②实验Ⅳ的步骤ⅰ中,B中为0.01 mol/L的KI溶液,A中为0.1 mol/L的AgNO3溶液,Ag+具有氧化性,作原电池的正极,I-具有还原性,作原电池的负极,所以B中石墨上的电极反应式是2I--2e- I2;③B中加入AgNO3溶液后,产生了AgI沉淀,使B溶液中c(I-)减小,I-还原性减弱,根据已知其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,原电池的电压越大,所以实验Ⅳ中bb,说明发生了AgI+Cl- AgCl+I-反应,平衡向右移动,c(I-)增大。
7.有机物的元素定量分析最早是由德国人李比希提出的,某实验室模拟李比希法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成。取一定量的该氨基酸放在纯氧气中燃烧,燃烧后生成的水用装置D(无水氯化钙)吸收,二氧化碳用装置C(KOH浓溶液)吸收,N2的体积用装置E进行测量,所需装置如图所示(夹持仪器的装置及部分加热装置已略去):
(1)该实验装置的合理连接顺序为:A、 、E。(部分装置可以重复选用)
(2)实验开始时,首先打开止水夹a,关闭止水夹b,通一段时间的纯氧,这样做的目的是 。
(3)A中放入CuO的作用是 ,装置B的作用是
。
(4)为了确定此氨基酸的分子式,除了准确测量N2的体积、生成二氧化碳和水的质量外,还需得到的数据有 。
(5)在读取E装置中所排水的体积时,液面左低右高,则所测气体的体积 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(6)已知分子式为C2H4O2的有机物也含有氨基酸中的某个官能团,请设计实验证明该官能团(试剂任选): 。
答案 (1)DCDB (2)将装置中的N2(或空气)排除干净 (3)将未充分燃烧的产物CO转化为CO2(或使氨基酸中的碳完全转化为CO2) 除去多余的O2,保证E装置最终收集的气体全为N2 (4)该氨基酸的摩尔质量 (5)偏小 (6)取该有机物少许于试管中,滴加NaHCO3溶液,有气泡产生(或其他合理答案)
解析 用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成,用氧气氧化氨基酸(CxHyOzNp)生成二氧化碳、水和氮气,利用装置D(无水氯化钙)测定水的质量,利用装置C(KOH浓溶液)测定二氧化碳的质量,利用装置E测量N2的体积,从而求出氨基酸中含有的C、H、O、N的质量,进而求出该氨基酸的分子组成。
(1)根据以上分析,应先吸收水,再吸收CO2,最后测量N2体积,装置B中加热的铜网可除去多余的O2,保证装置E最终收集的气体全为N2,所以该实验装置的合理连接顺序为A、D、C、D、B、E。
(2)装置内的空气中含有N2、CO2和H2O,实验开始前需通一段时间的纯氧,将装置中的N2(或空气)排除干净,减小实验误差。
(4)根据上面的分析可知,为了确定此氨基酸的分子式,除了准确测量生成二氧化碳气体的质量、生成水的质量、N2的体积外,还需得到的数据是该氨基酸的摩尔质量。
(5)如果液面左低右高(即瓶中液面低于量筒中液面)说明集气瓶中压强大于外界大气压,气体体积被压缩,实际测得的气体体积偏小。
(6)根据分子式为C2H4O2及氨基酸中的官能团可知,该分子中有羧基,实验证明该官能团的方法为取该有机物少许于试管中,滴加NaHCO3溶液,有气泡产生。
8.FeBr2是一种黄绿色固体,某学习小组制备并探究它的还原性。
Ⅰ.实验室制备FeBr2
实验室用如图所示装置制取溴化亚铁。其中A为CO2发生装置,D和d中均盛有液溴,E为外套电炉丝的不锈钢管,e是两个耐高温的瓷皿,其中盛有细铁粉。
实验开始时,先将铁粉加热至600～700 ℃,然后将干燥、纯净的CO2气流通入D中,E管中反应开始。不断将d中液溴滴入温度为100～120 ℃的D中。经过几小时的连续反应,在E管的一端沉积有黄绿色鳞片状溴化亚铁。
(1)若在A中盛固体CaCO3,a中盛6 mol/L盐酸。为使导入D中的CO2为干燥纯净的气体,则图中B、C处的装置和其中的试剂应是:B为 ,C为 。为防止污染空气,实验时应在F处连接盛 的尾气吸收装置。
(2)反应过程中要不断通入CO2,其主要作用是
。
Ⅱ.探究FeBr2的还原性
(3)实验需要200 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液,配制FeBr2溶液除烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒外,还需要的玻璃仪器是 ,需称量FeBr2的质量为 。
(4)取10 mL上述FeBr2溶液,向其中滴加少量新制的氯水,振荡后溶液呈黄色。某同学对产生黄色的原因提出了假设:
假设1:Br-被Cl2氧化成Br2溶解在溶液中;
假设2:Fe2+被Cl2氧化成Fe3+
设计实验证明假设2是正确的: 。
(5)请用一个离子方程式来证明还原性Fe2+>Br-: 。
(6)若在40 mL上述FeBr2溶液中通入3×10-3 mol Cl2,则反应的离子方程式为 。
答案 (1)盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶 盛有浓H2SO4的洗气瓶 NaOH溶液 (2)用CO2把装置中的空气赶尽,同时将溴蒸气带入E管中 (3)250 mL容量瓶 5.4 g (4)取适量黄色溶液,向其中加入少量KSCN溶液,若溶液变为红色,则证明假设2正确 (5)2Fe2++Br2 2Fe3++2Br- (6)4Fe2++2Br-+3Cl2 4Fe3++Br2+6Cl-
解析 (1)实验时用碳酸钙和盐酸制取二氧化碳,盐酸易挥发,制得的二氧化碳中混有氯化氢气体和水蒸气,装置B的作用是除去二氧化碳中的氯化氢气体,可以用盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶洗气,装置C的作用是干燥二氧化碳,可以用盛有浓H2SO4的洗气瓶干燥;溴蒸气有毒,不能排到空气中,氢氧化钠溶液能够与溴单质反应,为防止污染空气,实验时应在F处连接盛有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置。(2)反应前先通入一段时间CO2,将装置中的空气赶尽,避免空气中的氧气干扰实验;反应过程中要不断通入CO2,将装置D中的溴蒸气带入E管中,使溴能够与铁粉充分反应。(3)配制200 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液所需的玻璃仪器有烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒和250 mL容量瓶;250 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液中FeBr2的物质的量为0.025 mol,则FeBr2的质量为0.025 mol×216 g/mol=5.4 g。(4)若假设2正确,向FeBr2溶液中滴加少量新制的氯水,Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,向反应后的黄色溶液中加入KSCN溶液,溶液会变为红色。(5)溶液中Fe2+和Br2能够发生氧化还原反应生成Fe3+和Br-,反应的离子方程式为2Fe2++Br2 2Fe3++2Br-。(6)40 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液中FeBr2的物质的量为0.004 mol,0.004 mol Fe2+消耗Cl2的物质的量为0.002 mol,则3×10-3 mol Cl2中有0.001 mol Cl2与Br-反应,反应消耗Br-的物质的量为0.002 mol,参与反应的Fe2+、Br-和Cl2的物质的量之比为0.004 mol∶0.002 mol∶0.003 mol=4∶2∶3,则反应的离子方程式为4Fe2++2Br-+3Cl2 4Fe3++Br2+6Cl-。
1．(2019·盐城高三上学期期中)NH4Al(SO4)2·12H2O(铵明矾)可用作泡沫灭火器的内留剂、石油脱色剂等。用氧化铁和铝粉等物质做铝热反应后的铝灰及硫酸铵等为原料制备铵明矾的实验步骤如下：
(1)铝灰用“水洗”的目的是______________________；碱溶时，需在约90 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________。
(2)“过滤1”所得滤渣主要成分为________。
(3)用图1装置制备CO2时，适宜的药品A为______________、B为________________；“沉铝”时，通入过量CO2 发生反应的离子方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
(4)请设计从“过滤2”所得滤渣制取铵明矾的实验方案：称取一定质量“过滤2”的滤渣，放入烧杯中，____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
静置，过滤、洗涤、晾干，得到NH4Al(SO4)2·12H2O [实验中须使用到3 mol·L－1硫酸、(NH4)2SO4、蒸馏水、氨水、pH 试纸； 已知：NH4Al(SO4)2饱和溶液的pH约为1.5，几种物质的溶解度曲线如图2]。
1．解析：铝灰水洗的目的是洗去表面可溶性杂质，在90 ℃水浴条件下，用NaOH溶液进行溶解，发生反应Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，过滤除去铁等不溶性杂质，向滤液中通入过量的CO2，发生反应AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，提纯得到较纯的Al(OH)3再制备NH4Al(SO4)2·12H2O。
(3)制备CO2时，适宜的药品A为块状石灰石(或大理石、CaCO3等)、B为饱和NaHCO3溶液(除去挥发出来的HCl气体)。
答案：(1)除去KCl等可溶性杂质 水浴加热
(2)Fe
(3)块状石灰石(或大理石、CaCO3等) 饱和NaHCO3溶液 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(4)加入适量蒸馏水，加热并在不断搅拌下加入3 mol·L－1硫酸至沉淀恰好完全溶解，再加入计算量的 (NH4)2SO4，用3 mol·L－1硫酸和氨水调节溶液的pH在1～2之间，蒸发浓缩，冷却结晶
2．二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料。＋4价的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化。实验室以V2O5为原料合成用于制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体，过程如下：
回答下列问题：
(1)VOCl2中V的化合价为____________。
(2)步骤ⅰ中生成VOCl2的同时生成一种无色、无污染的气体，该化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液，该方法的缺点是___________________。
(3)步骤ⅱ可在下图装置中进行。
①反应前应通入CO2数分钟的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
②装置B中的试剂是____________。
(4)测定氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。
称量a g样品于锥形瓶中，用20 mL蒸馏水与30 mL混酸溶解后，加0.02 mol·L－1 KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续加1% NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量的NaNO2，最后用c mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗体积为b mL。滴定反应为VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O。
①KMnO4溶液的作用是_____________________________________________________。
NaNO2溶液的作用是_______________________________________________________。
②粗产品中钒的质量分数的表达式为_________________________________________。
2．解析：(1)由化合价规则知，VOCl2中V的化合价为＋4价。(2)无色、无污染的气体是N2，根据得失电子守恒，反应式可先写成V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl―→VOCl2＋N2↑＋H2O，再根据原子守恒配平即可。用浓盐酸与V2O5反应时，氧化产物是有毒的Cl2，Cl2能污染空气。(3)①通入CO2的目的是排除装置中的空气，防止其氧化＋4价的钒。②装置B中的试剂是饱和NaHCO3溶液，以除去从装置A中挥发出来的HCl。(4)①KMnO4用于氧化＋4价钒的化合物，NaNO2用于除去过量的KMnO4。②(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O～6VO～6(NH4)2Fe(SO4)2，样品中钒的物质的量为n(V)＝cb×10－3mol，质量为51cb×10－3 g，故质量分数为×100%。
答案：(1)＋4价
(2)2V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl===4VOCl2＋N2↑＋6H2O 有氯气生成，污染空气
(3)①排除装置中的空气，避免产物被氧化
②饱和NaHCO3溶液
(4)①将＋4价钒的化合物氧化为VO 除去过量的 KMnO4
②×100%
3．实验室回收利用废旧锂电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)的一种流程如下：
(1)废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是________________________________________________________________________。
(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物。请写出该反应离子方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是________________________________________________________________________。
(3)“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是_________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量1∶4混合均匀加热可重新生成LiMn2O4，升温到515 ℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低很多，可能的原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解；Mn(OH)2开始沉淀的pH＝7.7。请补充由上述过程中制得的Mn(OH)2制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：向Mn(OH)2中边搅拌边加入_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．解析：(1)废旧电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，可与空气中的O2和H2O反应，故对拆解环境的要求是隔绝空气和水分。
(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn(NO3)2、LiNO3等产物，LiMn2O4被还原成Mn(NO3)2，则H2O2被氧化成O2，反应中1 mol LiMn2O4参与反应得到3 mol电子，1 mol H2O2失去2 mol电子，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2LiMn2O4＋10HNO3＋3H2O2===2LiNO3＋4Mn(NO3)2＋3O2↑＋8H2O，离子方程式为2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O。若采用盐酸溶解，盐酸做还原剂被氧化成Cl2，故以盐酸代替HNO3和H2O2混合液的缺点是反应生成Cl2，污染环境。
(5)根据题目提供的试剂分析，制备MnCO3的原理为Mn(OH)2＋H2SO4===MnSO4＋2H2O、MnSO4＋Na2CO3===MnCO3↓＋Na2SO4，pH＝7.7时开始形成Mn(OH)2沉淀，则加入Na2CO3沉淀Mn2＋时需控制溶液pH<7.7；故制备MnCO3的步骤为向Mn(OH)2中加入H2SO4，固体溶解转化为MnSO4溶液，向MnSO4溶液中加入Na2CO3并控制溶液pH<7.7获得MnCO3沉淀；由于“MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解”，所以为了减少MnCO3的氧化变质和分解以及溶解损失，过滤分离出MnCO3后，用乙醇洗涤，在低于100 ℃条件下真空干燥。
答案：(1)隔绝空气和水分
(2)2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O 反应生成Cl2，污染环境
(3)沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次
(4)MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度
(5)H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤滤渣，在低于100 ℃条件下真空干燥
4．二氯化钴晶体因含结晶水的数量不同而呈现不同的颜色，据此可以判断硅胶(含CoCl2)的干燥能力。AgNO3标准溶液常用作溶液中Cl－的滴定剂。
水合物
CoCl2·6H2O
CoCl2·2H2O
CoCl2·H2O
CoCl2
颜色
粉红
紫红
蓝紫
蓝色
实验一 配制AgNO3溶液
某学生实验需要800 mL 0.1 mol·L－1AgNO3溶液，配制该溶液的步骤：准确称取m g AgNO3固体溶于硝酸溶液中，转入容量瓶中，加入蒸馏水并定容。
(1)m＝______。
(2)硝酸溶液的作用是____________。
(3)实验室保存硝酸银溶液的方法是____________________________________________
________________________________________________________________________。
实验二 测定CoCl2·xH2O组成
(4)滴定法：已知常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝1.2×10－12，Ag2CrO4呈砖红色。准确称取2.02 g CoCl2·xH2O样品溶于蒸馏水中配制成250 mL溶液，取25.00 mL配制的溶液于锥形瓶中，滴加几滴K2CrO4溶液做指示剂，用0.1 mol·L－1AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗20.00 mL滴定液。
①x＝______。
②若加入K2CrO4溶液过多，测得的x________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
③该晶体颜色可能是______(填字母)。
A．蓝色 B．蓝紫色
C．紫红色 D．红色
(5)重量法：取a g CoCl2·xH2O样品按如图装置进行实验，当样品全部失去结晶水后，停止反应。
测得反应前后装置C、D的质量如下：
装置C
装置D
实验前/g
m1
m3
实验后/g
m2
m4
①试剂R可能是______(填字母)。
a．无水硫酸铜 b．五氧化二磷 c．无水氯化钙
②x＝________(填字母)。
a. b.
4．解析：(1)实验室没有800 mL容量瓶，应选择1 000 mL容量瓶，m(AgNO3)＝1 L×0.1 mol·L－1×170 g·mol－1＝17.0 g。(2)硝酸银是强酸弱碱盐，应溶解在硝酸中，以抑制Ag＋水解。(3)硝酸银溶液见光易分解，故应密闭保存于棕色试剂瓶中并放在阴凉处。(4)①n(Cl－)＝n(Ag＋)＝0.002 mol，n(CoCl2·xH2O)＝0.001 mol，M(CoCl2·xH2O)＝＝202 g·mol－1，x＝4。②由溶度积知，氯化银先沉淀，铬酸银后沉淀，如果加入铬酸钾过多，c(CrO)较大，在c(Ag＋)较小时即产生铬酸银沉淀，提前到达滴定终点，消耗硝酸银溶液体积偏小，测得相对分子质量偏大，使x偏大。③根据表格中物质颜色，CoCl2·4H2O可能呈红色。(5)①装置D的作用是避免装置E中水蒸气挥发到装置C中且吸收装置C中产生的水，因此试剂R可选用五氧化二磷或无水氯化钙，无水硫酸铜吸水效率差，常用于检验水。②装置E用于吸收尾气中氯化氢，盛装的液体可能是水、氢氧化钠溶液等，水蒸气易挥发到装置D中，计算时应选择装置C中测得的数据。m(H2O)＝(m1－m2) g，m(CoCl2)＝(m2－m1＋a) g，＝，解得x＝。
答案：(1)17.0 (2)抑制AgNO3水解 (3)密闭保存于棕色试剂瓶中，存放于阴凉处 (4)①4 ②偏大 ③D (5)①bc ②a
5.苯甲醛是一种重要的化工原料,某小组同学利用如图所示实验装置(夹持装置已略去)制备苯甲醛。
已知有机物的相关数据如下表所示:
有机物
沸点/℃
密度/
g·cm-3
相对分
子质量
溶解性
苯甲醛
178.1
1.04
106
微溶于水,易溶于乙醇、醚和卤代烃
苯甲醇
205.7
1.04
108
微溶于水,易溶于乙醇、醚和卤代烃
二氯甲烷
39.8
1.33
难溶于水,易溶于有机溶剂
实验步骤:
①向容积为500 mL的三颈烧瓶中加入90.0 mL质量分数为5%的次氯酸钠溶液(稍过量),调节溶液的pH为9～10后,加入3.0 mL苯甲醇、75.0 mL二氯甲烷,不断搅拌。
②充分反应后,用二氯甲烷萃取水相3次,并将有机相合并。
③向所得有机相中加入无水硫酸镁,过滤,得到有机混合物。
④蒸馏有机混合物,得到2.08 g苯甲醛产品。
请回答下列问题:
(1)仪器b的名称为 ,搅拌器的作用是 。
(2)苯甲醇与NaClO反应的化学方程式为 。
(3)步骤①中,投料时,次氯酸钠不能过量太多,原因是
;步骤③中加入无水硫酸镁,若省略该操作,可能造成的后果是
。
(4)步骤②中,应选用的实验装置是 (填序号),该操作中分离出有机相的具体操作方法是 。
(5)步骤④中,蒸馏温度应控制在 左右。
(6)本实验中,苯甲醛的产率为 (保留到小数点后一位)。
答案 (1)球形冷凝管 使物质充分混合
(2) +NaClO +NaCl+H2O
(3)防止苯甲醛被氧化为苯甲酸,使产品的纯度降低 产品中混有水,纯度降低 (4)C 打开分液漏斗上面的玻璃塞(或使玻璃塞上的凹槽对准分液漏斗上的小孔),再打开分液漏斗下面的活塞,使下层液体慢慢沿烧杯内壁流下,当有机层恰好全部放出时,迅速关闭活塞 (5)178.1 ℃ (6)67.9%
解析 (1)仪器b为球形冷凝管,搅拌器可以使物质充分混合,反应更充分。
(2)根据题意,苯甲醇与NaClO反应,苯甲醇被氧化生成苯甲醛,次氯酸钠本身被还原为氯化钠,反应的化学方程式为+NaClO +NaCl+H2O。
(3)次氯酸钠具有强氧化性,除了能够氧化苯甲醇,也能将苯甲醛氧化,因此步骤①中,投料时,次氯酸钠不能过量太多;步骤③中加入无水硫酸镁的目的是除去少量的水,提高产品的纯度,若省略该操作,产品中混有水,纯度降低。
(4)步骤②中,充分反应后,用二氯甲烷萃取水相3次,萃取应该选用分液漏斗进行分液,应选用的实验装置是C;分液时分离出有机相的具体操作方法为打开分液漏斗上面的玻璃塞(或使玻璃塞上的凹槽对准分液漏斗上的小孔),再打开分液漏斗下面的活塞,使下层液体慢慢沿烧杯内壁流下,当有机层恰好全部放出时,迅速关闭活塞。
(5)根据题给相关有机物的数据可知,步骤④是将苯甲醛蒸馏出来,蒸馏温度应控制在178.1 ℃左右。
(6)根据 +NaClO +NaCl+H2O可知,1 mol苯甲醇理论上生成1 mol苯甲醛,则3.0 mL苯甲醇的质量为1.04 g·cm-3×3.0 cm3=3.12 g,其物质的量为,则理论上生成苯甲醛的质量为×106 g·mol-1,苯甲醛的产率=×100%≈67.9%。
6.某小组同学探究物质的溶解度大小与沉淀转化方向之间的关系。已知:
物质
BaSO4
BaCO3
AgI
AgCl
溶解度/g
(20 ℃)
2.4×10-4
1.4×10-3
3.0×10-7
1.5×10-4
(1)探究BaCO3和BaSO4之间的转化,实验操作如下:
试剂A
试剂B
试剂C
加入盐酸后的现象
实验Ⅰ
BaCl2
Na2CO3
Na2SO4
……
实验Ⅱ
Na2SO4
Na2CO3
有少量气泡产生,沉淀部分溶解
①实验Ⅰ说明BaCO3全部转化为BaSO4,依据的现象是加入盐酸后, 。
②实验Ⅱ中加入稀盐酸后发生反应的离子方程式是 。
③实验Ⅱ说明沉淀发生了部分转化,结合BaSO4的沉淀溶解平衡解释原因:
。
(2)探究AgCl和AgI之间的转化
实验Ⅲ:
实验Ⅳ:在试管中进行溶液间反应时,同学们无法观察到AgI转化为AgCl,于是又设计了如下实验(电压表读数:a>c>b>0)。
装置
步骤
电压表
读数
ⅰ.如图连接装置并加入试剂,闭合K
a
ⅱ.向B中滴入AgNO3(aq),至沉淀完全
b
ⅲ.再向B中投入一定量NaCl(s)
c
ⅳ.重复i,再向B中加入与ⅲ等量NaCl(s)
a
注:其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,原电池的电压越大;离子的氧化性(或还原性)强弱与其浓度有关。
①实验Ⅲ证明了AgCl转化为AgI,甲溶液可以是 (填序号)。
a.AgNO3溶液 b.NaCl溶液 c.KI溶液
②实验Ⅳ的步骤ⅰ中,B中石墨上的电极反应式是 。
③结合信息,解释实验Ⅳ中b
答案 (1)①沉淀不溶解或无明显现象 ②BaCO3+2H+ Ba2++CO2↑+H2O ③BaSO4在溶液中存在BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq),当加入浓度较高的Na2CO3溶液,C与Ba2+结合生成BaCO3沉淀,使上述平衡向右移动 (2)①b ②2I--2e- I2 ③由于生成AgI沉淀使B的溶液中c(I-)减小,I-还原性减弱 ④步骤ⅳ表明Cl-本身对该原电池电压无影响,则c>b说明加入Cl-使c(I-)增大,证明发生了反应AgI+Cl- AgCl+I-
解析 (1)①因为BaCO3能溶于盐酸,放出CO2气体,BaSO4不溶于盐酸,所以实验Ⅰ说明BaCO3全部转化为BaSO4,依据的现象是加入盐酸后,沉淀不溶解或无明显现象;②实验Ⅱ加入稀盐酸有少量气泡产生,沉淀部分溶解,说明BaCO3和盐酸发生反应,离子方程式为BaCO3+2H+ Ba2++CO2↑+H2O;③实验Ⅱ中A溶液为0.1 mol/L BaCl2溶液,B溶液为0.1 mol/L的Na2SO4溶液,先发生反应Ba2++S BaSO4↓,所以溶液中存在着BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq),当加入浓度较高的Na2CO3溶液,C与Ba2+结合生成BaCO3沉淀,使上述平衡向右移动,所以BaSO4沉淀也可以转化为BaCO3沉淀。
(2)①甲溶液可以是NaCl溶液,滴入少量的AgNO3溶液后产生白色沉淀,再滴入KI溶液有黄色沉淀产生,说明有AgCl转化为AgI;②实验Ⅳ的步骤ⅰ中,B中为0.01 mol/L的KI溶液,A中为0.1 mol/L的AgNO3溶液,Ag+具有氧化性,作原电池的正极,I-具有还原性,作原电池的负极,所以B中石墨上的电极反应式是2I--2e- I2;③B中加入AgNO3溶液后,产生了AgI沉淀,使B溶液中c(I-)减小,I-还原性减弱,根据已知其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,原电池的电压越大,所以实验Ⅳ中b
7.有机物的元素定量分析最早是由德国人李比希提出的,某实验室模拟李比希法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成。取一定量的该氨基酸放在纯氧气中燃烧,燃烧后生成的水用装置D(无水氯化钙)吸收,二氧化碳用装置C(KOH浓溶液)吸收,N2的体积用装置E进行测量,所需装置如图所示(夹持仪器的装置及部分加热装置已略去):
(1)该实验装置的合理连接顺序为:A、 、E。(部分装置可以重复选用)
(2)实验开始时,首先打开止水夹a,关闭止水夹b,通一段时间的纯氧,这样做的目的是 。
(3)A中放入CuO的作用是 ,装置B的作用是
。
(4)为了确定此氨基酸的分子式,除了准确测量N2的体积、生成二氧化碳和水的质量外,还需得到的数据有 。
(5)在读取E装置中所排水的体积时,液面左低右高,则所测气体的体积 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(6)已知分子式为C2H4O2的有机物也含有氨基酸中的某个官能团,请设计实验证明该官能团(试剂任选): 。
答案 (1)DCDB (2)将装置中的N2(或空气)排除干净 (3)将未充分燃烧的产物CO转化为CO2(或使氨基酸中的碳完全转化为CO2) 除去多余的O2,保证E装置最终收集的气体全为N2 (4)该氨基酸的摩尔质量 (5)偏小 (6)取该有机物少许于试管中,滴加NaHCO3溶液,有气泡产生(或其他合理答案)
解析 用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成,用氧气氧化氨基酸(CxHyOzNp)生成二氧化碳、水和氮气,利用装置D(无水氯化钙)测定水的质量,利用装置C(KOH浓溶液)测定二氧化碳的质量,利用装置E测量N2的体积,从而求出氨基酸中含有的C、H、O、N的质量,进而求出该氨基酸的分子组成。
(1)根据以上分析,应先吸收水,再吸收CO2,最后测量N2体积,装置B中加热的铜网可除去多余的O2,保证装置E最终收集的气体全为N2,所以该实验装置的合理连接顺序为A、D、C、D、B、E。
(2)装置内的空气中含有N2、CO2和H2O,实验开始前需通一段时间的纯氧,将装置中的N2(或空气)排除干净,减小实验误差。
(4)根据上面的分析可知,为了确定此氨基酸的分子式,除了准确测量生成二氧化碳气体的质量、生成水的质量、N2的体积外,还需得到的数据是该氨基酸的摩尔质量。
(5)如果液面左低右高(即瓶中液面低于量筒中液面)说明集气瓶中压强大于外界大气压,气体体积被压缩,实际测得的气体体积偏小。
(6)根据分子式为C2H4O2及氨基酸中的官能团可知,该分子中有羧基,实验证明该官能团的方法为取该有机物少许于试管中,滴加NaHCO3溶液,有气泡产生。
8.FeBr2是一种黄绿色固体,某学习小组制备并探究它的还原性。
Ⅰ.实验室制备FeBr2
实验室用如图所示装置制取溴化亚铁。其中A为CO2发生装置,D和d中均盛有液溴,E为外套电炉丝的不锈钢管,e是两个耐高温的瓷皿,其中盛有细铁粉。
实验开始时,先将铁粉加热至600～700 ℃,然后将干燥、纯净的CO2气流通入D中,E管中反应开始。不断将d中液溴滴入温度为100～120 ℃的D中。经过几小时的连续反应,在E管的一端沉积有黄绿色鳞片状溴化亚铁。
(1)若在A中盛固体CaCO3,a中盛6 mol/L盐酸。为使导入D中的CO2为干燥纯净的气体,则图中B、C处的装置和其中的试剂应是:B为 ,C为 。为防止污染空气,实验时应在F处连接盛 的尾气吸收装置。
(2)反应过程中要不断通入CO2,其主要作用是
。
Ⅱ.探究FeBr2的还原性
(3)实验需要200 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液,配制FeBr2溶液除烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒外,还需要的玻璃仪器是 ,需称量FeBr2的质量为 。
(4)取10 mL上述FeBr2溶液,向其中滴加少量新制的氯水,振荡后溶液呈黄色。某同学对产生黄色的原因提出了假设:
假设1:Br-被Cl2氧化成Br2溶解在溶液中;
假设2:Fe2+被Cl2氧化成Fe3+
设计实验证明假设2是正确的: 。
(5)请用一个离子方程式来证明还原性Fe2+>Br-: 。
(6)若在40 mL上述FeBr2溶液中通入3×10-3 mol Cl2,则反应的离子方程式为 。
答案 (1)盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶 盛有浓H2SO4的洗气瓶 NaOH溶液 (2)用CO2把装置中的空气赶尽,同时将溴蒸气带入E管中 (3)250 mL容量瓶 5.4 g (4)取适量黄色溶液,向其中加入少量KSCN溶液,若溶液变为红色,则证明假设2正确 (5)2Fe2++Br2 2Fe3++2Br- (6)4Fe2++2Br-+3Cl2 4Fe3++Br2+6Cl-
解析 (1)实验时用碳酸钙和盐酸制取二氧化碳,盐酸易挥发,制得的二氧化碳中混有氯化氢气体和水蒸气,装置B的作用是除去二氧化碳中的氯化氢气体,可以用盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶洗气,装置C的作用是干燥二氧化碳,可以用盛有浓H2SO4的洗气瓶干燥;溴蒸气有毒,不能排到空气中,氢氧化钠溶液能够与溴单质反应,为防止污染空气,实验时应在F处连接盛有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置。(2)反应前先通入一段时间CO2,将装置中的空气赶尽,避免空气中的氧气干扰实验;反应过程中要不断通入CO2,将装置D中的溴蒸气带入E管中,使溴能够与铁粉充分反应。(3)配制200 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液所需的玻璃仪器有烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒和250 mL容量瓶;250 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液中FeBr2的物质的量为0.025 mol,则FeBr2的质量为0.025 mol×216 g/mol=5.4 g。(4)若假设2正确,向FeBr2溶液中滴加少量新制的氯水,Fe2+被Cl2氧化成Fe3+,向反应后的黄色溶液中加入KSCN溶液,溶液会变为红色。(5)溶液中Fe2+和Br2能够发生氧化还原反应生成Fe3+和Br-,反应的离子方程式为2Fe2++Br2 2Fe3++2Br-。(6)40 mL 0.1 mol/L FeBr2溶液中FeBr2的物质的量为0.004 mol,0.004 mol Fe2+消耗Cl2的物质的量为0.002 mol,则3×10-3 mol Cl2中有0.001 mol Cl2与Br-反应,反应消耗Br-的物质的量为0.002 mol,参与反应的Fe2+、Br-和Cl2的物质的量之比为0.004 mol∶0.002 mol∶0.003 mol=4∶2∶3,则反应的离子方程式为4Fe2++2Br-+3Cl2 4Fe3++Br2+6Cl-。
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