2020届高考化学二轮复习综合实验探究作业 练习

大题题型集训(一)　综合实验探究

(建议用时：35分钟)

(对应学生用书第168页)

1．(2019·广西名校联考)草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)为淡黄色粉末，不溶于水，可作照相显影剂和用于制药工业。某化学兴趣小组对其性质进行如下探究，回答下列问题：

Ⅰ.定性探究

选用下列试剂设计实验方案，完成下表内容。

试剂：酸性KMnO4溶液、K3[Fe(CN)6]溶液

Ⅱ.定量探究：滴定实验测x的值

(5)滴定前，下列操作的正确顺序是________(填字母序号)。

a．用0.100 0 mol·L－1的酸性KMnO4溶液润洗

b．查漏、清洗

c．排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面

d．盛装0.100 0 mol·L－1的酸性KMnO4溶液

e．初始读数、记录为0.50 mL

(6)称取n g样品，加入适量稀硫酸溶解，用步骤(5)准备的标准KMnO4溶液直接滴定，如何判断滴定终点？_____________________________________

_____________________________________________________。

[解析]　Ⅰ.(2)草酸亚铁晶体不溶于水，向其中加入稀硫酸，会看到固体溶解，溶液变为浅绿色，这是由于溶液中含有Fe2＋；(3)向该溶液中滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，会看到产生蓝色沉淀，发生反应：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓，证明该溶液中含有Fe2＋；(4)继续滴加K3[Fe(CN)6]2溶液(或至不再沉淀)，静置，取上层清液滴加酸性KMnO4溶液，会看到紫色褪色，这是由于溶液中含有的H2C2O4、C2O具有还原性，而酸性KMnO4溶液具有氧化性，将微粒氧化为CO2，酸性KMnO4被还原为无色的Mn2＋。  Ⅱ.(5)滴定前，首先要查漏、清洗；然后用0.100 0 mol·L－1的酸性KMnO4溶液润洗；第三是盛装0.100 0 mol·L－1的酸性KMnO4溶液；第四排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面；平视凹液面，初始读数、记录为0.50 mL，即操作步骤顺序为badce。

[答案]　Ⅰ.(2)固体溶解，溶液变为浅绿色　(3)含有Fe2＋　(4)①继续滴加K3[Fe(CN)6]溶液(或至不再沉淀)，静置，取上层清液滴加酸性KMnO4溶液　②紫色褪去　Ⅱ.(5)badce　(6)当滴入最后一滴标准液，溶液颜色由浅绿色变成浅紫色，且半分钟内颜色不变色，则说明达到滴定终点

2．(2019·成都模拟)砂质土壤分析中常用 Karl Fischer法是测定其中微量水含量，该方法原理是I2和SO2反应定量消耗水(假设土壤中其他成分不参加反应)，据此回答下列问题：

(1)写出该反应的化学反应方程式：_______________________________

_____________________________________________________。

步骤Ⅰ：消耗反应样品中的水

下图是某同学在实验室模拟Karl Fischer法的实验装置图：

(2)装置连接的顺序为a→__________(填接口字母顺序)；M仪器的名称为__________，其在实验过程中的作用是__________________________

_____________________________________________________。

(3)操作步骤为①连接装置并检查装置气密性，②装入药品，______________________________________________________；

③关闭弹簧夹，打开分液漏斗活塞；④反应结束后，关闭分液漏斗活塞，继续通入N2 ，⑤取下D装置，……

步骤④中继续通入N2的目的是___________________________

_____________________________________________________。

步骤Ⅱ：测定剩余的碘

向反应后的D装置加入蒸馏水，过滤，充分洗涤滤渣，并合并洗涤液和滤液，将其配成250.00 mL溶液，取25.00 mL 用0.20 mol·L－1 Na2S2O3标准液滴定剩余的碘单质，已知反应如下：2S2O＋I2===S4O＋2I－。

(4)Na2S2O3标准液应装在________(填“酸式”“碱式”)滴定管中；上述操作中，合并洗涤液和滤液的目的是_______________________________

_____________________________________________________。

(5)滴定实验重复四次得到数据如下：

①若实验开始时，向D 装置中加入10.00 g土壤样品和10.16 g I2(已知I2过量)，则样品土壤中水的含量为________%(计算结果保留小数点后一位)。

②若Na2S2O3标准液已部分氧化变质，则水含量测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

[解析]　(2)装置A是制备二氧化硫气体，装置B中的碱石灰可以吸收尾气，并防止外界水蒸气加入装置，应该在整套装置的最后，D装置应该为二氧化硫与样品反应的装置，进入该装置的二氧化硫需要用浓硫酸(E)干燥，C装置为安全瓶，因此装置的顺序为ACEDB，接口顺序为d→e→i→h→g→f→b→(c)；根据图示，M为长颈漏斗，在实验过程中，可以起到平衡内外气压，防止压强过大的作用。

(4)Na2S2O3水解显碱性，标准液应装在碱式滴定管中。

(5)①实验开始时，向D装置中加入10.00 g土壤样品和10.16 g I2(已知I2过量)，n(I2)＝＝0.04 mol，向反应后的D装置加入蒸馏水，过滤，充分洗涤，并合并洗涤液和滤液，将其配成250.00 mL溶液，取25.00 mL 用0.20 mol·L－1 Na2S2O3标准液滴定剩余碘单质，根据实验数据可知，实验①的误差较大，删除该数值，②③④实验消耗Na2S2O3溶液的平均值＝  mL ＝20.00 mL，根据2S2O＋I2===S4O＋2I－，消耗碘单质物质的量＝n(Na2S2O3)×× ＝×0.020 0 L×0.20 mol·L－1×10＝0.02 mol，剩余I2物质的量＝0.04 mol－0.02 mol＝0.02 mol，即与二氧化硫反应的碘单质物质的量＝0.04 mol－0.02 mol＝0.02 mol，消耗水为0.04 mol，土壤样品中水的含量＝×100%＝7.2%；②若Na2S2O3标准液已部分氧化变质，滴定过程中消耗的硫代硫酸钠溶液体积增大，测定剩余碘单质物质的量增大，则与二氧化硫反应的碘单质减少，反应的水的物质的量减小，计算得到水的含量偏低。

[答案]　(1)SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI　(2)d→e→i→h→g→f→b→(c)　长颈漏斗　平衡内外气压，防止压强过大　(3)打开弹簧夹，通入氮气　将装置中的SO2全部赶入B装置中吸收　(4)碱式　使所剩余的碘单质均进入滤液，测量结果更准确　(5)①7.2　②偏低

3．(2019·菏泽一模)氮化铬(CrN)是一种良好的耐磨材料，实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨气在高温下反应制备，反应原理为CrCl3＋NH3CrN＋3HCl。回答下列问题：

(1)制备无水氯化铬。氯化铬有很强的吸水性，通常以氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加热脱水往往得到Cr2O3，有关反应的化学方程式为________________________。以氯化铬晶体制备无水氯化铬的方法是______________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)制备氮化铬。某实验小组设计制备氮化铬的装置如下图所示(夹持与加热装置省略)：

①装置A中发生反应的化学方程式为____________________________

_____________________________________________________。

②实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是______________________________________________________

_____________________________________________________。

③装置B中盛放的试剂是________，装置D的作用是__________________

_____________________________________________________。

④有同学认为该装置有一个缺陷，该缺陷是________________________

_____________________________________________________。

(3)氮化铬的纯度测定。制得的CrN中含有Cr2N杂质，取样品14.38 g在空气中充分加热，得固体残渣(Cr2O3)的质量为16.72 g，则样品中CrN与Cr2N的物质的量之比为________。

(4)工业上也可用Cr2O3与NH3在高温下反应制备CrN。相关反应的化学方程式为______________________________________________________，

提出一条能降低粗产品中氧含量的措施：___________________________

_____________________________________________________。

[解析]　(1)氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)加热后会发生水解，直接加热脱水得到Cr2O3，反应的化学方程式为2CrCl3·6H2OCr2O3＋9H2O＋6HCl↑；若以氯化铬晶体制备无水氯化铬，则要抑制其水解，要在HCl的气氛中加热。

(2)由制取氮化钙反应可知，装置中不能有空气，否则会影响实验，所以实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是用生成的氨气排除装置内的空气；

③制备时装置中不能有水，所以装置B中盛放的试剂是碱石灰，用来干燥氨气；装置D则是为了防止空气中的水分进入装置C。

(3)设样品中CrN与Cr2N的物质的量分别为x、y，

则由题给条件有：①66 g·mol－1×x＋118 g·mol－1×y＝14.38 g，②x＋2y＝×2；

联立①②方程，解得x＝0.2 mol，y＝0.01 mol，

则样品中CrN与Cr2N的物质的量之比为0.2 mol∶0.01 mol＝20∶1。

(4)根据题给信息中的反应CrCl3＋NH3CrN＋3HCl，类比此反应，若用Cr2O3与NH3在高温下反应制备CrN则生成氮化铬和水，化学方程式为Cr2O3＋2NH32CrN＋3H2O；若要降低粗产品中氧含量则要Cr2O3尽可能发生反应转化为氮化铬，可以采取增大NH3的流量(浓度)的方法。

[答案]　(1)2CrCl3·6H2OCr2O3＋9H2O＋6HCl↑　在HCl的气氛中加热　(2)①CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑　②用生成的氨气排除装置内的空气　③碱石灰　防止空气中的水分进入装置C　④没有尾气处理装置　(3)20∶1　(4)Cr2O3＋2NH32CrN＋3H2O　增大NH3的流量(浓度)(或其它合理答案)

4．(2019·上饶六校联考)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，向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3.76 g [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6.34 g，则[Cr(CH3COO)2]2·2H2O (相对分子质量为376)的产率是________。

[解析]　(1)产品易被氧化，因此生成H2的作用是排除装置中的空气，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，利用三颈烧瓶中产生气体的压强增大，把液体压到装置乙中，即打开K2，关闭K1；根据题给信息，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。(4)Cr3＋完全转化成沉淀，c(Cr3＋)≤10－5 mol·L－1，因此有c(OH－)≥＝ mol·L－1＝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＝0.04 mol，根据铬元素守恒，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O的物质的量为0.04 mol/2＝0.02 mol，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O的质量为0.02 mol×376 g·mol－1＝7.52 g，即产率为3.76 g/7.52 g×100%＝50%。

[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)防止空气中的氧气进入装置乙中氧化Cr2＋　(4)5　(5)50%

5．间溴苯甲醛常用作医药中间体，实验室以苯甲醛为原料，在无水AlCl3催化下加热制备间溴苯甲醛。

Ⅰ.催化剂的制备

如图1是实验室制取少量无水AlCl3的相关实验装置。已知无水氯化铝易升华，极易潮解。

图1

(1)若气体A是Cl2，且由KMnO4和浓盐酸反应制取，该反应的离子方程式为______________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)若固体B是AlCl3·6H2O，则气体A是________，通入气体A的目的是_____________________________________________________。

(3)若气体A为Cl2，乙中的药品是碱石灰，则碱石灰的作用是______________________________________________________

_____________________________________________________。

Ⅱ.间溴苯甲醛的制备   

实验所用装置如图2(夹持及加热装置已省略):

图2

已知相关物质的沸点如下表所示：

实验步骤如下：

步骤1：将一定配比的无水AlCl3、12­二氯乙烷和苯甲醛在三颈烧瓶中充分混合后，升温至60 ℃，缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴，维持温度不变，反应一段时间后，冷却。

步骤2：将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中，搅拌、静置、分液。有机相用10% NaHCO3溶液洗涤。

步骤3：往洗涤后的有机相中加入适量无水MgSO4固体，放置一段时间后，进行下一操作。

步骤4：减压蒸馏有机相，收集相应馏分。

(1)仪器a的名称为________，本实验需要控制反应温度为60 ℃，为了更好地控制反应温度，宜采用的加热方式是________。

(2)步骤2分液时有机相处于________(填“上层”或“下层”)，NaHCO3可以除去有机相中的Br2，反应中1 mol Br2参与反应，转移1 mol电子且产生无色气体，反应的离子方程式为__________________________________

_____________________________________________________。

(3)步骤3中将加入无水MgSO4固体的有机相放置一段时间后，进行的下一操作是________。

[解析]　Ⅰ.(1)KMnO4和浓盐酸反应的离子方程式为2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)由AlCl3·6H2O制备AlCl3，只需使AlCl3·6H2O受热失去结晶水，通入HCl可防止AlCl3水解。(3)因Cl2有毒，无水AlCl3极易潮解，所以乙中碱石灰的作用是吸收未反应完的Cl2且防止空气中的水蒸气进入甲中。

Ⅱ.(1)仪器a是直形冷凝管；当反应温度低于100 ℃时，可以采取水浴加热的方式，有利于控制温度，且使反应体系受热均匀。(2)间溴苯甲醛密度比水大，有机相在下层；HCO水解使溶液呈碱性，Br2在碱性条件下发生歧化反应，反应的离子方程式为Br2＋2HCO===Br－＋BrO－＋2CO2↑＋H2O。(3)无水MgSO4固体的作用是吸收有机相中的水，固液分离的操作是过滤。

[答案]　Ⅰ.(1)2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O

(2)HCl　抑制AlCl3水解

(3)吸收未反应完的Cl2，防止空气中的水蒸气进入甲中

Ⅱ.(1)直形冷凝管　水浴加热

(2)下层　Br2＋2HCO===Br－＋BrO－＋2CO2↑＋H2O

(3)过滤