2020届高考化学二轮复习 综合实验探究——突破实验大题学案




根据化学实验的目的和要求，能做到：1.设计实验方案。　2.正确选用实验装置。　3.掌握控制实验条件的方法。　4.预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论。　5.评价或改进实验方案。　6.以上各部分的知识与技能的综合应用。
　物质制备实验探究
(对应学生用书第88页)

(14分)(2018·全国卷Ⅰ)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：

(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是________。仪器a的名称是________。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_____________________________________________________。
②同时c中有气体产生，该气体的作用是_________________
_____________________________________________________。
(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是______________________________________________________；
d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点_________________________
_____________________________________________________。
[解答指导]　(1)整体分析

(2)醋酸亚铬制备流程

(3)实验装置分析
b——随时排出c中产生的气体，同时防止外界O2进入c中
c——Zn与Cr3＋反应的装置，为无O2环境
d——Cr2＋与CH3COO－反应生成沉淀产物的装置，应为无O2环境，防止产物被O2氧化
[答案与评分标准]　(1)去除水中溶解氧(2分，合理即可)　分液(或滴液)漏斗(2分，答“漏斗”“长颈漏斗”均不给分)
(2)①Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋(2分，不配平或写化学方程式均不给分)
②排除c中空气(2分，排空也给分)
(3)c中产生H2使压强大于大气压(2分，或c中压强大于d中压强，给1分)　冷却(1分，“冰浴”或“降温”也给分)　过滤(1分)
(4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触(2分，答“生成的醋酸亚铬与空气接触被氧化”或“d中的空气接触醋酸亚铬”也给分)

上述真题体现的化学核心素养有：
(1)证据推理与模型认知。
(2)科学探究与创新意识。
(3)科学精神与社会责任。
命题角度主要有：
(1)主要仪器的名称与过程中某操作的目的。
(2)离子方程式书写与排空防氧作用。
(3)利用气压排液原理与物质的分离操作。
(4)制备的物质性质变化评价装置。
预测2020年高考对物质制备实验探究题仍会在仪器识别、实验原理、方程式书写、操作和评价与改进方面进行命题并有所创新。

1．物质制备实验探究的思维模板

2．有气体参与的制备实验的注意事项
(1)操作顺序问题
与气体有关的实验操作顺序：装置选择与连接→气密性检查→装入固体药品→加液体药品→按程序实验→拆卸仪器。
(2)加热操作的要求
①使用可燃性气体(如H2、CO、CH4等)，先用原料气赶走系统内的空气，再点燃酒精灯加热，以防止爆炸。
②制备一些易与空气中的成分发生反应的物质(如H2还原CuO的实验)，反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气至试管冷却。
(3)尾气处理的方法
有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃的方法，不能直接排放。
(4)特殊实验装置
①制备在空气中易吸水、潮解以及水解的物质(如Al2S3、AlCl3等)，往往在装置的末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气的进入。
②用液体吸收气体，若气体溶解度较大，要加防倒吸装置。
③若制备物质易被空气中氧气氧化，应加排空气装置。
(5)冷凝回流：有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、冷凝管等)。
(6)制备的物质若为液态且易挥发时，应将收集装置置于冷水浴中。

　物质制备实验探究
1．PCl3是磷的常见氯化物，可用于半导体生产的外延、扩散工序。有关物质的部分性质如下：

熔点/℃
沸点/℃
密度/g·mL－1
其他
黄磷
44.1
280.5
1.82
2P＋3Cl2(少量)2PCl3；2P＋5Cl2(过量) 2PCl5
PCl3
－112
75.5
1.574
遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3
(一)制备
如图是实验室制备PCl3的装置(部分仪器已省略)。

(1)仪器乙的名称是________；其中，与自来水进水管连接的接口编号是________(填“a”或“b”)。
(2)实验室制备Cl2的离子方程式__________________。实验过程中，为减少PCl5的生成，应控制________。
(3)碱石灰的作用：一是防止空气中的水蒸气进入而使PCl3水解，影响产品的纯度；二是________。
(4)向仪器甲中通入干燥Cl2之前，应先通入一段时间CO2排尽装置中的空气，其目的是________。
(二)分析
测定产品中PCl3纯度的方法如下：迅速称取4.100 g产品，水解完全后配成500 mL溶液，取出25.00 mL加入过量的0.100 0 mol·L－1 20.00 mL碘溶液，充分反应后再用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定过量的碘，终点时消耗12.00 mL Na2S2O3溶液。
已知：H3PO3＋H2O＋I2===H3PO4＋2HI；I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6；假设测定过程中没有其他反应。
(5)根据上述数据，该产品中PCl3(相对分子质量为137.5)的质量分数为________。若滴定终点时俯视读数，则PCl3的质量分数________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
[解析]　(1)仪器乙为冷凝管，用于冷凝蒸馏产物，为了使冷凝效果最好，进水口为b；
(2)实验室用二氧化锰和浓盐酸加热或高锰酸钾和浓盐酸制备氯气，离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O)；实验过程中，为减少PCl5的生成，应控制氯气的通入速率；
(3)氯气有毒，污染空气，碱石灰吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气进入，影响产品纯度；
(4)由于PCl3遇O2会生成POCl3，遇水生成H3PO3和HCl，通入一段时间的CO2可以排尽装置中的空气，防止生成的PCl3与空气中的O2和水反应；
(5)20.00 mL 0.100 0 mol·L－1碘溶液中含有碘单质的物质的量为0.100 0 mol·L－1×0.020 L＝0.002 mol，根据反应I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6可知，与磷酸反应消耗的碘单质的物质的量为0.002 mol－0.100 0 mol·L－1×0.012 L×1/2＝0.001 4 mol，再由H3PO3＋H2O＋I2===H3PO4＋2HI可知，25 mL三氯化磷水解后的溶液中含有的H3PO3的物质的量为n(H3PO3)＝n(I2)＝0.001 4 mol500 mL该溶液中含有H3PO3的物质的量为：0.001 4 mol×500 mL/25 mL＝0.028 mol，所以4.100 g产品中含有的三氯化磷的物质的量为0.028 mol，该产品中PCl3的质量分数为×100%≈93.9%；若滴定终点时俯视读数，读出的标准液硫代硫酸钠溶液体积偏小，计算出的H3PO3消耗的碘单质的物质的量偏大，三氯化磷的物质的量偏大，三氯化磷的质量分数偏大。
[答案]　(1)直形冷凝管　b
(2)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O) 　氯气通入的速率(或流量)
(3)吸收多余的Cl2，防止污染环境
(4)排净装置中的空气，防止O2和水与PCl3反应
(5)93.9%　偏大
2．(2019·潍坊模拟)FeCl2是一种常用的还原剂、媒染剂。某化学小组同学在实验室里用如下两种方法来制备无水FeCl2。有关物质的性质如下：

C6H5Cl(氯苯)
C6H4Cl2(二氯苯)
FeCl3
FeCl2
溶解性
不溶于水，易溶于苯、乙醇
不溶于C6H5Cl、C6H4Cl2、苯，易溶于乙醇，易吸水
熔点/℃
－45
53
易升华
沸点/℃
132
173
—
—

请回答下列问题：
(1)利用反应2FeCl3＋C6H5Cl―→2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl制取无水FeCl2并测定FeCl3的转化率。按上图装置，在三颈烧瓶中放入32.5 g无水氯化铁和过量的氯苯。打开K1、K2，关闭K3，通一段时间H2后关闭K1、K2，控制三颈烧瓶内反应温度在128～139 ℃，反应一段时间。反应完成后打开K2再通氢气一段时间。
①仪器a的名称是________，装置B中盛装的试剂是________。
②反应后再通入H2的目的是____________________________。
③冷却实验装置，将三颈烧瓶内物质倒出，经过滤、用苯洗涤、干燥后，得到粗产品，回收滤液中C6H5Cl的操作方法是___________。
④反应后将锥形瓶中溶液配成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液，用0.4 mol·L－1 NaOH溶液滴定，消耗NaOH溶液23.60 mL，则氯化铁的转化率为________。
(2)打开K1、K3，关闭K2，通氢气与氯化铁反应制取无水FeCl2。
①写出反应的化学方程式________________________________。
②实验制得FeCl2后为防止氧化的操作是___________________
_____________________________________________________。
③请指出该制备方法的缺点_______________________________
_____________________________________________________。
[解析]　(1)①装置B的作用是防止外界水蒸气进入三颈烧瓶，据此作答；②从氯化氢气体充分吸收角度考虑；③根据题中所给的表格，结合C6H5Cl和C6H4Cl2的沸点数据作答；④根据氢氧化钠与盐酸按1∶1反应可求出反应消耗的HCl的物质的量，再根据已知反应方程式2FeCl3＋C6H5Cl―→2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl，得出样品中反应的FeCl3的物质的量，再依据产品中FeCl3的转化率＝×100%得出结论；
(2)②FeCl2极易被空气氧化为FeCl3，装置中需充满还原性气体；③结合表格数据从氯化亚铁升华的角度即导管可操作性不强的角度考虑其缺点。
[答案]　(1)①球形冷凝管　无水CaCl2(或硅胶、P2O5)　②将反应器中的HCl气体全部排入锥形瓶内，使其被充分吸收，防止污染　③蒸馏滤液，并收集132 ℃的馏分　
④94.4%　(2)①H2＋2FeCl32FeCl2＋2HCl　②先熄灭酒精灯，再继续通入氢气一段时间　③氯化铁易升华，转化率低；导管易堵塞
　物质性质实验探究
(对应学生用书第90页)

(10分)(2018·全国卷Ⅱ，节选)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：
(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；显色反应的化学方程式为_________
_____________________________________________________。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按如图所示装置进行实验。

①通入氮气的目的是__________________________________。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。
③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是______________
_____________________________________________________。
④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是______________________________________
_____________________________________________________。
[解答指导]
(1)K3[Fe(CN)6]显色剂―→显色原理是Fe2＋与[Fe(CN)6]3－形成蓝色沉淀。
(2)根据K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的组成元素和装置连接及试剂―→各装置作用(B检验CO2，C吸收CO2，D干燥，E验证CO，F检验CO2)―→通N2作用是排空，防止空气中CO2、H2O的干扰。
[解析]　(1)发生的显色反应是溶液中Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液生成Fe3[Fe(CN)6]2，反应的化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。(2)①实验时通入N2，不仅能隔绝空气，排除空气的干扰，还能使反应产生的气体全部进入后续装置。②实验中装置B中澄清石灰水变浑浊，说明三草酸合铁酸钾的热分解产物中含有CO2，经NaOH溶液可除去CO2，气体经浓硫酸干燥后，与灼热的CuO反应，得到单质Cu，且由装置F中现象可知装置E中又生成CO2，由此可判断热分解产物中还含有CO。③为防止倒吸，实验结束后，应先熄灭装置A、E两处的酒精灯，冷却后停止通入氮气。④要检验A中残留固体中含有Fe2O3，可取少量A中残留固体，加入足量稀硫酸或稀盐酸溶解，再滴入少许KSCN溶液，溶液中出现红色，即可确定残留固体中含有Fe2O3。
[答案与评分标准]
(1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2分，不配平不得分)
(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置(2分，少一要点扣1分)
②CO2　CO(每空1分，共2分)
③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气(2分，合理即得2分)
④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3(2分，要点不全不得分)

上述真题体现的化学核心素养主要有：
(1)宏观辨识与变化观念。
(2)证据推理与模型认知。
(3)科学探究与创新意识。
命题角度主要有：
(1)化学方程式书写。
(2)通“惰气”排空防空气干扰。
(3)由现象定物质问题。
(4)防倒吸操作。
(5)离子或物质检验。
预测2020年高考仍会在方程式书写、基本操作、现象结论、物质检验等方面进行命题，但要有所变化。

物质性质实验探究的思维模板


　物质性质实验探究
(2019·衡阳二模)二氧化氯(ClO2)与亚氯酸钠(NaClO2)都具有强氧化性。两者作漂白剂时，不伤害织物；作饮用水消毒剂时，不残留异味。某研究性学习小组由二氧化氯制备亚氯酸钠，并探究其性质的实验如下。
【资料査阅】①SO2可将 NaClO3还原为ClO2；②NaClO2酸化生成NaCl，并放出ClO2。

A　　B　　　　C　　 　D 　E
实验步骤如下：
Ⅰ.组装仪器并检查气密性。仪器组装完毕(如图所示)，关闭①②③三个止水夹及b活塞，打开a的活塞，向A的圆底烧瓶中注入水，检查装置的气密性。
Ⅱ.制备亚氯酸钠。在各装置中分别加入相应的试剂，关闭止水夹①③和b的活塞，打开止水夹②及a的活塞，向A的圆底烧瓶中滴入75%硫酸。
Ⅲ.探究亚氯酸钠的性质。打开止水夹①和②，关闭止水夹③和a的活塞，通入一段时间空气；关闭止水夹①和②，打开止水夹③和b的活塞，向C的三颈烧瓶中滴入稀硫酸。
试回答下列问题：
(1)步骤Ⅰ中，装置气密性良好的现象是_______________；仪器a或b在使用前应________。
(2)步骤Ⅱ中，B中反应的化学方程式为_____________，C中H2O2的作用为___________________。
(3)步骤Ⅲ中，先通入一段时间空气的目的是____________，试管D中的现象为_______________________。
(4)步骤Ⅲ中，开始时C中反应缓慢，稍后产生气体的速率却迅速加快。试解释可能的原因__________________________________
_____________________________________________________。
(5)步骤Ⅱ，实验前若向C三颈烧瓶中加入25 mL 8.0 mol·L－1 H2O2溶液反应，分离提纯得到18.88 g NaClO2晶体，则H2O2的有效利用率为________(保留两位有效数字)。
[解析]　(1)若装置不漏气，因装置中气体压强增大，a中液体不能顺利流下，所以装置气密性良好的现象是一段时间后，仪器a中液面不再下降；仪器a、b是分液漏斗，使用前要检验是否漏水。
(2) 步骤Ⅱ，B中SO2将NaClO3还原为ClO2，反应的化学方程式为SO2＋2NaClO3===2ClO2＋Na2SO4，C中用二氧化氯制备亚氯酸钠，ClO2发生还原反应，H2O2作还原剂。
(3) 装置中残留的ClO2、SO2气体干扰NaClO2的检验，步骤Ⅲ中，先通入一段时间空气的目的是排出装置中残留的ClO2、SO2气体，避免干扰实验；C中加入硫酸生成的ClO2与D试管中的KI反应生成碘单质，所以试管D中的现象为溶液由无色变蓝色。
(4) NaClO2酸化生成NaCl，反应生成的Cl－起催化作用；NaClO2与硫酸的反应放热使温度升高，反应速率加快。
(5)设参加反应的H2O2的物质的量是x mol；
2ClO2＋2NaOH＋H2O2===2NaClO2＋O2＋2H2O，
　　　　　　 1 mol　　　181 g
　　　　　 　x mol　　18.88 g
x≈0.104 mol，H2O2的有效利用率为×100%＝52%。
[答案]　(1)一段时间后，仪器a中液面不再下降　检查是否漏水　(2)SO2＋2NaClO3===2ClO2＋Na2SO4　H2O2作还原剂　(3)排出装置中残留的ClO2、SO2气体，避免干扰实验　溶液由无色变蓝色　(4)反应生成的Cl－起催化作用(或该反应放热使温度升高，反应速率加快) 　(5)52%
　定量测定实验探究
(对应学生用书第91页)

(7分)(2017·全国卷Ⅲ，节选)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

(1)仪器B的名称是________。
(2)将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热　 b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2 d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A f．冷却到室温
(3)根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
[解答指导]　
(1)根据题中设计的装置测定绿矾中结晶水含量时，空气中的O2可能氧化Fe2＋，同时空气中有水蒸气干扰，由此操作步骤为通N2排空―→加热样品―→停止加热―→冷却―→关闭两端活塞K1、K2―→称量。
(2)FeSO4·xH2OFeSO4　＋　xH2O
152 18x
(m3－m1) g (m2－m3) g
＝解得：x＝。
(3)按a、d次序操作，FeSO4被O2氧化而吸收O2，导致m3偏大，水偏少。
[答案与评分标准]　(1)干燥管(或球形干燥管)(1分)
(2)dabfce(2分，其他顺序不给分)
(3)(2分，其他化简式也给2分)　偏小(2分)

上述真题体现的化学核心素养主要有：
(1)证据推理与模型认知。
(2)科学探究与创新意识。
(3)科学精神与社会责任。
命题角度主要有：
(1)仪器名称。
(2)测定操作步骤。
(3)数据处理与计算。
(4)误差分析。
预测2020年高考可能会在定量实验：(1)滴定实验。(2)量气体体积。(3)称质量等方面测定。对于滴定测定实验的定量分析与误差分析会是命题的重点角度，加强领悟。

1．定量实验测定的4种方法
(1)测沉淀质量法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
(2)测气体体积法
对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
①常见测量气体体积的实验装置

②量气时应注意的问题
a．量气时应保持装置处于室温状态。
b．读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平，还要注意视线与液面最低处相平。如上图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
(3)测气体质量法
将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。
(4)滴定法
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定或氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
2．解答时应注意的事项
(1)定量测定实验中要具备的3种意识
①要有消除干扰气体的意识：如用“惰性气体”将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。
②要有被测量气体全部被测量的意识：如可以采用反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量的气体全部被吸收剂吸收的方法。
③要有“数据”的采集处理意识：实验数据的采集是化学计算的基础，一般来说固体试剂称取质量，而液体试剂和气体试剂测量体积。
(2)“关系式法”在定量测定实验中的应用
①关系式法是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“物质的量”的关系表示出来，把多步计算简化成一步完成。正确提取关系式是用关系式法解题的关键。
②可以利用原子守恒、电子守恒确定关系式。
(3)定量型实验的关键为数据处理和误差分析，数据的处理一般需注意的四个方面：
①是否符合测量仪器的精度。
②数据是否在误差允许范围内，注意取舍。
③数据的测试环境。
④少量物质是否完全反应；过量物质对数据是否有影响。误差分析的依据为计算式，看测量对结果会产生什么影响。

　“滴定法”定量实验测定
1．(2019·淄博模拟，节选)亚硝酸钙是一种阻锈剂，可用于燃料工业，某兴趣小组拟测定制备Ca(NO2)2的纯度。
[背景素材]　
Ⅰ.NO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O。
Ⅱ.Ca(NO2)2能被酸性KMnO4溶液氧化成NO，MnO被还原为Mn2＋。
Ⅲ.亚硝酸不稳定，易分解，且有一定氧化性，在酸性条件下，Ca(NO2)2能将I－氧化为I22NO＋4H＋＋2I－===I2＋2NO↑＋2H2O，S2O能将I2还原为I－，I2＋2S2O===2I－＋S4O。
某组同学测定Ca(NO2)2的纯度(杂质不参加反应)，可供选择的试剂：a.稀硫酸 b．c1 mol·L－1的KI溶液　c．淀粉溶液　d．c2 mol·L－1的Na2S2O3溶液　e．c3 mol·L－1的酸性KMnO4溶液
(1)利用Ca(NO2)2的还原性来测定其纯度，可选择的试剂是________(填字母序号)。该测定方法发生反应的离子方程式为_________________________
_____________________________________________________。
(2)利用Ca(NO2)2的氧化性来测定其纯度的步骤：准确称取m g Ca(NO2)2样品放入锥形瓶中，加适量水溶解，加入_______________，
然后滴加稀硫酸，用c2 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定至溶液______________________________________，读取消耗Na2S2O3溶液的体积，重复以上操作3次，(请用上述给出试剂补充完整实验步骤)。若三次消耗Na2S2O3溶液的平均体积为V mL，则Ca(NO2)2纯度的表达式为____________________。
[解析]　(1)①根据信息Ⅱ，Ca(NO2)2能被酸性KMnO4溶液氧化成NO，MnO被还原为Mn2＋，利用Ca(NO2)2的还原性来测定其纯度，可选择的试剂是c3 mol·L－1的酸性KMnO4溶液，其离子方程式为5NO＋2MnO＋6H＋===5NO＋2Mn2＋＋3H2O。
(2)根据关系式：2NO～I2～2S2O
n[Ca(NO2)2]＝n(S2O)＝c2V×10－3 mol。
故：Ca(NO2)2的纯度为
×100%＝×100%＝×100%。
[答案]　(1)e　5NO＋2MnO＋6H＋===5NO＋2Mn2＋＋3H2O　(2)过量c1 mol·L－1 KI溶液并滴入几滴淀粉溶液　由蓝色恰好变为无色，且半分钟内不变色　×100%
2．(2019·成都模拟，节选)亚硝酰氯(NOCl)是一种黄色气体，遇水易水解，伴随HCl生成。
工业制得的NOCl中常含有少量N2O4杂质，为测定产品纯度进行实验：称取1.441 g样品溶于适量的NaOH溶液中，加入几滴K2CrO4溶液作指示剂，用硝酸酸化的0.800 0 mol·L－1 AgNO3溶液滴定，若消耗AgNO3溶液的体积为25 mL。终点现象为_____________
(已知Ag2CrO4为黄色)，测NOCl的质量分数为______%(保留2位小数)；如果AgNO3溶液出现部分变质(变质的部分不参与反应)，则测得的NOCl的质量分数会________(填“偏大”或“偏小”)。
[解析]　根据NOCl～AgNO3分析，硝酸银的物质的量为(0.800 0×25×10－3)mol＝0.02 mol，则亚硝酰氯的质量分数为×100%≈90.91%。若硝酸银溶液出现部分变质，则消耗的硝酸银溶液的体积变大，则测得的亚硝酰氯的质量分数会偏大。
[答案]　当滴加最后一滴酸化AgNO3溶液，白色沉淀变成黄色沉淀且半分钟不变色　90.91　偏大

滴定法定量测定的两种类型
(1)直接滴定：根据标准液的量以及相应关系式测定待测物。
(2)间接滴定：待测物加入一定量的过量物质A与待测物反应，然后用滴定法测定物质A的剩余量，进而计算待测物的量。
　其他定量实验测定
3．(2019·衡水中学模拟)工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。
(1)实验原理：
①Al4C3与硫酸反应可生成CH4；
②AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气，请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式：_____________________________
_____________________________________________________。
(2)实验装置(如图所示，量气管为碱式滴定管改装)

连好装置后，首先应进行的操作是________。
(3)实验过程：称得装置D的初始质量为y g；称取x g AlN样品置于装置B锥形瓶中，各装置中加入相应药品，重新连好装置；读取量气管的初始读数为a mL(量气装置左右液面相平)。
①欲首先测量Al4C3质量分数的有关数据，对三个活塞的操作是________。
②若无恒压管，对所测气体体积的影响是________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③量气管中液面不再发生变化，说明反应已经结束。读取读数之前，应对量气管进行的操作为________；若量气管中的液面高于右侧球形容器中的液面，所测气体的体积________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
④记录滴定管的读数为b mL(已知：该实验条件下的气体摩尔体积为Vm L·mol－1)，则Al4C3的质量分数为________(用含a、b、x、y、Vm的代数式表示)。
⑤测量AlN质量分数的数据：首先关闭活塞________，打开活塞________，通过分液漏斗加入过量________，与装置B瓶内物质充分反应；反应完成后，________(填入该步应进行的操作)，最后称得装置D的质量为z g。
[解析]　(3)②分液漏斗中的液体滴入瓶后，占有一定体积，排出的气体多。③右侧液面低，装置中压强大，排出的液体少。
④甲烷的体积为(a－b)mL，物质的量为 mol，根据碳原子的守恒，Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，所以Al4C3的质量为× mol×144 g·mol－1＝ g，Al4C3的质量分数为×100%。
⑤用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，故应关闭活塞K1、K2，打开活塞K3，通过分液漏斗加入过量NaOH溶液，与装置B瓶内物质充分反应；装置中残留部分氨气，打开K2，通入空气一段时间，排尽装置内的氨气，并被装置D完全吸收，以防止测定的氨气的质量偏小。
[答案]　(1)AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑　(2)检查装置的气密性　(3)①关闭活塞K2、K3，打开活塞K1　②偏大　③调整量气管高度，使左右两边液面相平　偏小　④×100%　⑤K1、K2　K3　NaOH溶液 　打开K2，通入一段时间空气

化学实验方案设计的基本思路

　以有机物制备或提纯的综合实验探究
(对应学生用书第93页)

(14分)(2019·全国卷Ⅲ)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：


水杨酸
醋酸酐
乙酰水杨酸
熔点/℃
157～159
－72～－74
135～138
相对密度/ (g·cm－3)
1.44
1.10
1.35
相对分子质量
138
102
180
实验过程：在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70 ℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作。
①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固体，过滤。
②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。
③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。
④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。
回答下列问题：
(1)该合成反应中应采用________加热。(填标号)
A．热水浴　　 B．酒精灯
C．煤气灯 D．电炉
(2)下列玻璃仪器中，①中需使用的有______(填标号)，不需使用的有________________(填名称)。

(3)①中需使用冷水，目的是_____________________________。
(4)②中饱和碳酸氢钠的作用是___________________________
______________________________________________________，以便过滤除去难溶杂质。
(5)④采用的纯化方法为____________。
(6)本实验的产率是____________%。
[解答指导]
(1)制备反应温度(70 ℃)左右―→水浴加热。
(2)过滤所需仪器―→过滤不需要分液漏斗和容量瓶。
(3)防止晶体溶解的措施为降温―→使用冷水目的是减小晶体的溶解。
(4)乙酰水杨酸分子中含有—COOH―→NaHCO3与乙酰水杨酸反应生成能溶于水的乙酰水杨酸钠。
(5)固体中的杂质可采用重结晶法分离纯化。
(6)产率＝×100%＝×100%＝60%。
[答案与评分标准]
(1)A(2分)　(2)BD(2分，少一个或错一个扣1分)　分液漏斗、容量瓶(2分，名称写错不给分，少一个或错一个扣1分)　(3)充分析出乙酰水杨酸固体(或结晶)(2分，合理即得2分)　(4)生成可溶的乙酰水杨酸钠(2分，合理即得2分)　(5)重结晶(2分，其他答案不给分)　(6)60(2分，答“0.6”不给分)

上述真题体现的化学核心素养主要有：
(1)宏观辨识与变化观念。
(2)证据推理与模型认知。
(3)科学探究与科学精神。
命题角度主要是以有机物的制备为载体考查有机物的分离与纯化方法。具体命题角度有：
(1)加热方式选择。
(2)过滤所需仪器及仪器名称。
(3)结晶措施及原因。
(4)增大有机酸溶解度的化学措施。
(5)纯化方法——重结晶。
(6)数据处理与产率计算。
预测2020年高考仍可能以重要有机物制备为载体，考查分离、提纯和产率计算。

常见有机制备与提纯的典型装置
1．反应装置

2．蒸馏装置

3．高考真题中出现的实验装置




特别提醒：球形冷凝管由于气体与冷凝水接触时间长，具有较好的冷凝效果，但必须竖直放置，所以蒸馏装置必须用直形冷凝管。

1．(2019·全国卷Ⅱ)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸(Ka约为10－6，易溶于水及乙醇)约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。

回答下列问题：
(1)实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是____________________。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒________。
(2)提取过程不可选用明火直接加热，原因是__________________。与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是__________________________________。
(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是____________________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有________(填标号)。
A．直形冷凝管 B．球形冷凝管
C．接收瓶 D．烧杯
(4)浓缩液加生石灰的作用是中和________和吸收________。
(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是________。

[解析]　(1)为提高浸取速率，常将反应物研细，增大固体与液体的接触面积；由于有机物的沸点低，加热时易沸腾，因此常加入沸石，防止液体暴沸。
(2)乙醇的沸点低，易挥发、易燃烧，明火加热温度高，会导致乙醇挥发、燃烧，因此不能选用明火直接加热。根据索氏萃取的原理描述可知，采用索氏提取器的优点是溶剂的用量减少，可连续萃取(萃取效率高)。
(3)由于提取液需“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂，所以与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是乙醇沸点低，易浓缩。“蒸馏浓缩”需选用的仪器有圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管、直形冷凝管(球形冷凝管的主要用途是使气体冷却回流)、接收瓶等。
(4)茶叶中含单宁酸，加入生石灰的目的是中和单宁酸，同时吸收水分。
(5)粉状的咖啡因在蒸发皿中受热，在扎有小孔的滤纸上凝结变为固体，此过程称为升华。
[答案]　(1)增加固液接触面积，提取充分　沸石　(2)乙醇易挥发，易燃　使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高)　(3)乙醇沸点低，易浓缩 　AC　(4)单宁酸　水　(5)升华
2．(2014·全国卷Ⅰ)乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下：


相对分子质量
密度/(g·cm－3)
沸点/℃
水中溶解性
异戊醇
88
0.812 3
131
微溶
乙酸
60
1.049 2
118
溶
乙酸异戊酯
130
0.867 0
142
难溶
实验步骤：
在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片。开始缓慢加热A，回流50 min。反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集140～143 ℃馏分，得乙酸异戊酯 3.9 g。回答下列问题：
(1)仪器B的名称是________________。
(2)在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是______________
______________________________________________________；
第二次水洗的主要目的是_______________________________。
(3)在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后________(填标号)。
a．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出
c．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出
d．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是_______________________。
(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是___________________。
(6)在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是________(填标号)。


(7)本实验的产率是________(填标号)。
a．30% b．40%
c．60% d．90%
(8)在进行蒸馏操作时，若从130 ℃便开始收集馏分，会使实验的产率偏________(填“高”或“低”)其原因是________________
_____________________________________________________。
[解析]　(1)仪器B是球形冷凝管，起冷凝回流作用。(2)第1次水洗，主要洗去大部分硫酸和醋酸，第2次水洗除去NaHCO3杂质。(3)乙酸异戊酯的密度小于水，在水层上方。分液时先将水层从分液漏斗下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出。(4)该反应为可逆反应，加入过量乙酸，能够提高异戊醇的转化率。(5)加入无水MgSO4固体的目的是除去混合物中的少量水分(在有机实验中，常用的弱酸性或中性干燥剂还有CaCl2、Mg(ClO4)2、Al2O3、硅胶、活性无水CuSO4、Na2SO4等)。(6)蒸馏操作中，需要测定馏分的温度，所以温度计水银球应放在蒸馏烧瓶的支管口处，b和c中温度计位置均正确，但c中的冷凝装置为球形冷凝管，它一般用作反应装置，主要用于冷凝回流，使反应更彻底，故只有b项正确。(7)据可知，4.4 g异戊醇完全反应消耗3.0 g乙酸，故乙酸有剩余，生成乙酸异戊酯的理论产量为6.5 g，故该反应的产率为×100%＝60%。(8)异戊醇的沸点为131 ℃，蒸馏时，若从130 ℃开始收集馏分，将会有一部分未反应的异戊醇被蒸出，使产率偏高。
[答案]　(1)球形冷凝管
(2)洗掉大部分硫酸和醋酸　洗掉碳酸氢钠
(3)d　(4)提高醇的转化率　(5)干燥　(6)b
(7)c　(8)高　会收集少量未反应的异戊醇