2019届二轮复习 化学实验综合应用 学案（全国通用）

第14讲　化学实验综合应用

最新考纲
考向分析
1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
2.设计、评价或改进实验方案。
3.了解控制实验条件的方法。
4.分析或处理实验数据，得出合理的结论。
5.绘制和识别典型的实验仪器装置图。
6.以上各部分知识与技能的综合应用。
1.客观题：主要依托实验验证物质的化学性质，并对已设计的方案是否符合实验要求作出判断。
2.主观题：将在综合实验设计题或工艺流程图题中，以探究物质的化学性质、组成、结构与含量及其制备等为目的，考查原理、实验操作、有关的计算及实验方案的设计与评价等。

考点一　“气体制备”为纽带的实验方案设计
K (课前)
1．关于下列图示的说法中，正确的是 (　A　)

A．图①所示实验可比较硫、碳、硅的非金属性强弱
B．用图②所示实验装置排空气法收集CO2气体
C．用图③所示实验装置制备BaSO3沉淀
D．图④装置可以用来除去SO2中的HCl
2．下列实验符合“绿色环保”思想的是 (　B　)

3．Ⅰ.现有含CaO杂质的CaC2试样。设计以下实验，测定CaC2试样的纯度(反应的化学方程式为CaC2＋2H2O―→Ca(OH)2＋C2H2↑)，请从下图中选用适当的装置，完成该实验。

(1)制取C2H2最好选④中的__丙__装置(填“甲”“乙”或“丙”)，所选用装置的连接顺序是__E、C、D、B__(填各接口A～E的顺序)。
(2)若实验时称取的试样为1.4 g，产生的乙炔在标准状况下的体积为448 mL，此试样中CaC2的质量分数为__91.4%__。(保留3位有效数字)

Ⅱ.某同学在实验室从如图标签的试剂瓶中取少许钠进行燃烧实验，实验后发现还有少许黑色固体生成。从反应物及实验操作猜测：
该黑色物质可能为碳与另一种氧化物组成的混合物。
根据题意和图示回答下面问题：
(1)装置图⑤中A的名称为__坩埚__。
(2)此氧化物可能是__FeO__或__Fe3O4__(写化学式)。
(3)对黑色固体物质的组成作如图⑥所示研究

①实验甲中加入盐酸的目的是__检验黑色固体物质中是否有碳，同时溶解氧化物__。
②仅通过实验乙，用最简步骤能快速确定黑色氧化物的组成，请完善该设计(限选试剂：稀盐酸、KSCN溶液、10% H2O2溶液)。
实验操作
预期现象与结论
相关离子方程式
取少量实验甲中的澄清溶液，加入__适量的KSCN溶液__
__如果溶液显红色，则黑色氧化物为Fe3O4，反之则为FeO__
__Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3__
[解析]　Ⅰ.(1)碳化钙溶于水发热，不能保持块状，且反应不需要加热，因此制取C2H2最好选④中的丙装置。要测定碳化钙的纯度，需要通过排水法测量乙炔的体积，因此连接顺序是E、C、D、B。
(2)若实验时称取的试样为1.4 g，产生的乙炔在标准状况下的体积为448 mL，乙炔的物质的量是0.02 mol，则根据碳原子守恒可知碳化钙的物质的量是0.02 mol，质量是0.02 mol×64 g·mol－1＝1.28 g，所以此试样中CaC2的质量分数为×100%≈91.4%。
Ⅱ.(1)根据装置的结构可知装置图⑤中A的名称是坩埚。
(2)由于含有杂质铁，因此产生的黑色氧化物可能是FeO或Fe3O4。
(3)①由于黑色氧化物中还可能含有碳，因此实验甲中加入盐酸的目的是检验黑色固体物质中是否有碳，同时溶解氧化物。
②检验Fe3＋一般用KSCN溶液，实验操作为取少量实验甲中的澄清溶液加入适量的KSCN溶液，如果溶液显红色，则黑色氧化物为Fe3O4，反之则为FeO，有关反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
R (课堂)

对气体制备不会分析装置作用，如盘查T1，T2。

1．实验室典型的4类气体发生装置：

(1)实验室制取氨气可以选用装置__A__。
(2)若用H2O2分解来制取氧气，可以选用装置__C__。
(3)实验室制取氯气，可以选用装置__D__。
(4)装置B可以制备的最常见气体有__CO2__和__H2__。
2．实验设计的一般过程：

3．气体物质制备方案的设计思路：


判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Cl2收集可用排饱和NaCl溶液法，不能用排水法。(√)
(2)除去CO2中的HCl可以将混合气通入饱和的Na2CO3溶液中。(×)
(3)用浓盐酸酸化KMnO4溶液，增强KMnO4的强氧化性。(×)
(4)实验室可选用大理石与浓硫酸反应制备CO2。(×)
(5)实验室中的CCl4含有少量溴，加适量的苯，振荡、静置后分液，可除去CCl4中的溴。(×)
(6)NaOH的酚酞溶液红色褪去，说明SO2具有漂白性。(×)
(7)验证Fe3O4固体含有＋2价铁离子和＋3价铁离子，可采用如下实验设计： (√)
【例】CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。
【资料查阅】

【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题：
(1)仪器X的名称是__干燥管__。
(2)实验操作的先后顺序是a→__c→d→b__→e(填操作的编号)。
a．检查装置的气密性后加入药品
b．熄灭酒精灯，冷却
c．在“气体入口”处通入干燥HCl
d．点燃酒精灯，加热
e．停止通入HCl，然后通入N2
(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是__先变红，后褪色__。
(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是__Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O__。
【探究反思】
(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：
①若杂质是CuCl2，则产生的原因是__加热时间不足或温度偏低__。
②若杂质是CuO，则产生的原因是__通入HCl的量不足__。
[解析]　(1)仪器X的名称为干燥管。(2)实验操作中应先通氯化氢气体，再点燃酒精灯，反应结束后，先熄灭酒精灯，再停止通入氯化氢气体，故实验操作的先后顺序为：a→c→d→b→e。(3)实验过程中，由于通入氯化氢气体，多余的氯化氢气体能使湿润的蓝色石蕊试纸变红；又由于反应过程中产生氯气，氯气与水反应生成的HClO能漂白试纸而使试纸褪色。(4)装置D中发生的氧化还原反应为氯气与氢氧化钠溶液的反应，离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。(5)①由于加热时间不足或温度偏低，CuCl2·2H2O失去结晶水后生成CuCl2，CuCl2没有完全分解；②通入的氯化氢气体不足，反应过程中CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，Cu2(OH)2Cl2分解而生成CuO。

气体制备与性质实验的四个注意问题：
(1)操作顺序问题。
与气体有关的实验操作顺序为：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用盛有碱石灰的干燥管吸收测定实验中生成CO2的质量时，在干燥管前连盛有CaCl2的U形管，在干燥管后再连一个盛有碱石灰的干燥管，前一个的目的是干燥CO2，后一个的目的是防止空气中的CO2和H2O(g)进入。

1．从下列实验操作、现象得出的相应结论不正确的是 (　D　)
选项
实验操作、现象
结论
A
某溶液中加入稀盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体
不能确定该溶液中存在CO
B
氯水中存在多种分子和离子，向新制氯水中加入有色布条，片刻后有色布条褪色
说明氯水中有HClO存在
C
将淀粉与KCl混合液装于半透膜内，浸泡在盛蒸馏水的烧杯中，5 min后取烧杯中液体，加碘水变蓝色
证明半透膜有破损
D
将气体通入盛饱和碳酸钠溶液的洗气瓶
可用于除去CO2中的HCl
2.下列装置用于实验室制取NH3，并用AlCl3溶液吸收多余氨气制氢氧化铝，最后回收氯化铵的实验，能达到实验目的的是 (　C　)

A．用装置乙吸收NH3制取Al(OH)3
B．用装置丙在不断搅拌下分离Al(OH)3和NH4Cl溶液
C．用装置甲制取NH3
D．用装置丁蒸干NH4Cl溶液并灼烧制NH4Cl
3．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α­氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3)，其制备实验流程如下：

(1)图中“沉铁”化学方程式为__2K4[Fe(CN)6]＋Fe2(SO4)3===2KFe[Fe(CN)6]↓＋3K2SO4__。
(2)图中“过滤”后滤液中金属阳离子除了含有的Al3＋，还含有__Fe2＋、Fe3＋__(填离子符号)。
(3)加30%的H2O2溶液发生的离子反应方程式为__2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O__。
(4)煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为4[NH4Al(SO4)2·12H2O]2Al2O3＋2NH3↑＋N2↑＋5SO3↑＋3SO2↑＋53H2O，将产生的气体通过如图所示的装置。

①集气瓶中收集到的气体是__N2__(填化学式)。
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有__SO3、NH3__(填化学式)。
③KMnO4溶液褪色(MnO还原为Mn2＋)，发生的离子反应方程式为__2MnO＋5SO2＋2H2O===2Mn2＋＋5SO＋4H＋__。
[解析]　(1)由K4[Fe(CN)6]生成KFe[Fe(CN)6]。(2)铁的氧化物和氧化铝溶于酸，二氧化硅不溶形成滤渣。(3)溶液中的亚铁离子不易除去，需把其氧化为铁离子再沉淀除去。(4)①通过饱和亚硫酸氢钠溶液除去氨气、三氧化硫，通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫气体，故收集的气体为氮气。②SO3、NH3均溶解于水与水反应。③KMnO4溶液与二氧化硫反应，二氧化硫被氧化为硫酸根离子。
考点二　有机物制备与提纯实验方案设计
K (课前)
1．实验室制备1,2­二溴乙烷的反应原理如下：
CH3CH2OHCH2===CH2＋H2O
CH2===CH2＋Br2―→BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。用少量的溴和足量的乙醇制备1,2­二溴乙烷的装置如图所示：

有关数据列表如下：

乙醇
1,2­二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/g·cm－3
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
－130
9
－116
回答下列问题：
(1)在此制备实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右，其最主要的目的是__d__(填正确选项前的字母)；
a．引发反应 b．加快反应速度
c．防止乙醇挥发 d．减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入__c__(填正确选项前的字母)，其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体；
a．水 b．浓硫酸
c．氢氧化钠溶液 d．饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是__溴的颜色完全褪去__；
(4)将1,2­二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在__下__层(填“上”或“下”)；
(5)若产物中有少量未反应的Br2，最好用__b__(填正确选项前的字母)洗涤除去；
a．水 b．氢氧化钠溶液
c．碘化钠溶液 d．乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚，可用__蒸馏__的方法除去；
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D，其主要目的是__避免溴大量挥发__；但又不能过度冷却(如用冰水)，其原因是__1,2­二溴乙烷的熔点低，过度冷却会凝固而堵塞导管__。
[解析]　(2)根据题中提示，选碱来吸收酸性气体；(3)制备反应是溴与乙烯的反应，明显的现象是溴的颜色褪去；(4)1,2­二溴乙烷的密度大于水，因而在下层；(5)溴在水中溶解度小，不能用水，碘化钠与溴反应生成碘会溶解在1,2­二溴乙烷中，不能用碘化钠溶液除溴，乙醇与1,2­二溴乙烷混溶也不能用；(6)根据表中数据，乙醚沸点低，可通过蒸馏除去(不能用蒸发，乙醚不能散发到空气中，且蒸发会导致1,2­二溴乙烷挥发到空气中)；(7)溴易挥发，冷却可减少挥发。但如果用冰水冷却会使产品凝固而堵塞导管。
2．乙酸丁酯是重要的化工原料，具有水果香味。实验室制备乙酸丁酯的反应、装置示意图和有关信息如下：
CH3COOH＋CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3＋H2O


乙酸
1­丁醇
乙酸丁酯
熔点(℃)
16.6
－89.5
－73.5
沸点(℃)
117.9
117
126.0
密度(g·cm－3)
1.1
0.80
0.88
(1)乙酸丁酯粗产品的制备。
在干燥的50 mL圆底烧瓶中，装入沸石，加入12.0 mL正丁醇和16.0 mL冰醋酸(过量)，再加3～4滴浓硫酸。然后再安装分水器、冷凝管，然后小火加热。将烧瓶中反应后的混合物冷却与分水器中的酯层合并。装置中冷水应从__b__(填“a”或“b”)管口通入；通过分水器下端旋塞分出的生成物是__水__，其目的是__分离酯化反应生成的水，使平衡正向移动，提高反应产率__。
(2)乙酸丁酯的精制。
将乙酸丁酯粗产品用如下的操作进行精制：①水洗、②蒸馏、③用无水MgSO4干燥、④用10%碳酸钠洗涤。
①正确的操作步骤是__c__(填标号)。
a．①②③④　　　　 b．③①④②
c．①④①③② d．④①③②③
②在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后
__d__(填标号)。
a．直接将乙酸丁酯从分液漏斗的上口倒出
b．直接将乙酸丁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，再将乙酸丁酯从下口放出
d．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸丁酯从上口倒出
③蒸馏操作时，需收集__126__ ℃的馏分，仪器选择及安装都正确的是__b__(填标号)。

(3)计算产率。
测量分水器内由乙酸与丁醇反应生成的水体积为1.8 mL，假设在制取乙酸丁酯过程中反应物和生成物没有损失，且忽略副反应，计算乙酸丁酯的产率为__77.3%__。
R (课堂)

对有机实验目的分析不透仪器使用方法不熟练，如盘查T1，T3。

1．有机制备与分离提纯的思维流程：
—
　　 ↓
—
　　 ↓
—
　　 ↓
—
2．有机物制备实验中常用的仪器：
(1)制备装置。

(2)蒸馏装置。

3．有机混合物的分离提纯常用方法：
方法
适用条件
实例
说明
萃取
互不相溶的液体混合物
分离CCl4和水等
分液时下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出
蒸馏
两种或两种以上互溶的液体，沸点相差较大
分离酒精和水
在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸
【例】冬青油是一种无色液体，某实验小组利用如图所示的装置制备冬青油。化学反应原理和实验装置如下所示：

产物的有关数据如表所示：

相对分子质量
密度/g·cm－3
沸点/℃
溶解性
冬青油
152
1.180
222.2
微溶于水
实验步骤如下所示：
①向三颈瓶中加入6.9 g (0.05 mol)水杨酸和24 g (0.75 mol)甲醇，再小心地加入6 mL浓硫酸，摇匀。②加入2粒沸石(或碎瓷片)，装上仪器a，在石棉网上保持温度在85～95 ℃，回流1.5 h。③反应完毕，将烧瓶冷却，加入50 mL蒸馏水，然后转移至分液漏斗，弃去水层，将有机层再倒入分液漏斗中，依次用50 mL 5%碳酸氢钠溶液和30 mL水洗涤。④将产物移至干燥的锥形瓶中，加入0.5 g无水氯化钙。⑤最后将粗产品进行蒸馏，收集221～224 ℃的馏分，其质量为6.8 g。

请回答下列问题：
(1)本实验中浓硫酸的作用是__催化剂、吸水剂__。
(2)装置中仪器a的名称是__球形冷凝管__，进水口为
__Ⅰ__(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。温度计的适宜规格为__②__(填代号)。
①50 ℃　　　②100 ℃　　　③300 ℃
(3)用碳酸氢钠溶液洗涤的目的是__除去水杨酸和硫酸__；用水洗涤时，产品在__下__(填“上”或“下”)层。
(4)加入无水氯化钙的目的是__除去粗产品中的水分__。
(5)本次实验中冬青油的产率为__89.5%__。

有机物制备的解题流程
有机物的制备是中学化学实验的重要组成部分，以新物质制备为背景的实验图，涉及知识面广、题型多变、思维发散空间大，能很好的考查学生综合运用化学实验基础知识解决实际问题的能力，因而倍受高考命题者的青睐。解答此类试题的一般流程是：
第一步，明确实验目的。通过分析合成目标产物的有机反应方程式确定反应原理，分析反应的特点(如可逆反应等)，并分析可能发生的副反应。
第二步，确定实验装置。依据反应物状态及反应条件选择合适的反应容器，并控制合适的反应温度。根据反应原理及装置特点，确定每个装置的作用。
第三步，设计除杂方案。根据产品和杂质的性质差异(如溶解性、熔沸点、密度大小、物质的状态等)选择合适的分离提纯方法。根据有机反应中反应物的挥发性及有机副反应较多的特点，分析除杂步骤、试剂及除杂装置。
第四步，产品产率(纯度)计算。根据题目提供的反应原理和试剂的用量，利用有机反应方程式或关系式，计算产品的理论产量，则产品产率为×100%。

1．实验室制备硝基苯的反应原理和实验装置如图所示：
＋HO—NO2 ＋H2O　ΔH