2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（二十三）探究实验（含解析）新人教版

课时跟踪检测（二十三）探究实验

1．钴是一种中等活泼金属，化合价为＋2价和＋3价，其中CoCl2易溶于水。某校同学设计实验制取(CH3COO)2Co(乙酸钴)并验证其分解产物。回答下列问题：

(1)甲同学用Co2O3与盐酸反应制备CoCl2·4H2O，其实验装置如下：

①烧瓶中发生反应的离子方程式为_______________________________________。

②由烧瓶中的溶液制取干燥的CoCl2·4H2O，还需经过的操作有蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等。

(2)乙同学利用甲同学制得的CoCl2·4H2O在醋酸氛围中制得无水(CH3COO)2Co，并利用下列装置检验(CH3COO)2Co在氮气气氛中的分解产物。已知PdCl2溶液能被CO还原为Pd。

①装置E、F是用于检验CO和CO2的，其中盛放PdCl2溶液的是装置________(填“E”或“F”)。

②装置G的作用是________；E、F、G中的试剂均足量，观察到I中氧化铜变红，J中固体由白色变蓝色，K中澄清石灰水变浑浊，则可得出的结论是________________________________________________________________________。

③通氮气的作用是_______________________________________________。

④实验结束时，先熄灭D和I处的酒精灯，一段时间后再关闭弹簧夹，其目的是________________________________________________________________________。

⑤若乙酸钴最终分解生成固态氧化物X、CO、CO2、C2H6，且n(X)∶n(CO)∶n(CO2)∶n(C2H6)＝1∶4∶2∶3(空气中的成分不参与反应)，则乙酸钴在空气气氛中分解的化学方程式为___________________________________________。

解析：(1)①Co2O3与盐酸反应生成CoCl2、Cl2和水，离子反应为Co2O3＋2Cl－＋6H＋===2Co2＋＋Cl2↑＋3H2O。

②由烧瓶中的溶液制取干燥的CoCl2·4H2O，因加热促进水解，且生成盐酸易挥发，需经过的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。

(2)①装置E、F是用于检验CO和CO2的，CO的氧化产物为CO2，则先检验CO2，其中盛放PdCl2溶液的是装置F。

②装置G的作用是除去CO2；E、F、G中的试剂均足量，观察到I中氧化铜变红，J中固体由白色变蓝色，K中澄清石灰水变浑浊，则可得出的结论是分解产物中还含有一种或多种含C、H元素的物质。

③通氮气的作用是将D中气态产物排入后续装置。

④其目的是防止倒吸。

⑤由原子守恒可知，乙酸钴在空气气氛中分解的化学方程式为3(CH3COO)2CoCo3O4＋4CO↑＋2CO2↑＋3C2H6↑。

答案：(1)①Co2O3＋2Cl－＋6H＋===2Co2＋＋Cl2↑＋3H2O　②冷却结晶、过滤

(2)①F　②除去二氧化碳　分解产物中还含有一种或多种含C、H元素的物质

③将D中气态产物排入后续装置　④防止倒吸

⑤3(CH3COO)2CoCo3O4＋4CO↑＋2CO2↑＋3C2H6↑

2．Na2SO3是一种重要的化工原料，但较易变质。

(1)实验室中欲检验Na2SO3固体样品是否已经变质，最简单的方法为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)某小组同学欲在实验室测定某Na2SO3样品的纯度。

方案一：通过测定生成SO2的质量，可计算m g Na2SO3固体样品的纯度。利用下列装置进行实验。

①选择装置A和B进行实验时，为使结果更精确还应选择装置________，装置A中反应前后通入N2的目的是________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②实验结束后，若测得B装置增重m1 g，则该Na2SO3固体样品的纯度为________。

方案二：利用高锰酸钾溶液滴定亚硫酸钠溶液，实现定量测定。称取a g样品，置于烧杯中；加入适量蒸馏水，使样品溶解，然后配制成250 mL溶液；准确量取25.00 mL溶液置于锥形瓶中；用0.100 0 mol·L－1的酸性KMnO4溶液进行滴定，经多次滴定，达到滴定终点时，平均消耗20.00 mL溶液。

③反应原理为_____________________________________________

(用离子方程式表示)。

④滴定时，通常不需要加入指示剂，理由是___________________________________

________________________________________________________________________；

达到滴定终点读取数据时，若俯视液面，则测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

解析：(2)②二氧化硫的质量为m1 g，根据H2SO4＋Na2SO3===Na2SO4＋SO2↑＋H2O可知，Na2SO3的质量为m1 g×＝g，该Na2SO3固体样品的纯度为×100%＝×100%；

③高锰酸钾溶液能够氧化亚硫酸钠溶液，反应的离子方程式为6H＋＋5SO＋2MnO===2Mn2＋＋5SO＋3H2O；

④达到滴定终点读取数据时，若俯视液面，导致高锰酸钾溶液的体积偏小，根据c(待测)＝知，测定结果偏低。

答案：(1)取少量样品溶解，先加足量稀盐酸，再加BaCl2溶液，若生成白色沉淀，证明Na2SO3变质；若无白色沉淀生成，证明Na2SO3未变质(或先加足量BaCl2溶液，再加足量稀盐酸，若白色沉淀不完全溶解，证明Na2SO3变质；若白色沉淀完全溶解，证明Na2SO3未变质)

(2)①E　反应前排尽装置中的空气，反应后将装置中的SO2全部吹出　②×100%　③6H＋＋5SO＋2MnO===2Mn2＋＋5SO＋3H2O　④KMnO4本身可作指示剂，当达到反应终点时，过量一滴KMnO4溶液，即可使溶液出现明显颜色变化，以指示终点　偏低

3．(2020·怀化期中)SO2为无色、有强烈刺激性气味的气体，是主要大气污染物之一，具有一定的还原性。

Ⅰ.探究SO2还原Fe3＋、I2。可使用的药品和装置如图所示。

(1)实验室常用亚硫酸钠与70%硫酸加热制备二氧化硫，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。

(2)B中可观察到的现象是______________________________________________。

(3)C的作用是___________________________________________________________。

(4)设计实验检验A中SO2与Fe3＋反应所得还原产物：______________________

________________________________________________________________________。

Ⅱ.某同学将SO2与漂粉精进行如下实验探究。

(1)由pH试纸颜色变化说明漂粉精溶液具有的性质是____________________________

________________________________________________________________________。

(2)①中溶液呈淡黄绿色的可能原因是________________________________；用离子方程式解释②中溶液黄绿色褪去的主要原因：_______________________________________。

解析：Ⅰ.(1)亚硫酸钠固体和硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化硫，反应的化学方程式为Na2SO3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋H2O。(2)B中二氧化硫被碘单质氧化生成硫酸和碘化氢，则B中溶液蓝色变浅直至褪色。(3)C中盛有NaOH溶液，其作用是吸收尾气，防止污染空气。(4)A中SO2作还原剂，被氧化为SO；Fe3＋作氧化剂，被还原为Fe2＋。检验Fe2＋的方法是取少量实验后的A中溶液于试管中，加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，说明反应所得还原产物为Fe2＋。

Ⅱ.(1)pH试纸先变蓝(约为12)，说明溶液呈碱性；之后颜色褪去，说明具有漂白性。(2)漂粉精溶液中ClO－和Cl－发生归中反应生成Cl2：ClO－＋Cl－＋2H＋===H2O＋Cl2↑，氯气溶于水使溶液呈淡黄绿色。黄绿色褪去是因为溶液中的Cl2与SO2发生氧化还原反应，生成了SO和Cl－，又因为漂粉精溶液中含有Ca2＋，CaSO4微溶于水，因此离子方程式为Cl2＋SO2＋2H2O＋Ca2＋===4H＋＋2Cl－＋CaSO4↓。

答案：Ⅰ.(1)Na2SO3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋H2O

(2)溶液蓝色变浅直至褪色

(3)吸收SO2，防止污染空气

(4)取少量实验后的A中溶液于试管中，加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，说明反应所得还原产物为Fe2＋

Ⅱ.(1)碱性、漂白性

(2)Cl－与ClO－在酸性环境下反应生成氯气　

Cl2＋SO2＋2H2O＋Ca2＋===4H＋＋2Cl－＋CaSO4↓

4．某学习小组在实验室中利用下图装置(夹持装置略去)测定某铁硫化物(FexSy)的组成，并探究反应后D装置所得溶液中含硫化合物的组成。

实验步骤：

步骤Ⅰ.如图连接装置，检查装置气密性，装入药品；

步骤Ⅱ.打开分液漏斗旋塞，缓缓滴入水，并点燃酒精喷灯；

步骤Ⅲ.当硬质玻璃管中固体质量不再改变时，停止加热，继续通入一段时间的O2；

步骤Ⅳ.实验结束后，将D装置中所得溶液加水配制成250 mL溶液；

……

请回答：

(1)步骤Ⅲ中，停止加热后还需继续通入一段时间的O2，其目的为__________________。

(2)在C、D装置之间不需要防倒吸装置的理由是__________________________________。

(3)步骤Ⅳ中配制溶液时所需的玻璃仪器除玻璃棒和烧杯外，还有______________________。

(4)取25.00 mL步骤Ⅳ中所配溶液，加入足量的双氧水，再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥，称其质量为4.66 g。则FexSy的化学式为________________________________________________________________________。

(5)有同学认为可将D装置改为装有足量碱石灰的干燥管，通过测定反应前后干燥管的增重来计算硫元素的含量。你认为此方案是否合理？________(填“是”或“否”)，原因为

________________________________________________________________________。

(6)反应后D装置所得溶液中除含有Na2SO4外，还可能含有Na2SO3。现用滴定法测定溶液中Na2SO3的含量。可供选择的试剂：①0.100 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液；②0.100 0 mol·L－1 H2O2溶液；③0.100 0 mol·L－1淀粉­KI溶液；④0.100 0 mol·L－1 BaCl2溶液；⑤0.100 0 mol·L－1 HCl溶液。

①所选试剂应装在________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。

②所利用的反应原理为____________________________________(用离子方程式表示)。

解析：本实验的目的为测定某铁硫化物(FexSy)的组成，并探究反应后D装置所得溶液中含硫化合物的组成。观察装置，A装置中产生足量的氧气经干燥后，进入C装置与FexSy在加热条件下反应，生成硫的氧化物，进入D装置被氢氧化钠溶液吸收。

(1)步骤Ⅲ中，停止加热后还需继续通入一段时间的O2，其实FexSy已经完全反应了，其目的为使生成的SO2全部被NaOH溶液吸收。

(2)此装置中，不需要防倒吸装置，虽然SO2易溶于NaOH溶液，但是其中还有难溶于NaOH溶液的氧气，不会因为SO2易溶于NaOH溶液而使气压迅速降低发生倒吸。

(3)步骤Ⅳ中配制250 mL溶液时，因为是要配制一定体积的溶液，故需要容量瓶，所以所需的玻璃仪器除玻璃棒和烧杯外，还有250 mL容量瓶和胶头滴管。

(4)C装置中产生的气体主要为SO2，所以D装置中生成Na2SO3，取25.00 mL步骤Ⅳ中所配溶液(取了十分之一溶液)，加入足量的双氧水，将其氧化为Na2SO4，再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液，所得沉淀为BaSO4，质量为4.66 g，其物质的量为0.02 mol,250 mL溶液中，根据S原子守恒：n(BaSO4)＝n(Na2SO4)＝n(SO2)＝0.2 mol，故12.0 g FexSy中n(S)＝0.2 mol，m(S)＝6.4 g，m(Fe)＝5.6 g，n(Fe)＝0.1 mol，所以，x∶y＝1∶2，故FexSy的化学式为FeS2。

(5)D装置的作用是吸收C装置中产生的SO2，若改为装有足量碱石灰的干燥管，则空气中的CO2和水蒸气可能使干燥管增重，而且SO2可能被氧化，使增重偏大。

(6)反应后D装置所得溶液中除含有Na2SO4外，还可能含有Na2SO3。现用滴定法测定溶液中Na2SO3的含量，即利用Na2SO3的还原性，故选一个氧化剂，还要有颜色的变化来判断反应的终点，所以只能选择①0.100 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液，因其具有强氧化性，只能装在酸式滴定管中，所利用的反应原理为2MnO＋5SO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H2O。

答案：(1)驱赶装置内残留的SO2，使生成的SO2全部被NaOH溶液吸收

(2)SO2中含不溶于NaOH溶液的O2

(3)250 mL容量瓶、胶头滴管

(4)FeS2

(5)否　部分SO2被氧化，并且空气中的CO2和水蒸气可能使干燥管增重

(6)①酸式

②2MnO＋5SO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H2O

5．氮化铝(AlN)是一种性能优异的新型材料，在许多领域有广泛应用，前景广阔。某化学小组模拟工业制氮化铝原理，欲在实验室制备氮化铝并检验其纯度。

查阅资料：①实验室用饱和NaNO2与NH4Cl溶液共热制N2：NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O。

②工业制氮化铝：Al2O3＋3C＋N22AlN＋3CO，氮化铝在高温下能水解。

③AlN与NaOH饱和溶液反应：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑。

Ⅰ.氮化铝的制备

(1)实验中使用的装置如上图所示，请按照氮气气流方向将各仪器接口连接：e→c→d→____________(根据实验需要，上述装置可使用多次)。

(2)B装置内的X液体可能是________；E装置内氯化钯溶液的作用可能是________________________________________________________________________。

Ⅱ.氮化铝纯度的测定

[方案ⅰ]甲同学用下图装置测定AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。

(3)为准确测定生成气体的体积，量气装置(虚线框内)中的Y液体可以是________。

a．CCl4　　　　　　 b．H2O

c．NH4Cl饱和溶液  d．植物油

(4)若装置中分液漏斗与导气管之间没有导管A连通，对所测AlN纯度的影响是________ (填“偏大”“偏小”或“不变”)。

[方案ⅱ]乙同学按以下步骤测定样品中AlN的纯度。

(5)步骤②的操作是____________________________________________________。

(6)实验室里煅烧滤渣使其分解，除了必要的热源和三脚架以外，还需要的仪器有________________等。

(7)样品中AlN的纯度为__________(用m1、m2、m3表示)。

解析：(1) 实验室用饱和NaNO2与NH4Cl溶液共热制N2：NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O，可以需要装置C制备氮气，生成的氮气中经过干燥后与Al2O3和C在装置D中反应生成AlN和CO，CO会污染空气，可以通过氯化钯溶液吸收，氮化铝在高温下能水解，需要防止外界水蒸气进入装置D，因此按照氮气气流方向，各仪器接口连接顺序为：e→c→d→a→b→f(g)→g(f)→a(c)→b(d)→i→h。

(2)B装置内的X液体可以是浓硫酸；E装置内氯化钯溶液是用来吸收CO，防止污染。

(3)AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑，量气装置中收集的气体为氨气。a.氨气是极性分子，难溶于CCl4，可以选用；b.氨气极易溶于水，不能选用；c.氨气在NH4Cl饱和溶液中溶解度仍然很大，不能选用；d.氨气难溶于植物油，可以选用。

(4)若装置中分液漏斗与导气管之间没有导管A连通，溶液流下过程中因为液体的滴加，导致多排出一部分气体，使测得的氨气的体积偏大，所测AlN纯度偏大。

(5)根据流程图，滤液即洗涤液中含有NaAlO2，经过步骤②得到沉淀为氢氧化铝，因此步骤②是通入过量CO2气体。

(6)实验室里煅烧滤渣氢氧化铝使其分解，除了必要的热源和三脚架以外，还需要的仪器有坩埚、泥三角、坩埚钳。

(7)根据Al2O3＋3C＋N22AlN＋3CO，AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑，样品的主要成分为Al2O3、C和 AlN，滤渣为C，最终的固体为Al2O3。可用差量法计算：

2AlN　～　　Al2O3　　　质量增加

　82  102  　20

m(AlN)  m(Al2O3)  m3－(m1－m2)

m(AlN)＝g，样品中AlN的纯度为×100%。

答案：(1)a→b→f(g)→g(f)→a(c)→b(d)→i－h

(2)浓硫酸　吸收CO，防止污染

(3)ad　(4)偏大

(5)通入过量CO2气体

(6)坩埚、泥三角、坩埚钳

(7)×100%