高三化学一轮复习讲义专题突破训练5

专题突破训练(五)　综合实验题解题策略

1．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某小组进行了以下探究实验：

【导学号：95812278】

【探究一】　(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10 min后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是

__________________________________________________。

(2)称取铁钉(碳素钢)5.6 g放入30.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①写出加热时铁与浓硫酸反应的化学方程式为_____________________。

若为5.6 g铁，理论上可收集到SO2的体积为________L(标准状况下测量)。

②甲同学认为溶液X中除含Fe3＋外还可能含有Fe2＋。若要确认其中是否含有Fe2＋，应选择加入的试剂为________(填字母)。

a．KSCN溶液和氯水　　　 B．铁粉和KSCN溶液

c．浓氨水  D．酸性KMnO4溶液

③乙同学将672 mL(标准状况下)气体Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得到干燥固体4.66 g。据此推知气体Y中SO2的体积分数为________(精确到小数点后1位数字)。

【探究二】　分析上述实验中SO2的体积分数，丙同学认为气体Y中还可能含有H2和CO2。为此设计下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(3)气体Y中可能有H2的原因是________________________________。

(4)装置A中试剂的作用是_________，反应的离子方程式为_________。

(5)简述确认气体Y中含有CO2的实验现象是________________________。

(6)如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是________________________。

(7)装置G的作用为________________________________。

[解析]　(1)铁在冷浓硫酸中发生钝化，表面形成一层致密的氧化膜，不和硫酸铜溶液反应。(2)①加热时铁与浓硫酸反应生成SO2，反应的化学方程式为2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O,5.6 g铁理论上生成0.15 mol SO2，体积为3.36 L(标准状况下)。②Fe2＋具有还原性，酸性高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与Fe2＋反应而褪色，故d项正确。③SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，H2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2HCl，关系式为SO2～BaSO4，设标准状况下气体Y中SO2的体积为V。

SO2　　～　　BaSO4

  22.4 L              233 g

  V                     4.66 g

V＝0.448 L＝448 mL，所以SO2的体积分数为×100%≈66.7%。(3)随反应进行，浓硫酸变为稀硫酸，铁与稀硫酸反应产生H2。(4)SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊，所以要检验CO2必须先排除SO2的干扰，SO2具有还原性，可与酸性高锰酸钾溶液反应，反应的离子方程式为5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋。(5)确认气体Y中含有CO2，应完全排除SO2的干扰，现象为B中品红溶液不褪色，C中澄清石灰水变浑浊。(6)H2具有还原性，能将黑色的氧化铜还原为红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色。(7)装置G可吸收空气中的水蒸气，避免其进入装置F，以减小实验误差。

[答案]　(1)铁在冷浓硫酸中发生钝化　

(2)①2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O　3.36

②d　③66.7%　(3)浓硫酸变稀后与Fe反应生成H2　(4)除去混合气体中的SO2　5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋　(5)装置B中品红溶液不褪色，装置C中澄清石灰水变浑浊　(6)装置E中固体由黑色变为红色，装置F中固体变蓝色　(7)防止空气中的水蒸气进入装置F

2．(2016·山西四校联考)某同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究，实验步骤如下：

【导学号：95812279】

Ⅰ.将光亮铜丝插入浓硫酸，加热；

Ⅱ.待产生黑色沉淀和气体时，抽出铜丝，停止加热；

Ⅲ.冷却后，从反应后的混合物中分离出黑色沉淀，洗净、干燥备用。

查阅文献：检验微量Cu2＋的方法是：向试液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2＋。

(1)该同学假设黑色沉淀是CuO。检验过程如下：

①将CuO放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K4[Fe(CN)6]溶液，产生红褐色沉淀。

②将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K4[Fe(CN)6]溶液，未见红褐色沉淀。

由该检验过程所得结论是__________________。

(2)再次假设，黑色沉淀是铜的硫化物。实验如下：

①现象2说明黑色沉淀具有________性。

②能确认黑色沉淀中含有S元素的现象是_________________________，

相应的离子方程式是______________________________________。

③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需进行的实验操作是

__________________________________________________________。

(3)以上实验说明，黑色沉淀中存在铜的硫化物。进一步实验后证明黑色沉淀是CuS与Cu2S的混合物。将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后，沉淀溶解，其中CuS溶解的化学方程式是_______________________________。

[解析]　(1)向试液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2＋，根据②将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，滴加K4[Fe(CN)6]溶液，未见红褐色沉淀可知，黑色固体中一定不含CuO。(2)①A试管内上方出现红棕色气体，说明反应中有二氧化氮生成，证明了黑色固体具有还原性，在反应中被氧化；②根据B试管中出现白色沉淀可知，白色沉淀为硫酸钡，说明黑色固体中含有硫元素，发生反应的离子方程式为NO2＋SO2＋Ba2＋＋H2O===BaSO4↓＋NO＋2H＋；③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需检验黑色固体中含有铜离子，方法为：取冷却后A装置试管中的溶液，滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2＋，说明黑色沉淀是铜的硫化物。(3)浓硫酸具有强氧化性，硫化铜被浓硫酸氧化为二氧化硫。

[答案]　(1)黑色沉淀中不含有CuO　(2)①还原　②B试管中出现白色沉淀　2NO＋3SO2＋3Ba2＋＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO＋4H＋(或NO2＋SO2＋Ba2＋＋H2O===BaSO4↓＋NO＋2H＋)　③取冷却后A装置试管中的溶液，滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2＋，说明黑色沉淀是铜的硫化物　(3)CuS＋4H2SO4(浓)CuSO4＋4SO2↑＋4H2O

3．(2017·湖北七市联考)Na2S2O3可用作照相的定影剂等。已知Na2S2O3的某些性质如下：

【导学号：95812280】

(Ⅰ)S2O能被I2氧化为S4O；

(Ⅱ)酸性条件下S2O迅速分解为S和SO2；

(Ⅲ)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3；

所得产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4。

实验室可用如下装置(略去部分夹持仪器)模仿生成过程。

实验步骤：

(1)仪器组装完成后，______________________________________，

则整个装置气密性良好。装置D的作用是________________________，

装置E中溶液的作用是_____________________________。

(2)先向C烧瓶中加入Na2CO3和Na2S混合溶液，再向A烧瓶中滴加浓H2SO4。

(3)等Na2CO3和Na2S完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，将溶液蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。

(4)为验证产品中含有硫酸盐，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。

(5)利用酸性KMnO4标准溶液可以定量测定硫代硫酸钠试剂的纯度，步骤为：

①溶液配制：称取1.0 g Na2S2O3试样，用新煮沸并冷却的蒸馏水溶解，最终定容至100 mL。

②滴定：取10.00 mL 0.01 mol·L－1酸性KMnO4标准溶液，加硫酸酸化，再加过量KI溶液。写出该反应的离子方程式为____________________。

③往步骤②所得溶液中加入某指示剂，用Na2S2O3滴定至终点(2S2O＋I2===S4O＋2I－)，记录Na2S2O3溶液用量，滴定3次。指示剂最好选用________，本次滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外，还有____________。

④若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL，则样品的纯度为________。

[解析]　仪器组装完成后，必须检验装置的气密性；在题给装置中，A为SO2的发生装置，B、D为安全瓶，以防止倒吸；E为尾气处理装置，吸收多余的SO2，以防污染空气。因制得的Na2S2O3产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4，为验证产品中含有硫酸盐，取少量固体样品溶于无氧蒸馏水中，以防SO氧化转化为SO，固体完全溶解得无色澄清溶液，然后加入过量盐酸，排除S2O和SO对SO检验的干扰，有浅黄色浑浊出现，有刺激性气味气体产生，静置后取上清液，加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生，说明样品中含有SO；酸性KMnO4溶液与过量KI溶液反应的离子方程式为2MnO＋16H＋＋10I－===5I2＋2Mn2＋＋8H2O；用Na2S2O3滴定其中生成的I2时，选用淀粉溶液作为终点指示剂；滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外，还有盛放Na2S2O3溶液的碱式滴定管；根据电子得失守恒可得：5Na2S2O3～KMnO4，若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL，则样品的纯度为×100%≈65.8%。

[答案]　(1)关闭A、C中分液漏斗活塞，将E中导管伸入盛水的水槽中，微热A中圆底烧瓶，E中导管口有气泡冒出，停止加热，导管中回流一段稳定的水柱　防止倒吸　吸收多余的SO2

(4)

(5)②2MnO＋16H＋＋10I－===5I2＋2Mn2＋＋8H2O　③淀粉溶液　碱式滴定管　④65.8%(或0.658)

4．(2017·长春一模)某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。

【导学号：95812281】

Ⅰ.制备纯碱：先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制成Na2CO3。

(1)装置丙中反应的化学方程式为__________________________________。

(2)装置乙的作用是________________________。为防止污染空气，尾气中的________需要进行吸收处理。

(3)在装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、________、________。

Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度

(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3，请选择下列装置设计实验，并完成下表：

(5)测定该纯碱样品的纯度：称取m1 g样品，置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量CaCl2溶液。将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量，得到固体的质量为m2 g。则该纯碱样品的纯度为________。

[解析]　(1)NaHCO3的溶解度不大，在氨化的饱和食盐水中通入过量CO2可析出NaHCO3沉淀。(2)用装置甲和相应药品制得的CO2中混有HCl，用装置乙可以除去HCl。氨化的饱和食盐水可挥发出污染环境的NH3，尾气应进行处理。(3)装置丙中产生了NaHCO3沉淀，将过滤后得到的NaHCO3进行洗涤，然后灼烧即可得到纯碱。(4)用酒精灯加热时，Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热分解可生成CO2、H2O和Na2CO3，加热纯碱样品，只要能检验出有CO2或H2O生成即可说明纯碱样品中含有NaHCO3。(5)实验所得沉淀为CaCO3，n(Na2CO3)＝n(CaCO3)＝mol，m(Na2CO3)＝g，纯碱样品的纯度为×100%＝%。

[答案]　(1)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl

(2)除去CO2中的HCl气体　氨气(NH3)

(3)过滤　洗涤　灼烧

(4)A、B　B中溶液变浑浊　[或A、C　C中物质变蓝或A、C、B　C中物质变蓝，B中溶液变浑浊]

(5)%

5．(2017·湖北武汉调研)铝氢化钠(NaAlH4)是有机合成的重要还原剂，其合成线路如下图所示。

纯净Cl2AlCl3NaAlH4

(1)铝氢化钠遇水发生剧烈反应，其反应的化学方程式为_____________。

(2)AlCl3与NaH反应时，需将AlCl3溶于有机溶剂，再将得到的溶液滴加到NaH粉末上，此反应中NaH的转化率较低的原因是__________________。

(3)实验室利用下图装置制取无水AlCl3。

①A中盛装的试剂的名称是________________。

②点燃D处酒精灯之前需排除装置中的空气，其操作是________。

(4)改变A、B试管中和D中的试剂就可以用该装置制取NaH。最好将B试管中原来的_______改为______，如果操作不当，制得的NaH中可能含有________杂质。

(5)现设计如下四种装置测定铝氢化钠样品的纯度(假设杂质不参与反应)。

从简约性、准确性考虑，最适宜的方案是________(填编号)。铝氢化钠与水完全反应，冷却至室温的标志是________________。

[解析]　(2)AlCl3与NaH反应时，除生成NaAlH4外，还有NaCl生成，NaH与NaCl均为离子化合物，不溶于有机溶剂，使其中的NaH与AlCl3接触面积小而反应程度低，生成的NaCl还会沉淀于NaH表面阻止反应进行。

(4)B试管中原来盛有饱和食盐水，作用是除去Cl2中混有的HCl，当改为制H2时，B试管的作用是除去H2中混有的HCl，所盛试剂改为NaOH溶液。实验中最容易出现的不当操作是未排净装置中的空气，使制得的NaH中可能含有Na2O2杂质，此外还有可能因Na未完全反应而混有Na杂质。

(5)四种装置都通过测定铝氢化钠与水反应产生H2的体积来测定铝氢化钠的纯度，从简约性考虑，丙、丁不如甲、乙，且丙装置无法将广口瓶中的水排入量筒，达不到实验目的；从准确性考虑，乙中使用橡胶管将烧瓶和分液漏斗上口连通，消除了液体本身所占体积对测量结果的影响，因此乙比甲更适宜。

[答案]　(1)NaAlH4＋2H2O===NaAlO2＋4H2↑

(2)反应生成的NaCl沉淀在氢化钠表面，阻止了AlCl3和NaH进一步反应(或NaH是离子化合物，难溶于有机溶剂，使反应物难以接触而发生反应)

(3)①高锰酸钾(或氯酸钾或重铬酸钾或次氯酸钙等)

②打开分液漏斗活塞使A中发生反应，待D中充满黄绿色气体时点燃酒精灯

(4)饱和食盐水　NaOH溶液　Na、Na2O2(或其他合理答案)

(5)乙　连续两次读取的H2体积相等

6．苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂，也可广泛应用于制药和化工行业，某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。主要实验装置如图所示。

回流搅拌装置

反应原理：

实验方法：将一定量的甲苯和KMnO4溶液置于三颈烧瓶中，在90 ℃时反应一段时间后，停止反应，按如下流程分离出苯甲酸并回收未反应的甲苯。

(1)无色液体A的结构简式为______________。操作Ⅱ为______________。

(2)如果滤液呈紫色，要先加饱和亚硫酸钾溶液，然后再进行操作Ⅰ，加饱和亚硫酸钾溶液的目的是_______________________________________，

写出反应的离子方程式为_________________________。

(3)冷却水应该从冷凝管______________(填“a”或“b”)口流入。

(4)要得到苯甲酸晶体，应进行的操作顺序是________________(填字母)。

A．酸化　　　　　　　 B．过滤

C．蒸发浓缩  D．冷却结晶

(5)为除去残留在苯甲酸中的甲苯，应先加入________________，分液，水层再加入________________，最后抽滤、干燥，即可得到苯甲酸。

(6)纯度测定：称取1.220 g产品，配成100 mL溶液，取其中25.00 mL溶液，用KOH溶液进行滴定，消耗KOH的物质的量为2.4×10－3 mol。产品中苯甲酸的质量分数为________________。

[解析]　(1)一定量的甲苯和KMnO4溶液在三颈烧瓶中发生反应，甲苯被氧化为苯甲酸钾，高锰酸钾被还原得到MnO2，由于MnO2难溶于水，而苯甲酸钾可溶于水，通过过滤可将它们进行分离，此时滤液中含有未完全反应的甲苯和反应产生的苯甲酸钾，用分液的方法进行分离，有机物中含甲苯，为除去其中的水分，加入无水Na2SO4，然后过滤除去硫酸钠晶体，蒸馏即可得到甲苯，所以无色液体A是甲苯，其结构简式为，操作Ⅱ是蒸馏。(2)如果滤液呈紫色，说明其中含有未完全反应的高锰酸钾溶液，为防止HCl被高锰酸钾氧化产生氯气，可加亚硫酸钾溶液将高锰酸钾除去，反应的离子方程式为2MnO＋H2O＋3SO===2MnO2↓＋2OH－＋3SO。(3)冷却水应该从冷凝管的下口进，上口出。(4)要得到苯甲酸晶体，应先将滤液酸化，然后蒸发浓缩、冷却结晶，最后过滤洗涤即可，则操作顺序为ACDB。(5)为除去残留在苯甲酸中的甲苯，应先加入NaOH溶液(或KOH溶液)，与苯甲酸反应变为易溶于水的苯甲酸钠(或苯甲酸钾)，然后分液，向水层加入浓盐酸酸化，最后抽滤、干燥，即可得到苯甲酸。(6)n(苯甲酸)＝n(KOH)＝2.4×10－3 mol×(100÷25)＝9.6×10－3mol，则m(苯甲酸)＝9.6×10－3mol×122 g/mol＝1.171 2 g，所以产品中苯甲酸的质量分数为1.171 2 g÷1.220 g×100%＝96.00%。

[答案]　(1) 　蒸馏　(2)除去未反应的KMnO4，防止HCl被高锰酸钾氧化产生氯气　2MnO＋H2O＋3SO===2MnO2↓＋2OH－＋3SO

(3)a　(4)ACDB　(5)NaOH溶液(或其他合理答案)　浓盐酸　(6)96.00%