高考化学一轮复习题组训练10.3物质制备型综合实验1含解析

物质制备型综合实验

常见的气体制备

1.(2020年山东等级考模拟)锡为ⅣA族元素,四碘化锡是常用的有机合成试剂(SnI4,熔点144.5 ℃,沸点364.5 ℃,易水解)。实验室以过量锡箔为原料通过反应Sn+2I2SnI4制备SnI4。下列说法错误的是              (　　)

A.加入碎瓷片的目的是防止暴沸

B.SnI4可溶于CCl4中

C.装置Ⅰ中a为冷凝水进水口

D.装置Ⅱ的主要作用是吸收挥发的I2

【解析】选D。液体加热时加入碎瓷片目的是防止暴沸,所以A正确;根据题干中 SnI4的熔沸点,从组成分析可知SnI4与CCl4为同族形成的同类物质,依据“相似相溶”原理可知 SnI4可溶于 CCl4中,B正确;冷凝管的冷凝水为“下进上出”,所以装置Ⅰ中a为冷凝水进水口,C正确;据题可知:SnI4,易水解,所以装置Ⅱ的主要作用是防止水蒸气进入装置使SnI4水解,所以D错误。

2.(2019·成都模拟)为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,取铁钉放入一定量浓硫酸中加热,充分反应后收集到干燥气体Y,丙同学认为气体Y中除了SO2,可能还含有CO2和Q气体,因此设计了下列实验装置(图中夹持仪器省略,实验前已将装置中空气排尽)进一步探究。

(1)装置A中的现象是_______________________________________,其作用是_______________________________________。 

(2)为判断CO2是否存在,需将装置M添加在____________(填小写字母)。 

a.A之前　b.A～B之间

c.B～C之间 d.C～D之间

若存在CO2,则产生CO2气体的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________。 

(3)若C中固体变红,D中固体变蓝,则Q是  ___________________________

(填化学式),产生该气体的原因是 _________________________________。 

(4)若某气体可能由CO2、SO2、H2中的一种或多种组成,经测定其中氧的质量分数为50%,则该气体的组成可能为_______________ (填小写字母)。 

a.SO2　   b.H2、SO2

c.H2、CO2   d.CO2、SO2

e.SO2、CO2、H2

【解析】(2)由于碱石灰能吸收CO2,所以在检验Q气体之前首先检验CO2,因此M应该放在A～B之间;在加热时,铁钉中不仅铁和浓硫酸反应,碳也和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水,其中氧化剂是浓硫酸,还原剂是碳,因此反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。(3)若C中固体变红,说明有红色的铜单质生成;D中固体变蓝,说明有水生成,因此Q是氢气。这是由于浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气。(4)若某气体可能由CO2、SO2、H2中的一种或多种组成,经测定其中氧的质量分数为50%,由于SO2中氧元素的质量分数是50%,而CO2中氧元素的质量分数大于50%,所以该气体的组成可能为SO2或H2、CO2或SO2、CO2、H2。

答案:(1)溶液颜色变浅　除去SO2并验证SO2是否除尽　(2)b　2∶1　　(3)H2　随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气　(4)ace

【归纳提升】

气体制备题的备考策略

熟悉高中阶段常见气体(H2、O2、Cl2、CO2、SO2、H2S、NH3、NO、NO2、C2H4、C2H2等)的制备原理、装置、除杂、收集、尾气处理方法。

(1)气体制备装置的选择,应根据反应物的聚集状态和反应条件,选择“固—固加热”“固(液)—液加热”“固(液)—液不加热”的装置。如NH3的实验室制备方法,若选用NH4Cl和Ca(OH)2固体为原料,应选用“固—固加热”装置;若选用浓氨水为原料,应选用“固(液)—液加热”装置;若选择浓氨水和碱石灰为原料,应选用“固—液不加热”装置。

(2)除杂方法和试剂的选择,应首先考虑制备所得气体中混有的杂质,再选择合适试剂洗去杂质同时不影响目标气体产物;混有的水蒸气应最后除去,干燥剂的选择应根据目标气体产物的性质决定。如实验室制备所得Cl2中混有HCl和水蒸气,应先通过饱和食盐水除去HCl,再用浓硫酸干燥。

(3)收集方式的选择,应根据目标气体的溶解性和密度选择,若不溶于水且不与水反应(如NO等)可选用排水法,密度大于空气(如CO2等)可选用向上排空气法,密度小于空气(如H2等)可选用向下排空气法,某些气体可用排饱和溶液的方法(如收集Cl2可用排饱和食盐水的方法)。

(4)尾气处理方法的选择,应考虑尾气的性质,若易溶于水的气体(如NH3等)可用水吸收尾气并防倒吸;易与碱反应的酸性气体(如SO2等)可用碱液吸收;易燃的气体(如CH4等)可点燃处理;不能直接处理的气体(如NO等)可收集。

常见的非气体制备

3.纳米CaCO3作为工业上重要的无机填充材料,广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨和造纸等行业。某化学兴趣小组在实验室中利用下列装置模拟工业制备纳米CaCO3。

请回答下列问题:

(1)仪器甲的名称是____________,在该实验中,其作用是___ ___。  

(2)将上述接口连接顺序补充完整:a→____________;b→____________;d→____________。  

(3)装置D中选择的试剂是____________(填序号,下同),装置E中选择的试剂是____________。  

①饱和Na2CO3溶液 ②饱和NaHCO3溶液

③无水CaCl2固体 ④碱石灰

(4)装置C中发生反应的离子方程式为 ___________________。  

(5)随着气体的通入,三颈烧瓶中产生白色沉淀且逐渐增多,但一段时间后,白色沉淀逐渐减少,其可能的原因为_____________________(结合化学用语解释)。  

(6)当生成5 g沉淀时,理论上消耗两种气体(标准状况下)的总体积可能为____________。  

(7)已知:常温下,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(CaSO3) =1.4×10-7。向浓度为

1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液中加入纳米CaCO3,若使CaCO3向CaSO3转化,则该混合液中的值(x)的取值范围为____________。  

【解析】根据装置图及使用的试剂可知,A是生成二氧化碳的装置,B是生成氨气的装置,C是生成碳酸钙沉淀的装置,生成的二氧化碳中混有氯化氢,可以通过装置D除去,装置E可以防止未反应的氨气污染空气。

(1)根据图示,仪器甲为干燥管,在该实验中,可以防止因三颈烧瓶中气体的压强变化而引起的倒吸。

(2)根据上述分析,生成的二氧化碳和氨气通入装置C中反应生成碳酸钙,通过装置D除去二氧化碳中的氯化氢,尾气用装置E吸收,上述接口连接顺序为a→f→g→e;b→c;d →h。

(3)装置D的作用是除去二氧化碳中的氯化氢,可以选择饱和NaHCO3溶液,装置E的作用是吸收未反应的氨气,可以选用无水CaCl2固体。

(4)装置C中氯化钙和氨气、二氧化碳反应生成氯化铵和碳酸钙,反应的离子方程式为Ca2++2NH3 +CO2+H2OCaCO3↓+2N。

(5)碳酸钙与过量的二氧化碳反应生成碳酸氢钙:CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2。Ca(HCO3)2易溶于水,因此随着气体的通入,三颈烧瓶中产生白色沉淀且逐渐增多,但一段时间后,白色沉淀逐渐减少。

(6)n(CaCl2)=0.2 L×0.5 mol·L-1=0.1 mol,5 g碳酸钙沉淀的物质的量==0.05 mol,根据Ca2++2NH3+CO2+H2OCaCO3↓+2N可知,当氯化钙过量时,消耗氨气0.1 mol,二氧化碳0.05 mol,共消耗气体0.15 mol,标准状况下的体积=0.15 mol×22.4 L·mol-1=3.36 L;通入的气体过量将部分生成的碳酸钙溶解,则生成0.1 mol碳酸钙消耗氨气0.2 mol,二氧化碳0.1 mol,溶解

0.05 mol碳酸钙需要消耗0.05 mol二氧化碳,共消耗气体0.35 mol,标准状况下的体积=0.35 mol×22.4 L·mol-1=7.84 L。

(7)向浓度为1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液中加入纳米CaCO3,若使CaCO3向CaSO3转化需要满足c(S)·c(Ca2+)>Ksp(CaSO3),即c(S)·>Ksp(CaSO3),则>==50。

答案:(1)干燥管　防止倒吸

(2)fge　c　h　(3)②　③

(4)Ca2++2NH3+CO2+H2OCaCO3↓+2N

(5)CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2,Ca(HCO3)2易溶于水

(6)3.36 L或7.84 L　(7)x>50

【加固训练】

1.(2020·定远模拟)装置甲、乙、丙都是铁与水蒸气反应的实验装置,下列说法不正确的是              (　　)

A.甲装置中氯化钙的作用是除去氢气中混有的水蒸气

B.选用丙装置,实验结束时先移去酒精灯,再将导气管拿出水面

C.用乙装置实验时,蒸发皿中产生大量肥皂泡,点燃肥皂泡发出爆鸣声

D.三个装置相比较,乙装置简单、操作简便、节约原料、安全性好

【解析】选B。加热试管提供水蒸气,Fe与水蒸气反应生成氢气,氯化钙干燥氢气,则氯化钙的作用是除去氢气中混有的水蒸气,故A正确;丙装置,实验结束时先将导气管拿出水面,防止水倒吸,后移去酒精灯,故B错误;氢气具有可燃性,则蒸发皿中产生大量肥皂泡,点燃肥皂泡发出爆鸣声,故C正确;制备气体的装置不能密封,且氢气具有可燃性,则乙装置简单、操作简便、节约原料、安全性好,故D正确。

2.某中学化学实验小组为了探究SO2与氯水的漂白性,设计了如下实验装置:

(1)仪器a的名称为__________________。 

(2)写出E处发生反应的离子方程式:_ __________________。 

(3)反应开始后,发现B、D两个容器中品红溶液都褪色,停止通气后,加热B、D两个容器,现象分别

为B________________________;D___________________________。 

(4)装置C的作用是_____________________。 

(5)该实验小组同学将上述两种气体按1∶1同时通入品红溶液中,发现品红溶液几乎不褪色。试分析实验过程中品红溶液不褪色的原因是 ________________

(用离子方程式表示)。

【解析】(1)仪器a的名称为分液漏斗;

(2)E处是固体二氧化锰和浓盐酸加热生成氯气的反应,反应的离子方程式:

MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O;

(3)二氧化硫漂白后的物质具有不稳定性,加热时又能变为红色,而氯气的漂白具有不可逆性,加热也不能恢复红色(或溶液仍无色);

(4)二氧化硫、氯气有毒,不能直接排放,二者都能与氢氧化钠反应,可以用氢氧化钠吸收过量的二氧化硫、氯气;

(5)SO2和Cl2按1∶1通入,SO2和Cl2恰好反应,二者反应生成H2SO4和HCl,发生反应的离子方程式为SO2+Cl2+2H2O4H++S+2Cl-,不再具有漂白性。

答案:(1)分液漏斗

(2)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O

(3)溶液恢复红色　溶液不恢复红色(或溶液仍无色)

(4)吸收SO2和Cl2,防止污染空气

(5)SO2+Cl2+2H2O4H++S+2Cl-

【归纳提升】

高中阶段常见非气体物质的制备

(1)Fe(OH)2的制备

①原理:Fe2++2OH- Fe(OH)2↓

②由于Fe(OH)2极易被氧化,可以采取一些措施来延缓Fe(OH)2的变质:

a.制备原料FeSO4溶液和NaOH溶液配制所用蒸馏水应做煮沸除氧处理

b.选用长滴管,伸入液面以下滴加溶液

c.在溶液上加上一层苯或煤油,隔绝空气

d.营造H2还原性气氛(可由Fe与稀硫酸制备FeSO4同时得到,排尽装置中空气),短时间内避免接触氧气

e.使用电解法,由铁作阳极

(2)Fe(OH)3胶体的制备

①原理:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+

②制备方法:向沸水中滴加饱和FeCl3溶液,继续加热至溶液呈红褐色。

(3)Al(OH)3的制备

①原理:

a.铝盐+氨水:Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N

b.偏铝酸盐+过量CO2:Al+CO2(过量)+2H2OAl(OH)3↓ +HC

c.铝盐+偏铝酸盐:Al3++3Al+6H2O4Al(OH)3↓

②注意事项:Al(OH)3可溶于强酸强碱,不可选用盐酸、NaOH溶液等来制备Al(OH)3。