专题七 化学实验 主观题突破 4.实验方案的设计及原因解释（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义

这是一份专题七 化学实验 主观题突破 4.实验方案的设计及原因解释（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共8页。

1．[2021·江苏，17(4)]以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级MnO2。
制备MnO2。MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备MnO2。MnCO3在空气气流中热解得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例(eq \f(某价态锰的氧化物中锰元素质量,锰元素总质量)×100%)随热解温度变化的曲线如图所示。已知：MnO与酸反应生成Mn2＋；Mn2O3氧化性强于Cl2，加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2和Mn2＋。
为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：取一定量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，_____________，固体干燥，得到MnO2。(可选用的试剂：1 ml·L－1 H2SO4溶液、2 ml·L－1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。
2．[2020·江苏，19(4)]实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。
其主要实验流程如下：
沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为____________________________。
②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：____________________________________________________________________________。
[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5]。
1．用方铅矿(主要成分为PbS，含有杂质FeS等)和软锰矿(主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3、Al2O3等杂质)制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：
已知：PbCl2难溶于冷水，易溶于热水；PbCl2(s)＋2Cl－(aq)===PbCleq \\al(2－,4)(aq) ΔH>0。
(1)“趁热抽滤”的目的是________________________________________________________。
(2)已知：用空气和氨水处理滤液X可制备Mn3O4，主要副产物为MnOOH；反应温度和溶液pH对Mn3O4的纯度和产率影响分别如图1、图2所示：
①写出由滤液X制备Mn3O4的化学方程式：_______________________________________
_______________________________________________________________________________。
②请补充完整由滤液X制备Mn3O4的实验方案：______________________________________
_______________________________________________________________________________，真空干燥6小时得产品Mn3O4。 (实验中须使用的试剂：氨水、空气、稀硝酸、硝酸银溶液)
2．已知：Mn2O3＋2H＋===MnO2＋Mn2＋＋H2O；NaClO3可将Mn2＋氧化为MnO2，其用量对Mn2＋的转化率影响如图所示。实验条件下pH小于5.5时，Cl－易被氧化为Cl2。请补充完整将Mn2O3完全转化为MnO2的实验方案：称取过滤所得Mn2O3固体5 g，在一定温度、固液比等条件下，_______，得到较纯的MnO2固体(可选用的试剂：稀NaOH溶液、1.5 ml·L－1H2SO4溶液、3.0 ml·L－1HCl溶液、NaClO3固体)。
3．有色冶金废渣中主要含有铜、镍、锌元素。其分离的部分工艺流程如下：
分离焙烧得到的NiO、ZnO混合物。已知NiO不溶于碱，ZnO的浸出率随pH的变化如图1所示，Zn(OH)2沉淀率随pH的变化如图2所示。具体步骤如下：
(1)向焙烧得到的氧化物混合物中，________________，得到氧化镍。
(2)_________，得到氧化锌固体(实验中须使用的试剂：6 ml·L－1的NaOH溶液、2 ml·L－1的H2SO4溶液、BaCl2溶液)。
主观题突破4 实验方案的设计及原因解释
真题演练
1．加热到450 ℃充分反应一段时间，将固体冷却后研成粉末，边搅拌边加入一定量1 ml·L－1稀H2SO4，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加盐酸酸化的BaCl2溶液不变浑浊
解析 根据图像可知，在450 ℃左右MnO2占比最高，所以加热到450 ℃最佳，MnO与酸反应生成Mn2＋，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性强于Cl2，用盐酸会发生氧化还原反应产生氯气。
2．①Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)＋H2O(或Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4))
②在搅拌条件下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水­NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2～3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀
解析 ①FeSO4溶液与氨水­NH4HCO3混合溶液反应，Fe2＋与COeq \\al(2－,3)结合生成FeCO3沉淀，促进了HCOeq \\al(－,3)的电离，离子方程式为Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)＋H2O或Fe2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3===FeCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)。
②Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5，且要求FeCO3沉淀需“洗涤完全”，应控制溶液的pH不大于6.5，防止产生Fe(OH)2沉淀；得到FeCO3沉淀，静置后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，并通过检验洗涤液中是否含有SOeq \\al(2－,4)，判断是否洗涤干净。
考向预测
1．(1)PbCl2降温易结晶析出，趁热抽滤有利于铅的化合物与不溶性杂质分离
(2)①6MnCl2＋O2＋12NH3·H2O===2Mn3O4↓＋12NH4Cl＋6H2O ②将滤液X水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液pH并维持在8.5左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，静置，在上层清液中再滴加氨水至无沉淀产生，过滤、洗涤至取最后一次滤液加入稀硝酸酸化的硝酸银溶液无沉淀产生
解析 方铅矿主要成分为PbS，含有杂质FeS等，软锰矿主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3，Al2O3等，加入盐酸和饱和氯化钠溶液，盐酸、氯化钠、PbS和MnO2反应生成S沉淀和PbCleq \\al(2－,4)等，FeS被MnO2氧化为S和Fe3＋；Fe2O3、Al2O3和盐酸反应生成Fe3＋、Al3＋；过滤出沉淀S，滤液中加 MnCO3调节 pH，使酸浸液中 Fe3＋、Al3＋完全生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，为防止PbCl2降温结晶析出，趁热抽滤除去氢氧化铁、氢氧化铝，冷却过滤出PbCl2固体，PbCl2固体和硫酸钠溶液反应转化为PbSO4固体；滤液X中含有氯化锰，将氯化锰溶液水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液 pH并维持在8.5 左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，过滤洗涤，真空干燥得到产品 Mn3O4。
2．边搅拌边加入1.5 ml·L－1H2SO4溶液，充分反应后，加入稀NaOH溶液调节溶液pH约为6，加入理论所需量1.3～1.4倍，约1.5 g NaClO3固体，反应一段时间后，过滤、洗涤、干燥
解析 Mn2O3在酸性条件下会发生歧化反应产生MnO2和Mn2＋；NaClO3可将Mn2＋氧化为MnO2，在实验条件下pH小于5.5时，Cl－易被氧化为Cl2。根据方程式：Mn2O3＋2H＋===MnO2＋Mn2＋＋H2O、3Mn2＋＋ClOeq \\al(－,3)＋3H2O===3MnO2＋Cl－＋6H＋，可得关系式：3Mn2O3～3Mn2＋～NaClO3，5 g Mn2O3反应产生的Mn2＋完全被氧化需NaClO3质量m(NaClO3)＝eq \f(106.5,3×158)×
5 g≈1.12 g。根据NaClO3用量对Mn2＋转化率的影响可知应该选择NaClO3用量与理论值之比为1.3～1.4，Mn2＋转化率达到最大值，其质量约1.5 g。
3．(1)加入使用6 ml·L－1NaOH溶液和2 ml·L－1H2SO4溶液配制的pH＝12的溶液，过滤、洗涤，向最后一次洗涤液中滴加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，干燥 (2)使用2 ml·L－1H2SO4溶液调滤液pH＝8.5，沉淀Zn(OH)2，过滤、洗涤，向最后一次洗涤液中滴加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，焙烧