2025版高考化学一轮总复习真题演练第10章化学实验基础和综合探究第38讲物质的制备与性质综合实验探究
展开综合实验题是高考必考题型,分析近几年试题,非选择题涉及的综合实验题是每年考查能力的综合压轴题,具有知识容量大、出题素材新、考查角度广、综合程度高、能力要求强等特点,也是区分度较大的主要题型。以选择题和综合实验题为主,充分体现了“源于教材,又不拘泥于教材”的命题指导思想,把化学实验基础知识和基本操作技能准确迁移到类似的实验中去,在一定程度上考查创新思维能力。
真 题 演 练
1.(2023·湖北,13)利用如图所示的装置(夹持及加热装置略)制备高纯白磷的流程如下:
红磷(s)eq \(――→,\s\up7(△))无色液体与P4(g)eq \(――→,\s\up7(凝华))白磷(s)
下列操作错误的是( C )
A.红磷使用前洗涤以除去表面杂质
B.将红磷转入装置,抽真空后加热外管以去除水和氧气
C.从a口通入冷凝水,升温使红磷转化
D.冷凝管外壁出现白磷,冷却后在氮气氛围下收集
[解析] A项,红磷表面部分被氧化生成五氧化二磷,使用前可小心用水洗涤,除去杂质,防止产物纯度降低,正确;B项,为了防止白磷与氧气和水反应,故红磷转入装置,抽真空后加热外管以除去水和氧气,正确;C项,应从b口通入冷却水,这样冷凝效果较好,C错误;冷凝管外壁出现白磷,白磷化学性质活泼,冷却后为防止白磷被氧化,故应在氮气氛围下收集,D正确。
2.(2023·新课标,11,6分)根据实验操作及现象,下列结论中正确的是( C )
[解析] A项,常温下铁片遇到浓硝酸发生钝化,浓硝酸的氧化性比稀硝酸强,错误;B项,由于浓硝酸具有强氧化性,会氧化SOeq \\al(2-,3),导致BaSO3转化为BaSO4,不能证明此样品中是否存在SOeq \\al(2-,4),错误;C项,组成的原电池中,Cu为负极,负极反应为Cu-2e-===Cu2+,银为正极,正极反应为Ag++e-===Ag,说明铜的金属性比Ag强,正确;D项,苯萃取了溴水中的溴单质,导致水层颜色变浅,错误。
3.(2023·江苏,11,3分)室温下,探究0.1 ml·L-1 FeSO4溶液的性质,下列实验方案能达到探究目的的是( B )
[解析] A项,Cl2能够将Fe2+氧化为Fe3+,对原溶液有干扰,应直接向溶液中滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明存在Fe3+,错误;B项,Fe2+能够被酸性KMnO4溶液氧化为Fe3+,使酸性KMnO4溶液颜色褪去,正确;C项,Fe2+水解产生H+,所以FeSO4溶液显酸性,遇到酚酞试液不变色,错误;D项,需要进行对照实验排除SOeq \\al(2-,4)的干扰,错误。
4.(2023·湖南,15,14分)金属Ni对H2有强吸附作用,被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应。将块状Ni转化成多孔型雷尼Ni后,其催化活性显著提高。
已知:①雷尼Ni暴露在空气中可以自燃,在制备和使用时,需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”;
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼Ni并探究其催化氢化性能的实验如下:
步骤1:雷尼Ni的制备
步骤2:邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置Ⅰ用于储存H2和监测反应过程。
回答下列问题:
(1)操作(a)中,反应的离子方程式是 2Al+2OH-+2H2O===2AlOeq \\al(-,2)+3H2↑ ;
(2)操作(d)中,判断雷尼Ni被水洗净的方法是 取最后一次洗涤液,利用pH试纸测定pH,若溶液呈中性,则洗涤干净 ;
(3)操作(e)中,下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是 C ;
A.丙酮 B.四氯化碳
C.乙醇 D.正己烷
(4)向集气管中充入H2时,三通阀的孔路位置如下图所示;发生氢化反应时,集气管向装置Ⅱ供气,此时孔路位置需调节为 B ;
向集气管中充入H2
集气管向装置Ⅱ供气
(5)仪器M的名称是 恒压分液(滴液)漏斗 ;
(6)反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间,目的是 将装置中空气排出,防止雷尼Ni自燃 ;
(7)如果将三颈瓶N中的导气管口插入液面以下,可能导致的后果是 倒吸 ;
(8)判断氢化反应完全的现象是 装置Ⅰ中集气管液面高度不再变化 。
[解析] (1)加入NaOH溶液。Al与NaOH发生反应2Al+2OH-+2H2O===2AlOeq \\al(-,2)+3H2↑,Ni不反应,进入后续流程。
(2)水洗的主要目的是清洗雷尼Ni表面的碱,由此可知可通过测定pH来检验是否洗涤干净,即取最后一次洗涤液,测定pH,若溶液呈碱性,则应继续洗涤;若溶液呈中性,则证明洗涤干净。
(3)已知②中说明邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应进行,对比四种溶剂,四氯化碳为非极性溶剂,正己烷对称性强,也属于非极性溶剂,乙醇、丙酮为极性溶剂,但丙酮中的C===O也能与H2发生加成反应,不适宜作为溶剂,故应选用乙醇作有机溶剂。
(4)装置Ⅰ充入H2的目的是储存H2和监测反应进程,则利用集气管向右侧反应容器中通入H2,应采用B所示路径,确保外界H2不再进入,且能通过集气管的液面高度变化判断反应是否完全。
(5)由装置的形状可知仪器M为恒压分渡(滴液)漏斗。
(6)根据题目信息,雷尼Ni暴露在空气中可以自燃,通入一段时间N2,可将装置中空气排出,防止雷尼Ni自燃。
(7)若导气管口插入液面以下,则H2与邻硝基苯胺发生催化氢化反应时,导致装置Ⅰ中压强降低,会使雷尼Ni悬浮液倒吸进入装置Ⅰ。
(8)装置Ⅰ集气管液面高度不再变化时,说明H2不再消耗,反应完全。
5.(2023·山东,8~10题)一定条件下,乙酸酐[(CH3CO)2O]醇解反应[(CH3CO)2O+ROH===CH3COOR+CH3COOH]可进行完全,利用此反应定量测定有机醇(ROH)中的羟基含量,实验过程中酯的水解可忽略。实验步骤如下:
①配制一定浓度的乙酸酐—苯溶液。
②量取一定体积乙酸酐—苯溶液置于锥形瓶中,加入m g ROH样品,充分反应后,加适量水使剩余乙酸酐完全水解:(CH3CO)2O+H2O===2CH3COOH。
③加指示剂并用c ml·L-1 NaOH—甲醇标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液V1 mL。
④在相同条件下,量取相同体积的乙酸酐—苯溶液,只加适量水使乙酸酐完全水解;加指示剂并用c ml·L-1 NaOH—甲醇标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液V2 mL。
(1)(2023·山东,8,2分)对于上述实验,下列做法正确的是( C )
A.进行容量瓶检漏时,倒置一次即可
B.滴入半滴标准溶液,锥形瓶中溶液变色,即可判定达滴定终点
C.滴定读数时,应单手持滴定管上端并保持其自然垂直
D.滴定读数时,应双手一上一下持滴定管
(2)(2023·山东,9,2分)ROH样品中羟基含量(质量分数)计算正确的是( A )
A.eq \f(cV2-V1×17,1 000m)×100%B.eq \f(cV1-V2×17,1 000m)×100%
C.eq \f(0.5cV2-V1×17,1 000m)×100%D.eq \f(c0.5V2-V1×17,1 000m)×100%
(3)(2023·山东,10,2分)根据上述实验原理,下列说法正确的是( B )
A.可以用乙酸代替乙酸酐进行上述实验
B.若因甲醇挥发造成标准溶液浓度发生变化,将导致测定结果偏小
C.步骤③滴定时,不慎将锥形瓶内溶液溅出,将导致测定结果偏小
D.步骤④中,若加水量不足,将导致测定结果偏大
[解析] (1)容量瓶检漏时,应先向容量瓶中注入水并塞上瓶塞,倒置,若瓶口处不漏水,正立容量瓶,再将瓶塞旋转180°,倒置,若瓶口处仍不漏水,则说明容量瓶密封性良好,A项错误;滴入半滴标准溶液,锥形瓶中溶液变色,且半分钟内不恢复到原来的颜色,才能判定达滴定终点,B项错误;滴定读数时,应单手捏住滴定管上端无刻度处,使滴定管自然垂直,再进行读数,C项正确,D项错误。
(2)1 ml(CH3CO)2O完全水解可生成2 ml CH3COOH,中和2 ml NaOH;若完全醇解则生成1 ml CH3COOR和1 ml CH3COOH,只能中和1 ml NaOH。故步骤③和④中消耗NaOH的物质的量的差值等于醇解反应中生成CH3COOR的物质的量,也等于醇解反应中消耗ROH的物质的量。m g ROH样品中羟基的物质的量等于ROH的物质的量,羟基的摩尔质量为17 g·ml-1,故ROH样品中羟基的质量分数为eq \f(cV2×10-3-cV1×10-3×17,m)×100%=eq \f(cV2-V1×17,1 000m)×100%,故选A。
(3)乙酸与ROH的反应(酯化反应)为可逆反应,无法将ROH完全消耗,且催化剂浓硫酸会干扰滴定实验,A项错误;若甲醇挥发,标准溶液浓度变大,滴定实验中V1、V2将等比例减小,则V2-V1偏小,测定结果偏小,B项正确;步骤③滴定时,若不慎将锥形瓶内溶液溅出,将导致V1偏小,则V2-V1偏大,测定结果偏大,C项错误;步骤④中,若加水量不足,乙酸酐不能完全水解为乙酸,甲醇与剩余乙酸酐反应将导致V2偏小,则V2-V1偏小,测定结果偏小,D项错误。
6.(2023·湖北,18,14分)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题:
(1)铜与浓硝酸反应的装置如下图,仪器A的名称为 具支试管 ,装置B的作用为 防倒吸 。
(2)铜与过量H2O2反应的探究如下:
实验②中Cu溶解的离子方程式为 Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O ;产生的气体为 O2 。比较实验①和②,从氧化还原角度说明H+的作用是 增强过氧化氢的氧化性 。
(3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X,元素分析表明X为铜的氧化物,提纯干燥后的X在惰性氛围下加热,m g X完全分解为n g黑色氧化物Y,eq \f(n,m)=eq \f(5,6)。X的化学式为 CuO2 。
(4)取含X粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后,调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂,用0.100 0 ml·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知:2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,I2+2S2Oeq \\al(2-,3)===2I-+S4Oeq \\al(2-,6))标志滴定终点的现象是 当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,溶液蓝色褪去且半分钟内不恢复 ,粗品中X的相对含量为 96.0% 。
[解析] (1)A为具支试管。
(2)根据实验现象,溶液变蓝,则Cu转化为Cu2+,则氧化剂为过氧化氢,反应为Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O;过氧化氢可分解生成O2。对比两个实验可知,提高溶液酸性,可以增强过氧化氢的氧化性。
(3)黑色氧化物Y为CuO,质量为n g,根据eq \f(n,m)=eq \f(5,6),若化合物中铜为1 ml,Y中有1 ml氧原子,设X为CuOx,1个X中有x个O,则eq \f(64+16,64+16x)=eq \f(5,6),得x=2,X的化学式为CuO2。
(4)当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,碘单质消耗完,溶液蓝色褪去且半分钟内不恢复;X为CuO2,由Cu2+和Oeq \\al(2-,2)构成,得关系式:2CuO2~3I2~6S2Oeq \\al(2-,3),n(Na2S2O3)=1.5×10-3 ml,得n(CuO2)=5×10-4 ml,w(CuO2)=eq \f(5×10-4×96,0.05)=96.0%。
本讲要点速记:
1.牢记11种常见气体实验室制法的反应原理
(1)O2:2H2O2eq \(=====,\s\up7(MnO2))2H2O+O2↑。
2KClO3eq \(=====,\s\up7(MnO2),\s\d5(△))2KCl+3O2↑
2KMnO4eq \(=====,\s\up7(△))K2MnO4+MnO2+O2↑
(2)H2:Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。
(3)CO2:CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O。
(4)Cl2:MnO2+4HCl(浓)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O。
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
(5)NH3:2NH4Cl+Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(6)SO2:Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O。
(7)NO:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(8)NO2:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
(9)H2S:FeS+H2SO4===FeSO4+H2S↑
(10)C2H4:C2H5OHeq \(――→,\s\up7(浓H2SO4),\s\d5(170 ℃))C2H4↑+H2O
(11)C2H2:CaC2+2H2O===Ca(OH)2+C2H2↑
2.操作先后流程
(1)安装仪器时:先下后上,先左后右。
(2)加入试剂时:先固后液。
(3)实验开始时:先检查装置的气密性,再加药品,后点酒精灯。
(4)净化气体时:一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、无味的气体,最后除水蒸气。
(5)防倒吸实验:往往是最后停止加热或停止通气。
(6)防氧化实验:往往是最后停止通气。
(7)气体净化装置:先洗气后干燥。
(8)洗气时:进气管长,出气管短。
(9)干燥管:大口进气,小口出气。
3.综合性实验题解答步骤
(1)明确实验目的、原理;
(2)根据实验原理选择仪器、药品;
(3)组装仪器并了解各仪器的作用及使用方法;
(4)结合题意,综合分析解答。
4.定性实验的设计与评价的三个方面
(1)客观题中的定性实验方案的评价。
(2)主观题中的定性实验。
(3)探究性实验。
5.定量实验的设计与评价的两个方面
(1)物质组成的测定。
(2)产物含量的测定。选项
实验操作及现象
结论
A
常温下将铁片分别插入稀硝酸和浓硝酸中,前者产生无色气体,后者无明显现象
稀硝酸的氧化性比浓硝酸强
B
取一定量Na2SO3样品,溶解后加入BaCl2溶液,产生白色沉淀。加入浓HNO3,仍有沉淀
此样品中含有SOeq \\al(2-,4)
C
将银和AgNO3溶液与铜和Na2SO4溶液组成原电池。连通后银表面有银白色金属沉积,铜电极附近溶液逐渐变蓝
Cu的金属性比Ag强
D
向溴水中加入苯,振荡后静置,水层颜色变浅
溴与苯发生了加成反应
选项
探究目的
实验方案
A
溶液中是否含有Fe3+
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴新制氯水,再滴加KSCN溶液,观察溶液颜色变化
B
Fe2+是否有还原性
向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色变化
C
Fe2+是否水解
向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴酚酞试液,观察溶液颜色变化
D
Fe2+能否催化H2O2分解
向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,观察气泡产生情况
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