2020高考化学二轮复习能力提升训练12利用综合实验探究元素化合物的性质（含解析）

能力提升训练(12)

1．某校合作学习小组的同学设计用甲酸钠法制取保险粉(Na2S2O4)并测定其纯度。已知保险粉易溶于水，不溶于甲醇，具有强还原性。回答下列问题：

(1)保险粉的制备。设计的实验装置如图所示(夹持和加热装置省略)：

①盛放浓硫酸的仪器名称为分液漏斗，装置A是为了制备SO2(填化学式)。

②装置B中发生反应的离子方程式为2HCOO－＋CO＋4SO2===2S2O＋3CO2＋H2O，该反应温度需控制在70～75 ℃进行，适宜的加热方式是水浴加热，用甲醇水溶液代替水的目的是降低Na2S2O4的溶解度，提高产率。

③装置C的作用是安全瓶；装置D的作用是尾气处理。

(2)产品中Na2S2O4的质量分数的测定，其实验步骤如下：

Ⅰ.准确称取a g产品放入锥形瓶中，加入适量的水使其溶解，然后加入足量甲醛，充分反应；

Ⅱ.再滴加几滴淀粉溶液，用c mol·L－1的标准I2溶液滴定，至终点时，消耗V mL I2溶液。

实验中涉及的反应有：

Na2S2O4＋2HCHO＋H2O===NaHSO3·CH2O＋NaHSO2·CH2O；NaHSO2·CH2O＋2I2＋2H2O===NaHSO4＋HCHO＋4HI。

①步骤Ⅱ滴定至终点的现象是溶液由无色变为蓝色且半分钟内不褪去。

②产品中Na2S2O4的质量分数为×100%(用含a、c、V的代数式表示)。

解析：(2)②由方程式Na2S2O4＋2HCHO＋H2O===NaHSO3·CH2O＋NaHSO2·CH2O；NaHSO2·CH2O＋2I2＋2H2O===NaHSO4＋HCHO＋4HI，可得关系式Na2S2O4～2I2，所以产品中Na2S2O4的质量分数＝×100%＝×100%。

2．亚硝酰氯(ClNO)常用作催化剂和合成洗涤剂，其沸点为－5.5 ℃，遇水反应生成一种氢化物和两种氧化物。某学习小组在实验室用Cl2和NO制备ClNO并测定其纯度，进行如下实验(夹持装置略去)。请回答：

Ⅰ.Cl2的制备

(1)Cl2的发生装置可以选择上图中的A(或B)(填大写字母)，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O)。

(2)欲收集一瓶干燥的氯气，选择上图中的装置，其连接顺序为：a→f→g→c→b→d→e→j→h(按气流方向，用小写字母表示)。

Ⅱ.亚硝酰氯(ClNO)的制备。实验室可用下图装置制备亚硝酰氯(ClNO)：

(3)实验室也可用B装置制备NO，与之相比X装置的优点为排除装置内空气的干扰；可以随开随用，随关随停。

(4)在检查完装置气密性，并装入药品后，打开K2，然后再打开K3(填“K1”或“K3”)，通入一段时间气体，其目的为排尽三颈烧瓶中的空气，防止NO和ClNO变质。接下来，两种气体在Z中反应，当有一定量液体生成时，停止实验。

Ⅲ.亚硝酰氯(ClNO)纯度的测定

取Z中所得液体m g溶于水，配制成250 mL溶液；取出25.00 mL，以K2CrO4溶液为指示剂，用c mol·L－1 AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为22.50 mL。(已知：Ag2CrO4为砖红色固体)

(5)亚硝酰氯(ClNO)与水反应的化学方程式为2ClNO＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑。

(6)亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为

×100%(或×100%)(用代数式表示即可)。

解析：(1)实验室制取氯气可以利用二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，则发生装置可以选择题图中的A，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；也可以利用高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水，则装置可以选择题图中的B，反应的离子方程式为2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)制得的氯气中含有氯化氢及水蒸气，所以需要利用饱和食盐水除去氯化氢后再用浓硫酸进行干燥，然后再根据氯气的密度比空气大的性质，用向上排空气法收集，氯气是大气污染物，要进行尾气处理，可利用碱石灰作吸收剂进行尾气处理，故装置的连接顺序为：a→f→g→c→b→d→e→j→h。(3)实验室也可用B装置制备NO，与之相比X装置的优点为排除装置内空气的干扰；可以随开随用，随关随停。(4)在检查完装置气密性，并装入药品后，打开K2，然后再打开K3，通入一段时间气体，其目的为排尽三颈烧瓶中的空气，防止NO和ClNO变质。(5)亚硝酰氯(ClNO)与水反应生成盐酸、一氧化氮和二氧化氮，反应的化学方程式为2ClNO＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑。(6)取Z中所得液体m g溶于水，25.00 mL溶液中n(ClNO)＝n(Cl－)＝n(Ag＋)＝c mol·L－1×22.50 mL×10－3 L·mL－1＝0.022 5c mol，亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为×100%＝×100%。

3．某化学课外活动小组通过实验研究NO2的性质。

已知：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

任务1：利用下图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹，夹持固定装置略去)。

(1)A和E中制取NH3的装置为A，所用试剂为浓氨水和CaO(合理即可)。装置中制取NO2的化学方程式是

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

(2)若NO2能够被NH3还原，预期观察到C装置中的现象是混合气体颜色变浅。

(3)实验过程中，未能观察到C装置中的预期现象。该小组同学从反应原理的角度分析了原因，认为可能是

①NH3还原性较弱，不能将NO2还原；

②在此条件下，NO2的转化率极低；

③在此条件下，该反应的化学反应速率极慢。

(4)此实验装置存在一个明显的缺陷是缺少尾气吸收装置。

任务2：探究NO2能否与Na2O2发生氧化还原反应。

(5)实验前，该小组同学提出三种假设。

假设1：两者不反应；

假设2：NO2能被Na2O2氧化；

假设3：NO2能被Na2O2还原(其他合理答案也可)。

(6)为了验证假设2，该小组同学选用任务1中的、B、D、E装置，将B中的药品更换为Na2O2，另选F装置(如图所示)，重新组装，进行实验。

①装置的合理连接顺序是(某些装置可以重复使用)EDBDF。

②实验过程中，B装置中淡黄色粉末逐渐变成白色。经检验，该白色物质为纯净物，且无其他物质生成。推测B装置中反应的化学方程式为2NO2＋Na2O2===2NaNO3。

解析：(1)干燥氨气不能用无水氯化钙，因而A为氨气发生装置，E为二氧化氮发生装置；固液反应制取氨气，要用浓氨水。(2)若NO2能够被NH3还原，则混合气体的颜色将变浅，氨气被二氧化氮氧化生成氮气和水。(3)实验过程中，未能观察到C装置中的预期现象，说明二氧化氮反应的量很少，可能是反应速率较低，或者二氧化氮的转化率较低。(4)氮氧化物为有毒气体不能直接排放到空气中。(5)Na2O2既有氧化性又有还原性，NO2中的氮元素为＋4价，既可能表现氧化性，也可能表现还原性。(6)①验证假设2，首先要制取二氧化氮，因为水能和过氧化钠反应，所以要除去水的干扰，再使二氧化氮气体通过过氧化钠，最后要进行尾气处理；②过氧化钠变成白色固体且为纯净物，根据氧化还原反应中元素化合价的变化确定生成物。

4．(2019·云南七校适应性考试)某化学兴趣小组利用如图装置制取氯气并探究其有关性质。

(1)装二氧化锰的仪器的名称是圆底烧瓶。

(2)正确连接装置后，如何检验A装置的气密性用止水夹夹住A、B之间的橡胶管，打开A装置中分液漏斗的活塞与旋塞，向其中注水。若一段时间后，液体不再滴下，说明气密性良好；反之，则气密性差。

(3)室温下，将多余的Cl2用100 mL 1.7 mol·L－1的NaOH溶液完全吸收。对吸收后的溶液进行分析化验，测得其pH等于13(不考虑反应前后溶液的体积变化)，ClO－和ClO的物质的量浓度之比为5∶1。请回答：

①吸收氯气消耗的NaOH的物质的量为0.16 mol。

②被氧化的氯气的物质的量为0.03 mol。

(4)通二氧化硫和氯气一段时间后，甲同学实验过程中品红溶液几乎不褪色，而乙同学的实验现象是品红溶液随时间的推移变得越来越浅。试根据该实验装置和两名同学的实验结果回答问题。

①试分析甲同学实验过程中，品红溶液不褪色的原因：控制SO2和Cl2按物质的量之比1∶1进气，其涉及反应的离子方程式为SO2＋Cl2＋2H2O===SO＋2Cl－＋4H＋。

②你认为乙同学是怎样做到让品红溶液变得越来越浅的？控制SO2和Cl2进气的物质的量，使之不相等。

(5)下列装置可用于尾气处理的是(夹持仪器已略去)d(填序号)。

(6)请你帮该小组同学设计一个实验，证明装置B中的Na2SO3已被氧化：取少量B中溶液于试管中，向其中滴加稀盐酸至不再产生气体，再向其中滴加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，则证明B中的亚硫酸钠已被氧化(其他合理答案均可)。

解析：(2)用止水夹夹住A、B之间的橡胶管，打开A装置中分液漏斗的活塞与旋塞，向其中注水。若一段时间后，液体不再滴下，说明气密性良好；反之，则气密性差。(3)①反应前NaOH的物质的量为0.1 L×1.7 mol·L－1＝0.17 mol，反应后溶液pH等于13，则反应后氢氧化钠的物质的量浓度为0.1 mol·L－1，故反应后NaOH的物质的量为0.1 L×0.1 mol·L－1＝0.01 mol，吸收氯气消耗的NaOH的物质的量为0.17 mol－0.01 mol＝0.16 mol。②ClO－和ClO的物质的量浓度之比为5∶1，发生的反应为8Cl2＋16NaOH===5NaClO＋NaClO3＋10NaCl＋8H2O，则反应掉的氯气的物质的量为0.16 mol×＝0.08 mol，其中被氧化的氯气生成ClO－和ClO，物质的量为0.08 mol×＝0.03 mol。(4)①氯气、二氧化硫和水反应生成盐酸和硫酸，盐酸和硫酸没有漂白性，所以控制SO2和Cl2按物质的量之比1∶1进气，反应的离子方程式为：SO2＋Cl2＋2H2O===SO＋2Cl－＋4H＋。②让氯气或二氧化硫过量可使品红溶液变得越来越浅，所以控制SO2和Cl2进气的物质的量，使之不相等。(5)广口瓶密闭，且导管没有伸入液面下，故a错误；食盐水不能与二氧化硫和氯气反应，且导管没有伸入液面下，故b错误；浓硫酸不能用来吸收SO2、Cl2，故c错误；二氧化硫和氯气都能与氢氧化钠溶液反应，且该装置可防倒吸，所以该装置可用于SO2、Cl2的尾气处理，故d正确。(6)证明Na2SO3已被氧化相当于检验B中溶液中存在硫酸根离子，实验方法为取少量B中溶液于试管中，向其中滴加稀盐酸至不再产生气体，再向其中滴加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，则证明B中的亚硫酸钠已被氧化。

5．(2019·郑州质量预测)中学教材显示“浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性，能使铁钝化”。某学习小组对“具有该四个特性的浓硫酸的浓度范围”进行了以下实验探究。

(1)配制不同浓度的硫酸

用18.4 mol·L－1的浓硫酸配制不同浓度的硫酸。下列操作正确的是BC。

(2)浓硫酸的吸水性、脱水性、钝化与浓度的关系

①浓硫酸的吸水性：各取0.5 g胆矾颗粒于试管中，分别加入3 mL不同浓度的硫酸。

②浓硫酸的脱水性：各取一根木柴梗于试管中，分别加入1 mL不同浓度的硫酸。

③浓硫酸的钝化：各取约1 cm经过砂纸打磨过的铁丝，再向试管中加入3 mL不同浓度的硫酸。

实验结果如表：

结合表格中的数据回答下列问题：

用化学方程式表示胆矾由“蓝→白”的原因：

CuSO4·5H2O===CuSO4＋5H2O；当硫酸的浓度≥6 mol·L－1时即具有脱水性。

(3)浓硫酸的强氧化性与浓度的关系

在试管中分别加入1小块铜片，再向试管中分别加入2 mL 不同浓度的硫酸，用如图所示的装置进行实验。(夹持仪器略去)

①b装置的作用是安全瓶(或防止液体倒吸入试管a)。

②本实验中证明浓硫酸具有强氧化性的现象是铜片溶解、表面产生气泡，品红溶液褪色。

③试管a中加热时产生黑色的固体，经检验该黑色固体中含有Cu2S。写出生成该物质的化学方程式5Cu＋4H2SO4(浓)Cu2S↓＋3CuSO4＋4H2O。

④经过实验发现：c(H2SO4)≥6 mol·L－1时，硫酸与铜在加热反应时硫酸即可表现强氧化性。

有同学预测，铜片与5 mol·L－1的硫酸在长时间持续加热时，也会发生反应。该预测的理由是长时间加热时，水分蒸发，使硫酸浓度增大。

(4)综合该小组同学的探究结果，中学教材中同时具有吸水性、脱水性、强氧化性，使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为c(H2SO4)≥12 mol·L－1。

解析：(1)量取浓硫酸时视线应与液体凹液面相平，A项错误；稀释浓硫酸时，将浓硫酸注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，B项正确；转移溶液时，用玻璃棒引流，C项正确；定容时，胶头滴管不能伸入容量瓶中，D项错误。(2)胆矾由蓝变白是因为失去结晶水，化学方程式为CuSO4·5H2O===CuSO4＋5H2O。火柴梗变黑是浓硫酸的脱水性所致，根据题表中的数据，当硫酸的浓度≥6 mol·L－1时具有脱水性。(3)①a装置为SO2的发生装置，b装置为安全瓶，作用是防止液体倒吸入试管a。②可通过铜片溶解，有SO2生成来证明浓硫酸具有强氧化性。③根据得失电子守恒、原子守恒，配平该化学方程式为5Cu＋4H2SO4(浓)Cu2S↓＋3CuSO4＋4H2O。④硫酸的沸点高，不易挥发，长时间加热时，水分蒸发，会使硫酸浓度增大，因此长时间持续加热时5 mol·L－1的硫酸与铜也会发生反应。(4)实验①为探究浓硫酸吸水性的实验，硫酸浓度大于等于11 mol·L－1时具有吸水性；实验②为探究浓硫酸脱水性的实验，硫酸浓度大于等于6 mol·L－1时具有脱水性；实验③为探究浓硫酸钝化的实验，硫酸浓度大于等于12 mol·L－1时使铁钝化。浓硫酸具有强氧化性时要求硫酸浓度大于等于6 mol·L－1。故同时具有吸水性、脱水性、强氧化性、使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为c(H2SO4)≥12 mol·L－1。