2019高考化学高分突破二轮复习专题二十四化学实验探究　实验方案的设计与评价学案

专题二十四　化学实验探究　实验方案的设计与评价
[考试标准]
考点
知识条目
加试要求
考情分析
物质性质的探究
铝片(条)燃烧的方法
b

铝表面氧化膜的作用
b

观察有机物颜色和状态及辨别有机物气味的方法
a
2015.10T26、2016.4T26
用乙醇和浓硫酸制取乙烯的原理、方法和操作
b

乙醇、苯酚分子中羟基的化学活性比较
b

盐酸、碳酸、苯酚酸性的比较
b

用铁离子检验酚类物质
a

化学反应条件的控制
硫代硫酸钠和强酸反应的原理及实验现象
b

浓度、温度对硫代硫酸钠与酸反应速率的影响
c
2017.4T21
不同的催化剂对同一反应的催化效果
c

变量控制在实验研究中的应用
c
2015.10T31、2017.4T21
氯化钴溶液的变色原理
b

浓度、温度变化对氯化钴溶液平衡体系的影响
b
2016.10T31
不同条件下(酸、碱性)乙酸乙酯水解的速率和程度
b
2016.10T26
化学实验方案的设计与评价
物质检验的方案设计
c
2016.4T31、2017.4T28、2017.11T31、2018.6T28

考点一：铝表面氧化膜的作用
1.有相同的三块铝片，进行如下实验
实验一：取第一块铝片，直接放入硫酸铜溶液中观察现象
实验二：取第二块铝片，用砂纸擦试表面后，放入硫酸铜溶液中观察现象
实验三：将实验一中铝片从硫酸铜溶液中取出，洗净后放入氢氧化钠溶液中，片刻后取出铝片，洗净后 再放入硫酸铜溶液中观察现象
实验四：取第三块铝片，用砂纸擦试表面后，置于浓硝酸中，片刻后取出，洗净，再放入硫酸铜溶液中观察现象
综合以上四个实验的主要目的是试图说明(　　)
A.铝片能和硫酸铜溶液反应
B.铝片能和氢氧化钠溶液反应
C.铝片不能和硝酸反应
D.铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜
解析　通过题中的实验对比，实验目的在于探究铝片表面的氧化膜作用。
答案　D
考点二：乙烯的制备与检验
2.为探究乙烯与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：先用乙醇和浓硫酸为原料制取乙烯(CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O)，生成的气体直接通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙烯与溴水发生了加成反应。
乙同学发现在甲同学的实验中，产生的气体有刺激性气味，推测在制得的乙烯中还可能含有少量还原性的杂质气体，由此提出必须先除去杂质，再与溴水反应。
请你回答下列问题：
(1)甲同学设计的实验________(填“能”或“不能”)验证乙烯与溴水发生了加成反应，其理由是_______________________________________。
A.使溴水褪色的反应，未必是加成反应
B.使溴水褪色的反应，就是加成反应
C.使溴水褪色的物质，未必是乙烯
D.使溴水褪色的物质，就是乙烯
(2)乙同学推测此乙烯中必定含有一种杂质气体是________，它与溴水反应的化学方程式是___________________________________________________________
___________________________________________________________，
在验证过程中必须全部除去。为此，乙同学设计了如图所示的实验装置：

请回答：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ装置中可盛放的试剂是：
Ⅰ________、Ⅱ________、Ⅲ________。(填字母)
A.品红溶液 B.NaOH溶液
C.溴水 D.酸性高锰酸钾溶液
(3)为验证这一反应是加成反应而不是取代反应，丙同学提出可用pH试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是________________________________
___________________________________________________________。
解析　在实验室制备乙烯的过程中，由于浓硫酸具有强氧化性，可以将一部分乙醇氧化，本身被还原成SO2，SO2具有较强的还原性，可以将溴水还原，所以，要证明乙烯能与溴水反应，必须除去SO2。一般来说，除SO2用NaOH溶液，验证SO2有没有被彻底除去，在Ⅰ装置后必须加一个盛有品红溶液的洗气瓶，Ⅱ中盛放的是品红溶液。在确认完全除去SO2后将气体通入盛有溴水的试管中，溴水褪色，则一定是乙烯与溴水反应的结果。但不能认为，二者发生的一定是加成反应。证明二者发生的不是取代反应，根据两种反应的特点，加成反应只有一种产物，而取代反应除了有机产物外，还有HBr生成，可以设法证明反应后的溶液中无HBr，则可知二者发生的反应是加成反应而不是取代反应。
答案　(1)不能　AC　(2)SO2　SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　B　A　C
(3)如果发生取代反应，必定生成HBr，溶液酸性将会明显增强，故可用pH试纸验证
考点三：羧基和酚羟基活泼性的比较
3.过量的下列溶液与水杨酸()反应能得到化学式为C7H5O3Na的是(　　)
A.NaHCO3溶液 B.Na2CO3溶液
C.NaOH溶液 D.NaCl溶液
解析　NaCl溶液与水杨酸不反应；碳酸钠与氢氧化钠都既与羧基反应，又与酚羟基反应；碳酸氢钠只与羧基反应，不与酚羟基反应，因此反应后的产物为C7H5O3Na。
答案　A
考点四：化学反应条件的控制
4.(2018·浙江丽水中学)草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应：MnO＋H2C2O4＋H＋―→Mn2＋＋CO2↑＋H2O(未配平)。用4 mL 0.001 mol·L－1 KMnO4溶液与2 mL 0.01 mol·L－1 H2C2O4溶液，研究不同条件对化学反应速率的影响。改变的条件如下：

组别
10%硫酸体积/mL
温度/℃
其他物质
Ⅰ
2
20

Ⅱ
2
20
10滴饱和MnSO4溶液
Ⅲ
2
30

Ⅳ
1
20
1 mL蒸馏水
(1)该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)如果研究催化剂对化学反应速率的影响，使用实验________和________(用Ⅰ～Ⅳ表示，下同)；如果研究温度对化学反应速率的影响，使用实验________和________。
(3)对比实验Ⅰ和Ⅳ，可以研究_______________________________________
对化学反应速率的影响，实验Ⅳ中加入1 mL蒸馏水的目的是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析　(1)根据得失电子守恒列式可得：n(MnO)×(7－2)＝n(H2C2O4)×2×(4－3)，则n(MnO)∶n(H2C2O4)＝2∶5。
(2)研究某一因素对化学反应速率的影响时，要保证其他各条件完全相同。
(3)对比Ⅰ和Ⅳ，反应的温度、溶液的体积等都相同，仅有c(H＋)不同，故可研究c(H＋)对反应速率的影响。加1 mL水的目的是确保c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和溶液总体积不变。
答案　(1)2∶5　(2)Ⅰ　Ⅱ　Ⅰ　Ⅲ　(3)c(H＋)(或硫酸溶液的浓度)　确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和溶液总体积不变
考点五：化学实验方案的设计与评价
5.(2017·浙江名校协作)工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图(注：SiCl4遇水易水解)。

请回答下列问题：
(1)D装置的作用_________________________________________。
(2)装置A的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是________________
___________________________________________________________。
(3)C中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO。以下是探究该吸收液中可能存在其他酸根离子(忽略空气中CO2的影响)的实验。
【提出假设】　假设1：含有SO；假设2：含有ClO－。假设3：……
【设计方案】　取少量吸收液于试管中，滴加3 mol·L－1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于a、b二支试管中，分别进行下列实验。
①向a试管中滴加几滴________(A.品红　B.高锰酸钾　C.溴水)溶液，若溶液褪色，则假设1成立。
②向b试管中滴加________溶液，若溶液变为蓝色，则假设2成立。
解析　(1)由于四氯化硅易与水发生水解反应，则D装置的作用是防止C装置中的水蒸气进入到B的集气瓶使SiCl4水解。
(2)在高温下氯气、焦炭和二氧化硅反应生成四氯化硅和CO，则装置A的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO。
(3)①亚硫酸盐能与酸反应生成SO2，SO2能使品红溶液褪色，则向a试管中滴加几滴品红溶液，若溶液褪色，则假设1成立。
②由于次氯酸根离子具有强氧化性，则向b试管中滴加淀粉KI溶液，若溶液变为蓝色，则假设2成立。
答案　(1)防止C装置中的水蒸气进入到B的集气瓶使SiCl4水解
(2)SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO
或SiO2＋2CSi＋2CO↑，Si＋2Cl2SiCl4
(3)A　淀粉KI溶液
考点六：化学反应原理探究
6.(2018·浙江嘉兴测试)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素，离子方程式为2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的体积，探究某种影响化学反应速率的因素，设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化)：

实验序号
A溶液
B溶液
①
20 mL 0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液
30 mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液
②
20 mL 0.2 mol·L－1 H2C2O4溶液
30 mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液
(1)若实验①在2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况下)，则在2 min末，c(MnO)＝________mol·L－1。(假设混合溶液体积为50 mL)
(2)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率，本实验还可通过测定________来比较化学反应速率。
(3)小组同学发现反应速率变化如下图，其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是：①产物Mn2＋是反应的催化剂、②________。

解析　(1)4.48 mL CO2，即0.000 2 mol，根据化学方程式计算，反应的MnO是0.000 04 mol，剩余的MnO是0.000 3 mol－0.000 04 mol＝0.000 26 mol，故c(MnO)＝0.005 2 mol·L－1。
(2)KMnO4是有颜色的，故还可通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率。
(3)升高温度会加快反应的速率。
答案　(1)0.005 2　(2)KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间　(3)该反应放热

易错点一　不能速解装置图评价题
1.查实验装置中的仪器的使用和连接是否正确；
2.查所用反应试剂是否符合实验原理；
3.查气体收集方法是否正确；
4.查尾气吸收装置、安全装置是否正确；
5.查实验目的与相应操作是否相符，现象、结论是否统一。
[易错训练1]　(2018·北京理综，28)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4(夹持装置略)

①A为氯气发生装置。A中反应方程式是_____________________________
______________________________________________(锰被还原为Mn2＋)。
②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。
③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2＋2Fe(OH)3＋10KOH===2K2FeO4＋6KCl＋8H2O，另外还有________________________。
(2)探究K2FeO4的性质
①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：
方案Ⅰ
取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。
方案Ⅱ
用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。
i.由方案I中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由__________________________________产生(用方程式表示)。
ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是___________________________________________________________。
②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________FeO(填“>”或“<”)，而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO的氧化性强弱关系相反，原因是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO>MnO，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性FeO>MnO。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析　(1)①由题图知A中反应物为浓盐酸和KMnO4，生成物有Cl2，且锰被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒及元素守恒即可完成反应的化学方程式。②由于装置C中高铁酸钾的制备环境呈碱性而制得的氯气中混有的氯化氢气体为酸性，可用饱和食盐水除去氯化氢，注意“长导管进短导管出”。③氯气能与过量的KOH溶液反应。(2)①i.Fe3＋遇KSCN溶液变红色。由已知高铁酸钾在酸性溶液中快速产生氧气，反应过程中氧元素的化合价升高，根据氧化还原反应的规律，高铁酸钾中＋6价的铁元素化合价必然降低，其还原产物可能是Fe3＋。也就是说，Fe3＋可能来自于高铁酸钾自身的氧化还原反应。书写离子方程式时，可以先写出明确的、已知的反应物(即FeO)和生成物(即Fe3＋和O2)，根据得失电子守恒确定Fe3＋和O2的化学计量数之比为4∶3，再根据电荷守恒和元素守恒确定反应物中还应有H＋，最后用观察法配平即可。ii.C中Cl2与KOH反应生成的ClO－具有氧化性，也能氧化Cl－，故需排除ClO－的干扰。②K2FeO4的制备实验中Cl2化合价降低作氧化剂，故氧化性Cl2>FeO，该反应是在碱性条件下进行的，方案Ⅱ是在酸性条件下进行的，溶液的酸碱性对物质的氧化性或还原性会产生影响。
答案　(1)①2KMnO4＋16HCl===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O
②
③Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(2)①i.Fe3＋　4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O
ii.排除ClO－的干扰
②>　溶液酸碱性不同
③能，理由：FeO在过量酸的作用下完全转化为Fe3＋和O2，溶液浅紫色一定是MnO的颜色
或不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色
易错点二　物质制备和实验设计中的易错点
1.净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。
2.进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)。
3.防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)。
4.防吸水(实验取用和制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要措施，以保证达到实验目的。如NaOH固体应放在烧杯等玻璃器皿中称量)。
5.冷凝回流：有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、冷凝管等)。
6.易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。
7.仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。
8.其他，如实验操作顺序，试剂加入顺序等。
[易错训练2]　(2016·浙江嘉兴一中调研)化学是以实验为基础的学科，化学实验设计和操作中必须十分重视师生安全问题和环境保护问题。下列操作方法不正确的是(　　)
A.制氧气时排水法收集氧气后出现倒吸现象，立即松开试管上的橡皮塞
B.在气体发生装置上直接点燃甲烷气体时，必须先检验甲烷气体的纯度
C.实验结束后将所有的废液倒入下水道排出实验室，以免污染实验室
D.给试管中的液体加热时不停移动试管或加入碎瓷片，以免暴沸伤人
解析　选项A，产生倒吸现象的原因是由于装置内压强的降低，致使水槽中的水进入制气装置中，松开试管上的橡皮塞可阻止倒吸的水进入制气装置中。选项B，点燃可燃性气体之前，都要对气体进行验纯，防止出现爆炸事故。选项C，实验结束后的废液不能直接倒入下水道，应倒入指定的容器中，经处理后再排放。选项D，给试管中的液体加热时，不停移动试管可使试管内的液体受热均匀，加入碎瓷片也能防止出现暴沸现象。
答案　C
易错点三　不能正确评价实验方案
评价实验方案的三角度

[易错训练3]　(2018·浙江湖州模拟)某同学用如图所示装置制取和探究气体(H2、O2、NH3、Cl2、SO2、NO2)的性质。

(1)装药品前，应先进行的操作是_____________________________。
(2)如果用该装置制取H2、O2、NH3，可选用的试剂组合是________(填序号)。

H2
O2
NH3
①
Zn、稀盐酸
KClO3、MnO2
氯化铵固体、氢氧化钙固体
②
Zn、稀硫酸
H2O2溶液、MnO2
浓氨水、NaOH固体
③
Zn、稀硝酸
KMnO4
浓氨水、生石灰
(3)题给六种气体中，可同时采用如图所示两种收集装置收集的是________。

(4)甲、乙两同学分别利用题给装置制取并探究气体的性质。甲同学利用Na2SO3固体与稀硫酸反应制取SO2，乙同学利用KMnO4和稀盐酸反应制取氯气。
请回答下列问题：
①写出Na2SO3固体与稀硫酸反应制取SO2的化学方程式：___________________________________________________________
___________________________________________________________。
②若溶液A为溴水，通入SO2后可观察到的现象是_______________
___________________________________________________________；
若溶液A为NaBr溶液，通入氯气时发生反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
实验证明Br2、SO2和Cl2的氧化性由强到弱的顺序为________。
③甲、乙两同学想比较Cl2和SO2漂白速率的快慢，溶液A分别选取的是相同量的品红溶液。同时制取Cl2和SO2气体，观察品红溶液褪色的时间，比较褪色的快慢，该方法存在的缺陷为________________________________。
两同学还想比较Cl2和SO2漂白性的差异，还需要的操作和可能观察到的现象为___________________________________________________________。
解析　(1)按要求组装仪器后，应先进行气密性检查，然后加药品。
(2)①中用KClO3、MnO2制O2需要加热，用氯化铵固体和氢氧化钙固体制NH3，需要加热，不能用图示装置；③中Zn与稀硝酸反应不能生成H2，用KMnO4制O2需要加热。
(3)可用图①所示装置收集的气体是H2、NH3，可用图②所示装置收集的气体是H2、O2，故同时可用图①、②所示装置收集的气体为H2。
(4)②SO2通入溴水中，溴水褪色，离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO；Cl2通入NaBr溶液中，离子方程式为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，由反应关系可知，Br2、SO2、Cl2的氧化性强弱关系为：Cl2>Br2>SO2。③比较Cl2和SO2漂白速率的快慢，应用控制变量法进行比较。Cl2和SO2的漂白性差异在于生成的无色物质的稳定性。
答案　(1)检查装置气密性　(2)②　(3)H2
(4)①Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O
②溶液褪色　2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2　Cl2>Br2>SO2
③气体产生的速率和总量可能不同，不能用该方法比较漂白速率的快慢　将褪色后的溶液分别加热，观察溶液颜色是否能恢复

1.(加试题)(2017·浙江11月)某兴趣小组用铝箔制备Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体，具体流程如下：

已知：AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚；明矾在水中的溶解度如下表
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
溶解度/g
3.00
3.99
5.90
8.39
11.7
24.8
71.0
109
请回答：
(1)步骤Ⅰ中的化学方程式___________________________________
___________________________________________________________；
步骤Ⅱ中生成Al(OH)3的离子方程式____________________________
___________________________________________________________。
(2)步骤Ⅲ，下列操作合理的是________。
A.坩埚洗净后，无需擦干，即可加入Al(OH)3灼烧
B.为了得到纯Al2O3，需灼烧至恒重
C.若用坩埚钳移动灼热的坩埚，需预热坩埚钳
D.坩埚取下后放在石棉网上冷却待用
E.为确保称量准确，灼烧后应趁热称重
(3)步骤Ⅳ，选出在培养规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序________。
①迅速降至室温　②用玻璃棒摩擦器壁　③配制90 ℃的明矾饱和溶液　④自然冷却至室温　⑤选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央　⑥配制高于室温10～20 ℃的明矾饱和溶液
(4)由溶液A制备AlCl3·6H2O的装置如下图

①通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和________。
②步骤Ⅴ，抽滤时，用玻璃纤维替代滤纸的理由是_______________
___________________________________________________________；
洗涤时，合适的洗涤剂是_____________________________________。
③步骤Ⅵ，为得到纯净的AlCl3·6H2O，宜采用的干燥方式是________。
解析　(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑；AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。
(2)Al(OH)3加热失去水生成固体Al2O3，涉及的仪器是坩埚、坩埚钳、三脚架、酒精灯等，此题重点考查的是坩埚和坩埚钳的使用注意事项。坩埚洗净后，需要加热到500 ℃以上干燥后才可以使用，故A错；称量前后的质量不再发生变化说明坩埚内固体只有Al2O3，故B正确；使用坩埚钳移动坩埚时，需预热坩埚钳，故C正确；坩埚取下后不能直接放在实验台上冷却，应放在石棉网上冷却待用，故D正确，加热后的固体应先冷却后再称量，测定结果更准确，且灼烧过Al2O3不吸潮，故不需要趁热称量，故E错。
(3)由表格可知，考查影响晶体大小因素，以及明矾晶体制备过程。明矾晶体的溶解度随着温度升高增大，选用低温下明矾饱和溶液，用规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央，加入晶种，促进晶体析出，自然冷却，故选⑥⑤④。
(4)此装置的目的是制备AlCl3·6H2O，通入HCl后在冰水浴作用下晶体析出，故HCl作用除了抑制AlCl3水解还有就是促进AlCl3·6H2O晶体析出；大量HCl溶解使溶液内呈强酸性，会腐蚀滤纸，故采用玻璃纤维代替滤纸；干燥晶体时为了防止失去结晶水，一般用滤纸吸干即可。
答案　(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(2)BCD　(3)⑥⑤④
(4)①降低AlCl3溶解度，使其以AlCl3·6H2O晶体形式析出
②强酸性环境会腐蚀滤纸　饱和氯化铝溶液
③用滤纸吸干
2.(加试题)(2018·浙江选考模拟)CoCO3可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO 等杂质)为原料制备CoCO3的一种工艺流程如下：

下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)：
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Co2＋
7.6
9.4
Al3＋
3.0
5.0
Zn2＋
5.4
8.0
(1)写出“酸浸”时发生氧化还原反应的化学方程式___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)“除铝”过程中需要调节溶液pH 的范围为________，形成沉渣时发生反应的离子方程式为_______________________________
___________________________________________________________。
(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有________；上述“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)，由有机层获取ZnSO4溶液的操作是______________________________。
(4)“沉钴”时，Na2CO3溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释原因___________________________________________________________。
(5)在空气中煅烧CoCO3生成钴氧化物和CO2，测得充分煅烧后固体质量为2.41 g，CO2 的体积为0.672 L(标准状况)，则该钴氧化物的化学式为________。
解析　本题以含钴废渣为原料制备CoCO3的流程为载体，考查流程的分析、方程式的书写、物质的分离和提纯、盐类的水解和化学式的确定。
(1)“酸溶”时加入H2SO4和SO2，由于SO2具有还原性，SO2将钴废渣中＋3价的Co还原为＋2价，“酸溶”时发生的非氧化还原反应为：CoO＋H2SO4===CoSO4＋H2O、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O，发生的氧化还原反应为Co2O3＋SO2＋H2SO4===2CoSO4＋H2O。
(2)“除铝”过程中Al3＋完全沉淀，其他金属阳离子不形成沉淀，根据Co2＋、Al3＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全的pH，“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为5.0～5.4。形成沉渣时加入的是Na2CO3，发生的是Al3＋与CO的双水解反应，形成沉渣时反应的离子方程式为2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。
(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有分液漏斗、烧杯。由有机层获得ZnSO4溶液，要使平衡ZnSO4(水层)＋2HX(有机层)ZnX2(有机层)＋H2SO4(水层)逆向移动，所以要向有机层中加入硫酸然后分液，由有机层获得ZnSO4溶液的操作是：向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层。
(4)“沉钴”时是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液产生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈碱性，若Na2CO3溶液滴加过快会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2沉淀，导致产品CoCO3中混有Co(OH)2。
(5)n(CO2)＝0.03 mol，根据C守恒，n(CoCO3)＝n(CO2)＝0.03 mol；根据Co守恒，n(Co)＝0.03 mol，氧化物中n(O)＝0.04 mol，n(Co)∶n(O)＝0.03 mol∶0.04 mol＝3∶4，该钴氧化物的化学式为Co3O4。
答案　(1)Co2O3＋SO2＋H2SO4===2CoSO4＋H2O
(2)5.0～5.4　2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑
(3)分液漏斗，烧杯　向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层
(4)Na2CO3溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2　(5)Co3O4
3.(加试题)(2017·浙江4月选考)ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将其制成NaClO2固体，以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2固体的实验装置如图1所示。
已知：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O
2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2↑＋2H2O
ClO2熔点－59 ℃、沸点11 ℃；H2O2沸点150 ℃

图1

图2
请回答：
(1)仪器A的作用是_________________________________________；
冰水浴冷却的目的是_________________________________________
___________________________________________________________(写两种)。
(2)空气流速过快或过慢，均降低NaClO2产率，试解释其原因___________________________________________________________。
(3)Cl－存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高，并产生微量氯气。该过程可能经两步反应完成，将其补充完整：
①___________________________________________________________
(用离子方程式表示)，②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。
(4)H2O2浓度对反应速率有影响。通过图2所示装置将少量30% H2O2溶液浓缩至40%，B处应增加一个设备。该设备的作用是_______________________，
馏出物是________。
(5)抽滤法分离NaClO2过程中，下列操作不正确的是________。
A.为防止滤纸被腐蚀，用玻璃纤维代替滤纸进行抽滤
B.先转移溶液至漏斗，待溶液快流尽时再转移沉淀
C.洗涤沉淀时，应使洗涤剂快速通过沉淀
D.抽滤完毕，断开水泵与吸滤瓶间的橡皮管后，关闭水龙头
解析　(1)A瓶的特点是“短进长出”的空集气瓶，作安全瓶，防止倒吸。ClO2沸点11 ℃，用冰水浴，可以防止挥发。同时防止H2O2的分解。(2)空气流速过快，会带出ClO2气体，使其与H2O2反应不充分；空气流速过慢，ClO2的浓度过高，由题给信息“浓度过高易分解”。(3)Cl－在酸性条件下被ClO氧化为Cl2(归中反应)。(4)由题信息“H2O2沸点150 ℃”，馏出物为H2O。
答案　(1)作安全瓶，防止倒吸　防止ClO2挥发，防止双氧水分解
(2)空气流速过快反应不充分，空气流速过慢，ClO2浓度过高易发生分解
(3)2ClO＋2Cl－＋4H＋===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O
(4)降低体系压强，减少双氧水分解　H2O　(5)C
4.(加试题)(2018·浙江11月选考)某兴趣小组用镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)

相关信息如下：
①金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH范围。
金属离子
pH
开始沉淀
完全沉淀
Fe3＋
1.5
2.8
Fe2＋
5.5
8.3
Zn2＋
5.4
8.2
②ZnSO4的溶解度(物质在100 g水中溶解的质量)随温度变化曲线。

请回答：
(1)①镀锌铁皮上的油污可用Na2CO3溶液去除，理由是
_________________________________________________________
_________________________________________________________。
②步骤Ⅰ，可用于判断镀锌层完全反应的实验现象是_________________________________________________________
_________________________________________________________。
(2)步骤Ⅱ，需加入过量H2O2，理由是_____________________________
_________________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ，合适的pH范围是___________________________________。
(4)步骤Ⅳ，需要用到下列所有操作：a.蒸发至溶液出现晶膜；b.在60 ℃蒸发溶剂；c.冷却至室温；d.在100 ℃蒸发溶剂；e.过滤。
请给出上述操作的正确顺序____________________(操作可重复使用)。
(5)步骤Ⅴ，某同学采用不同降温方式进行冷却结晶，测得ZnSO4·7H2O晶体颗粒大小分布如图1所示。根据该实验结果，为了得到颗粒大小相对均一的较大晶粒，宜选择______________(填字母)方式进行冷却结晶。

A.快速降温 B.缓慢降温 C.变速降温
(6)ZnSO4·7H2O产品的纯度可用配位滴定法测定。
①下列关于滴定分析，正确的是________(填字母)。
A.图2中，应将凡士林涂在旋塞的a端和旋塞套内的c端
B.滴定前，锥形瓶和滴定管均须用标准溶液润洗
C.将标准溶液装入滴定管时，应借助烧杯或漏斗等玻璃仪器转移
D.滴定时，通常用左手控制旋塞滴加溶液，右手摇动锥形瓶，使溶液向同一方向旋转
E.滴定前滴定管尖嘴内无气泡，滴定后尖嘴内有气泡，则测得的体积比实际消耗的小
②图3中显示滴定终点时的读数是________ mL。

解析　(1)①Na2CO3水解呈碱性，可以促进油脂的水解；②由于镀锌铁皮能形成原电池，且Zn作负极，所以一开始产生H2速率快，当Zn完全反应后，Fe与H2SO4反应产生H2的速率明显减慢。
(2)加入H2O2，主要目的是使Fe2＋转化成Fe3＋，由于Fe3＋能使H2O2分解，所以H2O2应过量。
(3)调节pH应使Fe3＋完全沉淀，而Zn2＋不沉淀，所以pH范围应为2.8≤pH＜5.4。
(5)根据图示，变速降温得到的晶粒较大。
(6)①B项，滴定时，锥形瓶不能用标准溶液润洗；C项，将标准液装入滴定管时，应将标准液直接注入滴定管，若借助烧杯或漏斗转移，会造成标准液不标准；E项，若滴定前滴定管尖嘴内无气泡，滴定后有气泡，会造成读出的标准溶液的体积偏小；②滴定管读数时，精确到小数点后2位。
答案　(1)①Na2CO3水解，溶液呈碱性，促使油脂水解
②产生气泡的速率显著变慢
(2)使Fe2＋尽可能转化为Fe3＋，且H2O2易分解(Fe3＋催化加速分解)
(3)2.8～5.4
(4)dabace
(5)C
(6)①ADE　②20.60