高考化学二轮专题复习 专题跟踪检测22 综合实验探究（含解析）

专题跟踪检测（二十二）  综合实验探究

1．某研究小组将纯净的SO2气体缓缓地通入到盛有25 mL 0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到BaSO4沉淀。为探究该反应中的氧化剂，该小组提出了如下假设：

假设Ⅰ：溶液中的NO；

假设Ⅱ：____________。

(1)该小组设计了以下实验验证了假设Ⅰ成立(为排除假设Ⅱ对假设Ⅰ的干扰，在配制下列实验所用溶液时，应________)，请填写下表。

(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图。V1时，实验②中溶液pH小于实验①的原因是(用离子方程式表示)：________________________________。

(3)验证假设Ⅱ。某同学设计了以下方案，请完成下列表格(可以不填满)。

(4)查资料知：H2SO3是二元酸(K1＝1.54×10－2，K2＝1.02×10－7)，请设计实验方案验证H2SO3是二元酸________(试剂及仪器自选)。

解析：已知氧化剂有NO，综合分析其他氧化剂的来源，唯有溶解在溶液中的O2。(1)要验证假设Ⅰ，需要排除假设Ⅱ溶液中溶有的O2对假设Ⅰ的干扰，所以配制溶液前应将BaCl2溶液和Ba(NO3)2溶液加热煮沸，并密封冷却待用。实验①中没有SO生成，故无明显现象。实验②中因NO氧化SO2而有SO生成，故生成白色沉淀BaSO4。(2)实验①对应曲线pH下降的原因是生成亚硫酸，实验②对应曲线pH显然更小，意味着在通入等量SO2的情况下有比亚硫酸更强的酸性物质生成，所以根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒可得离子方程式为3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO＋4H＋或3SO2＋3Ba2＋＋2NO＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO＋4H＋。(3)实验①和实验③，分别作为对照实验，排除其他因素，让溶液中溶有的O2或通入的O2氧化SO2或H2SO3验证有SO生成，实验④：向盛有未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中缓慢通入纯净的SO2气体(向盛有25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中缓慢通入SO2与O2的混合气体)。(4)由二级电离常数可知，其酸式盐中HSO的电离常数(K2＝1.02×10－7)大于水解常数，溶液显酸性，若为一元酸，则由于水解溶液呈碱性。向一定体积和一定浓度的NaOH溶液中，缓缓通入与NaOH等物质的量的SO2气体至全部溶解，然后用pH试纸测定溶液的pH，若pH<7，则证明H2SO3为二元酸(用pH试纸测定NaHSO3溶液的pH<7，则证明H2SO3为二元酸)。

答案：假设Ⅱ：溶解在溶液中的O2

(1)配制溶液前应将蒸馏水煮沸后密封冷却

实验①：无明显现象。

实验②：产生白色沉淀

(2)3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO＋4H＋或3SO2＋3Ba2＋＋2NO＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO＋4H＋

(3)

实验④：向盛有未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L－1BaCl2溶液的烧杯中缓慢通入纯净的SO2气体(向盛有25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中缓慢通入SO2与O2的混合气体)

(4)向一定体积和一定浓度的NaOH溶液中，缓缓通入与NaOH等物质的量的SO2气体至全部溶解，然后用pH试纸测定溶液的pH，若pH<7，则证明H2SO3为二元酸(用pH试纸测定NaHSO3溶液的pH<7，则证明H2SO3为二元酸)

2．(2020·山东名校联考)硼氢化钠(NaBH4)是应用广泛、性能较好的还原剂，以硼酸、甲醇和氢化钠(NaH)为原料可制得硼氢化钠。某学习小组的同学欲利用下图所示路线在实验室合成硼氢化钠。

Ⅰ.氢化钠的制备

已知NaH的化学反应活性很高，在潮湿的空气中能自燃，与酸接触即放出热量和氢气引发燃烧甚至爆炸。该小组的同学利用如图中的装置在实验室制取NaH。

(1)NaH中氢元素的化合价为________，NaH的电子式为________。

(2)按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→________(填接口字母)b→c；连接装置后进行实验，在给装置B加热前，必须进行的一步操作是________________________________。

(3)装置A中盛装稀盐酸的仪器名称为_____________________________________，

装置D中应盛装的试剂是______。

(4)该实验装置的不足是_______________________________________________，

解决此不足的措施是__________________________________________________。

Ⅱ.硼氢化钠的制备与纯度测定

在搅拌加热到220 ℃时，向盛装NaH的缩合反应罐中加入硼酸三甲酯[B(OCH3)3]，升温到260 ℃，充分反应后，经过处理得到NaBH4和甲醇钠。

(5)某同学欲通过测定硼氢化钠与水反应生成氢气的体积来测定硼氢化钠产品的纯度。

已知：NaH＋H2O===H2↑＋NaOH。

①硼氢化钠与水反应可以产生大量氢气和偏硼酸钠，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

②该同学用如图所示装置测定硼氢化钠产品的纯度(杂质只有氢化钠)。装置中a的作用是_______________________________________________；

称取6.28 g硼氢化钠样品，重复实验操作三次，测得生成气体的平均体积为13.44 L(已折算为标准状况)，则样品中硼氢化钠的纯度为__________ %(结果保留两位有效数字)。

解析：(1)在NaH中Na的化合价为＋1，由于在化合物中所有元素正、负化合价代数和等于0，所以H为－1价；NaH为离子化合物，Na失去最外层电子形成Na＋，H获得1个电子形成H－，二者通过离子键结合，电子式为Na＋[H]－。

(2)在A装置中用稀盐酸与锌粒反应制取H2，由于盐酸具有挥发性，制取的H2中含有HCl、H2O，然后通过D装置除去HCl气体，再通过C装置的浓硫酸对H2进行干燥，导管都是长进短出，得到干燥、纯净的H2，将其通过B装置，驱赶装置内的空气，待排出的气体为纯净的氢气时，给装置B加热，发生反应：2Na＋H22NaH。所以按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→g→f→d→e→b→c；在给装置B加热前，必须进行的一步操作是检验从c排出的H2的纯度。

(3)根据装置图可知仪器A中盛装稀盐酸的仪器是分液漏斗；装置D的目的是除去H2中的HCl杂质，可根据HCl的水溶液显酸性，用碱性物质的水溶液如NaOH溶液来除去HCl杂质。

(4)NaH在潮湿的空气中能自燃，根据(2)的分析中制取装置各个部分的作用，可知还缺少一个防止空气中的水蒸气进入装置B的装置；解决此不足的措施是在装置B之后连接一个干燥装置。

(5)①由于硼氢化钠与水反应可以产生大量氢气和偏硼酸钠，则该反应的化学方程式为NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑。

②导管a起连通器的作用，使装置内气体压强保持一致，这样漏斗中的液体在重力作用下可以顺利滴下。因此装置中a的作用是平衡气压，便于液体顺利滴下；6.28 g氢化钠样品，发生反应：NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑、NaH＋H2O===NaOH＋H2↑，放出氢气的物质的量n(H2)＝13.44 L÷22.4 L·mol－1＝0.6 mol，假设NaBH4的物质的量为x，NaH的物质的量为y，则38x＋24y＝6.28 g；4x＋y＝0.6 mol，解得x＝0.14 mol，y＝0.04 mol，则样品中硼氢化钠的纯度为≈85%。

答案：(1)－1　Na＋[H]－

(2)g→f→d→e　检验H2的纯度

(3)分液漏斗　碱液

(4)未防止空气中的水蒸气进入装置B中　在装置B之后连接一个干燥装置

(5)①NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑

②平衡气压，便于液体顺利滴下　85

3．四氯化锡可用作媒染剂。利用如图所示装置可以制备四氯化锡(部分夹持装置已略去)。

有关信息如下表：

回答下列问题：

(1)甲装置中仪器A的名称为___________________________________________。

(2)用甲装置制氯气，MnO被还原为Mn2＋，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

(3)如图所示将装置连接好，检查气密性，慢慢滴入浓盐酸，待观察到____________(填现象)后，开始加热丁装置，锡熔化后适当增大氯气流量，继续加热丁装置，此时继续加热丁装置的目的是：

①促进氯气与锡反应；

②________________________________________________________________________。

(4)如果缺少乙装置，可能发生的副反应的化学方程式为__________________________________；己装置的作用是______(填字母)。

A．除去未反应的氯气，防止污染空气

B．防止空气中CO2气体进入戊装置

C．防止水蒸气进入戊装置的试管中使产物水解

D．防止空气中O2进入戊装置的试管中使产物氧化

(5)某同学认为丁装置中的反应可能产生SnCl2杂质，以下试剂中可用于检测是否产生SnCl2的有____________(填字母)。

A．H2O2溶液　　　　　 B．FeCl3溶液(滴有KSCN)

C．AgNO3溶液  D．溴水

(6)反应中用去锡粒1.19 g，反应后在戊装置的试管中收集到2.38 g SnCl4，则SnCl4的产率为______(保留三位有效数字)。

解析：分析一下实验流程，甲装置是高锰酸钾和浓盐酸反应制氯气，得到的氯气含有水蒸气和氯化氢，经过乙饱和食盐水除去氯化氢气体，再经过丙浓硫酸除去水蒸气，此时气体为纯净干燥的氯气，再和丁装置中的锡粒反应制备四氯化锡，经过酒精灯加热变成气态的四氯化锡，然后在戊装置冷凝下来，己装置的碱石灰用来吸收未反应完的氯气和空气中的水蒸气。

(2)用甲装置制氯气，MnO被还原为Mn2＋，Cl－被氧化成Cl2，该反应的离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。

(3)开始加热丁装置，应该是要等到氯气充满丁装置，氯气为黄绿色气体，故此处能观察到的现象应该是丁装置内充满黄绿色气体；锡熔化后适当增大氯气流量，继续加热丁装置，此时继续加热丁装置的目的一是促进氯气与锡反应，二是要把生成物气化然后在戊装置冷凝分离。

(4)如果缺少乙装置，则气体中氯化氢没有被除去，则HCl与锡反应，置换出氢气，化学方程式为Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑；反应过程中氯气可能未反应完全，需要用碱石灰除去，由题给信息知四氯化锡容易发生水解，故要防止水蒸气进入戊装置的试管中，CO2和O2进入戊装置无影响，故选A、C。

(5)由题给信息SnCl2易氧化的性质，说明SnCl2是还原剂，A项，H2O2溶液与SnCl2反应无明显现象，不能检测；B项，FeCl3溶液(滴有KSCN)与SnCl2反应生成Fe2＋，溶液血红色褪去，可以作为检测试剂；C项，AgNO3溶液既可以与SnCl2反应，也可以与SnCl4反应，均生成白色沉淀；D项，溴水与SnCl2反应生成Br－，溴水红棕色褪去，故选B、D。

(6)Sn＋2Cl2===SnCl4，理论上n(Sn)＝＝＝0.01 mol，n(Sn)＝n(SnCl4)＝0.01 mol，理论上可制得SnCl4的质量为m(SnCl4)＝n·M＝0.01  mol×(119＋35.5×4)g·mol－1＝2.61 g，则产率为×100%≈91.2%。

答案：(1)蒸馏烧瓶

(2)2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O

(3)丁装置内充满黄绿色气体　使SnCl4气化，利于从混合物中分离出来

(4)Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑　AC

(5)BD　(6)91.2%

4．氨基甲酸铵是一种重要化工产品，常温时为白色晶体或粉末，易溶于水，难溶于CCl4,59 ℃时分解为氨及二氧化碳，其制备原理为2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH＝－272 kJ·mol－1。某化学兴趣小组利用如图所示实验装置(部分固定装置已省略)模拟制备NH2COONH4。

请回答下列问题。

(1)仪器组装完毕后，首先应进行的操作是__________，仪器b的名称是____________________。

(2)装置A用于实验室制取NH2COONH4的原料气体之一，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)装置F中试剂的名称为____________________________________________。

(4)为提高原料气的利用率，应控制装置C和E中最佳鼓泡速率比为________，装置D采用冰水浴的原因为________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)生成的氨基甲酸铵悬浮于CCl4中，下列操作可实现产品分离的是______(填字母)。

(6)制得的氨基甲酸铵可能含有碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种杂质。

①设计方案，进行成分探究，请填写表中横线。

限选试剂：蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、稀盐酸。

②根据①的结论：取氨基甲酸铵样品15.8 g，用足量氢氧化钡溶液充分处理后，过滤、洗涤、干燥，测得沉淀质量为1.97 g。则样品中氨基甲酸铵的质量分数为________。

解析：本题以NH2COONH4的制备为载体，考查NH3、CO2的实验室制备、气体的除杂，利用杂质沉淀法测定NH2COONH4的含量。由于NH2COONH4易溶于水，难溶于CCl4,59 ℃时分解，所以需用干燥的NH3、CO2低温反应制备NH2COONH4，则装置ADHBGF的主要作用依次是制备NH3、制备NH2COONH4、制备CO2、干燥NH3、除去CO2中的HCl气体、干燥CO2，C、E通过观察气泡来控制NH3、CO2通入的比例，据此答题。

(1)实验装置安装完毕后，首先应该进行的操作是检查装置的气密性，仪器b的名称是三颈烧瓶。(2)从反应原理可知两种原料气是NH3和CO2，根据实验室制NH3和CO2的装置特点，装置A制取NH3，实验室利用氯化铵固体和氢氧化钙固体混合加热，反应的化学方程式为Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(3)装置H中产生的二氧化碳气体混有水蒸气，而氨基甲酸铵易溶于水，所以反应原料气要经过干燥，装置F中装入的是浓硫酸，用于干燥CO2气体。(4)根据反应原理：2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)可知，为了提高原料气的利用率，应使NH3和CO2保持2∶1的比例通气，所以应控制装置C和E中最佳鼓泡速率比为2∶1；氨基甲酸铵常温时为白色晶体或粉末，59 ℃时分解为氨及二氧化碳，为了使氨基甲酸铵的产率增大，故需采用冰水浴。(5)氨基甲酸铵难溶于CCl4，悬浮在CCl4中，固液分离一般采用过滤操作，即选C。(6)步骤2中加入过量的BaCl2溶液无沉淀生成，说明不存在碳酸铵，步骤3中要证明固体中含有碳酸氢铵，结合限选试剂，应选择澄清石灰水，加入石灰水后碳酸氢根离子和氢氧根离子反应得到碳酸根离子，形成碳酸钙和碳酸钡白色沉淀，即可以证明碳酸氢铵的存在；取氨基甲酸铵样品15.8 g，用足量氢氧化钡溶液充分处理后，过滤、洗涤、干燥，测得沉淀质量为碳酸钡沉淀。BaCO3为1.97 g，根据原子守恒可得下列关系式。

NH4HCO3　　　～　　　BaCO3

　79　 　　　　　　　　　197

m(NH4HCO3)　　　　　　1.97 g

得m(NH4HCO3)＝0.79 g，样品中氨基甲酸铵的质量分数＝×100%＝95%。

答案：(1)检查装置气密性　三颈烧瓶

(2)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O

(3)浓硫酸

(4)2∶1　降低温度，有利于提高反应物的转化率(或降低温度，防止因反应放热造成NH2COONH4分解)

(5)C

(6)①

②0.95(或95%)

5．甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]能有效改善缺铁性贫血。实验室利用柠檬酸溶液溶解FeCO3生成Fe2＋，Fe2＋与甘氨酸发生反应制备甘氨酸亚铁，反应原理为Fe2＋＋2NH2CH2COOH===(NH2CH2COO)2Fe＋2H＋，实验所需装置如图所示(夹持和加热仪器已省略)。

已知有关物质性质如表所示：

回答下列问题：

(1)所选装置的正确连接顺序为______________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)装置B的作用是________________________________________________。

(3)检查装置C气密性的方法为__________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)实验过程中加入柠檬酸溶液促进FeCO3溶解并调节溶液pH，溶液pH与甘氨酸亚铁产率的关系如图所示。pH过低或过高均导致甘氨酸亚铁产率下降，其原因是_____________________________________________。

(5)反应结束后对装置A中混合液进行过滤，将滤液进行蒸发浓缩，加入无水乙醇，过滤、洗涤并干燥。其中加入无水乙醇的目的是___________________________________。

(6)若装置A中盛有11.6 g FeCO3和500 mL 0.4 mol·L－1甘氨酸溶液，实验制得16.0 g 甘氨酸亚铁，则其产率是__________%。

解析：(1)用装置C产生的CO2排净装置内的空气，当排净装置内空气后，多余的CO2气体遇澄清石灰水变浑浊，则装置D的作用是检验装置内空气是否排净，故装置的正确连接顺序为e→c→d→a→b→f。(2)制取的CO2中混有HCl，装置B的作用是除去CO2中混有的HCl。(4)当pH过低即溶液酸性较强时，甘氨酸会与H＋反应生成NHCH2COOH；当pH过高即溶液中OH－浓度较大时，Fe2＋与OH－反应生成Fe(OH)2沉淀，故pH过低或过高均会导致甘氨酸亚铁产率下降。(5)甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，则加入无水乙醇可降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出。(6)11.6 g FeCO3的物质的量为＝0.1 mol,500 mL 0.4 mol·L－1甘氨酸溶液中甘氨酸的物质的量为0.5 L×0.4 mol·L－1＝0.2 mol，理论上可生成0.1 mol 的甘氨酸亚铁，质量为204 g·mol－1×0.1 mol＝20.4 g，则甘氨酸亚铁的产率是×100%≈78.4%。

答案：(1)e→c→d→a→b→f

(2)除去CO2中混有的HCl

(3)在e处连接一个导管并插入水槽中，关闭分液漏斗活塞，用手焐热锥形瓶，若导管口有气泡冒出，冷却后，导管中有一段稳定的液柱，则装置气密性良好，否则气密性不好

(4)pH过低，H＋与NH2CH2COOH反应生成NHCH2COOH；pH过高，Fe2＋与OH－反应生成Fe(OH)2沉淀

(5)降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出      (6)78. 4