高考化学冲刺二轮精讲讲义第13讲化学实验方案设计与评价

第13讲化学实验方案设计与评价[考纲要求]1.了解科学探究的基本过程，学习运用以实验和推理为基础的科学探究方法。2.能根据要求做到：(1)设计、评价或改进实验方案。(2)掌握控制实验条件的方法。预测或描述实验现象。(3)分析或处理实验数据，得出合理结论。(4)正确改进实验装置。3.以上各部分知识与技能的综合应用。[学科素养]1.变化观念与平衡思想：认识化学实验是科学探究的一种重要形式，是研究物质及其变化的基本方法。2.证据推理与模型认识：能运用分析推理等方法认识研究对象的本质物质、构成要素及其相互关系，建立模型并运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。3.科学探究与创新意识：能根据物质的性质，探究反应规律，体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。[网络构建][核心强化]1．实验方案设计中的“6”注意(1)实验操作顺序装置选择与连接→气密性检查→装入药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→防潮、防倒吸、防污染、防爆炸等。(2)仪器接口的连接总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。冷凝管水流应：“下”进“上”出(逆流原理)。(3)加热操作先后顺序的选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(4)实验中试剂或产物防止变质或损失①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。②易挥发的液体产物要及时冷却。③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)。④注意防止倒吸的问题。(5)仪器药品的准确描述①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、澄清石灰水、饱和碳酸氢钠溶液、0.1000mol·L－1的氢氧化钠溶液等。②仪器名称：如坩埚、研钵、100mL容量瓶。(6)会画简单的实验装置图考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“装置示意图”表示。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。2．实验方案评价“3”要素(1)选择。包括仪器、药品、连接方式的选择。(2)评价。正确、简约、安全、环保。(3)最佳方案的选择。装置最简、药品容易取得、价格低廉、现象明显、无污染。(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是____________________，仪器a的名称是____________。(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为________________________________________________。②同时c中有气体产生，该气体的作用是_____________________________________________。[解析](1)审题时抓住醋酸亚铬“在气体分析中用作氧气吸收剂”，这暗示醋酸亚铬具有强还原性，易被氧气氧化，故该实验中使用的蒸馏水必须去除溶解氧。(2)①依题意可知，c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，主要是由于锌与铬离子反应生成亚铬离子和锌离子，即Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋。②c中产生的气体为氢气，该气体主要用于排除装置内的空气，避免O2氧化Cr2＋。(3)c中有氢气产生，打开K3，关闭K1和K2后，c中压强大于外界压强，从而将c中溶液压入醋酸钠溶液中。析出并分离产品的操作是冷却、过滤、洗涤、干燥。(4)观察d装置，可发现其与空气相通，这会导致生成的醋酸亚铬被O2氧化。[答案](1)去除水中溶解氧分液(或滴液)漏斗(2)①Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋②排除c中空气(3)c中产生H2使压强大于大气压(冰浴)冷却过滤(4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触物质制备实验的思维流程(1)物质制备实验设计一般思路如下：(2)注意事项。①“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；连接方式的选择指仪器的先后顺序、导管接口的连接等。②“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。③“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。[分点突破]角度一：涉及气体的制备实验1．(2018·江西临川二中检测)三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知：BCl3的沸点为12.5℃，熔点为－107.3℃，易潮解。实验室制备三氯化硼的原理为：B2O3＋3C＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(△),\s\do5())2BCl3＋3CO。(1)甲组同学拟用如图1所示的装置制备干燥纯净的氯气。①装置B的作用是____________________________________，装置C中盛放的试剂是_____________________________。②若生成13.44L氯气(标准状况下)，则反应转移的电子数目为________。(2)乙组同学选用甲组同学实验中的装置A、B、C和如图2所示的装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成。①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→________→________→H→________→________→F→D→I；其中装置E的作用是_____________________________。②为确保CO得到验证，实验前除检查装置的气密性外，还需要的一步操作是______________________________________。③能证明反应中有CO生成的现象是_________________________________________________。④一定条件下三氯化硼与某四核氢化物反应可制备具有重要用途的氮化硼(BN)，该反应的化学方程式为____________________。[解析](1)①根据实验装置图可知，用KClO3与浓盐酸反应制备Cl2，制得的Cl2中含有HCl和水蒸气，要用饱和食盐水除去HCl，用浓硫酸除去水分，从而得到干燥纯净的Cl2。②装置A中发生反应的离子方程式为ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋6H＋eq\o(=,\s\up17(△),\s\do5())3Cl2↑＋3H2O，生成3molCl2转移5mol电子，则生成标准状况下13.44L(0.6mol)Cl2，转移的电子数目为5×eq\f(0.6,3)××1023＝×1023。(2)乙组同学选用甲组同学实验中的装置A、B、C制得干燥纯净的氯气，用Cl2、B2O3和C反应生成BCl3和CO，BCl3的熔点为－107.3℃，沸点为12.5℃，所以收集BCl3要用冰水冷却，未反应的Cl2用NaOH溶液吸收，BCl3易水解，为防止NaOH溶液中的水进入装置E，在E和J之间接上H装置，用于吸水，生成的CO经干燥后再通过F装置还原CuO，再将生成的气体通过澄清石灰水检验，可以证明制备BCl3的反应中有CO生成，多余的CO不能排放到空气中，要用排水法收集。①根据上面的分析可知，乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→G→E→H→J→H→F→D→I。③根据实验的原理可知，生成的CO能将黑色的CuO还原为红色的Cu，同时产生能使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳气体，所以能证明反应中有CO生成的现象是装置F中黑色粉末变为红色，装置D中澄清石灰水变浑浊。④根据元素守恒，可知该四核氢化物中含有N元素，则该四核氢化物为NH3，BCl3与NH3反应生成BN和HCl。[答案](1)①除去氯气中的HCl浓硫酸②×1023(2)①GEJH将BCl3冷凝为液体收集②通入N2排出装置中的空气③F中固体由黑变红，D中溶液变浑浊④BCl3＋NH3=BN＋3HCl涉及气体制备实验的“4环节”角度二：无机物制备实验2．(2018·肇庆模拟)氮化铝(AlN，遇水易水解)广泛应用于集成电路产生领域。某研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如下图所示实验装置。图1请回答：(1)图1中用饱和NaNO2溶液与NH4Cl溶液加热制取氮气，该化学方程式为__________________________________。(2)图1装置中各仪器导管口连接的顺序是(用小写字母a→g填写)________________；导管A的作用是_______________________________________________。(3)按(2)连接好实验装置后，接下来的操作是_________________________________________________。(4)按(2)连接的实验装置存在的缺陷是________________________________________________________。(5)反应结束后，某同学用图2装置进行实验来测定氮化铝样品的质量分数(实验中导管体积忽略不计)。图2①氮化铝与过量的NaOH溶液反应生成氨气的化学反应方程式为__________________________________________________。②集气瓶中的苯的作用是_________________________；集气瓶中的液体没有装满，则实验测得NH3的体积将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。③若实验中称取氮化铝样品的质量为10.0g，测得氨气的体积为3.36L(标准状况)，则样品中AlN的质量分数为________(保留3位有效数字)。[解析](1)根据实验目的和原料，NaNO3作氧化剂，N由＋3价→0价，NH4Cl作还原剂，N由－3价→0价，因此反应的化学方程式为NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NaCl＋2H2O＋N2↑。(2)因为AlN遇水易水解，需要除去N2中的水蒸气，则N2从a经浓硫酸干燥，导管“长进短出”，连接e→d，为干燥充分，连接g→f，在玻璃管中反应，连接c→b，同时要防止空气中水蒸气的进入，最后再连接g→f；导管A的作用是平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO2饱和溶液顺利滴下。(3)因为有气体参加反应，因此需要检验装置的气密性。(4)缺少防倒吸装置和尾气处理装置。(5)①氮化铝遇水发生水解反应AlN＋3H2O=Al(OH)3↓＋NH3↑，氢氧化铝表现两性，因此发生Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O，总反应是AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑。②NH3极易溶于水，因此要防止倒吸，即苯的作用是防止NH3溶于水；对实验无影响，因此选不变。③根据反应方程式：n(AlN)＝n(NH3)＝eq\f(3.36,22.4)mol＝0.15mol，其质量分数为×eq\f(41,10)×100%＝61.5%。[答案](1)NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NaCl＋2H2O＋N2↑(2)a→e→d→g→f→c→b→g→f平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强，使NaNO2饱和溶液顺利滴下(3)检查装置的气密性(4)洗气瓶没有防倒吸装置、没有尾气处理装置(5)①AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑②防止氨气溶于水不变③61.5%角度三：有机物制备实验3．(名师改编)乙醚(CH3CH2OCH2CH3)在医疗上被用作麻醉剂，其熔点为－℃、沸点为℃，难溶于水。在实验室中可将乙醇、浓硫酸的混合液加热至140℃制取一定量的乙醚，制备装置如图1所示。请回答下列问题：(1)A装置中缺少温度计，使用温度计时，其水银球应位于________，图1虚线框内所缺仪器应选图2中的________(填名称)。(2)混合浓硫酸与乙醇的方式是将________慢慢加入另一种试剂中。(3)制得的乙醚中含有一定量的乙醇，提纯的方法是先水洗，除去杂质后用某试剂Q进行干燥，再经适当的方法处理后即可得到精制的乙醚。①水洗的目的是____________________________，此操作应在图3中的________(填编号)中进行。②试剂Q可能是____________________________(写出一种合理答案即可)。(4)实验表明，随着反应的进行，烧瓶中的液体会变成黑色，变黑的原因是________________________________________，同时还有两种常见的无色气体生成，写出乙醇与浓硫酸反应生成这些无色气体的化学方程式：____________________________________。(5)若实验中使用了20mL(密度为0.8g/mL)无水乙醇，最后得到纯乙醚8.4g，则乙醚的产率为________(精确到小数点后1位)。[解析](1)因为要测量反应液的温度，故温度计的水银球应位于溶液内部且不与容器内壁接触；冷凝时应使用直形冷凝管。(2)乙醇与浓硫酸的混合相当于用乙醇对浓硫酸进行稀释，故应将浓硫酸慢慢加入到乙醇中。(3)①水洗的目的是除去乙醇，然后分液即可得到较纯的乙醚，分液时应使用梨形分液漏斗，即仪器Ⅰ。②残留的水可用干燥剂进行干燥。(4)反应中浓硫酸将部分乙醇炭化导致液体变成黑色，生成的C(碳)与浓硫酸发生氧化还原反应又生成CO2、SO2。(5)由2CH3CH2OHeq\o(→,\s\up17(浓H2SO4),\s\do15(140℃))CH3CH2OCH2CH3＋H2O可求出乙醇完全转化为乙醚时的理论质量，然后用实际质量除以理论质量，可求出产率。[答案](1)溶液中且不接触容器内壁直形冷凝管(2)浓硫酸(3)①除去乙醇Ⅰ②无水氯化钙(或其他合理答案)(4)浓硫酸使部分乙醇炭化生成黑色的C(碳)C2H5OH＋6H2SO4(浓)eq\o(→,\s\up17(△))2CO2↑＋6SO2↑＋9H2O(5)65.3%有机物制备实验题的解题模板考点二性质探究型实验(2018·名师改编)某化学兴趣小组为比较Cl2、Br2、Fe3＋的氧化性强弱，设计了如下实验：[解析](1)①为便于将玻璃导管插入橡胶塞，应先将玻璃导管用水湿润。②检查装置A的气密性时，先将止水夹b关闭，打开分液漏斗的活塞，然后从分液漏斗向烧瓶中注水，若水不能顺利流下，则气密性良好。(2)氯气有毒，该实验中无尾气处理装置。D装置溶液变红，说明Fe2＋被氧化为Fe3＋，说明Cl2的氧化性比Fe3＋的强；E装置中水层溶液变黄，振荡试管后CCl4层无明显现象，说明向Fe2＋与Br－共存的溶液中通入氯气，Fe2＋先被氧化，即Br2的氧化性比Fe3＋的强。(3)①由于(SCN)2的性质与卤素单质的类似，且氧化性Cl2>(SCN)2，当Cl2过量时，Cl2将SCN－氧化为(SCN)2,2SCN－＋Cl2=2Cl－＋(SCN)2，使Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色。可向褪色后的溶液中加入Fe3＋或SCN－，观察溶液是否恢复红色。②BrCl与水的反应和氯气与水的反应相似，反应方程式为BrCl＋H2O=HBrO＋HCl。向溶液中加入硝酸银溶液，产生白色沉淀AgCl，AgBrO易溶于水。[答案](1)①先将玻璃导管用水润湿②关闭止水夹b，打开活塞a(2)缺少尾气处理装置Cl2>Br2>Fe3＋(3)①过量氯气和SCN－反应，2SCN－＋Cl2=2Cl－＋(SCN)2，使SCN－浓度减小，使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3向逆反应方向移动而褪色取少量褪色后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则上述推测合理[或取少量褪色后的溶液，滴加FeCl3溶液，若溶液不变红，则上述推测合理(其他合理答案也可)]②BrCl＋H2O=HBrO＋HCl，反应产生Cl－，由于AgBrO易溶于水，加入AgNO3溶液，只能生成AgCl白色沉淀(1)性质实验方案的设计方法①性质探索型实验，主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。探索型性质实验方案的设计思路②性质验证型实验，主要是对物质具备的性质去求证，关键是设计出简捷的实验方案，操作简单易行，现象明显，且安全性高。验证型性质实验方案的设计思路(2)注意事项①在离子检测、气体成分检测的过程中，要严格掌握检测的先后顺序，防止各成分检测过程中的相互干扰。②若有水蒸气生成，先检验水蒸气，再检验其他成分，如C和浓H2SO4的反应，产物有SO2、CO2和H2O(g)，通过实验可检验三种气体物质的存在，但要注意检验SO2、CO2都要通过溶液进行检验，对检验H2O(g)有干扰。③对于需要进行转化才能检测的成分，如CO的检测，要注意先检测CO中是否含有CO2，如果有CO2，应先除去CO2再对CO实施转化，最后再检测转化产物CO2，如HOOC—COOHeq\o(=,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))CO2↑＋CO↑＋H2O↑中CO的检测。④要重视药品名称的描述，如有些药品的准确描述为：无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外还应注意某些仪器的规格。[分点突破]角度一：关于物质性质的实验探究1．某兴趣小组设计SO2实验方案做以下化学实验。Ⅰ.实验方案一(1)将SO2通入水中形成“SO2－饱和H2SO3溶液”体系，此体系中存在多个含硫元素的平衡，分别用平衡方程式表示为____________________________________________________。(2)已知：葡萄酒中有少量SO2可以作抗氧化剂，我国国家标准(GB2760－2014)规定葡萄酒中SO2的残留量≤0.25g·L－1。利用SO2的漂白性检测干白葡萄酒(液体为无色)中的SO2或H2SO3。设计如下实验：实验结论：干白葡萄酒不能使品红溶液褪色，原因为____________________________________________________。Ⅱ.实验方案二如图是在实验室进行二氧化硫制备与性质实验的组合装置，部分固定装置未画出。(1)装置B中试剂X是________，装置D中盛放NaOH溶液的作用是____________________________________________。(2)关闭弹簧夹2，打开弹簧夹1，注入硫酸至浸没三颈烧瓶中固体，检验SO2与Na2O2反应是否有氧气生成的方法是________________________________。(3)关闭弹簧夹1后，打开弹簧夹2，残余气体进入E、F中，能说明I－还原性弱于SO2的现象为____________________；发生反应的离子方程式是_____________________________________。Ⅲ.实验方案三用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：(1)M极发生的电极反应式为____________________________。(2)若使该装置的电流强度达到2.0A，理论上每分钟应向负极通入标准状况下气体的体积为________L(已知：1个e－所带电量为×10－19C)。[解析]Ⅲ.(1)M极上SO2被氧化，是负极，酸性条件下生成SOeq\o\al(2－,4)，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋；(2)若使该装置的电流强度达到A，则每分钟转移电子的物质的量为[(2.0A××10－19×1023)]mol，向负极通入标准状况下气体的体积为A×60×10－19×1023)]mol÷2×22.4L·mol－1＝0.014L。[答案]Ⅰ.(1)SO2(g)SO2(aq)；SO2＋H2OH2SO3；H2SO3H＋＋HSOeq\o\al(－,3)；HSOeq\o\al(－,3)H＋＋SOeq\o\al(2－,3)(2)干白中SO2或H2SO3含量太少Ⅱ.(1)浓硫酸吸收未反应的SO2，防止污染空气(2)将带火星的木条放在D试管口处，看木条是否复燃(3)E中溶液蓝色褪去SO2＋I2＋2H2O=2I－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋Ⅲ.(1)SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋解答性质探究型综合实验的注意事项角度二：关于物质反应规律的实验探究2．某学生对Na2SO3与AgNO3在不同pH下的反应进行探究。(1)测得Na2SO3溶液pH＝10、AgNO3溶液pH＝5。(2)调节pH，实验记录如下：查阅资料得知：ⅰ.Ag2SO3：白色，难溶于水，溶于过量的Na2SO3溶液。ⅱ.Ag2O：棕黑色，不溶于水，能和酸反应。该学生对产生的白色沉淀提出了两种假设：①白色沉淀为Ag2SO3。②白色沉淀为Ag2SO4，推测的依据是___________________。(3)取b、c中白色沉淀，置于Na2SO3溶液中，沉淀溶解。该同学设计实验确认了白色沉淀不是Ag2SO4。实验方法是：另取Ag2SO4固体置于________溶液中，未溶解。(4)将c中X滤出、洗净，为确认其组成，实验如下：Ⅰ.向X中滴加稀盐酸，无明显变化。Ⅱ.向X中加入过量浓硝酸，产生红棕色气体。Ⅲ.分别用Ba(NO3)2、BaCl2溶液检验Ⅱ中反应后的溶液，前者无明显变化，后者产生白色沉淀。①实验Ⅰ的目的是_____________________________。②根据上述现象，分析X的成分是________。③Ⅱ中反应的化学方程式是_____________________。(5)该同学综合以上实验，分析X产生的原因是：随着酸性的增强，体系的还原性强。[解析](2)SOeq\o\al(2－,3)具有较强的还原性，易被空气中的氧气氧化为SOeq\o\al(2－,4)，故提出假设②白色沉淀为Ag2SO4。(3)要确定b、c中的白色沉淀不是Ag2SO4，只需证明Ag2SO4不溶于过量的Na2SO3溶液即可。(4)①确定c中X的组成，实验Ⅰ的目的是验证棕黑色物质X不是Ag2O，因为Ag2O与HCl发生反应：Ag2O＋2HCl=2AgCl＋H2O。②实验Ⅱ加入浓硝酸，产生红棕色气体，说明X具有还原性，实验Ⅲ向Ⅱ中反应后的溶液中加入Ba(NO3)2溶液无变化，加入BaCl2溶液产生白色沉淀，说明Ⅱ中反应后的溶液中含Ag＋，进而推出X为Ag。③Ag与浓HNO3反应的化学方程式为Ag＋2HNO3(浓)=AgNO3＋NO2↑＋H2O。[答案](2)SOeq\o\al(2－,3)具有较强的还原性(3)Na2SO3(或亚硫酸钠)(4)①验证棕黑色物质X不是Ag2O②Ag③Ag＋2HNO3(浓)=AgNO3＋NO2↑＋H2O3．(2018·合肥模拟)某学习小组通过下列装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2。实验操作和现象如下表：回答下列问题：(1)上述实验中的白雾是________；试管A管口向上倾斜的原因是_____________________________________。(2)实验2说明黄色气体中含有FeCl3，写出FeCl3使淀粉－KI溶液变蓝的离子方程式：___________________________________。(3)为进一步确认黄色气体中含有Cl2，该学习小组对实验1提出两种改进方案：方案1在A、B间增加盛有某种试剂的洗气瓶C，结果B中溶液仍变为蓝色。方案2将B中淀粉－KI溶液替换为NaBr溶液，结果B中溶液呈橙红色，且未检出Fe2＋。则方案1C中盛放的试剂是________；方案2中检验Fe2＋的试剂是________，选择NaBr溶液的依据是____________________。(4)实验1充分加热后，若反应中被氧化与未被氧化的氯元素质量之比为1∶2，则A中发生反应的化学方程式为______________________________________________；其尾气处理的方法是______________________________。(5)该学习小组认为实验1中溶液变蓝，可能还有另外一种原因是______________________________________________。请你设计实验方案验证此猜想：________________________________________________。[解析](1)HCl具有挥发性，上述实验中的白雾是盐酸小液滴；试管A管口向上倾斜的原因是试管A中部分固体溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形成溶液。(2)FeCl3具有氧化性，使淀粉－KI溶液变蓝的离子方程式：2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2。(3)方案1C中盛放的试剂是饱和NaCl溶液，洗去HCl，Cl2在其中溶解度小；方案2中检验Fe2＋的试剂铁氰化钾溶液，遇到Fe2＋生成蓝色沉淀；氧化性次序：Cl2>Br2>Fe3＋>I2，选择NaBr溶液的依据是Br－可以被Cl2氧化成Br2，但不会被Fe3＋氧化为Br2。(4)实验1充分加热后，若反应中被氧化与未被氧化的氯元素质量之比为1∶2，则A中发生反应的化学方程式为MnO2＋2FeCl3·6H2Oeq\o(=,\s\up17(△))Fe2O3＋MnCl2＋Cl2↑＋2HCl＋11H2O；由于Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O，其尾气处理的方法是将尾气通入到氢氧化钾溶液中。(5)由于2H2O＋4I－＋O2=2I2＋4OH－，实验1中溶液变蓝，可能还有另外一种原因是实验未先赶出空气，其中的O2在此条件下可能氧化I－。设计实验方案验证此猜想：向一试管中加入淀粉－KI溶液，再滴入几滴稀盐酸，在空气中放置，观察一段时间后看溶液是否变蓝。[答案](1)盐酸小液滴试管A中部分固体溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形成溶液(2)2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2(3)饱和NaCl溶液铁氰化钾溶液Br－可以被Cl2氧化成Br2，但不会被Fe3＋氧化为Br2(4)MnO2＋2FeCl3·6H2Oeq\o(=,\s\up17(△))Fe2O3＋MnCl2＋Cl2↑＋2HCl＋11H2O将尾气通入到氢氧化钾溶液中(5)实验未先赶出空气，其中的O2在此条件下可能氧化I－向一试管中加入淀粉－KI溶液，再滴入几滴稀盐酸，在空气中放置，观察一段时间后看溶液是否变蓝考点三定量测定型实验[解析](1)发生的显色反应是溶液中Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成Fe3[Fe(CN)6]2，其化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。(2)①实验时通入N2，不仅能隔绝空气，排除空气的干扰，还能使反应产生的气体全部进入后续装置。②实验中装置B中澄清石灰水变浑浊，说明三草酸合铁酸钾的热分解产物中含有CO2，经NaOH溶液可除去CO2，气体经浓硫酸干燥后，与灼热的CuO反应，得到单质Cu，且由装置F中现象可知装置E中又生成CO2，由此可判断热分解产物中还含有CO。③为防止倒吸，实验结束后，应先熄灭装置A、E两处的酒精灯，冷却后停止通入氮气。④要检验A中残留固体中含有Fe2O3，可取少量A中残留固体，加入足量稀硫酸或稀盐酸溶解，再滴入少许KSCN溶液，溶液中出现红色，即可确定残留固体中含有Fe2O3。(3)①KMnO4能将样品溶液中Fe2＋氧化成Fe3＋，将C2Oeq\o\al(2－,4)氧化成CO2，达到滴定终点时，KMnO4稍过量，溶液中出现浅紫色。②加入过量锌粉能将溶液中Fe3＋还原为Fe2＋，酸化后Fe2＋与KMnO4溶液反应，根据化合价变化可找出关系式为5Fe2＋～MnOeq\o\al(－,4)，根据消耗KMnO4溶液的浓度和体积可知溶液中n(Fe2＋)＝cmol·L－1×V×10－3L×5＝5×10－3cVmol，则该晶体中铁元素的质量分数为eq\f(5×10－3×cVmol×56g·mol－1,mg)×100%或eq\f(5cV×56,m×1000)×100%。[答案](1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3(3)①浅紫色出现②eq\f(5cV×56,m×1000)×100%定量型实验的答题模板(1)巧审题，明确实验目的、原理实验原理可从题给的化学情境(或题目所给的实验目的)并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上，依据可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的实验方案。(2)想过程，理清操作先后顺序根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法和步骤，把握各实验步骤的要点，理清实验操作的先后顺序。(3)看准图，分析装置或流程作用若题目中给出装置图，在分析解答过程中，要认真细致地分析图中各部分装置，并结合实验目的和原理，确定它们在实验中的作用。(4)细分析，得出正确的实验结论在定性实验的基础上研究量的关系，根据实验现象和记录的数据，对实验数据进行筛选，通过分析、计算、推理等确定有关样品含量及化学式。[分点突破]角度一：以测定化学式(组成元素)为实验目的的综合实验1．青蒿素是烃的含氧衍生物，为无色针状晶体。易溶于丙酮、氯仿和苯中，在水中几乎不溶，熔点为156～157℃。青蒿素是有效的抗疟药。从青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理为基础，主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。乙醚浸取法的主要工艺：eq\x(\a\al(青蒿,干燥,剪碎))eq\a\vs4\al(\f(乙醚,操作Ⅰ))提取液操作Ⅱ乙醚粗品eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up17(操作Ⅲ),\s\do5()))精品残渣请回答下列问题：(1)对青蒿进行干燥剪碎的目的是_____________________________________。(2)操作Ⅰ的名称是________，操作Ⅱ的名称是________。(3)用下列实验装置测定青蒿素的分子式，将28.2g青蒿素放在硬质玻璃管C中充分燃烧：①装置E中盛放的物质是________，装置F中盛放的物质是________。②该实验装置可能产生误差，造成测定含氧量偏低，改进方法是_____________________________________________。③已知青蒿素是烃的含氧衍生物，用合理改进后的装置进行实验，称得：装置实验前质量/g实验后质量/gEF青蒿素的最简式是________。(4)某学生对青蒿素的性质进行探究。将青蒿素加入含有NaOH、酚酞的水溶液中，青蒿素的溶解量较小，加热并搅拌，青蒿素的溶解量增大，且溶液红色变浅，说明青蒿素与________(填字母)具有相似的性质。A．乙醇 B．乙酸C．乙酸乙酯 D．葡萄糖[解析](1)用乙醚提取青蒿中的青蒿素，将青蒿剪碎的目的是增大二者的接触面积，提高青蒿中青蒿素的浸取率。(2)由流程图可知操作Ⅰ是将残渣和提取液分离，故操作Ⅰ为过虑；操作Ⅱ是分离开乙醚和青蒿素，故操作Ⅱ为蒸馏。(3)装置E中盛放的是无水CaCl2或P2O5，用于测量青蒿素燃烧生成的水，F中盛放的是碱石灰，用于测量青蒿素燃烧生成的CO2。m(H2O)＝42.4g－22.6g＝19.8g，n(H2O)＝eq\f(19.8g,18g·mol－1)＝1.1mol；m(CO2)＝146.2g－80.2g＝66g，n(CO2)＝eq\f(66g,44g·mol－1)＝1.5mol；28．2g青蒿素中氧元素的物质的量为eq\f(28.2g－1.5mol×12g·mol－1－1.1mol×2g·mol－1,16g·mol－1)＝0.5mol，则青蒿素分子中n(C)∶n(H)∶n(O)＝1.5mol∶1.1mol×2∶0.5mol＝15∶22∶5，故青蒿素的最简式为C15H22O5。[答案](1)增大青蒿素与乙醚的接触面积，提高青蒿素的浸取率(2)过滤蒸馏(3)①无水CaCl2(或P2O5)碱石灰(或其他合理答案)②除去装置左侧通入的空气中的CO2和水蒸气，在装置F后加一个防止空气中的CO2和水蒸气进入F的装置③C15H22O5(4)C角度二：以测定物质含量(纯度)为实验目的的综合实验2．(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3。回答下列问题：(1)a的作用是_____________________________________。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________________________。f的名称是________________。(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________________________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。①d中保留少量水的目的是______________________。②e中主要反应的离子方程式为___________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是______________________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。[解析](1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝eq\f(cV,1000)mol，w(N)＝eq\f(\f(cV,1000)mol×14g·mol－1,mg)×100%＝cV,m)%。C2H5NO2的相对分子质量为75，w(C2H5NO2)＝cV,m)%×eq\f(75,14)＝cV,m)%。[答案](1)避免b中压强过大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中温度下降，管路中形成负压(4)①液封，防止氨气逸出②NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋H2O保温使氨完全蒸出(5)cV,m)cV,m)3．(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(M＝392g·mol－1)又称莫尔盐，简称FAS，其俗名来源于德国化学家莫尔(KarlFriedrichMohr)。它是浅蓝绿色结晶或粉末，对光敏感，在空气中会逐渐风化及氧化，可溶于水，几乎不溶于乙醇。某实验小组利用工业废铁屑制取莫尔盐，并测定其纯度。Ⅰ.莫尔盐的制取回答下列问题：(1)步骤②必须在剩余少量铁屑时进行过滤，其原因是__________________________________(用离子方程式表示)。(2)制取的莫尔盐最后要用________洗涤(填字母)，其目的是________________________________________。a．蒸馏水b．乙醇c．滤液(3)从图中选取必须用的仪器连接成实验室制取(NH4)2SO4溶液的装置，连接的顺序(用接口字母表示)是________________________。Ⅱ.FAS纯度测定为测定FAS纯度，取mg样品配制成500mL溶液，根据物质组成，甲、乙两位同学设计了如下两个实验方案。(1)甲方案：取20.00mLFAS溶液，用0.1000mol·L－1的酸性K2Cr2O7溶液进行滴定。滴定时必须选用的仪器是________(填序号)。(2)乙方案：取20.00mLFAS溶液进行如下实验。列出计算FAS晶体纯度的代数式：___________________(不用计算出结果)。(3)已知实验操作都正确，却发现甲方案的测定结果总是小于乙方案，其可能的原因是_____________________________。设计简单的化学实验验证上述推测：_________________________________________________。[解析]Ⅱ.(2)Wg固体为BaSO4，根据质量守恒可知mg样品中含(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的质量为：eq\f(W,233)×eq\f(1,2)×25×392g，则样品的纯度为eq\f(\f(W,233)×\f(1,2)×25×392g,mg)×100%＝eq\f(196×25W,233m)×100%。(3)已知实验操作都正确，却发现甲方案的测定结果总是小于乙方案，其可能的原因是部分Fe2＋被空气中氧气氧化；取少量FAS溶液放入试管中，加入少量KSCN溶液，若溶液变为红色，说明部分Fe2＋已被空气中氧气氧化。[答案]Ⅰ.(1)Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋(2)b除去晶体表面水分，加速晶体的干燥，防止其氧化变质(3)a接d，e接f(或a、d，e、f，或a→d，e→f)Ⅱ.(1)①④⑤⑥(2)eq\f(392×25W,2×233m)×100%或eq\f(196×25W,233m)×100%(3)部分Fe2＋被空气中氧气氧化取少量FAS溶液放入试管中，加入少量KSCN溶液，若溶液变为红色，说明部分Fe2＋已被空气中氧气氧化(1)定量实验数据的测定方法①沉淀法先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀质量，再进行计算。②测气体体积法对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。(ⅰ)常见测量气体体积的实验装置(ⅱ)量气时应注意的问题a．量气时应保持装置处于室温状态。b．读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。③测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。④滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定或氧化还原滴定等获得相应数据后，再进行相关计算。(2)定量实验数据的处理方法①看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得质量的精度为0.1g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。②看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。③看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。④看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。⑤看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。考向一以制备为主体的综合实验1．(2018·浙江卷)某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后，按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)，进一步制备高纯度还原铁粉。已知：FeC2O4·2H2O难溶于水，150℃开始失结晶水；H2C2O4易溶于水，溶解度随温度升高而增大。请回答：(1)下列操作或描述正确的是________。A．步骤②，H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2＋水解B．步骤③，采用热水洗涤可提高除杂效果C．步骤③，母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4D．步骤③，如果在常压下快速干燥，温度可选择略高于100℃(2)如图装置，经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号，按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次)：开抽气泵→a→b→d→________→c→关抽气泵。a．转移固液混合物；b.关活塞A；c.开活塞A；d.确认抽干；e.加洗涤剂洗涤。(3)称取一定量的FeC2O4·2H2O试样，用硫酸溶解，采用KMnO4滴定法测定，折算结果如下：n(Fe2＋)/moln(C2Oeq\o\al(2－,4))/mol试样中FeC2O4·2H2O的质量分数×10－4×10－4由表中数据推测试样中最主要的杂质是________。(4)实现步骤④必须用到的两种仪器是________(供选仪器：a.烧杯；b.坩埚；c.蒸馏烧瓶；d.高温炉；e.表面皿；f．锥形瓶)；该步骤的化学方程式是______________________________________________________。(5)为实现步骤⑤，不宜用炭粉还原Fe2O3，理由是____________________________________________________。[解析](1)A项，步骤①溶解酸化后溶液已呈酸性，故步骤②时草酸稍过量的主要目的不是酸化抑制Fe2＋的水解，而是保证Fe2＋反应完全，同时防止Fe2＋被氧化，错误；B项，步骤③，采用热水洗涤有利于除去(NH4)2SO4和H2C2O4，提高除杂效果，正确；C项，酸化和加入稍过量的H2C2O4后，发生反应(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4＋H2SO4，故母液中的溶质主要有(NH4)2SO4、H2SO4和H2C2O4，错误；D项，根据题给信息，FeC2O4·2H2O在150℃开始失结晶水，故略高于100℃干燥不影响产物的成分，正确。(2)抽滤完成后，需要洗涤晶体，故应该先打开活塞A，使吸滤瓶内的压强回升，然后添加洗涤剂，待洗涤剂缓慢通过晶体后关闭活塞A，再次确认抽干，打开活塞A防止发生倒吸，最后关闭抽气泵，正确顺序为开抽气泵→a→b→d→c→e→b→d→c→关抽气泵。(3)依据题表中数据得n(Fe2＋)∶n(C2Oeq\o\al(2－,4))＝1∶1，可知试样中最主要的杂质应为(NH4)2SO4。(4)灼烧需要在坩埚中高温加热，故实验必须用到的两种仪器为坩埚和高温炉，即选b、d；FeC2O4·2H2O灼烧的化学方程式为4FeC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe2O3＋8CO2＋8H2O。[答案](1)BD(2)c→e→b→d(3)(NH4)2SO4(4)bd4FeC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe2O3＋8CO2＋8H2O(5)用炭粉还原Fe2O3会引入杂质考向二以原理、性质探究为主体的综合实验2．(2017·北京卷)某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋=Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。(1)检验产物①取少量黑色固体，洗涤后，______________________(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有____________。(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是____________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：序号取样时间/min现象ⅰ3产生大量白色沉淀；溶液呈红色ⅱ30产生白色沉淀；较3min时量少；溶液红色较3min时加深ⅲ120产生白色沉淀；较30min时量少；溶液红色较30min时变浅(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)②对Fe3＋产生的原因作出如下假设：假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；假设b：空气中存在O2，由于___________________________(用离子方程式表示)，可能产生Fe3＋；假设c：酸性溶液中NOeq\o\al(－,3)具有氧化性，可产生Fe3＋；假设d：根据______________________________现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。实验Ⅰ：向硝酸酸化的____________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色。实验Ⅱ：装置如图，其中甲溶液是________，操作及现象是_________________________________________________。(3)根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3＋浓度变化的原因：_______________________________________________。[解析](1)①黑色固体中有Ag和Fe，加入过量稀盐酸，铁粉会全部溶解，若仍有黑色固体剩余，则为银；②本题是Fe2＋的检验，加入铁氰化钾溶液有蓝色沉淀生成，说明溶液中有Fe2＋。(2)①铁粉过量时会与Fe3＋发生反应，方程式为2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；②当空气中的O2存在时，Fe2＋会与之发生氧化还原反应，所以答案为4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，当溶液中存在Ag＋时，Ag＋与SCN－会发生反应Ag＋＋SCN－=AgSCN↓，故会有白色沉淀产生，同时溶液呈红色，说明溶液中有Fe3＋。③实验I要证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的原因，需要发生反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，且存在HNO3及O2的条件下，证明溶液中不存在Fe3＋即可，再考虑控制变量，Ⅰ中选用c(NOeq\o\al(－,3))＝0.05mol/L的Fe(NO3)3溶液，实验Ⅱ需要将反应Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag设计成原电池，右烧杯反应：Ag＋＋e－=Ag，左烧杯反应：Fe2＋－e－=Fe3＋，所以甲溶液选Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液；必须涉及左、右烧杯的现象。(3)ⅰ中溶液呈红色，且烧杯中有黑色固体，说明发生反应①Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag、②Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3；ⅱ中反应①正向进行，c(Fe3＋)增大，c(Ag＋)减小，平衡②正移，红色加深；ⅲ中由于铁粉过量，2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，120min后c(Fe3＋)减小，②逆移，溶液红色变浅。[答案](1)①加入过量的稀盐酸，黑色固体部分溶解(其他答案合理即可)②Fe2＋(2)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋②4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O溶液产生白色沉淀，且随时间变长，白色沉淀减少，红色加深③0.017mol/LFe(NO3)3Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液如图连接装置，电流计指针偏转，左烧杯中溶液变红色，右烧杯中银棒出现黑色固体(3)溶液中存在如下两个平衡：①Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag②Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，随着反应①的进行，c(Fe3＋)增大，平衡②正移，溶液红色加深，随后发生反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，c(Fe3＋)减小，平衡②逆移，溶液红色变浅考向三以成分及含量确定为主体的综合实验3．(2018·江苏卷)碱式硫酸铝溶液可用于烟气脱硫。室温下向一定浓度的硫酸铝溶液中加入一定量的碳酸钙粉末，反应后经过滤得到碱式硫酸铝溶液，反应方程式为(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O=2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4↓＋3xCO2↑生成物(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中x值的大小影响碱式硫酸铝溶液的脱硫效率。(1)制备碱式硫酸铝溶液时，维持反应温度和反应时间不变，提高x值的方法有________________________。(2)碱式硫酸铝溶液吸收SO2过程中，溶液的pH________(填“增大”、“减小”、“不变”)。(3)通过测定碱式硫酸铝溶液中相关离子的浓度确定x的值，测定方法如下：①取碱式硫酸铝溶液25.00mL，加入盐酸酸化的过量BaCl2溶液充分反应，静置后过滤、洗涤、干燥至恒重，得固体2.3300g。②取碱式硫酸铝溶液2.50mL，稀释至25mL，加入0.1000mol·L－1EDTA标准溶液25.00mL，调节溶液pH约为，煮沸，冷却后用0.08000mol·L－1CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO4标准溶液20.00mL(已知Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量数之比均为1∶1)。计算(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(写出计算过程)[解析](1)碱式硫酸铝中“氢氧化铝”的生成原理是：碳酸钙与硫酸铝水解出的氢离子反应，促进硫酸铝水解，生成氢氧化铝。所以，欲提高x值，即提高Al(OH)3的生成量，可以增加碳酸钙的量。也可以在不增加碳酸钙用量的情况下，加快搅拌速率，使二者接触更充分，从而使硫酸铝的水解率增大。(2)二氧化硫是酸性氧化物，吸收二氧化硫必将使碱式硫酸铝溶液的pH减小。(3)见答案[答案](1)适当增加CaCO3的量或加快搅拌速率(2)减小(3)25mL溶液中：n(SOeq\o\al(2－,4))＝n(BaSO4)＝eq\f(2.3300g,233g·mol－1)＝0.0100mol2．5mL溶液中：n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)＝0.1000mol·L－1×25.00mL×10－3L·mL－1－0.08000mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1＝×10－4mol25mL溶液中：n(Al3＋)＝×10－3mol1mol(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中n(Al3＋)＝(2－x)mol；n(SOeq\o\al(2－,4))＝3(1－x)moleq\f(nAl3＋,nSO\o\al(2－,4))＝eq\f(2－x,31－x)＝×10－3mol,0.0100mol)x＝。4．(2017·全国卷Ⅱ)水中溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下：Ⅰ.取样、氧的固定用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定。Ⅱ.酸化，滴定将固氧后的水样酸化，MnO(OH)2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2Oeq\o\al(2－,3)＋I2=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))。回答下列问题：(1)取水样时应尽量避免搅动水体表面，这样操作的主要目的是_____________________________________________________。(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为____________________________________________。(3)Na2S2O3溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和____________________；蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除________及二氧化碳。(4)取100.00mL水样经固氧、酸化后，用amol·L－1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为__________________________________；若消耗Na2S2O3溶液的体积为bmL，则水样中溶解氧的含量为________mg·L－1。(5)上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏________。(填“高”或“低”)[解析]本题采用碘量法测定水中的溶解氧的含量，属于氧化还原滴定。(1)取水样时，若搅拌水体，会造成水底还原性杂质进入水样中，或者水体中的氧气因搅拌溶解度降低逸出。(2)根据氧化还原反应原理，Mn(OH)2被氧气氧化为MnO(OH)2，由此可得方程式2Mn(OH)2＋O2=2MnO(OH)2。(3)一定物质的量浓度溶液的配制还需要容量瓶；加热可以除去溶解的氧气，避免实验结果不准确。(4)该实验用硫代硫酸钠标准液滴定I2，因此终点现象为当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内无变化；根据关系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3可得水样中溶解氧的含量为[(ab×10－3)mol÷4×32g·mol－1×103]÷0.1L＝80abmg·L－1。(5)终点读数时有气泡，气泡占据液体应占有的体积，会导致所测溶液体积偏小，最终结果偏低。[答案](1)避免水底还原性杂质进入水样中(或者防止水体中的氧气逸出)(2)2Mn(OH)2＋O2=2MnO(OH)2(3)容量瓶氧气(4)当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内无变化80ab(5)低题型特点：填空题考向评析：物质制备型综合题常以无机制备、工艺流程制备和有机制备为载体考查仪器的使用，分离和提纯操作，以及实验条件控制等，是高考热点题型；而性质、原理探究、成分确定，常借助物质性质通过元素设计完成，以此考查学生发现问题和解决问题的能力，难度较大。答题启示：①实验设计评价能力培养；②综合实验题中简答题规范性训练。专题跟踪训练(十三)能力练(20分钟50分)非选择题(共50分)1．(16分)三氯化硼是一种重要的化工原料。某同学设计的三氯化硼制备装置如图所示。[查阅资料]①BCl3的熔点为－107.3℃，沸点为12.5℃；②2B＋6HCleq\o(=,\s\up17(△))2BCl3＋3H2；③硼与铝的性质相似，氯化物也易水解，硼也能与碱反应。请回答下列问题：(1)装置A是用高锰酸钾固体与浓盐酸反应制氯气，反应的离子方程式为___________________________________________________。(2)为了完成三氯化硼的制备，装置从左到右的接口连接顺序为________________________。(3)装置E中的试剂为__________，如果拆去装置E，可能的后果是__________________________________。(4)装置D中发生反应前先通入一段时间的氯气，其目的是__________________________，该装置中发生反应的化学方程式为____________________________。(5)BCl3与水能剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾，写出该反应的化学方程式______________________________________________。(6)请设计一个简易实验，验证制得的产品中是否含有硼粉__________________________。[解析](1)装置A中发生反应的离子方程式为2MnOeq\o\al(－,4)＋16H＋＋10Cl－=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)由于制取的Cl2中含杂质HCl、H2O，所以Cl2与硼反应前需要先除去Cl2中含有的杂质，又因为“硼与铝的性质相似，氯化物也易水解”，生成BCl3的装置中应防止水蒸气进入，故右侧应连接盛有浓H2SO4的干燥装置。装置的连接顺序为a→hi→fg→bc→de→j(f和g可互换，b和c可互换)。(3)装置E中的试剂为饱和食盐水，目的是除去Cl2中的HCl；若拆去装置E，杂质HCl与硼反应产生的H2与Cl2混合，加热时可能会引起爆炸。(4)硼粉能与空气中的氧气反应，故反应前应通入Cl2排尽装置中的空气。(5)由“生成硼酸(H3BO3)和白雾”可知该反应为BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl。(6)由“硼也能与碱反应”可知在产品中加入NaOH溶液，若产生气泡，则说明含有硼粉。[答案](1)2MnOeq\o\al(－,4)＋16H＋＋10Cl－=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O(2)a→hi→fg→bc→de→j(f和g可互换，b和c可互换)(3)饱和食盐水HCl与硼反应产生的H2与Cl2混合，加热时可能会引起爆炸(4)通入Cl2以排尽装置中的空气，防止硼被氧化2B＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(△))2BCl3(5)BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl(6)取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，若产生气泡(H2)，则说明含有硼粉2．(18分)Co－60可用于癌症的放射性治疗和蔬菜保鲜。已知：硫钴矿石(主要成分为Co3S4)灼烧会生成Co2O3(黑色)，Co2O3与Al发生铝热反应可生成Co。请回答下列问题：(1)写出“已知”中的两个反应的化学方程式：________________________、______________________。(2)实验室由硫钴矿石(主要成分为Co3S4)灼烧生成Co2O3时，可选用下面的装置__________(填序号)。(3)钴单质可与稀盐酸反应生成CoCl2(蓝色)和H2。CoCl2吸水后会生成不同颜色的物质，如CoCl2·6H2O为粉红色。如图所示为CoCl2·6H2O受热时的温度与质量的关系图。①紫红色物质的化学式为__________，若由粉红色固体制备紫红色固体，可采用的实验装置为__________(从Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中选择)。②由紫红色固体生成蓝紫色固体发生反应的化学方程式为______________________。③综合上述反应过程，钴的氯化物常作为变色硅胶(一种干燥剂)的指示剂，当变色硅胶由蓝色变为粉红色时，即失去干燥能力，该蓝色物质的化学式为_____________________________。[解析](1)由“硫钴矿石(主要成分为Co3S4)灼烧生成Co2O3”可得，该反应的化学方程式为4Co3S4＋25O2eq\o(=,\s\up17(△))6Co2O3＋16SO2。由“铝热反应”可得制备钴的化学反应方程式为Co2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋2Co。(2)灼烧硫钴矿石时需要加热，可选用装置Ⅰ、Ⅱ，但用坩埚灼烧时产生的SO2会污染空气，所以选用装置Ⅰ较好(导出气体可用碱液吸收)。(3)①由25℃时钴盐的质量可知，n(CoCl2·6H2O)＝eq\f(4.76g,238g·mol－1)＝0.02mol；25～52℃减少的质量为H2O的质量，n(H2O)＝eq\f(1.44g,18g·mol－1)＝0.08mol；CoCl2·6H2O失去水分子数＝eq\f(0.08mol,0.02mol)＝4，故紫红色物质的化学式为CoCl2·2H2O。由于失水温度为52℃，需要采用水浴加热，故采用装置Ⅲ。②52～90℃时，减少的质量为H2O的质量，n(H2O)＝eq\f(0.36g,18g·mol－1)＝0.02mol；CoCl2·2H2O失去水分子数＝eq\f(0.02mol,0.02mol)＝1，故蓝紫色物质的化学式为CoCl2·H2O。所以由紫红色固体生成蓝紫色固体的化学方程式为CoCl2·2H2Oeq\o(=,\s\up17(△))CoCl2·H2O＋H2O。③90～120℃时，失去水的物质的量为0.02mol，故蓝色物质为CoCl2。[答案](1)4Co3S4＋25O2eq\o(=,\s\up17(△))6Co2O3＋16SO2Co2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋2Co(2)Ⅰ(3)①CoCl2·2H2OⅢ②CoCl2·2H2Oeq\o(=,\s\up17(△))CoCl2·H2O＋H2O③CoCl23．(16分)亚硝酰氯(NOCl)的沸点为－5.5℃，具有刺鼻恶臭味，溶于发烟硫酸，遇水则分解，是有机合成中的重要试剂。某同学用如图装置，由NO与干燥纯净的Cl2反应制备NOCl。已知：①Cl2的沸点为－34.6℃，NO2Cl的沸点为－15℃；②2NO＋Cl2=2NOCl,2NO2＋Cl2=2NO2Cl。回答下列问题：(1)铜与稀硝酸反应的化学方程式为__________________；装置A中设计了可上下移动的铜丝，其优点是_________________________________________。(2)题图中实验装置的连接顺序：a→_____________________________________________。(3)实验时，先制取氯气使其充满除A、B、C外的整套装置，目的是_____________________________________；装置中充满氯气后，下一步是制取NO，具体操作是_____________________________________________________；E中冰盐水的温度可低至－22℃，其作用是______________。(4)该同学的实验设计可能的不足之处是_______________________________________________________。(5)若无C装置，则不利于NOCl的制备，主要原因是______________________________(用化学方程式表示)。[解析](1)铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。上下移动的铜丝的作用是可以控制反应的开始与停止。(2)由已知②和NOCl遇水则分解可知，需制取纯净的Cl2和NO，并在制备与收集NOCl前后连接干燥管防止水蒸气进入装置，才能制备NOCl，最后还需要尾气处理装置。装置的连接顺序为a→d→e→b→c→i→j→f→g→h。(3)“先制取氯气使其充满除A、B、C外的整套装置”的目的是排尽装置中的空气，以防止NO被氧化成NO2而生成杂质NO2Cl。向下移动铜丝与稀硝酸接触，即可反应制得NO。E中冰盐水的作用是使NOCl冷凝成液态，分离NOCl与尾气。(4)该实验设计中B、C中有少量空气，可能会将NO氧化为NO2，使制备的产物中含杂质NO2Cl。(5)若无C装置，NOCl会与水反应生成HCl和HNO2。[答案](1)3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O可以控制反应的开始与停止(2)d→e→b→c→i→j→f→g→h(3)排尽装置中的空气向下移动铜丝，与稀硝酸接触使NOCl冷凝成液态，分离NOCl与尾气(4)B、C中有少量空气，可能会将NO氧化为NO