新教材适用2024版高考化学二轮总复习第2部分新高考五大题型突破题型突破3化学实验综合题突破点1仪器的选择连接顺序与操作气压原理的应用教师用书

题型突破三化学实验综合题题型功能1.知识考查：考查实验仪器的使用、基本实验操作、物质的分离提纯和检验方法、实验方案的设计与评价、实验条件的控制、实验现象的分析与描述、实验数据的分析处理和有关计算等。2.能力考查：识别典型的实验仪器装置图的能力；用正确的实验操作，完成规定的“学生实验”的能力；观察记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论的能力；初步处理实验过程中的相关安全问题的能力；根据实验试题的要求，设计简单实验方案的能力等。试题情境主要以化学实验基础知识、元素及其化合物性质为载体，有物质性质实验探究、物质制备实验探究、定量测定实验探究或者是上述三种类型的综合。题型结构综合实验题是每年考查能力的综合压轴题，其综合性强、难度大，是一道拉分的主要试题。从题型设计上有评价型实验题、定量测定实验题等。题型1物质制备类综合实验1.(2023·辽宁选考)2-噻吩乙醇(Mr＝128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体，其制备方法如下：Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300mL液体A和4.60g金属钠，加热至钠熔化后，盖紧塞子，振荡至大量微小钠珠出现。Ⅱ.制噻吩钠。降温至10℃，加入25mL噻吩，反应至钠砂消失。Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至－10℃，加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液，反应30min。Ⅳ.水解。恢复室温，加入70mL水，搅拌30min；加盐酸调pH至4～6，继续反应2h，分液；用水洗涤有机相，二次分液。Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4，静置，过滤，对滤液进行蒸馏，蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后，得到产品17.92g。回答下列问题：(1)步骤Ⅰ中液体A可以选择_c__。a．乙醇 b．水c．甲苯 d．液氨(2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是_中含有N原子，可以形成分子间氢键，氢键可以使熔沸点升高__。(3)步骤Ⅱ的化学方程式为2＋2Na→2＋H2↑。(4)步骤Ⅲ中反应放热，为防止温度过高引发副反应，加入环氧乙烷溶液的方法是_将环氧乙烷溶液沿烧杯壁缓缓加入，此过程中不断用玻璃棒进行搅拌来散热__。(5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是_将NaOH中和，使平衡正向移动，增大反应物的转化率__。(6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是_球形冷凝管和分液漏斗__(填名称)；无水MgSO4的作用为_除去水__。(7)产品的产率为_70.0%__(用Na计算，精确至0.1%)。【解析】(1)步骤Ⅰ制钠砂过程中，液体A不能和Na反应，而乙醇、水和液氨都能和金属Na反应，故选c。(2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是：中含有N原子，可以形成分子间氢键，氢键可以使熔沸点升高。(3)步骤Ⅱ中和Na反应生成2-噻吩钠和H2，化学方程式为2＋2Na→2＋H2↑。(4)步骤Ⅲ中反应放热，为防止温度过高引发副反应，加入环氧乙烷溶液的方法是：将环氧乙烷溶液沿烧杯壁缓缓加入，此过程中不断用玻璃棒进行搅拌来散热。(5)2-噻吩乙醇钠水解生成2-噻吩乙醇的过程中有NaOH生成，用盐酸调节pH的目的是将NaOH中和，使平衡正向移动，增大反应物的转化率。(6)步骤Ⅴ中的操作有过滤、蒸馏，蒸馏的过程中需要直形冷凝管不能用球形冷凝管，无需使用的是球形冷凝管和分液漏斗；向有机相中加入无水MgSO4的作用是：除去水。(7)步骤Ⅰ中向烧瓶中加入300mL液体A和4.60g金属钠，Na的物质的量为eq\f(4.60g,23g/mol)＝0.2mol，步骤Ⅱ中Na完全反应，根据方程式可知，理论上可以生成0.2mol2-噻吩乙醇，产品的产率为eq\f(17.92g,0.2mol×128g/mol)×100%＝70.0%。题型2性质、原理探究类综合实验2.(2023·湖北选考)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_既不是氧化剂，又不是还原剂__。(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，mgX完全分解为ng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0.0500g(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0.1000mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00mL。(已知：2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I2，I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))标志滴定终点的现象是_溶液蓝色消失，且半分钟不恢复原来的颜色__，粗品中X的相对含量为_96%__。【解析】(1)由图可知，仪器A的名称为具支试管；铜和浓硝酸反应生成硝酸铜和二氧化氮，其中二氧化氮易溶于水，需要防倒吸，则装置B的作用为防倒吸。(2)根据实验现象，铜片溶解，溶液变蓝，可知在酸性条件下铜和过氧化氢发生反应，生成硫酸铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O；硫酸铜可以催化过氧化氢分解生成氧气，则产生的气体为O2；在铜和过氧化氢的反应过程中，氢元素的化合价没有发生变化，故从氧化还原角度说明H＋的作用是：既不是氧化剂，又不是还原剂。(3)在该反应中铜的质量m(Cu)＝n×eq\f(64,80)＝eq\f(4n,5)，因为eq\f(n,m)＝eq\f(5,6)，则m(O)＝n×eq\f(16,80)＋(m－n)＝eq\f(2n,5)，则X的化学式中铜原子和氧原子的物质的量之比为eq\f(nCu,nO)＝eq\f(\f(4n,5×64),\f(2n,5×16))＝eq\f(1,2)，则X为CuO2。(4)滴定结束的时候，单质碘消耗完，则标志滴定终点的现象是：溶液蓝色消失，且半分钟不恢复原来的颜色；在CuO2中铜为＋2价，氧为－1价，滴定过程中发的反应为2CuO2＋8H＋＋8I－=2CuI↓＋3I2＋4H2O，I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6)，可以得到关系式：2CuO2～3I2～6S2Oeq\o\al(2－,3)，则n(CuO2)＝eq\f(1,3)×0.1mol·L－1×0.015L＝0.0005mol，粗品中X的相对含量为eq\f(0.0005×96,0.05)×100%＝96%。题型3样品纯度测定型综合实验3.(2023·山东选考)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为_检查装置气密性__；判断制备反应结束的实验现象是_当管式炉中没有固体剩余时__。图示装置存在的两处缺陷是_C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置__。(2)已知电负性Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为SiHCl3＋5NaOH=Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①_高温灼烧__，②_冷却__(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为_AC__(填标号)。测得样品纯度为eq\f(135.5m2,60m1)×100%(用含m1、m2的代数式表示)。【解析】氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装置排出，同时D可处理多余的氯化氢气体，据此解答。(1)制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时间后，接通冷凝装置，加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余时，即硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置。(2)已知电负性Cl＞H＞Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为－1，H元素的化合价为－1，硅元素的化合价为＋4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为SiHCl3＋5NaOH=Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。(3)m1g样品经水解，干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化硅的物质的量为n(SiO2)＝eq\f(m2,60)mol，样品纯度为eq\f(\f(m2,60)×28＋1＋35.5×3,m1)×100%＝eq\f(135.5m2,60m1)×100%。突破点1仪器的选择、连接顺序与操作、气压原理的应用1.(2022·山东选考)实验室利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2沸点为76℃，遇水极易反应生成两种酸性气体。回答下列问题：(1)(命题角度：实验操作)实验开始先通N2。一段时间后，先加热装置_a__(填“a”或“b”)。装置b内发生反应的化学方程式为FeCl2·4H2O＋4SOCl2(g)eq\o(=,\s\up7(△))FeCl2＋4SO2＋8HCl。装置c、d共同起到的作用是_冷凝回流SOCl2__。(2)(命题角度：仪器连接)用上述装置，根据反应TiO2＋CCl4eq\o(=,\s\up7(△))TiCl4＋CO2制备TiCl4。已知TiCl4与CCl4分子结构相似，与CCl4互溶，但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯(加热及夹持装置略)，安装顺序为①⑨⑧_⑥⑩③⑤__(填序号)，先馏出的物质为_CCl4__。【解析】SOCl2与H2O反应生成两种酸性气体，FeCl2·4H2O与SOCl2制备无水FeCl2的反应原理为：SOCl2吸收FeCl2·4H2O受热失去的结晶水生成SO2和HCl，HCl可抑制FeCl2的水解，从而制得无水FeCl2。(1)实验开始时先通N2，排尽装置中的空气，一段时间后，先加热装置a，产生SOCl2气体充满b装置后再加热b装置，装置b中发生反应的化学方程式为FeCl2·4H2O＋4SOCl2(g)eq\o(=,\s\up7(△))FeCl2＋4SO2＋8HCl；装置c、d的共同作用是冷凝回流SOCl2。(2)组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯，按由下而上、从左到右的顺序组装，安装顺序为①⑨⑧，然后连接冷凝管，蒸馏装置中应选择直形冷凝管⑥、不选用球形冷凝管⑦，接着连接尾接管⑩，TiCl4极易水解，为防止外界水蒸气进入，最后连接③⑤，安装顺序为①⑨⑧⑥⑩③⑤；由于TiCl4、CCl4分子结构相似，TiCl4的相对分子质量大于CCl4，TiCl4分子间的范德华力较大，TiCl4的沸点高于CCl4，故先馏出的物质为CCl4。2.(2022·海南选考节选)磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收氨气制备(NH4)2HPO4，装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。(1)(命题角度：方程式书写)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)制备氨气的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。(2)(命题角度：简单计算)现有浓H3PO4质量分数为85%，密度为1.7g/mL。若实验需100mL1.7mol/L的H3PO4溶液，则需浓H3PO4_11.5__mL(保留一位小数)。(3)(命题角度：气体压强应用)装置中活塞K2的作用为_平衡气压，防倒吸__。实验过程中，当出现_倒吸__现象时，应及时关闭K1，打开K2。【解析】(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)在加热的条件下制备氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。(2)根据公式c＝eq\f(1000ρw,M)可得，浓H3PO4的浓度c＝eq\f(1000ρw,M)＝eq\f(1000mL/L×1.7g/mL×85%,98g/mol)≈14.7mol/L，溶液稀释前后溶质的物质的量不变，因此配制100mL1.7mol/L的H3PO4溶液，需要浓H3PO4的体积V＝eq\f(0.1L×1.7mol/L,14.7mol/L)≈0.0115L＝11.5mL。(3)由于NH3极易溶于水，因此可选择打开活塞K2以平衡气压，防止发生倒吸，所以实验过程中，当出现倒吸现象时，应及时关闭K1，打开K2。〔思维建模〕1．实验操作顺序(1)与气体有关的实验操作顺序：装置选择与连接→气密性检查→装入固体药品→加液体药品→按程序实验→拆卸仪器。(2)加热操作的顺序①当空气成分(主要是O2)影响实验时，需要在实验开始前通入惰性气体驱除装置内的空气。②实验开始先点燃发生装置酒精灯，排净空气后再点燃反应装置酒精灯。③实验结束时，应先熄灭反应装置酒精灯，继续通原料气至试管冷却，再熄灭发生装置酒精灯。2．有关气体制备实验装置的解题思路知能分点1气体的制备与装置的连接(1)实验装置的连接①装置连接流程②仪器的接口连接顺序总体原则：“自下而上，从左到右”。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(2)常用实验装置分析实验装置主要作用①中橡皮管的作用：平衡压强，使液体能顺利滴下；降低液体体积对气体体积测量的干扰②的作用：干燥或除去气体中的杂质③的作用：干燥气体或吸收气体；防止空气中二氧化碳、水蒸气对实验有干扰④的作用：安全瓶，防止瓶内压强过大⑤的作用：混合气体；干燥气体；通过观察气泡速率控制流量⑥的作用：测量气体体积。读数时注意：装置冷却到室温，上下移动量气管使两侧液面高度一致，平视量气管内凹液面最低处读出数值⑦中仪器名称与作用：a为布氏漏斗，b为抽滤瓶或吸滤瓶，两者组合配合抽气，使抽滤瓶内压强减小，加快过滤的速率(3)气体制备的三类发生装置固体＋固体eq\o(→,\s\up7(△))气体固体＋液体→气体固体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置图说明①氯酸钾与二氧化锰(或高锰酸钾)加热制O2；②氯化铵与氢氧化钙加热制氨气；③试管口略向下倾斜①碳酸钙与稀盐酸制取CO2；②锌粒与稀硫酸制H2；③简易装置要求是块状固体物质①二氧化锰与浓盐酸加热制氯气；②加热要垫上石棉网(4)有毒尾气处理的3种常用方法灼烧式将有毒气体通过灼烧转化为无毒物质(如CO)收集式将有毒气体收集到气球或其他容器中吸收式Cl2、SO2、NO2等酸性气体可用NaOH溶液吸收NO先通入空气，再用NaOH溶液吸收H2S用CuSO4溶液吸收知能分点2气压原理的运用(1)装置的气密性检查①热胀冷缩模型②液面差法模型(2)防倒吸平衡气压①常见的防倒吸装置②常见平衡气压的措施图中橡皮管a、支管b、玻璃管c都有平衡气压的作用。1.(2023·河北邢台三模)过硫酸钾(K2S2O8)可作破胶剂、聚合促进剂、氧化剂，分析试剂等。100℃时分解。实验小组同学预测过硫酸钾(K2S2O8)的分解产物有K2SO4、SO3、SO2和O2，并用下图所示装置验证分解产物中含有SO3和SO2(部分夹持及加热仪器已省略)。(1)(命题角度：试剂的选择)装置D、E中盛放的试剂依次为_c__、_a__(填字母)。装置D、E中均有气泡冒出，还观察到的现象分别为_生成白色沉淀__、_品红溶液褪色__。a．品红溶液 B．NaOH溶液c．BaCl2溶液 D．Ba(NO3)2溶液e．浓H2SO4(2)(命题角度：实验操作)实验时，通入He排尽装置中的空气后，应先加热装置_B__(填“A”或“B”)，其中装置A适合的加热方式为_沸水浴或油浴__。(3)(命题角度：装置的作用)装置B中石棉绒的作用为_增大铁粉与O2的接触面积，使铁粉与O2充分反应，同时防止固体粉末堵塞导管__。【解析】(1)装置D中盛有的氯化钡溶液用于检验三氧化硫，二氧化硫与氯化钡溶液不反应，三氧化硫与水反应生成硫酸，硫酸与氯化钡溶液反应生成硫酸钡白色沉淀；装置E中盛有的品红溶液用于检验二氧化硫，二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色。(2)实验时，通入氦气排尽装置中的空气后，先加热装置B处的酒精灯，再用沸水浴加热装置A，有利于分解生成的氧气与铁粉充分反应，避免干扰硫的氧化物的检验。由题意可知，过硫酸钾在100℃时会发生分解，则装置A的加热方式为沸水浴。(3)装置B中的铁粉分散到石棉绒中可增大铁粉与氧气的接触面积，使铁粉与氧气充分反应，避免干扰硫的氧化物的检验，同时可防止气流速率过快而导致固体粉末堵塞导管。2.(2023·山东枣庄三模)三氯化铬是常用的媒染剂和催化剂，易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化。实验室可利用下面装置模拟制取三氯化铬(K1、K2为气流控制开关)。原理：Cr2O3＋3CCl4eq\o(=,\s\up7(高温))3COCl2＋3CrCl3已知：COCl2气体有毒，遇水发生水解产生两种酸性气体(1)(命题角度：仪器的选择与连接)实验装置合理的连接顺序为a—_hi(或ih)debcf(g)__(填仪器接口字母标号)。(2)(命题角度：实验操作)步骤如下：ⅰ.连接装置，检查装置气密性，装入药品并通N2；ⅱ.加热反应管至400℃；ⅲ.控制开关，加热CCl4，温度保持在50～60℃之间；ⅳ.加热石英管继续升温至650℃，直到E中反应基本完成，切断管式炉的电源；ⅴ.停止A装置水浴加热，……；ⅵ.装置冷却后，结束制备实验。①步骤ⅰ中，开关K1、K2的状态分别为_K1开，K2关__。②补全步骤ⅴ的操作：_继续通入N2一段时间__，其目的是_将COCl2完全排入装置D被充分吸收__。(3)(命题角度：实验装置分析)从安全的角度考虑，整套装置的不足是_升华的三氯化铬易凝华，堵塞导管__。【解析】三氯化铬易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化，所以实验过程中要确保装置内不能存在氧气和水蒸气。A装置的作用是用N2将CCl4导入装置参与反应，B装置的作用是防止水蒸气进入反应装置，C装置的作用是收集气体，D装置是处理COCl2尾气，E装置是发生装置。整个反应流程先用干燥的N2排除装置内空气，然后再通入N2将CCl4气体带入装置，与E中的Cr2O3反应，生成的COCl2有毒气体用C装置收集，与D装置中NaOH溶液反应从而进行吸收处理，为防止D装置中水蒸气进入反应装置，还有在C和D装置中间加一个干燥装置B。(1)根据分析，装置的排序是AECBD。首先用干燥的N2排除装置中空气，则反应前C装置内应该充满N2，要收集的气体为COCl2，其密度大于N2，所以COCl2从d进入。因此，实验装置合理的连接顺序为ahi(或ih)debcf(g)。(2)①K1开，K2关，使得N2能进入装置排尽空气而不会带入CCl4。②反应结束后还需要持续通入N2一段时间，从而将COCl2完全排入装置D被充分吸收。(3)三氯化铬容易受热升华，温度降低后容易在导管内凝华，从而堵塞导管。3.(命题角度：仪器连接和实验操作)(2023·山东济南二模)碳酸钐Sm2(CO3)3(摩尔质量为480g·mol－1)为难溶于水的白色粉末，可用于治疗高磷酸盐血症。回答下列问题：Ⅰ.实验室利用NH3和CO2通入SmCl3溶液中制备水合碳酸钐Sm2(CO3)3·xH2O：(1)装置的连接顺序是a→_c__，_d__←b(填接口字母)。(2)实验有不足之处，改进办法是_需要a和c中间接一个盛有饱和碳酸氢钠的洗气瓶，用来除去二氧化碳中混有的氯化氢______。(3)生成水合碳酸钐的化学方程式为6NH3＋3CO2＋(x＋3)H2O＋2SmCl3=Sm2(CO3)3·xH2O↓＋6NH4Cl。Ⅱ.测定Sm2(CO3)3·xH2O中结晶水的含量：(4)将装置A称重，记为m1g。将提纯后的样品装入装置A中，再次将装置A称重，记为m2g，将装有试剂的装置C称重，记为m3g。按下图连接好装置进行实验。①打开K1、K2和