高考化学二轮复习 第14讲 化学实验综合应用练习

第14讲化学实验综合应用一、小题对点练1．(·全国新课标Ⅰ，26)乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下：相对分子质量密度/(g·cm－3)沸点/℃水中溶解性异戊醇880.8123131微溶乙酸601.0492118溶乙酸异戊酯1300.8670142难溶实验步骤：在A中加入4.4g异戊醇、6.0g乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片。开始缓慢加热A，回流50min，反应液冷至室温后倒入分液漏斗中，分别用少量水，饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯3.9g。回答下列问题：(1)仪器B的名称是________。(2)在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是______；第二次水洗的主要目的是________。(3)在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后________(填标号)。a．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出b．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出c．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出d．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出(4)本实验中加入过量乙酸的目的是__________________________________。(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是____________________________。(6)在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是________(填标号)。(7)本实验的产率是________(填标号)。a．30%b．40%c．60%d．90%(8)在进行蒸馏操作时，若从130℃便开始收集馏分，会使实验的产率偏_________(填“高”或“低”)，其原因是___________________________。解析(1)仪器B是球形冷凝管，起冷凝回流作用。(2)第一次水洗，主要洗去大部分硫酸和未反应的醋酸，第二次水洗除去的是NaHCO3杂质。(3)乙酸异戊酯的密度小于水，在水层的上方。分液时应先将水层从分液漏斗下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出。(4)该反应为可逆反应，加入过量乙酸的目的是提高异戊醇的转化率。(5)加入无水MgSO4固体的目的是除去混合物中的少量水分，起干燥作用。(6)蒸馏操作中，需要测定的是馏分的温度，所以温度计水银球应放在蒸馏烧瓶的支管口处，b和c中温度计位置均正确，但c中的冷凝装置为球形冷凝管，它一般用作反应装置，主要用于冷凝回流反应物，使反应更彻底，故只有b项正确。(7)据OHO＋OHeq\o(,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))OO＋H2O可知，4.4g异戊醇完全反应消耗3.0g乙酸，故乙酸有剩余，则生成乙酸异戊酯的理论产量为6.5g，故该反应的产率为eq\f(3.9g,6.5g)×100%＝60%。(8)异戊醇的沸点为131℃，蒸馏时，若从130℃开始收集馏分，将会有一部分未反应的异戊醇被蒸出，使产率偏高。答案(1)球形冷凝管(2)洗掉大部分硫酸和醋酸洗掉碳酸氢钠(3)d(4)提高醇的转化率(5)干燥(6)b(7)c(8)高会收集少量未反应的异戊醇2．(·温州联考)某化学研究性学习小组拟对一种焰火原料(由两种短周期的常见金属单质组成的合金粉末)进行探究。请完成下列探究报告。[探究目的]探究该焰火原料的组成[资料检索]①Mg2＋的检验方法：取2滴待检液，加入2滴2mol·L－1的NaOH溶液，再加入1滴镁试剂(Ⅰ)染料(对硝基苯偶氮间苯二酚)，若出现沉淀并吸附镁试剂(Ⅰ)染料呈天蓝色，表示待检液中含有Mg2＋，Ag＋、Cu2＋、Fe3＋、NHeq\o\al(＋,4)会妨碍Mg2＋的检验。②Mg(OH)2可溶于浓的氯化铵溶液，其他的常见不溶碱难溶于氯化铵。[探究思路]确定焰火原料所含金属的种类[实验探究](1)甲同学进行了初步实验，实验步骤和实验现象如下。请填写下表：实验序号实验步骤实验现象结论①取少量该焰火原料加入冷水中无明显现象②取少量该焰火原料加入稀盐酸中完全溶解，有大量气体产生，溶液呈无色(2)乙同学取第②组实验的溶液，加入镁试剂(Ⅰ)染料，得出合金中不含镁。乙的结论________(填“正确”或“错误”)，你的理由是________________。(3)丙同学设计实验方案，确定焰火原料中的金属种类，实验记录如下所示：由丙的实验记录可知，该焰火原料是由________和________两种金属组成的合金；向滤液中加入足量氢氧化钠溶液后需煮沸，煮沸的理由是__________。解析由题意知①中把焰火原料加入冷水中无明显现象，说明该合金中不含与冷水反应的金属，则锂、钠等活泼金属不存在，由②可知金属能与盐酸反应放出气体，则其可能由短周期金属元素铍、镁、铝三种金属中的任意两种组成。答案(1)①不含锂(Li)、钠(Na)等活泼金属②可能含铍(Be)、镁(Mg)、铝(Al)三种金属中的任意两种(2)错误由资料知，检验Mg2＋的反应必须在碱性条件下进行(3)铝(或Al)镁(或Mg)(顺序可互换)将NHeq\o\al(＋,4)转化为NH3，煮沸促进其逸出，防止NHeq\o\al(＋,4)干扰Mg2＋的检验3．(·湖州模拟)某课外活动小组设计了以下实验方案验证Ag与浓HNO3反应的过程中可能产生NO。其实验流程图如下：(1)测定硝酸的物质的量反应结束后，从如图B装置中所得100mL溶液中取出25.00mL溶液，用0.1mol·L－1的NaOH溶液滴定，用酚酞作指示剂，滴定前后的滴定管中液面的位置如右上图所示。在B容器中生成硝酸的物质的量为________，则Ag与浓硝酸反应过程中生成的NO2的物质的量为________。(2)测定NO的体积①从上图所示的装置中，你认为应选用________装置进行Ag与浓硝酸反应实验，选用的理由是____________。②选用上图所示仪器组合一套可用来测定生成NO体积的装置，其合理的连接顺序是____________(填各导管口编号)。③在读取量筒内液体体积之前，应进行的操作___________________________________________________________________________________________。(3)气体成分分析若实验测得NO的体积为112.0mL(已折算到标准状况)，则Ag与浓硝酸反应的过程中________(填“有”或“没有”)NO产生，作此判断的依据是_______________________________________________________________________。解析本题根据Ag和浓HNO3反应原理，考查了酸碱中和滴定及气体成分的分析方法。(1)根据图示消耗NaOH溶液的体积为20.00mL，n(HNO3)＝20.00×10－3L×0.1mol·L－1×4＝0.008mol。n(NO2)＝eq\f(0.008mol,2)×3＝0.012mol。(2)装置A可以利用N2排尽装置内的气体，防止NO被氧化，所以选用装置A。其装置顺序为A→B→C→E，为了减少误差，在读取NO体积时，一是要冷却到室温；二是量筒内液面应和集气瓶内液面相平。(3)根据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO0．012mol0.004molV(NO)＝0.004mol×22.4L·mol－1＝0.0896L<0.112L，所以有NO产生。答案(1)0.008mol0.012mol(2)①A因为A装置可以通入N2将装置中的空气排尽，防止NO被空气中O2氧化②123547③等液体冷却到室温，并使集气瓶和量筒内液面相平(3)有因为NO2与水反应生成的NO的体积小于收集到的NO的体积(89.6<112.0)4．(·广东理综，33)H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。(1)某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30%H2O2、0.1mol·L－1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。①写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：___________________________________________________________________________________________________________________________________。②设计实验方案：在不同H2O2浓度下，测定________(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。③设计实验装置，完成如图所示的装置示意图。④参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。物理量实验序号V[0.1mol·L－1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……(2)利用图(a)和图(b)中的信息，按下图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的________(填“深”或“浅”)，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)①过氧化氢在Fe3＋催化下分解成水和O2，根据O元素的化合价变化，可得：；②在不同H2O2浓度下，需测定相同时间内，产生氧气的体积的多少，或生成相同体积氧气所需时间的多少。③可用如图所示装置测定。④根据“控制变量法”的要求，两个对比实验应使反应混合物中Fe2(SO4)3的浓度相同，H2O2的浓度不同。(2)由图(a)知，过氧化氢的分解反应为放热反应，由图(b)知NO2转化为N2O4的反应为放热反应，故图(c)中，右侧烧杯温度高于左侧烧杯温度，即B瓶中的温度高于A瓶。温度升高，平衡2NO2(g)N2O4(g)，向逆反应方向进行，B瓶中的二氧化氮浓度增大，颜色比A瓶颜色深。答案(1)①②生成相同体积的氧气所需的时间(或相同时间内，生成氧气的体积)③④V(H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2)mLt/s1b2bed22bbef或V(H2O2)/mLV(H2O)/mLt/sV(O2)mL1b2bed22bbef(2)深因为过氧化氢分解是放热反应，2NO2(g)N2O4(g)也是放热反应，所以B瓶温度高于A瓶，温度升高，平衡逆向移动，二氧化氮浓度增大，颜色加深5．某研究小组利用下图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。(1)MgCO3的分解产物为___________________________________________。(2)装置C的作用是___________________，处理尾气的方法为____________。(3)将研究小组分为两组，按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末(纯净物)，两组分别用产物进行以下实验。步骤操作甲组现象乙组现象1取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡2取步骤1中溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液蓝色沉淀蓝色沉淀3取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液变红无现象4向步骤3溶液中滴加新制氯水红色褪去先变红，后褪色①乙组得到的黑色粉末是____________。②甲组步骤1中反应的离子方程式为___________________________________________________________________________________________________。③乙组步骤4中，溶液变红的原因为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；溶液褪色可能的原因及其验证方法为__________________________________________________________________________________________________。④从实验安全考虑，上图装置还可采取的改进措施是_____________________________________________________________________________________。解析(1)MgCO3eq\o(=,\s\up7(△))MgO＋CO2↑；(2)CO2＋Zneq\o(=,\s\up7(△))ZnO＋CO装置C的作用是吸收剩余的CO2气体，以防止对观察澄清石灰水是否变浑浊造成影响；由于最后出来的气体中含有CO，所以用点燃法除去CO。(3)由于该黑色粉末是纯净物，乙组中，步骤1溶解有气泡，说明得到的是铁粉；甲组中根据“蓝色沉淀”，证明溶解后含Fe2＋；根据“变红”，证明溶解后还含有Fe3＋，所以得到的是Fe3O4。甲组中根据加入氯水红色褪去，说明氯水能氧化SCN－，而乙组中，由于Fe2＋的还原性大于SCN－，所以Fe2＋首先被氧化成Fe3＋，溶液变红，当氯水过量时，又把SCN－氧化，红色褪去。因为Fe3＋并没有发生变化，可用再加入KSCN溶液的方法观察是否恢复红色来验证。(4)由于CO2气体易和NaOH发生反应，所以为了防止倒吸，应在B、C之间添加防倒吸装置E。答案(1)MgO、CO2(2)除去CO2点燃(3)①Fe②Fe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O③Fe2＋被氧化为Fe3＋，Fe3＋遇SCN－显红色可能是因SCN－被Cl2氧化而使溶液褪色假设SCN－被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN溶液，若出现红色，则假设成立(其他合理答案均可)④在装置B、C之间添加装置E以防倒吸(其他合理答案均可)6．(·全国卷Ⅱ，28)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下实验。①氨的测定：精确称取wgX，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1mLc1mol·L－1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2mol·L－1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2mLNaOH溶液。②氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。回答下列问题：(1)装置中安全管的作用原理是____________。(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用________式滴定管，可使用的指示剂为________。(3)样品中氨的质量分数表达式为________。(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验，若气密性不好，测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。(5)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是________________；滴定终点时，若溶液中c(Ag＋)＝2.0×10－5mol·L－1，c(CrOeq\o\al(2－,4))为________mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12](6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为________。制备X的化学方程式为__________________；X的制备过程中温度不能过高的原因是__________________。解析(3)实验①中，从样品液中蒸出的n(NH3)＝V1×10－3L×c1mol·L－1－V2×10－3L×c2mol·L－1＝(c1V1－c2V2)×10－3mol，样品中氨的质量分数为eq\f(（c1V1－c2V2）×10－3mol×17g·mol－1,wg)×100%＝eq\f(（c1V1－c2V2）×10－3×17,w)×100%。(4)若装置气密性不好，有部分NH3逸出，而不能被HCl吸收，则剩余的HCl的物质的量会增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中计算式可知测得m(NH3)变小，NH3的含量偏低。(5)滴定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是防止AgNO3见光分解，根据Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrOeq\o\al(2－,4)(aq)及Ksp的表达式得：c(CrOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(Ksp,c2（Ag＋）)＝eq\f(1.12×10－12,（2.0×10－5）2)mol·L－1＝2.8×10－3mol·L－1。(6)由n(Co)∶n(NH3)∶n(Cl)＝1∶6∶3，则知X为[Co(NH3)6]Cl3，故Co的化合价为＋3价，制备X的过程中温度不能过高的原因是防止H2O2分解，NH3逸出。答案(1)当压力过大时，安全管中液面上升，使A瓶中压力稳定(2)碱酚酞(或甲基橙)(3)eq\f(（c1V1－c2V2）×10－3×17,w)×100%(4)偏低(5)防止AgNO3见光分解2.8×10－3mol·L－1(6)＋32CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2=2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O温度过高，H2O2分解，氨气逸出7．(·宁波联考)乙酸正丁酯是一种重要化工原料，某实验小组利用图1、图2装置合成乙酸正丁酯(夹持装置已略去)，发生的化学反应为：CH3COOH＋CH3CH2CH2CH2OHeq\o(,\s\up10(浓硫酸),\s\do10(△))CH3COOCH2CH2CH2CH3＋H2O可能用到的有关数据见下表：相对分子质量沸点/℃eq\f(密度,（g·cm－3）)水中溶解性正丁醇74117.20.80微溶乙酸60118.11.05易溶乙酸正丁酯116126.50.90微溶实验步骤如下：①在图1的圆底烧瓶中，装入7.0g正丁醇和7.0g冰醋酸，再加入3～4滴浓硫酸。②如图1所示，安装分水器和回流冷凝管。加热圆底烧瓶，待反应基本完成后，停止加热③冷却后将分水器中分出的酯层和圆底烧瓶中的反应液一起倒入分