题型逐点通关练(六)　实验方案的设计与评价-2025版世纪金榜二轮化学收官专项辅导与训练

题型逐点通关练(六)实验方案的设计与评价(45分钟48分)1.(8分)(2024·滨州二模节选)纳米级TiO2广泛用于化妆品和功能纤维领域。实验室利用普通TiO2制备纳米xTiO2·yH2O并测定其组成(夹持装置略去)。已知:①TiO2可发生反应TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。②TiCl4易挥发,沸点136.4℃,极易与水反应,与HCl气体不反应。③PdCl2在盐酸中的存在形式为[PdCl4]2-,可吸收CO生成黑色颗粒Pd。Ⅰ.制备TiCl4(1)制备TiCl4时进行操作:(i)组装仪器,检验装置气密性;(ii)添加药品;(iii)打开分液漏斗活塞,接通电炉(其他合理表述均得分),

接通冷凝装置,开始实验。(2分)(2)F中试剂为PdCl2的盐酸溶液,发生反应的离子方程式为[PdCl4]2-+CO+H2O===Pd↓+CO2+2H++4Cl-。(2分)

(3)该实验设计存在的缺陷是装置D和装置E之间没有干燥装置。(2分)

Ⅱ.制备xTiO2·yH2O以N2为载体,用TiCl4和水蒸气反应得到Ti(OH)4,再控制温度生成纳米xTiO2·yH2O。Ⅲ.测定纳米xTiO2·yH2O的组成步骤i:取纳米xTiO2·yH2O样品4.54g,用足量稀硫酸溶解得到TiOSO4溶液,再用Al将TiO2+全部还原为Ti3+,过滤、洗涤,将滤液和洗涤液注入500mL容量瓶,定容得到待测液。步骤ii:取待测液25.00mL,用如图装置进行电位滴定。用0.1000mol·L-1标准NH4Fe(SO4)2溶液滴定,将Ti3+氧化为TiO2+,指示电极的电位随Ti3+浓度变化而变化,通过测量指示电极的电位变化确定滴定终点。(4)E表示指示电极的电位,V表示标准溶液的体积,ΔE表示指示电极的电位改变量,ΔV表示标准溶液体积的增量,下列所示滴定终点附近的图像正确的有BC(填字母)。(2分)

【解析】装置A中高锰酸钾和浓盐酸反应产生的氯气中含有水蒸气,通过装置B中的浓硫酸除去,然后氯气在电炉内与二氧化钛、碳粉发生反应,用装置D冷凝回流,获得液态四氯化钛,四氯化钛易水解,故应在后面连接干燥管,防止E中的水蒸气进入装置D,用E吸收氯气,用F吸收CO。(1)制备TiCl4时进行操作:(i)组装仪器,检验装置气密性;(ii)添加药品;(iii)打开分液漏斗活塞,接通电炉,接通冷凝装置,开始实验,即先用氯气排净装置中的空气。(2)F中试剂为PdCl2的盐酸溶液,根据得失电子守恒以及电荷、原子守恒知,发生反应的离子方程式为[PdCl4]2-+CO+H2O===Pd↓+CO2+2H++4Cl-。(3)因为四氯化钛易水解,则该实验设计存在的缺陷是装置D和装置E之间没有干燥装置。(4)采用电位滴定法进行滴定,随着NH4Fe(SO4)2的滴入,指示电极的电位逐渐增大,达到滴定终点时,指示电极电位存在突跃,选项B中有突跃的过程,则B正确;滴定终点时指示电极存在突跃,加入少量标准液时指示电极电位(ΔE)即有较大变化,即在滴定终点时数值变化很大,则C正确;故选BC。【加固训练】连四硫酸钠(Na2S4O6)可延长血液凝结时间,也可用作修饰剂。某小组设计实验探究连四硫酸钠的性质,装置如图所示。回答下列问题:实验中,观察到A中产生气体和浅黄色固体,B中溶液褪色,C中溶液变红,D中不产生沉淀,E中产生白色沉淀。(1)从环保角度分析,本实验应改进之处是本实验尾气没有处理,应用氢氧化钠溶液吸收尾气。

(2)连四硫酸钠保存不当会变质,设计简单实验证明连四硫酸钠已变质:取少量连四硫酸钠溶于水,加入足量盐酸,再滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,则连四硫酸钠已变质。

【解析】由实验中,发现A中产生气体和浅黄色固体,B中溶液褪色,C中溶液变红,D中不产生沉淀,E中产生白色沉淀知,A中Na2S4O6与盐酸反应,生成SO2和S单质,SO2使B中的品红溶液褪色,由于SO2是酸性气体,能使C中紫色石蕊溶液变红,SO2通入D中与氯化钡溶液不反应,不能产生白色沉淀,通入E中,由于E中的硝酸根离子在酸性条件下有强氧化性,能够将SO2氧化为硫酸根离子,硫酸根离子与钡离子生成硫酸钡白色沉淀。(1)本实验尾气没有处理,应用氢氧化钠溶液吸收尾气,防止污染。(2)连四硫酸钠保存不当会变质,会被空气中的氧气氧化,故检验硫酸根离子即可证明连四硫酸钠是否变质,取少量连四硫酸钠溶于水,加入足量盐酸,再滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,则连四硫酸钠已变质。2.(10分)三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}(Mr=491),0℃时在水中溶解度为4.7g,100℃时溶解度为117.7g,难溶于乙醇,是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。实验室中先利用如图所示装置制备FeC2O4·2H2O(夹持装置略去),后续再制取三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。回答下列问题:实验一:FeC2O4·2H2O晶体的制备(1)打开K1、K3和K4,关闭K2,向装置A中加入稍过量的稀硫酸。A中有气体产生,该气体的作用是将B中空气排尽,避免Fe2+被空气中氧气氧化。(2分)

(2)收集H2并验纯后,打开K2,关闭K1、K3,让A中浅绿色溶液流入B中,以生成FeC2O4,并分离得FeC2O4·2H2O晶体。(2分)

实验二:三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体的制备(3)将实验一得到的FeC2O4·2H2O溶于水,加入H2O2、H2C2O4和K2C2O4,酒精灯微热并不断搅拌,反应制得K3[Fe(C2O4)3],冷却、过滤、洗涤、干燥。①“微热、搅拌”过程中,温度不宜过高的原因是H2O2受热易分解,降低产率。(2分)

②过滤后需用乙醇洗涤,其优点是减少晶体损失,提高产率;

乙醇易挥发,有利于获得干燥产品。(4分)

【解析】(1)A中产生氢气,可以将B中空气排尽,避免Fe2+被空气中氧气氧化。(2)打开K2,关闭K1、K3,A中压强增大,将产生的硫酸亚铁溶液压入B中,与草酸溶液反应。(3)①升温和搅拌都可以加快反应速率,温度过高,H2O2分解,降低产率。②三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体难溶于乙醇,故过滤后用乙醇洗涤,减少晶体损失,提高产率,且乙醇易挥发,有利于获得干燥产品。3.(10分)二氯异氰尿酸钠(C3N3O3Cl2Na,M=220g·mol-1)是一种新型的杀菌剂,具有高效、安全、便于存储运输的特点。实验室利用NaClO溶液和氰尿酸(C3H3N3O3)溶液在10℃以下制备二氯异氰尿酸钠,实验装置如图所示。已知:1.2NaClO+C3H3N3O3C3N3O3Cl2Na+NaOH+H2OΔH<02.二氯异氰尿酸钠难溶于冷水,受热易分解出有毒气体。回答下列问题:(1)B装置的作用是除氯气中的氯化氢。(2分)

(2)上述装置存在一处缺陷会导致装置C中产率降低,改进的方法是把三颈烧瓶放在盛有冷水的水槽中。

改进后产率得到提升,原因是2NaClO+C3H3N3O3C3N3O3Cl2Na+NaOH+H2O,正反应放热,降低温度使平衡正向移动;二氯异氰尿酸钠受热易分解,降低温度能防止二氯异氰尿酸钠分解。(6分)

(3)反应结束后,装置C中的浊液经过滤、洗涤、干燥等一系列操作得到粗品。(2分)

【解析】A制备氯气,B装置除氯气中的氯化氢,先把氯气通入氢氧化钠溶液中生成次氯酸钠,再向次氯酸钠溶液中滴入氰尿酸(C3H3N3O3)溶液生成二氯异氰尿酸钠,D装置吸收氯气,防止污染。(1)A中生成的氯气中含有杂质HCl,HCl消耗NaClO降低目标产物的产率,所以B装置中盛放饱和食盐水,作用是除氯气中的氯化氢。(2)上述装置存在一处缺陷是三颈烧瓶处缺少冷却装置,导致装置C中产率降低,改进的方法是把三颈烧瓶放在盛有冷水的水槽中,改进后产率得到提升,原因是2NaClO+C3H3N3O3C3N3O3Cl2Na+NaOH+H2O,正反应放热,降低温度使平衡正向移动;二氯异氰尿酸钠受热易分解,降低温度能防止二氯异氰尿酸钠分解。(3)反应结束后,装置C中的浊液经过滤、洗涤、干燥等一系列操作得到粗品。4.(10分)实验室模拟“高炉煤气”(主要成分为CO、N2、H2S)和金属冶炼厂尾气(含SO2)为原料制备硫代硫酸钠晶体[Na2S2O3·5H2O]。Na2S2O3·5H2O可通过在溶液中发生下列反应制得:S+Na2SO3+5H2ONa2S2O3·5H2O。补充完整制取Na2S2O3·5H2O晶体的实验方案:称取2.0g硫粉置于50mL烧杯中,加少量乙醇使其湿润,再称取6.0g亚硫酸钠固体置于同一烧杯中,加入一定量蒸馏水,加热并搅拌,充分反应一段时间后,趁热过滤、蒸干,冷却后将乙醇加入烧杯,静置过滤,并用乙醇洗涤晶体,晾干。

(实验中还需要使用的试剂有乙醇、蒸馏水。)已知:Na2S2O3·5H2O不溶于乙醇,其在水中的溶解度如表:温度/℃010203040溶解度/g50.259.770.183.2104【解析】称取2.0g硫粉置于50mL烧杯中,加少量乙醇使其湿润,再称取6.0g亚硫酸钠固体置于同一烧杯中,加入一定量蒸馏水,加热并搅拌,充分反应一段时间后,趁热过滤、蒸干,冷却后将乙醇加入烧杯,静置过滤,并用乙醇洗涤晶体,晾干。5.(10分)(2024·南通模拟节选)实验室以FeS2为原料制备磷酸亚铁晶体[Fe3(PO4)2·8H2O],其部分实验过程如图所示:(1)检验“还原”已完全的实验操作为取少量“还原”后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液(或亚铁氰化钾);。(2分)

(2)向过滤后的滤液中加入Na2HPO4,并用氨水或CH3COONa调节溶液pH,“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。①若使用CH3COONa调节溶液pH,“共沉淀”反应的离子方程式为3Fe2++2HPO42-+2CH3COO-+8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓+2CH3COOH。②不使用NaOH调节溶液pH的原因是NaOH碱性强,容易造成局部pH过高,生成Fe(OH)2等杂质。(2分)

③补充完整利用如图所示装置(夹持装置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的实验方案:向三颈烧瓶中加入抗坏血酸溶液,向三颈烧瓶中滴加CH3COONa-Na2HPO4混合溶液至混合液pH≈4,

再向三颈烧瓶中滴加FeSO4溶液,通过调节恒压滴液漏斗a、b的活塞,控制溶液pH为4~6,

充分搅拌一段时间,过滤,洗涤固体,真空干燥。(已知:所用抗坏血酸溶液pH=2.8,当溶液pH控制在4~6时,所得晶体质量最好。恒压滴液漏斗a、b中分别盛放FeSO4溶液和CH3COONa-Na2HPO4混合液。)(4分)【解析】(1)“还原”时,硫酸铁用二硫化亚铁还原生成硫酸亚铁和硫沉淀,反应已完全应检验溶液中无铁离子,其实验操作为取少量“还原”后的溶液于试管中,滴加KSCN溶液(或亚铁氰化钾)。(2)①若使用CH3COONa调节溶液pH,“共沉淀”反应生成Fe3(PO4)2·8H2O和醋酸,其反应的离子方程式为3