第22讲 化学实验综合（讲义江苏专用）（解析版）

/第22讲化学实验综合内容概览学考要求速览明确考试范围与核心要求必备知识梳理系统整理学科框架与知识高频考点精讲破译重点内容及解题思路考点一物质制备中实验条件的控制考点二新情境下物质制备方案的设计实战能力训练模拟实战，提升解题技能1．知道物质制备过程提纯方法的选择及其实验操作。2．能根据有关反应原理认识制备过程中所采取的措施。3．能根据信息结合有关反应原理书写方程式。一、物质制备中实验条件的控制1．该部分内容包括试剂的作用、用量、状态，温度的控制，pH的调节等，要熟练掌握有关物质的制备原理，理解实验条件控制的目的，知道常见实验条件的控制方法。2．条件的控制控制pH的目的①除去加入的显酸性或显碱性的物质，防止引入杂质；②选择性除去原料中的某种或全部的杂质金属离子；③除去生成物中的酸性物质，防止设备腐蚀；④除去废液中酸性物质、碱性物质、重金属离子，防止环境污染；⑤提供酸性或碱性介质参加反应；⑥与生成物反应促进平衡正向移动控制温度的目的①实验中控制较低的温度可能是防止物质挥发或是增加物质的溶解量或是防止物质分解速率加快②控制温度不能过高，可能是防止发生副反应或从化学平衡移动原理考虑与试剂有关的条件控制①一是试剂的用量、浓度或滴加速度等②二是试剂的状态与固体表面积的大小二、新情境下物质制备方案的设计物质制备实验方案的设计应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。整体思路分析原料成分和制备的物质之间的关系，确定除杂操作和制备反应的先后顺序除杂设计搞清除杂的原理，设计好除杂的先后顺序，一步或多步除去杂质产品获取基本要求纯度高、产率高（一是减少产品的损失，二是防止副反应的发生）控制条件温度（说明具体的温度或范围），pH（指明具体的pH或范围），反应物的浓度或用量，洗涤试剂的选择，是否要趁热过滤等考点一物质制备中实验条件的控制【典型例题】【例1】1．工业上用接触法制硫酸，主要流程包括：①黄铁矿(FeS2)煅烧；②气体净化干燥；③SO2催化氧化；④三氧化硫吸收。实验室模拟该流程制备SO3的装置如图所示。已知：熔点：SO2为-71.6℃，SO3为16.8℃：沸点：SO2为10℃，SO3为45℃。回答下列问题：（1）装置I中反应的产物之一是红棕色固体，则该反应的氧化产物有。装置II中所装试剂是。（2）装置I待反应发生后，撤走酒精喷灯反应可持续进行，原因是。（3）装置IV的作用是。（4）装置V中导管末端是带有许多小孔的玻璃球泡，据此分析：使用装置V的目的是；反应一段时间后观察到V中蓝色变浅，该装置中发生反应的离子方程式为。（5）实验过程中，通入空气不能过快或过慢，过慢可能存在的安全风险是。【答案】（1）Fe2O3、SO2浓硫酸(浓H2SO4)（2）反应放出大量的热，能维持反应所需温度（3）冷凝(或液化)SO3使其与SO2分离（4）充分吸收SO2，防止SO2污染环境（5）液体发生倒吸【分析】本题为利用黄铁矿制备硫酸的实验题，首先在硬质玻璃管中黄铁矿和氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，干燥后二氧化硫被催化氧化为三氧化硫，利用冰水浴除去三氧化硫，在装置V二氧化硫和碘水反应，以此解题。【解析】（1）红棕色固体是氧化铁，黄铁矿在加热条件下和空气中氧气反应的方程式为：，则该反应的氧化产物有Fe2O3、SO2；由图可知，装置II之后是二氧化硫的催化氧化装置，则装置II应该是干燥装置，其中所装的试剂是浓硫酸(浓H2SO4)；（2）装置I中待反应进行后撤走酒精灯，无需持续加热，说明该反应是放热反应，反应放出的热维持反应进行，故答案为：反应放出大量的热，能维持反应所需温度；（3）结合题给信息可知，SO3为16.8℃，则装置IV的作用是冷凝(或液化)SO3使其与SO2分离；（4）玻璃球泡可以增大气体与液体的接触面积，加快溶解速率，则使用装置V的目的是充分吸收SO2，防止SO2污染环境；V中蓝色变浅说明单质碘和二氧化硫发生反应，则该装置中发生反应的离子方程式为，故答案为：充分吸收SO2，防止SO2污染环境；；（5）二氧化硫在水中的溶解度较大，其溶于水后会导致装置中气体压强降低，则实验过程中，通入空气不能过快或过慢，过慢可能存在的安全风险是液体发生倒吸。【即时演练】1．（江苏省泰州市2024-2025学年高二学业水平考试模拟）过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)在常温下为白色，能溶于酸，难溶于水、乙醇，是一种温和的氧化剂，常用作鱼类长途运输的增氧剂等。（1）过氧化钙晶体可用下列方法制备：CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O=CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl。用下图制取装置制备过氧化钙晶体：①装置A中发生反应的化学方程式为。②仪器X的名称为。③为提高CaO2·8H2O的产率，装置B的温度需控制在0℃，可采取的方法是。（2）测定产品中CaO2·8H2O含量的实验步骤如下：步骤一：准确称取0.5000g产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的KI晶体，再滴入2mol·L－1的硫酸溶液，充分反应。步骤二：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液，逐滴加入浓度为0.200mol·L－1的Na2S2O3溶液至反应完全，滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液的体积为20.00mL。求产品中CaO2·8H2O的质量分数。(写出计算过程)已知：CaO2·8H2O＋2KI＋2H2SO4=CaSO4＋K2SO4＋I2＋10H2O；I2＋2S2O=2I－＋S4O。【答案】（1）2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O分液漏斗将装置B置于冰水浴中（2）n(Na2S2O3)＝0.200mol·L－1×20.00×10－3L＝0.004mol由关系式“CaO2·8H2O～I2～2S2O”可知，n(CaO2·8H2O)＝×0.004mol＝0.002mol，m(CaO2·8H2O)＝0.002mol×216g·mol－1＝0.432g则样品中CaO2·8H2O的质量分数为w(CaO2·8H2O)＝×100%＝86.4%【分析】氯化铵与氢氧化钙加热生成氨气，氨气、双氧水、氯化钙生成过氧化钙，以此分析；【解析】（1）①根据分析装置A中，氯化铵与氢氧化钙加热生成氨气；故答案为：2NH4Cl＋Ca(OH)2≜CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；②X为分液漏斗；故答案为：分液漏斗；③为提高CaO2·8H2O的产率，装置B的温度需控制在0℃，故需要将装置B置于冰水浴中；故答案为：将装置B置于冰水浴中；（2）n(Na2S2O3)＝0.200mol·L－1×20.00×10－3L＝0.004mol，由关系式“CaO2·8H2O～I2～”可知，n(CaO2·8H2O)＝12×0.004mol＝0.002mol，m(CaO2·8H2O)＝0.002mol×216g·mol－1＝0.432g，则样品中CaO2·8H2O的质量分数为w(CaO2·8H2O)＝×100%＝86.4%；故答案为：（见解析）。2．某同学为了获取在制备过程中，沉淀颜色的改变与氧气有关的实验证据，用图示装置进行了如下实验。实验步骤：Ⅰ．向三颈瓶中加入饱和溶液，按图示连接装置(夹持装置已略去，气密性已检查)；Ⅱ．打开磁力搅拌器，立即加入溶液；Ⅲ．采集三颈瓶内空气中体积分数和溶液中浓度的数据。实验现象：三颈瓶中生成白色絮状沉淀，沉淀迅速变为灰绿色，一段时间后部分变为红褐色。实验数据：回答下列问题：（1）搅拌的目的是。（2）生成白色絮状沉淀的离子方程式为。（3）沉淀由白色变为红褐色发生反应的化学方程式为。（4）通过上述实验，可得到“在制备过程中，沉淀颜色改变与氧气有关”的结论，其实验证据是。（5）结合上述实验，提出制备过程中应注意的事项(回答一项即可)。【答案】（1）使沉淀与氧气充分接触（2）（3）（4）瓶内空气中、溶液中含量均降低，沉淀颜色改变（5）制备过程中防止与氧气接触【分析】该实验的实验目的是探究氢氧化亚铁白色沉淀的颜色变化与氧气的关系。【解析】（1）由题意可知，向饱和硫酸亚铁溶液中加入氢氧化钠溶液时，搅拌的目的是使饱和硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液充分混合反应生成氢氧化亚铁沉淀，使沉淀与氧气充分接触，故答案为：使沉淀与氧气充分接触；（2）生成白色絮状沉淀的反应为饱和硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液反应生成氢氧化亚铁白色絮状沉淀和硫酸钠，反应的离子方程式为，故答案为：；（3）沉淀由白色变为红褐色发生的反应为氢氧化亚铁与氧气和水反应生成氢氧化铁，反应的化学方程式为，故答案为：；（4）据题图可以知道，瓶内空气中、溶液中O2含量均降低，沉淀颜色发生改变，说明O2参与反应瓶内反应，且氢氧化亚铁的沉淀颜色改变，则说明氢氧化亚铁制备过程中，氢氧化亚铁沉淀的颜色改变与氧气有关，故答案为：瓶内空气中、溶液中含量均降低，沉淀颜色改变；（5）由实验可知，氢氧化亚铁制备过程中，氢氧化亚铁易与氧气和水反应生成氢氧化铁，所以制备过程中应防止或隔绝反应溶液、氢氧化亚铁沉淀与氧气接触，故答案为：制备过程中防止与氧气接触。考点二新情境下物质制备方案的设计【典型例题】【例2】（江苏省2025年普通高中学业水平合格性考试）KIO3可用作食品添加剂，其制备步骤如下：步骤I

一定条件下发生反应：6I2+11KClO3+3H2O6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑。步骤II

将KH(IO3)2转化为KIO3。步骤III获取KIO3晶体并测定其纯度。（1）在如图所示装置中进行步骤I实验，反应完成后，加热煮沸一段时间，冷却，得KH(IO3)2晶体。①下列说法正确的是。A．反应说明I2的氧化性强于Cl2B．加热煮沸可提高溶液中KH(IO3)2的浓度C．KH(IO3)2的溶解度随温度的降低而减小②反应时需冷凝回流，原因是。（2）写出步骤II中KH(IO3)2溶液与KOH溶液反应生成KIO3的化学方程式：。（3）为测定所得产品的纯度，进行如下实验：称取0.8560gKIO3样品，配成250.00mL溶液；取出25.00mL，酸性条件下加入足量的KI，发生反应5I-++6H+=3I2+3H2O；再向其中滴加0.1000mol·L-1Na2S2O3溶液，发生反应I2+=2I-+，反应恰好完全时，滴入Na2S2O3溶液的体积为22.80mL。计算样品中KIO3(摩尔质量为214g·mol—1的质量分数(写出计算过程)。【答案】（1）C碘单质易升华，减少碘的损失，提高反应物的利用率和产物产率；（2）（3）95%【解析】（1）根据反应方程式：6I2+11KClO3+3H2O6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑，I2在该反应作还原剂，Cl2作还原产物，I2的还原性强于Cl2；故A不对；加热煮沸会使碘单质更易升华，不利于生成KH(IO3)2；故B不对；题干中冷却一段时间后可得KH(IO3)2晶体，所以KH(IO3)2的溶解度随温度的降低而减小；故C对；碘单质加热易升华，为了提高碘单质的利用率反应需要冷凝回流；（2）步骤II中将KH(IO3)2转化为KIO3，加入KOH溶液，该反应的化学方程式为：；（3）；，，；【即时演练】1．（江苏省2024年普通高中学业水平合格性考试）实验室模拟工业制备铁黄()，装置如图所示。（1）在三颈烧瓶内加入溶液，在80℃条件下鼓入空气并滴加溶液，控制溶液的为4.5∼5.0，充分反应，得棕黄色悬浊液。①可表示为，。②反应生成的离子方程式为。③棕黄色悬浊液经、洗涤、烘干、研磨，得到产品。（2）为测定制得的产品中铁元素的含量，准确称取样品，将其溶于浓盐酸，用还原剂将溶液中的完全还原为，再滴入溶液，发生反应，恰好完全反应时，滴入的溶液体积为。计算样品中铁元素的质量分数(写出计算过程)。【答案】（1）14Fe2++O2+8OH-=4↓+2H2O过滤（2）50.4%【分析】三颈烧瓶中，在80℃条件下向溶液中鼓入空气并滴加溶液，控制溶液的为4.5∼5.0，反应得棕黄色悬浊液，即得到，离子方程式为：4Fe2++O2+8OH-=4↓+2H2O，经过过滤、洗涤、烘干、研磨得到产品。【解析】（1）①中原子个数：Fe：O：H=1：2：1，可表示为，Fe原子个数为2，根据比例，O原子个数为4，H原子个数为2，故1；②根据分析，反应生成的离子方程式为：4Fe2++O2+8OH-=4+2H2O；③棕黄色悬浊液经过滤、洗涤、烘干、研磨，得到产品；（2）根据题意可找出关系式：，故样品中铁元素的质量分数：。1．（江苏省连云港市2024-2025学年普通高中学考模拟）电池级草酸亚铁晶体是制备锂电池的重要原料。实验室模拟工业制备电池级草酸亚铁晶体的装置如图所示：在三颈烧瓶中加入草酸溶液，控制温度为90℃左右，滴加硫酸亚铁溶液，搅拌、过滤、洗涤、干燥获得草酸亚铁产品。（1）通入的目的是。（2）反应过程中获得草酸亚铁晶体的化学方程式为。（3）为测定所制得样品中的质量分数，进行如下实验：准确称量1.810g样品，加热氧化分解，固体残留率(剩余固体质量与原始固体质量比率)随温度变化的曲线如图所示。计算样品中的质量分数。（4）将草酸亚铁、磷酸铵、碳酸锂、葡萄糖等为原料，在一定条件下可制得电极材料磷酸铁锂。在充电时变成和，则参与电极反应，理论上需要(填写“得到”或“失去”)电子的物质的量为。【答案】（1）防止氧化（2）（3）99.45%（4）失去xmol【分析】利用草酸与硫酸亚铁铵反应制备草酸亚铁晶体，分析实验仪器的使用，探究所得产品的纯度；【解析】（1）由于易被空气中氧气氧化，所以需要通，防止被氧化，故答案为：防止氧化；（2）控制温度为90℃左右，与生成，故方程式为：；故答案为：；（3）第一阶段，剩余固体的质量为原始固体的80.1%，则固体质量减少，可以优先考虑失去结晶水的质量，则n()=，则n()=0.01mol，则m()=，故的质量分数为；故答案为：99.45%；（4）充电时变成和，电极反应式为，故参与电极反应，理论上需要失去xmol电子，故答案为：失去

xmol。2．（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）碱式氯化铜为绿色或墨绿色的结晶性粉末，难溶于水，可溶于稀酸和氨水，在空气中能够稳定存在。Ⅰ.模拟制备碱式氯化铜。向溶液中通入，同时滴加稀盐酸，调节至，控制反应温度于70~80℃，实验装置如题图所示(部分夹持装置已省略)。（1）仪器的作用是。（2）实验室利用装置制备，圆底烧瓶中盛放的固体药品可能是。（3）反应过程中，需控制稀盐酸不能过量的原因是。（4）反应结束后，将装置A中反应容器内的混合物过滤，经提纯得产品无水碱式氯化铜；从滤液中还可以获得的副产品是(填化学式)。Ⅱ.无水碱式氯化铜组成的测定。（5）称取少量产品，加稀硝酸溶解，得到待测液。①取待测液，加入足量的氢氧化钠，经过滤，洗涤，低温烘干，称量得到的蓝色固体质量为。②取待测液，加入溶液，完全沉淀时消耗溶液的体积为。则无水碱式氯化铜的化学式是(写出计算过程)。【答案】（1）防倒吸（2）或或碱石灰（3）产品碱式氯化铜会溶于过量的稀盐酸中，影响产率(答案合理即可)（4）（5）n(Cu2+)=n[Cu(OH)2]=，n(Cl-)=n(Ag+)=0.400mol/L×30.00×10-3L=0.012mol，根据电荷守恒，n(OH-)=0.024mol×2-0.012mol=0.036mol，x:y:z=2:3:1，所以无水碱式氯化铜的化学式是Cu2(OH)3Cl【分析】氨气采用固液常温型，加入氧化钙或者氢氧化钠遇水放热促进氨气的挥发，b可以防止氨气倒吸，向CuCl2溶液中通入NH3，同时滴加稀盐酸，调节pH至5.0~5.5，控制反应温度于70~80℃，模拟制备碱式氯化铜，然后进行滴定测含量，据此回答。【解析】（1）NH3极易溶于水，仪器b的作用是防倒吸；（2）根据分析可知，圆底烧瓶中盛放的固体药品可能是NaOH或CaO或碱石灰，遇水放热促进氨气的挥发；（3）反应过程中，需控制稀盐酸不能过量的原因是：产品碱式氯化铜会溶于过量的稀盐酸中，影响产率；（4）该反应为氯化铜、氨气和盐酸反应，部分氨气会和盐酸反应生成氯化铵，作为副产物；（5）n(Cu2+)=n[Cu(OH)2]=，n(Cl-)=n(Ag+)=0.400mol/L×30.00×10-3L=0.012mol，根据电荷守恒，n(OH-)=0.024mol×2-0.012mol=0.036mol，x:y:z=2:3:1，所以无水碱式氯化铜的化学式是Cu2(OH)3Cl。3．某化学小组模拟工业生产制取HNO3，设计如图所示装置，其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮球。

（1）装置图中盛装碱石灰的仪器名称是，分别写出装置A、装置B中发生反应的化学方程式、。（2）装置D中发生反应的现象为。（3）装置F可用盛有溶液的洗气瓶来进行尾气处理。（4）干燥管中的碱石灰用于干燥NH3，某同学思考是否可用无水氯化钙代替碱石灰，并设计如图所示装置(仪器固定装置省略未画)进行验证，实验步骤如下：

①用烧瓶收集满干燥的氨气，立即塞上如图所示的橡胶塞。②正立烧瓶，使无水氯化钙固体滑入烧瓶底部，摇动，可以观察到的现象是，由此，该同学得出结论：不能用CaCl2代替碱石灰。（5）反应结束后，向E中溶液中投入48.0gCu，当Cu反应完时，共产生标准状况下的20.16L气体(NO和NO2)，则消耗的HNO3溶液中溶质的物质的量为。【答案】（1）球形干燥管2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O4NH3+5O24NO+6H2O（2）有红棕色气体产生（3）NaOH（4）气球膨胀（5）2.4mol【分析】A装置中氯化铵和氢氧化钙共热制取氨气，氨气经过碱石灰干燥进入B装置，B装置中氨气与a鼓入的氧气反应生成NO和H2O，生成的NO经过C中浓硫酸干燥，干燥后的NO与D中氧气反应生成NO2，最后NO2进入E中与水反应生成硝酸，F为尾气处理装置，用于吸收多余的NO和NO2。【解析】（1）装置图中盛装碱石灰的仪器名称为球形干燥管。装置A中氯化铵和氢氧化钙共热制取氨气，化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，装置B中氨气、氧气在催化剂、加热条件下反应生成NO和水，化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。（2）装置D中NO和氧气反应生成NO2，实验现象为有红棕色气体产生。（3）装置F用于吸收多余的NO、NO2，因此可用盛有NaOH溶液的洗气瓶进行尾气处理。（4）氨气能与无水氯化钙反应生成CaCl2·8NH3，随着氨气的消耗，烧瓶内压强减小，气球膨胀。（5）48gCu为0.75mol，Cu与硝酸反应，最终全部转化为硝酸铜，则最后生成硝酸铜0.75mol，此时有硝酸根离子1.5mol，此外标况下20.16L(NO和NO2)的混合气体物质的量为0.9mol，根据N原子守恒，参与反应的硝酸的物质的量为1.5mol+0.9mol=2.4mol，则消耗的HNO3溶液中溶质的物质的量为2.4mol。4．实验室利用如下装置制备四氯化钛TiCl4。已知TiCl4常温下为无色液体，沸点为回答下列问题：（1）仪器a的名称为，装置B中试剂为。（2）D中的试剂应选用(填序号)，以确保实验顺利进行。①碱石灰

②P2O5

③无水硫酸铜（3）装置E中发生反应的化学方程式为(已知另一种产物为常见的无毒气体)；装置E右端塞一团棉花球的目的是。（4）装置F中长导管的作用是；每制取2.85gTiCl4，转移电子的物质的量为（5）该实验装置中存在一处明显的缺陷，改进的措施是。【答案】（1）圆底烧瓶饱和食盐水（2）③（3）TiO2+C+2Cl2=高温TiCl4+CO2（4）冷凝回流TiCl40.06（5）在F、G之间接一个盛有浓硫酸的洗气瓶或将G装置换成盛碱石灰的干燥管【分析】浓盐酸和MnO2反应生成Cl2，该反应放热，A中溶液温度升高，导致部分水受热变为水蒸气，浓盐酸易挥发，所以得到的氯气中含有HCl、水蒸气，B中饱和食盐水用于除去HCl，TiCl4与水剧烈反应，C中浓硫酸用于干燥氯气，D中盛放无水硫酸铜检验水蒸气是否除尽，E中发生反应TiO2+C+2Cl2=高温TiCl4+CO2得到TiCl4，TiCl4常温下为无色液体，所以F用于收集TiCl4【解析】（1）仪器a为圆底烧瓶，B中试剂为饱和食盐水，用于除去氯气中的氯化氢；（2）D中盛放无水硫酸铜检验水蒸气是否除尽；（3）E中发生反应TiO2+C+2Cl2=高温TiCl4+CO2（4）F中长导管作用是冷凝回流TiCl4；