04第48讲探究性综合实验【答案】作业手册

第48讲探究性综合实验1.(1)浓盐酸(2)漏斗、分液漏斗(3)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,Zn与H+反应使溶液中c(H+)降低,会促进上述平衡正向移动,出现红褐色Fe(OH)3沉淀(4)K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+(5)过量的锌粉也会与盐酸反应产生气体,也能还原Fe3+用磁铁吸引固体(6)加入几滴KSCN溶液,待溶液红色消失后(7)刻蚀覆铜板、金属板刻蚀液、作净水剂等(合理均可)[解析]实验Ⅱ中,向反应瓶中加入过量锌粉,然后加入50mL0.50mol·L-1的FeCl3溶液,搅拌,发生反应2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+、Zn+2H+Zn2++H2↑、Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,一段时间后有气泡产生,反应缓慢,pH逐渐增大,产生了大量红褐色沉淀后,无气泡冒出,此时溶液pH为3~4,收集检验反应过程中产生的气体,集气管口靠近火焰,有爆鸣声,该气体为H2,分离出固体,甲同学提出固体中除了有Fe(OH)3,可能还有铁单质,实验中未检测到Fe单质的原因可能是Fe3+干扰(Fe+2Fe3+3Fe2+)以及Fe(OH)3沉淀对锌粉的包裹,因此可控制反应条件,在未生成Fe(OH)3沉淀时利用过量Zn将Fe3+还原为Fe2+,即可排除两个干扰因素。(1)FeCl3为强酸弱碱盐,铁离子水解而使其溶液呈酸性,水解反应的离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,根据方程式知,为防止铁离子水解,在配制氯化铁溶液时常将FeCl3固体先溶于浓盐酸中,再稀释至指定浓度。(2)将5.00mol·L-1FeCl3溶液稀释成250mL0.50mol·L-1FeCl3溶液,需要250mL容量瓶、胶头滴管、烧杯、玻璃棒、量筒,不需要漏斗、分液漏斗。(3)FeCl3为强酸弱碱盐,铁离子水解而使其溶液呈酸性,水解反应离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,Zn与H+反应使溶液中c(H+)降低,会促进上述平衡正向移动,出现红褐色Fe(OH)3沉淀。(4)取实验后的溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,证明有Fe2+生成,依据的现象是产生蓝色沉淀,原体系中Zn将Fe3+还原生成Fe2+,该反应的离子方程式为2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+。(5)用蒸馏水洗涤固体后、加入足量的稀盐酸并加热,产生气泡,固体全部溶解,再加KSCN溶液,无变化,该现象不能说明固体中一定存在Fe单质,因为过量的锌粉也会与盐酸反应产生气体,也能还原Fe3+。Fe单质具有磁性,Zn单质没有,为了证明沉淀中不含铁单质,方法是用磁铁吸引固体。(6)实验中未检测到Fe单质的原因可能是的Fe3+干扰以及Fe(OH)3沉淀对锌粉的包裹,因此可控制反应条件,在未生成Fe(OH)3沉淀时利用Zn将Fe3+还原为Fe2+,即可排除两个干扰因素,具体操作:重新做实验,当溶液pH为3~4时,不取出固体,向固-液混合物中持续加入盐酸,控制pH<1.2,红褐色沉淀逐渐溶解,产生Fe3+,过量Zn与溶液中的Fe3+、Fe2+、H+反应,加入几滴KSCN溶液,当溶液红色消失,说明无Fe3+,停止加入盐酸,待pH为3~4时,取出固体,固体中检测到Fe单质。(7)FeCl3在生活或生产中可用于刻蚀覆铜板、作金属板刻蚀液、作净水剂等。2.(1)①3d54s1②将四氯化碳吹入管式炉中和Cr2O3反应生成三氯化铬③冰水④Cr2O3+3CCl43COCl2+2CrCl3(2)CH3OH+2CrO42-+10H+2Cr3++7H2O+CO(3)①反应的活化能较高,需要较高温度才能进行②1∶1高锰酸根离子和溶液中氯离子发生了氧化还原反应,导致高锰酸钾溶液用量增加[解析]A中四氯化碳进入装置B中和Cr2O3反应生成三氯化铬,生成物在C中冷凝,尾气进行处理以减少污染。(1)①Cr为24号元素,其基态原子的价层电子排布为3d54s1。②三氯化铬易升华,高温下能被氧气氧化,实验前先往装置A中通入N2,其目的是排尽装置中的空气,防止空气中的氧气氧化三氯化铬,在实验过程中还需要持续通入N2,其作用是将四氯化碳吹入管式炉中和Cr2O3反应生成三氯化铬。③三氯化铬熔点为83℃,则装置C的水槽中应盛有冰水,便于生成物冷凝。④装置B中四氯化碳和Cr2O3反应生成三氯化铬,还会生成光气(COCl2),B中反应的化学方程式为Cr2O3+3CCl43COCl2+2CrCl3。(2)CH3OH将铬酸钠(Na2CrO4)还原为CrCl3,同时甲醇被氧化为二氧化碳气体,离子方程式为CH3OH+2CrO42-+10H+2Cr3++7H2O+CO2↑。(3)①CrCl3与KMnO4在常温下反应,观察不到Cr2O72-的橙色,另一种可能的原因是反应的活化能较高,需要较高温度才能进行,所以必须将反应液加热至沸腾4~5min后,才能观察到反应液由紫红色逐渐变为橙黄色的实验现象。②由表中数据可知,在题述反应条件下,欲将Cr3+氧化为Cr2O72-,高锰酸钾最佳用量为10滴,则CrCl3与KMnO4最佳用量比为10∶10=1∶1;这与由反应10Cr3++6MnO4-+11H2O5Cr2O73.(1)作对比实验,证明(NH4)2S2O8将KI氧化为碘单质,排除氧气氧化碘离子的干扰(2)S2O82-+2I-2SO(3)><(4)强于猜想1(5)蒸馏水2.8mL(6)在实验2-2中与Na2S2O3完全反应后的溶液中,n(S2O82-)仍高于实验2-1中的起始n(S2O82-(7)BC(8)8×10-5[解析](1)实验1-1的目的是作对比实验,证明(NH4)2S2O8将KI氧化为碘单质而使淀粉溶液变蓝色,排除氧气氧化碘离子的干扰。(2)实验1-2中(NH4)2S2O8溶液与KI溶液反应生成碘单质而使淀粉溶液变蓝色,反应的离子方程式为S2O82-+2I-2SO42-+I2。(3)KI溶液中若含有Na2S2O3,溶液并不会立刻变蓝,而会等待一段时间后再变蓝,可能的原因为猜想1:(NH4)2S2O8与Na2S2O3反应速率大于(NH4)2S2O8与KI的反应速率,使溶液中S2O82-浓度降低,化学反应速率变慢;猜想2:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3不反应,而(NH4)2S2O8与KI反应速率小于I2与Na2S2O3的反应速率,所以溶液并不会立刻变蓝。(4)根据资料②I2可与Na2S2O3发生反应:2S2O32-+I2S4O62-+2I-,还原剂的还原性强于还原产物,所以Na2S2O3的还原性强于KI,该事实可验证猜想1:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3(还原性强于KI)反应速率大于(NH4)2S2O8与KI的反应速率,使溶液中S2O82-浓度降低,化学反应速率变慢。(5)表格中①为蒸馏水,根据控制变量法,为了使溶液的总体积相同,2-1应加入2.8mL蒸馏水。(6)在实验2-2中与Na2S2O3完全反应后的溶液中,n(S2O82-)仍高于实验2-1中的起始n(S2O82-),溶液应立即变成蓝色,所以猜想1不成立。(7)由猜想2可知,S2O82-与I-反应生成I2后再与S2O32-反应,S2O32-的初始反应速率由I2浓度决定,实验2-2增加溶液中Na2S2O3浓度,Na2S2O3初始反应速率不会增加,A错误;由猜想2可知,增加溶液中Na2S2O3浓度,溶液变蓝时间可能增加,B正确;增加溶液中Na2S2O3浓度,将生成的碘单质完全反应,溶液可能无法变蓝,C正确;升高溶液温度,反应速率加快,溶液开始变蓝时间可能减小,D错误。(8)根据反应S2O82-+2I-2SO42-+I2和2S2O32-+I2S4O62-+2I-得到关系式:S2O82-~I2~2S2O32-,实验2-2中出现蓝色时,S4.(1)2Fe3++2I-2Fe2++I2(2)①KNO3②正Ag++e-Ag③强④1×10-8(3)向0.1mol·L-1KNO3溶液中滴加2~3滴淀粉KI溶液,再滴加少量浓硫酸(或硝酸),调节溶液pH=6,若溶液变蓝,则说明硝酸有影响,若溶液不变蓝,则说明硝酸无影响[解析](1)实验A中的现象为溶液呈棕黄色,滴加淀粉溶液,溶液变蓝,说明产生了I2,因此A中反应的离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2。(2)①盐桥中电解质可以使用KNO3,若用KCl则其中氯离子会与银离子产生沉淀。②当K闭合时,电流表指针向右偏转,说明形成了原电池,向右偏转则说明石墨2作正极,电极反应为Ag++e-Ag。③当指针归零后,向右侧烧杯中加入更大浓度AgNO3溶液或向左侧烧杯中加入更大浓度KI溶液,指针仍向右偏转,再次发生反应,可知Ag+(或I-)浓度越大,溶液的氧化性(或还原性)越强。④根据Ksp(AgI)=1×10-16,当等体积等浓度KI和AgNO3溶液混合时,溶液中c(Ag+)=c(I-)=Ksp(AgI)=1×10-16mol·L-1=1×10-8mol·L-1。(3)丙同学认为可能是硝酸氧化了I-,那么要先有HNO3生成,故实验步骤为向0.1mol·L-1KNO3溶液中滴加2~3滴淀粉KI溶液,再滴加少量浓硫酸(或硝酸),调节溶液pH=6,5.(1)分液漏斗B干燥H2、并除去挥发出的HCl气体(2)②④①③⑤(3)Na2O2+H22NaOH(4)能(5)①39(m2-[解析](1)根据仪器的结构特点知,装有稀盐酸的仪器的名称为分液漏斗;A装置制得的H2中混有HCl和H2O(g),HCl和H2O(g)会与Na2O2反应,干扰Na2O2与H2的反应,故B装置的作用是干燥H2、并除去挥发出的HCl气体;浓硫酸、无水氯化钙只能干燥H2,不能除去HCl;无水硫酸铜用于检验H2O(g),不用于干燥气体、且不能除去HCl;碱石灰既能干燥H2、又能吸收HCl气体;故B装置中盛放的试剂可以是B。(2)该实验是与气体有关的实验,故先组装好实验装置,检查装置的气密性;由于要加热H2和Na2O2,同时要排除空气中CO2和H2O(g)对实验的干扰,故接着打开止水夹K1和K2,通过分液漏斗向A中滴加稀盐酸,利用H2排出装置中的空气;用小试管收集气体,检验其纯度确定空气是否排尽;然后加热装有Na2O2的硬质玻璃管,使其逐渐熔化,反应一段时间;停止加热,充分冷却后,关闭止水夹K1和K2;即正确的操作顺序为②④①③⑤。(3)在实验过程中观察到C中淡黄色固体逐渐变成白色,无水硫酸铜未变成蓝色,说明反应没有生成H2O,则Na2O2与H2加热反应生成NaOH,反应的化学方程式为Na2O2+H22NaOH。(4)取C中反应的固体少量于试管中,加水后滴加酚酞溶液,若溶液先变红后褪色,说明Na2O2没有反应完全;若溶液仅变红不褪色说明Na2O2反应完全;即只用水和酚酞溶液能检验C中Na2O2