题型突破专项练(五)探究实验-2025版世纪金榜二轮化学收官专项辅导与训练

题型突破专项练(五)探究实验(36分钟40分)1.(12分)(2024·济南模拟)三氯化铬(CrCl3)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。某化学小组用Cr2O3和CCl4(沸点76.8℃)在高温下制备无水CrCl3,同时生成COCl2气体,实验装置如图所示。已知:COCl2气体有剧毒,遇水发生水解产生两种酸性气体。回答下列问题:(1)实验装置合理的连接顺序为a→i→j→g→h→b→c→d→e→i→j→f(填仪器接口字母标号,部分仪器可重复使用)。(2分)(2)实验开始时,先加热装置A,仪器M中生成一种无毒气体,发生反应的化学方程式为NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O。

在实验过程中需要持续通入M中产生的气体,其作用是排尽装置内的空气,防止CrCl3在高温下被O2氧化,同时把四氯化碳吹入石英管中和Cr2O3反应生成CrCl3(或吹出生成的CrCl3和COCl2)。(3分)

(3)实验过程中为了形成稳定的CCl4气流,对E装置加热的最佳方式是(76.8℃以上)水浴加热,装置E中长颈漏斗的作用是平衡压强(或调节的气体流速或检验后面装置是否堵塞)。(2分)

(4)从实验安全的角度考虑,图示装置中存在的缺陷是升华出的CrCl3易凝华,堵塞导管(或连接B、C装置的导管过细)。(1分)

(5)为了进一步探究CrCl3的化学性质,某同学取试管若干支,分别加入10滴0.1mol·L-1CrCl3溶液,并用4滴2mol·L-1H2SO4溶液酸化,再分别加入不同滴数的0.1mol·L-1KMnO4溶液,并在不同的温度下进行实验,反应现象记录于表中。KMnO4的用量(滴数)在不同温度下的反应现象25℃90~100℃1紫红色蓝绿色溶液2~9紫红色黄绿色溶液,且随KMnO4滴数增加,黄色成分增多10紫红色澄清的橙黄色溶液11~23紫红色橙黄色溶液,有棕褐色沉淀,且随KMnO4滴数增加,沉淀增多24~25紫红色紫红色溶液,有较多的棕褐色沉淀①CrCl3与KMnO4在常温下反应,观察不到含Cr2O72-的溶液的橙色,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,可能的原因是反应的活化能较高需要较高温度反应才能进行(或常温下反应速率较慢,氯离子参与反应使得生成物较少同时降低了氢离子浓度使生成的产物以CrO42-②对表中数据进行分析,在上述反应条件下,欲将Cr3+氧化为Cr2O72-,与KMnO4最佳用量比为1∶1。这与由反应10Cr3++6MnO4-+11H2O5Cr2O72-+6Mn2++22H+所推断得到的用量比不符【解析】A中NH4Cl与NaNO2反应生成N2,化学方程式为NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O,N2经过装置F的干燥,可排尽装置内的空气,防止CrCl3在高温下被O2氧化,同时将四氯化碳吹入石英管中和Cr2O3反应生成CrCl3(或吹出生成的CrCl3和COCl2),E装置用于产生CCl4蒸气,CCl4蒸气进入B中与Cr2O3发生反应,生成CrCl3和COCl2,装置C用于收集CrCl3,装置D用于处理尾气,为防止装置D中的水进入装置,使CrCl3潮解,再C、D之间加入装置F。(1)实验装置合理的连接顺序为a→i→j→g→h→b→c→d→e→i→j→f;(2)装置A中,NH4Cl与NaNO2在加热条件下反应生成N2,化学方程式为NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O;实验过程中持续通N2,是为了排尽装置内的空气,防止CrCl3在高温下被O2氧化,同时把四氯化碳吹入石英管中和Cr2O3反应生成CrCl3(或吹出生成的CrCl3和COCl2);(3)CCl4沸点为76.8℃,因此对E装置加热的最佳方式是(76.8℃以上)水浴加热;E中长颈漏斗是为了平衡压强(调节的气体流速、检验后面装置是否堵塞);(4)升华出的CrCl3易凝华,堵塞导管(连接B、C装置的导管过细);(5)①CrCl3与KMnO4在常温下反应,观察不到含Cr2O72-的溶液的橙色,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,可能是反应的活化能较高需要较高温度反应才能进行(或常温下反应速率较慢,氯离子参与反应使得生成物较少同时降低了氢离子浓度使生成的产物以Cr②由表可知,当KMnO4的用量为10滴时,恰好得到澄清的橙黄色溶液,即将Cr3+氧化为Cr2O72-,与KMnO4最佳用量比为1∶1;反应10Cr3++6MnO4-+11H2O5Cr2O72-+6Mn2++22H+中推测Cr3+和KMnO4用量比为5∶3,实际为1∶2.(16分)室温下,将去氧化膜的镁条投入0.1mol·L-1NH4Cl溶液中,产生大量气泡。某兴趣小组对产生气泡的化学原理设计如下实验进行探究。实验Ⅰ验证气体的成分。用小试管收集气体,移近酒精灯火焰,产生爆鸣声,从而确认了气体的成分。实验Ⅱ探究产生气体的原理。[提出假设]i.大量气泡由Mg与H2O分子反应而产生ii.大量气泡由Mg与NH4+水解产生的Hiii.大量气泡由Mg与NH4[验证假设]甲同学按照编号顺序进行实验探究:编号操作现象结论1将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的蒸馏水中镁条表面变红,振荡后红色扩散;一段时间后镁条表面又变红;气泡不明显假设i不成立2将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的0.1mol·L-1NH4Cl溶液中镁条表面不变红,产生大量气泡,随着镁条溶解逐渐出现红色浑浊假设ii或假设iii成立3__?__

镁条表面不变红,产生大量气泡,随着镁条溶解逐渐出现红色浑浊假设iii成立回答下列问题:(1)NH4+水解的离子方程式为NH4++H2ONH3·H2O+H+。(2)现象1“镁条表面变红”以及现象2“红色浑浊”均表明生成了Mg(OH)2(填化学式);镁条与0.1mol·L-1NH4Cl溶液产生的气体为H2(填化学式)。(4分)(3)已知:Kb(NH3·H2O)=Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,则浓度均为0.1mol·L-1的①NH4Cl溶液、②CH3COOH溶液、③CH3COONH4溶液,pH由小到大的顺序为②<①<③(填标号)。(2分)

(4)操作3为将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的0.1mol·L-1CH3COONH4溶液中。(2分)

(5)根据实验现象,甲同学认为假设iii成立,即镁条会使NH4Cl的水解平衡左移(填“左移”“右移”或“不移”)。(2分)

(6)乙同学认为,甲同学的推理不够严密,还有一种可能是假设ii成立。(2分)

(7)实验发现等pH的盐酸、稀硫酸与镁反应时,盐酸速率更快,丙同学从中得到启发,认为操作1不够严密应改为“将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的0.1mol·L-1NaCl溶液中”。(2分)

【解析】(1)铵根离子在溶液中发生水解反应生成一水合氨,使溶液呈酸性,水解的离子方程式为NH4++H2ONH3·H2O+H+(2)由镁条表面变红和红色浑浊可知镁与氯化铵溶液反应有Mg(OH)2生成;由用小试管收集气体,移近酒精灯火焰,产生爆鸣声可知镁与氯化铵溶液反应生成的气体为H2。(3)由电离常数可知,氯化铵溶液中铵根离子水解使溶液呈酸性,醋酸溶液中醋酸电离使溶液呈酸性,醋酸铵溶液中醋酸根离子和铵根离子都水解,但水解程度相当,溶液呈中性,则浓度均为0.1mol·L-1的三种溶液的pH由小到大的顺序为②<①<③。(4)由操作3说明假设iii成立可知,实验时应选择醋酸铵中性溶液探究大量气泡产生是镁与铵根离子反应而产生,则实验操作为将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的0.1mol·L-1醋酸铵溶液中。(5)铵根离子在溶液中存在水解平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,若假设iii成立,加入的镁与铵根离子反应,反应物的浓度减小,(6)铵根离子在溶液中存在水解平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,若假设ii成立,镁与水解生成的氢离子反应生成氢气和镁离子,镁离子与一水合氨反应也能生成氢氧化镁沉淀,则乙同学认为甲同学的推理不够严密的原因是假设ii(7)由等pH的盐酸、稀硫酸与镁反应时,盐酸速率更快可知,氯离子能促使镁与氢离子的反应,为探究镁与氯化铵溶液反应与溶液中氯离子无关,应将5mm长的去氧化膜镁条投入滴有酚酞的0.1mol·L-1氯化钠溶液中排除氯离子对反应的影响。3.(12分)(2024·济南模拟)三氯六水合铬[Cr(H2O)6]Cl3为蓝色晶体,化学兴趣小组在实验室用Zn作还原剂,将[Cr(H2O)6]Cl3中的三价铬还原为二价铬,再与醋酸钠溶液作用制备醋酸亚铬水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O。[Cr(CH3COO)2]2·2H2O(M=376g·mol-1)是红色固体,不溶于冷水和乙醚,微溶于乙醇,易溶于盐酸,易被氧化。兴趣小组的同学查阅资料得知三价铬的化合物通常是绿色或紫色,二价铬离子通常呈蓝色。实验步骤:Ⅰ.称取10g无水CH3COONa于d中,加入24mL去氧水配成溶液。Ⅱ.c中加入16g锌粒和7.995g[Cr(H2O)6]Cl3(M=266.5g·mol-1),加入12mL去氧水,溶解得到深绿色溶液。Ⅲ.关闭K2,打开K1、K3,c中溶液逐渐由绿色变为蓝色。Ⅳ.当c中仍有大量气泡产生时,打开K2,关闭K1、K3。待c中液体流入d中,搅拌形成红色沉淀。Ⅴ.对d中混合物进行“一系列操作”后称量,得到5.000g产品。实验装置如图所示。回答下列问题:(1)[Cr(H2O)6]Cl3的配体是H2O。(1分)

(2)装置a的名称是恒压滴液漏斗,装置b的作用是液封、防氧化。(2分)

(3)步骤Ⅲ中c溶液由绿色变为蓝色,发生反应的离子方程式是Zn+2Cr3+===Zn2++2Cr2+。(2分)

(4)步骤Ⅳ中过量的锌粒与盐酸继续反应产生H2,目的是产生的氢气越多则压强越大,达到一定程度就会使c中溶液流入d中,从而制得目标产物。(2分)

(5)步骤Ⅴ中对d中混合物进行的“一系列操作”包括过滤、CB(填标号)、干燥。(1分)

A.用乙醇洗涤B.用乙醚洗涤C.用去氧水洗涤(6)[Cr(CH3COO)2]2·2H2O的产率是88.7%(保留小数点后一位)。导致该实验结果偏高的原因可能是d装置与空气相通,制得的产品被氧化。(4分)

【解析】醋酸亚铬易与氧气反应,则制备实验中应避免接触氧气,实验时,将过量的锌粒与氯化铬固体置于c中,加入少量去氧水,按图连接好装置,关闭K2,打开K1、K3,盐酸与锌反应生成氢气,可将装置内空气排出,避免亚铬离子被氧化,且发生反应Zn+2Cr3+===Zn2++2Cr2+,可观察到c中溶液由绿色逐渐变为蓝色,打开K2,关闭K1、K3,c中压强增大,可将蓝色溶液压入d,生成红色沉淀。(1)[Cr(H2O)6]Cl3中的配体是H2O;(2)装置a是恒压滴液漏斗,b的作用是液封、防氧化;(3)步骤Ⅲ中c溶液由绿色变为蓝色,发生反应的离子方程式是Zn+2Cr3+===Zn2++2Cr2+;(4)步骤Ⅳ中过量的锌粒与盐酸继续反应产生H2,产生的氢气越多则压