高考化学备考优生百日闯关系列专题综合制备实验和性质实验含解析

高考化学备考优生百日闯关系列专题综合制备实验和性质实验含解析

专题11 综合制备实验和性质实验 ‎1．【2016年江苏卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）是常用的抗氧化剂，在空气中、受热时均易分解。实验室制备少量Na2S2O5的方法：在不断搅拌下，控制反应温度在40℃左右，向Na2CO3过饱和溶液中通入SO2，实验装置如下图所示。‎ 当溶液pH约为4时，停止反应，在20℃左右静置结晶。生成Na2S2O5的化学方程式为 ‎2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O ‎（1）SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3和CO2，其离子方程式为____________________。‎ ‎（2）装置Y的作用是______________________________。‎ ‎（3）析出固体的反应液经减压抽滤、洗涤、25℃～30℃干燥，可获得Na2S2O5固体。‎ ‎①组成减压抽滤装置的主要仪器是布氏漏斗、________________和抽气泵。‎ ‎②依次用饱和SO2水溶液、无水乙醇洗涤Na2S2O5固体。用饱和SO2水溶液洗涤的目的是______。‎ ‎（4）实验制得的Na2S2O5固体中含有一定量的Na2SO3和Na2SO4，其可能的原因是______。‎ ‎【答案】（1）2SO2+CO32-+H2O=2HSO3-+CO2 （2）防止倒吸 （3）①抽滤瓶；‎ ‎②减少Na2S2O5的在水中的溶解；‎ ‎（4）在制备过程中Na2S2O5分解生成生Na2SO3，Na2SO3被氧化生成Na2SO4。‎ ‎2．【2016年浙江卷】无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，装置如图1，主要步骤如下： ‎ 步骤1 三颈瓶中装入10 g镁屑和150 mL无水乙醚；装置B中加入15 mL液溴。‎ 步骤2 缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。‎ 步骤3 反应完毕后恢复至室温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至0℃，析出晶体，再过滤得三乙醚合溴化镁粗品。‎ 步骤4 常温下用苯溶解粗品，冷却至0℃，析出晶体，过滤，洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至160 ℃分解得无水MgBr2产品。‎ 已知：①Mg和Br2反应剧烈放热；MgBr2具有强吸水性。‎ ‎②MgBr2+3C2H5OC2H5MgBr2·3C2H5OC2H5‎ 请回答：‎ ‎（1）仪器A的名称是____________。实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是___________。‎ ‎（2）如将装置B改为装置C（图2），可能会导致的后果是___________。‎ ‎（3）步骤3中，第一次过滤除去的物质是___________。‎ ‎（4）有关步骤4的说法，正确的是___________。‎ A．可用95%的乙醇代替苯溶解粗品 B．洗涤晶体可选用0℃的苯 C．加热至160℃的主要目的是除去苯 D．该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴 ‎（5）为测定产品的纯度，可用EDTA（简写为Y4-）标准溶液滴定，反应的离子方程式：‎ Mg2++ Y4-====Mg Y2-‎ ‎①滴定前润洗滴定管的操作方法是__________。‎ ‎②测定前，先称取0.2500g无水MgBr2产品，溶解后，用0.0500 mol·L-1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50 mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是________________________（以质量分数表示）。 ‎ ‎【答案】（1）干燥管 防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg和Br2的反应 ‎（2）会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患（3）镁屑（4）BD ‎（5）①从滴定管上口加入少量待测液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2-3次 ②97.5%‎ 物质的制备与性质实验是高考常考点，一般以选择题、工艺流程题、实验题形式出现。考查学生对综合实验的处理能力及运用化学知识解决化学实验中具体问题的能力，该部分内容源于教材，高于教材，起点高，落点低。在复习备考中重视物质的性质，实验基本操作，物质的分离提纯。‎ 一、物质制备实验方案设计的注意事项 ‎1、实验操作顺序：装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。‎ ‎2、加热操作先后顺序的选择：若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，产生气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)‎ ‎；②保证产品纯度，阻止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。‎ ‎3、实验中试剂或产物防止变质或损失 ‎（1）实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。‎ ‎（2）易挥发的液体产物要及时冷却。‎ ‎（3）易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)。‎ ‎（4）注意防止倒吸的问题。‎ ‎4、仪器药品的准确描述 ‎（1）实验中所用试剂名称，如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液；澄清石灰水；饱和碳酸氢钠溶液等。‎ ‎（2）仪器名称：如坩埚、研钵、100 mL容量瓶。‎ ‎5、会画简单的实验装置图：考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。‎ ‎6、实验装置的改进如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管等。‎ 二、对于设计给定条件下的物质制备方案这一类题目，在解答时一定要遵循物质制备方案设计的几条基本原则，对涉及的原料、基本化学反应原理、实验程序和仪器、设备等进行深入的研究，精心取舍，才能得出正确的答案．建议掌握如下几点：‎ ‎（1）熟练掌握常见气体的制备方法，在气体实验室制备方案设计时应遵循以下原则 ‎①实验室制备各种气体应以实验室常用药品为原料，以方便经济安全为原则，而且在几种简单易行的方法中又要选择那些能制取并收集较纯气体的方法。‎ ‎②选择实验仪器要根据反应原理及制取气体量的多少来决定，必须是干净的，有时还需是干燥的仪器。‎ ‎③选择试剂要注意浓度，特别是盐酸、硫酸、硝酸的浓度对制取气体及纯度都有很大的影响。‎ ‎④熟悉装置图，根据仪器装配顺序(由低到高，由左到右，先里后外)，装置顺序(制气装置→净化装置→干燥装置→收集装置→尾气吸收装置)准确组装仪器并检查气密性。‎ ‎（2）熟练掌握常见单质、化合物的制备方法 ‎①电解法：电解熔盐、熔碱制备活动性强的金属，如：Na、Ca、Mg、Al；电解饱和食盐水制H2、Cl2、NaOH；电解精炼铜。‎ ‎②氧化还原法：‎ 还原性：a．利用平衡移动原理 KCl＋NaK↑＋NaCl，SiO2＋2CSi＋2CO↑‎ b．用还原剂H2、Al、C、CO等还原金属氧化物、卤化物制备W、Cr、Cu、Zn、Si等单质．‎ 氧化法：非金属单质常用氧化阴离子法制取．如：Cl2、Br2、I2等．‎ ‎③复分解反应：如制HF、HCl、H2S、SO2、CO2、HNO3、H3PO4等．‎ ‎④加热法：2HgO2Hg＋O2↑；MgCO3MgO＋CO2↑；2KClO32KCl＋3O2↑‎ 实验设计着眼能力立意，综合考查考生的观察能力、思维能力、实验能力和评价能力。在备考复习中应注意：一是根据要求，设计实验方案，分析相关问题，提出自己的见解，处理实验的信息数据，得出实验结论。二是结合相关知识，联系题给信息并联系实际的实验设计。三是源于教材的实验重组题，这种题的立意往往具有创新性。本类试题还有可能在装置选择、方法设计、数据处理、方案评价等方面进行强化考查。预计2017年考查形式会以化工生产、生活实际为命题背景，将基本理论、元素化合物等相关知识与实验有机结合起来。常见气体的制备复习时给予关注！另外需要注意新旧大纲的变化：增加：“正确选用实验装置”；调整：“控制实验条件的方法”的要求由“了解”提高为“掌握”；增加：“预测或描述实验现象”；删去：2016大纲“绘制和识别典型的实验仪器装置图”。‎ ‎1、对实验基本操作和教材实验迁移，改编、拓展；要加深对课本实验的理解；‎ ‎2、以气体、液体或固体的制备为载体，综合考查物质的制备、混合物的分离提纯与物质检验等相关知识。‎ ‎3、以新信息为载体，设计实验来制备新物质，侧重考查提取和处理信息的能力。‎ ‎4、掌握各类无机物、有机物之间的相互联系及内在规律，各类物质相互反应的客观规律，在生产、实验上有很重要的意义，可以指导无机物、有机物的制备。‎ 快速浏览，获取关键信息 审题 析题 答题 关注反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器，反应是否需要加热及温度是否控制在一定的范围内等，从而选择合理的化学仪器和药品 ‎①要求连接实验装置 需注意：（1）所用仪器是否恰当，（2）仪器是否齐全，（3）仪器连接顺序是否正确等。‎ 规范作答，关注实验细节 拆分处理 ‎②要求对不同的实验装置进行评价 对装置的严密与不严密，准确与不准确等作出判断，要考虑仪器、试剂是否合理、实验模块是否完整等。‎ ‎③要求完善或改进实验装置 可对照题给装置设计路线图，找出缺陷，在完善和改进。遵循装置最简单，实验过程最快速、安全和实验现象明显等原则 ‎1．亚硝酸钠是重要的防腐剂。某化学兴趣小组以碳和浓硝酸为起始原料，设计如下装置利用一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠。（夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验）‎ 查阅资料：①HNO2为弱酸，室温下存在反应3HNO2＝HNO3＋2NO↑＋H2O；‎ ‎②在酸性溶液中，NO2－可将MnO4－还原为Mn2＋且无气体生成。‎ ‎③NO不与碱反应，可被酸性KMnO4溶液氧化为硝酸 实验操作：①关闭弹簧夹，打开A中分液漏斗活塞，滴加一定量浓硝酸，加热；‎ ‎②一段时间后停止加热；‎ ‎③从C中取少量固体，检验是否是亚硝酸钠。‎ ‎（1）A中反应的化学方程式是 。‎ ‎（2）B中观察的主要现象是 ，D装置的作用是 。‎ ‎（3）检验C中产物有亚硝酸钠的操作是 。‎ ‎（4）经检验C产物中亚硝酸钠含量较少。‎ a．甲同学认为C中产物不仅有亚硝酸钠，还有碳酸钠和氢氧化钠。‎ 生成碳酸钠的化学方程式是 。为排除干扰甲在B、C装置间增加装置E，E中盛放的试剂应是 （写名称）。‎ b．乙同学认为除上述干扰因素外，还会有空气参与反应导致产品不纯，所以在实验操作①前应增加一步操作，该操作是 。‎ ‎（5）实验经改进后可制得较纯亚硝酸钠，下列说法正确的是 。‎ a．亚硝酸钠有咸味，可代替食盐食用 b．常温下，0.1mol/L亚硝酸溶液pH>1‎ c．已知亚硝酸电离平衡常数为Ka；亚硝酸根水解常数为Kh；水的离子积为Kw；则三者关系为：Ka·Kh＝Kw d．0.1mol/L亚硝酸钠溶液中存在：c(NO2-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)‎ ‎【答案】（1）C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O；（2）溶液变蓝，铜片溶解，无色气体冒出；除去未反应的NO，防止污染空气（3）将生成物置于试管中，加入稀硫酸，若产生无色气体并在液面上方变为红棕色，则D中产物是亚硝酸钠。（反应的离子方程式是3NO2－＋2H＋＝NO3－＋2NO↑＋H2O）或者：将生成物置于试管中，加入酸性KMnO4溶液，若无气泡产生，溶液紫色褪去，则D中产物是亚硝酸钠，（反应的离子方程式是5NO2－＋2MnO4－＋6H＋＝5NO3－＋2Mn2＋＋3H2O）a．2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2，碱石灰（1分）b．打开弹簧夹，通入N2一段时间（5）bc ‎2．实验室用图示装置制备KClO溶液，再与KOH、Fe(NO3)3溶液反应制备高效净水剂K2FeO4。‎ ‎<查阅资料>Cl2与KOH溶液在20℃以下反应生成KClO，在较高温度下则生成KClO3；‎ K2FeO4易溶于水，微溶于浓KOH溶液，在0℃～5℃的强碱性溶液中较稳定。‎ ‎（1）仪器a的名称： ；装置C中三颈瓶置于冰水浴中的目的是 。‎ ‎（2）装置B吸收的气体是 ，装置D的作用是 。‎ ‎（3）C中得到足量KClO后，将三颈瓶上的导管取下，依次加入KOH溶液、Fe(NO3)3溶液，水浴控制反应温度为25℃，搅拌1.5 h，溶液变为紫红色(含K2FeO4)，该反应的离子方程式为 。再加入饱和KOH溶液，析出紫黑色晶体，过滤，得到K2FeO4粗产品。‎ ‎（4）K2FeO4粗产品含有Fe(OH)3、KCl等杂质，其提纯步骤为：‎ ‎①将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol/L KOH溶液中。‎ ‎②过滤。‎ ‎③ 。‎ ‎④搅拌、静置、过滤，用乙醇洗涤2～3次。‎ ‎⑤在真空干燥箱中干燥。‎ ‎（5）称取提纯后的K2FeO4样品0.2200 g于烧杯中，加入强碱性亚铬酸盐溶液，反应后再加稀硫酸调节溶液呈强酸性，配成250 mL溶液，取出25.00 mL放入锥形瓶，用0.01000 mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定至终点，重复操作2次，平均消耗(NH4)2Fe(SO4)2溶液30.00 mL。涉及主要反应为：‎ Cr(OH)4－＋FeO42－ ＝ Fe(OH)3↓＋CrO42－＋OH－‎ ‎2CrO42－＋2H+ Cr2O72－＋H2O Cr2O72－＋6Fe2+＋14H+ ＝ 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O 则该K2FeO4样品的纯度为 。‎ ‎【答案】（1）分液漏斗； 防止Cl2与KOH反应生成KClO3；‎ ‎（2）HCl 吸收Cl2，防止污染空气；‎ ‎（3）3ClO-＋2Fe3+＋10OH-==2FeO42－＋3Cl-＋5H2O；‎ ‎（4）将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液；（5）90% ；‎ 考点：考查了实验制备、滴定原理的相关知识.‎ ‎3．焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是一种食品添加剂．实验室用如图1所示装置制备Na2S2O5，实验步骤如下：‎ Ⅰ．在Na2CO3溶液中通入SO2至pH为4.1，生成NaHSO3溶液；‎ Ⅱ．加碳酸钠粉末调至pH为7～8；‎ Ⅲ．再通SO2至pH为4.1；‎ Ⅳ．从过饱和溶液中析出Na2S2O5晶体．‎ ‎(1)制备焦亚硫酸钠总反应的化学方程式为 ．‎ ‎(2)Na2S2O5溶于水且与水能反应，所得溶液显酸性，其原因是 ．步骤Ⅲ中测定溶液的pH的方法是 ；pH＞4.1时，则产品中会有副产物，其化学式是 ．‎ ‎(3)利用碘量法可测定Na2S2O5产品中+4价硫的含量，实验方案为：将一定量的Na2S2O5产品放入碘量瓶(带磨口塞的锥形瓶)中， ，重复如上步骤2次，记录数据．(‎ 实验中必须使用的试剂有：c1mol•L﹣1的标准碘溶液、c2mol•L﹣1的标准Na2S2O3溶液、冰醋酸、淀粉溶液、蒸馏水；已知：2Na2S2O3+I2═Na2S4O6+2NaI)‎ ‎(4)含铬废水中常含有六价铬Cr(Ⅵ)]．利用Na2S2O5和FeSO4•7H2O先后分两个阶段处理含Cr2O72﹣的废水，实验结果如图．‎ ‎①实验过程中溶液的pH不断升高的原因是 ．‎ ‎②已知：KspCr(OH)3]=6.4×10﹣31，lg2≈0.3，c(Cr3+)＜1.0×10﹣5mol•L﹣1时视为完全沉淀．现将废水中Cr2O72﹣全部转化为Cr(OH)3而除去，需调节溶液的pH范围为 ．‎ ‎【答案】(1)Na2CO3+2SO2═Na2S2O5+CO2；(2)Na2S2O5与水反应生成NaHSO3，NaHSO3在水中电离使溶液显酸性；用pH计(或酸度计，或pH传感器)测定；Na2SO3；(3)加入一定体积的过量的c1mol•L﹣1的标准碘溶液，再加入适量的冰醋酸和蒸馏水，充分反应一段时间，加入淀粉溶液，用c2mol•L﹣1标准Na2S2O3溶液滴定至溶液由蓝色恰好变为无色，且半分钟内不变色，读数；‎ ‎(4)①Na2S2O5和FeSO4•7H2O与Cr2O72﹣反应时均消耗H+，使溶液的pH变大；②pH＞5.6；‎ 考点：考查了制备实验方案设计、氧化还原滴定、实验原理分析、沉淀溶解平衡的计算、基本实验操作等相关知识。‎ ‎4．Ⅰ．制备水杨酸对正辛基苯基酯（）的过程如下：‎ 步骤一：将水杨酸晶体投入到三颈烧瓶中，再加入适量的氯苯作溶剂并充分搅拌使晶体完全溶解，最后加入少量的无水三氯化铝。‎ 步骤二：按下图所示装置装配好仪器，水浴加热控制温度在20～40℃之间，在搅拌下滴加SOCl2，反应制得水杨酰氯。该反应方程式为：‎ ‎（水杨酸）＋SOCl2→（水杨酰氯）＋HCl↑＋SO2↑ ‎ 步骤三：将三颈烧瓶中混合液升温至80℃，再加入对正辛苯酚]，温度控制在100℃左右，不断搅拌。‎ 步骤四：过滤、蒸馏、减压过滤；酒精洗涤、干燥即得产品。‎ ‎（1）实验时，冷凝管中的冷却水进口为 _______（选填“a”或“b”）；‎ ‎（2）步骤一中加入无水三氯化铝的作用是 ________________________________。‎ ‎（3）步骤三中发生反应的化学方程式为 __________________________________。.‎ Ⅱ．PCl3可用于半导体生产的外延、扩散工序。有关物质的部分性质如下：‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 密度/g·mL－1‎ 其他 白磷 ‎44．1‎ ‎280．5‎ ‎1．82‎ ‎2P（过量）+3Cl22PCl3；2P+5Cl2（过量） 2PCl5‎ PCl3‎ ‎-112‎ ‎75．5‎ ‎1．574‎ 遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3‎ POCl3‎ ‎2‎ ‎105．3‎ ‎1．675‎ 遇水生成H3PO4和HCl，能溶于PCl3‎ 已知下图是实验室制备PCl3的装置（部分仪器已省略），则：‎ ‎（1）实验室制备Cl2的离子反应方程式为：________________。‎ ‎（2）碱石灰的作用除了防止空气中的O2和水蒸气进入并与产品发生反应外还有：_________。‎ ‎（3）向仪器甲中通入干燥Cl2之前，应先通入一段时间的干燥CO2，其目的是 ‎_____________。‎ ‎（4）测定产品中PCl3纯度的方法如下：迅速称取m g产品，水解完全后配成500mL溶液，取出25．00mL加入过量的c1 mol/L V1 mL 碘溶液，充分反应后再用c2 mol/L Na2S2O3溶液滴定过量的碘，终点时消耗V2 mL Na2S2O3溶液。已知：H3PO3+H2O+I2==H3PO4+2HI；I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6；假设测定过程中没有其他反应，则根据上述数据，求出该产品中PCl3的质量分数为 _______（用含字母的代数式表示、可不化简）。‎ ‎【答案】a催化剂++HCl↑MnO2＋4H＋＋2Cl—Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑吸收多余氯气，避免污染环境排尽装置中空气，防止其中的O2和水蒸气与PCl3反应 ‎5．下列实验步骤是兴趣小组对某混合样品含量的测定，样品成分为FeO、FeS2、SiO2及其他杂质，杂质不与酸碱反应，受热稳定。（步骤中所加试剂均为足量） ‎ ‎①称量m g样品灼烧。装置如下：‎ 请回答下列问题： ‎ ‎（1）连接好仪器后，如何检查整套装置的气密性__________________。‎ ‎（2）A瓶内所盛试剂是_____________溶液。灼烧完成后熄灭酒精灯，若立即停止通空气，可能对实验的影响是（写两点）________________。 ‎ ‎（3）步骤②中加入双氧水的离子方程式为____________________。若此步骤不加入双氧水对测定硫元素含量的影响是________________。 （填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。‎ ‎（4）连续操作1为_________、洗涤、_________、称量；连续操作2为洗涤、_________、称量。‎ ‎（5）从步骤③的b g滤渣入手，可测定SiO2的含量，下面各组试剂中不适合测定的是_________。‎ ‎ a. NaOH溶液、稀硫酸 b. Ba(OH)2溶液、盐酸 ‎ c. 氨水、稀硫酸 d. NaOH溶液、盐酸 ‎ ‎（6）求样品中FeO的质量分数（列出算式即可）________。‎ ‎【答案】向D中加水浸没导管，夹紧止水夹a，微热C，导管口有气泡，停止微热后，若D导管中形成一段稳定的水柱，则气密性良好氢氧化钠（氢氧化钾或其他合理答案）D中溶液倒吸、SO2不能全部排出（或测得硫元素的含量偏低）SO32-+H2O2＝SO42-+H2O偏高过滤干燥（烘干）灼烧bc ‎6．工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图（注：SiCl4遇水易水解）。‎ 请回答下列问题：‎ ‎（1）D装置的作用_____________。‎ ‎（2）装置A的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是_____________。‎ ‎（3）C中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO42-。以下是探究该吸收液中可能存在其他酸根离子（忽略空气中CO2的影响）的实验。‎ ‎【提出假设】假设1：只有SO32-；假设2：只有ClO－。假设3：……‎ ‎【设计方案】取少量吸收液于试管中，滴加3 mol·L-1 H2SO4‎ 至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于a、b二支试管中，分别进行下列实验。‎ ‎①向a试管中滴加几滴_____________（A．品红 B．高锰酸钾C．溴水）溶液，若溶液褪色，则假设1成立。‎ ‎②向b试管中滴加_____________溶液，若溶液变为蓝色，则假设2成立。‎ ‎【答案】防止C装置中的水蒸气进入到B的集气瓶使SiCl4水解SiO2+2C+2Cl2SiCl4+2CO（共1分，若分步写也给分，写对一个不给分）或SiO2+2C Si+2CO↑，Si+2Cl2SiCl4C（答KMnO4溶液或品红不给分）淀粉KI溶液