2021届新高考一轮复习人教版专题二十三实验方案的设计与评价学案
专题二十三 实验方案的设计与评价
考点 实验方案的设计与评价
1.[2018浙江4月选考,31,10分]某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后,按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O4·2H2O),进一步制备高纯度还原铁粉。
已知:FeC2O4·2H2O难溶于水,150 ℃开始失结晶水;H2C2O4易溶于水,溶解度随温度升高而增大。
请回答:
(1)下列操作或描述正确的是 。
A.步骤②,H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2+水解
B.步骤③,采用热水洗涤可提高除杂效果
C.步骤③,母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4
D.步骤③,如果在常压下快速干燥,温度可选择略高于100 ℃
(2)如图装置,经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号,按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次):
开抽气泵→a→b→d→ →c→关抽气泵。
a.转移固液混合物;b.关活塞A;c.开活塞A;d.确认抽干;e.加洗涤剂洗涤。
(3)称取一定量的FeC2O4·2H2O试样,用硫酸溶解,采用KMnO4滴定法测定,折算结果如下:
n(Fe2+)/mol
n(C2O42-)/mol
试样中FeC2O4·2H2O的质量分数
9.80×10-4
9.80×10-4
0.980
由表中数据推测试样中最主要的杂质是 。
(4)实现步骤④必须用到的两种仪器是 (供选仪器:a.烧杯;b.坩埚;c.蒸馏烧瓶;d.高温炉;e.表面皿;f.锥形瓶);该步骤的化学方程式是 。
(5)为实现步骤⑤,不宜用炭粉还原Fe2O3,理由是 。
本题将流程图与实验步骤、实验操作等整合在一起,比传统实验题有新意。通过离子的物质的量数据推断样品中杂质主要成分,是本题另一个亮点。通过草酸亚铁组成和实验测定数据确定杂质中是否有H2C2O4,如果n(C2O42-)>n(Fe2+),则说明杂质中含有H2C2O4,很好地体现了对“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养的考查。本题启示:Fe(OH)2、FeCO3、FeSO4、FeC2O4等亚铁化合物在空气中灼烧时要考虑O2参与反应,产物可能是Fe2O3、Fe3O4。由此可以发散思考:MnC2O4、CoC2O4等其他变价金属盐,在空气中灼烧也可能有O2参与反应,要根据实际情况和事实作出合理判断。
解题模型:链接考法1命题角度
2.[2017北京,28,16分]某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有 。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀,较3 min时量少;溶液红色较3 min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀,较30 min时量少;溶液红色较30 min时变浅
(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:酸性溶液中的NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:根据 现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ:向硝酸酸化的 溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:装置如图所示。其中甲溶液是 ,操作及现象是 。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因: 。
近年高考对“控制变量”的能力要求较高。考生在复习时要学会运用控制变量的思想来设计实验。控制变量法在高考化学实验题中出现频率一直较高,要引起重视。
解题模型:链接模型6
3.[2019北京房山区模拟]某实验小组同学设计实验,完成Cu和Fe2(SO4)3溶液的反应,用KSCN溶液检验是否还存在Fe3+。
实验Ⅰ:
实验操作及现象
i.加入Cu粉后充分振荡,静置,溶液变成浅蓝绿色;
ii.取少量i中清液于试管中,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液,立即出现白色沉淀,溶液局部变为红色,振荡后红色迅速褪去
已知:i.Cu2+CuSCN↓(白色)+(SCN)2(黄色)。
ii. (SCN)2的性质与卤素单质相似。
iii.CuSCN溶于稀硝酸,发生反应CuSCN+HNO3CuSO4+N2↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(1)依据现象i可预测该反应的离子方程式为 。
(2)该小组同学查阅资料认为现象ii中的白色沉淀可能为CuSCN,设计实验进行验证。
实验Ⅱ:取少量实验Ⅰ中的白色沉淀于试管中 (补充所加试剂及实验现象),证明该白色沉淀为CuSCN。
(3)该小组同学继续探究白色沉淀的成因,进行如下实验。
实验Ⅲ:
试管内试剂
现象
结论
2 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
i.短时间内无明显变化,溶液逐渐变浑浊,1小时后,有少量白色沉淀生成
CuSO4与KSCN反应生成了白色沉淀,Fe2+能促进该反应
试剂A
ii.无明显现象
2 mL 0.2 mol/L FeSO4和0.1 mol/L CuSO4混合溶液
iii.瞬间产生白色沉淀,局部溶液变红,振荡后红色褪去
在实验Ⅲ中:
①写出现象i中生成白色沉淀的离子方程式: 。
②试剂A为 。
③根据现象iii结合化学用语及必要的文字解释Fe2+能加快沉淀生成的原因: 。
(4)有同学认为实验Ⅲ不能充分证明其结论,并补充实验Ⅳ:
取2 mL 0.1 mol/L Fe2(SO4)3溶液,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液后,溶液变红,然后滴加2 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液于试管中, (补充实验现象),说明白色沉淀不是由Fe3+与SCN-反应生成,且Fe3+不能加快CuSCN的生成。
(5)改变实验Ⅰ中铜的用量,设计实验Ⅴ:
实验操作及现象
i.加入Cu粉后充分振荡,溶液变成浅蓝绿色;
ii.取少量i中清液于试管中,滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液,溶液变为红色,立即出现白色沉淀,振荡后红色迅速褪去
该小组同学认为实验Ⅴ中现象ii红色褪去与平衡移动有关,解释为 。
对于大多数考生而言本题属于难题,其亮点有(1)通过实验现象、实验条件等推断实验结论或寻找原因,很好地考查了考生“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。(2)利用氧化还原反应原理、平衡移动原理,综合分析同一体系多种反应的实验现象,充分体现了对“变化观念与平衡思想”的化学学科核心素养的考查。(3)本题涉及陌生物质[如CuSCN、(SCN)2等]的性质,要求考生在限时环境下迁移类比卤素性质,对“已知信息”进行整合、提升。
解题模型:链接模型6
4.[2019全国卷Ⅲ,27,14分]乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下:
+(CH3CO)2O+CH3COOH
水杨酸 醋酸酐 乙酰水杨酸
水杨酸
醋酸酐
乙酰水杨酸
熔点/℃
157~159
-74~-72
135~138
相对密度/(g·cm-3)
1.44
1.10
1.35
相对分子质量
138
102
180
实验过程:在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL,充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热,维持瓶内温度在70 ℃左右,充分反应。稍冷后进行如下操作。
①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中,析出固体,过滤。
②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液,溶解、过滤。
③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。
④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。
回答下列问题:
(1)该合成反应中应采用 加热。(填标号)
A.热水浴 B.酒精灯 C.煤气灯 D.电炉
(2)下列玻璃仪器中,①中需使用的有 (填标号),不需使用的有 (填名称)。
(3)①中需使用冷水,目的是 。
(4)②中饱和碳酸氢钠的作用是 ,以便过滤除去难溶杂质。
(5)④采用的纯化方法为 。
(6)本实验的产率是 %。
本题考查乙酰水杨酸制备的相关知识,考查的核心素养是科学探究与创新意识。2019年高考在非选择题中考查有机物的制备与纯化实验较往年多,说明有机物的制备在经过几年的沉寂后又重新成为考查热点,在备考复习中要给予足够重视。
解题模型:链接模型6
考点 实验方案的设计与评价
考法1物质制备型实验方案的设计与评价
命题角度 物质制备型实验方案的设计与评价(热点角度)
1 [2019广东中山一中、仲元中学等七校联考]乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,相对分子质量为288}易溶于水,是一种很好的补铁剂,可由乳酸[CH3CH(OH)COOH]与FeCO3反应制得。
Ⅰ.碳酸亚铁的制备(装置如图所示)
(1)仪器B的名称是 ;实验操作:打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,使反应进行一段时间,其目的是 。
(2)要使仪器C中的制备反应发生,需要进行的操作是 ,该反应产生一种常见气体,写出反应的离子方程式:
。
(3)仪器C中的混合物经过滤、洗涤得到FeCO3沉淀,检验其是否洗净的方法是 。
Ⅱ.乳酸亚铁晶体的制备及纯度测定
(4)向纯净FeCO3固体中加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应,经过滤,在 的条件下,经低温蒸发等操作后,获得乳酸亚铁晶体。
(5)两位同学分别用不同的方案进行样品纯度测定:
① 甲同学通过KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的含量,来测定样品纯度。在操作均正确的前提下,所得纯度总是大于100%,其原因可能是 。
② 乙同学经查阅资料后改用碘量法测定铁元素的含量,来测定样品纯度。称取3.000 g样品,灼烧后加足量盐酸溶解,取所有可溶物配成100 mL溶液。量取25.00 mL该溶液于锥形瓶中,加入过量KI溶液充分反应,然后加入几滴淀粉溶液,用0.100 mol·L-1硫
代硫酸钠溶液滴定(已知:I2+2S2O32-S4O62-+2I-),当溶液 ,即为滴定终点;平行滴定3次,硫代硫酸钠溶液的平均用量为24.80 mL,则样品纯度为 %(保留3位有效数字)。
实验目的
由乳酸与FeCO3反应制备乳酸亚铁晶体并测定样品纯度
实验原理
碳酸亚铁的制备:FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+CO2↑+H2O+(NH4)2SO4;
乳酸亚铁的制备:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O
实验装置
(1)仪器A为恒压漏斗;仪器B为蒸馏烧瓶;仪器C为三颈烧瓶
实验操作
(1)打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,反应一段时间后,氢气可排尽装置内的空气,防止亚铁离子被氧化;
(2)关闭活塞2后,生成的氢气使蒸馏烧瓶中压强增大,硫酸亚铁溶液沿导管上升,进入三颈烧瓶,进而发生反应可生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳气体;
(3)检验FeCO3沉淀是否洗涤干净的方法:可通过检验SO42-是否存在验证是否洗净,取最后一次洗涤液,加入稀盐酸酸化,再滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则洗涤干净;
(4)乳酸亚铁易被空气中的氧气氧化,故在隔绝空气条件下,将生成的乳酸亚铁溶液经低温蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得乳酸亚铁晶体
实验现象
及分析
(5)①乳酸根离子中的羟基也可以被高锰酸钾氧化,导致消耗的高锰酸钾溶液的体积偏大,测得样品纯度大于100%;
②灼烧后加足量盐酸溶解,样品中的Fe2+被氧化成Fe3+,则Fe3+会氧化I-生成碘单质,离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2;淀粉遇碘单质变为蓝色,滴入硫代硫酸钠溶液,到滴定终点时,碘单质被完全消耗,蓝色会消失,且半分钟内不恢复原色
实验
计算
(5)②利用关系式进行计算,[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O~Fe3+~12I2~Na2S2O3,则3.000g样品中含有乳酸亚铁晶体的物质的量为24.80×10-3L×0.100mol·L-1×100mL25.00mL=0.00992mol,质量为0.00992mol×288g·mol-1=2.85696g,则纯度为2.85696g3.000g×100%≈95.2%
见解析
考法2物质性质探究型实验方案的设计与评价
命题角度 “操作—现象—结论”微型实验探究(热点角度)
2 [2017全国卷Ⅱ,13,6分]由下列实验及现象不能推出相应结论的是
实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变
还原性:Fe>Fe2+
B
将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象
Ksp(AgI)
Fe2+;B项,因为Na和CO2反应生成C和Na2CO3,所以产生大量白烟及黑色颗粒,根据反应中CO2→C中碳元素化合价的变化,可得出CO2有氧化性;C项,因为NH4HCO3分解产生NH3,NH3使湿润的红色石蕊试纸变蓝,但是该实验现象不能说明NH4HCO3显碱性;D项,由题述可知黄色沉淀为AgI,另一支试管中无明显现象,说明没有AgCl析出,该实验现象能说明Ksp(AgI)Ksp(CuS)
探究HCOOH、CH3COOH电离能力的强弱
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOOH溶液、CH3COOH溶液的pH,酸的酸性越强,对应酸的电离能力越强
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOONa溶液、CH3COONa溶液的pH,盐溶液的碱性越强,对应酸的酸性越弱,即酸的电离能力越弱
1. [2019北京,11,6分]探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
实验
装置
试剂a
现象
①
Ca(OH)2溶液(含酚酞)
溶液褪色,产生白色沉淀
②
少量NaHCO3溶液
产生气泡
③
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
④
C2H5OH和浓硫酸
加热后产生有香味物质
由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是( )
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2MnO4-+5C2O42-+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
模型6综合实验题的解题模型与突破方法
综合实验题因综合程度高、命题素材广、考查角度灵活等特点倍受命题者青睐。纵观历年高考真题,综合实验题通常考查考生对基本仪器的识别与应用能力,物质的制备、除杂与分离操作能力,实验设计能力,实验现象分析及语言描述能力,实验总结与评价及计算能力等,是较成熟的题型,同时也是考生平均得分较低的大题之一。
综合实验题能较好地考查考生科学探究与创新意识的化学学科核心素养,具体考查的内容:能用题中所给的数据、图表、符号等处理实验信息;能对实验中所给的“异常”现象和结论进行反思、提出质疑和新的实验设想;能对实验现象作出合理解释;能根据题中所给的问题设计简单的实验方案,完成实验操作及实验现象的描述等。
综合实验题的考查目的在于“实验”而不在于“素材”,且其命题有规律、解题有方法,若考生能把握综合实验题的命题特点及解题方法,则在备考中可事半功倍。
1.综合实验题的常见类型
2.近年来高考综合实验题的考查盘点
实验类型
卷别及题号
实验目的
实验原理
探究型
2019北京,28
探究SO2与AgNO3的反应
SO2与AgNO3溶液的反应产物探究
2018全国卷Ⅱ,28
探究三草酸合铁酸钾{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}的热分解产物
三草酸合铁酸钾热分解生成CO、CO2、FeO等
2017全国卷Ⅲ,26
对绿矾的一些性质进行探究(还原性与其分解产物的检验与测定)
2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
2016全国卷Ⅰ,26
在实验室中对NH3和NO2反应进行探究
6NO2+8NH37N2+12H2O
2016全国卷Ⅱ,28
通过实验探究Fe2+、Fe3+的性质
Fe3++3SCN- Fe(SCN)3
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-Fe3[Fe(CN)6]2↓
2Fe2++Cl22Cl-+2Fe3+
2Fe3++2I-2Fe2++I2
2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
2015新课标全国卷Ⅰ,26
通过实验探究草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的分解产物
H2C2O4·2H2OCO↑+CO2↑+3H2O
制备
测定型
2019全国卷Ⅰ, 27
利用废铁屑制备硫酸铁铵
Fe+ 2H+Fe2++H2↑
2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
2019天津, 9
环己烯的制备及含氯测定
+H2O
2018全国卷Ⅰ,26
在封闭体系中用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬,二价铬与醋酸钠溶液作用制得醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]
2Cr3++ZnZn2++2Cr2+
Cr2++2CH3COO - +2H2O(CH3COO)2Cr·2H2O↓
2018全国卷Ⅲ,26
设计实验方案检验市售硫代硫酸钠中硫酸根杂质的存在;利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度
S2O32-+2H+S↓+SO2↑+H2O
Ba2++SO42-BaSO4↓
Cr2O72-+6I- +14H+3I2+2Cr3++7H2O
I2+2S2O32-S4O62-+2I-
2017全国卷Ⅰ,26
利用凯氏定氮法测定蛋白质中氮含量
NH+4+OH-NH3↑+H2O
NH3+H3BO3NH3·H3BO3
NH3·H3BO3+HClNH4Cl+H3BO3
续表
实验类型
卷别及题号
实验目的
实验原理
制备
测定型
2017全国卷Ⅱ,28
采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧
O2+2Mn(OH)22MnO(OH)2
MnO(OH)2+4H++2I-I2+Mn2++3H2O
2S2O32-+I22I-+S4O62-
2016全国卷Ⅲ,26
制备过氧化钙
CaCl2+2NH3·H2O+2H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O
2015新课标全国卷Ⅱ,28
二氧化氯(ClO2)的制备与含量测定
2KClO3+Na2SO3+H2SO42ClO2↑+Na2SO4+H2O+K2SO4
NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3
6NaClO2+NCl3+3H2O6ClO2↑+NH3↑+3NaCl+3NaOH
2ClO2+10I-+8H+5I2+2Cl-+4H2O
I2+2S2O32-2I-+S4O62-
2014新课标全国卷Ⅱ,28
以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成橙黄色晶体[Co(NH3)6]Cl3并确定其组成
2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O
有机物
的制备
与纯化
2019全国卷Ⅱ, 28
从茶叶中提取咖啡因
从茶叶末中用索氏提取法提取出含所需成分的提取液,提取液经过蒸馏浓缩、分离提纯得到咖啡因
2019全国卷Ⅲ, 27
阿司匹林的制备和纯化
+(CH3CO)2O+CH3COOH
水杨酸 醋酸酐 乙酰水杨酸
2019江苏,21B
丙炔酸甲酯的制备与纯化
+CH3OH—COOCH3+H2O
2014新课标全国卷Ⅰ,26
实验室制备乙酸异戊酯及其纯化
CH3COOH+(CH3)2CHCH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH(CH3)2+H2O
2013新课标全国卷Ⅰ,26
实验室合成环己烯及其纯化
+ H2O
2013新课标全国卷Ⅱ,26
正丁醛的合成及其纯化
CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CHO
3.综合实验题的命题特点和突破方法
(1)综合实验题的命题程序
(2)考查方式和突破方法
①实验目的
【突破方法】 实验目的一般在题干信息中,可通过阅读审出。
②实验原理
实验原理实验装置实验操作实验现象实验结论实验计算实验评价
【突破方法】 一般可通过两种途径获知实验原理:①题目直接给出实验所涉及反应的化学方程式;②根据题意或实验中检验与测定得出化学方程式。
③实验装置
④实验操作
4.合理利用答题模板突破语言描述类问题
(1)“现象”模板
描述现象时要注意语言的全面性、准确性,全面性要包括看到的、听到的、触摸到的、闻到的;准确性要指明产生这种现象的部位。按“现象+结论”模式描述时,忌现象结论不分,正确的思维是根据××现象推出生成了××物质或发生了××反应。
①溶液中:颜色由××变成××;液面上升(或下降);溶液变浑浊;生成××色沉淀;产生大量气泡。
②固体:固体表面产生大量气泡;逐渐溶解;颜色由××变成××。
③气体:生成××色××味气体;气体由××色变成××色。
(2)“操作或措施”模板
①从溶液中得到晶体的操作:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤(包括水洗、冰水洗、热水洗、乙醇洗等)→干燥。
②蒸发结晶的操作:将溶液转移到蒸发皿中,加热并用玻璃棒不断搅拌,待有大量晶体出现时停止加热,利用余热将剩余水分蒸干。
③证明沉淀完全的操作:静置,取沉淀后的上层清液,加入××试剂(沉淀剂),若没有沉淀生成,说明沉淀完全。
④检验沉淀是否洗涤干净的操作:取最后一次洗涤液,加入××试剂(根据沉淀可能吸附的杂质离子,选择合适的检验试剂),若没有××出现(特征现象),证明沉淀已洗涤干净。
⑤滴定终点溶液颜色变化的判断:滴加最后一滴溶液时,溶液由××色变为××色,且半分钟内不变色。
(3)“仪器或试剂作用”模板
①有机物制备装置中长导管(或冷凝管)的作用:冷凝回流、导气。
②有机物分离过程中加无水氯化钙的作用:干燥(除水)。
③固液加热型制气装置中恒压漏斗上的支管的作用:保证反应容器(一般为圆底烧瓶)内压强与恒压漏斗内压强相等(平衡压强),使恒压漏斗内的液体顺利滴下。
④温度计的使用方法:蒸馏时温度计的液泡置于蒸馏烧瓶的支管口处,测定馏分的温度;制乙烯时温度计的液泡置于反应液液面以下(不能接触瓶底),测定反应液的温度。
(4)“某操作的目的、作用或原因”模板
①沉淀的目的:除去××杂质(可溶于水)。
②沉淀用乙醇洗涤的目的:a.减小固体的溶解损失;b.除去固体表面吸附的杂质;c.乙醇挥发带走水分,使固体快速干燥。
③冷凝回流的作用及目的:防止××蒸气逸出而脱离反应体系,提高××物质的转化率。
④控制溶液pH的目的:防止××离子水解;防止××离子沉淀;确保××离子沉淀完全;防止××物质溶解等。
⑤“趁热过滤”后,有时先向滤液中加入少量水,加热至沸腾,然后再“冷却结晶”出目标产物的原因:稀释溶液,防止降温过程中杂质析出,提高产品的纯度。
⑥加过量A试剂的原因:使B物质反应完全或提高B物质的转化率等。
⑦加入氧化性试剂的目的:使××(还原性)物质转化为××物质。
⑧温度不高于××℃的原因:温度过低反应速率较慢,温度过高××物质(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)分解或××物质(如浓硝酸、浓盐酸)挥发或××物质(如Na2SO3等)氧化或促进××物质(如AlCl3等)水解。
⑨减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止××物质(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)受热分解。
⑩蒸发、反应时的气体氛围:抑制××离子的水解(如蒸发AlCl3溶液得无水AlCl3时需在HCl气流中进行,加热MgCl2·6H2O得MgCl2时需在HCl气流中进行等)。
配制某溶液时事先煮沸水的原因:除去溶解在水中的氧气,防止某物质被氧化。
反应容器中和大气相通的玻璃管的作用:指示容器中压强大小,避免反应容器中压强过大。
加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成目标产物的方向)移动。
用平衡移动原理解释某现象的原因:溶液中存在××平衡,该平衡是××(平衡反应的特点),××(条件改变)使平衡向××方向移动,产生××现象。
5.典型例题分析
(1)探究型实验题
探究型实验题一般分为探究已知物质的化学性质、探究物质的组成、制备物质并探究其化学性质等,需要考生依据题中设定的实验步骤,通过对实验现象进行分析最终得出实验结论(物质组成、反应方程式等)。
3 [2018全国卷Ⅱ,28,15分]K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:
(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为 。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按如图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是 。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有 、 。
③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是 。
④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是: 。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。
①称量m g样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是 。
②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液V mL。该晶体中铁的质量分数的表达式为 。
本题为探究型综合实验题。
实验目的
(1)探究三草酸合铁酸钾的热分解产物。
(2)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量
实验原理
(1)由题意“装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色”,可知分解产物中含CO、CO2。由“装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3”,可得其反应为K3[Fe(C2O4)3]·3H2OFeO+Fe2O3+CO↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(2)5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成蓝色沉淀:3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4
实验装置
硬质玻璃管、洗气瓶
实验操作
与分析
(1)通N2的作用:实验前通N2的作用是排尽装置中的空气;停止实验时通入N2的作用是把A、E中的气体排入后面的装置使其被充分吸收,并防止倒吸。
(2)检验Fe2O3存在的方法:取少量样品于试管中滴加盐酸溶解,再滴加KSCN溶液,若溶液变红,则含Fe2O3。
(3)滴定终点的操作(KMnO4溶液滴定Fe2+):1滴KMnO4溶液滴入锥形瓶中,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不变色
计算或
评价
根据关系式:5Fe2+ ~ MnO4-
5 1
n(Fe) cV×10-3mol
n(Fe)=5cV×10-3mol,m(Fe)=56×5cV×10-3g,
铁元素质量分数为5cV×56m×1000×100%
(1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4 (2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ②CO2 CO ③先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3 (3)①粉红色出现 ②5cV×56m×1000×100%
考法点睛·迁移创新
本题与2017年全国卷Ⅲ第26题测定硫酸亚铁晶体中结晶水的数目、探究硫酸亚铁的分解产物等非常接近,将定性实验与定量实验结合,部分问题考向也相同。由此可见,全国卷紧紧抓住核心反应原理、典型物质及其性质进行命题,问题设计也有规律,如防氧化[2018全国卷Ⅰ26(1)、2016全国卷Ⅱ28(1)],通入氮气[2018全国卷Ⅱ28(2)①、2017全国卷Ⅲ26(3)]等,因此考生在备考中要研究近年高考真题,在继承的基础上进行创新,有效发挥高考真题的作用。
2. [2018河南郑州二测]中学教材提到浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性,能使铁钝化,但是并没有指出浓硫酸的浓度,因此,某学习小组对具有以上4个特性的硫酸的浓度范围进行了实验探究。
(1)浓硫酸的吸水性、脱水性、使铁钝化的性质与浓度的关系
浓硫酸的吸水性:各取0.5 g胆矾颗粒于不同试管中,分别加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸的脱水性:各取一根木柴梗于不同试管中,分别加入1 mL 不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸使铁钝化的性质:各取约1 cm经过砂纸打磨过的铁丝于不同试管中,再向各试管中加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
实验结果如表所示:
c(H2SO4)/(mol·L-1)
18.4
12
11
10
9
8
7
6
1~5
胆矾颜色变化
蓝→白
蓝→白
蓝→白
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
木柴梗颜色变化
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
不变
铁丝表面有无气泡
无
无
有
有
有
有
有
有
有
结合表格数据回答下列问题。
①用化学方程式表示胆矾由“蓝→白”的原因: 。
②当H2SO4的浓度≥ mol·L-1时即具有脱水性。
(2)浓硫酸的强氧化性与浓度的关系
在a试管中加入1小块铜片,再向试管中分别加入2 mL不同浓度的H2SO4溶液,用如图所示的装置进行实验。
①b装置的作用是 。
②证明浓硫酸在与铜加热反应时,具有强氧化性的实验现象为 、 。
③若加热a试管时产生黑色的固体,且经检验该黑色固体为Cu2S,写出生成该物质的化学方程式: 。
④经过实验,得出结论:当浓度≥6 mol·L-1的H2SO4溶液与铜在加热条件下反应,浓硫酸表现强氧化性。
有同学预测,铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应,该预测的理由是 。
(3)综合以上实验结果,中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为 mol·L-1。
(2)物质制备型实验题
物质制备型实验题是以实验室制备物质作为素材,考查考生的实验能力。该题型一般制备流程清晰,进行“挖空”式考查仪器识别、仪器的操作方法、仪器的作用、试剂的选择或用途、反应现象分析或描述、实验评价等内容。
4 [2018全国卷Ⅰ,26,14分]醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是 ,仪器a的名称是 。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置,打开K1、K2,关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为 。
②同时c中有气体产生,该气体的作用是 。
(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是 ;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是 、 、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点 。
制备H2、CrCl2制备H2采用锌与稀硫酸反应;制备CrCl2采用锌与CrCl3反应用制备的H2排除装置中的空气;用CrCl2与醋酸钠反应制(CH3COO)2Cr·2H2O冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到(CH3COO)2Cr·2H2O
实验目的
制备醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]
实验原理
(1)2Cr3++ZnZn2++2Cr2+。
(2)Zn+2H+ Zn2++H2↑。
(3)Cr2++2CH3COO-+2H2O (CH3COO)2Cr·2H2O
实验装置
(1)仪器a的名称:分液漏斗
(2)c装置:固、液混合(不加热)制氯化亚铬及H2
(3)d装置:制备醋酸亚铬
实验操作
(1)“醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]……在气体分析中用作氧气吸收剂”,说明醋酸亚铬易被空气中的氧气氧化。
①煮沸除去水中溶解氧(以防Cr2+被氧化)。
②“打开K1、K2,关闭K3”操作的目的:用产生的H2把c装置中的空气排尽,以防止Cr2+被氧化。
(2)“打开K3,关闭K1和K2”操作的目的:c装置中产生H2,压强增大,c中亮蓝色溶液被压入d装置中。
(3)冷却、过滤、洗涤、干燥(物质纯化、固体分离)
实验现象
与分析
“c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色”。c中发生的两个化学反应:Zn+2H+ Zn2++H2↑无颜色变化,所以有颜色变化的反应为2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+
评价
d装置为敞开体系(敞口装置),醋酸亚铬可能会与空气中的氧气接触而被氧化
(1)去除水中溶解氧 分液漏斗 (2)①Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+ ②排除c中空气 (3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触
核心素养解读
该题重点考查化学学科核心素养中的“科学探究与创新意识”,要求考生根据题中的问题及实验方案,完成实验操作,并能对实验现象作出合理解释。
3.[2020江西师范大学附中第一次联考]亚硝酰氯(NOCl,熔点为-64.5 ℃,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体,
易水解,用于合成洗涤剂和催化剂。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成亚硝酰氯。
(1)甲组同学制备原料气NO和Cl2,制备装置如图所示:
为制备纯净干燥的气体,请补充下表中缺少的药品:
装置Ⅰ
装置Ⅱ
烧瓶中
分液漏斗中
制备纯净Cl2
MnO2
①
②
制备纯净NO
Cu
③
④
(2)乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备并收集NOCl,装置如图所示:
①装置连接顺序为a→ (按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是 。
③装置Ⅶ的作用是 。
④装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为 。
(3)丙组同学查阅资料,查得配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气,该反应的化学方程式为 。
(3)物质测定型实验题
该题型以测定某物质成分含量的实验流程为素材,在实验目的、实验原理、实验操作、实验仪器、实验所需试剂、计算等中设计若干问题考查考生的实验能力。
5 通常用凯氏定氮法来测定农产品中氮的含量。测定过程如下:
Ⅰ.用热浓硫酸处理0.25 g谷物样品,把有机氮转化为铵盐。
Ⅱ.用如图所示装置(夹持装置省略)处理上述铵盐。
1.H2O 2.玻璃管 3.足量NaOH溶液 4.铵盐样品 5.25.00 mL 0.10 mol/L H2SO4溶液 6.冰水共存物
回答下列问题:
(1)实验前要检查B装置的气密性,其操作为 ,盛放氢氧化钠溶液的仪器的名称为 。
(2)A装置中玻璃管的作用是 ,圆底烧瓶中碎瓷片的作用是 。
(3)将“谷物处理后所得的铵盐”加入三口烧瓶中,打开玻璃塞,旋开K2,加入足量氢氧化钠溶液,关闭K2,打开K1,点燃A装置中的酒精灯,使水蒸气进入B装置。
①B装置中反应的离子方程式为 。
②C装置中冰水混合物的作用是 。
Ⅲ.滴定、计算氮的含量。
(4)取下锥形瓶,加入指示剂,用0.10 mol/L的NaOH溶液滴定,重复上述实验3次,平均消耗19.30 mL NaOH溶液。
①滴定时的指示剂应选择 (填标号)。
a.甲基橙 b.酚酞 c.甲基橙或酚酞
②该谷物样品中氮的质量分数为 (精确到0.01%)。
浓硫酸处理有机氮生成铵盐铵盐与碱反应生成NH3氨用过量稀硫酸吸收用NaOH标准溶液滴定过量的硫酸,计算氮的含量
实验目的
定农产品中氮的含量
实验原理
NH4++OH-NH3↑+H2O
实验装置
(1)仪器的识别:分液漏斗
(2)A装置:蒸馏制水蒸气,玻璃管的作用是避免装置中压强过大,平衡气压,碎瓷片的作用是防止暴沸
(3)B装置:固、液混合制NH3
(4)C装置:冷却、吸收NH3
实验操作
检查B装置气密性的操作:关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好
计算或评价
ω(N)=(25.00×0.10×2-19.30×0.10)×140.25×1000×100%≈17.19%
(1)关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好 分液漏斗
(2)避免装置中压强过大,平衡气压 防止暴沸
(3)①NH4++OH-NH3↑+H2O ②降低温度,使氨气被充分吸收
(4)①a ②17.19%
4. [2019河南郑州一中模拟,14分]莫尔盐的化学式为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O,溶于水而不溶于乙醇,常被用作氧化还原滴定的基准物。下面是制取莫尔盐的部分装置与实验步骤:
①将铁屑放入小烧杯中,加适量的Na2CO3溶液,小火加热几分钟,倒掉溶液后,用蒸馏水洗净铁屑,晾干。
②在锥形瓶中加入2.24 g铁屑和少量炭粉,由分液漏斗滴加20 mL 3 mol·L-1的稀硫酸。
③待反应结束后,由分液漏斗加入适量的(NH4)2SO4溶液,过滤。在滤液中加入一定量的乙醇,待晶体析出后,过滤、洗涤、晾干,得莫尔盐。
请回答下列问题:
(1)实验开始前,检查反应器气密性的方法为 。
(2)步骤①中Na2CO3溶液的作用是 。
(3)步骤②中滴加稀硫酸时要留取少许溶液于分液漏斗中,其目的是 ,加入少量炭粉的作用是 。
(4)步骤③中理论上需加入2 mol·L-1的(NH4)2SO4溶液 mL。
(5)取10.00 g铬青铜样品,将其中的铬氧化为H2CrO4,再加入硫酸酸化,并配成250 mL溶液,取出25.00 mL用浓度为0.018 0 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定,终点时用去标准溶液20.75 mL。已知弱酸H2CrO4被还原为Cr3+,则滴定时反应的离子方程式为 ;该样品中铬元素的质量分数为 %(保留两位有效数字)。
(4)有机化合物的制备与纯化型实验题
该类题型以有机化合物的制备流程为素材,考查条件控制、物质的分离仪器、分离操作(纯化操作)、产品纯度计算等内容,重点考查分液操作、蒸馏操作、过滤操作等内容。
6 [2014新课标全国卷Ⅰ,26,13分]乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下:
实验步骤:
在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片。开始缓慢加热A,回流50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中,分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤;分出的产物加入少量无水MgSO4固体,静置片刻,过滤除去MgSO4固体,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃馏分,得乙酸异戊酯3.9 g。
回答下列问题:
(1)仪器B的名称是 。
(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是 ,第二次水洗的主要目的是 。
(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后 (填标号)。
a.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出
c.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
d.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是 。
(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是 。
(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是 (填标号)。
(7)本实验的产率是 (填标号)。
a.30% b.40% c.60% d.90%
(8)在进行蒸馏操作时,若从130 ℃便开始收集馏分,会使实验的产率偏 (填 “高”或“低”),其原因是 。
第(1)问
考查仪器的名称
第(2)、(5)、(8)问
考查除杂方法:
水洗——目的是除去乙酸异戊酯中混有的H2SO4和过
↓ 量的乙酸
盐洗——用饱和碳酸氢钠溶液洗涤产品,进一步除去残
↓ 留的少量乙酸
水洗——目的是除去上一步盐洗引入的过量的碳酸氢钠
↓
干燥——利用MgSO4固体的吸水性,除去产品中残留的
↓ 少量水,然后过滤除去MgSO4固体
蒸馏——利用乙酸异戊酯和异戊醇沸点的差异,进行蒸馏纯化,收集140~143℃的馏分,得到乙酸异戊酯,若从130℃便开始收集馏分,因为异戊醇的沸点为131℃,使收集到的产品中混有少量异戊醇,故实验产率偏高
第(3)问
考查分液的实验操作:乙酸异戊酯难溶于水且密度比水的小,故分层后,先将水层从下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
第(4)问
考查平衡移动:乙酸与异戊醇的反应为可逆反应,增大乙酸的用量,可使平衡正向移动,提高异戊醇的转化率
第(6)问
考查蒸馏的实验装置:蒸馏时温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处,且应用直形冷凝管,若使用球形冷凝管会使蒸馏液残留而损失
第(7)问
考查产品纯度的计算:
根据方程式可知,4.4g异戊醇完全反应,理论上应生成乙酸异戊酯6.5g,实验中实际生成乙酸异戊酯3.9g,故乙酸异戊酯的产率为3.96.5×100%=60%
(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分硫酸和乙酸 洗掉碳酸氢钠 (3)d (4)提高醇的转化率 (5)干燥 (6)b (7)c (8)高 会收集少量未反应的异戊醇
5. [9分]实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OHCH2CH2
CH2CH2+Br2BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。
用少量溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:
有关数据列表如下:
乙醇
1,2-二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/(g·cm-3)
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
-130
9
-116
回答下列问题:
(1)在此制备实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右,其最主要目的是 (填标号)。
a.引发反应 b.加快反应速度
c.防止乙醇挥发 d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入 (填标号),其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体。
a.水 b.浓硫酸c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是 。
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在 层(填“上”或“下”)。
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用 (填标号)洗涤除去。
a.水 b.氢氧化钠溶液c.碘化钠溶液 d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚,可用 的方法除去。
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是 ;但又不能过度冷却(如用冰水),其原因是 。
1.(1)BD(2分) (2)c→e→b→d(2分) (3)(NH4)2SO4(1分) (4)bd(2分) 4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O(2分) (5)用炭粉还原Fe2O3会引入杂质(1分)
【解析】 (1)步骤①溶解酸化后溶液呈酸性,Fe2+水解可不考虑,加入过量H2C2O4的目的是将Fe2+完全沉淀,A项错误;依题意,产品表面吸附草酸,热水中草酸的溶解度增大,用热水洗涤草酸亚铁晶体,有利于除去表面的草酸等杂质,B项正确;(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2OFeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4,故母液中的溶质主要有(NH4)2SO4、H2C2O4、H2SO4,C项错误;依题意,草酸亚铁晶体在150℃时才开始失去结晶水,温度可以高于100℃,D项正确。(2)操作步骤要联系实验目的和装置具体情况作出判断,审题时注意括号中说明,即洗涤操作只考虑一次。从已写好的步骤可以看出,补充的步骤是洗涤操作过程,理解活塞A的作用是关键,开活塞A是放气,维持气压平衡。抽气时要关闭活塞A,抽干后打开活塞A。即抽干后,打开活塞A、加洗涤剂洗涤、关闭活塞A、确认抽干,即cebd。(3)从测定结果数据看出,n(Fe2+)=n(C2O42-),说明试样中主要杂质是(NH4)2SO4,不是H2C2O4。(4)灼烧固体要用坩埚、高温炉。草酸亚铁晶体灼烧的化学方程式为4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O。(5)炭粉是固体,还原氧化铁时不容易分离,会引入杂质,一般选择H2、CO等作还原剂。
2.(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀(2分)
②Fe2+(1分) (2)2Fe3++Fe3Fe2+(1分) ②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2分) 加入KSCN溶液后产生白色沉淀(2分) ③0.05 mol·L-1 NaNO3(2分) FeSO4溶液(2分) 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深(2分) (3)溶液中存在反应:①2Ag++FeFe2++2Ag,②Ag++Fe2+Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小(2分)
【解析】 (1)①黑色固体溶于热的硝酸溶液后,向其中加入稀盐酸,产生白色沉淀,可证明黑色固体中含有Ag。②可利用K3[Fe(CN)6]检验Fe2+的存在。(2)过量的铁粉会与Fe3+反应。②空气中的O2会与Fe2+发生氧化还原反应,产生Fe3+;加入KSCN溶液后产生白色沉淀,说明溶液中存在Ag+,Ag+可与Fe2+反应产生Fe3+。③实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,只要将原实验反应体系中的Ag+替换,其他微粒的种类及浓度保持不变,做对比实验即可,所以可选用0.05mol·L-1NaNO3溶液(pH≈2);实验Ⅱ利用原电池装置证明反应Ag++Fe2+Ag+Fe3+能发生,所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和现象:分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深。
3.(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ (2)滴加稀硝酸,白色沉淀逐渐溶解,溶液变蓝并产生无色无味气体 (3)①2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2 ② 2 mL 0.2 mol/L FeSO4溶液 ③2Fe2++(SCN)22Fe3++2SCN-,消耗了(SCN)2,促进平衡向生成白色沉淀方向移动 (4)缓慢生成白色沉淀 (5)Cu2+和SCN-反应生成白色沉淀,c(SCN-)减小,促进平衡Fe3++3SCN-Fe(SCN)3向左移动
【解析】 (1)根据“浅蓝绿色溶液”“白色沉淀”,可以判断铜被铁离子氧化成铜离子,离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。(2)利用信息iii,如果白色沉淀是CuSCN,则它溶于稀硝酸生成硫酸铜并产生无色无味气体。(3)①根据信息ii,(SCN)2具有类似卤素的性质,暗示SCN-具有还原性,(SCN)2具有氧化性。KSCN与CuSO4反应较慢,发生反应2Cu2++4SCN-2CuSCN↓+(SCN)2。②探究Fe2+对实验影响,必须设计对照实验,即探究KSCN与FeSO4反应是否显色,所以试剂A为2mL0.2mol/L硫酸亚铁溶液,排除了亚铁离子的干扰。③Fe2+、Cu2+与SCN-反应,抓住“瞬间”“局部溶液变红”“振荡后红色褪去”等关键信息,由此暗示:2Fe2++(SCN)22Fe3++2SCN-,消耗了(SCN)2,促进生成白色沉淀;Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色),振荡时红色褪去,说明Cu2+氧化了SCN-,因为氧化性:Fe2+
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