江苏省2020高考化学二轮复习题型三综合实验探究与定量计算训练含解析

江苏省2020高考化学二轮复习题型三综合实验探究与定量计算训练含解析

题型三 综合实验探究与定量计算 ‎1．TiCl4是制备钛及其化合物的重要中间体，某小组同学利用下列装置在实验室制备TiCl4，设计实验如下(夹持装置略去)：‎ 相关信息如下表所示：‎ 物质 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 密度/(g·cm－3)‎ 水溶性 TiCl4‎ ‎－25‎ ‎136‎ ‎1.5‎ 易水解，能溶于有机溶剂 CCl4‎ ‎－23‎ ‎76.8‎ ‎1.6‎ 难溶于水 请回答下列问题：‎ ‎(1)按照气流由左到右的方向，上述装置合理的连接顺序为__________(填仪器接口字母)。‎ ‎(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；________________(按正确的顺序填入下列操作的字母)。‎ A．关闭分液漏斗活塞 B．停止加热，充分冷却 C．打开分液漏斗活塞 D．加热装置D中陶瓷管 实验时，当观察到______________时，开始进行步骤D。‎ ‎(3)装置A中导管m的作用为_____________________________________。‎ ‎(4)装置C的作用为______________________________________________。‎ ‎(5)装置D中除生成TiCl4外，同时生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)设计实验证明装置F中收集到的液体中含有TiCl4：‎ - 8 -‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(7)制得的TiCl4中常含有少量CCl4，从混合液体中分离出TiCl4的操作名称为________。‎ 答案：(1)abcfg(或gf)hidej ‎(2)CDBA　装置F中充满黄绿色气体 ‎(3)平衡压强，使浓盐酸容易滴落 ‎(4)防止水蒸气进入装置F，吸收未参加反应的Cl2，防止污染空气 ‎(5)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ‎(6)取少量收集到的液体于洁净试管中，滴加适量水，产生白色沉淀，则收集到的液体中含有TiCl4‎ ‎(7)蒸馏 ‎2．亚硝酸钠曾用作食品防腐剂。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应生成气体的成分。‎ 已知：NO2和NO的沸点分别是21 ℃和－152 ℃。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)组装好仪器后，接下来进行的操作是_____________________________________；‎ 装置C的作用是_________________________________________________________。‎ ‎(2)滴入硫酸前需要通入N2，其目的是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 实验结束后还需要继续通入N2的目的是_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，滴入70%硫酸后，装置A中产生红棕色气体。确认装置A中还含有NO的依据是______________________________________________；‎ 装置A中发生反应的化学方程式为__________________________________________。‎ ‎(4)若向装置D中通入过量O2，则装置E中发生反应的离子方程式为____________；‎ 若没有装置B，则对实验结论造成的影响是___________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ - 8 -‎ 解析：(1)该实验的目的是探究NaNO2与H2SO4反应生成气体的成分，因此组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。根据已知信息可知，NO2的沸点高于NO的沸点，装置C中冰盐水的作用是冷凝，使NO2完全液化。(2)根据已知信息可知，反应后生成的气体可能有NO、NO2，滴入硫酸前需要通入N2，目的是排尽装置中的空气，防止对一氧化氮的检验造成干扰。实验结束后还需要继续通入N2，目的是把装置中残留的有毒气体全部赶入装置E中被吸收。(3)根据NO与O2反应生成红棕色NO2可知，确认装置A中还含有NO的依据是打开K2，向装置D中通入氧气后，出现红棕色气体。根据反应生成的气体中含有NO、NO2，配平化学方程式为2NaNO2＋H2SO4===Na2SO4＋NO↑＋NO2↑＋H2O。(4)若向装置D中通入过量O2，则装置E中NO2、O2和氢氧化钠反应生成硝酸钠和水，其反应的离子方程式为4NO2＋O2＋4OH－===4NO＋2H2O。若没有装置B，则生成的NO2和水反应生成NO，对后面NO的检验造成干扰。‎ 答案：(1)检查装置的气密性　冷凝，使NO2完全液化 ‎(2)排尽装置中的空气，防止对一氧化氮的检验造成干扰　把装置中残留的有毒气体全部赶入装置E中被吸收 ‎(3)打开K2，向装置D中通入氧气后，出现红棕色气体　2NaNO2＋H2SO4===Na2SO4＋NO↑＋NO2↑＋H2O ‎(4)4NO2＋O2＋4OH－===4NO＋2H2O　水会与NO2反应生成NO，影响后面NO的检验 ‎3．二氧化氯(ClO2)是国际上公认的安全、无毒的绿色消毒剂。常温下二氧化氯为黄绿色气体，其熔点为－59.5 ℃，沸点为11.0 ℃，极易溶于水，不与水反应。温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸。某研究性学习小组拟用如图所示装置制取并收集ClO2(加热和夹持装置均省略)。‎ ‎(1)在圆底烧瓶中先放入一定量的KClO3和草酸(H2C2O4)，然后再加入足量的稀硫酸，在60～80 ℃之间反应生成ClO2、CO2和一种硫酸盐，该反应的化学方程式为_____________。‎ ‎(2)A装置中使用温度计的目的是_____________________________________________。‎ 反应开始后，可以观察到圆底烧瓶内的现象是__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)B装置的作用是_______________________________________________________。‎ - 8 -‎ ‎(4)D装置中的NaOH溶液吸收尾气中的ClO2，生成物质的量之比为1∶1的两种盐，一种为NaClO2，另一种为________。‎ ‎(5)ClO2很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的含量，进行了下列实验：‎ 步骤1：量取ClO2溶液10 mL，稀释成100 mL试样，量取V1 mL试样加入锥形瓶中；‎ 步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，振荡后，静置片刻；‎ 步骤3：加入指示剂X，用c mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3标准溶液V2 mL。‎ 已知：2ClO2＋8H＋＋10I－===5I2＋2Cl－＋4H2O ‎2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI 指示剂X为________________。原ClO2溶液的浓度为____________g·L－1(用含字母的代数式表示)。‎ ‎(6)有同学认为KClO3在酸性条件下与草酸反应会生成KCl。请设计实验验证A装置反应后的溶液中是否存在Cl－，简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论(已知AgClO3可溶于水)：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据题干信息可知，生成的硫酸盐是硫酸钾，根据原子守恒、得失电子守恒配平化学方程式：2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑。(2)温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸，且该反应在60～80 ℃之间进行，因此A装置中温度计的作用是控制温度，避免温度过高引起爆炸。ClO2是黄绿色气体，因此反应开始后，可观察到圆底烧瓶内的现象是溶液中有气泡逸出，产生黄绿色气体。(3)ClO2的熔点为－59.5 ℃，沸点为11.0 ℃，因此B装置的作用是冷凝并收集ClO2。(4)ClO2中Cl为＋4价，NaClO2中Cl为＋3价，此反应是氧化还原反应。设另一种盐中Cl的化合价为x，生成两种盐的物质的量之比为1∶1，根据得失电子守恒可知，1×1＝1×(x－4)，解得x＝＋5，因此另一种盐为NaClO3。(5)因为淀粉遇碘单质变蓝，因此选用的指示剂为淀粉。根据两个化学方程式建立关系式：2ClO2～5I2～10Na2S2O3，因此原ClO2溶液的浓度为 g·L－1＝ - 8 -‎ ‎ g·L－1。(6)由于氯酸钾与草酸反应的酸性环境是硫酸提供的，因此检验Cl－时，应先除去SO，具体操作是取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量硝酸钡溶液，充分反应后静置，取上层清液于另一试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生。若有，则存在Cl－；若无，则不存在Cl－。‎ 答案：(1)2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑‎ ‎(2)控制温度，避免温度过高引起爆炸　溶液中有气泡逸出，产生黄绿色气体 ‎(3)冷凝并收集ClO2　(4)NaClO3‎ ‎(5)淀粉　 ‎(6)取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba(NO3)2溶液，充分反应后静置，取上层清液于另一试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生。若有，则存在Cl－；若无，则不存在Cl－‎ ‎4．草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)为淡黄色粉末，是生产锂电池的原料。某化学兴趣小组对草酸亚铁晶体的一些性质进行探究。回答下列问题：‎ ‎(1)实验室用0.5 mol·L－1FeSO4溶液与0.5 mol·L－1(NH4)2C2O4溶液制备草酸亚铁晶体。要配制500 mL 0.5 mol·L－1的FeSO4溶液，需称取FeSO4·7H2O(M＝278 g·mol－1)样品________g，必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还有__________。‎ ‎(2)为探究草酸亚铁的热分解产物，按下图所示装置进行实验。‎ ‎①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________。‎ ‎②停止实验时要先熄灭两处酒精灯，再继续通N2至玻璃管冷却至室温，目的是________________________________________________________________________。‎ ‎③若装置A中5.76 g样品完全分解后残余2.88 g黑色固体，装置E的硬质玻璃管中固体质量减轻0.64 g。则草酸亚铁受热分解的化学方程式为_______________________________。‎ 解析：(1)配制500 mL 0.5 mol·L－1的FeSO4溶液，需称取FeSO4·7H2O的质量为0.5 L×0.5 mol·L－1×278 g·mol－1＝69.5 g；必须使用的玻璃仪器还有500‎ - 8 -‎ ‎ mL容量瓶、胶头滴管。(2)①根据装置B中澄清石灰水变浑浊可知，草酸亚铁分解产物中有CO2，根据装置E中固体变为红色，装置F中澄清石灰水变浑浊可知，草酸亚铁分解产物中有CO。②停止实验时要先熄灭两处酒精灯，再继续通N2至玻璃管冷却至室温，目的是防止倒吸。③5.76 g样品中n(FeC2O4)＝＝0.04 mol，根据装置E中发生反应：CuO＋COCu＋CO2，Δm(固)＝16 g·mol－1可知，草酸亚铁样品分解生成的CO的物质的量n(CO)＝＝0.04 mol，残余2.88 g黑色固体中n(Fe)＝0.04 mol，n(O)＝(2.88－56×0.04) g÷16 g·mol－1＝0.04 mol，该黑色固体中n(Fe)∶n(O)＝1∶1，则黑色固体为FeO，草酸亚铁分解产生的CO2的质量m(CO2)＝(5.76－2.88－0.04×28) g＝1.76 g，n(CO2)＝＝0.04 mol，故草酸亚铁受热分解的化学方程式为FeC2O4FeO＋CO↑＋CO2↑。‎ 答案：(1)69.5　500 mL容量瓶、胶头滴管 ‎(2)①CO2和CO　②防止倒吸　③FeC2O4FeO＋CO↑＋CO2↑‎ ‎5．咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸(Ka约为10－6，易溶于水及乙醇)约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如图所示。‎ 索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：‎ ‎(1)实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是________________。 圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒________。‎ - 8 -‎ ‎(2)提取过程不可选用明火直接加热，原因是__________________。与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是________________________________________________________。‎ ‎(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是________________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有________(填标号)。‎ A．直形冷凝管　　　　　　　 B．球形冷凝管 C．接收瓶 D．烧杯 ‎(4)浓缩液加生石灰的作用是中和__________和吸收__________。‎ ‎(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是________。‎ 解析：(1)实验时将茶叶研细，能增加茶叶与溶剂的接触面积，使萃取更加充分。乙醇为溶剂，为防止加热时暴沸，需在加热前向圆底烧瓶中加入几粒沸石。(2)由于溶剂乙醇具有挥发性和易燃性，因此在提取过程中不可用明火直接加热。本实验中采用索氏提取器的优点是溶剂乙醇可循环使用，能减少溶剂用量，且萃取效率高。(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂，与水相比，乙醇作为萃取剂具有沸点低和易浓缩的优点。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了所给仪器外，还有直形冷凝管和接收瓶(如锥形瓶)。(4)向浓缩液中加入生石灰能中和单宁酸并吸收水分。(5)结合分离提纯咖啡因的装置及将粉状物放入蒸发皿并小火加热，咖啡因凝结在扎有小孔的滤纸上可知，该分离提纯的方法为升华。‎ 答案：(1)增加固液接触面积，提取充分　沸石　(2)乙醇易挥发，易燃　使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高)‎ ‎(3)乙醇沸点低，易浓缩　AC　(4)单宁酸　水分　(5)升华 ‎6．(2019·徐州高三考前模拟)超细铜粉有重要用途，工业上可以通过铝黄铜合金(含Cu、Al、Zn)制超细铜粉。某小组在实验室模拟制备超细铜粉的方法如下：‎ 步骤Ⅰ　取铝黄铜合金加入热浓硫酸溶解，再加入过量NaOH溶液只生成Cu(OH)2沉淀，过滤，洗涤。‎ 步骤Ⅱ　向Cu(OH)2沉淀中加入硫酸溶解，再加氨水，形成[Cu(NH3)4]SO4溶液。‎ - 8 -‎ 步骤Ⅲ　向[Cu(NH3)4]SO4溶液中通入SO2气体至溶液呈微酸性，生成NH4CuSO3。再与足量的1.000 mol·L－1的稀硫酸混合并微热，得到超细铜粉。‎ ‎(1)步骤Ⅰ中完全溶解铝黄铜合金可以加(通)入稀硫酸和________。‎ A．FeCl3　　 B．盐酸　　　‎ C．热空气 ‎ ‎(2)配制500 mL 1.000 mol·L－1的稀硫酸，需要用98%的浓硫酸(密度为1.84 g·mL－1)________mL。‎ ‎(3)在步骤Ⅲ中生成NH4CuSO3的化学方程式为_______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)准确称取1.000 g铝黄铜合金与足量的1.000 mol·L－1稀硫酸完全反应，生成标准状况下气体体积为134.4 mL。将相同质量的合金完全溶于热的足量的浓硫酸，产生标准状况下气体体积为380.8 mL。计算此合金中铜的质量分数：________。‎ 解析：(1)Cu不溶于稀硫酸，也不溶于盐酸；Cu能溶于FeCl3溶液，但会引入新的杂质；可以加(通)入稀硫酸和热空气，将铜氧化，又不引入新的杂质，因此本题答案为C项。(2)先求出浓硫酸的物质的量浓度，根据c＝＝ mol·L－1＝18.4 mol·L－1，根据稀释定律：c1V1＝c2V2，18.4 mol·L－1×V＝1.000 mol·L－1×500 mL，解得V≈27.17 mL。‎ ‎(3)向[Cu(NH3)4]SO4溶液中通入SO2气体至溶液呈微酸性，生成NH4CuSO3，发生的是氧化还原反应，铜元素的化合价降低被还原，二氧化硫部分被氧化生成SO，根据得失电子守恒和原子守恒写出生成NH4CuSO3的化学方程式为2[Cu(NH3)4]SO4＋3SO2＋4H2O===2NH4CuSO3＋3(NH4)2SO4。(4)合金中的Al、Zn和稀硫酸反应生成氢气，n(H2)＝0.134 4 L÷22.4 L·mol－1＝0.006 mol，合金中Cu、Al、Zn和足量浓硫酸反应生成SO2，n(SO2)＝0.380 8 L÷22.4 L·mol－1＝0.017 mol，因Zn、Al与稀硫酸产生的H2和Zn、Al与浓硫酸产生的SO2的物质的量相同，所以n(Cu)＝n(SO2)－n(H2)＝0.017 mol－0.006 mol＝0.011 mol，铜的质量分数为×100%＝70.4%。‎ 答案：(1)C　(2)27.17　(3)2[Cu(NH3)4]SO4＋3SO2＋4H2O===2NH4CuSO3＋3(NH4)2SO4　(4)70.4%‎ - 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