2021届高考化学一轮复习物质的制备及定量分析实验作业

2021届高考化学一轮复习物质的制备及定量分析实验作业

课时作业(四十二)　物质的制备及定量分析实验 ‎1．过氧化尿素是一种新型漂白剂、消毒剂、漂白、消毒的效果优于H2O2和过氧乙酸。某工业用过氧化尿素的部分参数见下表：‎ 分子式 外观 热分解温度 熔点 水溶性(20℃)‎ CO(NH2)2·H2O2‎ 白色晶体 ‎45℃‎ ‎75～85℃‎ ‎500 g·L－1‎ 合成过氧化尿素的步骤及反应器的示意图如下：在250 mL三颈烧瓶中加入一定量的30%的H2O2溶液，再加入30g尿素，在不断搅拌下升温至300℃，使尿素完全溶解，保温30 min，冷却至－5℃进行结晶。抽滤得白色粉末状结晶。在50℃下干燥2 h，得过氧化尿素产品。回答下列问题：‎ ‎(1)控制反应温度的适宜方法是________ (填序号)。‎ A．酒精灯加热　 B．酒精喷灯加热 C．电炉加热　 D．水浴加热 ‎(2)反应器中发生反应的化学方程式为 ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(3)反应器中冷凝管中冷水从______(填“a”或“b”)流进；反应器加热温度不能太高的原因是___________________________________________________________________。‎ ‎(4)搅拌器不能选择铁质或铝质材料的原因是 ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(5)为测定产品中活性氧的含量(活性氧16%，相当于含H2O2 34%)，称取干燥样品12.000 g，溶解，在250 mL 容量瓶中定容。准确量取25.00 mL于锥形瓶中，加入1 mL 6 mol·L－1的硫酸，然后用0.200 0 mol·L－1KMnO4标准溶液滴定(KMnO4溶液与尿素不反应)，平行实验三次，实验结果如下：‎ 实验序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ KMnO4溶液体积/mL 滴定前读数 ‎0.00‎ ‎0.00‎ ‎2.00‎ 滴定后读数 ‎19.98‎ ‎21.70‎ ‎22.02‎ ‎①KMnO4溶液应盛放在________滴定管中，滴定终点的现象是_______________________________________________________________________。‎ ‎②产品中活性氧的质量分数为________。‎ ‎③若滴定前滴定管尖嘴处无气泡，滴定后有气泡，会使测得的活性氧含量________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。‎ 解析　(1)根据CO(NH2)2·H2O2热分解温度为45 ℃，所以采用的加热方式应用水浴加热，易于控制温度，选D；(2)反应器中过氧化氢与尿素发生化合反应生成CO(NH2)2·H2O2，反应的化学方程式为CO(NH2)2＋H2O2===CO(NH2)2·H2O2；(3)冷凝管中冷水要低进高出，所以冷凝管中冷水从b流进；过氧化氢加热会分解；所以温度不能太高；(4)铁、铝具有还原性，易被氧化，所以不能选择铁质或铝质材料搅拌器；(5)①高锰酸钾具有氧化性，腐蚀橡胶，KMnO4溶液应盛放在酸式滴定管中；H2O2与高锰酸钾溶液反应，使高锰酸钾溶液褪色，滴定终点的现象是滴入最后一滴KMnO4溶液时，溶液显浅红色，且半分钟内不褪色；②第二次实验明显误差太大，应舍去，第一次和第三次滴定平均消耗KMnO4溶液20.00 mL；依据反应2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2；‎ ‎2MnO～～～～～～～～5H2O2；‎ ‎2　　　　　　　　 　5‎ ‎0.020 0 L×0.200 0 mol/L　0.01 mol 所以12.000 g样品中含过氧化氢0.1 mol；过氧化氢质量分数＝×100%＝28.3%；活性氧16%，相当于H2O2 34%，则活性氧质量分数＝＝13.3%，；③若滴定前滴定管尖嘴处无气泡，滴定后有气泡，消耗高锰酸钾溶液偏小，依据c(标准)×V(标准)＝c(待测)×V(待测)，则过氧化氢物质的量偏小，活性氧含量偏低。‎ 答案　(1)D　(2)CO(NH2)2＋H2O2===CO(NH2)2·H2O2　(3)b　温度过高会导致过氧化氢分解　(4)铝、铁易被氧化　(5)①酸式　滴入最后一滴KMnO4溶液时，溶液显浅红色，且半分钟内不褪色　②13.3%　③偏低 ‎2．二氧化氯气体有毒，常应用在果蔬保鲜方面，用NaClO3与CH3OH (沸点64.7℃) 在催化剂、61℃时发生反应得到ClO2，实验装置如下图，(已知ClO2 的稳定性较差，用稳定剂吸收ClO2。使用时加酸释放出ClO2)。完成下列填空：‎ ‎(1)仪器b的名称为____________，其作用是____________。‎ ‎(2)反应中甲醇被氧化为甲酸(HCOOH)，写出制备ClO2的化学方程式________________________________________________________________________。‎ ‎(3)甲装置中采取的加热方式是________，如果滴加甲醇的速度过快，‎ 可造成的后果____________________。‎ ‎(4)某同学建议将上述装置中的分液漏斗c改为恒压漏斗e，你认为他的理由是　　　　　　　　　　　　　　。‎ ‎(5)实验结束后，先用仪器a 注入一定量的NaOH溶液，过一段时后再拆卸仪器，其目的是_____________________________________________________________________。‎ ‎(6)下表是两种稳定剂加酸后释放ClO2的浓度随时间的变化数据，若将其用于樱桃保鲜，你认为效果较好的稳定剂是______( 填“1”或“2”)，原因是_____________________________。‎ 时间/天 稳定剂 ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎10‎ ‎12‎ ‎14‎ ‎16‎ 稳定剂1‎ ‎80‎ ‎150‎ ‎80‎ ‎20‎ ‎10‎ ‎5‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ 稳定剂2‎ ‎40‎ ‎52‎ ‎52‎ ‎52‎ ‎52‎ ‎50‎ ‎48‎ ‎47‎ ‎20‎ ‎(7)某同学在实验室测定某保鲜剂中ClO2含量，其实验操作如下，在维形瓶中加入足量的KI溶液。再加入5 mL稀硫酸，取15 mL保鲜剂于锥形瓶中。ClO2与KI反应的离子方程式为：2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O；用0.1000 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定碘单质(I2＋2S2O===2I－＋S4O) 。达到滴定终点时用去18.00 mL Na2S2O3标准溶液，测得该保鲜剂中ClO2的含量为________g·L－1‎ 解析　(1)根据图示仪器b的名称球形冷凝管；球形冷凝管其作用是冷凝回流甲醇；(2)甲醇被氧化为甲酸(HCOOH)，NaClO3被还原为ClO2，反应方程式是4NaClO3＋CH3OH＋2H2SO42Na2SO4＋4ClO2＋HCOOH＋3H2O；(3)根据NaClO3与CH3OH(沸点64.7 ℃)在催化剂、61℃时发生反应，所以加热方式为水浴加热；如果滴加甲醇的速度快，生成ClO2的速率快，稳定剂来不及吸收ClO2；(4)恒压漏斗能平衡气压，有利于液体顺利下流，防止甲醇挥发；(5)二氧化氯气体有毒，注入氢氧化钠溶液能将反应停止，并吸收多余的ClO2；(6)释放的ClO2浓度稳定，保鲜时间长的稳定剂效果好，根据表格数据，效果较好的稳定剂是2；(7)设保鲜剂中ClO2的含量是xg·L－1‎ ClO2～～～～5Na2S2O2‎ ‎67.5 g　　　　　5 mol ‎0.015x　　　0.018 L×0.100 0 mol/L ＝，x＝1.62。‎ 答案　(1)球形冷凝管　冷凝回流甲醇　(2)4NaClO3＋CH3OH＋2H2SO42Na2SO4＋4ClO2＋HCOOH(H2CO2)＋3H2O　(3)水浴加热　稳定剂来不及吸收ClO2　(4)有利于液体顺利下流，防止甲醇挥发　(5)将反应停止，并吸收多余的ClO2　(6)2　释放的ClO2浓度稳定，保鲜时间长　(7)1.62‎ ‎3．实验室制备三氯乙醛(CCl3CHO)的反应原理为：C2H5OH＋4Cl2→CCl3CHO＋ 5HCl，可能发生的副反应是C2H5OH＋HCl→C2H5Cl＋H2O。 某探究小组模拟制备三氯乙醛的实验装置如图所示(夹持、加热装置均略去)。回答下列问题：‎ ‎(1)仪器a的名称是__________。‎ ‎(2)检查虚线框内装置气密性的方法是________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若撤去装置B，对实验的影响是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)实验时发现D中导管口处气泡速率过快，合理的解决方法是________________________________________________________________________。‎ ‎(5)已知：CCl3CHO＋OH－→CHCl3＋HCOO－　HCOO－＋I2===H＋＋2I－＋CO2↑　I2＋2S2O===2I－＋S4O称取0.40 g产品，配成待测溶液，加入20.00 mL 0.100 mol/L 碘标准溶液，再加入适量Na2CO3溶液，反应完全后，加盐酸调节溶液的pH，并立即用0.020 mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点。重复上述操作3次，平均消耗Na2SO3溶液20.00 mL。滴定时所用指示剂是________，达到滴定终点的现象是__________________________________，测得产品的纯度为________。‎ 解析　A装置利用二氧化锰与浓盐酸制备氯气，B装置用饱和食盐水除去HCl，C装置盛放浓硫酸干燥氯气，D中反应制备CCl3CHO，E装置盛放氢氧化钠溶液，吸收尾气中氯气、HCl防止污染空气。‎ ‎(1)根据装置图，仪器a为冷凝管；‎ ‎(2)检查虚线框内装置气密性，可以在B中加入一定量水至浸没导管，对A加热。若B中导管口有气泡产生，且停止加热，B中导管内有稳定水柱形成，则装置气密性良好；‎ ‎(3)反应生成的氯气中含有氯化氢和水蒸气，装置B中的饱和食盐水可以除去氯化氢，若撤去装置B，会有氯化氢杂质与乙醇反应，生成氯乙烷，导致三氯乙醛的纯度降低。‎ ‎(4)实验时发现D中导管口处气泡速率过快，说明生成氯气的速率过快，合理的解决方法有停止对A加热或控制滴加盐酸量；‎ ‎(5)碘遇淀粉显蓝色，滴定时可以选用淀粉作指示剂，达到滴定终点时，蓝色变为无色，且半分钟内不变色；根据消耗的Na2S2O3计算剩余I2的物质的量0.020 00 mol·L－1×0.02 L×＝2×10－4 mol，与HCOO－反应的I2的物质的量为0.100 0 mol·L－1×0.02 L－2×10－4mol＝1.8×10－3 mol，由CCl3CHO～HCOO～I2可知，CCl3CHO的物质的量为1.8×10－3 mol，则产品的纯度为×‎ ‎100%＝66.4%，故答案为：淀粉溶液；蓝色变为无色，且半分钟内不变色；66.4%。‎ 答案　(1)(球形)冷凝管　(2)在B中加入一定量水至浸没导管，对A加热。若B中导管口有气泡产生，且停止加热，B中导管内有稳定水柱形成，则装置气密性良好 ‎(3)会有氯化氢杂质与乙醇反应，生成氯乙烷，导致三氯乙醛的纯度降低　(4)停止对A加热或控制滴加盐酸量　(5)淀粉溶液　蓝色变为无色，且半分钟内不变色　66.4%(或66.375%)‎ ‎4．(2019·江西南昌模拟)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用作外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点8.2℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260℃反应可以制得SiH2Cl2。‎ ‎(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。‎ ‎(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为 ‎______________________________________________________________________。‎ ‎(3)按照气体从左到右方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→____→____→____→____→____→____→____。(填仪器接口的字母，其中C装置用到2次)‎ ‎(4)按从左到右的顺序，前面C装置中装的药品为_________，后面C装置的作用为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、________。‎ ‎(6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2在300～350℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。‎ 解析　(1)浓硫酸具有吸水性，能使浓盐酸挥发以制取HCl。(2)根据得失电子守恒、元素守恒写出并配平化学方程式：Si＋2HClSiH2Cl2。(3)根据实验目的、所用试剂及SiH2Cl2的性质，可确定实验过程为：制备氯化氢(A)、干燥氯化氢(C)、制备SiH2Cl2(D)、收集冷凝的SiH2Cl2(B)、尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中(C)。所以接口的连接次序是a→d→e→f→g→b→c→d。(4)前面C装置的作用是吸收HCl中的水蒸气，故装的药品可以为P2O5或CaCl2；后面C装置的作用是进行尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中，可装入碱石灰。(5)Si在高温下还可以与HCl发生反应：3Si＋10HCl2SiHCl3＋SiCl4＋4H2。(6)根据CH4与Cl2发生的取代反应，可推知SiH4与Cl2发生取代反应的产物有SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4，表明SiH2Cl2能进一步与Cl2反应生成SiHCl3、SiCl4。‎ 答案　(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2‎ ‎(3)d　e　f　g　b　c　d　(4)P2O5或CaCl2　尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2Si4Cl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)‎ ‎5．碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。‎ ‎(1)采用装置A，在高温下将x g钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。‎ ‎①气体a的成分是______________。‎ ‎②若钢样中硫以FeS的形式存在，A中反应：3FeS＋5O21________＋3________。‎ ‎(2)将气体a通入测硫装置中(如下图)，采用滴定法测定硫的含量。‎ ‎①H2O2氧化SO2的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。‎ ‎(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。‎ ‎①气体a通过B和C的目的是_______________________________________________。‎ ‎②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是________________________________。‎ 解析　(1)①钢样中的碳、硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2，还有未反应的O2，故气体a的成分为O2、SO2、CO2。②根据得失电子守恒和质量守恒定律配平化学方程式：3FeS＋5O2Fe3O4＋3SO2。(2)①H2O2和SO2发生氧化还原反应：H2O2＋SO2===H2SO4。②根据题意，消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则消耗z mL NaOH溶液，相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为或×100%。(3)①气体a中含有O2、SO2和CO2，在吸收CO2测定碳的含量时，也可能吸收SO2‎ ‎，故气体a通过装置B和C的目的是排除SO2对CO2测定的干扰。②计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收CO2前、后吸收瓶的质量，其质量差为CO2的质量。‎ 答案　(1)①O2、SO2、CO2　②Fe3O4　SO2‎ ‎(2)①H2O2＋SO2===H2SO4　② ‎(3)①排除SO2对CO2测定的干扰　②吸收CO2前、后吸收瓶的质量