高考化學沖刺二輪精講講義第13講化學實驗方案設計與評價

第13講化學實驗方案設計與評價[考綱要求]1.了解科學探究的基本過程，學習運用以實驗和推理為基礎的科學探究方法。2.能根據要求做到：(1)設計、評價或改進實驗方案。(2)掌握控制實驗條件的方法。預測或描述實驗現象。(3)分析或處理實驗數據，得出合理結論。(4)正確改進實驗裝置。3.以上各部分知識與技能的綜合應用。[學科素養(yǎng)]1.變化觀念與平衡思想：認識化學實驗是科學探究的一種重要形式，是研究物質及其變化的基本方法。2.證據推理與模型認識：能運用分析推理等方法認識研究對象的本質物質、構成要素及其相互關系，建立模型并運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規(guī)律。3.科學探究與創(chuàng)新意識：能根據物質的性質，探究反應規(guī)律，體會實驗條件控制對完成科學實驗及探究活動的作用。[網絡構建][核心強化]1．實驗方案設計中的“6”注意(1)實驗操作順序裝置選擇與連接→氣密性檢查→裝入藥品→開始實驗(按程序)→拆卸儀器→防潮、防倒吸、防污染、防爆炸等。(2)儀器接口的連接總體上遵循裝置的排列順序，但對于吸收裝置應“長”進“短”出(或“深”入“淺”出)；量氣裝置應“短”進“長”出；洗氣裝置應“長”進“短”出；干燥管應“大”進“小”出。冷凝管水流應：“下”進“上”出(逆流原理)。(3)加熱操作先后順序的選擇若氣體制備實驗需加熱，應先加熱氣體發(fā)生裝置，通入氣體排出裝置中的空氣后，再給實驗中需要加熱的物質加熱。目的是：①防止爆炸(如氫氣還原氧化銅)；②保證產品純度，防止反應物或生成物與空氣中的物質反應。熄滅酒精燈的順序則相反。(4)實驗中試劑或產物防止變質或損失①實驗中反應物或產物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。②易揮發(fā)的液體產物要及時冷卻。③易揮發(fā)的液體反應物，需在反應裝置中加裝冷凝回流裝置(如長導管、豎直的干燥管、冷凝管等)。④注意防止倒吸的問題。(5)儀器藥品的準確描述①實驗中所用試劑名稱：如無水硫酸銅(CuSO4)，硫酸銅溶液、酸性高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、飽和碳酸氫鈉溶液、0.1000mol·L－1的氫氧化鈉溶液等。②儀器名稱：如坩堝、研缽、100mL容量瓶。(6)會畫簡單的實驗裝置圖考綱要求能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖，可用“裝置示意圖”表示。一般能畫出簡單的裝置圖即可，但要符合要求，例如形狀、比例等。2．實驗方案評價“3”要素(1)選擇。包括儀器、藥品、連接方式的選擇。(2)評價。正確、簡約、安全、環(huán)保。(3)最佳方案的選擇。裝置最簡、藥品容易取得、價格低廉、現象明顯、無污染。(1)實驗中所用蒸餾水均需經煮沸后迅速冷卻，目的是____________________，儀器a的名稱是____________。(2)將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置。打開K1、K2，關閉K3。①c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{色，該反應的離子方程式為________________________________________________。②同時c中有氣體產生，該氣體的作用是_____________________________________________。[解析](1)審題時抓住醋酸亞鉻“在氣體分析中用作氧氣吸收劑”，這暗示醋酸亞鉻具有強還原性，易被氧氣氧化，故該實驗中使用的蒸餾水必須去除溶解氧。(2)①依題意可知，c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{色，主要是由于鋅與鉻離子反應生成亞鉻離子和鋅離子，即Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋。②c中產生的氣體為氫氣，該氣體主要用于排除裝置內的空氣，避免O2氧化Cr2＋。(3)c中有氫氣產生，打開K3，關閉K1和K2后，c中壓強大于外界壓強，從而將c中溶液壓入醋酸鈉溶液中。析出并分離產品的操作是冷卻、過濾、洗滌、干燥。(4)觀察d裝置，可發(fā)現其與空氣相通，這會導致生成的醋酸亞鉻被O2氧化。[答案](1)去除水中溶解氧分液(或滴液)漏斗(2)①Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋②排除c中空氣(3)c中產生H2使壓強大于大氣壓(冰浴)冷卻過濾(4)敞開體系，可能使醋酸亞鉻與空氣接觸物質制備實驗的思維流程(1)物質制備實驗設計一般思路如下：(2)注意事項。①“合理選擇”是指儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇又包括發(fā)生裝置(幾種基本類型)、凈化裝置(除雜質的試劑與順序)、收集裝置、尾氣處理裝置等；藥品的選擇包括藥品的種類、濃度、狀態(tài)等；連接方式的選擇指儀器的先后順序、導管接口的連接等。②“排除干擾”是指反應條件的控制、防止空氣成分介入、副反應盡量避免、雜質的清除以及防止產物的揮發(fā)、水解等對實驗的干擾。③“操作準確”則要求熟悉主要儀器的性能、用途和典型的實驗操作步驟。[分點突破]角度一：涉及氣體的制備實驗1．(2018·江西臨川二中檢測)三氯化硼是一種重要的化工原料，主要用作半導體硅的摻雜源或有機合成催化劑，還用于高純硼或有機硼的制取。已知：BCl3的沸點為12.5℃，熔點為－107.3℃，易潮解。實驗室制備三氯化硼的原理為：B2O3＋3C＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(△),\s\do5())2BCl3＋3CO。(1)甲組同學擬用如圖1所示的裝置制備干燥純凈的氯氣。①裝置B的作用是____________________________________，裝置C中盛放的試劑是_____________________________。②若生成13.44L氯氣(標準狀況下)，則反應轉移的電子數目為________。(2)乙組同學選用甲組同學實驗中的裝置A、B、C和如圖2所示的裝置(裝置可重復使用)制備BCl3并驗證反應中有CO生成。①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A→B→C→________→________→H→________→________→F→D→I；其中裝置E的作用是_____________________________。②為確保CO得到驗證，實驗前除檢查裝置的氣密性外，還需要的一步操作是______________________________________。③能證明反應中有CO生成的現象是_________________________________________________。④一定條件下三氯化硼與某四核氫化物反應可制備具有重要用途的氮化硼(BN)，該反應的化學方程式為____________________。[解析](1)①根據實驗裝置圖可知，用KClO3與濃鹽酸反應制備Cl2，制得的Cl2中含有HCl和水蒸氣，要用飽和食鹽水除去HCl，用濃硫酸除去水分，從而得到干燥純凈的Cl2。②裝置A中發(fā)生反應的離子方程式為ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋6H＋eq\o(=,\s\up17(△),\s\do5())3Cl2↑＋3H2O，生成3molCl2轉移5mol電子，則生成標準狀況下13.44L(0.6mol)Cl2，轉移的電子數目為5×eq\f(0.6,3)××1023＝×1023。(2)乙組同學選用甲組同學實驗中的裝置A、B、C制得干燥純凈的氯氣，用Cl2、B2O3和C反應生成BCl3和CO，BCl3的熔點為－107.3℃，沸點為12.5℃，所以收集BCl3要用冰水冷卻，未反應的Cl2用NaOH溶液吸收，BCl3易水解，為防止NaOH溶液中的水進入裝置E，在E和J之間接上H裝置，用于吸水，生成的CO經干燥后再通過F裝置還原CuO，再將生成的氣體通過澄清石灰水檢驗，可以證明制備BCl3的反應中有CO生成，多余的CO不能排放到空氣中，要用排水法收集。①根據上面的分析可知，乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A→B→C→G→E→H→J→H→F→D→I。③根據實驗的原理可知，生成的CO能將黑色的CuO還原為紅色的Cu，同時產生能使澄清石灰水變渾濁的二氧化碳氣體，所以能證明反應中有CO生成的現象是裝置F中黑色粉末變?yōu)榧t色，裝置D中澄清石灰水變渾濁。④根據元素守恒，可知該四核氫化物中含有N元素，則該四核氫化物為NH3，BCl3與NH3反應生成BN和HCl。[答案](1)①除去氯氣中的HCl濃硫酸②×1023(2)①GEJH將BCl3冷凝為液體收集②通入N2排出裝置中的空氣③F中固體由黑變紅，D中溶液變渾濁④BCl3＋NH3=BN＋3HCl涉及氣體制備實驗的“4環(huán)節(jié)”角度二：無機物制備實驗2．(2018·肇慶模擬)氮化鋁(AlN，遇水易水解)廣泛應用于集成電路產生領域。某研究小組利用氮氣、氧化鋁和活性炭制取氮化鋁，設計如下圖所示實驗裝置。圖1請回答：(1)圖1中用飽和NaNO2溶液與NH4Cl溶液加熱制取氮氣，該化學方程式為__________________________________。(2)圖1裝置中各儀器導管口連接的順序是(用小寫字母a→g填寫)________________；導管A的作用是_______________________________________________。(3)按(2)連接好實驗裝置后，接下來的操作是_________________________________________________。(4)按(2)連接的實驗裝置存在的缺陷是________________________________________________________。(5)反應結束后，某同學用圖2裝置進行實驗來測定氮化鋁樣品的質量分數(實驗中導管體積忽略不計)。圖2①氮化鋁與過量的NaOH溶液反應生成氨氣的化學反應方程式為__________________________________________________。②集氣瓶中的苯的作用是_________________________；集氣瓶中的液體沒有裝滿，則實驗測得NH3的體積將________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)。③若實驗中稱取氮化鋁樣品的質量為10.0g，測得氨氣的體積為3.36L(標準狀況)，則樣品中AlN的質量分數為________(保留3位有效數字)。[解析](1)根據實驗目的和原料，NaNO3作氧化劑，N由＋3價→0價，NH4Cl作還原劑，N由－3價→0價，因此反應的化學方程式為NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NaCl＋2H2O＋N2↑。(2)因為AlN遇水易水解，需要除去N2中的水蒸氣，則N2從a經濃硫酸干燥，導管“長進短出”，連接e→d，為干燥充分，連接g→f，在玻璃管中反應，連接c→b，同時要防止空氣中水蒸氣的進入，最后再連接g→f；導管A的作用是平衡分液漏斗與燒瓶之間的壓強，使NaNO2飽和溶液順利滴下。(3)因為有氣體參加反應，因此需要檢驗裝置的氣密性。(4)缺少防倒吸裝置和尾氣處理裝置。(5)①氮化鋁遇水發(fā)生水解反應AlN＋3H2O=Al(OH)3↓＋NH3↑，氫氧化鋁表現兩性，因此發(fā)生Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O，總反應是AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑。②NH3極易溶于水，因此要防止倒吸，即苯的作用是防止NH3溶于水；對實驗無影響，因此選不變。③根據反應方程式：n(AlN)＝n(NH3)＝eq\f(3.36,22.4)mol＝0.15mol，其質量分數為×eq\f(41,10)×100%＝61.5%。[答案](1)NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NaCl＋2H2O＋N2↑(2)a→e→d→g→f→c→b→g→f平衡分液漏斗與燒瓶之間的壓強，使NaNO2飽和溶液順利滴下(3)檢查裝置的氣密性(4)洗氣瓶沒有防倒吸裝置、沒有尾氣處理裝置(5)①AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑②防止氨氣溶于水不變③61.5%角度三：有機物制備實驗3．(名師改編)乙醚(CH3CH2OCH2CH3)在醫(yī)療上被用作麻醉劑，其熔點為－℃、沸點為℃，難溶于水。在實驗室中可將乙醇、濃硫酸的混合液加熱至140℃制取一定量的乙醚，制備裝置如圖1所示。請回答下列問題：(1)A裝置中缺少溫度計，使用溫度計時，其水銀球應位于________，圖1虛線框內所缺儀器應選圖2中的________(填名稱)。(2)混合濃硫酸與乙醇的方式是將________慢慢加入另一種試劑中。(3)制得的乙醚中含有一定量的乙醇，提純的方法是先水洗，除去雜質后用某試劑Q進行干燥，再經適當的方法處理后即可得到精制的乙醚。①水洗的目的是____________________________，此操作應在圖3中的________(填編號)中進行。②試劑Q可能是____________________________(寫出一種合理答案即可)。(4)實驗表明，隨著反應的進行，燒瓶中的液體會變成黑色，變黑的原因是________________________________________，同時還有兩種常見的無色氣體生成，寫出乙醇與濃硫酸反應生成這些無色氣體的化學方程式：____________________________________。(5)若實驗中使用了20mL(密度為0.8g/mL)無水乙醇，最后得到純乙醚8.4g，則乙醚的產率為________(精確到小數點后1位)。[解析](1)因為要測量反應液的溫度，故溫度計的水銀球應位于溶液內部且不與容器內壁接觸；冷凝時應使用直形冷凝管。(2)乙醇與濃硫酸的混合相當于用乙醇對濃硫酸進行稀釋，故應將濃硫酸慢慢加入到乙醇中。(3)①水洗的目的是除去乙醇，然后分液即可得到較純的乙醚，分液時應使用梨形分液漏斗，即儀器Ⅰ。②殘留的水可用干燥劑進行干燥。(4)反應中濃硫酸將部分乙醇炭化導致液體變成黑色，生成的C(碳)與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應又生成CO2、SO2。(5)由2CH3CH2OHeq\o(→,\s\up17(濃H2SO4),\s\do15(140℃))CH3CH2OCH2CH3＋H2O可求出乙醇完全轉化為乙醚時的理論質量，然后用實際質量除以理論質量，可求出產率。[答案](1)溶液中且不接觸容器內壁直形冷凝管(2)濃硫酸(3)①除去乙醇Ⅰ②無水氯化鈣(或其他合理答案)(4)濃硫酸使部分乙醇炭化生成黑色的C(碳)C2H5OH＋6H2SO4(濃)eq\o(→,\s\up17(△))2CO2↑＋6SO2↑＋9H2O(5)65.3%有機物制備實驗題的解題模板考點二性質探究型實驗(2018·名師改編)某化學興趣小組為比較Cl2、Br2、Fe3＋的氧化性強弱，設計了如下實驗：[解析](1)①為便于將玻璃導管插入橡膠塞，應先將玻璃導管用水濕潤。②檢查裝置A的氣密性時，先將止水夾b關閉，打開分液漏斗的活塞，然后從分液漏斗向燒瓶中注水，若水不能順利流下，則氣密性良好。(2)氯氣有毒，該實驗中無尾氣處理裝置。D裝置溶液變紅，說明Fe2＋被氧化為Fe3＋，說明Cl2的氧化性比Fe3＋的強；E裝置中水層溶液變黃，振蕩試管后CCl4層無明顯現象，說明向Fe2＋與Br－共存的溶液中通入氯氣，Fe2＋先被氧化，即Br2的氧化性比Fe3＋的強。(3)①由于(SCN)2的性質與鹵素單質的類似，且氧化性Cl2>(SCN)2，當Cl2過量時，Cl2將SCN－氧化為(SCN)2,2SCN－＋Cl2=2Cl－＋(SCN)2，使Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3平衡向逆反應方向移動而褪色?？上蛲噬蟮娜芤褐屑尤隖e3＋或SCN－，觀察溶液是否恢復紅色。②BrCl與水的反應和氯氣與水的反應相似，反應方程式為BrCl＋H2O=HBrO＋HCl。向溶液中加入硝酸銀溶液，產生白色沉淀AgCl，AgBrO易溶于水。[答案](1)①先將玻璃導管用水潤濕②關閉止水夾b，打開活塞a(2)缺少尾氣處理裝置Cl2>Br2>Fe3＋(3)①過量氯氣和SCN－反應，2SCN－＋Cl2=2Cl－＋(SCN)2，使SCN－濃度減小，使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3向逆反應方向移動而褪色取少量褪色后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則上述推測合理[或取少量褪色后的溶液，滴加FeCl3溶液，若溶液不變紅，則上述推測合理(其他合理答案也可)]②BrCl＋H2O=HBrO＋HCl，反應產生Cl－，由于AgBrO易溶于水，加入AgNO3溶液，只能生成AgCl白色沉淀(1)性質實驗方案的設計方法①性質探索型實驗，主要是從物質的結構特點或從所屬類型的典型代表物去推測物質可能具有的一系列性質，而后據此設計合理的實驗方案，去探索它所可能具有的性質。探索型性質實驗方案的設計思路②性質驗證型實驗，主要是對物質具備的性質去求證，關鍵是設計出簡捷的實驗方案，操作簡單易行，現象明顯，且安全性高。驗證型性質實驗方案的設計思路(2)注意事項①在離子檢測、氣體成分檢測的過程中，要嚴格掌握檢測的先后順序，防止各成分檢測過程中的相互干擾。②若有水蒸氣生成，先檢驗水蒸氣，再檢驗其他成分，如C和濃H2SO4的反應，產物有SO2、CO2和H2O(g)，通過實驗可檢驗三種氣體物質的存在，但要注意檢驗SO2、CO2都要通過溶液進行檢驗，對檢驗H2O(g)有干擾。③對于需要進行轉化才能檢測的成分，如CO的檢測，要注意先檢測CO中是否含有CO2，如果有CO2，應先除去CO2再對CO實施轉化，最后再檢測轉化產物CO2，如HOOC—COOHeq\o(=,\s\up17(濃硫酸),\s\do15(△))CO2↑＋CO↑＋H2O↑中CO的檢測。④要重視藥品名稱的描述，如有些藥品的準確描述為：無水硫酸銅、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外還應注意某些儀器的規(guī)格。[分點突破]角度一：關于物質性質的實驗探究1．某興趣小組設計SO2實驗方案做以下化學實驗。Ⅰ.實驗方案一(1)將SO2通入水中形成“SO2－飽和H2SO3溶液”體系，此體系中存在多個含硫元素的平衡，分別用平衡方程式表示為____________________________________________________。(2)已知：葡萄酒中有少量SO2可以作抗氧化劑，我國國家標準(GB2760－2014)規(guī)定葡萄酒中SO2的殘留量≤0.25g·L－1。利用SO2的漂白性檢測干白葡萄酒(液體為無色)中的SO2或H2SO3。設計如下實驗：實驗結論：干白葡萄酒不能使品紅溶液褪色，原因為____________________________________________________。Ⅱ.實驗方案二如圖是在實驗室進行二氧化硫制備與性質實驗的組合裝置，部分固定裝置未畫出。(1)裝置B中試劑X是________，裝置D中盛放NaOH溶液的作用是____________________________________________。(2)關閉彈簧夾2，打開彈簧夾1，注入硫酸至浸沒三頸燒瓶中固體，檢驗SO2與Na2O2反應是否有氧氣生成的方法是________________________________。(3)關閉彈簧夾1后，打開彈簧夾2，殘余氣體進入E、F中，能說明I－還原性弱于SO2的現象為____________________；發(fā)生反應的離子方程式是_____________________________________。Ⅲ.實驗方案三用電化學法模擬工業(yè)處理SO2。將硫酸工業(yè)尾氣中的SO2通入如圖裝置(電極均為惰性材料)進行實驗，可用于制備硫酸，同時獲得電能：(1)M極發(fā)生的電極反應式為____________________________。(2)若使該裝置的電流強度達到2.0A，理論上每分鐘應向負極通入標準狀況下氣體的體積為________L(已知：1個e－所帶電量為×10－19C)。[解析]Ⅲ.(1)M極上SO2被氧化，是負極，酸性條件下生成SOeq\o\al(2－,4)，電極反應式為SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋；(2)若使該裝置的電流強度達到A，則每分鐘轉移電子的物質的量為[(2.0A××10－19×1023)]mol，向負極通入標準狀況下氣體的體積為A×60×10－19×1023)]mol÷2×22.4L·mol－1＝0.014L。[答案]Ⅰ.(1)SO2(g)SO2(aq)；SO2＋H2OH2SO3；H2SO3H＋＋HSOeq\o\al(－,3)；HSOeq\o\al(－,3)H＋＋SOeq\o\al(2－,3)(2)干白中SO2或H2SO3含量太少Ⅱ.(1)濃硫酸吸收未反應的SO2，防止污染空氣(2)將帶火星的木條放在D試管口處，看木條是否復燃(3)E中溶液藍色褪去SO2＋I2＋2H2O=2I－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋Ⅲ.(1)SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋解答性質探究型綜合實驗的注意事項角度二：關于物質反應規(guī)律的實驗探究2．某學生對Na2SO3與AgNO3在不同pH下的反應進行探究。(1)測得Na2SO3溶液pH＝10、AgNO3溶液pH＝5。(2)調節(jié)pH，實驗記錄如下：查閱資料得知：ⅰ.Ag2SO3：白色，難溶于水，溶于過量的Na2SO3溶液。ⅱ.Ag2O：棕黑色，不溶于水，能和酸反應。該學生對產生的白色沉淀提出了兩種假設：①白色沉淀為Ag2SO3。②白色沉淀為Ag2SO4，推測的依據是___________________。(3)取b、c中白色沉淀，置于Na2SO3溶液中，沉淀溶解。該同學設計實驗確認了白色沉淀不是Ag2SO4。實驗方法是：另取Ag2SO4固體置于________溶液中，未溶解。(4)將c中X濾出、洗凈，為確認其組成，實驗如下：Ⅰ.向X中滴加稀鹽酸，無明顯變化。Ⅱ.向X中加入過量濃硝酸，產生紅棕色氣體。Ⅲ.分別用Ba(NO3)2、BaCl2溶液檢驗Ⅱ中反應后的溶液，前者無明顯變化，后者產生白色沉淀。①實驗Ⅰ的目的是_____________________________。②根據上述現象，分析X的成分是________。③Ⅱ中反應的化學方程式是_____________________。(5)該同學綜合以上實驗，分析X產生的原因是：隨著酸性的增強，體系的還原性強。[解析](2)SOeq\o\al(2－,3)具有較強的還原性，易被空氣中的氧氣氧化為SOeq\o\al(2－,4)，故提出假設②白色沉淀為Ag2SO4。(3)要確定b、c中的白色沉淀不是Ag2SO4，只需證明Ag2SO4不溶于過量的Na2SO3溶液即可。(4)①確定c中X的組成，實驗Ⅰ的目的是驗證棕黑色物質X不是Ag2O，因為Ag2O與HCl發(fā)生反應：Ag2O＋2HCl=2AgCl＋H2O。②實驗Ⅱ加入濃硝酸，產生紅棕色氣體，說明X具有還原性，實驗Ⅲ向Ⅱ中反應后的溶液中加入Ba(NO3)2溶液無變化，加入BaCl2溶液產生白色沉淀，說明Ⅱ中反應后的溶液中含Ag＋，進而推出X為Ag。③Ag與濃HNO3反應的化學方程式為Ag＋2HNO3(濃)=AgNO3＋NO2↑＋H2O。[答案](2)SOeq\o\al(2－,3)具有較強的還原性(3)Na2SO3(或亞硫酸鈉)(4)①驗證棕黑色物質X不是Ag2O②Ag③Ag＋2HNO3(濃)=AgNO3＋NO2↑＋H2O3．(2018·合肥模擬)某學習小組通過下列裝置探究MnO2與FeCl3·6H2O能否反應產生Cl2。實驗操作和現象如下表：回答下列問題：(1)上述實驗中的白霧是________；試管A管口向上傾斜的原因是_____________________________________。(2)實驗2說明黃色氣體中含有FeCl3，寫出FeCl3使淀粉－KI溶液變藍的離子方程式：___________________________________。(3)為進一步確認黃色氣體中含有Cl2，該學習小組對實驗1提出兩種改進方案：方案1在A、B間增加盛有某種試劑的洗氣瓶C，結果B中溶液仍變?yōu)樗{色。方案2將B中淀粉－KI溶液替換為NaBr溶液，結果B中溶液呈橙紅色，且未檢出Fe2＋。則方案1C中盛放的試劑是________；方案2中檢驗Fe2＋的試劑是________，選擇NaBr溶液的依據是____________________。(4)實驗1充分加熱后，若反應中被氧化與未被氧化的氯元素質量之比為1∶2，則A中發(fā)生反應的化學方程式為______________________________________________；其尾氣處理的方法是______________________________。(5)該學習小組認為實驗1中溶液變藍，可能還有另外一種原因是______________________________________________。請你設計實驗方案驗證此猜想：________________________________________________。[解析](1)HCl具有揮發(fā)性，上述實驗中的白霧是鹽酸小液滴；試管A管口向上傾斜的原因是試管A中部分固體溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形成溶液。(2)FeCl3具有氧化性，使淀粉－KI溶液變藍的離子方程式：2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2。(3)方案1C中盛放的試劑是飽和NaCl溶液，洗去HCl，Cl2在其中溶解度小；方案2中檢驗Fe2＋的試劑鐵氰化鉀溶液，遇到Fe2＋生成藍色沉淀；氧化性次序：Cl2>Br2>Fe3＋>I2，選擇NaBr溶液的依據是Br－可以被Cl2氧化成Br2，但不會被Fe3＋氧化為Br2。(4)實驗1充分加熱后，若反應中被氧化與未被氧化的氯元素質量之比為1∶2，則A中發(fā)生反應的化學方程式為MnO2＋2FeCl3·6H2Oeq\o(=,\s\up17(△))Fe2O3＋MnCl2＋Cl2↑＋2HCl＋11H2O；由于Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O，其尾氣處理的方法是將尾氣通入到氫氧化鉀溶液中。(5)由于2H2O＋4I－＋O2=2I2＋4OH－，實驗1中溶液變藍，可能還有另外一種原因是實驗未先趕出空氣，其中的O2在此條件下可能氧化I－。設計實驗方案驗證此猜想：向一試管中加入淀粉－KI溶液，再滴入幾滴稀鹽酸，在空氣中放置，觀察一段時間后看溶液是否變藍。[答案](1)鹽酸小液滴試管A中部分固體溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形成溶液(2)2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2(3)飽和NaCl溶液鐵氰化鉀溶液Br－可以被Cl2氧化成Br2，但不會被Fe3＋氧化為Br2(4)MnO2＋2FeCl3·6H2Oeq\o(=,\s\up17(△))Fe2O3＋MnCl2＋Cl2↑＋2HCl＋11H2O將尾氣通入到氫氧化鉀溶液中(5)實驗未先趕出空氣，其中的O2在此條件下可能氧化I－向一試管中加入淀粉－KI溶液，再滴入幾滴稀鹽酸，在空氣中放置，觀察一段時間后看溶液是否變藍考點三定量測定型實驗[解析](1)發(fā)生的顯色反應是溶液中Fe2＋與K3[Fe(CN)6]生成Fe3[Fe(CN)6]2，其化學方程式為3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4。(2)①實驗時通入N2，不僅能隔絕空氣，排除空氣的干擾，還能使反應產生的氣體全部進入后續(xù)裝置。②實驗中裝置B中澄清石灰水變渾濁，說明三草酸合鐵酸鉀的熱分解產物中含有CO2，經NaOH溶液可除去CO2，氣體經濃硫酸干燥后，與灼熱的CuO反應，得到單質Cu，且由裝置F中現象可知裝置E中又生成CO2，由此可判斷熱分解產物中還含有CO。③為防止倒吸，實驗結束后，應先熄滅裝置A、E兩處的酒精燈，冷卻后停止通入氮氣。④要檢驗A中殘留固體中含有Fe2O3，可取少量A中殘留固體，加入足量稀硫酸或稀鹽酸溶解，再滴入少許KSCN溶液，溶液中出現紅色，即可確定殘留固體中含有Fe2O3。(3)①KMnO4能將樣品溶液中Fe2＋氧化成Fe3＋，將C2Oeq\o\al(2－,4)氧化成CO2，達到滴定終點時，KMnO4稍過量，溶液中出現淺紫色。②加入過量鋅粉能將溶液中Fe3＋還原為Fe2＋，酸化后Fe2＋與KMnO4溶液反應，根據化合價變化可找出關系式為5Fe2＋～MnOeq\o\al(－,4)，根據消耗KMnO4溶液的濃度和體積可知溶液中n(Fe2＋)＝cmol·L－1×V×10－3L×5＝5×10－3cVmol，則該晶體中鐵元素的質量分數為eq\f(5×10－3×cVmol×56g·mol－1,mg)×100%或eq\f(5cV×56,m×1000)×100%。[答案](1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2)①隔絕空氣、使反應產生的氣體全部進入后續(xù)裝置②CO2CO③先熄滅裝置A、E的酒精燈，冷卻后停止通入氮氣④取少許固體粉末于試管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液變紅色，證明含有Fe2O3(3)①淺紫色出現②eq\f(5cV×56,m×1000)×100%定量型實驗的答題模板(1)巧審題，明確實驗目的、原理實驗原理可從題給的化學情境(或題目所給的實驗目的)并結合元素化合物的有關知識獲取。在此基礎上，依據可靠性、簡捷性、安全性的原則，確定符合實驗目的、要求的實驗方案。(2)想過程，理清操作先后順序根據由實驗原理所確定的實驗方案中的實驗過程，確定實驗操作的方法和步驟，把握各實驗步驟的要點，理清實驗操作的先后順序。(3)看準圖，分析裝置或流程作用若題目中給出裝置圖，在分析解答過程中，要認真細致地分析圖中各部分裝置，并結合實驗目的和原理，確定它們在實驗中的作用。(4)細分析，得出正確的實驗結論在定性實驗的基礎上研究量的關系，根據實驗現象和記錄的數據，對實驗數據進行篩選，通過分析、計算、推理等確定有關樣品含量及化學式。[分點突破]角度一：以測定化學式(組成元素)為實驗目的的綜合實驗1．青蒿素是烴的含氧衍生物，為無色針狀晶體。易溶于丙酮、氯仿和苯中，在水中幾乎不溶，熔點為156～157℃。青蒿素是有效的抗瘧藥。從青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理為基礎，主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。乙醚浸取法的主要工藝：eq\x(\a\al(青蒿,干燥,剪碎))eq\a\vs4\al(\f(乙醚,操作Ⅰ))提取液操作Ⅱ乙醚粗品eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up17(操作Ⅲ),\s\do5()))精品殘渣請回答下列問題：(1)對青蒿進行干燥剪碎的目的是_____________________________________。(2)操作Ⅰ的名稱是________，操作Ⅱ的名稱是________。(3)用下列實驗裝置測定青蒿素的分子式，將28.2g青蒿素放在硬質玻璃管C中充分燃燒：①裝置E中盛放的物質是________，裝置F中盛放的物質是________。②該實驗裝置可能產生誤差，造成測定含氧量偏低，改進方法是_____________________________________________。③已知青蒿素是烴的含氧衍生物，用合理改進后的裝置進行實驗，稱得：裝置實驗前質量/g實驗后質量/gEF青蒿素的最簡式是________。(4)某學生對青蒿素的性質進行探究。將青蒿素加入含有NaOH、酚酞的水溶液中，青蒿素的溶解量較小，加熱并攪拌，青蒿素的溶解量增大，且溶液紅色變淺，說明青蒿素與________(填字母)具有相似的性質。A．乙醇 B．乙酸C．乙酸乙酯 D．葡萄糖[解析](1)用乙醚提取青蒿中的青蒿素，將青蒿剪碎的目的是增大二者的接觸面積，提高青蒿中青蒿素的浸取率。(2)由流程圖可知操作Ⅰ是將殘渣和提取液分離，故操作Ⅰ為過慮；操作Ⅱ是分離開乙醚和青蒿素，故操作Ⅱ為蒸餾。(3)裝置E中盛放的是無水CaCl2或P2O5，用于測量青蒿素燃燒生成的水，F中盛放的是堿石灰，用于測量青蒿素燃燒生成的CO2。m(H2O)＝42.4g－22.6g＝19.8g，n(H2O)＝eq\f(19.8g,18g·mol－1)＝1.1mol；m(CO2)＝146.2g－80.2g＝66g，n(CO2)＝eq\f(66g,44g·mol－1)＝1.5mol；28．2g青蒿素中氧元素的物質的量為eq\f(28.2g－1.5mol×12g·mol－1－1.1mol×2g·mol－1,16g·mol－1)＝0.5mol，則青蒿素分子中n(C)∶n(H)∶n(O)＝1.5mol∶1.1mol×2∶0.5mol＝15∶22∶5，故青蒿素的最簡式為C15H22O5。[答案](1)增大青蒿素與乙醚的接觸面積，提高青蒿素的浸取率(2)過濾蒸餾(3)①無水CaCl2(或P2O5)堿石灰(或其他合理答案)②除去裝置左側通入的空氣中的CO2和水蒸氣，在裝置F后加一個防止空氣中的CO2和水蒸氣進入F的裝置③C15H22O5(4)C角度二：以測定物質含量(純度)為實驗目的的綜合實驗2．(2017·全國卷Ⅰ)凱氏定氮法是測定蛋白質中氮含量的經典方法，其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機氮轉化成銨鹽，利用如圖所示裝置處理銨鹽，然后通過滴定測量。已知：NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3?；卮鹣铝袉栴}：(1)a的作用是_____________________________________。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________________________。f的名稱是________________。(3)清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關閉k1，g中蒸餾水倒吸進入c，原因是__________________________________________；打開k2放掉水。重復操作2～3次。(4)儀器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示劑。銨鹽試樣由d注入e，隨后注入氫氧化鈉溶液，用蒸餾水沖洗d，關閉k3，d中保留少量水。打開k1，加熱b，使水蒸氣進入e。①d中保留少量水的目的是______________________。②e中主要反應的離子方程式為___________________，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是______________________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)樣品m克進行測定，滴定g中吸收液時消耗濃度為cmol·L－1的鹽酸VmL，則樣品中氮的質量分數為________%，樣品的純度≤________%。[解析](1)導管a與大氣相通，其作用是避免燒瓶內氣壓過大，發(fā)生危險。(2)加熱液體時加入碎瓷片，其作用是防止液體暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加熱，瓶內水蒸氣冷凝，氣體壓強減小，會引起g中液體倒吸入c中，利用蒸餾水倒吸來洗滌儀器e、f。(4)①止水夾k3處可能漏氣，導致測定的N元素質量分數偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨氣逸出。②e中發(fā)生的主要反應是銨鹽與氫氧化鈉反應，需要加熱，使氨氣全部逸出。“中空雙層玻璃瓶”比較陌生，可以聯(lián)想平時生活中保溫玻璃瓶來分析問題。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝eq\f(cV,1000)mol，w(N)＝eq\f(\f(cV,1000)mol×14g·mol－1,mg)×100%＝cV,m)%。C2H5NO2的相對分子質量為75，w(C2H5NO2)＝cV,m)%×eq\f(75,14)＝cV,m)%。[答案](1)避免b中壓強過大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中溫度下降，管路中形成負壓(4)①液封，防止氨氣逸出②NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋H2O保溫使氨完全蒸出(5)cV,m)cV,m)3．(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(M＝392g·mol－1)又稱莫爾鹽，簡稱FAS，其俗名來源于德國化學家莫爾(KarlFriedrichMohr)。它是淺藍綠色結晶或粉末，對光敏感，在空氣中會逐漸風化及氧化，可溶于水，幾乎不溶于乙醇。某實驗小組利用工業(yè)廢鐵屑制取莫爾鹽，并測定其純度。Ⅰ.莫爾鹽的制取回答下列問題：(1)步驟②必須在剩余少量鐵屑時進行過濾，其原因是__________________________________(用離子方程式表示)。(2)制取的莫爾鹽最后要用________洗滌(填字母)，其目的是________________________________________。a．蒸餾水b．乙醇c．濾液(3)從圖中選取必須用的儀器連接成實驗室制取(NH4)2SO4溶液的裝置，連接的順序(用接口字母表示)是________________________。Ⅱ.FAS純度測定為測定FAS純度，取mg樣品配制成500mL溶液，根據物質組成，甲、乙兩位同學設計了如下兩個實驗方案。(1)甲方案：取20.00mLFAS溶液，用0.1000mol·L－1的酸性K2Cr2O7溶液進行滴定。滴定時必須選用的儀器是________(填序號)。(2)乙方案：取20.00mLFAS溶液進行如下實驗。列出計算FAS晶體純度的代數式：___________________(不用計算出結果)。(3)已知實驗操作都正確，卻發(fā)現甲方案的測定結果總是小于乙方案，其可能的原因是_____________________________。設計簡單的化學實驗驗證上述推測：_________________________________________________。[解析]Ⅱ.(2)Wg固體為BaSO4，根據質量守恒可知mg樣品中含(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的質量為：eq\f(W,233)×eq\f(1,2)×25×392g，則樣品的純度為eq\f(\f(W,233)×\f(1,2)×25×392g,mg)×100%＝eq\f(196×25W,233m)×100%。(3)已知實驗操作都正確，卻發(fā)現甲方案的測定結果總是小于乙方案，其可能的原因是部分Fe2＋被空氣中氧氣氧化；取少量FAS溶液放入試管中，加入少量KSCN溶液，若溶液變?yōu)榧t色，說明部分Fe2＋已被空氣中氧氣氧化。[答案]Ⅰ.(1)Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋(2)b除去晶體表面水分，加速晶體的干燥，防止其氧化變質(3)a接d，e接f(或a、d，e、f，或a→d，e→f)Ⅱ.(1)①④⑤⑥(2)eq\f(392×25W,2×233m)×100%或eq\f(196×25W,233m)×100%(3)部分Fe2＋被空氣中氧氣氧化取少量FAS溶液放入試管中，加入少量KSCN溶液，若溶液變?yōu)榧t色，說明部分Fe2＋已被空氣中氧氣氧化(1)定量實驗數據的測定方法①沉淀法先將某種成分轉化為沉淀，然后稱量純凈、干燥的沉淀質量，再進行計算。②測氣體體積法對于產生氣體的反應，可以通過測定氣體體積的方法測定樣品純度。(ⅰ)常見測量氣體體積的實驗裝置(ⅱ)量氣時應注意的問題a．量氣時應保持裝置處于室溫狀態(tài)。b．讀數時要特別注意消除“壓強差”，保持液面相平還要注意視線與液面最低處相平。如上圖(Ⅰ)(Ⅳ)應使左側和右側的液面高度保持相平。③測氣體質量法將生成的氣體通入足量的吸收劑中，通過稱量實驗前后吸收劑的質量，求得所吸收氣體的質量，然后進行相關計算。④滴定法即利用滴定操作原理，通過酸堿中和滴定、沉淀滴定或氧化還原滴定等獲得相應數據后，再進行相關計算。(2)定量實驗數據的處理方法①看數據是否符合測量儀器的精度特點，如用托盤天平測得質量的精度為0.1g，若精度值超過了這個范圍，說明所得數據是無效的。②看數據是否在誤差允許范圍內，若所得的數據明顯超出誤差允許范圍，要舍去。③看反應是否完全，是否是過量反應物作用下所得的數據，只有完全反應時所得的數據，才能進行有效處理和應用。④看所得數據的測試環(huán)境是否一致，特別是氣體體積數據，只有在溫度、壓強一致的情況下才能進行比較、運算。⑤看數據測量過程是否規(guī)范、合理，錯誤和違反測量規(guī)則的數據需要舍去?？枷蛞灰灾苽錇橹黧w的綜合實驗1．(2018·浙江卷)某興趣小組以廢鐵屑制得硫酸亞鐵銨后，按下列流程制備二水合草酸亞鐵(FeC2O4·2H2O)，進一步制備高純度還原鐵粉。已知：FeC2O4·2H2O難溶于水，150℃開始失結晶水；H2C2O4易溶于水，溶解度隨溫度升高而增大。請回答：(1)下列操作或描述正確的是________。A．步驟②，H2C2O4稍過量主要是為了抑制Fe2＋水解B．步驟③，采用熱水洗滌可提高除雜效果C．步驟③，母液中的溶質主要是(NH4)2SO4和H2C2O4D．步驟③，如果在常壓下快速干燥，溫度可選擇略高于100℃(2)如圖裝置，經過一系列操作完成步驟③中的抽濾和洗滌。請選擇合適的編號，按正確的操作順序補充完整(洗滌操作只需考慮一次)：開抽氣泵→a→b→d→________→c→關抽氣泵。a．轉移固液混合物；b.關活塞A；c.開活塞A；d.確認抽干；e.加洗滌劑洗滌。(3)稱取一定量的FeC2O4·2H2O試樣，用硫酸溶解，采用KMnO4滴定法測定，折算結果如下：n(Fe2＋)/moln(C2Oeq\o\al(2－,4))/mol試樣中FeC2O4·2H2O的質量分數×10－4×10－4由表中數據推測試樣中最主要的雜質是________。(4)實現步驟④必須用到的兩種儀器是________(供選儀器：a.燒杯；b.坩堝；c.蒸餾燒瓶；d.高溫爐；e.表面皿；f．錐形瓶)；該步驟的化學方程式是______________________________________________________。(5)為實現步驟⑤，不宜用炭粉還原Fe2O3，理由是____________________________________________________。[解析](1)A項，步驟①溶解酸化后溶液已呈酸性，故步驟②時草酸稍過量的主要目的不是酸化抑制Fe2＋的水解，而是保證Fe2＋反應完全，同時防止Fe2＋被氧化，錯誤；B項，步驟③，采用熱水洗滌有利于除去(NH4)2SO4和H2C2O4，提高除雜效果，正確；C項，酸化和加入稍過量的H2C2O4后，發(fā)生反應(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4＋H2SO4，故母液中的溶質主要有(NH4)2SO4、H2SO4和H2C2O4，錯誤；D項，根據題給信息，FeC2O4·2H2O在150℃開始失結晶水，故略高于100℃干燥不影響產物的成分，正確。(2)抽濾完成后，需要洗滌晶體，故應該先打開活塞A，使吸濾瓶內的壓強回升，然后添加洗滌劑，待洗滌劑緩慢通過晶體后關閉活塞A，再次確認抽干，打開活塞A防止發(fā)生倒吸，最后關閉抽氣泵，正確順序為開抽氣泵→a→b→d→c→e→b→d→c→關抽氣泵。(3)依據題表中數據得n(Fe2＋)∶n(C2Oeq\o\al(2－,4))＝1∶1，可知試樣中最主要的雜質應為(NH4)2SO4。(4)灼燒需要在坩堝中高溫加熱，故實驗必須用到的兩種儀器為坩堝和高溫爐，即選b、d；FeC2O4·2H2O灼燒的化學方程式為4FeC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe2O3＋8CO2＋8H2O。[答案](1)BD(2)c→e→b→d(3)(NH4)2SO4(4)bd4FeC2O4·2H2O＋3O2eq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe2O3＋8CO2＋8H2O(5)用炭粉還原Fe2O3會引入雜質考向二以原理、性質探究為主體的綜合實驗2．(2017·北京卷)某小組在驗證反應“Fe＋2Ag＋=Fe2＋＋2Ag”的實驗中檢測到Fe3＋，發(fā)現和探究過程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L－1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。(1)檢驗產物①取少量黑色固體，洗滌后，______________________(填操作和現象)，證明黑色固體中含有Ag。②取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產生藍色沉淀，說明溶液中含有____________。(2)針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3＋，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3＋，乙依據的原理是____________________(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現有白色沉淀產生，且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：序號取樣時間/min現象ⅰ3產生大量白色沉淀；溶液呈紅色ⅱ30產生白色沉淀；較3min時量少；溶液紅色較3min時加深ⅲ120產生白色沉淀；較30min時量少；溶液紅色較30min時變淺(資料：Ag＋與SCN－生成白色沉淀AgSCN)②對Fe3＋產生的原因作出如下假設：假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產生Fe3＋；假設b：空氣中存在O2，由于___________________________(用離子方程式表示)，可能產生Fe3＋；假設c：酸性溶液中NOeq\o\al(－,3)具有氧化性，可產生Fe3＋；假設d：根據______________________________現象，判斷溶液中存在Ag＋，可產生Fe3＋。③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3＋的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。實驗Ⅰ：向硝酸酸化的____________溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3min時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。實驗Ⅱ：裝置如圖，其中甲溶液是________，操作及現象是_________________________________________________。(3)根據實驗現象，結合方程式推測實驗ⅰ～ⅲ中Fe3＋濃度變化的原因：_______________________________________________。[解析](1)①黑色固體中有Ag和Fe，加入過量稀鹽酸，鐵粉會全部溶解，若仍有黑色固體剩余，則為銀；②本題是Fe2＋的檢驗，加入鐵氰化鉀溶液有藍色沉淀生成，說明溶液中有Fe2＋。(2)①鐵粉過量時會與Fe3＋發(fā)生反應，方程式為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；②當空氣中的O2存在時，Fe2＋會與之發(fā)生氧化還原反應，所以答案為4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，當溶液中存在Ag＋時，Ag＋與SCN－會發(fā)生反應Ag＋＋SCN－=AgSCN↓，故會有白色沉淀產生，同時溶液呈紅色，說明溶液中有Fe3＋。③實驗I要證實假設a、b、c不是產生Fe3＋的原因，需要發(fā)生反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，且存在HNO3及O2的條件下，證明溶液中不存在Fe3＋即可，再考慮控制變量，Ⅰ中選用c(NOeq\o\al(－,3))＝0.05mol/L的Fe(NO3)3溶液，實驗Ⅱ需要將反應Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag設計成原電池，右燒杯反應：Ag＋＋e－=Ag，左燒杯反應：Fe2＋－e－=Fe3＋，所以甲溶液選Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液；必須涉及左、右燒杯的現象。(3)ⅰ中溶液呈紅色，且燒杯中有黑色固體，說明發(fā)生反應①Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag、②Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3；ⅱ中反應①正向進行，c(Fe3＋)增大，c(Ag＋)減小，平衡②正移，紅色加深；ⅲ中由于鐵粉過量，2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，120min后c(Fe3＋)減小，②逆移，溶液紅色變淺。[答案](1)①加入過量的稀鹽酸，黑色固體部分溶解(其他答案合理即可)②Fe2＋(2)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋②4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O溶液產生白色沉淀，且隨時間變長，白色沉淀減少，紅色加深③0.017mol/LFe(NO3)3Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液如圖連接裝置，電流計指針偏轉，左燒杯中溶液變紅色，右燒杯中銀棒出現黑色固體(3)溶液中存在如下兩個平衡：①Ag＋＋Fe2＋Fe3＋＋Ag②Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，隨著反應①的進行，c(Fe3＋)增大，平衡②正移，溶液紅色加深，隨后發(fā)生反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，c(Fe3＋)減小，平衡②逆移，溶液紅色變淺考向三以成分及含量確定為主體的綜合實驗3．(2018·江蘇卷)堿式硫酸鋁溶液可用于煙氣脫硫。室溫下向一定濃度的硫酸鋁溶液中加入一定量的碳酸鈣粉末，反應后經過濾得到堿式硫酸鋁溶液，反應方程式為(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O=2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4↓＋3xCO2↑生成物(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中x值的大小影響堿式硫酸鋁溶液的脫硫效率。(1)制備堿式硫酸鋁溶液時，維持反應溫度和反應時間不變，提高x值的方法有________________________。(2)堿式硫酸鋁溶液吸收SO2過程中，溶液的pH________(填“增大”、“減小”、“不變”)。(3)通過測定堿式硫酸鋁溶液中相關離子的濃度確定x的值，測定方法如下：①取堿式硫酸鋁溶液25.00mL，加入鹽酸酸化的過量BaCl2溶液充分反應，靜置后過濾、洗滌、干燥至恒重，得固體2.3300g。②取堿式硫酸鋁溶液2.50mL，稀釋至25mL，加入0.1000mol·L－1EDTA標準溶液25.00mL，調節(jié)溶液pH約為，煮沸，冷卻后用0.08000mol·L－1CuSO4標準溶液滴定過量的EDTA至終點，消耗CuSO4標準溶液20.00mL(已知Al3＋、Cu2＋與EDTA反應的化學計量數之比均為1∶1)。計算(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(寫出計算過程)[解析](1)堿式硫酸鋁中“氫氧化鋁”的生成原理是：碳酸鈣與硫酸鋁水解出的氫離子反應，促進硫酸鋁水解，生成氫氧化鋁。所以，欲提高x值，即提高Al(OH)3的生成量，可以增加碳酸鈣的量。也可以在不增加碳酸鈣用量的情況下，加快攪拌速率，使二者接觸更充分，從而使硫酸鋁的水解率增大。(2)二氧化硫是酸性氧化物，吸收二氧化硫必將使堿式硫酸鋁溶液的pH減小。(3)見答案[答案](1)適當增加CaCO3的量或加快攪拌速率(2)減小(3)25mL溶液中：n(SOeq\o\al(2－,4))＝n(BaSO4)＝eq\f(2.3300g,233g·mol－1)＝0.0100mol2．5mL溶液中：n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)＝0.1000mol·L－1×25.00mL×10－3L·mL－1－0.08000mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1＝×10－4mol25mL溶液中：n(Al3＋)＝×10－3mol1mol(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中n(Al3＋)＝(2－x)mol；n(SOeq\o\al(2－,4))＝3(1－x)moleq\f(nAl3＋,nSO\o\al(2－,4))＝eq\f(2－x,31－x)＝×10－3mol,0.0100mol)x＝。4．(2017·全國卷Ⅱ)水中溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測定學校周邊河水中的溶解氧。實驗步驟及測定原理如下：Ⅰ.取樣、氧的固定用溶解氧瓶采集水樣。記錄大氣壓及水體溫度。將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合，反應生成MnO(OH)2，實現氧的固定。Ⅱ.酸化，滴定將固氧后的水樣酸化，MnO(OH)2被I－還原為Mn2＋，在暗處靜置5min，然后用標準Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2Oeq\o\al(2－,3)＋I2=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))。回答下列問題：(1)取水樣時應盡量避免攪動水體表面，這樣操作的主要目的是_____________________________________________________。(2)“氧的固定”中發(fā)生反應的化學方程式為____________________________________________。(3)Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標定。配制該溶液時需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和____________________；蒸餾水必須經過煮沸、冷卻后才能使用，其目的是殺菌、除________及二氧化碳。(4)取100.00mL水樣經固氧、酸化后，用amol·L－1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示劑，終點現象為__________________________________；若消耗Na2S2O3溶液的體積為bmL，則水樣中溶解氧的含量為________mg·L－1。(5)上述滴定完成時，若滴定管尖嘴處留有氣泡會導致測定結果偏________。(填“高”或“低”)[解析]本題采用碘量法測定水中的溶解氧的含量，屬于氧化還原滴定。(1)取水樣時，若攪拌水體，會造成水底還原性雜質進入水樣中，或者水體中的氧氣因攪拌溶解度降低逸出。(2)根據氧化還原反應原理，Mn(OH)2被氧氣氧化為MnO(OH)2，由此可得方程式2Mn(OH)2＋O2=2MnO(OH)2。(3)一定物質的量濃度溶液的配制還需要容量瓶；加熱可以除去溶解的氧氣，避免實驗結果不準確。(4)該實驗用硫代硫酸鈉標準液滴定I2，因此終點現象為當最后一滴標準液滴入時，溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內無變化；根據關系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3可得水樣中溶解氧的含量為[(ab×10－3)mol÷4×32g·mol－1×103]÷0.1L＝80abmg·L－1。(5)終點讀數時有氣泡，氣泡占據液體應占有的體積，會導致所測溶液體積偏小，最終結果偏低。[答案](1)避免水底還原性雜質進入水樣中(或者防止水體中的氧氣逸出)(2)2Mn(OH)2＋O2=2MnO(OH)2(3)容量瓶氧氣(4)當最后一滴標準液滴入時，溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內無變化80ab(5)低題型特點：填空題考向評析：物質制備型綜合題常以無機制備、工藝流程制備和有機制備為載體考查儀器的使用，分離和提純操作，以及實驗條件控制等，是高考熱點題型；而性質、原理探究、成分確定，常借助物質性質通過元素設計完成，以此考查學生發(fā)現問題和解決問題的能力，難度較大。答題啟示：①實驗設計評價能力培養(yǎng)；②綜合實驗題中簡答題規(guī)范性訓練。專題跟蹤訓練(十三)能力練(20分鐘50分)非選擇題(共50分)1．(16分)三氯化硼是一種重要的化工原料。某同學設計的三氯化硼制備裝置如圖所示。[查閱資料]①BCl3的熔點為－107.3℃，沸點為12.5℃；②2B＋6HCleq\o(=,\s\up17(△))2BCl3＋3H2；③硼與鋁的性質相似，氯化物也易水解，硼也能與堿反應。請回答下列問題：(1)裝置A是用高錳酸鉀固體與濃鹽酸反應制氯氣，反應的離子方程式為___________________________________________________。(2)為了完成三氯化硼的制備，裝置從左到右的接口連接順序為________________________。(3)裝置E中的試劑為__________，如果拆去裝置E，可能的后果是__________________________________。(4)裝置D中發(fā)生反應前先通入一段時間的氯氣，其目的是__________________________，該裝置中發(fā)生反應的化學方程式為____________________________。(5)BCl3與水能劇烈反應生成硼酸(H3BO3)和白霧，寫出該反應的化學方程式______________________________________________。(6)請設計一個簡易實驗，驗證制得的產品中是否含有硼粉__________________________。[解析](1)裝置A中發(fā)生反應的離子方程式為2MnOeq\o\al(－,4)＋16H＋＋10Cl－=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)由于制取的Cl2中含雜質HCl、H2O，所以Cl2與硼反應前需要先除去Cl2中含有的雜質，又因為“硼與鋁的性質相似，氯化物也易水解”，生成BCl3的裝置中應防止水蒸氣進入，故右側應連接盛有濃H2SO4的干燥裝置。裝置的連接順序為a→hi→fg→bc→de→j(f和g可互換，b和c可互換)。(3)裝置E中的試劑為飽和食鹽水，目的是除去Cl2中的HCl；若拆去裝置E，雜質HCl與硼反應產生的H2與Cl2混合，加熱時可能會引起爆炸。(4)硼粉能與空氣中的氧氣反應，故反應前應通入Cl2排盡裝置中的空氣。(5)由“生成硼酸(H3BO3)和白霧”可知該反應為BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl。(6)由“硼也能與堿反應”可知在產品中加入NaOH溶液，若產生氣泡，則說明含有硼粉。[答案](1)2MnOeq\o\al(－,4)＋16H＋＋10Cl－=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O(2)a→hi→fg→bc→de→j(f和g可互換，b和c可互換)(3)飽和食鹽水HCl與硼反應產生的H2與Cl2混合，加熱時可能會引起爆炸(4)通入Cl2以排盡裝置中的空氣，防止硼被氧化2B＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(△))2BCl3(5)BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl(6)取少量產品于試管中，加入NaOH溶液，若產生氣泡(H2)，則說明含有硼粉2．(18分)Co－60可用于癌癥的放射性治療和蔬菜保鮮。已知：硫鈷礦石(主要成分為Co3S4)灼燒會生成Co2O3(黑色)，Co2O3與Al發(fā)生鋁熱反應可生成Co。請回答下列問題：(1)寫出“已知”中的兩個反應的化學方程式：________________________、______________________。(2)實驗室由硫鈷礦石(主要成分為Co3S4)灼燒生成Co2O3時，可選用下面的裝置__________(填序號)。(3)鈷單質可與稀鹽酸反應生成CoCl2(藍色)和H2。CoCl2吸水后會生成不同顏色的物質，如CoCl2·6H2O為粉紅色。如圖所示為CoCl2·6H2O受熱時的溫度與質量的關系圖。①紫紅色物質的化學式為__________，若由粉紅色固體制備紫紅色固體，可采用的實驗裝置為__________(從Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中選擇)。②由紫紅色固體生成藍紫色固體發(fā)生反應的化學方程式為______________________。③綜合上述反應過程，鈷的氯化物常作為變色硅膠(一種干燥劑)的指示劑，當變色硅膠由藍色變?yōu)榉奂t色時，即失去干燥能力，該藍色物質的化學式為_____________________________。[解析](1)由“硫鈷礦石(主要成分為Co3S4)灼燒生成Co2O3”可得，該反應的化學方程式為4Co3S4＋25O2eq\o(=,\s\up17(△))6Co2O3＋16SO2。由“鋁熱反應”可得制備鈷的化學反應方程式為Co2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高溫))Al2O3＋2Co。(2)灼燒硫鈷礦石時需要加熱，可選用裝置Ⅰ、Ⅱ，但用坩堝灼燒時產生的SO2會污染空氣，所以選用裝置Ⅰ較好(導出氣體可用堿液吸收)。(3)①由25℃時鈷鹽的質量可知，n(CoCl2·6H2O)＝eq\f(4.76g,238g·mol－1)＝0.02mol；25～52℃減少的質量為H2O的質量，n(H2O)＝eq\f(1.44g,18g·mol－1)＝0.08mol；CoCl2·6H2O失去水分子數＝eq\f(0.08mol,0.02mol)＝4，故紫紅色物質的化學式為CoCl2·2H2O。由于失水溫度為52℃，需要采用水浴加熱，故采用裝置Ⅲ。②52～90℃時，減少的質量為H2O的質量，n(H2O)＝eq\f(0.36g,18g·mol－1)＝0.02mol；CoCl2·2H2O失去水分子數＝eq\f(0.02mol,0.02mol)＝1，故藍紫色物質的化學式為CoCl2·H2O。所以由紫紅色固體生成藍紫色固體的化學方程式為CoCl2·2H2Oeq\o(=,\s\up17(△))CoCl2·H2O＋H2O。③90～120℃時，失去水的物質的量為0.02mol，故藍色物質為CoCl2。[答案](1)4Co3S4＋25O2eq\o(=,\s\up17(△))6Co2O3＋16SO2Co2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高溫))Al2O3＋2Co(2)Ⅰ(3)①CoCl2·2H2OⅢ②CoCl2·2H2Oeq\o(=,\s\up17(△))CoCl2·H2O＋H2O③CoCl23．(16分)亞硝酰氯(NOCl)的沸點為－5.5℃，具有刺鼻惡臭味，溶于發(fā)煙硫酸，遇水則分解，是有機合成中的重要試劑。某同學用如圖裝置，由NO與干燥純凈的Cl2反應制備NOCl。已知：①Cl2的沸點為－34.6℃，NO2Cl的沸點為－15℃；②2NO＋Cl2=2NOCl,2NO2＋Cl2=2NO2Cl。回答下列問題：(1)銅與稀硝酸反應的化學方程式為__________________；裝置A中設計了可上下移動的銅絲，其優(yōu)點是_________________________________________。(2)題圖中實驗裝置的連接順序：a→_____________________________________________。(3)實驗時，先制取氯氣使其充滿除A、B、C外的整套裝置，目的是_____________________________________；裝置中充滿氯氣后，下一步是制取NO，具體操作是_____________________________________________________；E中冰鹽水的溫度可低至－22℃，其作用是______________。(4)該同學的實驗設計可能的不足之處是_______________________________________________________。(5)若無C裝置，則不利于NOCl的制備，主要原因是______________________________(用化學方程式表示)。[解析](1)銅與稀硝酸反應的化學方程式為3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。上下移動的銅絲的作用是可以控制反應的開始與停止。(2)由已知②和NOCl遇水則分解可知，需制取純凈的Cl2和NO，并在制備與收集NOCl前后連接干燥管防止水蒸氣進入裝置，才能制備NOCl，最后還需要尾氣處理裝置。裝置的連接順序為a→d→e→b→c→i→j→f→g→h。(3)“先制取氯氣使其充滿除A、B、C外的整套裝置”的目的是排盡裝置中的空氣，以防止NO被氧化成NO2而生成雜質NO2Cl。向下移動銅絲與稀硝酸接觸，即可反應制得NO。E中冰鹽水的作用是使NOCl冷凝成液態(tài)，分離NOCl與尾氣。(4)該實驗設計中B、C中有少量空氣，可能會將NO氧化為NO2，使制備的產物中含雜質NO2Cl。(5)若無C裝置，NOCl會與水反應生成HCl和HNO2。[答案](1)3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O可以控制反應的開始與停止(2)d→e→b→c→i→j→f→g→h(3)排盡裝置中的空氣向下移動銅絲，與稀硝酸接觸使NOCl冷凝成液態(tài)，分離NOCl與尾氣(4)B、C中有少量空氣，可能會將NO氧化為NO