届高考化学二轮复习专题突破高考真题114 实验方.docx
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届高考化学二轮复习专题突破高考真题114实验方
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1.(2014·新课标Ⅱ)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。
为确定其组成,进行如下实验。
①氨的测定:
精确称取wgX,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴加入足量10%NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1mLc1mol·L-1的盐酸标准溶液吸收。
蒸氨结束后取下接收瓶,用c2mol·L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2mLNaOH溶液。
氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)
②氯的测定:
准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。
回答下列问题:
(1)装置中安全管的作用原理是_____________________。
(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用________式滴定管,可使用的指示剂为________。
(3)样品中氨的质量分数表达式为_______________________。
(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是__________;
滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×10-5mol·L-1,c(CrO
)为________mol·L-1。
[已知:
Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]
(6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,钴的化合价为________。
制备X的化学方程式为_________________;X的制备过程中温度不能过高的原因是______________________。
答案:
(1)当A中压力过大时,安全管中液面上升,使A瓶中压力稳定
(2)碱 酚酞(或甲基红)
(3)
×100% (4)偏低 (5)防止硝酸银见光分解 2.8×10-3 (6)+3 2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O 温度过高过氧化氢分解、氨气逸出
解析:
(1)若没有A中的安全管,当A中产生气体时,会因装置压力过大发生危险,反之,有安全管存在,当A中压力过大时,安全管中的液面会上升,使A瓶中压力稳定。
(2)由题意知,用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,NaOH溶液应放入碱式滴定管中,可使用酚酞作指示剂,滴定至终点时溶液由无色变为浅红色。
(3)已知盐酸的总的物质的量为c1mol·L-1×V1mL×10-3L·mL-1=c1V1×10-3mol,NH3反应完后剩余的盐酸用NaOH标准溶液滴定,可求出剩余的盐酸为c2×V2×10-3mol,由NH3+HCl===NH4Cl可求出NH3的物质的量。
进而求出wgX中的含氨量,即:
×100%。
(4)若装置气密性不好,会有NH3外逸,而不被HCl吸收,则剩余的HCl的物质的量会增多,消耗NaOH增多,即c2V2的值增大,由(3)中计算式可知氨的测定结果偏低。
(5)AgNO3是见光易分解的物质,使用棕色滴定管的目的是防止AgNO3分解而影响实验结果;由Ag2CrO4的溶度积常数Ksp=1.12×10-12,c(Ag+)=2.0×10-5mol·L-1,可求出c(CrO
)=
=
mol·L-1=2.8×10-3mol·L-1。
(6)样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,可写出化学式为[Co(NH3)6]Cl3,由化合物中正负化合价代数和为0计算,NH3整体为0价,氯为-1价,故Co为+3价;从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O。
由于温度过高时H2O2易分解,NH3易挥发,故制备过程中温度不能过高,否则H2O2分解,NH3挥发。
2.(2014·江苏化学,节选)磷酸铁(FePO4·2H2O,难溶于水的米白色固体)可用于生产药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料。
实验室可通过下列实验制备磷酸铁。
(1)称取一定量已除去油污的废铁屑,加入稍过量的稀硫酸,加热、搅拌,反应一段时间后过滤。
反应加热的目的是
_____________________________________________________。
(2)向滤液中加入一定量H2O2氧化Fe2+。
为确定加入H2O2的量,需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2+,离子方程式如下:
Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
①在向滴定管中注入K2Cr2O7标准溶液前,滴定管需要检漏、______________和__________________。
②若滴定xmL滤液中的Fe2+,消耗amol·L-1K2Cr2O7标准溶液bmL,则滤液中c(Fe2+)=________mol·L-1。
③为使滤液中的Fe2+完全被H2O2氧化,下列实验条件控制正确的是________(填序号)。
A.加入适当过量的H2O2溶液
B.缓慢滴加H2O2溶液并搅拌
C.加热,使反应在较高温度下进行
D.用氨水调节溶液pH=7
(3)将一定量的Na2HPO4溶液(溶液显碱性)加入含有Fe3+的溶液中,搅拌、过滤、洗涤、干燥得到FePO4·2H2O。
若反应得到的FePO4·2H2O固体呈棕黄色,则磷酸铁中混有的杂质可能为_____。
答案:
(1)加快铁与稀硫酸反应速率
(2)①用蒸馏水洗净 用K2Cr2O7标准溶液润洗2~3次
②
③AB (3)Fe(OH)3(或氢氧化铁)
解析:
(1)温度越高反应速率越快,因此加热可以加快反应的速率。
(2)①滴定管要先用蒸馏水洗涤,再用待装液体润洗。
②根据题给离子方程式可知,n(Fe2+)=6n(Cr2O
),c(Fe2+)=
=
=
mol·L-1。
③加入过量的H2O2,可以使Fe2+充分被氧化;缓慢滴加H2O2并搅拌,可以使反应更充分;加热会使H2O2发生分解;加入氨水会使Fe2+转化为沉淀。
故答案为AB。
(3)因为碱性溶液中Fe3+反应生成红褐色的Fe(OH)3沉淀,从而使得到的FePO4·2H2O固体呈棕黄色。
3.(2014·天津高考)Na2S2O3是重要的化工原料,易溶于水,在中性或碱性环境中稳定。
Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
反应原理:
Na2SO3(aq)+S(s)
Na2S2O3(aq)
实验步骤:
①称取15gNa2SO3加入圆底烧瓶中,再加入80mL蒸馏水。
另取5g研细的硫粉,用3mL乙醇润湿,加入上述溶液中。
②安装实验装置(如图所示,部分夹持装置略去),水浴加热,微沸60分钟。
③趁热过滤,将滤液水浴加热浓缩,冷却析出Na2S2O3·5H2O,经过滤、洗涤、干燥,得到产品。
回答问题:
(1)硫粉在反应前用乙醇润湿的目的是
_____________________________________________________。
(2)仪器a的名称是________,其作用是________。
(3)产品中除了有未反应的Na2SO3外,最可能存在的无机杂质是________。
检验是否存在该杂质的方法是_____________________。
(4)该实验一般控制在碱性环境下进行,否则产品发黄,用离子反应方程式表示其原因:
__________________________。
Ⅱ.测定产品纯度
准确称取Wg产品,用适量蒸馏水溶解,以淀粉作指示剂,用0.1000mol·L-1碘的标准溶液滴定。
反应原理为:
2S2O
+I2===S4O
+2I-
(5)滴定至终点时,溶液颜色的变化:
________________。
(6)测定起始和终点的液面位置如图,则消耗碘的标准溶液体积为________mL。
产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M)______________________________________________________。
Ⅲ.Na2S2O3的应用
(7)Na2S2O3还原性较强,在溶液中易被Cl2氧化成SO
,常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为__________________________。
答案:
(1)使硫粉易于分散到溶液中
(2)冷凝管 冷凝回流
(3)Na2SO4 取少量产品溶于过量稀盐酸,过滤,向滤液中加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则产品中含有Na2SO4
(4)S2O
+2H+===S↓+SO2↑+H2O
(5)由无色变蓝色 (6)18.10
×100%
(7)S2O
+4Cl2+5H2O===2SO
+8Cl-+10H+
解析:
(1)硫粉难溶于水,微溶于乙醇,故硫粉用乙醇润湿后易扩散到溶液中。
(2)装置中仪器a(冷凝管)可以将挥发出的乙醇冷凝回流到烧瓶中。
(3)因反应物Na2SO3易被空气中的氧气氧化成Na2SO4,故可能存在的无机杂质是Na2SO4;检验产品中是否含有Na2SO4,即检验SO
是否存在,需要防止SO
的干扰,故不能用具有强氧化性的硝酸酸化,而应用盐酸酸化,过滤除去不溶物,再向滤液中滴加氯化钡溶液。
(4)产品发黄,说明产品中含有硫杂质,这是由于在酸性环境中Na2S2O3不稳定,发生反应:
2H++S2O
===S↓+SO2↑+H2O。
(5)滴定终点时,过量的单质碘使无色的淀粉溶液变蓝,可指示滴定终点。
(6)起始读数为0.00mL,终点读数为18.10mL,所以消耗碘的标准溶液的体积为18.10mL-0.00mL=18.10mL;根据2Na2S2O3·5H2O~2S2O
~I2,得n(Na2S2O3·5H2O)=2n(I2)=2×0.1000mol·L-1×18.10×10-3L=3.620×10-3mol,则产品的纯度=
×100%=
×100%。
(7)S2O
被Cl2氧化成SO
,Cl2被还原为Cl-,首先根据化合价升降总值相等写出S2O
+4Cl2―→2SO
+8Cl-,然后根据原子守恒和电荷守恒配平得:
S2O
+4Cl2+5H2O===2SO
+8Cl-+10H+。
4.(2013·安徽理综)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O
转化为Cr3+。
某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。
为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
编号
初始pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O
浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________________;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=____________________mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:
Fe2+起催化作用;
假设二:
________________;
假设三:
________________;
……
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
[除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。
溶液中Cr2O
的浓度可用仪器测定]
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
答案:
(1)
实验
编号
初始pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
③20
20
(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响
(4)Al3+起催化作用 SO
起催化作用
(5)
实验方案
(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
用等物质的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验
反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2O
)大于实验①中的c(Cr2O
),则假设一成立;若两溶液中的c(Cr2O
)相同,则假设一不成立
(本题属于开放性试题,合理答案均可)
解析:
(1)根据题设要求,①和②数据对比可得出不同pH对反应速率的影响,②和③数据对比可得出草酸用量对反应速率的影响。
根据实验单一变量原则,设计实验③时,只能允许草酸用量发生变化,且保证混合溶液其他成分浓度变化相同,故保证②和③中混合溶液总体积相同。
本题可以选择的组合有多种。
例如:
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
20
20
或15
25
25
15
a(040-a
(3)由实验①和②及对应图像可知溶液pH对该反应速率有影响。
pH越小,图像斜率越大,说明反应速率越快。
根据图像中①的变化可以求出v(Cr2O
)=
mol·L-1·min-1,再结合反应Cr2O
+3C2O
+14H+===2Cr3++6CO2↑+7H2O可得关第式:
v(Cr3+)=
mol·L-1·min-1。
(4)分析铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]的成分,可以提出另外两个假设分别是Al3+起催化作用,SO
起催化作用。
(5)完成本实验的关键是选择对照实验并控制单一变量(Fe2+的有和无)。
最简捷的做法为选择实验①作为参照实验,该实验用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,并控制其他实验条件与①相同,进行对比实验。
另外,还可以选择②或③作为参照实验,其他操作相同。
本题也可以另外设计对比实验,例如:
实验方案
预期实验结果和结论
在两支盛有相同草酸和废水的试管中,一支加入少量K2SO4固体,另一支加入少量FeSO4固体,控制其他变量相同
反应进行相同时间后,若加入FeSO4的试管中c(Cr2O
)的变化较大,则假设一成立,反之不成立
5.(2013·江苏高考)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备:
FeSO4+Na2CO3===FeCO3↓+Na2SO4
FeCO3+C6H8O7===FeC6H6O7+CO2↑+H2O
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)。
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3+
1.1
3.2
Al3+
3.0
5.0
Fe2+
5.8
8.8
(1)制备FeCO3时,选用的加料方式是________(填字母),原因是____________________________。
a.将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中
b.将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c.将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是___________________________________________________。
(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80℃下搅拌反应。
①铁粉的作用是______________________________________。
②反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法是________。
(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体。
分离过程中加入无水乙醇的目的是____________________________________。
(5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分是Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发,先制备绿矾,再合成柠檬酸亚铁。
请结合图中的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂:
铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):
向一定量
烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应,____________________,
得到FeSO4溶液,________________________________,
得到FeSO4·7H2O晶体。
答案:
(1)c 避免生成Fe(OH)2沉淀
(2)取最后一次的洗涤滤液1~2mL于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净
(3)①防止+2价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全
(4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量,有利于晶体析出
(5)“(过滤,)向反应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5,过滤”或“过滤,向滤液中滴加过量的NaOH溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解,再加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤” (滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到60℃饱和溶液,冷却至0℃结晶,过滤,少量冰水洗涤,低温干燥
解析:
(1)Fe2+开始生成Fe(OH)2的pH为5.8,为防止Fe(OH)2的生成,应将Na2CO3溶液滴加到FeSO4溶液中制备FeCO3。
(2)沉淀洗涤的目的是除去沉淀吸附的可溶性杂质,由制备反应可知FeCO3沉淀表面吸附的离子有Na+、SO
、CO
等,检验其中某种离子是否存在即可证明沉淀是否已洗净,实际检验时应尽量选择现象明显、灵敏度高的离子来检验,本题选择检验SO
是否存在较为合适,具体操作见答案。
(3)因Fe2+易被空气中的O2氧化,故应加入铁粉防止Fe2+被氧化,过量的铁粉可加入适量柠檬酸使之完全反应生成柠檬酸亚铁。
(4)“醇析法”在《实验化学》中已有涉及,加入乙醇可降低产品在水中的溶解量,有利于晶体结晶析出。
(5)硫铁矿烧渣与足量稀硫酸充分反应后,过滤滤去SiO2,为除去滤液中的Al3+,可调节溶液pH约为5,但此时滤液中Fe3+也已沉淀完全,故在调pH之前需先加入过量铁粉将Fe3+还原成Fe2+。
从FeSO4·7H2O溶解度曲线可知,要从FeSO4溶液中获得FeSO4·7H2O晶体,应先将溶液加热浓缩得到60℃饱和溶液,然后再冷却结晶,过滤得到晶体后,为减少晶体洗涤时的溶解损耗,洗涤剂应选择冰水。
为防止晶体干燥时脱水,应选择低温干燥或真空干燥等方式。