高考备考最后30天大冲刺 化学 专题7 实验设计及评价综合大题专项 学生版.docx
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高考备考最后30天大冲刺化学专题7实验设计及评价综合大题专项学生版
TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
（1）实验室利用反应TiO2（s）+CCl4（g）
TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下:
有关物质性质如下表:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是，装置E中的试剂是 。
反应开始前依次进行如下操作:
组装仪器、______________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括：
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。
正确的顺序为（填序号）。
欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是 。
（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：
酸溶：
FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）
FeSO4（aq）+TiOSO4（aq）+2H2O（l）
水解：
TiOSO4（aq）+2H2O（l）
H2TiO3（s）+H2SO4（aq）
简要工艺流程如下:
①试剂A为。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是。
②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是（填化学式）。
【解析】解答本题时应注意以下两点：
①通过表格中所提示的物质性质判断物质分离的方法。
②充分利用题目中的信息和问题理解反应流程。
（1）仪器A的名称为干燥管，因TiCl4遇潮湿空气产生白雾，为保证D中收集到的TiCl4不接触空气中的水蒸气，E中应盛装浓硫酸。
在组装仪器之后应检验装置气密性。
反应结束后，为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，再冷却至室温，最后停止通N2。
因为CCl4和TiCl4互溶且沸点差别较大，因此应采用蒸馏法分离。
（2）①结合题干中的信息可知，钛液Ⅰ中有FeSO4、Fe2（SO4）3、TiOSO4，加入试剂A后结晶过滤后得到FeSO4·7H2O，因此应加入铁粉使Fe2（SO4）3转化为FeSO4。
钛液Ⅰ中含有TiOSO4，温度高于90℃会水解生成H2TiO3沉淀，在过滤操作中会被除去，导致TiO2收率下降。
②少量酸洗后的H2TiO3，加KSCN无现象，再加入H2O2出现微红色，说明原溶液中存在Fe2+。
H2TiO3表面附着的Fe2+经氧化、水解生成Fe（OH）3而附着在H2TiO3表面，无法洗去，所以H2TiO3煅烧后会因含有Fe2O3而发黄。
【答案】
（1）干燥管（1分）；浓硫酸（1分）；检验装置气密性（1分）；②③①（2分）；蒸馏（2分）
（2）①铁粉（1分）；钛液Ⅰ中含有TiOSO4，温度高于90℃会水解生成H2TiO3沉淀，在过滤操作中会被除去，导致TiO2收率下降（2分）
②Fe2+（2分）；Fe2O3（2分）
正丁醛是一种化工原料。
某实验小组利用如下装置合成正丁醛。
发生的反应如下:
CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CHO
反应物和产物的相关数据列表如下:
沸点/℃
密度/（g·cm-3）
水中溶解性
正丁醇
117.2
0.8109
微溶
正丁醛
75.7
0.8017.
微溶
实验步骤如下:
将6.0gNa2Cr2O7放入100mL烧杯中，加30mL水溶解，再缓慢加入5mL浓硫酸，将所得溶液小心转移至B中。
在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石，加热。
当有蒸汽出现时，开始滴加B中溶液。
滴加过程中保持反应温度为90~95℃，在E中收集90℃以下的馏分。
将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，收集75~77℃馏分，产量2.0g。
回答下列问题：
（1）实验中，能否将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中，说明理由。
（2）加入沸石的作用是。
若加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是。
（3）上述装置图中，B仪器的名称是________，D仪器的名称是。
（4）分液漏斗使用前必须进行的操作是（填正确答案标号）。
a.润湿 b.干燥c.检漏 d.标定
（5）将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分水时，水在层（填“上”或“下”）。
（6）反应温度应保持在90~95℃，其原因是。
（7）本实验中，正丁醛的产率为 %。
【解析】
（1）将重铬酸钠溶液和浓硫酸混合时,相当于对浓硫酸进行稀释。
若将重铬酸钠溶液加到浓硫酸中,水的密度比浓硫酸小,会引起液滴飞溅,造成危险。
（2）实验装置中沸石的作用是防止溶液暴沸。
若加热后发现未加沸石,应该停止加热,等溶液冷却后再加入沸石。
（3）装置中B仪器叫分液漏斗,D仪器叫直形冷凝管。
（4）分液漏斗使用前必须进行的操作是检查是否漏液。
（5）由题意知正丁醛微溶于水,密度比水小,所以分液时水在下层,正丁醛在上层。
（6）反应时温度保持在90~95℃,既可以保证正丁醛变成蒸汽及时分离出去,同时还可以避免正丁醛被继续氧化。
（7）若4.0g的正丁醇完全反应产生的正丁醛应为4.0÷74×72=3.89g，则正丁醛的产率应为2.0÷3.89×100%=51%。
【答案】
（1）不能,易迸溅（2分）
（2）防止暴沸（1分）；冷却后补加（2分）
（3）分液漏斗（1分）；直形冷凝（1分）
（4）c（2分）
（5）下（1分）
（6）既可保证正丁醛及时蒸出，又可尽量避免其被进一步氧化（2分）
（7）51（3分）
高考对实验基础的考查以实验仪器的选择、基本操作的正确与否，以及以元素化合物的性质为载体设计实验探究物质的组成及含量的测定为主，物质的检验、分离与提纯的考查以自然界中的矿石材料或工业生产中产生的废渣为命题背景，设计物质的分离或提纯路线，突出表现化学科学在物质制备中的应用等试验综合题。
这种题型所涉及的知识非常丰富并有很强的综合性。
教材基础知识有以下几点：
1.认识常见仪器及基本操作。
2.化学实验的基本操作步骤。
3.常见离子的检验与物质鉴别。
4.物质的分离与提纯的方法及操作要求。
5.物质的制备及性质验证。
6.教材中的学生实验和典型的教师演示实验的原理及装置、流程。
综合题（56分/34min）
1.（14分/8min）（NH4）2SO4是常见的化肥和化工原料，受热易分解。
某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】（NH4）2SO4在260℃和400℃时分解产物不同。
【实验探究】该小组拟选用下图所示装置进行实验（夹持和加热装置略）
实验1：
连接装置A-B-C-D，检查气密性，按图示加入试剂（装置B盛0.5000mol/L盐酸70.00mL）。
通入N2排尽空气后，于260℃加热装置A一段时间，停止加热，冷却，停止通入N2。
品红溶液不褪色，取下装置B，加入指示剂，用0.2000mol/LNaOH溶液滴定剩余盐酸，终点时消耗NaOH溶液25.00mL。
经检验滴定后的溶液中无SO42-。
（1）仪器X的名称是________________。
（2）滴定前，下列操作的正确顺序是_________（填字母编号）。
a．盛装0.2000mol/LNaOH溶液b．用0.2000mol/LNaOH溶液润洗
c．读数、记录d．查漏、清洗e．排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面
（3）装置B内溶液吸收气体的物质的量是__________mol。
实验2：
连接装置A-D-B，检查气密性，按图示重新加入试剂。
通入N2排尽空气后，于400℃加热装置A至（NH4）2SO4完全分解无残留物，停止加热，冷却，停止通入N2。
观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。
经检验，该白色固体和装置D内溶液中有SO32-，无SO42-。
进一步研究发现，气体产物中无氮氧化物。
（4）检验装置D内溶液中有SO32-，无SO42-的实验操作和现象是__________。
（5）装置B内溶液吸收的气体是___________。
（6）（NH4）2SO4在400℃分解的化学方程式是______________________。
2.（13分/8min）实验室用下图所示装备制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。
已知K2FeO4具有下列性质：
①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0℃~5℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3+和Fe（OH）3的催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（NO3）3和O2。
（1）装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为，将制备的Cl2通过装置B可除去（填化学式）。
（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。
在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0℃〜5℃进行，实验中可采取的措施是、。
（3）制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe（NO3）3饱和溶液的混合方式为。
（4）提纯K2FeO4粗产品含有Fe（OH）3、KCl等杂质]的实验方案为：
将的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol/LKOH溶液中，（实验中须使用的试剂有：
饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：
砂芯漏斗，真空干燥箱）。
3．（14分/9min）为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢（即铁和碳的合金）进行了以下探究活动：
【探究一】
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是。
（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。
①甲同学认为X中除Fe3＋之外还可能含有Fe2＋。
若要确认其中的Fe2＋，应选用（选填序号）。
a．KSCN溶液和氯水b．铁粉和KSCN溶液
c．浓氨水d．酸性KMnO4溶液
②乙同学取560mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4反应，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g。
由此推知气体Y中SO2的体积分数为。
【探究二】根据上述实验中SO2体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q1和Q2两种气体，其中Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g·L－1。
为此设计了下列探究实验装置（假设有关气体完全反应）。
（3）装置B中试剂的作用是。
（4）分析Y气体中的Q2气体是如何生成的（用化学方程式表示）。
（5）已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认Q2的存在，需在装置中添加洗气瓶M于（填序号）。
a．A之前b．A—B间c．B—C间d．C—D间
（6）如果气体Y中含有Q1，预计实验现象应是。
4.（15分/9min）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂，答下列问題：
（1）工业上可用KC1O3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为。
（2）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：
①电解时发生反应的化学方程式为。
②溶液X中大量存在的阴离子有。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是（填标号）。
a．水b．碱石灰c．浓硫酸d．饱和食盐水
（3）用下图装置可以测定混合气中ClO2的含量：
Ⅰ．在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸：
Ⅱ．在玻璃液封装置中加入水.使液面没过玻璃液封管的管口；
Ⅲ．将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；
Ⅳ．将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中：
Ⅴ．用0.1000mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液（I2+2S2O32-＝2I－+S4O62-），指示剂显示终点时共用去20.00mL硫代硫酸钠溶液。
在此过程中：
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为。
②玻璃液封装置的作用是。
③V中加入的指示剂通常为，滴定至终点的现象是。
④测得混合气中ClO2的质量为g。
1.
（1）圆底烧瓶（1分）
（2）dbaec（3分）（3）0.03mol（2分）
（4）取少量装置D内溶液于试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀；加入足量稀盐酸后沉淀完全溶解，放出无色刺激性气体（3分）
（5）NH3（2分）
（6）3（NH4）2SO4
4NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O↑（3分）
解析：
（1）仪器X为圆底烧瓶。
（2）滴定操作步骤为：
首先查漏、水洗，再用待装的溶液润洗，再装液，再排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面，最后记录读数。
（3）由题意知：
品红溶液不褪色，说明无SO2，滴定后的溶液中无SO42-，说明无SO3则装置B中吸收的气体为NH3。
n（HCl）=n（NH3）+n（NaOH），则得答案为0.03mol
（4）取装置D内溶液少许于试管中，加入BaCl2溶液，再加入稀盐酸，若产生白色沉淀且加入盐酸后白色沉淀能完全溶液，则说明原溶液中有SO32-，无SO42-
（5）NH3
（6）3（NH4）2SO4
4NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O
2.
（1）2MnO4-+16H++10Cl-==2Mn2++5Cl2↑+8H2O（2分）；HCl（1分）
（2）缓慢滴加盐酸；装置C加冰水浴（各2分）
（3）在搅拌下，将Fe（NO3）3饱和溶液缓慢滴加到KC1O饱和溶液中（3分）
（4）用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥。
（3分）
解析：
（1）根据反应物是盐酸和高锰酸钾，则生成物为氯化锰、氯气和水写出离子方程式并配平即可。
因为盐酸具有挥发性，所以B装置的饱和食盐水可以除去氯化氢气体。
（2）要想控制反应在低温下进行可以减慢加入药品的速度和采用冰水混合物冷却的方法。
（3）因为是要将三价铁离子氧化为高铁酸钾，所以在不断搅拌的条件下，将Fe（NO3）3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中。
（4）按照常规的提纯方法：
洗涤，但是在洗涤的过程中要注意是否会因为溶解而损耗较多。
所以可以用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，在用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2~3次后，在真空干燥箱中干燥。
3.
（1）铁被钝化（1分）
（2）①d（2分） ②0.80（3分）
（3）检验SO2是否除尽（2分）
（4）C＋2H2SO4（浓）=CO2↑＋2SO2↑＋2H2O（2分）
（5）c（2分）
（6）D中的固体由黑变红、E中的固体由白变蓝（2分）
解析：
（1）由于在常温下，铁在浓硫酸中钝化，从而在铁表面形成一层致密的氧化膜，所以不再和CuSO4溶液反应。
（2）①Fe2＋具有还原性，可以被KMnO4（H＋）氧化，从而溶液褪色，据此可以鉴别，答案选D。
，所以SO2的体积分数为
。
（3）M＝0.0893g·L－1×22.4L·mol－1＝2.0g·mol－1。
所以Q1为H2。
由于C能被浓H2SO4氧化成
CO2，所以Q2应为CO2。
检验H2用CuO，而检验CO2气体需用澄清石灰水，在验证CO2之前，须除尽SO2气体，所以A装置用来除去SO2，B装置用来检验是否除尽，M装置应放在B、C之间。
若有H2，CuO应由黑变红，CuSO4由白变蓝。
4.
（1）2:
1（2分）
（2）①NH4Cl＋2HCl
3H2↑＋NCl3（2分）②Cl-、OH-（2分）③c（1分）
（3）①2ClO2＋10I－＋8H＋＝2Cl－＋5I2＋4H2O（2分）
②使ClO2充分反应，避免碘的逸出（2分）
③淀粉溶液（1分）；溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变（1分）
④0.2700（2分）
解析：
（1）根据电子守恒原理，有：
2KC1O3～Na2SO3；
（2）根据流程信息，电解总反应为NH4Cl＋2HCl
3H2↑＋NCl3；X存在的离子有Cl-、OH-；除去ClO2中的NH3可选用的试剂是浓硫酸，水、碱石灰可以与ClO2反应；
（3）ClO2具有氧化性，会氧化KI，2ClO2＋10I－＋8H＋＝2Cl－＋5I2＋4H2O；玻璃液封装置的作用是使ClO2充分反应，避免碘的逸出；氧化还原滴定，选择淀粉作为指示剂，滴定终点的是溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变；根据2ClO2～5I2～10Na2S2O3，m（ClO2）=0.1000×20.00×10-3×
×67.5=0.2700g。
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