资源描述
第3讲 化学实验方案与设计,【高考这样考】 (2014新课标全国卷T28节选)某小组以CoCl26H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为测定其组成，进行如下实验。,氨的测定：精确称取wg X，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V1mLc1molL-1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2molL-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2mL NaOH溶液。,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)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”)。 (4)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是_。,【解析】(1)分析题中所给的装置可知，装置A中的2为安全管，其作用为当A中压力过大时，安全管中液面上升，使A中的压力较为稳定。 (2)用氢氧化钠滴定剩余的盐酸时，应该使用碱式滴定管，可用酚酞作指示剂。 (3)为保证实验结果的准确性，测定氨前应该先检查装置的气密性，若气密性不好会导致氨气泄漏，测定结果将偏低。 (4)测定氯的过程中，用硝酸银溶液进行滴定，由于硝酸银见光易分解，所以应该选用棕色的滴定管进行滴定。,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 (3)偏低 (4)防止硝酸银见光分解,【考纲要求】 1.了解并初步实践化学实验研究的一般过程，掌握化学实验的基本方法和技能。 2.了解科学探究的基本过程，学习运用以实验和推理为基础的科学探究方法。,3.能根据要求做到： (1)设计、评价或改进实验方案。 (2)了解控制实验条件的方法。 (3)分析或处理实验数据，得出合理结论。 (4)识别典型的实验仪器装置图。 4.以上各部分知识与技能的综合应用。,【考查特点】 1.客观题： (1)考查“实验判断”：判断设计的化学实验方案能否达到实验目的。 (2)考查“实验选择”：对所设计的化学实验方案做出选择。 (3)考查“实验评价”：对给出的实验方案合理性做出评价。,2.主观题： (1)考查“方案设计”：化学实验方案的设计。 (2)考查“选择与评价”：提出实验问题或目的，给定实验情境或物质性质，要求选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案。 (3)考查“综合评价”：联系工业生产过程，进行定量分析和综合评价。 (4)考查“计算”：根据方案利用守恒法求产率、纯度、成分等。,1.化学实验方案设计的思路： (1)思考问题的顺序。 围绕主要问题思考。例如，选择适当的实验路线、方法；所用的药品、仪器简单易得；实验过程快速安全；实验现象明显。 思考物质制备、净化、吸收和存放的有关问题。例如，制取在空气中易水解、潮解的物质，往往在装置末端再加一个干燥装置，以防止空气中的水蒸气进入。,思考实验的种类以及如何合理选择组装仪器，并将实验与自己已学实验比较。例如，涉及气体的制取或者处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为发生装置除杂质干燥主体实验尾气处理。,(2)操作顺序。 仪器安装顺序：一般遵循自下而上，从左到右的原则，气体净化装置中不应干燥后又经过水溶液洗气。 接口的连接顺序：洗气时“长进短出”；量气时“短进长出”；干燥管除杂质时“大进小出”等。 实验顺序：装置选择与连接气密性检验装固体药品装液体药品开始实验(按程序)。,2.实验方案评价： (1)选择。包括仪器、药品、连接方式的选择。 (2)评价。正确、简约、安全、环保。 (3)最佳方案的选择。装置最简、药品容易取得、价格低廉、现象明显、无污染。,考点一 物质制备实验方案的设计 【典例1】(2015郑州二模)CuCl2、CuCl是重要的化工原料，广泛地用作有机合成催化剂。实验室中以粗铜(含杂质Fe)为原料，一种制备铜的氯化物的流程如下：,请回答下列问题： (1)如图装置进行反应，导管a通入氯气(夹持仪器和加热装置省略)，观察到的现象是_， 写出铜与氯气反应的化学方程式：_。,(2)上述流程中固体K溶于稀盐酸的目的是_。 试剂X、固体J分别为_。 a.NaOH Fe(OH)3 b.NH3H2O Fe(OH)2 c.CuO Fe(OH)3 d.CuSO4 Cu(OH)2 (3)反应是向溶液2中通入一定量的SO2，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀。写出制备CuCl的离子方程式：_。,(4)反应后，如图盛有NaOH溶液的广口瓶中溶液具有漂白、消毒作用，若用钢铁(含Fe、C)制品盛装该溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该红褐色沉淀的主要化学式是_，该腐蚀过程的正极反应式为_ _。 (5)以石墨为电极，电解CuCl2溶液时发现阴极上也会有部分CuCl析出，写出此过程中阴极上的电极反应式：_。,【破题关键】 (1)明确制备原料和目标产品。 (2)弄清操作过程和反应的原理。 (3)根据氧化还原反应规律书写并配平化学方程式的方法：实质是电子守恒，依据是化合价升高和降低的总数相等。 (4)金属电化学腐蚀的实质是构成原电池，金属作原电池的负极被氧化。 (5)电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。,【解析】(1)铜在氯气中燃烧产生棕色的烟，生成氯化铜固体。 (2)铜盐溶解过程中会水解生成氢氧化铜，用盐酸溶解的目的是保持 溶液呈强酸性，避免铜元素因水解造成损失。铁与氯气反应生成氯化 铁，溶解后溶液中含有铁离子，加入氧化铜促进铁离子水解生成氢氧 化铁沉淀过滤除去。 (3)根据题中信息，铜元素化合价由+2价转化为CuCl中的+1价，故铜 离子是氧化剂，SO2是还原剂，反应中被氧化为 ，根据氧化还 原反应的规律可以写出离子方程式。,(4)氢氧化钠溶液吸收氯气，生成物有次氯酸钠和氯化钠，钢铁在次氯酸钠和氢氧化钠的混合溶液中发生电化学腐蚀，碳等杂质为正极，铁为负极。负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，Fe2+2OH-= Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，正极的电极反应式为ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-。 (5)电解过程中，Cu2+在阴极上得电子转化为Cu+，Cu+和溶液中的Cl-结合生成CuCl。,答案：(1)试管内有棕色烟产生 Cu+Cl2 CuCl2 (2)避免Cu2+水解 c (3)2Cu2+2Cl-+SO2+2H2O=2CuCl+ +4H+ (4)Fe(OH)3 ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH- (5)Cu2+e-+Cl-=CuCl,【互动探究】(1)写出盛有NaOH溶液的广口瓶中溶液生成漂白、消毒作用物质的化学方程式？ 提示：Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O。 (2)若将第(5)问中石墨电极改为铜作阳极，阴极电极反应式是否变化？ 提示：阴极电极反应式为Cu2+2e-=Cu。,【题组过关】 1.(2015沈阳一模)某同学用下列装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是( ),A.图中：如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗 B.图中：量筒中发生了加成反应 C.图中：生成蓝色的烟 D.图中：湿润的有色布条能褪色，将硫酸溶液滴入烧杯中，至溶液显酸性，结果有Cl2生成,【解析】选D。图中如果MnO2过量，浓盐酸逐渐变为稀盐酸，不再继续反应，不会全部消耗，A错误；图中量筒中发生甲烷与氯气的取代反应，B错误；图中氯气与铜反应，生成棕色的烟，C错误；图中湿润的有色布条能褪色，是因为氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸具有漂白性，使有色布条褪色，剩余氯气通入盛氢氧化钠溶液的烧杯中发生反应Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，将硫酸溶液滴入烧杯中，至溶液显酸性，氯化钠和次氯酸钠会发生氧化还原反应，离子方程式为Cl-+ClO-+2H+=Cl2+H2O，有Cl2生成，D正确。,2.(2015泉州二模)实验室中利用如图所示装置制备纳米碳酸钙(1纳米=110-9m)(部分夹持装置已略去)，向饱和CaCl2溶液中通入NH3和CO2可制得纳米碳酸钙。,供选择的药品：石灰石 氯化铵 氢氧化钙 饱和氯化钙溶液 浓硫酸 6 molL-1盐酸 饱和食盐水 饱和NaHCO3溶液 (1)装置A中，仪器a的名称是_，仪器b中应盛放的固体为_(填药品序号，下同)。装置B中盛放的溶液是_。装置D的试管中发生反应的化学方程式为_。,(2)如何判断所得碳酸钙颗粒是否为纳米级？_。 (3)通入适量气体后，C装置中物质恰好完全反应，过滤，所得滤液显_(填“酸”“碱”或“中”)性。 (4)装置C中，右边的导管并未插入液面以下，原因是_。 (5)上述装置存在一处缺陷，该缺陷为_。,【解析】(1)装置A是制取二氧化碳的装置，仪器a的名称是分液漏 斗；仪器b中为碳酸钙与盐酸反应：CaCO3+2H+=Ca2+H2O+CO2， 饱和NaHCO3溶液可除掉挥发出来的氯化氢；装置D中制取氨气，化学 方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O。 (2)将少量碳酸钙加水充分搅拌，看是否有丁达尔效应，若有丁达尔 效应，则说明为纳米级。,(3)C中的反应是CaCl2+2NH3+CO2+H2O=CaCO3+2NH4Cl，氯化铵在 水中发生水解显酸性，离子方程式： +H2O NH3H2O+H+。 (4)氨气极易溶于水，右边的导管并未插入液面以下是防止装置C中的 溶液倒吸到装置D中引起试管炸裂。 (5)该装置没有尾气处理装置。,答案：(1)分液漏斗 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O (2)将少量碳酸钙加水溶解并充分搅拌，用一束可见光照射，观察是否发生丁达尔效应，若有丁达尔效应则为纳米级，若没有丁达尔效应则不是纳米级 (3)酸 (4)防止装置C中的溶液倒吸到装置D中引起试管炸裂 (5)无尾气吸收装置,【加固训练】(2015洛阳一模)如图是实验室制取气体的装置，其中发生装置相同，干燥和集气装置有两套，分别用图1和图2表示。下列选项中正确的是( ),【解析】选D。A项，应该用亚硫酸钠与硫酸反应制取二氧化硫，否则二氧化硫含氯化氢，或二氧化硫溶解在稀盐酸中，错误；B项，生成的CO2气体和碱石灰反应，不能用碱石灰干燥，错误；C项，一氧化氮能和氧气反应生成二氧化氮，不能用排空气法收集，错误；D项，氨气和碱石灰不反应，所以可用碱石灰干燥，氨气的密度小于空气的密度，所以可用向下排空气法收集，正确。,考点二 物质的组成及性质验证实验方案的设计 【典例2】(2015山师附中一模)下图是实验室中制备气体或验证气体性质的装置图。,(1)写出用装置A制取氯气的化学方程式：_。 (2)利用上图装置制备纯净的氯气，并证明氧化性：Cl2Fe3+，则装置B中溶液的作用是_； 装置D中加的最佳试剂是_(填序号)。 供选试剂：a.浓硫酸 b.FeCl2溶液 c.KSCN与FeCl2的混合溶液 d.无水氯化钙,(3)在上图所示圆底烧瓶内加入碳，a中加入浓硫酸，开始实验，加热产生的气体缓慢通过后续装置同时完成如下实验： 实验1：证明SO2具有氧化性和漂白性； 实验2：证明碳元素的非金属性比硅元素的强。 证明SO2具有氧化性和漂白性：B中为少量Na2S溶液、C中加品红溶液，D中应加入足量的_(填溶液名称)，E中加入_(填化学式)溶液。证明碳元素的非金属性比硅元素的强的现象为_ _。 (4)实验2不严谨之处应如何改进？_。,【破题关键】 (1)固体和液体加热制备气体的装置及可以制备的气体。 (2)洗气瓶检验或除杂质必须用液体试剂。 (3)根据化学反应比较氧化性的方法：氧化剂的氧化性大于氧化产物。 (4)性质检验实验要确保检验前除掉可能干扰检验的杂质。,【解析】(1)圆底烧瓶内发生的反应为二氧化锰与浓盐酸反应生成氯化锰、氯气、水。 (2)浓盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl，装置B中溶液的作用为吸收HCl气体；Fe2+有还原性，当遇到强氧化性的物质会被氧化成Fe3+。D装置为验证氯气具有氧化性，因此选含亚铁离子的物质被氯气氧化成铁离子，利用铁离子能使硫氰化钾变红色来证明，根据反应判断氧化性Cl2Fe3+，故装置D中加的最佳试剂是KSCN与FeCl2的混合溶液。,(3)证明SO2具有氧化性的装置是B，装置中析出黄色沉淀，说明二氧化硫把硫离子氧化成单质硫；C中加品红溶液证明二氧化硫具有漂白性；元素的非金属性越强，最高价氧化物对应的水化物酸性越强，利用碳酸的酸性强于硅酸，二氧化碳能与硅酸钠反应制得硅酸沉淀，由于CO2中混有二氧化硫，二氧化硫也能与硅酸钠溶液反应，需要用酸性高锰酸钾溶液除去SO2并再次通过酸性高锰酸钾溶液检验是否除尽，D装置是检验二氧化硫是否除尽，防止干扰实验。,(4)空气中含有二氧化碳，可能干扰实验，故应排除空气中二氧化碳的干扰，将烧杯换成洗气瓶，右端连接盛有碱石灰的干燥管可排除空气中二氧化碳的干扰。,答案：(1)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O (2)除去氯气中的氯化氢 c (3)酸性高锰酸钾溶液 Na2SiO3 D中酸性高锰酸钾溶液不褪色，E中溶液变浑浊 (4)将烧杯换成洗气瓶，右端连接盛有碱石灰的干燥管,【思维建模】物质组成及性质验证实验的解题策略 (1)解答有关检测物质组成实验的流程设计问题，常见的解题思路如下： 方法一：取少量固体试样溶于水配成溶液检测溶液中存在的阴、阳离子得出实验结论。 方法二：取少量固体试样在氧气流等物质中反应检测所产生的物质(如气体)得出实验结论。,方法三：取少量试样加酸(或碱)溶液产生气体检测气体的成分得出实验结论。 (2)注意以下几个问题： 有水蒸气生成的，先检测水蒸气，再检测其他成分。 对于需要进行转化才能检测的成分，如CO的检测，要注意先检测CO中是否含有CO2，如果有CO2，先除去CO2，接着对CO实施转化，最后再检测转化产物CO2。,若试题只给出部分药品和装置，则应需要给出必要的补充；若有剩余，则应进行筛选。 如采用最合理的实验步骤，这些要求对考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都做了限定，必须高度重视。 要十分重视药品的名称，有些题目要求指出药品的名称，这类问题很难回答准确，如有些药品的准确描述为无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。,【题组过关】 1.(2015四川高考)下列操作或装置能达到实验目的的是( ),【解析】选C。A选项，俯视会使配制的溶液浓度偏高；B选项，HCl与NaHCO3反应生成新的杂质气体CO2，并且氯气溶于水会与碳酸氢钠反应生成二氧化碳气体，故洗气瓶中应为饱和食盐水，而不能是碳酸氢钠饱和溶液；C选项，食盐水为中性溶液，发生吸氧腐蚀，氧气减少，在大气压强的作用下导管内会形成红色水柱；D选项，饱和食盐水与电石反应生成乙炔，但是还有杂质气体H2S等，H2S也可使酸性高锰酸钾溶液褪色，体现还原性，需要先除去杂质再检验。,2.(2015运城二模)某同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究，实验步骤如下： .将光亮铜丝插入浓硫酸中，加热； .待产生黑色沉淀和气体时，抽出铜丝，停止加热； .冷却后，从反应后的混合物中分离出黑色沉淀，洗净、干燥备用。 查阅文献：检验微量Cu2+的方法是向试液中滴加K4Fe(CN)6溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2+。,(1)该同学假设黑色沉淀是CuO。检验过程如下： 将CuO放入稀硫酸中，一段时间后再滴加K4Fe(CN)6溶液，产生红褐色沉淀。 将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后再滴加K4Fe(CN)6溶液，未见红褐色沉淀。由该检验过程所得的结论是_。,(2)再次假设，黑色沉淀是铜的硫化物。实验如下：,现象2说明黑色沉淀具有_性。 能确认黑色沉淀中含有硫元素的现象是_， 相应的离子方程式是_。 为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需进行的实验操作是_。 (3)以上实验说明，黑色沉淀中存在铜的硫化物。进一步实验后证明黑色沉淀是CuS与Cu2S的混合物。将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后，沉淀溶解，其中CuS溶解的化学方程式是_。,【解析】(1)向试液中滴加K4Fe(CN)6溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2+，根据将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，滴加K4Fe(CN)6溶液，未见红褐色沉淀可知，黑色固体中一定不含CuO。,(2)A试管中上方出现红棕色气体，说明反应中有二氧化氮生成，证明了黑色固体具有还原性，在反应中被氧化；根据反应现象B试管中出现白色沉淀可知，白色沉淀为硫酸钡，说明黑色固体中含有硫元素；发生反应的离子方程式为NO2+SO2+Ba2+H2O=BaSO4+NO +2H+；为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需检验黑色固体中含有铜离子，方法为取冷却后A装置试管中的溶液，滴加K4Fe(CN)6溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2+，说明黑色沉淀是铜的硫化物。 (3)浓硫酸具有强氧化性，硫化铜被浓硫酸氧化为二氧化硫。,答案：(1)黑色沉淀中不含有CuO (2)还原 B试管中出现白色沉淀 NO2+SO2+Ba2+H2O=BaSO4+NO+2H+ (或2 +3SO2+3Ba2+2H2O=3BaSO4+2NO+4H+) 取冷却后A装置试管中的溶液，滴加K4Fe(CN)6溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2+，说明黑色沉淀是铜的硫化物 (3)CuS+4H2SO4(浓) CuSO4+4SO2+4H2O,【加固训练】1.(2014四川高考)下列实验方案中，不能达到实验目的的是( ),【解析】选B。A项，溴乙烷在氢氧化钠溶液中加热水解生成乙醇和溴化钠，酸性条件下溴化钠与硝酸银溶液反应生成淡黄色的溴化银沉淀，能达到实验目的；B项，在酸性条件下，硝酸根离子有氧化性，能够将二价铁离子氧化成三价铁离子，三价铁离子与KSCN溶液反应，使溶液变红，因此不能达到实验目的；C项，溴单质与碘离子发生氧化还原反应生成碘单质，生成的碘单质溶解在四氯化碳溶液中，显紫色，故C能达到实验目的；D项，此过程中发生了沉淀的转化，由难溶物生成了更难溶的物质，因此D能达到实验目的。,2.某兴趣小组拟制备氯气并验证其一系列性质。 .【查阅资料】 当溴水浓度较小时，溶液颜色与氯水相似也呈黄色。 硫代硫酸钠溶液在工业上可作为脱氯剂。,.【性质验证】 实验装置如图所示(省略夹持装置),实验步骤： (1)检查装置气密性，按图示加入试剂。仪器的名称是_； 装置C中处加的试剂可以是_(填编号)。 A.碱石灰 B.硅胶 C.浓硫酸 D.无水氯化钙 (2)装置B的作用有_。 (3)写出装置F中相应的离子反应方程式：_。,.【探究与反思】 (1)上图中设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性，有同学认为该设计不能达到实验目的，其理由是_。 该组的同学思考后将上述D、E、F装置改为实验操作步骤如下：,打开弹簧夹，缓缓通入氯气。 当a和b中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。 当a中溶液由黄色变为棕色时，停止通氯气。 _。 (2)设计步骤的实验思想是_。 (3)步骤的操作是_。,【解析】.(1)(2)装置A烧瓶中放入MnO2，分液漏斗中放入浓盐酸，加热产生的氯气通入饱和食盐水除去其中的氯化氢气体，装置B中装饱和食盐水；装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，要验证干燥氯气无漂白性，湿润的有色布条中，氯气和水反应生成次氯酸具有漂白性，C中处可放入干燥剂硅胶、无水氯化钙，除去水后，再通入氯气，处有色布条不褪色，验证氯气无漂白性不能用碱石灰，因碱石灰吸收氯气，若使用浓硫酸则应装在洗气瓶中。,(3)最后多余的Cl2用Na2S2O3溶液吸收， 中硫显+2价，被Cl2氧化成 ，其离子方程式为 +4Cl2+5H2O=2 +8Cl-+10H+。,.打开活塞，将装置D中含溴单质的少量溶液加入含碘化钾和苯的装置E中，溴单质和碘化钾反应生成碘单质，当溴水浓度较小时，溶液颜色与氯水相似也呈黄色，氯气具有强氧化性，过量的氯气也能够将碘离子氧化成碘单质，所以该现象不能说明溴的非金属性强于碘。将上述D、E、F装置改为如图装置替代，氢氧化钠可吸收氯气、溴，可排除氯气对溴、碘的非金属性强弱实验的干扰，当a中溶液由黄色变为棕色时，停止通氯气，说明生成了溴蒸气，设计步骤的实验思想,是进行对比，步骤的操作是打开活塞d，将少量b中溶液滴入c中，关闭活塞d，取下试管c振荡，碘易溶于四氯化碳，碘溶于四氯化碳后溶液呈紫色。,答案：.(1)长颈漏斗 B、D (2)除去氯气中的氯化氢并作安全瓶 (3) +4Cl2+5H2O=2 +8Cl-+10H+ .(1)未排除Cl2对溴、碘的非金属性强弱实验的干扰 (2)对比实验思想 (3)打开活塞d，将少量b中溶液滴入c中，关闭活塞d，取下试管c振荡,考点三 定量测定的实验设计及实验方案的评价 【典例3】(2014新课标全国卷改编)某研究性学习小组查阅资料获得晶体M的制备原理，他们进行如下探究： 【制备晶体】 以CrCl24H2O、过氧化氢、液氨、氯化铵固体为原料，在活性炭的催化下，合成了晶体M。 (1)溶液中分离出晶体M的操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。,他们用冰水和饱和食盐水的混合物洗涤晶体M，其目的是_ _。 制备过程中需要加热，但是，温度过高造成的后果是_ _。,【测定组成】 为了测定M晶体的组成，他们设计了如下实验。装置如图所示(加热仪器和固定仪器省略)。,为确定其组成，进行如下实验： 氨的测定：精确称取M晶体，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，将样品溶液中的氨全部蒸出，用一定量的盐酸溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用一定浓度的NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗一定体积的NaOH溶液。,氯的测定：准确称取ag样品M溶于蒸馏水，配成100 mL溶液。量取25.00 mL配制的溶液用cmolL-1AgNO3标准溶液滴定，滴加3滴 0.01 molL-1K2CrO4溶液(作指示剂)，至出现砖红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)，消耗的AgNO3溶液为bmL。 (2)安全管的作用是_。,(3)用氢氧化钠标准溶液滴定过量的氯化氢，部分操作步骤是检查滴定管是否漏液、用蒸馏水洗涤、_、排滴定管尖嘴的气泡、_、滴定、读数、记录并处理数据；下列操作或情况会使测定样品中NH3的质量分数偏高的是_(填代号)。 A.装置气密性不好 B.用酚酞作指示剂 C.滴定终点时俯视读数 D.滴定时NaOH溶液外溅,(4)已知：硝酸银热稳定性差；Ksp(Ag2CrO4)=1.1210-12，Ksp(AgCl) =1.810-10。 选择棕色滴定管盛装标准浓度的硝酸银溶液，滴定终点时，若溶液中 c( )为2.810-3molL-1，则c(Ag+)=_。 (5)根据上述实验数据，列出样品M中氯元素质量分数的计算式：_。如果滴加K2CrO4溶液过多，测得结果会 _(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。,(6)经测定，晶体M中铬、氨和氯的质量之比为104136213。写出制备M晶体的化学方程式：_。,【破题关键】 (1)明确实验目的，认真研究装置中各仪器的特点和作用。 (2)注意有序思维，熟记操作步骤并按步骤选择对应的仪器。 (3)注意关键要求信息，如“列出计算式”则不要求化简但必须表示出过程。 (4)注意守恒法的应用。,【解析】(1)晶体析出后过滤得到晶体，用冰水和饱和食盐水洗涤晶体，目的是减少晶体M的溶解量。过氧化氢受热易分解、液氨易挥发，加热温度过高，导致反应物损失。 (2)A装置用于提供水蒸气，需要加热。安全管起平衡气压的作用。,(3)滴定管经检漏之后，用标准氢氧化钠溶液润洗，调节液面至0刻度及0刻度以下才能读数，因为滴定管0刻度在上方。A项，装置漏气，部分氨气扩散，测定的NH3质量分数偏低，不符合题意。B项，强碱滴定强酸可以选择甲基橙或酚酞作指示剂，不会导致误差，不符合题意。C项，滴定终点时俯视读数，使读出的数据偏小，即消耗的氢氧化钠溶液体积偏小，NH3质量分数偏高，符合题意。D项，滴定液外溅，导致测得剩余盐酸体积偏大，NH3质量分数偏小，不符合题意。,(4)硝酸银见光易分解，应选择棕色滴定管盛装硝酸银溶液。 Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)c( )，c(Ag+)= =2.010-5molL-1。 (5)Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s)，w(Cl)= 100%，不化简。在计算式中要带各物理量的单位，且数据取自题目 中，体现思维过程。由铬酸银、氯化银的溶度积知，铬酸银的溶解度 比氯化银稍大一些。如果滴加铬酸钾溶液过多，会提前生成铬酸银， 即氯离子没有完全转化成氯化银，导致提前指示终点，测得氯元素质 量分数偏低。,(6)n(Cr)n(NH3)n(Cl)= =143，M的化学式为Cr(NH3)4Cl3。M中铬元素化合价为+3，化学方程式为2CrCl2+H2O2 +6NH3+2NH4Cl 2Cr(NH3)4Cl3+2H2O。,答案：(1)降低晶体溶解度 加快过氧化氢分解和液氨挥发 (2)平衡气压 (3)用标准NaOH溶液润洗 调节碱式滴定管内液面至0刻度或0刻度以下 C (4)2.010-5molL-1 (5) 100% 偏低 (6)2CrCl2+H2O2+6NH3+2NH4Cl 2Cr(NH3)4Cl3+2H2O,【方法归纳】 1.解答定量实验习题的一般方法： (1)阅读题干，弄清目的量。 (2)根据题中信息，寻找出涉及的化学反应原理。 (3)确定可测量，并与相关的实验相比较。 (4)从可测量出发明确所需仪器。,2.定量测定实验中要具备的3种意识： (1)要有消除干扰气体的意识：如用“惰性气体”将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。 (2)要有被测量气体全部被测量的意识：如可以采用反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量的气体全部被吸收剂吸收的方法。 (3)要有“数据”的采集处理意识：实验数据的采集是化学计算的基础，一般的固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂测量体积。,3.定量型实验的关键为数据处理和误差分析，数据的处理一般注意五个方面： (1)是否符合测量仪器的精度。 (2)数据是否在误差允许范围内。 (3)数据的测试环境。 (4)数据的测量过程是否规范、合理。 (5)少量物质是否完全反应；过量物质对数据是否有影响。误差分析的依据为计算式，看测量对结果会产生什么影响。,【题组过关】 1.(2015沈阳二模)某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用，废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁。其生产工艺流程如下：(已知乳酸酸性强于碳酸),已知：TiOSO4可溶于水，在水中可以电离为TiO2+和 ； TiOSO4水解的反应为TiOSO4+(x+1)H2O TiO2xH2O+H2SO4。 请回答： (1)步骤所得滤渣的主要成分为_，分离硫酸亚铁溶液和滤 渣的操作中所用的玻璃仪器是_； 步骤中得到纯净硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、_。,(2)步骤硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为_。 (3)步骤的离子方程式是_。 (4)试用平衡移动原理解释步骤生成乳酸亚铁的原因_ _。,(5)实验室中常用KMnO4滴定法测定晶体中FeSO47H2O的质量分数，取步骤中所得FeSO47H2O晶体样品ag，配成500.00 mL溶液，取出25.00 mL溶液，用KMnO4溶液滴定(杂质与KMnO4不反应)。若消耗0.100 0 molL-1KMnO4溶液25.00 mL，所得晶体中FeSO47H2O的质量分数为(用a表示)_。,【解析】废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4，加铁屑，Fe与H2SO4和少量Fe2(SO4)3反应生成FeSO4，TiOSO4水解生成TiO2xH2O，过滤，滤渣为TiO2xH2O、Fe，滤液为FeSO4，FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体，脱水、煅烧得到氧化铁；FeSO4溶液中加碳酸氢铵生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳，碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳，乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体。,(1)由流程分析可知，步骤所得滤渣的主要成分为TiO2xH2O、Fe； 实现固体和液体的分离用过滤的方法，过滤操作使用的仪器有玻璃 棒、烧杯、漏斗。步骤是从溶液中得到硫酸亚铁晶体，操作为蒸发 浓缩、冷却结晶、过滤洗涤等操作。 (2)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为4FeSO4+O2 2Fe2O3+4SO3，氧化剂是氧气，还原剂是硫酸亚铁，所以氧化剂和 还原剂的物质的量之比为14。,(3)由流程图可知，硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁，还生成 气体二氧化碳，溶液B为硫酸铵溶液，反应的离子方程式为Fe2+ 2 =FeCO3+H2O+CO2。 (4)碳酸亚铁的沉淀存在溶解平衡：FeCO3(s) Fe2+(aq)+ (aq)， 加入乳酸，这样 与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸 亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液。,(5)设FeSO47H2O的质量分数为x，亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子，锰被还原为+2价的锰离子，根据得失电子守恒，则 5FeSO47H2O KMnO4 5278 g 1 mol agx25/500 0.100 0 molL-10.025 L 所以5278 g(agx25/500)=1 mol(0.100 0 molL-1 0.025 L)，解得x=69.5/a。,答案：(1)Fe、TiO2xH2O 漏斗、玻璃棒、烧杯 冷却结晶、过滤 洗涤 (2)14 (3)Fe2+2 =FeCO3+H2O+CO2 (4)FeCO3(s) Fe2+(aq)+ (aq)，乳酸与 反应，降低了 的浓度，使上述平衡正向移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁 溶液 (5)69.5/a,2.(2015吉林二模)聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为 Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm，广泛用于污水处理。实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO47H2O)，过程如下：,(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是_。 (2)实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下。装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a_ _f。 装置A中发生反应的化学方程式为_。,(3)制备绿矾时，向溶液X中加入过量_，充分反应后，经过滤操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。过滤所需的玻璃仪器有_。 (4)欲测定溶液Y中Fe2+的浓度，需要用容量瓶配制KMnO4标准溶液，用KMnO4标准溶液滴定时应选用_(填“酸式”或“碱式”)滴定管。 (5)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数。若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。,【解析】制备聚铁和绿矾(FeSO47H2O)流程为硫酸厂烧渣与硫酸、氧气反应，得到滤液X和不溶物W(S、二氧化硅等)；滤液X中加入铁粉生成硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾；将滤液X通过调节pH获得溶液Z，在7080条件下得到聚铁胶体，最后得到聚铁。 (1)检验二氧化硫的一般方法是将气体通入品红溶液中，如果品红溶液褪色，加热后又恢复红色，证明有二氧化硫。,(2)收集二氧化硫应先干燥再收集，二氧化硫的密度比空气大，要从c口进气，最后进行尾气处理，所以按气流方向连接顺序为ade cbf；装置A中铜与浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) =CuSO4+SO2+2H2O。 (3)因为在烧渣中加入了硫酸和足量氧气，故溶液X中含有Fe3+，故应先加入过量的铁粉，然后过滤，过滤操作使用的仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。,(4)KMnO4标准溶液具有强氧化性，易腐蚀橡胶管，滴定时需要选择酸式滴定管。 (5)聚铁的化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm，若溶液Z的pH偏小，则聚铁中生成的氢氧根的含量减少，据此计算的铁的含量减少，铁的质量分数偏小。,答案：(1)将气体通入品红溶液，溶液褪色，加热恢复原色则证明含有SO2 (2)d e c b Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2O (3)铁粉 烧杯、玻璃棒、漏斗 (4)酸式 (5)偏小,【加固训练】用含少量铁的氧化物的氧化铜制取硫酸铜晶体(CuSO4xH2O)。有如下操作： 已知：在pH为45时，Fe3+几乎完全水解而沉淀，而此时Cu2+却几乎不水解。,(1)溶液A中的金属离子有Fe3+、Fe2+、Cu2+。能检验溶液A中Fe2+的试剂为_(填编号，下同)。 a.KMnO4 b.(NH4)2S c.NaOH d. KSCN,(2)欲用(1)中选择的检验试剂测定溶液A中的Fe2+的浓度，下列滴定方式中(夹持部分略去)，最合理的是_。 写出滴定反应的离子方程式：_。,(3)在上述流程中，要得到较纯的产品，试剂可选用_。 a.NaOH b.FeO c.CuO d.Cu(OH)2 e.Cu2(OH)2CO3 (4)为了测定制得的硫酸铜晶体(CuSO4xH2O)中x的值，某兴趣小组设计了实验方案：称取mg晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再减轻为止，冷却，称量所得固体的质量为ng。 据此计算得x=_ (用含m、n的代数式表示)。,【解析】用含少量铁的氧化物的氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁，加氧化剂把亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到的滤液为硫酸铜溶液，蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸铜晶体。 (1)亚铁离子具有还原性，能被高锰酸钾溶液氧化，所以用高锰酸钾溶液检验亚铁离子。,(2)高锰酸钾具有强氧化性，应用酸式滴定管装液；反应的离子方程 式为5Fe2+ +8H+=5Fe3+Mn2+4H2O。 (3)得到较纯的产品，需要调节pH使铁离子转化为沉淀，选择的试剂 可以是CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，而a、b均会引入杂质离子。 (4)硫酸铜和氢氧化钠反应生成氢氧化铜沉淀，加热沉淀，氢氧化铜 分解生成氧化铜，则ng为CuO的质量，物质的量为ng80 gmol-1= mol，根据铜元素守恒可知，n(CuO)=n(CuSO4xH2O)，所以mg= mol(160+18x)gmol-1，解得，x= 。,答案：(1)a (2)b 5Fe2+ +8H+=5Fe3+Mn2+4H2O (3)c、d、e (4),综合实验探究题 【典题示例】(2015全国卷T26)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1=5.410-2，K2=5.410-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体 (H2C2O42H2O)无色，熔点为101，易溶于水，受热脱水、升华，170以上分解。回答下列问题：,(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_， 由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_。,(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。,乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_ _。装置H反应管中盛有的物质是_。 能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_。 (3)设计实验证明： 草酸的酸性比碳酸的强_。 草酸为二元酸_。,【审题指导】抽丝剥茧 溯本求源,答案：(1)有气泡产生，澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰二氧化碳的检验 (2)F、D、G、H、D、I CuO(或氧化铜) H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊 (3)向盛有少量NaHCO3(或Na2CO3)的试管中滴加草酸溶液，有气泡产生 用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消耗氢氧化钠的物质的量为草酸的两倍,【类题通法】 1.审题：明确综合实验探究题的解题思路和问题的落点及解答方法。 2.析题正确解题的关键。 明确分析问题的思路和方法，构建解决该类问题的思维模型。分析已知条件和目标问题之间的关系，还有哪些中间条件需要推断。,3.解题正确解题的步骤。 该过程实际上就是写出解题过程的结论。以上问题可能是已知的，也可能是未知的，也可能是所求问题，要根据具体情况进行分析。可按以下几点对照分析： 实验方案：操作是否简单易行；,实验顺序：是否科学，是否减少了副反应的发生和避免实验步骤间的干扰； 实验现象：是否直观明显； 实验结论：是否可靠，要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果。,4.检查正确解题的保证。 最后要对照试题进行认真的检查核对，避免失误。关键是注意规范答题。 (1)规范书写试剂名称。 (2)规范书写装置中试剂的用途。如 除杂装置：除去(或吸收)杂质，防止干扰(影响)；除去中的杂质，以免影响测量结果。 尾气吸收装置：吸收气体，防止污染空气。,(3)物质检验、鉴别题的描述： 取样，加入试剂，若有现象，则有物质；否则，没有物质。 (4)规范书写实验现象描述：如“颜色由变成”“液面上升或下降(形成液面差)”“溶液变浑浊”等。 (5)规范书写实验方法。 用试管取(收集)少量(适量)滴加(放、伸)，若则(或出现现象，证明)。,(6)规范书写实验操作目的、原因、理由方法。 答题思路：这样做有什么好处、不这样做有什么影响。 好处：直接作用是根本目的是 “坏处”：如果(不这样)那么会(怎样),【即时训练】 1.(2015福州二模)为测定某碳酸氢钠样品的纯度(含有少量氯化钠)，实验小组同学提出下列实验方案： 甲方案：沉淀法 乙方案：重量法 丙方案：气体体积法 丁方案：滴定法 (已知：每个方案均称取m1g样品) 继而进行下列判断和实验：,(1)甲方案用下图装置进行实验：,实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有_。 C中反应生成BaCO3的化学方程式是_。 下列各项措施中，不能提高测定准确度的是_。 a.在加入盐酸之前，应排尽装置内的CO2气体 b.滴加盐酸不宜过快 c.在A、B之间增加盛有浓硫酸的洗气装置 d.在B、C之间增加盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置,(2)乙方案用下图装置进行实验：,A装置中NaOH溶液的作用是_， 若直接向试样溶液中鼓入空气会导致实验测定结果_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 该方案需直接测定的物理量是_。 (3)丙方案用如图装置进行实验：,为了减小实验误差，量气管中加入的液体X为_溶液。 使Y形管中的硫酸溶液与试样反应的正确操作是将_ 转移到_中。 反应完毕，每间隔1 min读取气体体积，气体体积逐渐减小，直至不变。气体体积逐次减小的原因是_(排除仪器和实验操作的影响因素)。,通过实验，测得该试样中碳酸氢钠质量分数偏低，产生这种现象的原因可能是_。 a.测定气体体积时未冷却至室温 b.测定气体体积时水准管的液面高于量气管的液面 c.Y形管中留有反应生成的气体 d.气体进入量气管前未用浓硫酸干燥,(4)丁方案为称取m1g样品，配成100 mL溶液，取出20 mL，用cmolL-1的标准HCl溶液滴定至终点，平行测定三次，有关实验数据记录如下表，则该试样中碳酸氢钠质量分数的计算式为_。,【解析】(1)在加入盐酸之前，应排尽装置内的CO2气体，否则会影响测量结果；滴加盐酸不宜过快，以保证生成的CO2完全被吸收。在A、B之间不必增加盛有浓硫酸的洗气装置，因为整个装置中不需要干燥，水蒸气不会影响CO2的吸收。在B、C之间不必增加盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置，因为C瓶中有足量Ba(OH)2，可以吸收CO2中的HCl，而不影响CO2的吸收，也不影响沉淀生成量。,(2)本方案是通过碳酸氢钠与硫酸反应生成二氧化碳，再用碱石灰吸收二氧化碳，通过二氧化碳的质量求碳酸氢钠的质量分数，故应排除空气中二氧化碳的干扰，否则空气中的二氧化碳被吸收会导致测定结果偏高；需要直接测定的物理量是装置C反应前后的质量，其质量差即为二氧化碳的质量。,(3)二氧化碳溶于水，用饱和碳酸氢钠溶液可以降低二氧化碳的溶解度，减小实验误差；使试样进入硫酸中让其发生反应，这样硫酸就可以充分反应，如果反过来，硫酸不可能全部转移到左边；反应完毕时，相同时间内气体体积减少，又排除了仪器和实验操作的影响，只能从气体本身角度思考，联想到该反应是放热的，就可以想到气体体积减少的原因是气体冷却；a项，会使测定结果偏高；b项，气体压强大于大气压，会使测定的体积偏小，导致碳酸氢钠的测定结果偏低；c项，原Y形管内有空气，后留有反应产生的气体不影响实验结果；本题是用排饱和NaHCO3溶液测定气体体积，不需要干燥，d项无影响。,(4)根据化学方程式：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O，可知反应消 耗的盐酸与碳酸氢钠的物质的量相等。在滴定实验中，为了提高实验 的准确度和可靠性，消除实验过程中的偶然误差，往往需进行平行实 验，对平行实验所得的数据，必须进行合理的取舍，舍弃离群值，在 去掉了离群值后，其他比较集中的数据在中学阶段一般用算术平均值 的方法来对其进行统计。分析可知数据2为离群值，舍去。数据1和3 的平均值为30.00 mL，因此碳酸氢钠的质量分数为w(NaHCO3)= 100%。,答案：(1)把B中生成的CO2全部排入C中，使之完全被Ba(OH)2溶液吸收 CO2+Ba(OH)2=BaCO3+H2O c、d (2)吸收空气中的CO2等酸性气体 偏高 装置C反应前后的质量 (3)饱和碳酸氢钠 试样 硫酸 反应放热，气体冷却过程中体积减小 b (4) 100%,2.(2015益阳二模)实验室利用冰醋酸和正丁醇制备乙酸正丁酯，实验装置如下图所示，可能用到的有关数据如下表：,合成反应：在干燥的a中加入9.32 g正丁醇、7.2 mL冰醋酸和34滴浓硫酸，摇匀后，加几粒沸石，c中通水，开始缓慢加热，控制馏出物的温度不超过130。 分离提纯： 将仪器a中反应后的混合液与仪器e中的馏出物合并，转入分液漏斗中；,依次用水、少量的10%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后再加干燥剂M，静置一段时间后，弃去M； 将最终得到的反应粗产物转入洗净的仪器a中，加入几粒沸石，进行蒸馏，得到乙酸正丁酯7.31 g。,请回答下列问题： (1)仪器a的名称是_。 (2)在分液时应选如图装置中的_(填序号)，使用该仪器前应先_。,(3)写出制备乙酸正丁酯的化学方程式：_
展开阅读全文