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专项突破五综合实验题的解题策略1.工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。(1)实验原理Al4C3与硫酸反应可生成CH4。AlN溶于强酸产生铵盐,溶于强碱生成氨气,请写出AlN与过量NaOH溶液反应的化学方程式:。(2)实验装置(如图所示)(3)实验过程连接实验装置,检验装置的气密性。称得D装置的质量为y g,滴定管的读数为a mL。称取x g AlN样品置于装置B瓶中;塞好胶塞,关闭活塞K2、K3,打开活塞K1,通过分液漏斗加入稀硫酸,与装置B瓶内物质充分反应。待反应进行完全后,关闭活塞,打开活塞,通过分液漏斗加入过量(填化学式),与装置B瓶内物质充分反应。(填入该步应进行的操作)。记录滴定管的读数为b mL,称得D装置的质量为z g。(4)数据分析(已知:该实验条件下的气体摩尔体积为Vm Lmol-1)Al4C3的质量分数为(用含a、b、x、Vm的式子表示)。若读取滴定管中气体的体积时,液面左高右低,则所测气体的体积(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。AlN的质量分数为(用含x、y、z的式子表示)。2.硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。铜不能与稀硫酸直接反应,某化学兴趣小组将适量浓硝酸分多次加入铜粉与稀硫酸的混合物中,加热使之反应完全,通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体(装置如图1、2所示)。图1图2(1)图1烧瓶中发生反应的离子方程式为。(2)图2是图1的改进装置,其优点有:;。(3)为符合绿色化学的要求,该小组进行如下设计:方案1:以空气为氧化剂。将铜粉在仪器B中反复灼烧,使铜与空气充分反应生成氧化铜,再将氧化铜与稀硫酸反应。方案2:将空气或氧气直接通入铜粉与稀硫酸的混合物中,发现在常温下几乎不反应。向混合物中加FeSO4溶液或Fe2(SO4)3溶液,即发生反应。反应完全后向其中加物质甲调节pH至34,产生Fe(OH)3沉淀,过滤、蒸发、结晶,滤渣做催化剂循环使用。已知Fe(OH)3和Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为3.7、6.4请回答下列问题:方案1中仪器B的名称是。方案2中物质甲是(填字母)。a.CaOb.CuCO3c.CaCO3以加入FeSO4为例,用离子方程式解释反应发生的原因:。方案3:将3.2 g铜丝放入45 mL 1.5 molL-1的稀硫酸中,控温在50 。加入18 mL 10%的H2O2溶液,反应0.5小时后,升温到60 ,持续反应1小时后,过滤、蒸发、结晶、减压抽滤后,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得10.06 g CuSO45H2O。上述三种方案中,更符合绿色化学理念的是(填“方案1”“方案2”或“方案3”),理由是。3.某兴趣小组的同学发现,将CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合会产生蓝绿色沉淀。他们对沉淀的组成很感兴趣,决定采用实验的方法进行探究。【提出猜想】猜想1:所得沉淀为;猜想2:所得沉淀为;猜想3:所得沉淀为碱式碳酸铜化学式可表示为mCu(OH)2nCuCO3。【查阅资料】无论是哪一种沉淀,受热均易分解(假设均不含结晶水)。【实验探究】步骤1:将所得悬浊液过滤,先用蒸馏水洗涤,再用无水乙醇洗涤,风干。步骤2:取一定量所得固体,用如下装置(夹持仪器未画出)进行定性实验。能证明猜想1成立的实验现象是。【问题讨论】(1)检查上述虚线框内装置气密性的实验操作是:向C中加水至浸没长导管口,关闭K,。(2)若在上述装置B中盛放无水CaCl2,C中盛放Ba(OH)2溶液,还可测定所得沉淀的组成。C中盛放Ba(OH)2溶液,而不使用澄清石灰水的原因是。若所取蓝绿色固体质量为27.1 g,实验结束后,装置B的质量增加2.7 g,C中产生沉淀的质量为19.7 g。则该蓝绿色固体的化学式为。4.研究催化剂对化学反应的影响有重要意义。为探究催化剂对双氧水分解的催化效果,某研究小组做了如下实验:(1)甲同学欲用上图所示实验来证明MnO2是H2O2分解反应的催化剂。该实验(填“能”或“不能”)达到目的,原因是。(2)为探究MnO2的量对催化效果的影响,乙同学分别量取50 mL 1% H2O2加入容器中,在一定质量范围内,加入不同质量的MnO2,测量所得气体体积的数据如下:MnO2的质量/g0.10.20.440 s末O2体积/mL496186由此得出的结论是,原因是。(3)为分析Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,丙同学设计如下实验(三支试管中均盛有10 mL 5% H2O2 ) :试管滴加试剂5滴0.1 molL-1FeCl3溶液5滴0.1 molL-1CuCl2溶液5滴0.3 molL-1NaCl溶液产生气泡情况较快产生细小气泡缓慢产生细小气泡无气泡产生结论是,实验的目的是。(4)查阅资料得知:将作为催化剂的FeCl3溶液加入H2O2溶液后,溶液中会发生两个氧化还原反应,且两个反应中H2O2均参加了反应,试从催化剂的角度分析,这两个氧化还原反应的化学方程式分别是和(按反应发生的顺序写)。在上述实验过程中,分别检测出溶液中有二价锰、二价铁和一价铜,由此得出作为H2O2分解反应的催化剂需要满足的条件是。5.某化学小组同学向一定量加入少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液,一段时间后,溶液突然变蓝色。(1)查阅资料知,NaHSO3与过量KIO3反应分两步进行,第一步为IO3-+3HSO3-3SO42-+3H+I-,则第二步反应的离子方程式为。(2)通过测定溶液变蓝所用时间探究浓度和温度对该反应的反应速率的影响。调节反应物浓度和温度进行对比实验,记录如下:实验编号0.02 molL-1NaHSO3溶液/mL0.02 molL-1KIO3溶液/mLH2O/mL反应温度/溶液变蓝的时间t/s15201015t1a30015t215bc30t3实验是探究对反应速率的影响,表中a=;实验是探究温度对反应速率的影响,则表中b=,c=。(3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂),用速率检测仪检测出起始阶段反应速率逐渐增大,一段时间后反应速率又逐渐减小。课题组对起始阶段反应速率逐渐增大的原因提出如下假设,请你完成假设三:假设一:反应生成的SO42-对反应起催化作用,SO42-浓度越大反应速率越快;假设二:反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大反应速率越快;假设三:;(4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容(反应速率可用测速仪测定)。实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期实验现象和结论6.某研究性学习小组对还原铁粉与水蒸气的反应产物进行科学探究。已知Ca(OH)2的分解温度为580 ,铁粉与水蒸气反应的温度为900 。根据如图所示实验装置,进行了还原铁粉与水蒸气的反应实验,实验中观察到肥皂液中产生了大量的气泡。(1)实验中Ca(OH)2的作用是。实验中产生的气体产物是。(2)为进一步探究还原铁粉与水蒸气反应生成的固体产物的成分,研究性学习小组将反应后的固体经处理后得到黑色氧化物固体,针对黑色氧化物固体,该小组提出如下假设并进行了相关的实验:假设一:固体为FeO;假设二:固体为Fe3O4;假设三:。限选用下列试剂:盐酸、KSCN溶液、K3Fe(CN)6溶液、氯水,证明假设一不成立。操作现象结论假设一不成立为了进一步确定产物的成分,用黑色固体进行了下列实验:加入足量氯水所发生反应的离子方程式是;检验红褐色固体是否洗涤干净的操作是;灼烧时盛放固体的仪器是;若假设二成立,黑色固体最终全部转化成的红棕色粉末的质量是g。7.以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细-氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:铝灰浸取稀硫酸过滤滤渣氧化30%H2O2溶液沉铁K4Fe(CN)6KFeFe(CN)6沉淀合成硫酸铝铵溶液(NH4)2SO4溶液结晶、干燥、煅烧-Al2O3(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为。(2)图中“滤渣”的主要成分为(填化学式)。(3)加30%的H2O2溶液发生反应的离子方程式为。(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为:4NH4Al(SO4)212H2O 2Al2O3+2NH3+N2+5SO3+3SO2+53H2O,将产生的气体通过下图所示的装置。集气瓶中收集到的气体是(填化学式)。足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外,还有(填化学式)。KMnO4溶液褪色(MnO4-被还原为Mn2+),发生反应的离子方程式为。8.硝酸是氧化性酸,其本质是NO3-有氧化性,某课外实验小组进行了下列有关NO3-氧化性的探究(实验均在通风橱中完成)。实验装置编号溶液X实验现象实验6 molL-1稀硝酸电流计指针向右偏转,铜片表面产生无色气体,在液面上方变为红棕色实验15 molL-1浓硝酸电流计指针先向右偏转,很快又偏向左边,铝片和铜片表面产生红棕色气体,溶液变为绿色(1)实验中,铝片作(填“正”或“负”)极。液面上方产生红棕色气体的化学方程式是。(2)实验中电流计指针先偏向右边后偏向左边的原因是。查阅资料:活泼金属与1 molL-1稀硝酸反应有H2和NH4+生成,NH4+生成的原理是产生H2的过程中NO3-被还原。(3)用上图装置进行实验:溶液X为1 molL-1稀硝酸,观察到电流计指针向右偏转。反应后的溶液中含NH4+。实验室检验NH4+的方法是。生成NH4+的电极反应式是。(4)进一步探究碱性条件下NO3-的氧化性,进行实验:观察到A中有NH3生成,B中无明显现象。A、B产生不同现象的解释是。A中生成NH3的离子方程式是。(5)将铝粉加入到NaNO3溶液中无明显现象,结合实验和说明理由。答案精解精析1.答案(1)AlN+NaOH+H2O NaAlO2+NH3(3)K1K3NaOH打开K2,通入一段时间空气(4)0.048(a-b)xVm100%偏小41(z-y)17x100%解析(1)AlN溶于强碱可生成AlO2-和氨气,据此可写出化学方程式。(3)A装置用来测Al4C3与硫酸反应产生的CH4,D装置用来测铵盐与碱反应生成的NH3,故应关闭K1,打开K3,通过分液漏斗加入过量NaOH溶液。为使反应产生的NH3完全被浓硫酸吸收,应打开K2,通入空气。(4)由原子守恒可得关系Al4C33CH4,n(CH4)=(a-b)10-3Vm mol,M(Al4C3)=144 g/mol,则Al4C3的质量分数为(a-b)10-3Vm131441x100%=0.048(a-b)xVm100%。若液面左高右低,会使读数b偏大,则所测气体体积(a-b)偏小。由原子守恒可得关系AlNNH3,则AlN的质量分数为z-y17411x100%=41(z-y)17x100%。2.答案(1)Cu+4H+2NO3-Cu2+2NO2+2H2O、3Cu+8H+2NO3-3Cu2+2NO+4H2O(2)防止倒吸有害气体能被完全吸收(3)坩埚b4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O、2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+方案3方案1需要灼烧,消耗能源多;方案2所得产品中含有杂质;方案3几乎不产生有害气体,且所得产品纯度较高解析(1)铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,随着反应进行,浓硝酸变成稀硝酸,稀硝酸和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,反应的离子方程式为Cu+4H+2NO3-Cu2+2NO2+2H2O、3Cu+8H+2NO3-3Cu2+2NO+4H2O。(2)反应中会产生NO,由于NO与NaOH溶液不反应,故应向氢氧化钠溶液中通入空气(或氧气),装置2中在尾气吸收装置之前连接集气瓶,通入氧气有利于氮氧化物的完全吸收,同时起安全瓶作用,防止倒吸。(3)高温灼烧固体应在坩埚中进行,方案1将铜粉在坩埚中反复灼烧。由于溶液酸性较强,欲使Fe3+沉淀,需加入某种试剂减小H+浓度,但又不能引入新杂质。a项,CaO能减小H+浓度,但引入钙离子;b项,CuCO3能减小H+浓度,过量的CuCO3可以过滤除去,不引入新杂质;c项,CaCO3引入钙离子。3.答案【提出猜想】Cu(OH)2CuCO3(两空可互换)【实验探究】B中白色固体变蓝,C中无明显现象(若猜想1所得沉淀为CuCO3,则实验现象为B中无明显现象,C中澄清石灰水变浑浊)【问题讨论】(1)用酒精灯微热硬质玻璃管,若C中有气泡逸出,撤去酒精灯冷却一段时间后,C中导管内形成水柱,则证明装置的气密性良好(2)室温下,Ba(OH)2溶解度大于Ca(OH)2,可充分吸收CO2;BaCO3的摩尔质量大于CaCO3,测量误差小3Cu(OH)22CuCO3解析【提出猜想】将CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合会产生蓝绿色沉淀,由盐类水解规律和复分解反应规律,可推断出产物还可能为氢氧化铜或碳酸铜。【实验探究】如果是碱式碳酸铜,则分解产生二氧化碳、水和氧化铜,因此无水硫酸铜变蓝,澄清石灰水变浑浊;如果是氢氧化铜,则分解产生水和氧化铜,因此无水硫酸铜变蓝,澄清石灰水无明显变化;如果是碳酸铜,分解产生二氧化碳和氧化铜,则无水硫酸铜无明显变化,澄清石灰水变浑浊。【问题讨论】(1)检查题图虚线框内装置气密性的实验操作是:向C中加水至浸泡长导管口,关闭K,用酒精灯微热硬质玻璃管,若C中有气泡逸出,撤去酒精灯冷却一段时间后,C中导管内形成水柱,则证明装置的气密性良好。(2)由题给数据得m(H2O)=2.7 g,m(CO2)=4.4 g,则m(CuO)=20 g,n(H2O)=0.15 mol,n(CO2)=0.1 mol,n(CuO)=0.25 mol,据此可得蓝绿色固体的化学式为3Cu(OH)22CuCO3。4.答案(1)不能没有确认MnO2的质量和化学性质是否改变(2)在一定质量范围内,MnO2质量越大,反应速率越快固体质量越大,其表面积也越大(3)Fe3+和Cu2+对H2O2的分解均有催化作用,且Fe3+比Cu2+催化效果好对比实验,证明Cl-对H2O2的分解没有催化作用(4)2FeCl3+H2O2 2FeCl2+O2+2HCl2FeCl2+H2O2+2HCl 2FeCl3+2H2O具有氧化性,且其氧化性强于H2O2;催化剂被还原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂解析(1)催化剂能改变化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后不变。甲同学的实验没有确认二氧化锰在反应前后的质量和化学性质没有变化,所以不能达到目的。(2)分析表中数据可知,在一定质量范围内,MnO2质量越大,反应速率越快;原因是固体质量越大,其表面积也越大。(3)分析产生气泡的情况可知,Fe3+和Cu2+对H2O2的分解均有催化作用,且Fe3+比Cu2+催化效果好;实验为对比实验,目的是证明Cl-对H2O2的分解没有催化作用。(4)这两个氧化还原反应的化学方程式分别是2FeCl3+H2O2 2FeCl2+O2+2HCl和2FeCl2+H2O2+2HCl 2FeCl3+2H2O。由题意可知,反应过程中,催化剂先被还原,后被氧化,所以可以作为H2O2分解反应的催化剂需要满足的条件是具有氧化性,且其氧化性强于H2O2;催化剂被还原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂。5.答案(1)IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O(2)KIO3溶液的浓度152010(3)反应生成的I-对反应起催化作用,I-浓度越大反应速率越快(或反应生成的I2对反应起催化作用,I2浓度越大反应速率越快;或该反应是放热反应,温度升高导致反应速率加快,答案合理即可)(4)实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期实验现象和结论在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用测速仪测定其起始时的反应速率v(甲);在烧杯乙中进行同一反应,不同的是烧杯乙中预先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末,其他反应条件均完全相同,测定其起始阶段的相同时间内的反应速率v(乙)若反应速率v(甲)=v(乙),则假设一不成立;若v(甲)v(乙),则假设一成立解析(1)第二步反应生成碘,属于归中反应:IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O。(2)实验温度不变,探究KIO3溶液的浓度对反应速率的影响,因此a=15;实验浓度不变,探究温度对反应速率的影响,因此表中b=20,c=10。(4)设计实验验证假设一即生成的SO42-对反应起催化作用,可通过加入硫酸盐作对比实验进行。6.答案(1)提供反应所需的水蒸气H2(2)固体为Fe3O4和FeO取适量固体于试管中,加入盐酸,加热溶解,再加入KSCN溶液,振荡溶液出现红色2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-取最后一次洗涤液于试管中,先用稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,若没有浑浊,则洗涤干净坩埚6解析(1)反应物水蒸气可以由高温分解Ca(OH)2得到;Fe与水蒸气反应得到铁的氧化物和H2。(2)因为氧化铁呈红色,而产物呈黑色,故固体产物为FeO或Fe3O4或二者的混合物。要证明假设一不成立,只需检验固体产物溶解后的溶液中无Fe3+即可。固体产物用盐酸溶解后,加入氯水可将Fe2+氧化为Fe3+:2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-。红褐色固体Fe(OH)3上吸附了少量NaCl,因此取最后一次洗涤液于试管中,先用稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,若没有浑浊,则洗涤干净。灼烧固体的仪器是坩埚。由Fe3O432Fe2O3可得,5.8 g Fe3O4可转化成6 g Fe2O3。7.答案(1)Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2O(2)SiO2(3)2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O(4)N2SO3、NH32MnO4-+5SO2+2H2O 2Mn2+5SO42-+4H+解析(1)氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝和水;(2)氧化铝、氧化亚铁、氧化铁都能与稀硫酸反应,生成可溶性物质,只有二氧化硅不与稀硫酸反应,故过滤后得到的滤渣的主要成分为二氧化硅;(3)H2O2具有氧化性,可以把Fe2+氧化为Fe3+;(4)NH3极易溶于水,SO3可与饱和亚硫酸氢钠溶液反应生成SO2,进入KMnO4溶液中的气体是SO2与N2,KMnO4具有强氧化性,能把SO2氧化为SO42-,本身被还原为Mn2+,所以集气瓶中最终收集到的气体是N2。8.答案(1)负2NO+O2 2NO2(2)Al开始作电池的负极,Al在浓硝酸中迅速生成致密氧化膜后,Cu作负极(3)取少量待检溶液于试管中,加入浓NaOH溶液,加热,若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则溶液中含NH4+NO3-+8e-+10H+ NH4+3H2O(4)Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3,而Mg不能与NaOH溶液反应8Al+3NO3-+5OH-+2H2O 3NH3+8AlO2-(5)铝与中性的硝酸钠溶液混合无生成H2的过程,NO3-无法被还原解析(1)由实验现象可知,铜片上NO3-放电,发生还原反应,则Cu为正极,Al为负极。铜片表面产生的无色气体是NO,其遇空气迅速被氧化生成红棕色的NO2,化学方程式为2NO+O2 2NO2。(2)开始时,Al作负极;Al在浓硝酸中发生钝化,表面形成致密的氧化膜后,Cu作负极,所以实验中电流计指针先偏向右边后偏向左边。(3)NO3-放电生成NH4+的电极反应式为NO3-+8e-+10H+ NH4+3H2O。(4)Al与NaOH溶液反应生成H2的过程中NO3-会被还原;而Mg不与NaOH溶液反应。
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