2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版专题讲座六综合实验题学案 9页

专题讲座六　综合实验题 ‎【常见综合实验题的备考方向】‎ ‎1．实验基本操作和常见仪器的使用 ‎【常见实验操作】①萃取与分液；②减压过滤；③滴定分析；④倾析法；⑤样品灼烧；⑥结晶；⑦蒸馏；⑧重结晶等 ‎【例1】　某兴趣小组用镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，ZnSO4·7H2O产品的纯度可用配位滴定法测定。‎ ‎①下列关于滴定分析，正确的是________(填字母)。‎ A．图1中，应将凡士林涂在旋塞的a端和旋塞套内的c端 B．滴定前，锥形瓶和滴定管均须用标准溶液润洗 C．将标准溶液装入滴定管时，应借助烧杯或漏斗等玻璃仪器转移 D．滴定时，通常用左手控制旋塞滴加溶液，右手摇动锥形瓶，使溶液向同一方向旋转 E．滴定前滴定管尖嘴内无气泡，滴定后尖嘴内有气泡，则测得的体积比实际消耗的小 ‎②图2中显示滴定终点时的读数是________ mL。‎ ‎【解析】　①A项，将凡士林涂在旋塞的a端和旋塞套内的c端，是防止凡士林堵塞旋塞中间孔径，A操作正确；B项，滴定时，锥形瓶不能用标准溶液润洗；C项，将标准液装入滴定管时，可将标准液直接注入滴定管；E项，若滴定前滴定管尖嘴内无气泡，滴定后有气泡，会造成读出的标准溶液的体积偏小；②滴定管读数时，精确到小数点后2位，且滴定管0刻度在上方。‎ ‎【答案】　①ADE　②20.60‎ ‎2．实验条件的控制 ‎【常见实验条件】①温度的控制；②pH的控制；③投料比的控制等 ‎【解题模板】①首先明确为什么要控制该条件；②其次明了控制该条件到什么范围；③用什么方法去控制。‎ ‎【例2】　对氨基苯磺酸是制取染料和一些药物的重要中间体，可由苯胺磺化得到：‎ 其过程如下：‎ 已知：苯胺是一种无色油状液体，微溶于水，易溶于乙醇，熔点－6.1 ℃，沸点184.4 ℃。对氨基苯磺酸是一种白色晶体，微溶于冷水，可溶于沸水，易溶于碱性溶液，不溶于乙醇。‎ ‎(1)步骤①控制的条件是____________________________________________，‎ 其目的是_____________________________________________‎ ‎(2)步骤②③⑤也都采取了控制温度的条件，其目的分别是什么_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　温度控制是最常见的一项条件控制，主要从以下几个角度去思考：‎ ‎【答案】　(1)温度　减少原料苯胺的挥发 ‎(2)②该温度下让主反应顺利进行，③促使对氨基苯磺酸的析出，⑤促使对氨基苯磺酸的溶解。‎ ‎【例3】　某兴趣小组用镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)‎ 相关信息如下：‎ ‎①金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH范围。‎ 步骤Ⅲ，合适的pH范围是________________。‎ ‎【解析】　调节pH应使Fe3＋完全沉淀，而Zn2＋不沉淀，所以pH范围应为2.8≤pH＜5.4。‎ ‎【答案】　2.8≤pH＜5.4‎ ‎3．洗涤剂的选择 ‎【解题模板】　①明确为什么要洗？②用什么洗？③怎么洗？④如何判断洗净？‎ 常见洗涤剂的选择：‎ 水洗(热水、冰水)；无水酒精洗——酒精水溶液洗——有机溶剂；饱和溶液；其他溶液洗。‎ ‎【例4】　某兴趣小组用铝箔制备Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体，具体流程如下：‎ 已知：AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚；‎ ‎(1)步骤Ⅴ，抽滤、洗涤时，合适的洗涤剂是________。‎ ‎【解析】　步骤Ⅴ，洗涤时，洗去固体表面的杂质，减少固体氯化铝的溶解，所以用饱和氯化铝溶液。‎ ‎【答案】　饱和氯化铝溶液 ‎4．产品纯度的分析 ‎【解题模板】　通常通过滴定分析检测产品的纯度：①明确滴定操作注意事项；②明确待测物和标准液之间的物质的量关系，若是氧化还原滴定，通过电子得失守恒确定两者关系；③滴定误差分析。‎ ‎【例5】　无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，为测定产品的纯度，可用EDTA(简写为Y4－)标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2＋＋Y4－===MgY2－‎ ‎①滴定前润洗滴定管的操作方法是________________________________________________________________________。‎ ‎②测定时，先称取0.250 0 g无水MgBr2产品，溶解后，用0.050 0 mol ·L－1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50 mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是________(以质量分数表示)。‎ ‎【解析】　①从滴定管上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次；②结合关系式MgBr2～Mg2＋～Y4－，产品的纯度为(0.05×0.0265×184)÷0.25×100%＝97.52%。‎ ‎【答案】　①从滴定管上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次；②97.52%。‎ ‎5．物质制备实验，主要流程：‎ ―→―→―→ 原料处理：酸溶、碱洗、粉碎、煅烧 核心反应：反应原理分析、仪器装置选择、反应条件控制、实验进程监控 分离提纯：结晶、过滤、洗涤、干燥 目标产物：性质检验、产率计算、纯度测定、误差分析 ‎1．某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后，按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)，进一步制备高纯度还原铁粉。‎ 已知：FeC2O4·2H2O难溶于水，150 ℃开始失结晶水；H2C2O4易溶于水，溶解度随温度升高而增大。请回答：‎ ‎(1)下列操作或描述正确的是________。‎ A．步骤②，H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2＋水解 B．步骤③，采用热水洗涤可提高除杂效果 C．步骤③，母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4‎ D．步骤③，如果在常压下快速干燥，温度可选择略高于100 ℃‎ ‎(2)如图装置，经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号，按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次)：‎ 开抽气泵→a→b→d→________→c→关抽气泵。‎ a．转移固液混合物；　b．关活塞A；　c．开活塞A；　d．确认抽干；　e．加洗涤剂洗涤 ‎(3)称取一定量的FeC2O4·2H2O试样，用硫酸溶解，采用KMnO4滴定法测定，计算结果如下：‎ n(Fe2＋)/mol ‎ n(C2O)/mol ‎ 试样中FeC2O4·2H2O的质量分数 ‎9.80×10ˉ4‎ ‎9.80×10ˉ4‎ ‎0.980‎ 由表中数据推测试样中最主要的杂质是________。‎ ‎(4)实现步骤④必须用到的两种仪器是________(供选仪器：a.烧杯；b.坩埚c.蒸馏烧瓶；d.高温炉；e.表面皿；f.锥形瓶)；该步骤的化学方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(5)为实现步骤⑤，不宜用碳粉还原Fe2O3，理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)步骤②，H2C2O4稍过量主要是为了促进FeC2O4·2H2O的析出，步骤①溶解的时候酸化，可抑制Fe2＋水解，故A错误；步骤③，采用热水洗涤可提高除杂效果，因为过量的H2C2O4易溶于水，杂质硫酸铵和硫酸也易溶于水，且溶解度随温度升高而增大，故B正确；母液中的溶质主要是(NH4)2SO4、H2C2O4、H2SO4，故C错误；步骤③，如果在常压下快速干燥，温度可选择略高于100 ℃，因为此温度下FeC2O4·2H2O稳定，且液态水挥发，故D正确。‎ ‎(2)根据《实验化学》教材减压过滤的操作向导P14－15，可知正确顺序为开抽气泵→a→b→d→c→e→b→d→c→关抽气泵。(3)若主要杂质是草酸，则试样中Fe2＋和C2O42—的比例不是1∶1，杂质也不会是H2SO4，因为H2SO4常温下为液体，故测试样中最主要的杂质是(NH4)2SO4。(4)灼烧固体用坩埚、高温炉，化学方程式为：4FeC2O4·2H2O＋3O22Fe2O3＋8CO2＋8H2O。(5)步骤⑤，若用碳粉还原Fe2O3，固体混合接触面积小，反应不完全且产品中含碳杂质。‎ ‎【答案】　(1)BD　(2)c→e→b→d　(3)(NH4)2SO4　(4)bd　4FeC2O4·2H2O＋3O22Fe2O3＋8CO2＋8H2O　(5)接触面积小，反应不完全；产品中含碳杂质 ‎2．ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将其制成NaClO2固体，以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2固体的实验装置如图1所示。‎ 已知：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O ‎2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2↑＋2H2O ClO2熔点－59 ℃、沸点11 ℃；H2O2沸点150 ℃‎ ‎　　‎ 请回答：‎ ‎(1)仪器A的作用是___________________________________________；‎ 冰水浴冷却的目的是____________________________________________________(写两种)。‎ ‎(2)空气流速过快或过慢，均降低NaClO2产率，试解释其原因_____________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)Cl－存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高，并产生微量氯气。该过程可能经两步反应完成，将其补充完整：①________________________________________________________________________(用离子方程式表示)，‎ ‎②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。‎ ‎(4)H2O2浓度对反应速率有影响。通过图2所示装置将少量30%H2O2溶液浓缩至40%，B处应增加一个设备。该设备的作用是_______________________________________，‎ 馏出物是________。‎ ‎(5)抽滤法分离NaClO2过程中，下列操作不正确的是(　　)‎ A．为防止滤纸被腐蚀，用玻璃纤维代替滤纸进行抽滤 B．先转移溶液至漏斗，待溶液快流尽时再转移沉淀 C．洗涤沉淀时，应使洗涤剂快速通过沉淀 D．抽滤完毕，断开水泵与吸滤瓶间的橡皮管后，关闭水龙头 ‎【解析】　(1)由于反应生成的气体在冰水浴中的广口瓶内被吸收，广口瓶内气压减小，因此需要防倒吸，故仪器A为防倒吸的安全瓶。(2)空气流速的快慢即为ClO2气体流速的快慢，当空气流速过快时，三颈烧瓶中生成的ClO2迅速通过NaOH溶液，无法充分反应；当空气流速过慢时，会导致聚集在三颈烧瓶内的ClO2因浓度过高而分解。(3)三颈烧瓶内总反应离子方程式2ClO＋H2O2＋2H＋===2ClO2↑＋O2↑＋2H2O，分步反应，减去②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋反应，即可得①反应为2ClO＋2Cl－＋4H＋===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O ‎。或者根据分析确定反应①的反应物为ClO和Cl－，产物为ClO2和Cl2，根据升降守恒、电荷守恒、原子守恒配平方程式。(4)为了浓缩提高双氧水溶液的浓度，需要除去其中的一部分水，但是由于双氧水受热易分解，所以通过减压进行蒸馏可以降低水的沸点，从而防止双氧水分解(5)洗涤时洗涤剂应缓慢通过沉淀才可充分洗涤 ‎【答案】　(1)防止倒吸；减少双氧水分解、提高ClO2的溶解度、降低NaClO2溶解度、防止ClO2分解 ‎(2)空气流速过快ClO2反应不充分，空气流速过慢ClO2浓度过高易发生分解 ‎(3)2ClO＋2Cl－＋4H＋===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O　(4)降低体系压强，减少双氧水分解　H2O　(5)C ‎3．某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu(NO3)2·3H2O晶体，并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu(NO3)2。设计的合成路线如下：‎ 已知：Cu(NO3)2·3H2OCu(NO3)2·Cu(OH)2CuO SOCl2熔点―105 ℃、沸点76 ℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体。‎ 请回答：‎ ‎(1)第②步调pH适合的物质是________(填化学式)。‎ ‎(2)第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤等步骤，其中蒸发浓缩的具体操作是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 为得到较大颗粒的Cu(NO3)2·3H2O晶体，可采用的方法是________(填一种)。‎ ‎(3)第④步中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)第④步，某同学设计的实验装置示意图(夹持及控温装置省略，如图1)有一处不合理，请提出改进方案并说明理由________。‎ 装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl2时，需打开活塞________(填“a”“b”或“a和b”)。‎ ‎(5)为测定无水Cu(NO3)2产品的纯度，可用分光光度法。‎ 已知：4NH3·H2O＋Cu2＋===Cu(NH3)＋4H2O；Cu(NH3)对特定波长光的吸收程度(用吸光度A表示)与Cu2＋在一定浓度范围内成正比。现测得Cu(NH3)的吸光度A与Cu2＋标准溶液浓度关系如图2所示：‎ 准确称取0.315 0 g无水Cu(NO3)2，用蒸馏水溶解并定容至100 mL，准确移取该溶液10.00 mL，加过量NH3·H2O，再用蒸馏水定容至100 mL，测得溶液吸光度A＝0.620，则无水Cu(NO3)2产品的纯度是________(以质量分数表示)。‎ ‎【解析】　(1)由合成路线的转化关系可知，含铁的铜屑与足量HNO3反应后有Fe3＋生成，调节溶液的PH目的是使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而分离除去，所以需加入消耗H＋的物质，为了不引入杂质，第②步调pH适合的物质可以是Cu(OH)2或CuO、Cu2(OH)2CO3等；‎ ‎(2)由题意，这里的蒸发浓缩是为了使晶体从溶液中析出得到含结晶水的结晶水合物Cu(NO3)2·3H2O，已知：Cu(NO3)2·3H2OCu(NO3)2·Cu(OH)2CuO，故具体操作是：将溶液置于蒸发皿中，控制温度加热浓缩，加热至溶液表面出现极薄的晶膜时，停止加热；为得到较大颗粒的Cu(NO3)2·3H2O晶体，可采用的方法为减慢冷却结晶的速度；‎ ‎(3)由题给的信息，已知SOCl2(氯化亚砜)熔点―105 ℃、沸点76 ℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体，即SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。由此可写出第④步中发生反应的化学方程式：‎ Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2===Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑‎ ‎(4)装置B中盛有NaOH溶液，其的作用是吸收反应产生的SO2和2HCl气体，所以为了获得无水Cu(NO3)2，就要防止B装置中的水蒸气进入反应器A，从题给的某同学设计的实验装置示意图看，在反应器A和气体吸收装置B之间缺少连接一个干燥装置，因此必须在A、B之间增加一个干燥装置；装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl2时，使液体顺利流出并防止漏气需打开滴液漏斗上的活塞b；‎ ‎(5)依据题意，解：0.315 0 g无水Cu(NO3)2的物质的量为0.315 0g÷188 g/mol ＝1.675 5×10－3 mol ，再用蒸馏水定容至100 mL，配制成100 mL物质的量浓度为1.675 5×10－2 mol ·L－‎ ‎1的溶液，准确移取该溶液10.00 mL，加过量NH3·H2O，此时生成Cu(NH3)的物质的量浓度为1.675 5×10－3 mol·L－1，即c(Cu)＝1.675 5×10－3 mol·L－1。从Cu(NH3)的吸光度A与Cu2＋标准溶液浓度关系如图查得溶液吸光度A＝0.620时，c(Cu)＝1.550×10－3 mol·L－1，故无水Cu(NO3)2产品的纯度是：‎ ×100%＝92.5%‎ ‎【答案】　(1)Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3或CuO等 ‎(2)将溶液转移至蒸发皿中，控制温度加热至溶液表面形成一层晶膜。减慢冷却结晶的速度。‎ ‎(3)Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2＝Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑‎ ‎(4)在A、B之间增加干燥装置，防止B中水蒸气进入反应器A　b ‎(5)92.5%‎