2021届高考化学二轮复习-专题12-化学综合实验设计与评价训练新人教版.doc

2021届高考化学二轮复习 专题12 化学综合实验设计与评价训练新人教版

2021届高考化学二轮复习 专题12 化学综合实验设计与评价训练新人教版

年级：
姓名：

- 8 -

专题12 化学综合实验设计与评价
1．(2020·潍坊模拟)某研究性学习小组为合成1－丁醇，查阅资料得知一条合成路线：
CH3CH═══CH2＋CO＋H2CH3CH2CH2CHOCH3CH2CH2OH
其中CO的制备原理：HCOOHCO↑＋H2O，并设计出原料气的制备装置(如下图)

请填写下列空白：
(1)实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2－丙醇，从中可以选择合适的试剂制备氢气、丙烯。写出制备丙烯的化学方程式：__(CH3)2CHOHCH2＝CHCH3↑＋H2O__。
(2)若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a的作用是__保证分液漏斗内外压强平衡，便于液体顺利流下__，装置中b的作用是__作为安全瓶，防倒吸__，c中盛装的试剂是__NaOH溶液__。
(3)制丙烯时，还产生少量SO2、CO2及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是__④⑤①⑤③②__(填序号)
①饱和Na2SO3溶液　②酸性KMnO4溶液　③石灰水　④无水CuSO4　⑤品红溶液
(4)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1－丁醇粗品，为纯化1－丁醇，该小组查阅文献得知：
①R—CHO＋NaHSO3(饱和)―→RCH(OH)SO3Na↓；
②沸点：乙醚34 ℃，1－丁醇118 ℃，并设计出如下提纯路线：

试剂1为__饱和NaHSO3溶液__，操作2为__萃取__，操作3为__蒸馏__。
【解析】　(1)根据题干提供的原料分析知，可以用2－丙醇在浓硫酸作用下脱水制备丙烯，反应方程式为：(CH3)2CHOHCH2＝CHCH3↑＋H2O；(2)根据装置图分析知，导管a可以使得分液漏斗中的压强和烧瓶中压强相等，便于分液漏斗中的液体顺利滴下；制得的CO中含有挥发出的甲酸，可以用NaOH溶液吸收，再用浓硫酸干燥即可得到纯净的CO；装置b可以防止c中液体倒吸进入蒸馏烧瓶，起到安全瓶的作用；(3)首先检验H2O，用无水硫酸铜，若变蓝说明有水，再用品红检验SO2，若品红褪色说明有SO2，用饱和亚硫酸钠溶液可以吸收SO2，再通过酸性高锰酸钾溶液检验SO2是否除尽，最后通入澄清石灰水中，若变浑浊，说明含有CO2，故答案为：④⑤①⑤③②；(4)由粗品分离出滤液，可见操作1为过滤；则加入试剂1，必须有沉淀生成，故正丁醛中应加入饱和NaHSO3溶液；在滤液中加入乙醚，萃取出1－丁醇，再通过蒸馏将两者分离，所以操作2是萃取，操作3是蒸馏。
2．(2020·广州模拟)亚硝酰氯(ClNO)常用于合成洗涤剂、触媒及用作中间体，某学习小组在实验室用Cl2与NO制备ClNO并测定其纯度，进行如下实验(夹持装置略去)。

查阅资料：亚硝酰氯(ClNO)的熔点为－64.5 ℃、沸点为－5.5 ℃，气态呈黄色，液态时呈红褐色，遇水易反应生成一种氯化物和两种氮的常见氧化物，其中一种呈红棕色。
请回答下列问题：
Ⅰ.Cl2的制备：舍勒发现制备氯气的方法至今还是实验室制取氯气的主要方法之一。
(1)该方法可以选择上图中的__C__(填字母标号)为Cl2发生装置，该反应的离子方程式为__MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O__。
(2)收集一瓶纯净干燥的氯气。
Ⅱ.亚硝酰氯(ClNO)的制备，实验室可用下图装置制备亚硝酰氯(ClNO)：

(3)组装好实验装置，检查装置的气密性，然后装入药品。一段时间后，两种气体在Z中反应的现象为__出现红褐色液体__。
Ⅲ.亚硝酰氯(ClNO)纯度的测定：将所得亚硝酰氯(ClNO)产品13.10 g溶于水，配制成250 mL溶液；取出25.00 mL，以K2CrO4溶液为指示剂，用0.8 mol·L－1 AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为22.50 mL。(已知：Ag2CrO4为砖红色固体)
(4)亚硝酰氯(ClNO)与水反应的离子方程式为__2ClNO＋H2O═══2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑__。
(5)滴定终点的现象是__加入最后一滴标准液产生砖红色沉淀，且半分钟内颜色无变化__。
(6)产品中亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为__90%__。
【解析】　(1)舍勒发现制备氯气的方法是用二氧化锰和浓盐酸加热制备氯气，属于固、液加热制备气体，所以选用C装置，反应的离子方程式是MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；(3)亚硝酰氯(ClNO)的熔点为－64.5 ℃、沸点为－5.5 ℃，液态时呈红褐色，NO、Cl2在Z中反应生成ClNO，现象为出现红褐色液体；(4)ClNO遇水反应生成HCl、NO2、NO，根据得失电子守恒，配平反应的离子方程式为2ClNO＋H2O═══2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑；(5)以K2CrO4溶液为指示剂，滴定终点时有砖红色Ag2CrO4沉淀生成，滴定终点的现象是：加入最后一滴标准液产生砖红色沉淀，且半分钟内颜色无变化；(6)用0.8 mol·L－1 AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为22.50 mL，根据关系式ClNO～～Cl－～～Ag＋，可知亚硝酰氯的物质的量是0.8 mol·L－1×0.022 5 L＝0.018 mol，亚硝酰氯的质量分数是××100%＝90%。
3．(2020·郑州模拟)室温下(20 ℃)课外小组用下列装置探究铁和硝酸反应情况，过程如下图所示：

将Ⅲ中液面上的气体排入小试管中点燃，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴。取反应后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰绿色沉淀。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝。
(1)X气体是__H2__(填化学式)，证据是__点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴__。
(2)实验中硝酸被还原成另一种产物的化学方程式__4Fe＋10HNO3═══4Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O__。
(3)甲同学对产生的气体原因提出假设并设计方案：
假设1：该浓度的硝酸中H＋的氧化性大于NO
假设2：H＋还原反应速率大于NO的还原反应速率
①验证假设1：可用__Cu__(选“Cu”或“Zn”)粉与同浓度硝酸反应，依据__溶液变蓝__，则假设1不成立。
②验证假设2：改变条件重复上图过程实验，结果如下：(所用试剂的量、气体成分与实验上图相同)
序号
反应温度
实验结果
a
40 ℃
溶液浅绿色，收集气体为3.4 mL
b
60 ℃
溶液浅绿色，收集气体为2.6 mL
上表实验结果__否__(填“能”或“否”)判断假设2成立。由实验数据结果分析温度对铁粉与硝酸反应时对生成X体积的影响的原因__升高温度，H＋和NO参与的还原反应速率都加快，但NO增加更快，生成的NH多，导致生成的H2减少__。
(4)常温下(20 ℃)，乙同学改用3 mol·L–1 HNO3进行图1过程实验，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色。由此得出的相关结论正确的是__c__。
a．该实验产生的无色气体只有NO
b．若改用浓硝酸时，反应会更剧烈，还原产物为NO2
c．硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同
(5)综上所述，金属与硝酸生成X气体，需要控制的条件是__稀溶液、低温、氢以前的金属__。
【解析】　由图可知，过量铁粉和稀硝酸完全反应生成无色气体，和空气混合仍为无色，说明没有NO，点燃该气体，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴，说明该气体为氢气。取反应后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰绿色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝，说明溶液中含有NH。(1)根据以上分析X气体应该是H2，证据是点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴；(2)反应后溶液中含有Fe2＋、NH，说明铁和硝酸发生氧化还原反应，铁过量生成Fe2＋，同时硝酸被还原为NH，反应的化学方程式为4Fe＋10HNO3 ═══4Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O；(3)铜排在金属活动顺序表氢的后面，所以铜和H＋不反应，因此若要证明假设1不成立，则可选用Cu粉与同浓度硝酸反应，若溶液变蓝则证明假设1不成立。对比a、b两次实验，其它条件相同，温度不同，且温度升高，产生的氢气体积反而减小，其原因为升高温度，H＋和NO参与的还原反应速率都加快，但NO增加更快，生成的NH多，导致生成的H2减少，因此不能说明H＋还原反应速率大于NO的还原反应速率，即不能判断假设2成立。(4)a.改用3 mol·L–1 HNO3，硝酸浓度增大，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色，为无色的NO被氧化为红棕色的NO2，该实验产生的无色气体含有NO，不排除含有H2，故a错误；b.若改用浓硝酸时，在常温下铁与浓硝酸发生钝化，故b错误；c.由实验结果可知，硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同，故c正确。(5)由实验可知，硝酸浓度增大，产物变为NO，还原速度剧增，远远大于H＋的还原速率，以至于得不到氢气，若要金属与硝酸反应生成H2，则需要控制的条件是稀溶液、低温、氢以前的金属。
4．(2020·新余模拟)钪是一种稀土元素，在国防、航空、核能等领域具有重要的应用。氯化钪(ScCl3)是一种可溶于水的灰白色固体，是制备钪的重要原料。工业上从钛磁铁矿中(主要成分有Fe3O4、TiO2和少量Sc2O3)提取ScCl3的一种工艺如下图所示。

回答下列问题：
(1)若在实验室中实现工艺中的过程②，需要的实验操作包括__分液__，过程②和过程③都用到的主要仪器为__分液漏斗__。
(2)工艺中的过程④通常使用抽滤，装置如图所示，仪器A为抽滤瓶，利用抽气泵将抽滤瓶中的空气抽走而产生负压，抽滤相对于普通过滤的优点是__抽滤可以加快过滤速度__。仪器B的作用为__缓冲__。设计实验方案检验得到的水层中是否含有Fe3＋：__向水层中加入硫氰化钾溶液，若溶液变为血红色证明含有三价铁离子__。

(3)Sc2(C2O4)3灼烧时除生成Sc2O3，还生成了CO和CO2，化学方程式为__Sc2(C2O4)3Sc2O3＋3CO↑＋3CO2↑__。
(4)把得到的Sc2O3固体与焦炭混合，将干燥纯净的Cl2通入赤热的混合物反应制备ScCl3，反应的气态产物在相同条件下对H2的相对密度为14，该反应的化学方程式为__Sc2O3＋3C＋3Cl22ScCl3＋3CO__。
(5)已知：Ag2CrO4为砖红色固体；Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12。取ScCl3粗产品(含难溶Sc2O3杂质)溶于水，配成溶液，滴入几滴K2CrO4溶液，用AgNO3标准溶液滴定，当溶液中出现砖红色沉淀时达到滴定终点。计算说明滴定时选择K2CrO4溶液作为指示剂的理由__一方面Ag2CrO4为砖红色，另一方面由Ksp(AgCl)＝1.8×10－10、Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12可知，AgCl饱和溶液中c(Ag＋)＝×10－5 mol/L，Ag2CrO4饱和溶液中c(Ag＋)＝＝＝2×10－4 mol/L>×10－5 mol/L，所以，AgCl的溶解度更小，当滴入AgNO3时溶解度小的沉淀先形成，溶液中Cl－几乎沉淀完了，此时再滴AgNO3溶液就会立刻产生Ag2CrO4，即终点的时候会产生砖红色沉淀__
[出现砖红色沉淀时，c(CrO)约为5.0×10－3 mol·L－1；溶液中离子的浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为该离子已不存在]。
【解析】　(1)若在实验室中实现工艺中的过程②，过程②是将萃取剂加入后，溶液分液成水层和油层，需要的实验操作包括分液，过程②和过程③都用到的主要仪器为分液漏斗；(2)抽滤相对于普通过滤的优点是抽滤可以加快过滤速度，仪器B的作用为缓冲，检验得到的水层中是否含有Fe3＋，向水层中加入硫氰化钾溶液，若溶液变为血红色证明含有三价铁离子；(3)Sc2(C2O4)3灼烧时除生成Sc2O3，还生成了CO和CO2，化学方程式为Sc2(C2O4)3Sc2O3＋3CO↑＋3CO2↑；(4)把得到的Sc2O3固体与焦炭混合，将干燥纯净的Cl2通入赤热的混合物反应制备ScCl3，反应的气态产物在相同条件下对H2的相对密度为14，M气体＝14×2 g/mol＝28 g/mol，为一氧化碳，该反应的化学方程式为Sc2O3＋3C＋3Cl22ScCl3＋3CO；(5)一方面Ag2CrO4为砖红色，另一方面由Ksp(AgCl)＝1.8×10－10、Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12可知，AgCl饱和溶液中c(Ag＋)＝×10－5 mol/L，Ag2CrO4饱和溶液中c(Ag＋)＝＝＝2×10－4 mol/L＞×10－5 mol/L，所以，AgCl的溶解度更小，当滴入AgNO3溶液时溶解度小的沉淀先形成，溶液中Cl－几乎沉淀完了，此时再滴AgNO3溶液就会立刻产生Ag2CrO4，即终点的时候会产生砖红色沉淀。