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第14讲 化学试验综合应用
大题冲关练
1．(2022·浙江理综，28)葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的养分物质。葡萄糖酸钙可通过以下反应制得： C6H12O6(葡萄糖)＋Br2＋H2O―→C6H12O7(葡萄糖酸)＋2HBr
2C6H12O7＋CaCO3―→Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸钙)＋H2O＋CO2↑
相关物质的溶解性见下表：
物质名称
葡萄糖酸钙
葡萄糖酸
溴化钙
氯化钙
水中的溶解性
可溶于冷水易溶于热水
可溶
易溶
易溶
乙醇中的溶解性
微溶
微溶
可溶
可溶
试验流程如下：
C6H12O6溶液 悬浊液 Ca(C6H11O7)2
请回答下列问题：
(1)第①步中溴水氧化葡萄糖时，下列装置中最适合的是________。
制备葡萄糖酸钙的过程中，葡萄糖的氧化也可用其他试剂，下列物质中最适合的是________。
A．新制Cu(OH)2悬浊液
B．酸性KMnO4溶液
C．O2/葡萄糖氧化酶
D．[Ag(NH3)2]OH溶液
(2)第②步充分反应后CaCO3固体需有剩余，其目的是__________________；本试验中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是____________________________。
(3)第③步需趁热过滤，其缘由是____________________________________。
(4)第④步加入乙醇的作用是______________________________________。
(5)第⑥步中，下列洗涤剂最合适的是________。
A．冷水 B．热水
C．乙醇 D．乙醇－水混合溶液
解析 (1)滴加溴水，应用分液漏斗，水浴加热易于把握温度，温度计应测量水浴的温度，因此装置B最合适。制备葡萄糖酸钙，将葡萄糖氧化最适合的试剂是O2/葡萄糖氧化酶，由于氧化过程中没有引入杂质，无须对产品进行分别提纯，另外酸性KMnO4溶液氧化醛基时也可将葡萄糖中的羟基氧化，故C项最适合。(2)第②步充分反应后CaCO3固体需过量，其目的是提高葡萄糖酸的转化率，便于后续分别；本试验不宜用CaCl2，由于盐酸是强酸，CaCl2难以与葡萄糖酸直接反应生成葡萄糖酸钙。(3)由于葡萄糖酸钙在冷水中溶解度小于热水，如不趁热过滤，会结晶析出，损失产品。(4)由于葡萄糖酸钙在乙醇中的溶解度较小，故加入乙醇，可降低它的溶解度，能削减产品的损失，有利于葡萄糖酸钙的析出。(5)洗涤是洗去葡萄糖酸钙中的CaBr2，洗涤剂用水较好，为了防止葡萄糖酸钙的溶解，洗涤剂用乙醇较好。综合考虑合适的洗涤剂是乙醇－水的混合溶液，D项正确。
答案 (1)B C
(2)提高葡萄糖酸的转化率，便于后续分别 氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应得到葡萄糖酸钙
(3)葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出，如不趁热过滤会损失产品
(4)可降低葡萄酸钙在溶剂中的溶解度，有利于葡萄糖酸钙的析出
(5)D
2．某化学争辩性学习小组拟对一种焰火原料(由两种短周期的常见金属单质组成的合金粉末)进行探究。请完成下列探究报告。
[探究目的] 探究该焰火原料的组成
[资料检索] ①Mg2＋的检验方法：取2滴待检液，加入2滴2 mol·L－1的NaOH溶液，再加入1滴镁试剂(Ⅰ)染料(对硝基苯偶氮间苯二酚)，若消灭沉淀并吸附镁试剂(Ⅰ)染料呈天蓝色，表示待检液中含有Mg2＋，Ag＋、Cu2＋、Fe3＋、NH会阻碍Mg2＋的检验。
②Mg(OH)2可溶于浓的氯化铵溶液，其他的常见不溶碱难溶于氯化铵。
[探究思路] 确定焰火原料所含金属的种类
[试验探究] (1)甲同学进行了初步试验，试验步骤和试验现象如下。请填写下表：
试验序号
试验步骤
试验现象
结论
①
取少量该焰火原
料加入冷水中
无明显现象
②
取少量该焰火原料
加入稀盐酸中
完全溶解，有大量
气体产生，溶液呈无色
(2)乙同学取第②组试验的溶液，加入镁试剂(Ⅰ)染料，得出合金中不含镁。乙的结论________(填“正确”或“错误”)，你的理由是________________。
(3)丙同学设计试验方案，确定焰火原料中的金属种类，试验记录如下所示：
由丙的试验记录可知，该焰火原料是由________和________两种金属组成的合金；向滤液中加入足量氢氧化钠溶液后需煮沸，煮沸的理由是________________________________________________________________。
解析 由题意知①中把焰火原料加入冷水中无明显现象，说明该合金中不含与冷水反应的金属，则锂、钠等活泼金属不存在，由②可知金属能与盐酸反应放出气体，则其可能由短周期金属元素铍、镁、铝三种金属中的任意两种组成。
答案 (1)①不含锂(Li)、钠(Na)等活泼金属
②可能含铍(Be)、镁(Mg)、铝(Al)三种金属中的任意两种
(2)错误 由资料知，检验Mg2＋的反应必需在碱性条件下进行
(3)铝(或Al) 镁(或Mg)(挨次可互换) 将NH转化为NH3，煮沸促进其逸出，防止NH干扰Mg2＋的检验
3．某课外活动小组设计了以下试验方案验证Ag与浓HNO3反应的过程中可能产生NO。其试验流程图如下：
(1)测定硝酸的物质的量反应结束后，从如图B装置中所得100 mL溶液中取出25.00 mL溶液，用0.1 mol·L－1的NaOH溶液滴定，用酚酞作指示剂，滴定前后的滴定管中液面的位置如右上图所示。
在B容器中生成硝酸的物质的量为________，则Ag与浓硝酸反应过程中生成的NO2的物质的量为________。
(2)测定NO的体积
①从上图所示的装置中，你认为应选用________装置进行Ag与浓硝酸反应试验，选用的理由是____________。
②选用上图所示仪器组合一套可用来测定生成NO体积的装置，其合理的连接挨次是____________(填各导管口编号)。
③在读取量筒内液体体积之前，应进行的操作_________________________
________________________________________________________________。
(3)气体成分分析
若试验测得NO的体积为112.0 mL(已折算到标准状况)，则Ag与浓硝酸反应的过程中________(填“有”或“没有”)NO产生，作此推断的依据是________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析 本题依据Ag和浓HNO3反应原理，考查了酸碱中和滴定及气体成分的分析方法。
(1)依据图示消耗NaOH溶液的体积为20.00 mL，n(HNO3)＝20.00×10－3 L×0.1 mol·L－1×4＝0.008 mol。n(NO2)＝×3＝0.012 mol。
(2)装置A可以利用N2排尽装置内的气体，防止NO被氧化，所以选用装置A。
其装置挨次为A→B→C→E，为了削减误差，在读取NO体积时，一是要冷却到室温；二是量筒内液面应和集气瓶内液面相平。
(3)依据
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
0．012 mol 0.004 mol
V(NO)＝0.004 mol×22.4 L·mol－1＝0.089 6 L<0.112 L，所以有NO产生。
答案 (1)0.008 mol 0.012 mol
(2)①A 由于A装置可以通入N2将装置中的空气排尽，防止NO被空气中O2氧化 ②123547 ③等液体冷却到室温，并使集气瓶和量筒内液面相平
(3)有 由于NO2与水反应生成的NO的体积小于收集到的NO的体积(89.6<112.0)
4．(2022·广东理综，33)H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学争辩中应用广泛。
(1)某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2、0.1mol·L－1 Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
①写出本试验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：________________________________________________________________
________________________________________________________________。
②设计试验方案：在不同H2O2浓度下，测定________(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。
③设计试验装置，完成如图所示的装置示意图。
④参照下表格式，拟定试验表格，完整体现试验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。
物理量
试验序号
V[0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3]/mL
……
1
a
……
2
a
……
(2)利用图(a)和图(b)中的信息，按下图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行试验。可观看到B瓶中气体颜色比A瓶中的________(填“深”或“浅”)，其缘由是_______________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析 (1)①过氧化氢在Fe3＋催化下分解成水和O2，依据O元素的化合价变化，可得：
；②在不同H2O2浓度下，需测定相同时间内，产生氧气的体积的多少，或生成相同体积氧气所需时间的多少。③可用如图所示装置测定。
④依据“把握变量法”的要求，两个对比试验应使反应混合物中Fe2(SO4)3的浓度相同，H2O2的浓度不同。
(2)由图(a)知，过氧化氢的分解反应为放热反应，由图(b)知NO2转化为N2O4的反应为放热反应，故图(c)中，右侧烧杯温度高于左侧烧杯温度，即B瓶中的温度高于A瓶。温度上升，平衡2NO2(g)N2O4(g)，向逆反应方向进行，B瓶中的二氧化氮浓度增大，颜色比A瓶颜色深。
答案
②生成相同体积的氧气所需的时间(或相同时间内，生成氧气的体积)
③
④
V(H2O2)/mL
V(H2O)/mL
V(O2) mL
t/s
1
b
2b
e
d
2
2b
b
e
f
或
V(H2O2)/mL
V(H2O)/mL
t/s
V(O2) mL
1
b
2b
e
d
2
2b
b
e
f
(2)深 由于过氧化氢分解是放热反应，2NO2(g)N2O4(g)也是放热反应，所以B瓶温度高于A瓶，温度上升，平衡逆向移动，二氧化氮浓度增大，颜色加深
5．某争辩小组利用下图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。
(1)MgCO3的分解产物为___________________________________________。
(2)装置C的作用是__________________________，处理尾气的方法为__________________。
(3)将争辩小组分为两组，按上图装置进行对比试验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末(纯洁物)，两组分别用产物进行以下试验。
步骤
操作
甲组现象
乙组现象
1
取黑色粉末加入稀盐酸
溶解，无气泡
溶解，有气泡
2
取步骤1中溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液
蓝色沉淀
蓝色沉淀
3
取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液
变红
无现象
4
向步骤3溶液中滴加新制氯水
红色褪去
先变红，后褪色
①乙组得到的黑色粉末是____________。
②甲组步骤1中反应的离子方程式为________________________________
________________________________________________________________。
③乙组步骤4中，溶液变红的缘由为__________________________________
________________________________________________________________；
溶液褪色可能的缘由及其验证方法为_________________________________
________________________________________________________________。
④从试验平安考虑，上图装置还可实行的改进措施是___________________
________________________________________________________________。
解析 (1)MgCO3MgO＋CO2↑；
(2)CO2＋ZnZnO＋CO装置C的作用是吸取剩余的CO2气体，以防止对观看澄清石灰水是否变浑浊造成影响；由于最终出来的气体中含有CO，所以用点燃法除去CO。
(3)由于该黑色粉末是纯洁物，乙组中，步骤1溶解有气泡，说明得到的是铁粉；甲组中依据“蓝色沉淀”，证明溶解后含Fe2＋；依据“变红”，证明溶解后还含有Fe3＋，所以得到的是Fe3O4。甲组中依据加入氯水红色褪去，说明氯水能氧化SCN－，而乙组中，由于Fe2＋的还原性大于SCN－，所以Fe2＋首先被氧化成Fe3＋，溶液变红，当氯水过量时，又把SCN－氧化，红色褪去。由于Fe3＋并没有发生变化，可用再加入KSCN溶液的方法观看是否恢复红色来验证。(4)由于CO2气体易和NaOH发生反应，所以为了防止倒吸，应在B、C之间添加防倒吸装置E。
答案 (1)MgO、CO2
(2)除去CO2 点燃
(3)①Fe ②Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
③Fe2＋被氧化为Fe3＋，Fe3＋遇SCN－显红色 可能是因SCN－被Cl2氧化而使溶液褪色 假设SCN－被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN溶液，若消灭红色，则假设成立(其他合理答案均可)
④在装置B、C之间添加装置E以防倒吸(其他合理答案均可)
6．(2022·全国卷Ⅱ，28)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下试验。
①氨的测定：精确称取w g 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V1 mL c1 mol·L－1的盐酸标准溶液吸取。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2 mol·L－1 NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。
②氯的测定：精确 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，至消灭淡红色沉淀不再消逝为终点(Ag2CrO4为砖红色)。
回答下列问题：
(1)装置中平安管的作用原理是____________。
(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)样品中氨的质量分数表达式为________。
(4)测定氨前应当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”)。
(5)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的缘由是________________；滴定终点时，若溶液中c(Ag＋)＝2.0×10－5 mol·L－1，c(CrO)为________ mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
(6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为________。 制备X的化学方程式为__________________；X的制备过程中温度不能过高的缘由是__________________。
解析 (3)试验①中，从样品液中蒸出的n(NH3)＝V1×10－3 L×c1 mol·L－1－V2×10－3 L×c2 mol·L－1＝(c1V1－c2V2)×10－3 mol，样品中氨的质量分数为×100%＝×100%。
(4)若装置气密性不好，有部分NH3逸出，而不能被HCl吸取，则剩余的HCl的物质的量会增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中计算式可知测得m(NH3)变小，NH3的含量偏低。
(5)滴定氯的过程中，使用棕色滴定管的缘由是防止AgNO3见光分解，依据Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrO(aq)及Ksp的表达式得：c(CrO)＝＝ mol·L－1＝2.8×10－3 mol·L－1。
(6)由n(Co)∶n(NH3)∶n(Cl)＝1∶6∶3，则知X为[Co(NH3)6]Cl3，故Co的化合价为＋3价，制备X的过程中温度不能过高的缘由是防止H2O2分解，NH3逸出。
答案 (1)当压力过大时，平安管中液面上升，使A瓶中压力稳定
(2)碱 酚酞(或甲基橙)
(3)×100%
(4)偏低
(5)防止AgNO3见光分解 2.8×10－3 mol·L－1
(6)＋3 2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O
温度过高，H2O2分解，氨气逸出
7．乙酸正丁酯是一种重要化工原料，某试验小组利用图1、图2装置合成乙酸正丁酯(夹持装置已略去)，发生的化学反应为：
CH3COOH＋CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3＋H2O
可能用到的有关数据见下表：
相对分子质量
沸点/℃
水中溶解性
正丁醇
74
117.2
0.80
微溶
乙酸
60
118.1
1.05
易溶
乙酸正丁酯
116
126.5
0.90
微溶
试验步骤如下：
①在图1的圆底烧瓶中，装入7.0 g正丁醇和7.0 g冰醋酸，再加入3～4滴浓硫酸。
②如图1所示，安装分水器和回流冷凝管。加热圆底烧瓶，待反应基本完成后，停止加热
③冷却后将分水器中分出的酯层和圆底烧瓶中的反应液一起倒入分液漏斗中。先后用水、10%碳酸钠溶液洗涤。分别得到的酯层再用水洗涤后倒入锥形瓶中，加无水硫酸镁干燥。
④将干燥后的酯层倒入图2的蒸馏烧瓶中，加热蒸馏。收集124 ℃～126 ℃的馏分，称得质量为7.0 g。
回答下列问题：
(1)图2冷凝管中冷水从________口流入(用字母表示)；仪器d的名称是________。
(2)分液漏斗使用前须________并洗净备用。分别上下层液体时，应先________________________________________________________________，
然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
(3)试验中产生的副产物的结构简式为________________________(任写一种)。用10%碳酸钠溶液洗涤的主要目的是_______________________。
(4)试验1圆底烧瓶c的容积最适合的是________(选填字母)。
A．25 mL B．50 mL
C．250 mL D．500 mL
(5)分水器中预先加水至略低于支管口。在加热过程中，除去生成水的操作是_________________：推断反应基本完成的标志是______________________。
(6)试验中，乙酸正丁酯的产率为________。
解析 乙酸和正丁醇在浓硫酸作催化剂的条件下发生反应生成乙酸正丁酯。利用除去生成的水的方法促使酯化反应正向移动，提高反应的转化率。生成的水和酯冷凝回流到分水器中，由于乙酸正丁酯不溶于水且密度小于水，所以在上层。n(CH3COOH)＝0.117 mol，n(C4H10O)＝0.094 5 mol，乙酸过量，乙酸正丁酯的产率为
×100%＝63.8%。
答案 (1)b 尾接管
(2)检漏 打开分液漏斗上端的玻璃塞
(3)CH3CH2CHCH2 除去醋酸、硫酸
(4)B
(5)打开分水器下端的活塞，让水流出 分水器中水面高度基本不再变化
(6)63.8%
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