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题型三　“整套装置型” 定性、定量实验探究
1.CuCl晶体呈白色，熔点为430 ℃，沸点为1 490 ℃，见光分解，露置于潮湿空气中易被氧化，难溶于水、稀盐酸、乙醇，易溶于浓盐酸生成H3CuCl4，反应的化学方程式为
CuCl(s)＋3HCl(aq)H3CuCl4(aq)。
(1)实验室用下图所示装置制取CuCl，反应原理：
2Cu2＋＋SO2＋8Cl－＋2H2O===2CuCl＋SO＋4H＋
CuCl(aq)CuCl(s)＋3Cl－(aq)

①装置C的作用是_____________________________________________________________。
②装置B中反应结束后，取出混合物进行如下图所示操作，得到CuCl晶体。
混合物CuCl晶体
操作ⅱ的主要目的是___________________________________________________________。
操作ⅳ中宜选用的试剂是________________________。
③实验室保存新制CuCl晶体的方法是
________________________________________________________________________。
④欲提纯某混有铜粉的CuCl晶体，请简述实验方案：
________________________________________________________________________。
(2)某同学利用如下图所示装置，测定高炉煤气中CO、CO2、N2和O2的百分组成。

已知：
ⅰ.CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成Cu(CO)Cl·H2O。
ⅱ.保险粉(Na2S2O4)和KOH的混合溶液能吸收氧气。
①D、F洗气瓶中宜盛放的试剂分别是______________、________________。
②写出保险粉和KOH的混合溶液吸收O2的离子方程式：________________________________________________________________________。
答案　(1)①吸收SO2尾气，防止污染空气　②促进CuCl固体析出、防止CuCl被氧化　水、乙醇或稀盐酸　③避光、密封　④将固体溶于浓盐酸后过滤，取滤液加入大量水，过滤、洗涤、干燥
(2)①NaOH溶液(或“KOH溶液”、“Ba(OH)2溶液”等其他合理答案)　CuCl的盐酸溶液　②2S2O＋3O2＋4OH－===4SO＋2H2O
解析　(1)①根据制备CuCl的原理，可以判断C装置是吸收SO2，防止空气污染。
②根据CuCl性质，将其倒入溶有SO2的水中，是为了促进CuCl固体析出，并防止其氧化；选择操作ⅳ所用试剂应根据其溶解性。
(2)①应选用碱溶液吸收CO2气体，Na2S2O4和KOH混合溶液吸收O2(应先吸收O2，再吸收CO，以防止CuCl被氧化，再用CuCl的盐酸溶液吸收CO，最后用量气管量N2的体积)。
2.不同浓度的硫酸与锌反应时，硫酸可以被还原为SO2，也可被还原为氢气。为了验证这一事实，某同学拟用如图装置进行实验(实验时压强为101 kPa，温度为0 ℃)。

(1)若在烧瓶中放入1.30 g锌粒，与c mol·L－1 H2SO4反应，为保证实验结论的可靠，量气管的适宜规格是____________(填字母)。
A.200 mL B.400 mL C.500 mL
(2)若1.30 g锌粒完全溶解，氢氧化钠洗气瓶增重1.28 g，则圆底烧瓶中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)若烧瓶中投入a g锌且完全反应，氢氧化钠洗气瓶增重b g，量气瓶中收集到V mL气体，请写出a、b、V的代数关系式：________________________________________________。
(4)若在烧瓶中投入d g锌，加入一定量的c mol·L－1 浓硫酸V L，充分反应后锌有剩余，测得氢氧化钠洗气瓶增重m g，则整个实验过程产生的气体中， ＝____________(用含字母的代数式表示)。若撤走盛有无水氯化钙的U形管，的数值将__________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(5)反应结束后，为了准确地测量气体体积，量气管在读数时应注意：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________，
③________________________________________________________________________。
答案　(1)C
(2)Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O
(3)＝＋
(4)　偏小
(5)①待冷却至0℃才开始读数　②读数前使量气管左右液面相平　③视线与量气管中液面的凹液面最低点在同一水平面
解析　(1)设最多生成的氢气体积为x L，
Zn＋H2SO4　　===　　ZnSO4＋H2↑
1 mol　　　　　　　　　　　　22.4 L
　　 ＝0.02 mol　　　　 x
则x＝0.448 L＝448 mL，则量气管的规格应该选500 mL。
(2)氢氧化钠是碱，能吸收酸性气体，氢氧化钠洗气瓶增重说明有酸性气体生成，当锌和硫酸反应时，锌作还原剂，硫酸作氧化剂，被还原为二氧化硫，由计算可知，1.30 g锌和硫酸反应若只生成二氧化硫，共生成0.02 mol，质量为0.02 mol×64 g·mol－1＝1.28 g，与氢氧化钠增重的质量一致，故发生反应的化学方程式：Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O。
(3)根据氧化还原知识或根据方程式，1 mol锌无论用来产生SO2 还是产生氢气，都是1 mol锌对应1 mol气体，根据氧化还原反应中得失电子数相等可得： ＝＋。
(4)Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O
　　 2 mol　　　　　　　1 mol
　　 mol　　　　　　　mol
则生成二氧化硫需要的硫酸为mol；
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
1 mol　　　　　 1 mol
　　mol　　mol
则：＝＝。
若撤走盛有无水氯化钙的U形管，混合气体中的水蒸气进入氢氧化钠溶液，导致洗气瓶增重量增大，所以计算时二氧化硫的物质的量增大，氢气与二氧化硫的物质的量之比偏小。
(5)因为该反应是放热反应，随着反应的进行，溶液的温度逐渐升高，生成的气体温度高于标准状况下温度，温度对气体体积有影响，所以要待冷却至标准状况下温度才开始读数；在读数时，如果俯视或仰视都会造成误差，所以读数时眼睛视线与液面最低处相平。
3.中学常采用高锰酸钾加热分解法制取氧气，某兴趣小组经查阅资料获知：制得氧气后固体残余物中的锰酸钾(K2MnO4)具有强氧化性，与还原剂、有机物、易燃物混合可形成爆炸性混合物，如不妥善处置将造成危险。因此该小组对该残余物进行分离提纯，得到锰酸钾晶体，利用回收的锰酸钾与浓盐酸反应制取氯气，并设计实验验证氯气的化学性质。

(1)打开分液漏斗活塞及弹簧夹2，观察到烧瓶壁有紫红色物质生成并逐渐消失，黄绿色气体充满烧瓶。反应结束后，烧瓶内有黑色固体残余，写出过程中发生的化学反应方程式：
________________________________________________________________________。
(2)该方法制取氯气比用纯净的高锰酸钾要缓和平稳许多，试分析原因
________________________________________________________________________。
(3)该小组利用装置C吸收氯气制备漂白粉。
①C中盛装的试剂为____________；
②陶瓷多孔球泡的作用是__________________________________________________。
(4)测定漂白粉有效成分的质量分数：称取1.5 g所制漂白粉配成溶液，调节pH并加入指示剂，用0.100 0 mol·L－1 KI溶液进行滴定，三次平行实验平均每次消耗20.00 mL 标准液时达到滴定终点，反应原理涉及的方程式：3ClO－＋I－===3Cl－＋IO； IO＋5I－＋3H2O===6OH－＋3I2。
①所选的指示剂为____________，达到滴定终点的标志是________________________________________________________________________。
②该漂白粉中有效成分的质量分数为____________。
(5)打开分液漏斗活塞及弹簧夹1，可观察到D中的现象为________________________________________________________________________。
该现象能够证明氯气有氧化性。甲同学认为取D中反应后溶液，滴加硝酸酸化的硝酸银，若有白色沉淀产生，也能证明氯气氧化了亚硫酸氢钡，你认为是否正确并说明理由________________________________________________________________________。
答案　(1)3K2MnO4＋4HCl(浓)===2KMnO4＋4KCl＋MnO2＋2H2O、2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
(2)锰酸钾生成高锰酸钾与二氧化锰两种物质，形成均匀的固体分散系，可降低高锰酸钾与盐酸反应速率
(3)①石灰乳　②增大气体接触面积，使氯气吸收更充分
(4)①淀粉溶液　最后一滴标准液滴下时，溶液变为浅蓝色，振荡后半分钟不褪色　②14.3%
(5)出现白色沉淀　不正确，氯气与水反应也生成氯离子，不能证明溶液中的氯离子一定是氯气氧化亚硫酸氢钡所得产物
解析　A装置产生氯气，饱和氯化钠溶液的作用是吸收氯气中的氯化氢气体，并降低氯气在水中的溶解度，C是制备漂白粉，D是验证氯气具有氧化性，氢氧化钠溶液的作用是吸收尾气。
(1)锰酸钾(K2MnO4)具有强氧化性，与浓盐酸反应观察到烧瓶壁有紫红色物质生成，该物质为高锰酸钾，锰元素的化合价在升高，根据K2MnO4中的化合价为＋6价，处于中间价态，推测出在反应中既作氧化剂又作还原剂，再结合烧瓶内有黑色固体残余，联想到二氧化锰，写出反应方程式：3K2MnO4＋4HCl(浓)===2KMnO4＋4KCl＋MnO2＋2H2O；第二个反应是高锰酸钾与浓盐酸反应产生氯气、氯化锰、氯化钾、水，方程式：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
(2)锰酸钾生成高锰酸钾与二氧化锰两种物质，形成均匀的固体分散系，可降低高锰酸钾与盐酸反应速率，所以用锰酸钾制取氯气比用纯净的高锰酸钾要缓和平稳许多。
(4)①反应产物有碘单质生成，用淀粉作指示剂，最后一滴标准液滴下时，溶液变为浅蓝色，振荡后半分钟不褪色，则达到终点。
②先根据反应离子方程式确定出ClO－与I－的关系，
3ClO－＋I－===3Cl－＋IO①；IO＋5I－＋3H2O===6OH－＋3I2②；将方程式①＋②得：ClO－＋2I－＋H2O===Cl－＋2OH－＋I2。
每次实验消耗KI溶液的体积为20.00 mL，设次氯酸根离子的物质的量为x，
ClO－＋2I－＋H2O===Cl－＋2OH－＋I2
1 mol　2 mol
x　　　0.100 0 mol·L－1×0.020 L
所以x＝0.001 mol
每次实验次氯酸钙的质量：143 g·mol－1×0.001 mol×0.5＝0.071 5 g，三次实验总质量为0.071 5 g×3＝0.214 5 g，
所以质量分数：×100%＝14.3%，
故答案为14.3%。
(5)打开分液漏斗活塞及弹簧夹1，氯气将亚硫酸氢钡氧化成硫酸钡沉淀；取D中反应后溶液，滴加硝酸酸化的硝酸银，若有白色沉淀产生，不能证明氯气氧化了亚硫酸氢钡，因为氯气与水反应也生成氯离子，不能证明溶液中的氯离子一定是氯气氧化亚硫酸氢钡所得产物。
4.氢化钙(CaH2)固体是登山运动员常用的能源提供剂。氢化钙要密封保存，一旦接触到水就发生反应生成氢氧化钙和氢气。氢化钙通常用氢气与金属钙加热制取，图1是模拟制取装置。

(1)装置B的作用是__________________；装置D的作用是___________________________。
(2)利用图1实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后装入药品；打开分液漏斗活塞，__________________________(请按正确的顺序填入下列步骤的序号)。
①加热反应一段时间　　②收集气体并检验其纯度
③关闭分液漏斗活塞　　④停止加热，充分冷却
(3)为了确认进入装置C的氢气已经干燥，应在B、C之间再接一装置，该装置中加入的试剂是________________________________________________________________________。
(4)甲同学设计一个实验，测定上述实验中得到的氢化钙的纯度。请完善下列实验步骤：
①样品称量；②加入________溶液(填化学式)，搅拌、过滤；③________(填操作名称)；④________(填操作名称)；⑤称量碳酸钙。
(5)乙同学利用图2装置测定上述实验中得到的氢化钙的纯度。他称取46 mg 所制得的氢化钙样品，记录开始时注射器活栓停留在10.00 mL刻度处，反应结束后充分冷却，活栓最终停留在57.04 mL刻度处(上述气体体积均在标准状况下测定)。

试通过计算求样品中氢化钙的纯度：______________________________________________。
答案　(1)除去氢气中的水蒸气　防止空气中的水蒸气进入C装置
(2)②①④③
(3)无水硫酸铜(或其他合理答案)
(4)Na2CO3(K2CO3或其他合理答案)　洗涤　烘干(干燥)
(5)95.9%　
解析　(5)CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑
n(CaH2)＝n(H2)＝×
＝1.05×10－3 mol
CaH2的纯度为×100%≈95.9%。