2022版高考化学一轮复习10.4实验设计与评价题组训练过关2含解析新人教版.doc

实验设计与评价
物质组成的测定
1.(2022·全国卷Ⅰ·27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
答复以下问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑外表的油污，方法是  __。 
(2)步骤②需要加热的目的是__ ， 温度保持80～95 ℃，采用的适宜加热方式是________。铁屑中含有少量硫化物，反响产生的气体需要净化处理，适宜的装置为________(填标号)。 
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是__ 。 
分批参加H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。 
(4)步骤⑤的具体实验操作有__ ， 经枯燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为____________。 
【解析】(1)铁屑外表的油污主要是油脂类的物质，所以可以参加热碱液使其水解除去。(2)步骤②需要加热的目的是加快反响速率，加速铁与稀硫酸的反响；温度保持80～95 ℃，在100 ℃以下，所以主要采取的是热水浴的方式进行加热；因硫化物主要产生的是二氧化硫，二氧化硫易溶于水且与碱发生反响，所以应用防止倒吸的装置。(3)步骤②中得到的滤液的主要成分是硫酸亚铁，而步骤③之后溶液的主要成分是硫酸铁，所以参加足量的H2O2的目的是将溶液中的Fe2+转换成Fe3+；当pH过大时，Fe3+会产生沉淀，所以溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤主要是将溶液中的固体进行结晶，所以具体实验操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)，经枯燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，其相对分子质量为266+18x，1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27，那么×100%=5.6%，解得x=12，那么硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
答案：(1)碱煮水洗　(2)加快反响　热水浴　C
(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入杂质　防止Fe3+水解
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
【加固训练】
　　(2022·怀化模拟)某研究性学习小组利用如图装置探究草酸钙晶体(CaC2O4·xH2O)的热分解。：CO能与PdCl2溶液反响生成黑色的钯粉。
(1)A的作用是_ _； 
D中可观察到的现象是 _ _。 
(2)B中长玻璃管的作用是_ _。 
(3)E、F位置________(填“能〞或“不能〞)互换，理由是_ _。 
(4)写出PdCl2溶液与CO反响的化学方程式  __。 
(5)为探究草酸钙晶体加热分解产物的成分并计算x，进行如下实验：
①按题图连接好仪器，_ _(填实验操作名称)。 
②将29.2 g草酸钙晶体放入C中，从a处通入一段时间空气。
③加热草酸钙晶体直到质量不再减少，从a处一直通空气直至冷却。
④测得C中残留固体质量11.2 g，D增重3.6 g，E增重8.8 g(澄清石灰水足量)。
⑤数据处理：计算可得x=________；写出上述实验中草酸钙晶体受热分解的化学方程式__  __。 
【解析】(1)空气中含有二氧化碳，利用氢氧化钠吸收二氧化碳，除去空气中的CO2，防止对分解产物的检验产生干扰；装置D中的无水硫酸铜遇水变蓝，可用于检验H2O的存在；
(2)装置B中长玻璃管与外界相通，其作用是平衡气压；
(3)假设互换那么原F中可能产生CO2，对原E中CO2的检验会造成干扰，所以不能互换；
(4)由题目提供的信息可知CO能与PdCl2溶液反响生成黑色的钯粉，可知PdCl2把CO氧化为CO2，反响的方程式为PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl；
(5)①连接好仪器，需要检查装置气密性；
⑤残留固体质量11.2 g，说明生成CaO 11.2 g，n(CaO)==0.2 mol，D增重3.6 g，说明生成H2O 3.6 g，n(H2O)==0.2 mol，E增重8.8 g(澄清石灰水足量)，说明生成CO2 8.8 g，n(CO2)==0.2 mol，m(CO)=
29.2 g-11.2 g-3.6 g-8.8 g=5.6 g，n(CO)==0.2 mol，生成CaO、CO2、CO、H2O物质的量之比为1∶1∶1∶1，所以x为1。根据以上分析可知反响的方程式为CaC2O4·H2OCaO+CO2↑+CO↑+H2O。
答案： (1) 除去空气中的CO2 ，防止对分解产物的检验产生干扰　无水CuSO4变蓝
(2)平衡气压(合理答案均可)
(3)不能　假设互换那么原F中可能产生CO2 对原E中CO2 的检验会造成干扰
(4)PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl
(5)①检查装置气密性　⑤1　CaC2O4·H2OCaO+CO2↑+CO↑+H2O
【归纳提升】
组成类定量实验的解题思路
确定待求物→求算各组分物质的量求x确定化学式
产物含量的测定
2.(2022·怀化模拟)亚硝酸钠(NaNO2)是一种重要的化工原料，某学习小组通过以下实验制备亚硝酸钠并测定产品的纯度。
Ⅰ.制备NaNO2
：①2NO+Na2O22NaNO2
②NO和N均能被酸性高锰酸钾氧化为N
(1)A中m管的作用是___________。 
(2)选择上述装置完成实验，其连接顺序为 _________(按气流方向，用小写字母表示)。
(3)C中所装枯燥剂可以为________(填字母序号) 
A.浓硫酸　　B.碱石灰　　C.无水CaCl2
(4)B中反响的离子方程式为_________________。 
(5)A中反响不直接用稀硝酸制NO的主要原因是_________________ 
Ⅱ.测定产品的纯度(杂质不参与滴定反响)
称取产品a g配制成200 mL溶液，取20.00 mL于锥形瓶中，用c mol·L-1的酸性高锰酸钾溶液滴定到终点：重复上述滴定三次，测得消耗酸性高锰酸钾溶液的平均体积为V mL
(6)判断滴定终点的方法是_____________________________。 
(7)该产品的纯度为________(用含a、c、V的关系式表示)。 
【解析】Ⅰ.(1)装置A中m管使蒸馏烧瓶内部和分液漏斗液面上方相通，可到达平衡压强，使浓硝酸顺利滴下的作用；(2)利用装置A中Cu和浓硝酸反响生成NO2，生成的NO2溶于E装置中水生成NO，再利用C装置无水CaCl2枯燥NO，再将NO通过D装置与Na2O2反响生成NaNO2，最后的尾气用酸性高锰酸钾溶液吸收，结合气流方向，装置的连接顺序为a→hi→de→fg(gf)→c；
(3)用于枯燥气体，枯燥管中用固体枯燥剂，可用碱石灰或无水CaCl2；
(4)装置B中酸性高锰酸钾溶液吸收NO气体生成N，发生反响的离子方程式为5NO+3Mn+4H+5N+3Mn2++2H2O；
(5)A中反响不直接用稀硝酸制NO的主要原因是稀硝酸反响速率慢，一氧化氮易被空气中氧气氧化为二氧化氮；
Ⅱ.(6)向溶液中滴加高锰酸钾，高锰酸钾显紫红色，因此滴定到终点：最后一滴滴入，溶液由无色变为浅紫色，且30 s不变色；
(7)称取产品a g配制成200 mL溶液，取20.00 mL于锥形瓶中，用c mol·L-1的酸性高锰酸钾溶液滴定到终点：重复上述滴定三次，测得消耗酸性高锰酸钾溶液的平均体积为V mL，结合化学反响的定量关系计算：
5N+2Mn+6H+5N+2Mn2++3H2O
5 2
n c mol·L-1×V×10-3L×
n=0.025cV mol，
该产品的纯度=×100%=×100%。
答案：(1)平衡压强，使浓硝酸顺利滴下
(2)a→hi→de→fg(gf)→c　(3)BC
(4)5NO+3Mn+4H+5N+3Mn2++2H2O
(5)稀硝酸反响速率慢，一氧化氮易被空气中氧气氧化为二氧化氮
(6)最后一滴滴入，溶液由无色变为浅紫色，且30 s不变色
(7)×100%
3.青蒿素为无色针状晶体，易溶于丙酮、氯仿和苯中，在水中几乎不溶，熔点为156～157 ℃，青蒿素是有效的抗疟药。从青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理为根底的，乙醚浸取法制取青蒿素的主要工艺为
请答复以下问题：
(1)对青蒿进行枯燥粉碎的目的是______________________。 
(2)操作Ⅰ的名称是______________，操作Ⅱ的名称是________。 
(3)用以下实验装置测定青蒿素的分子式，将28.2 g青蒿素放在硬质玻璃管C中充分燃烧：
①装置E中盛放的物质是____________，装置F中盛放的物质是________。 
②该实验装置可能产生误差，造成测定含氧量偏低，改良方法是________。 
③青蒿素是烃的含氧衍生物，用合理改良后的装置进行实验，称得：
装置
实验前/g
实验后/g
E
22.6
42.4
F
80.2
146.2
青蒿素的最简式是______________。 
(4)某学生对青蒿素的性质进行探究。将青蒿素参加含有酚酞的NaOH溶液中，青蒿素的溶解量较小，加热并搅拌，青蒿素的溶解量增大，且溶液红色变浅，说明青蒿素与________(填字母)具有相似的性质。 
A乙醇　　　　　　　　 B.乙酸
C.乙酸乙酯 D.葡萄糖
【解析】(1)为了加快反响速率和增大青蒿素的浸取率，可以对青蒿进行枯燥粉碎以增大青蒿素与乙醚的接触面积；
(2)根据流程图，经过操作Ⅰ得到了残渣，故操作Ⅰ为过滤；乙醚和青蒿素是互溶的液体，可以通过蒸馏别离；
(3)①实验测定青蒿素的分子式，需要测定其中的碳、氢、氧的含量，燃烧后生成二氧化碳和水，因此需要测定二氧化碳和水的质量，因此装置E中盛放无水CaCl2或P2O5吸收生成的水，装置F中盛放碱石灰或固体氢氧化钠，吸收二氧化碳；
②装置左右两侧都可能使得空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置，造成误差，改良方法是除去装置左侧通入的空气中的CO2和水蒸气，在装置F后加一个防止空气中的CO2和水蒸气进入装置F的装置；
③装置E质量增加42.4 g-22.6 g=19.8 g，那么m(H)=19.8 g××100%=2.2 g，装置F质量增加146.2 g-80.2 g=66 g，那么m(C)=66 g××100%=18 g，从而可推出含氧元素的质量为28.2 g-2.2 g-18 g=8 g，最简式为CxHyOz，那么12x∶y∶16z=18∶2.2∶8，故x∶y∶z=15∶22∶5，故该有机物的最简式为C15H22O5。
(4)乙醇易溶于水，A错误；乙酸易溶于水，B错误；乙酸乙酯在水中的溶解度不大，参加含有NaOH、酚酞的水溶液后水解消耗NaOH，溶液的碱性减弱，溶液红色变浅，C正确；葡萄糖易溶于水，D错误。
答案：(1)增大青蒿素与乙醚的接触面积，使反响速率加快，提高青蒿素的浸取率
(2)过滤　蒸馏
(3)①无水CaCl2或P2O5　碱石灰(或其他合理答案)　②除去装置左侧通入的空气中的CO2和水蒸气，在装置F后加一个防止空气中的CO2和水蒸气进入装置F的装置
③C15H22O5　(4)C
【加固训练】
　　(2022·湖北模拟)工业废弃物的资源化回收再利用，可以更大限度地发挥原材料的价值。某教师在指导学生做研究性学习时，拟利用废铁屑在实验室制备FeSO4溶液，再与等物质的量的(NH4)2SO4反响，制备补血剂硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，相对分子质量为392]。硫酸亚铁铵晶体比一般亚铁盐稳定，在空气中不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。
(1)废铁屑的净化：将废铁屑投入10%的碳酸钠溶液中并加热5～10 min，通过倾析法弃去纯碱溶液，并用蒸馏水洗净废铁屑，待用。
(2)酸浸净化后的废铁屑：将2 g Fe粉、10 mL 3 mol·L-1的H2SO4溶液参加烧瓶中反响，用如下图装置制备FeSO4溶液。保持温度70～80 ℃，适当添加水以补充被蒸发掉的水分，并控制溶液的pH，至反响无明显气泡产生，停止加热，过滤，称量残留固体质量。
①反响过程中会产生少量H2S、PH3等气体，需使用封闭装置。写出用CuSO4溶液吸收H2S气体的化学反响方程式：  __。 
②反响过程中使用过量铁粉的目的是_ _。 
(3)制备(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O：向FeSO4溶液中参加一定质量的(NH4)2SO4固体，70～80 ℃条件下溶解后，趁热倒入50 mL乙醇中，析出晶体。
实验中，需对过滤出产品的母液(pH<1)进行处理。室温下，分别取母液并向其中参加指定物质，反响后的溶液中主要存在的一组离子正确的选项是________(填序号)。 
A.通入过量Cl2：Fe2+、H+、N、Cl-、S
B.参加过量KSCN溶液：K+、N、Fe3+、S、SCN-
C.参加过量NaOH溶液：Na+、Fe2+、N、S、OH-
D.参加过量NaClO和NaOH的混合溶液：Na+、S、Cl-、ClO-、OH-
(4)产品纯度测定：称取a g产品溶于水，配制成500 mL溶液，取25.00 mL待测液，用浓度为c mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定。重复上述操作2次实验结果如下：
实验次数
第一次
第二次
第三次
消耗高锰酸钾溶液
的体积/mL
25.52
25.02
24.98
该产品的纯度为______(用含a、c的代数式表示) 
有同学提出，测定产品中S的含量也可测定产品的纯度，请补充完整实验方案：称取约0.4 g样品，溶于70 mL水，_________________， 
将沉淀移入坩埚，灼烧至恒重，记录数据(实验中必须使用的试剂有2 mol·L-1的HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。
【解析】(2)①实验室用CuSO4溶液吸收H2S气体，生成硫酸和硫化铜，化学反响方程式为CuSO4+H2SCuS↓+H2SO4；
②铁粉具有复原性，反响过程中使用过量铁粉的目的是防止Fe2+被氧化为Fe3+。
(3)据信息可知，母液中主要存在的离子有Fe2+、H+、N、S，通入过量Cl2，溶液中的Fe2+不能大量共存，且主要存在的离子应包括ClO-，故A错误；
B.参加过量KSCN溶液，溶液中的Fe3+与SCN-不能大量共存，故B错误；参加过量NaOH溶液，溶液中的Fe2+与N均不能大量存在，故C错误；参加过量NaClO和NaOH的混合溶液，H+与OH-发生中和反响生成水，N以NH3的形式逸出，Fe2+先转化为Fe3+，(2Fe2++ClO-+H2O2Fe3++Cl-+2OH-)，再以Fe(OH)3的形式除去，那么反响后的溶液中主要存在的离子为Na+、S、Cl-、ClO-、OH-，故D正确。
(4)因为第一次与第二次、第三次相差较大，忽略不计，消耗高锰酸钾溶液的体积为 mL=25 mL，根据离子反响方程式，得出：n[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]=5n(KMnO4)=25×10-3×c×5 mol，那么500 mL溶液中含有n[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]= mol=2.5c mol，所以该产品的质量分数=×100%=×100%，测定产品中S的含量也可测定产品的纯度，具体实验方案为：称取约0.4 g样品，溶于70 mL水，参加2 mol·L-1 HCl溶液酸化，滴加BaCl2溶液至沉淀完全，过滤，洗涤沉淀，直至滤液滴加AgNO3溶液不出现浑浊，将沉淀移入坩埚，灼烧至恒重，记录数据。
答案：(2) ①CuSO4+H2SCuS↓+H2SO4　②防止Fe2+被氧化为Fe3+　(3) D　(4)×100%　参加2 mol·L-1 HCl溶液酸化，滴加BaCl2溶液至沉淀完全，过滤，洗涤沉淀，直至滤液滴加AgNO3溶液不出现浑浊
【归纳提升】
含量类定量实验的解题思路
确定待求物与量→找关系式→利用数据求算
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