2021届高考化学考点突破:综合实验设计与评价(解析版).pdf
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1、综合实验设计与评价1.(2 0 2 1届-南昌市江西师大附中高三月考)C I O?又称百毒净,可用于水的净化和纸张.纺织品的漂白。用如下图所示装置(夹持装置和加热装置省略)制 备C I O 2并探究C I O 2的某些性质。已知:高氯酸:沸 点9 0 C,浓度低于6 0%比较稳定,浓度高6 0%遇含碳化合物易爆炸;橡胶为有机物。析出N a C l O*j O 分解为NaCl和NaC。;析出 Nad。?38 60 温度 TC回答下列问题:(1)仪 器a的名称为 o实验开始前,胶塞及导管接口必须包锡箔纸,其原因是。(2)完成并配平装置A制 备C I O Z同时生成高氯酸的化学方程式:3 N a C
2、 1 03+3 H 2 s O K浓)=H C 1 04+2 C 1 021 +口+H20(3)关闭止水夹,打开止水夹,通空气一段时间,装置C中生成N a C l O z,若关闭止水夹,打开止水夹,B中可观察到的现象为 O(4)从装置C 反应后的溶液中获得N a C l O z 晶体,需控温在范围内进行减压蒸发结晶,采用减压蒸发的原因是_O【答案】(1)三颈烧瓶或三颈瓶 橡胶是含碳化合物,若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管易发生爆炸(2)3 N a C 1 03+3 H 2 s 0 式 浓)=H C 1 04+2 C 1 02t +3 N a H S 04+H20(3)红色布条褪色(4)3 8
3、 6 0 减压可降低沸点,较低温度下蒸发,避免晶体高温分解【解析】在装置A中,N a C l O s 与浓H 2 s O,反应生成H C 1 0 4、4 0、N a H S C h及 C I O?气体,若将生成的C I O?气体通入红布条中,能使红布条褪色,若将生成的C I O?气体通入C中,二氧化氯与双氧水在碱性条件下生成N a C l O z、氧气和水,其离子反应方程式为:C 1 0 2+2 0 E+H 2()2=2 C 1 0 7+2 H 2 0+0 2,由饱和N a C l O z 溶液随温度变化情况知,从装置C 反应后的溶液中获得N a C l O z 晶体,需控温在3 8 4 0,
4、并选择在较低温度下蒸发获得晶体,避免晶体高温分解。(1)由图知仪器 a 为三颈烧瓶(三颈瓶或三口烧瓶),由于橡胶是含碳化合物,若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管易发生爆炸,故实验开始前,胶塞及导管接口必须包锡箔纸;(2)N a C l O s 中氯元素化合价从+5 降低到+4 价,N a C 1 03中氯元素化合价也从+5 升高到+7 价,3 N a C 1 03 HC 1 0?2 C 1 02,可知氯元素质量守恒、得失电子数也守恒,故所缺产物是不含氯元素的、按守恒规律知,所缺的产物为N a HS O”则完整的化学方程式:3 N a C 1 03+3 H2 s 0 式浓)=HC 1 O4+2
5、c1 0 2 t +3 N a HS 04+H20;(3)C中二氧化氯与双氧水在碱性条件下生成N a C l O z、氧气和水,其离子反应方程式为C 1 0 2+2 0 H-+H2()2=2 C 1 0 2-+2 H2 0+0 2 ,由于C IO 2 具有强氧化性,故 B中红色布条褪色;(4)由饱和N a C l O z 溶液随温度变化情况知,从装置C 反应后的溶液中获得N a C l O z 晶体,需控温在3 8 飞0,又由于减压可降低沸点,较低温度下蒸发,避免晶体高温分解,故采用减压蒸储。2.(2 0 2 1 届厦门实验中学高三月考)焦亚硫酸钠(N a 2 s 2 O 5)是一种食品添加剂
6、,实验室用如图所示装置制备N a 2 s 2 O 5 ,实验步骤如下:I)(1)原料气(S O J的制备装置A中盛装药品之前需要进行的操作是装 置 B的作用之一是观察S O?的生成速率,其中的试剂最好选用_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(填字母)。A.蒸储水 B.饱和N a 2 s 溶液 C.饱和N a HS O3溶液D.饱 和 N a HC O s 溶液D中盛放溶液的溶质的化学名称是(2)焦亚硫酸钠(N a 2 s 2 O 5)的制备S a:(:O,l f e和溶液lH=4.iN a 2 s 2 O 5 溶于水且与水能反应,所得溶液显酸性,其原因是,步骤H I 中测定溶液的
7、p H 的方法是;p H 4.1时,则产品中会有副产物,其化学式是 o结晶脱水生成产品的化学方程式为(3)产品含量的测定测定产品中焦亚硫酸钠的质量分数,已知S 2(V-+2 L +3H20=2 S 042+4 1 +6 H+;2 S2032-+I2=S4062+2 ro 请补充实验步骤(可提供的试剂有焦亚硫酸钠样品、标准碘溶液、淀粉溶液、酚献溶液、标准N a 2 s 2 O 3 溶液及蒸储水)。精确称量0.2 0 0 0 g焦亚硫酸钠样品放入碘量瓶(带磨口塞的锥形瓶)中;准确移取匕m L 的过量的C i m o l L1的标准碘溶液(过量)并记录数据,在暗处放置5 m i n,然后加入5 m
8、L 冰醋酸及适量蒸储水;加入淀粉溶液,用 加。1厂标准N a 2 s 2 O 3 溶液滴定至溶液_,读数;重复步骤;根据相关记录数据计算出平均值:标准N a 2 s 2 O 3溶液为V2 m L o 产 品 中 焦 亚 硫 酸 钠 的 质 量 分 数 为(用含有G、。2、匕、上的式子表示)。【答案】(D 检查装置气密性 C 氢氧化钠(2)N a 2 s 2 O 5 与水反应生成N a H S 03,N a H S O s 在水中电离程度大于水解程度,使溶液显酸性 用 p H 计测定 N a zS O s2 N a H S O3=N a2S2O5+H20(3)由蓝色恰好变为无色,且半分钟内不变色
9、 4 7.5(C 1V-y c2 V2)%【解析】(1)加入药品前应先检查装置的气密性;装置B的作用之一是观察S O?的生成速率,所选试剂应不与S O?反应,且 S O?在其中的溶解度较小,二氧化硫易溶于水,能与亚硫酸钠溶液和碳酸氢钠溶液反应,二氧化硫不与亚硫酸氢钠反应,且不溶于亚硫酸氢钠,则最好选用饱和NaHSOs溶液;二氧化硫有毒,直接排空会污染环境,装置D中盛有的氢氧化钠溶液可以吸收二氧化硫,防止污染环境;(2)Na2s2O5与水反应生成NaHSOs,NaHSOs在水中电离程度大于水解程度,所以会使溶液显酸性;步骤H I中测定溶液PH值精确度为0.1,不能选用pH试纸,应选用pH计测定;
10、在N a2c溶液中通入SO2至pH为4.1时,反应生成NaHSOs溶液,若pH4.1时,溶液中会出现亚硫酸钠,即产品中会有副产物N a 2 s结晶脱水时,饱和亚硫酸氢钠生成焦亚硫酸钠和水,反应的化学方程式为2NaHSO3=Na2S2O5+H20;(3)根据氧化还原滴定的原理,在Na2s2O5溶液中加入过量的标准碘溶液,使Na2s2O5被充分氧化,剩余的标准碘溶液再用标准Na2s2O3溶液滴定,根据加入的碘的总量和与Na2s2O3溶液反应的碘的量可以求得与Na2s2O5反应的碘的量,进而确定Na2s2O5的量,则加入淀粉溶液,用以1011/标准Na2s2O3溶液滴定至溶液由蓝色恰好变为无色,说明
11、到滴定终点;由题意可知与硫代硫酸钠溶液反应消耗碘的物质的量为;X c 2%X 10%ol,则与焦亚硫酸钠反应耗碘的物质的量为(弓匕-X lc r/o L由方程式可知焦亚硫酸钠的物质的量为;X(C1K-|c2)X10-*3m o l,产品中焦亚硫酸钠的质量分数为*ioo%=47.5(g Q4%。0.2g 23.(2021届江苏高三月考)草酸合铁(I I I)酸钾晶体,即K3Fe(C204)31 3H20,是制备某些铁触媒的主要原料。该配合物易溶于水,难溶于乙醇,对光敏感,光照下即发生分解。可用如下流程来制 备。根据题意完成下列各题:1 mol-L-1 H2sO4 溶液 H2cA K2C2O4 乂
12、。MQAJ I,J:绿砒f|溶解H FeC2(V 2乩0 黄色沉淀 卜|氧化|f K3Fe(C2O4)33H2O(1)“溶 解”时加入硫酸的目的是(2)流 程 的“氧 化”这一步,是依次加入一定量的饱和K 2 c2。4溶液、H2 c2。4溶 液、3%上。2溶 液,不断搅拌溶液并维持在4 0 左 右。充分反应后,沉淀溶解,溶 液 的p H保 持 在4 5,此时溶液呈翠绿色,趁热将溶液过滤到烧杯中,(补充必要的步骤),得 草 酸 合 铁O H)酸钾晶体。(3)写 出 在“氧 化”这一步中,使沉淀溶解生成翠绿色溶液的离子方程式:o(4)草 酸 合 铁(ID)酸钾晶体光照下立即发生分解生成两种草酸盐、
13、CO?等,写出该反应的化学方程式:(5)某学生想测定草酸合铁(HI)酸 钾 晶 体 KFe CO D/d i20 的组成,查阅资料,发 现 该 晶 体 加 热 到1 1 0 时仅完全失去结晶水。在实验室通过下列方法完成了该过程。具体如下:步 骤1:准确称取两份质量均为0.4 9 1 0 g的草酸合铁o n)酸钾样 品。步骤2:一份在用氛围下保持1 1 0 加热至恒重,称得残留固体质量为0 4 3 7 0 g o步骤3:另一份完全溶于水后,让其通过装有某阴离子交换树脂的交换柱 发生反应:a R Cl+Fe(C204)J=RaFe(C204)J+aCY,用蒸储水冲洗交换柱,收集交换出的C,以W C
14、rO,为指示剂,用 0.1 5 0 0m o l L-1的A g N O s 溶液滴定至终点,消耗A g N O s 溶液2 0.0 0 m L o若步骤3中未用蒸镭水冲洗交换柱,则测得的样品中1的物质的量(填“偏大”“偏小”或“不变”)。通过计算确定草酸合铁(m)酸钾样品的化学式:(写出计算过程)。【答案】(D 抑制F e?电 的水解(2)降温结晶,过滤,乙醇洗涤干燥(或等滤液降温后加入适量的乙醇,析出晶体,过滤,乙醇洗涤,干燥)(3)2F e C204 2H20+H202+H2C204+3C20 42=2 F e (C204)33-+6 H20(4)2K3F e (C204)3 3H20
15、f f l 3K2C20 4+2F e C204+2C 02 t +6 H20(5)偏小 K3F e(C204)3 3H20【解析】由流程可知,绿研用稀硫酸溶解,目的是抑制F e”水解,加入的草酸与硫酸亚铁反应生成草酸亚铁沉淀,用过氧化氢将草酸亚铁晶体氧化为k3F e(C204)3,一定条件下结晶得到草酸合铁(I I I)酸钾晶体。(1)H2sO4溶液不能与绿矶反应,用硫酸溶解的目的是抑制Fe2+水解;(2)趁热将溶液过滤到烧杯中,再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥等操作得草酸合铁(DI)酸钾晶体;(3)过氧化氢将Fe(C204)*2H20氧化为K3Fe(C204)3,同时过氧化氢
16、被还原为水,反应离子方程式为:2FeC204 2H20+H202+H2C204+3C2042=2 Fe(C204)33-+6H20;(4)草酸合铁(W)酸钾晶体光照下立即发生分解生成两种草酸盐、CO2等,两种草酸盐为草酸钾、草酸铁,反应方程式为:2K3Fe(C204)3 3H20ffl3K2C204+2FeC204+2C02 t+6H20;(5)由电荷守恒可知:n(K+)=n(C r),未用蒸储水冲洗交换柱,收集交换出的C物质的量偏少,则测得的样品中I的物质的量偏小;/7(H2O)=(O.4910-0.4370)g4-18 g mo3X mol,/7(Cr)=/7(Ag+)=O.1500 mo
17、l H X 20.00X I。-L=3X10-3 mol;根据离子交换柱中发生的反应:aRCl+Fe(C204)6=RaFe(C204)J +aC,可得样品中 z?(K+)=/?(Cr)=3XIO-3mol,n Fe(C204)Jmol。a110 残留固体是晶体失去结晶水后的产物即K+和FeC O D/b的总质量,为 3X10-3 molX 39 g-molX(56+886)ag-mol O.4370 g;KaFe(C2O4)J中根据电荷守恒关系可得:/3=26,得炉3,b=3;/7Fe(C204)33=lX10-3mol,/?(K+):/2Fe(C204)33-:/7(H20)=3:1:3,
18、则样品的化学式为F e C O j3H201,4.(2021届荆门市龙泉中学高三期中)I.由四种常见元素组成的化合物X,按如下流程进行实验。气体C能使带火星木条复燃,溶液B和溶液E的焰色反应为黄色,固体A和D组成元素相同,X可由蓝色溶液F与过量的浓的强碱性溶液B反应获得。请回答:(D X的化学式_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)写出F+B-X反应的离子方程式:(3)黑色固体A可在高温下与氨气作用生成红色固体D,同时生成一种单质,写出该反应的方程式:I I.已知C uC l晶体呈白色,熔点为430,沸点为1 49 0 C,见光分解,露置于潮湿空气中易被氧化,
19、溶于水、稀盐酸、乙醇,易溶于浓盐酸生成H3CUC 14,反应的化学方程式为:C u C l (白色,s)+3 HC 1(a q)=H3 C u C L(黄色,a q)。实验室用下图所示装置制取C u C l,反应原理为:2C u2+S 02+8 C r+2H20=2 CUC 143+S 042+4 H+;C u C l?(a q)C u C l (s)+3 C r(a q),搅拌器反应结束后,取出三颈烧瓶中的混合物进行一系列操作可得到C u C l 晶体。(4)反应过程中要通入过量S O 2的原因是:(5)欲提纯某混有铜粉的C u C l 晶体,请简述实验方案:【答案】(l)N a2 C u(
20、O H)4 CU2+4 0F=CU(O H)J2-(3)6 CU0+2N H3A 3 CU20+N2+3 H20(4)将 C u C b 完全转化为C u C l,并防止生成的C u C l 被氧化(5)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【解析】I.气体C能使带火星木条复燃,则 C 为且n(02)=0.112L 4-22.4 L/m o l=0.005 m o l,红色固体 D 与稀硫酸、过氧化氢反应得到蓝色溶液,D 和黑色固体A的组成元素相同,则 A为 C u O、D 为 C u20,F 为 C u S 04,固体A分解发生反应:4 CU0A 2CU20+02 t ,
21、可知 n(C u 0)=0.02m o l。溶液B 和溶液E 的焰色反应为黄色,说明含有钠元素,碱性溶液B与 0.100m o l/L 4 00m L 盐酸反应,B 为 N a O H水溶液,n(N a O H)=O.04 m o l,X 可由蓝色溶液F 与过量的浓的B 溶液反应获得,且满足 n(C u):n(N a)=l:2,故 X 为 N a z l C u S H)。(1)由上述分析可知,X的化学式为N a z I C u S H)/;(2)X 可由蓝色溶液F 与过量的浓的强碱性溶液B 反应获得,该反应的离子方程式为CU2+4 0H=CU(O H)J2-;(3)C u O 与氨气在高温下
22、反应生成C u20氮气和水,反应方程式为6 CUO+2N H3 23 CU2O+N 2+3 H2();I I.(4)由反应原理可知,S O?将 C u C b 完全转化为C u C l,C u C l 露置于潮湿空气中易被氧化,而 S O?具有还原性,可以防止生成的C u C l 被氧化,即答案为:将 C u C b 完全转化为C u C L 并防止生成的C u C l 被氧化;(5)由题目信息可知,C u C l 可以溶于浓盐酸,而 C u 不与盐酸反应,且溶液中存在平衡 C u C L (a q)=C u C l(s)+3 C(a q),稀释会析出 C u C l 晶体,所以提纯某混有铜粉
23、的C u C l 晶体实验方案为: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。5.(2021届辽源市第五中学校高三期中)实验小组制备高铁酸钾K F e O D 并探究其性质。资料:Fe o 为紫色固体,微溶于K O H 溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生在碱性溶液中较稳定。I.制备“F e Ch (夹持装置略)(D A 为氯气发生装置。A中化学反应的还原剂是(2)装置B的作用是除杂,所用试剂为 o(3)C 中得到紫色固体和溶液。C 中主要反应的化学方程式为:,此反应表明:氧化性CL F e Ch(填“或“(4)ci2+2 o i r=cr+ci o+H2o(5)洗去
24、固体表面附着的CI O,排除C1 0-干扰(6)二者酸碱性环境不同【解析】由实验装置图可知,装 置A中浓盐酸与高锦酸钾固体反应制备氯气,因浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢气体,将混合气体通入盛有饱和食盐水的装置B中除去氯化氢气体,将氯气通入装置C中,在碱性条件下,氯气与氢氧化铁反应制得高铁酸钾,装 置D中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收有毒的氯气,防止污染环境。(1)装置A为氯气发生装置,高镒酸钾和浓盐酸反应制取氯气,高镒酸钾具有强氧化性,反应中被还原为向2+,是反应的氧化剂,氯化氢具有还原性,反应中被氧化生成氯气,是反应的还原剂;(2)浓盐酸具有挥发性,装 置A制得的氯气中混有氯化氢气体,
25、为防止氯化氢干扰反应的进行,应将混合气体通入饱和食盐水中除去氯气,则装置B中盛有的试剂为饱和食盐水;(3)在碱性条件下,氯气与氢氧化铁反应生成高铁酸钾、氯化钾和水,反应的化学方程式为3 c1 2 +2 F e(0 H)3+1 0 K 0 H=2 K2F e 04+6 K C1+8 H20,由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知,氯气的氧化性强于高铁酸钾;(4)由实验装置图可知,装 置C中氢氧化钾溶液过量,过量的氢氧化钾溶液与氯气反应生成氯化钾、次氯酸钾和水,反应的离子方程式为C1 2+2 0 H-=C+Cl(y+H 2 0;(5)实验制得的高铁酸钾固体表面附有次氯酸钾,酸性条件下,次氯酸钾与盐酸反应
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