以无机物制备为载体的综合实验--2024年高考化学答题技巧含答案.pdf
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1、以无机物制备为载体的综合实验以无机物制备为载体的综合实验题型特点规律:明确实验目的找出实验原理分析装置作用得出正确答案 审题、破题秘诀审信息题目中一般会告诉若干条信息,这些信息一定会应用在解题中看步骤明确实验设计中有哪些步骤判原理找出实现实验目的的原理找作用判断各个装置在实验中的作用关注量在计算时要关注题目中有哪些已知量,要计算哪些量方法支招巧审题,明确实验的目的和原理实验原理是解答实验题的核心,是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情境(或题首所给实验目的)并结合元素化合物等有关知识获取以无机物制备为载体的综合实验题是对元素及其化合物知识和化学实验仪器及操作技能的综合考查,命题形式和
2、命题角度灵活,同时也能够很好地考查学生的化学实验与探究能力,检测实验探究与创新意识学科核心素养的形成,是多年来高考命题的热点、重点和难点。考查常见仪器的正确使用、物质间的反应、物质分离、提纯的基本操作、实验方案的评价与设计、实验安全及事故处理方法等。涉及装置的选择、仪器的连接顺序、物质的纯化、尾气的处理等等。试题涉及知识面广,形式灵活多变。旨在考查考生化学实验与探究的能力及科学探究与创新意识的核心素养。以无机物制备为载体的综合实验-2024年高考化学答题技巧 想过程,理清实验操作的先后顺序 根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程,确定实验操作的方法步骤,把握各步实验操作的要点,理清实验操作的
3、先后顺序 看准图,分析各项实验装置的作用 有许多综合实验题图文结合,思考容量大。在分析解答过程中,要认真细致地分析图中所示的各项装置,并结合实验目的和原理,确定它们在该实验中的作用 说明:细分析,得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。一、物质制备题中的常考点物质制备题中的常考点 实验装置的 组合顺序 气体发生除杂干燥主体实验尾气处理 接口的连接原则 总体上遵循装置的排列顺序,但对于吸收装置应“长”进“短”出;量气装置应“短”进“长”出;洗气装置应“长”进“短”出;干燥管应“粗”进“细”出 实验操作顺序 气体发生一般按:装置选择与连接气密性检査一装固体药品加液体药品开始实验
4、(按程序)拆卸仪器其他处理等 加热操作 注意事项 主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯,其目的一是防止爆炸,如 H2还原 CuO、CO 还原 Fe2O3;二是保证产品纯度,如制 Mg3N2、CuCl2等。反应结束时,应先熄灭酒精灯,继续通原料气直到冷却为止 尾气处理 有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将其点燃,无毒气体直接排放 二、二、物质制备中常见的基本物质制备中常见的基本操作操作 如何检查沉淀 是否完全 静置后,在上层清液中继续滴加溶液,若无沉淀生成,则说明沉淀完全 如何洗涤沉淀 沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水浸没沉淀表面,待水自然流下后,重复以上操作 2 到 3 次 如何检查沉
5、淀 是否洗涤干净 取少许最后一次洗涤液于试管中,滴加溶液,振荡,若无沉淀产生,则沉淀洗涤干净 从溶液中 获得晶体方法 晶体受热不分解:蒸发结晶 晶体受热分解:蒸发浓缩,降温(冷却)结晶“浸取”提高 浸取率方法 将固体粉碎、适当升高温度、加过量的某种物质、搅拌 三、气体的制备三、气体的制备 1气体制备与性质实验装置的连接流程 2有气体参与的制备实验的注意事项(1)操作顺序问题 与气体有关的实验操作顺序:装置选择与连接气密性检查装入固体药品加液体药品按程序实验拆卸仪器(2)加热操作的要求 使用可燃性气体(如 H2、CO、CH4等)时,先用原料气赶走系统内的空气,再点燃酒精灯加热,以防止爆炸 制备一
6、些易与空气中的成分发生反应的物质(如 H2还原 CuO 的实验),反应结束时,应先熄灭酒精灯,继续通原料气至试管冷却(3)尾气处理的方法:有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将其点燃的方法,不能直接排放(4)特殊实验装置 制备在空气中易吸水、潮解以及水解的物质(如 Al2S3、AlCl3等),往往在装置的末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气的进入 用液体吸收气体,若气体溶解度较大,要加防倒吸装置 若制备物质易被空气中氧气氧化,应加排空气装置 制备的物质若为液态且易挥发时,应将收集装置置于冷水浴中(5)冷凝回流 有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流
7、装置(如长玻璃管、冷凝管等)四、物质制备中实验条件的控制物质制备中实验条件的控制 1常见实验条件的控制方法 试剂的作用、用量、状态,温度的控制,pH 的调节等,要熟练掌握有关物质的制备原理,理解实验条件控制的目的,知道常见实验条件的控制方法。控制离子的沉淀试剂温度控制离子的沉淀试剂温度pH溶剂反应物溶剂反应物操作氛围操作氛围实验条件的控制实验条件的控制作用作用某反应物过量恰好反应某反应物过量恰好反应用量用量加料方式加料方式物理过程物理过程化学过程化学过程使某(些)氢氧化物沉淀完全使某(些)氢氧化物不沉淀使某(些)氢氧化物转化为盐对溶解度的影响对挥发性的影响对收集馏分成分的影响对化学反应速率的影
8、响对水解平衡移动的影响防止副反应如反应物分解是否会引入杂质是否会污染环境是否能提高反应速率使某(些)氢氧化物沉淀完全使某(些)氢氧化物不沉淀使某(些)氢氧化物转化为盐对溶解度的影响对挥发性的影响对收集馏分成分的影响对化学反应速率的影响对水解平衡移动的影响防止副反应如反应物分解是否会引入杂质是否会污染环境是否能提高反应速率对物质溶解度的影响是否有利于沉淀析出按化学计量数反应得纯净物提高另一反应物的转化率控制滴加速度滴加顺序防止某物质被氧化对物质溶解度的影响是否有利于沉淀析出按化学计量数反应得纯净物提高另一反应物的转化率控制滴加速度滴加顺序防止某物质被氧化惰性气体惰性气体 2条件的控制 控制 pH
9、 的目的 除去加入的显酸性或显碱性的物质,防止引入杂质;选择性除去原料中的某种或全部的杂质金属离子;除去生成物中的酸性物质,防止设备腐蚀;除去废液中酸性物质、碱性物质、重金属离子,防止环境污染;提供酸性或碱性介质参加反应;与生成物反应促进平衡正向移动 控制温度的目的 实验中控制较低的温度可能是防止物质挥发或是增加物质的溶解量或是防止物质分解速率加快 控制温度不能过高,可能是防止发生副反应或从化学平衡移动原理考虑 与试剂 有关的条件控制 一是试剂的用量、浓度或滴加速度等 二是试剂的状态与固体表面积的大小 3化学实验中温度控制的方法 加热 加快化学反应速率或使化学平衡向某方向移动 降温 防止某物质
10、在高温时分解或使化学平衡向某方向移动 控制温度在一定范围 若温度过低,则反应速率(或溶解速率)较慢;若温度过高,则某物质(如 H2O2、氨水、草酸、浓硝酸、铵盐等)会分解或挥发 水浴加热 受热均匀,温度可控,且温度不超过 100 冰水浴冷却 防止某物质分解或挥发 趁热过滤 保持过滤温度,防止温度降低后某物质析出 减压蒸发 减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止某物质分解(如浓缩双氧水需减压蒸发低浓度的双氧水溶液)五、新情境下物质制备方案的设计新情境下物质制备方案的设计 物质制备实验方案的设计应遵循以下原则:条件合适,操作方便;原理正确,步骤简单;原料丰富,价格低廉;产物纯净,污染物少。整体思路 分析
11、原料成分和制备的物质之间的关系,确定除杂操作和制备反应的先后顺序 除杂设计 搞清除杂的原理,设计好除杂的先后顺序,一步或多步除去杂质 产品获取 基本要求 纯度高、产率高(一是减少产品的损失,二是防止副反应的发生)控制条件 温度(说明具体的温度或范围),pH(指明具体的 pH 或范围),反应物的浓度或用量,洗涤试剂的选择,是否要趁热过滤等 六、实验实验“十大目的十大目的”及答题方向及答题方向 加入某一物质的目的 一般可从洗涤、除杂、溶解、沉淀等方面考虑 反应前后 通入某一气体的目的 一般可从排除气体、提供反应物等方面考虑 酸(碱)浸的目的 一般可从某些元素从矿物中溶解出来方面考虑 物质洗涤(水洗
12、、有机物洗)的目的 一般可从洗去杂质离子和减少损耗方面及易干燥考虑 趁热过滤的目的 一般可从“过滤”和“趁热”两个方面考虑 控制温度的目的 一般可从反应速率、平衡移动、溶解度、稳定性、挥发、升华等方面考虑 控制 pH 的目的 一般可从酸、碱性对反应的影响方面考虑 某一实验操作的目的 一般可从除杂、检验、收集、尾气处理、防倒吸、改变反应速率、保证实验安全等方面考虑 使用某一仪器的目的 一般可从仪器的用途方面考虑,注意一些组合仪器的使用如安全瓶,量气瓶 控制加入量的目的 一般可从加入的物质与反应体系中的其他物质发生的反应方面考虑。如为了防止发生反应消耗产物或生成其他物质,从而影响产品的产率或纯度
13、1(2023浙江省 1 月选考,20)(10 分)某研究小组制备纳米 ZnO,再与金属有机框架(MOF)材料复合制备荧光材料 ZnOMOF,流程如下:4ZnSO,MOF2NaOHZn(OH)ZnOZnOMOF 滴加溶液 搅拌过滤、洗涤控温煅烧溶液纳米 已知:含锌组分间的转化关系:-Zn(OH)2是 Zn(OH)2的一种晶型,39以下稳定。请回答:(1)步骤,初始滴入 ZnSO4溶液时,体系中主要含锌组分的化学式是_。(2)下列有关说法不正确的是_。A步骤,搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高,使反应充分 B步骤,若将过量NaOH溶液滴入 ZnSO4溶液制备-Zn(OH)2,可提高 ZnSO4的利
14、用率 C步骤,为了更好地除去杂质,可用50的热水洗涤 D步骤,控温煅烧的目的是为了控制ZnO的颗粒大小(3)步骤,盛放样品的容器名称是_。(4)用 Zn(CH3COO)2和过量(NH4)2CO3反应,得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米 ZnO,沉淀无需洗涤的原因是_。(5)为测定纳米 ZnO 产品的纯度,可用已知浓度的EDTA标准溶液滴定2Zn+。从下列选项中选择合理的仪器和操作,补全如下步骤“_”上填写一件最关键仪器,“(_)”内填写一种操作,均用字母表示。_ 用_(称量 ZnO 样品xg)用烧杯(_)用_(_)用移液管(_)用滴定管(盛装EDTA标准溶液,滴定2Zn+)仪器:a.烧杯;b.托盘
15、天平;c.容量瓶;d.分析天平;e.试剂瓶 操作:f.配制一定体积的 Zn2+溶液;g.酸溶样品;h.量取一定体积的 Zn2+溶液;i.装瓶贴标签 (6)制备的 ZnOMOF 荧光材料可测 Cu2+浓度。已知 ZnOMOF 的荧光强度比值与 Cu2+在一定浓度范围内的关系如图。某研究小组取 7.510-3g 人血浆铜蓝蛋白(相对分子质量 1.5105),经预处理,将其中 Cu 元素全部转化为 Cu2+并定容至 1L。取样测得荧光强度比值为 10.2,则 1 个血浆铜蓝蛋白分子中含_个铜原子。2(2022湖南选择性考试)某实验小组以BaS溶液为原料制备 BaCl22H2O,并用重量法测定产品中B
16、aCl22H2O 的含量。设计了如下实验方案:可选用试剂:NaCl 晶体、BaS 溶液、浓 H2SO4、稀 H2SO4、CuSO4溶液、蒸馏水 步骤 1.BaCl22H2O 的制备 按如图所示装置进行实验,得到 BaCl2溶液,经一系列步骤获得 BaCl22H2O 产品。步骤 2,产品中 BaCl22H2O 的含量测定 称取产品 0.5000g,用100mL水溶解,酸化,加热至近沸;在不断搅拌下,向所得溶液逐滴加入热的 0.100 molL-1H2SO4溶液,沉淀完全后,60水浴 40 分钟,经过滤、洗涤、烘干等步骤,称量白色固体,质量为 0.4660g。回答下列问题:(1)是制取_气体的装置
17、,在试剂 a 过量并微热时,发生主要反应的化学方程式为_;(2)中 b 仪器的作用是_;中的试剂应选用_;(3)在沉淀过程中,某同学在加入一定量热的 H2SO4溶液后,认为沉淀已经完全,判断沉淀已完全的方法是_;(4)沉淀过程中需加入过量的 H2SO4溶液,原因是_;(5)在过滤操作中,下列仪器不需要用到的是_(填名称);(6)产品中 BaCl22H2O 的质量分数为_(保留三位有效数字)。3(2022重庆卷)研究小组以无水甲苯为溶剂,PCl5(易水解)和 NaN3为反应物制备米球状红磷。该红磷可提高钠离子电池的性能。(1)甲苯干燥和收集的回流装置如图 1 所示(夹持及加热装置略)。以二苯甲酮
18、为指示剂,无水时体系呈蓝色。存贮时,Na 应保存在_中。冷凝水的进口是_(填“a”或“b”)。用 Na 干燥甲苯的原理是_(用化学方程式表示)。回流过程中,除水时打开的活塞是_;体系变蓝后,改变开关状态收集甲苯。(2)纳米球状红磷的制备装置如图 2 所示(搅拌和加热装置略)。在 Ar 气保护下,反应物在 A 装置中混匀后转入 B 装置,于 280加热 12 小时,反应物完全反应。其化学反应方程式为_。用 Ar 气赶走空气的目的是_。经冷却、离心分离和洗涤得到产品,洗涤时先后使用乙醇和水,依次洗去的物质是_和_。所得纳米球状红磷的平均半径 R 与 B 装置中气体产物的压强 p 的关系如图 3 所
19、示。欲控制合成R=125nm 的红磷,气体产物的压强为_kPa,需 NaN3的物质的量为_mol(保留 3 位小数)。已知:p=an,其中 a=2.5105kPamol-1,n 为气体产物的物质的量。4(2022江苏卷,15)实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备 Cl-含量少的 Ce2(CO3)3,其部分实验过程如下:(1)“酸浸”时 CeO2与 H2O2反应生成 Ce3+并放出 O2,该反应的离子方程式为_。(2)pH 约为 7 的 CeCl3溶液与 NH4HCO3溶液反应可生成 Ce2(CO3)3沉淀,该沉淀中-Cl含量与加料方式有关。得到含 Cl-量较少的 Ce2(CO3)3的加料
20、方式为_(填序号)。A将 NH4HCO3溶液滴加到 CeCl3溶液中 B将 CeCl3溶液滴加到 NH4HCO3溶液中(3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程,可制备-Cl含量少的 Ce2(CO3)3。已知 Ce3+能被有机萃取剂(简称 HA)萃取,其萃取原理可表示为 Ce3+(水层)+3HA(有机层)Ce(A)3(有机层)+3H+(水层)加氨水“中和”去除过量盐酸,使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是_。反萃取的目的是将有机层 Ce3+转移到水层。使 Ce3+尽可能多地发生上述转移,应选择的实验条件或采取的实验操作有_(填两项)。与“反萃取”得到的水溶液比较,过滤 Ce2(CO3)3溶液的滤
21、液中,物质的量减小的离子有_(填化学式)。(4)实验中需要测定溶液中 Ce3+的含量。已知水溶液中4+Ce可用准确浓度的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定。以苯代邻氨基苯甲酸为指示剂,滴定终点时溶液由紫红色变为亮黄色,滴定反应为2+4+3+3+Fe+Ce=Fe+Ce。请补充完整实验方案:准确量取 25.00mL Ce3+溶液c(Ce3+)约为 0.2 molL-1,加氧化剂将3+Ce完全氧化并去除多余氧化剂后,用稀硫酸酸化,将溶液完全转移到250mL容量瓶中后定容;按规定操作分别将 0.02000 molL-1(NH4)2Fe(SO4)2和待测4+Ce溶液装入如图所示的滴定管中:_。1(20
22、24辽宁省锦州市高三期末考试节选)硫脲CS(NH2)2可用于制造药物,也可用作橡胶的硫化促进剂以及金属矿物的浮选剂。硫脲是一种白色晶体,熔点 180,易溶于水和乙醇,高温时部分发生异构化反应而生成硫氰化铵。化学小组在实验室制备硫脲并对其在产品中的含量进行测定,相关实验如下。回答下列问题:I硫脲的制备 已知:将氰氨化钙(CaCN2)和水的混合物加热至 80时,通入硫化氢气体反应可生成硫脲溶液和石灰乳,实验装置如图所示(加热装置已省略)。(1)M 的名称为 。(2)装置 B 中的试剂 X 和试剂 Y 的最佳组合是 (填序号)。AFeS 固体和浓硫酸 BFeS 固体和稀硝酸 CFeS 固体和稀盐酸(
23、3)按气流从左到右的方向,装置的合理连接顺序为 c (填仪器接口的小写字母)。(4)装置 A 中饱和 NaHS 溶液的作用是 。(5)装置 C 中反应温度控制在 80,温度不宜过高也不宜过低的原因是 ,装置 C 中反应的化学方程式为 。2葡萄糖酸亚铁(C6H11O7)2Fe 是常用的补铁剂,易溶于水。用如图装置制备 FeCO3,提取出的 FeCO3与葡萄糖酸反应可得葡萄糖酸亚铁。请回答下列问题:(1)装置 c 的名称为 (2)打开 K1、K3,关闭 K2,开始反应。一段时间后关闭 K3,打开 K2。在装置 c 中制得碳酸亚铁。实验过程中产生的 H2作用有_(3)将制得的碳酸亚铁浊液过滤、洗涤。
24、如过滤时间过长会发现产品部分变为红褐色,用化学方程式说明其原因:_(4)将 葡 萄 糖 酸 与 碳 酸 亚 铁 混 合,加 入 乙 醇、过 滤、洗 涤、干 燥。加 入 乙 醇 的 目 的 是_(5)用 NaHCO3溶液代替 Na2CO3溶液制备碳酸亚铁,同时有气体产生,该反应的离子方程式为_,此法产品纯度更高,原因是_ 3四氯化锡常温下呈液态,熔点为33,沸点为 144,在潮湿的空气中能强烈水解生成金属氧化物并产生有刺激性的白色烟雾,可用作媒染剂、催化剂等。实验室利用如图所示装置制备四氯化锡(夹持装置略)回答下列问题:(1)甲装置中发生反应的离子方程式为_,仪器 B 的名称是_(2)按照气流方
25、向连接装置,接口顺序为_(3)实验开始时需向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸,此时应打开仪器 A 的活塞_(填“K1”“K2”或“K1和 K2”)。排 尽 装 置 中 的 空 气 后 才 能 点 燃 乙 处 的 酒 精 灯,判 断 装 置 中 空 气 已 排 尽 的 现 象 是_。实验结束时,应先停止加热的装置是_(填“甲”或“乙”)(4)丙装置的作用是_,若没有丙装置,可能发生的化学反应方程式为_(5)实验制得 30 g 溶有氯气的 SnCl4,其中氯气质量分数为 13.0%,则至少需向乙装置中通入标准状况的氯气_L(保留 2 位小数)。提纯该 SnCl4的方法是_(填字母)a用 NaOH 溶液洗涤
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