2025届高三化学二轮复习 主观题突破 实验方案的设计与评价

主观题突破 实验方案的设计与评价 课堂核心考点 考点1涉及无机物制备的综合实验探究题 例1 (2024·广东东莞中学、广州二中等六校第五次联考)铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])是一种氰配合物,易溶于水,可检验Fe2+。某研究性学习小组拟制备铁氰化钾并探究其性质。 (1)制备铁氰化钾。用Cl2氧化K4[Fe(CN)6]制备K3[Fe(CN)6],装置如图所示。 ①装置A中Cu电极上的电极反应为　　　　　　。实验测得石墨电极上生成Cl2的体积小于Cu电极上生成气体的体积,其原因可能是　  　。  ②装置B中发生反应的化学反应方程式为 　 。  (2)探究铁氰化钾的性质。查阅资料,提出猜想: 猜想1:K3[Fe(CN)6]具有氧化性; 猜想2:K3[Fe(CN)6]溶液中存在化学平衡[Fe(CN)6]3-Fe3++6CN-。 设计如下实验展开探究(本实验所用蒸馏水均已除氧:已知I2+I-)。 实验 实验操作 实验现象 Ⅰ 向2 mL饱和KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,振荡,再滴加几滴淀粉溶液 无明显现象 Ⅱ 向2 mL 0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中滴加5~6滴饱和KI溶液,振荡,再滴加几滴淀粉溶液 溶液变成蓝色 Ⅲ 向0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中滴入几滴KSCN溶液,再向溶液中加入少量浓盐酸 滴入KSCN溶液,无明显现象,加入盐酸后,溶液变红 Ⅳ 向浓度均为0.1 mol·L-1的FeCl3、K3[Fe(CN)6]的混合溶液中放入一根无锈铁丝 t1 min后产生蓝色沉淀 Ⅴ 向0.2 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中放入一根无锈铁丝(与实验Ⅳ铁丝相同) t2 min后产生蓝色沉淀 ①铁氰化钾晶体中各种微粒间的相互作用不包括　　　　(填编号)。  a.离子键　b.共价键　c.配位键　d.金属键　e.π键　f.范德华力 ②实验Ⅱ可以证明猜想1成立。实验Ⅰ中滴加淀粉溶液后不变蓝的原因可能是  　。  ③利用平衡移动原理解释实验Ⅲ中加入浓盐酸后溶液变为红色的原因:  　。  ④由实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的信息,小组同学认为猜想2成立。实验Ⅳ、Ⅴ中判断猜想2成立的依据是　 。  (3)铁氰化钾可用于测定硫酸钴晶体 (CoSO4·7H2O)中的钴含量。取m g硫酸钴晶体样品,加水配成200 mL溶液,取20 mL待测液置于锥形瓶中,加入V1 mL c mol·L-1铁氰化钾标准液,将Co(Ⅱ)氧化为Co(Ⅲ),充分反应后,用质量浓度为ρ g·L-1的Co(Ⅱ)标准液滴定剩余的铁氰化钾,消耗Co(Ⅱ)标准液V2 mL。反应的方程式为Co2++[Fe(CN)6]3-Co3++[Fe(CN)6]4-。样品中钴的含量w=　　　(以钴的质量分数w计)。  (4)铁盐或亚铁盐应用广泛,写出其中一种的化学式并写出该盐的一种用途:  　。  [变式演练1] (2024·辽宁沈阳一模)LiAlH4是一种优质还原剂,是运载火箭的固体燃料。某实验小组采用“循环利用氯化锂法”制备LiAlH4,实验步骤如下: ①制备LiH:氯化锂、钠、氢气在500~600 ℃下反应得到混合物; ②制备LiAlH4:将LiH溶于乙醚后与无水氯化铝反应。 制备LiH的实验装置如下: 回答下列问题: (1)实验开始,检验装置气密性,添加药品完毕,加热D装置前应进行的操作是  　。  (2)B装置中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　,E装置的作用是　  　。  (3)制备LiAlH4的化学方程式为  　。  (4)采用该方法制备LiAlH4的突出优点是 　。  (5)LiAlH4的还原能力比LiBH4更强大,原因是 　。  考点2涉及有机化合物制备的综合实验探究题 例2 (2024·全国新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下: 实验装置如图所示,将100 mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。 待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。 回答下列问题: (1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为　　　　　　　(填名称)。  (2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是　　　　　　　;仪器②的名称是　　　　　　　。  (3)“搅拌”的作用是　。  (4)“加热”方式为　　　　　　　。  (5)使用的“脱色剂”是　　　　。  (6)“趁热过滤”的目的是　　　　　　　　　　　　　　;用　　　　　　　　　　　　洗涤白色固体。  (7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是　　　　　　　　　。  [变式演练2] (2023·辽宁卷)2-噻吩乙醇(Mr=128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体,其制备方法如下: Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠,加热至钠熔化后,盖紧塞子,振荡至大量微小钠珠出现。 Ⅱ.制噻吩钠。降温至10 ℃,加入25 mL噻吩,反应至钠砂消失。 Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至-10 ℃,加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液,反应30 min。 Ⅳ.水解。恢复室温,加入70 mL水,搅拌30 min;加盐酸调pH至4~6,继续反应2 h,分液;用水洗涤有机相,二次分液。 Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4,静置,过滤,对滤液进行蒸馏,蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后,得到产品17.92 g。 回答下列问题: (1)步骤Ⅰ中液体A可以选择　　　　。  a.乙醇　　b.水　　c.甲苯　　d.液氨 (2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是  　。  (3)步骤Ⅱ的化学方程式为　 。  (4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法是  　。  (5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是  　。  (6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是　　　　　　　　　　(填名称);无水MgSO4的作用为　 。  (7)产品的产率为　　　(用Na计算,精确至0.1%)。  考点3反应原理及物质组成、性质探究题 例3 (2024·湖北卷)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质,室温下进行了实验Ⅰ~Ⅳ。 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ 无明显变化 溶液变为红色,伴有气泡产生 溶液变为墨绿色,并持续产生能使带火星木条复燃的气体 已知:[Co(H2O)6]2+为粉红色、[Co(H2O)6]3+为蓝色、[Co(CO3)2]2-为红色、[Co(CO3)3]3-为墨绿色。回答下列问题。 (1)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到下列仪器中的　　　　　　(填字母)。  (2)实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+　　　　(填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HC大大过量的原因是　  实验Ⅲ初步表明[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解,写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式:　 、  (3)实验Ⅰ表明,反应2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行,利用化学平衡移动原理,分析Co3+、Co2+分别与C配位后,正向反应能够进行的原因:  　。  实验Ⅳ: (4)实验Ⅳ中,A溶液到B溶液变为蓝色,并产生气体;B溶液到C溶液变为粉红色,并产生气体。从A溶液到C溶液所产生的气体的分子式分别为　　　　　　　、　 。  [变式演练3] (2023·北京卷节选)资料显示,I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。 已知:I2易溶于KI溶液,发生反应I2+I-(红棕色);I2和氧化性几乎相同。 将等体积的KI溶液加入m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中,振荡。 实验记录如下: 序号 实验现象 实验Ⅰ 0.01 极少量I2溶解,溶液为淡红色;充分反应后,红色的铜粉转化为白色沉淀,溶液仍为淡红色 实验Ⅱ 0.1 部分I2溶解,溶液为红棕色;充分反应后,红色的铜粉转化为白色沉淀,溶液仍为红棕色 实验Ⅲ 4 I2完全溶解,溶液为深红棕色;充分反应后,红色的铜粉完全溶解,溶液为深红棕色 (1)初始阶段,Cu被氧化的反应速率:实验Ⅰ　　　(填“>”“<”或“=”)实验Ⅱ。  (2)实验Ⅲ所得溶液中,被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2+(蓝色)或[CuI2]-(无色),进行以下实验探究: 步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液,加入CCl4,多次萃取、分液。 步骤b.取分液后的无色水溶液,滴入浓氨水,溶液颜色变浅蓝色,并逐渐变深。 ⅰ.步骤a的目的是　。  ⅱ.查阅资料,2Cu2++4I-2CuI↓+I2,[Cu(NH3)2]+(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化:　。  (3)结合实验Ⅲ,推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能 是CuI,实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体,洗涤后得到白色沉淀,加入浓KI溶液,　　　　　　　　(填实验现象),观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是　  　。  课后分层练 1.(2024·河北卷)市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。 回答下列问题: (1)装置如图(夹持装置等略),将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中,水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为　　　　　　;CaBr2溶液的作用为　 ;  D中发生的主要反应的化学方程式为  　。  (2)将D中溶液转移至　　　　　(填仪器名称)中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为　  　。  (3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓硫酸,水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏,得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。  (4)为保证溴的纯度,步骤(3)中K2Cr2O7固体的用量按理论所需量的计算,若固体R质量为m克(以KBr计),则需称取　　　　　　　　 g K2Cr2O7(M=294 g·mol-1)(用含m的代数式表示)。  (5)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用　　　　　　　　　　　　　　,滤液沿烧杯壁流下。  2.(2024·广东汕头一模)Ⅰ.Na2S又称臭碱、硫化碱,实验室拟用以下方案研究Na2S的性质。 (1)用离子方程式说明Na2S溶液呈碱性的原因:  　 。  (2)向5 mL 0.1 mol·L-1的酸性KMnO4溶液(pH=0)中滴加10滴同浓度的Na2S溶液,观察到溶液紫色变浅(pH>1),生成棕褐色沉淀(MnO2),说明S2-具有还原性。有同学预测该反应中S2-转化为S,该预测　　　(填“正确”或“不正确”),原因是  　。  Ⅱ.探究向Na2S溶液中滴加FeCl3溶液的反应本质。 反应原理预测:发生氧化还原反应或发生互相促进的水解反应。 已知:单质硫在酒精中的溶解度随乙醇质量分数的增大而增大。 Ksp(FeS)=6.3×10-25 Ksp(Fe2S3)=1.0×10-88 Ksp[Fe(OH)3]=1.1×10-36 (3)根据试管a中的“局部产生红褐色沉淀”现象,推测Fe3+与S2-局部发生强烈互相促进的水解反应,生成Fe(OH)3和　　　　　　　　(填化学式)。  (4)推测c中的沉淀为Fe2S3,根据b到c的实验现象,推测红褐色消失发生反应的离子方程式为  　 。  (5)取c中黑色固体,洗净后分别置于两支试管ⅰ、ⅱ中进行如下实验: 序号 实验步骤 现象 ⅰ 加入过量稀盐酸,充分振荡 黑色沉淀完全溶解,溶液出现淡黄色浑浊,放出少量臭鸡蛋味气体 ⅱ 向试管中加入　　　　　　　　　　,振荡、静置,取上层清液少许加入蒸馏水中  未见淡黄色浑浊出现 试管ⅰ中涉及的化学反应方程式为  　,  试管ⅱ中加入的试剂为　　　　　　　　,结合试管ⅰ、ⅱ现象,推测黑色固体中　　　　　　　　(填“含有”或“不含有”)FeS,原因是　  　。  学科网（北京）股份有限公司 $$ 主观题突破 实验方案的设计与评价 课堂核心考点 考点1涉及无机物制备的综合实验探究题 例1 (2024·广东东莞中学、广州二中等六校第五次联考)铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])是一种氰配合物,易溶于水,可检验Fe2+。某研究性学习小组拟制备铁氰化钾并探究其性质。 (1)制备铁氰化钾。用Cl2氧化K4[Fe(CN)6]制备K3[Fe(CN)6],装置如图所示。 ①装置A中Cu电极上的电极反应为　　　　　　。实验测得石墨电极上生成Cl2的体积小于Cu电极上生成气体的体积,其原因可能是　  　。  ②装置B中发生反应的化学反应方程式为 　 。  (2)探究铁氰化钾的性质。查阅资料,提出猜想: 猜想1:K3[Fe(CN)6]具有氧化性; 猜想2:K3[Fe(CN)6]溶液中存在化学平衡[Fe(CN)6]3-Fe3++6CN-。 设计如下实验展开探究(本实验所用蒸馏水均已除氧:已知I2+I-)。 实验 实验操作 实验现象 Ⅰ 向2 mL饱和KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,振荡,再滴加几滴淀粉溶液 无明显现象 Ⅱ 向2 mL 0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中滴加5~6滴饱和KI溶液,振荡,再滴加几滴淀粉溶液 溶液变成蓝色 Ⅲ 向0.1 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中滴入几滴KSCN溶液,再向溶液中加入少量浓盐酸 滴入KSCN溶液,无明显现象,加入盐酸后,溶液变红 Ⅳ 向浓度均为0.1 mol·L-1的FeCl3、K3[Fe(CN)6]的混合溶液中放入一根无锈铁丝 t1 min后产生蓝色沉淀 Ⅴ 向0.2 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中放入一根无锈铁丝(与实验Ⅳ铁丝相同) t2 min后产生蓝色沉淀 ①铁氰化钾晶体中各种微粒间的相互作用不包括　　　　(填编号)。  a.离子键　b.共价键　c.配位键　d.金属键　e.π键　f.范德华力 ②实验Ⅱ可以证明猜想1成立。实验Ⅰ中滴加淀粉溶液后不变蓝的原因可能是  　。  ③利用平衡移动原理解释实验Ⅲ中加入浓盐酸后溶液变为红色的原因:  　。  ④由实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的信息,小组同学认为猜想2成立。实验Ⅳ、Ⅴ中判断猜想2成立的依据是　 。  (3)铁氰化钾可用于测定硫酸钴晶体 (CoSO4·7H2O)中的钴含量。取m g硫酸钴晶体样品,加水配成200 mL溶液,取20 mL待测液置于锥形瓶中,加入V1 mL c mol·L-1铁氰化钾标准液,将Co(Ⅱ)氧化为Co(Ⅲ),充分反应后,用质量浓度为ρ g·L-1的Co(Ⅱ)标准液滴定剩余的铁氰化钾,消耗Co(Ⅱ)标准液V2 mL。反应的方程式为Co2++[Fe(CN)6]3-Co3++[Fe(CN)6]4-。样品中钴的含量w=　　　(以钴的质量分数w计)。  (4)铁盐或亚铁盐应用广泛,写出其中一种的化学式并写出该盐的一种用途:  　。  答案(1)①2H2O+2e-H2↑+2OH-　Cl2在水中的溶解度大于H2(或Cl2与电解产物NaOH反应,或电解一段时间Cl-浓度下降,OH-浓度增加,转移相同电子数时,OH-放电且其产生氧气少于氯气)　②Cl2+2K4[Fe(CN)6]2K3[Fe(CN)6]+2KCl (2)①d、f　②K3[Fe(CN)6]用量不够,氧化产生的I2浓度太低,淀粉溶液检测不到或实验Ⅰ中的I-过量,I-被氧化成I2后与过量I-的发生反应I2+I-,I2的浓度降低,导致淀粉溶液检测不到　③溶液中存在平衡[Fe(CN)6]3-Fe3++6CN-,加入盐酸,H+与CN-结合,降低CN-的浓度,则平衡正向移动,Fe3+的浓度增大,Fe3+与KSCN溶液反应显红色　④t2>t1 (3)% (4)FeCl3溶液用于刻蚀铜电路板;FeSO4用作补铁剂;(NH4)2FeSO4·6H2O作还原分析试剂等(合理即可) 解析装置A是电解池,石墨电极为阳极,氯离子在阳极失电子生成氯气,Cu电极为阴极,水中氢离子得电子生成氢气,装置B中氯气氧化K4[Fe(CN)6]制备K3[Fe(CN)6],装置C中氯气氧化KI生成碘单质,淀粉溶液变蓝,装置D中氯气被NaOH溶液吸收。 (1)①装置A中Cu电极作阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-;石墨电极上生成Cl2的体积小于Cu电极生成气体的体积,原因可能是Cl2在水中的溶解度大于H2,或Cl2会与电解产物NaOH反应,或电解一段时间后Cl-浓度下降,OH-的浓度增加,转移电子数相等时,OH-放电且其产生氧气少于氯气,从而导致测得石墨电极上生成Cl2的体积小于Cu电极上生成气体的体积。 ②装置B中氯气氧化K4[Fe(CN)6]制备K3[Fe(CN)6]的化学反应方程式为Cl2+2K4[Fe(CN)6]2K3[Fe(CN)6]+2KCl。 (2)①铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])是一种氰配合物,外界钾离子与内界阴离子间存在离子键,Fe与配体间存在配位键,氰基内碳氮三键中含σ键和π键,不包括范德华力和金属键,故选d、f。②实验Ⅱ可以证明猜想1成立,实验Ⅰ中滴加淀粉溶液后不变蓝的原因可能是由于K3[Fe(CN)6]用量不够,氧化产生的I2浓度太低,淀粉溶液检测不到或实验Ⅰ中的I-过量,I-被氧化成I2后,I2与过量的I-发生反应I2+I-,I2浓度降低,导致淀粉溶液检测不到。③溶液中存在平衡[Fe(CN)6]3-Fe3++6CN-,加入盐酸,H+与CN-结合,降低了CN-的浓度,使平衡正向移动,Fe3+的浓度增大,Fe3+与KSCN溶液反应,显红色。④由实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的信息,小组同学认为猜想2成立。实验Ⅳ、Ⅴ中判断猜想2成立的依据是t2>t1。 (3)设配得200 mL溶液中Co2+的浓度为x,则根据得失电子守恒,列等量关系:0.02 L x=cV1×10-3 mol-,算得x=0.05×(cV1-) mol·L-1,样品中钴的含量:w=×100%=%。 (4)铁盐或亚铁盐的用途有:FeCl3溶液用于刻蚀铜电路板、FeSO4用作补铁剂、(NH4)2FeSO4·6H2O作还原分析试剂等。 [变式演练1] (2024·辽宁沈阳一模)LiAlH4是一种优质还原剂,是运载火箭的固体燃料。某实验小组采用“循环利用氯化锂法”制备LiAlH4,实验步骤如下: ①制备LiH:氯化锂、钠、氢气在500~600 ℃下反应得到混合物; ②制备LiAlH4:将LiH溶于乙醚后与无水氯化铝反应。 制备LiH的实验装置如下: 回答下列问题: (1)实验开始,检验装置气密性,添加药品完毕,加热D装置前应进行的操作是  　。  (2)B装置中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　,E装置的作用是　  　。  (3)制备LiAlH4的化学方程式为  　。  (4)采用该方法制备LiAlH4的突出优点是 　。  (5)LiAlH4的还原能力比LiBH4更强大,原因是 　。  答案(1)先打开活塞,产生H2将装置中的空气排净 (2)Cu2++H2SCuS↓+2H+　避免水蒸气进入D装置中 (3)4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiCl (4)LiCl可以循环利用,提高利用率 (5)铝原子半径比硼原子半径大,Al—H键能小于B—H,更易断裂 解析在A装置中,稀硫酸与ZnS反应产生ZnSO4和H2S,Cu与稀硫酸不反应,Zn与稀硫酸反应产生ZnSO4和H2,在B装置中进来的有H2S和H2,H2与CuSO4溶液不反应,H2S与CuSO4溶液反应产生CuS沉淀,因为D装置要制备LiH,且钠为活泼金属,会与空气中氧气、水蒸气等反应,故不能有水蒸气等进入D中,所以C中要盛入干燥剂浓硫酸干燥气体,E阻止空气中的水蒸气进入D中。(1)钠为活泼金属,会与空气中的氧气、水蒸气反应,故检验装置气密性,添加药品完毕,加热D装置前应进行的操作是先打开活塞,产生H2将装置中的空气排净,防止干扰实验。 (2)H2S与CuSO4反应会产生CuS沉淀,其离子方程式为Cu2++H2SCuS↓+2H+;由分析可知,E装置的作用是避免水蒸气进入D装置中。 (3)将LiH溶于乙醚后与无水氯化铝反应制备LiAlH4,题中还提到采用“循环利用氯化锂法”制备LiAlH4,所以在制备LiAlH4时循环利用的氯化锂也会出现,所以其反应的化学方程式为4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiCl。 (4)“循环利用氯化锂法”制备LiAlH4流程中LiCl可以循环利用,提高了原料的利用率。 (5)铝原子半径比硼原子半径大,Al—H键能小于B—H,更易断裂,使得LiAlH4更容易参加反应,其还原能力比LiBH4更强大。 考点2涉及有机化合物制备的综合实验探究题 例2 (2024·全国新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下: 实验装置如图所示,将100 mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。 待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。 回答下列问题: (1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为　　　　　　　(填名称)。  (2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是　　　　　　　;仪器②的名称是　　　　　　　。  (3)“搅拌”的作用是　。  (4)“加热”方式为　　　　　　　。  (5)使用的“脱色剂”是　　　　。  (6)“趁热过滤”的目的是　　　　　　　　　　　　　　;用　　　　　　　　　　　　洗涤白色固体。  (7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是　　　　　　　　　。  答案(1)量筒 (2)铁架台　球形冷凝管 (3)使固液充分接触,加快反应速率 (4)水浴加热 (5)活性炭 (6)防止产品结晶损失,提高产率　50%的乙醇溶液 (7)重结晶 解析将100 mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入两颈烧瓶中,利用球形冷凝管进行冷凝回流提高原料利用率,通过搅拌来提高反应速率,反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品),加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂(脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,如:活性炭),回流20 min,趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出,经过滤、洗涤、干燥得到产品。 (1)己-2,5-二酮的摩尔质量为114 g·mol-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5-二酮的体积为 ≈15.5 cm3=15.5 mL,又因为是粗略量取,所以选用量筒。 (2)③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。 (3)己-2,5-二酮的熔点为-5.5 ℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57 ℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。 (4)由题给信息“加热至65 ℃”可知,应用水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。 (5)“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入脱色剂后回流,趁热过滤,保留滤液,即脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。 (6)由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65 ℃可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品)可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少溶解损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。 (7)由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。 [变式演练2] (2023·辽宁卷)2-噻吩乙醇(Mr=128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体,其制备方法如下: Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠,加热至钠熔化后,盖紧塞子,振荡至大量微小钠珠出现。 Ⅱ.制噻吩钠。降温至10 ℃,加入25 mL噻吩,反应至钠砂消失。 Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至-10 ℃,加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液,反应30 min。 Ⅳ.水解。恢复室温,加入70 mL水,搅拌30 min;加盐酸调pH至4~6,继续反应2 h,分液;用水洗涤有机相,二次分液。 Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4,静置,过滤,对滤液进行蒸馏,蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后,得到产品17.92 g。 回答下列问题: (1)步骤Ⅰ中液体A可以选择　　　　。  a.乙醇　　b.水　　c.甲苯　　d.液氨 (2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是  　。  (3)步骤Ⅱ的化学方程式为　 。  (4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法是  　。  (5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是  　。  (6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是　　　　　　　　　　(填名称);无水MgSO4的作用为　 。  (7)产品的产率为　　　(用Na计算,精确至0.1%)。  答案(1)c (2)噻吩与吡咯均为分子晶体,噻吩分子间仅存在范德华力,而吡咯分子间还存在氢键,沸点更高 (3) (4)少量多次加入 (5)提供酸性环境,利于水解并生成可溶性的钠盐便于后续分液 (6)球形冷凝管和分液漏斗　干燥吸水 (7)70.0% 解析该题以有机物2-噻吩乙醇的制备作为命题背景,对试剂种类、物质熔沸点的影响因素、反应方程式、反应操作、试剂作用、所需仪器以及产率等内容进行考查。 (1)钠能与乙醇、水、液氨发生置换反应,因此只能选择甲苯作为溶剂。 (2)通过实验中的物质对结构化学的内容进行考查,噻吩与吡咯均为分子晶体,噻吩分子间仅存在范德华力,而吡咯分子间还存在氢键,沸点更高。 (3)该反应为置换反应,其化学方程式为 。 (4)因反应放热,为防止温度过高引发副反应,应将环氧乙烷溶液少量多次加入。 (5)该过程为将2-噻吩乙醇钠水解为2-噻吩乙醇,提供酸性环境,利于水解并产生可溶性的NaCl,便于后续分液。 (6)向有机相中加入无水硫酸镁的目的为吸水干燥。进行过滤所需的装置为:漏斗、烧杯、玻璃棒;后续的蒸馏过程中所需的仪器有:酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、尾接管、锥形瓶。因此用不到的仪器为球形冷凝管和分液漏斗。 (7)按Na计算,根据反应物Na的物质的量为0.2 mol可知理论上产物的物质的量为0.2 mol,质量为25.6 g,实际得到的产物为17.92 g,因此其产率为70.0%。 考点3反应原理及物质组成、性质探究题 例3 (2024·湖北卷)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质,室温下进行了实验Ⅰ~Ⅳ。 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ 无明显变化 溶液变为红色,伴有气泡产生 溶液变为墨绿色,并持续产生能使带火星木条复燃的气体 已知:[Co(H2O)6]2+为粉红色、[Co(H2O)6]3+为蓝色、[Co(CO3)2]2-为红色、[Co(CO3)3]3-为墨绿色。回答下列问题。 (1)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到下列仪器中的　　　　　　(填字母)。  (2)实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+　　　　(填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HC大大过量的原因是　  实验Ⅲ初步表明[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解,写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式:　 、  (3)实验Ⅰ表明,反应2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行,利用化学平衡移动原理,分析Co3+、Co2+分别与C配位后,正向反应能够进行的原因:  　。  实验Ⅳ: (4)实验Ⅳ中,A溶液到B溶液变为蓝色,并产生气体;B溶液到C溶液变为粉红色,并产生气体。从A溶液到C溶液所产生的气体的分子式分别为　　　　　　　、　 。  答案(1)bc (2)不能　保证[Co(H2O)6]2+全部转化为[Co(CO3)2]2-　2[Co(H2O)6]2++10HC+H2O22[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑　2H2O22H2O+O2↑ (3)实验Ⅲ的现象表明,Co3+比Co2+更易与C配位,这样使得[Co(H2O)6]3+浓度减小的幅度远远大于[Co(H2O)6]2+浓度减小的幅度,根据化学平衡移动原理,减小生成物浓度能使化学平衡向正反应方向移动,因此上述反应能够正向进行 (4)CO2　O2 解析探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质的实验中,实验Ⅰ中无明显变化,证明[Co(H2O)6]2+不能催化H2O2的分解;实验Ⅱ中溶液变为红色,证明[Co(H2O)6]2+易转化为[Co(CO3)2]2-;实验Ⅲ中溶液变为墨绿色,说明[Co(H2O)6]3+更易与C反应生成[Co(CO3)3]3-,并且初步证明[Co(H2O)6]2+在HC的作用下易被H2O2氧化为[Co(CO3)3]3-;实验Ⅳ中溶液先变为蓝色,后变为粉红色,并且前后均有气体生成,证明在酸性条件下,[Co(CO3)3]3-易转化为[Co(H2O)6]3+,[Co(H2O)6]3+氧化性强,可以把H2O氧化为O2。 (1)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到容量瓶、胶头滴管等,因此选bc。 (2)CoSO4溶液中存在大量的[Co(H2O)6]2+,向其中加入1 mL 30%的H2O2后无明显变化,因此实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+不能催化H2O2的分解。实验Ⅱ中,溶液变为红色,伴有气泡产生,说明生成了[Co(CO3)2]2-和CO2,则发生反应:4HC+[Co(H2O)6]2+[Co(CO3)2]2-+2CO2↑+8H2O;为保证[Co(H2O)6]2+全部转化为[Co(CO3)2]2-,实验Ⅱ中n(HC)∶n([Co(H2O)6]2+)=32∶3,远大于反应中的n(HC)∶n([Co(H2O)6]2+)=4∶1。实验Ⅲ中溶液变为墨绿色,表明在H2O2的作用下[Co(H2O)6]2+能与HC反应生成[Co(CO3)3]3-,且[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解,因此H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式为2[Co(H2O)6]2++10HC+H2O22[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑、2H2O22H2O+O2↑。 (3)实验Ⅰ表明,反应2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行。实验Ⅲ的现象表明,Co3+比Co2+更易与C配位,即[Co(H2O)6]3+更易与C反应生成[Co(CO3)3]3-(该反应为快反应),导致[Co(H2O)6]2+几乎不能转化为[Co(CO3)2]2-,这样使得[Co(H2O)6]3+浓度减小的幅度远远大于[Co(H2O)6]2+浓度减小的幅度,根据化学平衡移动原理,减小生成物浓度能使化学平衡向正反应方向移动,因此上述反应能够正向进行。 (4)实验Ⅳ中,A溶液到B溶液变为蓝色,并产生气体,说明发生了[Co(CO3)3]3-+6H++3H2O[Co(H2O)6]3++3CO2↑;B溶液到C溶液变为粉红色,并产生气体,说明发生了4[Co(H2O)6]3++2H2O4[Co(H2O)6]2++O2↑+4H+,因此从A溶液到C溶液所产生的气体的分子式分别为CO2和O2。 [变式演练3] (2023·北京卷节选)资料显示,I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。 已知:I2易溶于KI溶液,发生反应I2+I-(红棕色);I2和氧化性几乎相同。 将等体积的KI溶液加入m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中,振荡。 实验记录如下: 序号 实验现象 实验Ⅰ 0.01 极少量I2溶解,溶液为淡红色;充分反应后,红色的铜粉转化为白色沉淀,溶液仍为淡红色 实验Ⅱ 0.1 部分I2溶解,溶液为红棕色;充分反应后,红色的铜粉转化为白色沉淀,溶液仍为红棕色 实验Ⅲ 4 I2完全溶解,溶液为深红棕色;充分反应后,红色的铜粉完全溶解,溶液为深红棕色 (1)初始阶段,Cu被氧化的反应速率:实验Ⅰ　　　(填“>”“<”或“=”)实验Ⅱ。  (2)实验Ⅲ所得溶液中,被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2+(蓝色)或[CuI2]-(无色),进行以下实验探究: 步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液,加入CCl4,多次萃取、分液。 步骤b.取分液后的无色水溶液,滴入浓氨水,溶液颜色变浅蓝色,并逐渐变深。 ⅰ.步骤a的目的是　。  ⅱ.查阅资料,2Cu2++4I-2CuI↓+I2,[Cu(NH3)2]+(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化:　。  (3)结合实验Ⅲ,推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能 是CuI,实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体,洗涤后得到白色沉淀,加入浓KI溶液,　　　　　　　　(填实验现象),观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是　  　。  答案(1)< (2)ⅰ.排除的颜色对判断铜氧化产物的干扰 ⅱ.[CuI2]-+2NH3[Cu(NH3)2]++2I-,4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3+2H2O4[Cu(NH3)4]2++4OH- (3)2Cu+KI32CuI+KI　白色沉淀溶解　I-浓度小,CuI覆盖在Cu表面,阻止反应继续进行 解析(1)I2在水中溶解度很小,铜主要被氧化,初始阶段,实验Ⅱ中I-的浓度比实验Ⅰ中I-的浓度更大,生成的速率更快,则实验Ⅱ中Cu被氧化的速率更快。(2)ⅰ.实验Ⅲ所得深红棕色溶液中存在平衡I2+I-,加入CCl4,多次萃取分液可以分离出溶液中的I2,使I2+I-的平衡不断逆向移动,最终可以除去溶液中红棕色的,排除的颜色对判断铜氧化产物的干扰。ⅱ.结合查阅资料信息可知,实验Ⅲ所得溶液中,Cu元素以无色的[CuI2]-形式存在,加入浓氨水,发生反应[CuI2]-+2NH3[Cu(NH3)2]++2I-,生成的[Cu(NH3)2]+又被氧气不断氧化为蓝色的[Cu(NH3)4]2+,发生反应4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3+2H2O4[Cu(NH3)4]2++4OH-。(3)若实验Ⅰ中生成的白色沉淀为CuI,实验Ⅰ中Cu被氧化的化学方程式为2Cu+KI32CuI+KI;分别取少量实验Ⅰ和实验Ⅱ中充分反应后的固体,洗涤后得到白色沉淀,由题意可知白色沉淀主要成分是CuI,加入浓KI溶液,发生反应CuI+I-[CuI2]-,则可以观察到的现象是白色沉淀溶解。 课后分层练 1.(2024·河北卷)市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。 回答下列问题: (1)装置如图(夹持装置等略),将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中,水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为　　　　　　;CaBr2溶液的作用为　 ;  D中发生的主要反应的化学方程式为  　。  (2)将D中溶液转移至　　　　　(填仪器名称)中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为　  　。  (3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓硫酸,水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏,得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。  (4)为保证溴的纯度,步骤(3)中K2Cr2O7固体的用量按理论所需量的计算,若固体R质量为m克(以KBr计),则需称取　　　　　　　　 g K2Cr2O7(M=294 g·mol-1)(用含m的代数式表示)。  (5)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用　　　　　　　　　　　　　　,滤液沿烧杯壁流下。  答案(1)直形冷凝管　除去市售的溴中少量的Cl2　Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑ (2)蒸发皿　2Mn+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O (3)液封　降低温度 (4)0.31m (5)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处 解析(1)仪器C为直形冷凝管,用于冷凝蒸气;市售的溴中含有少量的Cl2,Cl2可与CaBr2发生氧化还原反应而除去,水浴加热时,Br2、I2蒸发进入装置D中,分别与K2C2O4发生氧化还原反应:Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑、I2+K2C2O42KI+2CO2↑。 (2)将D中溶液转移至蒸发皿中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体(Br2),即说明KMnO4已将KI全部氧化,发生反应的离子方程式为2Mn+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O;KBr刚开始被KMnO4氧化,继续加热将溶液蒸干所得固体R的主要成分为KBr。 (3)Br2的密度大于水的,D中冷的蒸馏水起到液封的作用,同时冷的蒸馏水温度较低,可减少溴的挥发。 (4)根据转移电子数相等可得关系式6KBr~6e-~K2Cr2O7,则理论上需要K2Cr2O7的物质的量为 mol,实际所需称取K2Cr2O7的质量为 mol××294 g·mol-1≈0.31m g。 (5)趁热过滤的具体操作:漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处,滤液沿烧杯壁流下。 2.(2024·广东汕头一模)Ⅰ.Na2S又称臭碱、硫化碱,实验室拟用以下方案研究Na2S的性质。 (1)用离子方程式说明Na2S溶液呈碱性的原因:  　 。  (2)向5 mL 0.1 mol·L-1的酸性KMnO4溶液(pH=0)中滴加10滴同浓度的Na2S溶液,观察到溶液紫色变浅(pH>1),生成棕褐色沉淀(MnO2),说明S2-具有还原性。有同学预测该反应中S2-转化为S,该预测　　　(填“正确”或“不正确”),原因是  　。  Ⅱ.探究向Na2S溶液中滴加FeCl3溶液的反应本质。 反应原理预测:发生氧化还原反应或发生互相促进的水解反应。 已知:单质硫在酒精中的溶解度随乙醇质量分数的增大而增大。 Ksp(FeS)=6.3×10-25 Ksp(Fe2S3)=1.0×10-88 Ksp[Fe(OH)3]=1.1×10-36 (3)根据试管a中的“局部产生红褐色沉淀”现象,推测Fe3+与S2-局部发生强烈互相促进的水解反应,生成Fe(OH)3和　　　　　　　　(填化学式)。  (4)推测c中的沉淀为Fe2S3,根据b到c的实验现象,推测红褐色消失发生反应的离子方程式为  　 。  (5)取c中黑色固体,洗净后分别置于两支试管ⅰ、ⅱ中进行如下实验: 序号 实验步骤 现象 ⅰ 加入过量稀盐酸,充分振荡 黑色沉淀完全溶解,溶液出现淡黄色浑浊,放出少量臭鸡蛋味气体 ⅱ 向试管中加入　　　　　　　　　　,振荡、静置,取上层清液少许加入蒸馏水中  未见淡黄色浑浊出现 试管ⅰ中涉及的化学反应方程式为  　,  试管ⅱ中加入的试剂为　　　　　　　　,结合试管ⅰ、ⅱ现象,推测黑色固体中　　　　　　　　(填“含有”或“不含有”)FeS,原因是　  　。  答案(1)S2-+H2OHS-+OH- (2)不正确　溶液紫色变浅,并未完全褪色,说明KMnO4过量,S会被氧化成S (3)H2S (4)2Fe(OH)3(s)+3S2-(aq)Fe2S3(s)+6OH-(aq) (5)Fe2S3+4HCl2FeCl2+S↓+2H2S↑　无水乙醇　不含有　ⅱ中未产生S,说明生成黑色固体时未有化合价变化,无法产生Fe2+,故无法产生FeS 解析盐溶液呈现酸性或碱性的原因是其中的弱酸阴离子或弱碱阳离子发生水解,强碱弱酸盐与强酸弱碱盐在水溶液中会发生互相促进的水解,生成沉淀或气体;沉淀在溶液中是可以转化的,溶度积较小的沉淀可以转化成溶度积更小的沉淀。 (1)Na2S是强碱弱酸盐,S2-在溶液中发生水解使溶液呈碱性,水解离子方程式是S2-+H2OHS-+OH-。 (2)由题可知溶液只是紫色变浅,并未完全褪色,说明KMnO4过量,S会被氧化成S;因此这个预测不正确。 (3)Fe3+与S2-发生互相促进的水解:2Fe3++3S2-+6H2O2Fe(OH)3↓+3H2S↑,因此生成物是Fe(OH)3和H2S。 (4)b中的红褐色沉淀是Fe(OH)3,c中的黑色沉淀是Fe2S3,由溶度积常数可知,Fe2S3的溶解度小于Fe(OH)3的溶解度,会发生反应:2Fe(OH)3(s)+3S2-(aq)Fe2S3(s)+6OH-(aq),使Fe(OH)3沉淀转化成Fe2S3,因此红褐色消失。 (5)淡黄色浑浊是S,臭鸡蛋味气体是H2S,即化学方程式为Fe2S3+4HCl2FeCl2+S↓+2H2S↑;由于单质硫在酒精中的溶解度随乙醇质量分数的增大而增大,向试管中加入无水乙醇振荡、静置,取上层清液少许加入蒸馏水中,未见淡黄色浑浊出现,即黑色固体中没有硫,说明生成黑色固体时未有化合价变化,无法产生Fe2+,故无法产生FeS。 学科网（北京）股份有限公司 $$