压轴题(三) 化学实验综合（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（人教版 浙江专用）

压轴题(三)　化学实验综合 1．(2023·杭州学军中学模拟)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)是重要的化工产品，可用SO2与Zn、NaOH溶液反应制取。实验室模拟制备的工艺流程及制取装置如图。 已知：①连二亚硫酸钠易溶于水、难溶于乙醇，在碱性介质中较稳定、在空气中易被氧化。 ②二价锌在水溶液中的存在形式与pH的关系如图。 (1)通入一段时间SO2的作用除了充当反应物以外还有________________________________。 需调节溶液为弱碱性的原因是____________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)写出制取连二亚硫酸钠的总化学方程式：________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)下列说法正确的是________(填字母)。 A．将锌粉投入水中形成悬浊液主要是为了加快反应速率 B．向Na2S2O4溶液中加NaCl溶液或固体对Na2S2O4的产率无明显影响 C．洗涤Na2S2O4·2H2O时用冰水洗涤效果比乙醇好 D．单向阀的主要作用是防倒吸 (4)请选择最佳操作并排序完成制备Na2S2O4·2H2O晶体。安装好整套装置，并检查装置的气密性→________→________→________→过滤取滤液并加入NaCl固体，冷却至室温、过滤、洗涤、干燥得晶体。 a．将一定量的Zn粉与蒸馏水混合搅拌成悬浊液 b．将一定量的Zn粉与NaOH溶液混合搅拌成悬浊液 c．将一定量的Zn粉与盐酸混合搅拌成悬浊液 d．向悬浊液中通入SO2至澄清，并加热 e．28～35 ℃加热条件下，向悬浊液中通入SO2至澄清 f．28～35 ℃加热条件下，向悬浊液中加入Na2SO3溶液 g．向溶液中滴加NaOH溶液至pH在8.2～10.5之间 h．向溶液中滴加盐酸至pH在8.2以下 i．向溶液中滴加1 mol·L－1NaOH溶液至pH在10.5以上 (5)称取上述制得的连二亚硫酸钠样品0.087 0 g 加入另一三颈烧瓶，通过自动电位滴定仪控制滴定管向三颈烧瓶中快速滴加K3[Fe(CN)6]标准溶液将连二亚硫酸钠氧化为硫酸钠，记录终点读数，共消耗10.00 mL 0.200 0 mol·L－1 K3[Fe(CN)6]标准溶液，则样品中连二亚硫酸钠的纯度为________(结果保留1位小数)，样品中可能存在的杂质有____________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)排尽装置内的空气，防止连二亚硫酸钠被氧化　碱性条件下，Na2S2O4能稳定存在　(2)Zn＋2SO2＋2NaOH===Na2S2O4＋Zn(OH)2　(3)AD　(4)a　e　g　(5)66.7%　Na2SO4、NaCl 解析　(2)Zn的水溶液中通入SO2发生反应：Zn＋2SO2===ZnS2O4和ZnS2O4＋2NaOH===Na2S2O4＋Zn(OH)2↓，制取连二亚硫酸钠的总化学方程式为Zn＋2SO2＋2NaOH===Na2S2O4＋Zn(OH)2。(3)将锌粉投入水中形成悬浊液主要是为了增大接触面积，加快反应速率，A正确；连二亚硫酸钠易溶于水、难溶于乙醇，洗涤Na2S2O4·2H2O时用乙醇洗涤效果比冰水好，C错误。(5)Na2S2O4与K3[Fe(CN)6]发生反应，Na22O4→Na2O4升高6价，K3[ (CN)6]→Fe2＋降1价，根据得失电子守恒，Na2S2O4～6K3[Fe(CN)6]，n(Na2S2O4)＝n(K3[Fe(CN)6])＝×0.01 L×0.200 0 mol·L－1，m(Na2S2O4)＝nM＝(×0.01×0.2×174) g＝0.058 g，Na2S2O4·2H2O晶体的纯度为×100%≈66.7%；Na2S2O4可能被氧化成Na2SO4，结晶过程中可能含有NaCl等杂质。 2．(2023·绍兴模拟)高纯氟化镁具备优异的光学性质和抗腐蚀性被广泛应用于高端领域。某研究小组利用镁片(含Ca及少量惰性杂质)制备高纯氟化镁流程如下，请回答： 已知：①甲醇沸点：64.7 ℃； ②该实验条件得到的氟化镁并不是晶型沉淀，其颗粒细小，常常吸附水分成黏稠胶状。 (1)利用图1装置可检测镁与甲醇反应速率。仪器A的名称为________。 (2)写出氟化反应涉及的化学方程式：_____________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (3)下列有关说法不正确的是________(填字母)。 A．步骤 Ⅰ：反应温度不选择100 ℃，主要由于在100 ℃反应过于剧烈难以控制 B．步骤 Ⅱ：待镁片上不再有微小气泡生成时，可进行步骤 Ⅱ C．步骤 Ⅲ：制备悬浊液B，应先将CO2通入高纯水达到饱和，再加到固体A中 D．步骤 Ⅳ：在进行氟化反应时，应做好防护措施和配备应急药品 (4)步骤 Ⅱ 的一系列操作目的是为获得固体A。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]。 取仪器A中的溶液，用________(　　　　　)→用________(蒸馏减少溶剂)→用________ (　　　)→用漏斗(过滤得到固体A)。 [仪器]a.烧杯；b.铜质保温漏斗；c.漏斗；d.空气冷凝管；e.直形冷凝管；f.球形冷凝管 [操作]g.过滤；h.趁热过滤；i.冷却结晶；j.蒸发结晶 (5)步骤Ⅴ：产品在不同温度下干燥2 h，对其进行红外光谱分析如图，已知羟基引起的吸收峰在3 500 cm－1波数处，请选择最合适的温度______(填“80 ℃” “200 ℃” “500 ℃”或“800 ℃”)。 答案　(1)三颈烧瓶　(2)MgCO3＋2HF===MgF2＋CO2↑＋H2O　(3)AC　(4)b　h　e　a　i　(5)500 ℃ 解析　镁和甲醇加热回流反应生成甲醇镁，分离出甲醇镁A，加入高纯水水解生成氢氧化镁，然后通入二氧化碳将氢氧化镁转化为碳酸镁，过滤后加入氢氟酸发生氟化反应得到氟化镁。(3)甲醇沸点：64.7 ℃，故步骤 Ⅰ 中反应温度不选择100 ℃，主要为了减少甲醇挥发，A错误；步骤 Ⅱ 中待镁片上不再有微小气泡生成时，说明已经反应完全，可进行步骤 Ⅱ，B正确；步骤 Ⅲ 将CO2通入高纯水达到饱和不利于甲醇镁的水解进行，制备悬浊液B应先加入高纯水，使得甲醇镁水解后再通入二氧化碳将氢氧化镁转化为碳酸镁，C错误；氟化氢气体有毒，故步骤Ⅳ在进行氟化反应时，应做好防护措施和配备应急药品，D正确。(5)由图可知，80 ℃和200 ℃时存在水吸收峰，说明干燥效果不好，500 ℃时透过率稳定且温度较高、干燥速率较快，800 ℃时虽然透过率高，但温度太高耗能大，故选择500 ℃。 3．(2023·杭州模拟)某研究小组制备配合物顺式-二甘氨酸合铜[(H2NCH2COO)2Cu]，结构简式为，流程如下： 已知：Cu(OH)2与甘氨酸反应还可能生成反式-二甘氨酸合铜。 (1)写出Cu(OH)2与甘氨酸反应的化学方程式：_____________________________________。 (2)下列说法中正确的是________(填字母)。 A．流程中不用CuSO4溶液直接与NaOH反应的原因可能是防止生成碱式硫酸铜沉淀 B．步骤 Ⅱ 中，温度过高会导致产率降低 C．步骤 Ⅲ 中，趁热过滤的目的是除去Cu(OH)2同时减少产物的析出 D．步骤 Ⅳ 中，加入乙醇能增大溶剂极性，促进顺式-二甘氨酸合铜析出 (3)可用碘量法测定产品中Cu元素的含量，进而测定产品纯度，已知： ⅰ：2Cu2＋＋4I－===2CuI＋I2； ⅱ：I2＋2S2O===2I－＋S4O； ⅲ：CuI固体能吸附溶液中的少量碘单质，Ksp(CuSCN)＜Ksp(CuI)。 从下列选项操作中选择合适的选项(均用字母表示，每个横线上只选一个操作)，补全实验流程(碘量瓶示意如图)。 ①用分析天平称量产品x g →在烧杯中用水溶解，再加入适量硫酸→________→用移液管移取20.00 mL 溶液到碘量瓶→________→塞上碘量瓶的塞子、用少量水封→________→打开塞子，用标准Na2S2O3溶液滴定至溶液呈浅黄色，加入适量NH4SCN溶液→________→加入淀粉溶液→用标准Na2S2O3溶液滴定至终点，再取20.00 mL 溶液进行一次平行实验。 操作：a.用容量瓶配制100 mL 样品溶液；b.加入少量KI固体；c.加入过量KI固体；d.在光照下静置5分钟；e.在暗处静置5分钟；f.轻轻振荡碘量瓶；g.剧烈振荡碘量瓶。 ②溶解时加入硫酸的作用是________________________________________________。 ③滴定终点的现象是______________________________________________________。 ④若两次平行实验，平均消耗0.105 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液20.00 mL，则x g 产品中含Cu的质量为________g。 答案　(1)Cu(OH)2＋2H2NCH2COOH===(H2NCH2COO)2Cu＋2H2O　(2)ABC　(3)①a　c　e　g　②破坏配合物结构，解离出铜离子，有利于与I－反应　③滴入最后半滴标准溶液后溶液蓝色褪去，且30 s内不恢复　④0.672 0 解析　某研究小组制备配合物顺式-二甘氨酸合铜，向硫酸铜溶液中加入过量氨水至溶液呈深蓝色，再加入氢氧化钠溶液得到氢氧化铜沉淀，过滤后得到的固体加入甘氨酸溶液在加热的条件下发生反应生成顺式-二甘氨酸合铜，乙醇的极性较水更小，加入乙醇后使得溶液整体极性下降，促进顺式-二甘氨酸合铜析出。(2)步骤 Ⅱ 中，温度过高会使甘氨酸的溶解度降低或失去稳定性转化成其他化合物，导致产率降低，故B正确；乙醇的极性较水更小，加入乙醇后使得溶液整体极性下降，故D错误。(3)③用碘量法测定产品中Cu元素的含量，以淀粉为指示剂，反应ⅰ：2Cu2＋＋4I－===2CuI＋I2，生成的碘单质使淀粉变蓝，用标准Na2S2O3溶液滴定至终点，发生反应：I2＋2S2O===2I－＋S4O，蓝色褪去，滴定终点现象为滴入最后半滴标准溶液后，溶液蓝色褪去，且30 s内不恢复。④若两次平行实验，平均消耗0.105 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液20.00 mL，消耗n(Na2S2O3)＝0.02 L×0.105 0 mol·L－1＝0.002 1 mol，由方程式可知2Cu2＋～I2～2S2O，20.00 mL 溶液中n(Cu2＋)＝n(Na2S2O3)＝0.002 1 mol，则x g 产品中含Cu的质量为0.002 1 mol×64 g·mol－1×＝0.672 0 g。 4．(2023·温州市高三下学期第二次适应性考试)某研究小组以TiO2、TiCl4、H2为原料，用如下装置制备Ti2O3。 B为直型管式电阻炉，880 ℃时，该装置内先后发生以下反应： Ⅰ.3TiO2＋TiCl4＋2H2===2Ti2O3＋4HCl Ⅱ.2TiCl4＋H2===2TiCl3＋2HCl 已知： Ti2O3 TiCl3 TiCl4 HCl 颜色 暗紫色 紫红色 无色 无色 在反应装置内的状态 固态 气态 气态 气态 (1)C装置的作用是____________，D装置中浓硫酸的作用是____________。 (2)下列有关说法不正确的是__________(填字母)。 A．当装置中出现紫红色气体，说明TiO2已消耗完毕 B．装置D后连接的导管可直接插入水中吸收尾气 C．应先通一段时间氢气后，再打开装置B的加热开关 D．反应结束，按顺序关闭K1、K2、装置B的加热开关 (3)开始反应后，为提高H2的利用率，应降低H2流量，而实验过程中H2流量却需要远大于化学计量值的原因是____________。TiCl4与H2的比例过大，容易引发副反应 Ⅱ，可通过调节____________，达到调整TiCl4的通入量。 (4)该研究小组采用滴定法测定产品中Ti2O3的质量分数。 滴定原理：利用Ce4＋将产物中三价钛氧化为四价，然后用Fe2＋滴定剩余的Ce4＋。 已知：实验室现有的Ce(SO4)2含有Ce2(SO4)3杂质。 ①从下列选项中选择最佳操作并排序(部分操作可重复使用)完成实验。 a．转移至100 mL容量瓶并定容；b.加入x g Ce(SO4)2(过量)、30 mL浓磷酸和5 mL浓硫酸；c.静置，观察颜色变化；d.取20.00 mL待测液，加入指示剂，用(NH4)2Fe(SO4)2标准液滴定；e.另称取x g Ce(SO4)2，加入30 mL浓磷酸和5 mL浓硫酸。 ②实验 Ⅰ 中在进行d操作时，不慎将(NH4)2Fe(SO4)2标准液滴出锥形瓶，将导致测定的Ti2O3质量分数____________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 答案　(1)收集冷凝的四氯化钛并防止倒吸　防止空气中的氧气、水蒸气进入装置　(2)BD　(3)氢气不仅是反应物还是四氯化钛的载气，且氢气不可能全部参加反应　A中水浴的温度　(4)①b　a　a　d ②偏低 解析　实验中应先通一段时间氢气后，再打开装置B的加热开关，TiO2、TiCl4、H2反应生成Ti2O3，当装置中出现紫红色气体，说明TiO2已消耗完毕，关闭装置B的加热开关，待冷却后再关闭K1、K2。(1)TiCl4在C装置中易被液化从而使气压变小，故C装置的作用是收集冷凝的四氯化钛并防止倒吸。(2)尾气中的HCl气体极易溶于水，故装置D后连接的导管不可直接插入水中吸收尾气，B错误；氢气为可燃性气体，故先通一段时间氢气排尽装置中空气后，再打开装置B的加热开关，防止爆炸，C正确。(4)①根据滴定原理可知，实验过程为准确称量0.100 0 g产物于烧杯中，加入x g Ce(SO4)2(过量)、30 mL浓磷酸和5 mL浓硫酸，利用Ce4＋将产物中三价钛氧化为四价；然后转移至100 mL容量瓶并定容；取20.00 mL待测液，加入指示剂，用(NH4)2Fe(SO4)2标准液滴定剩余的Ce4＋，并进行正确读数。已知：实验室现有的Ce(SO4)2含有Ce2(SO4)3杂质，故需要进行空白实验排除Ce2(SO4)3对实验的干扰，实验过程为另称取x g Ce(SO4)2，加入30 mL浓磷酸和5 mL浓硫酸，转移至100 mL容量瓶并定容；取20.00 mL待测液，加入指示剂，用(NH4)2Fe(SO4)2标准液滴定，并进行正确读数。②实验Ⅰ中在进行d操作时，不慎将(NH4)2Fe(SO4)2标准液滴出锥形瓶，使得标准液的用量偏大，相当于剩余的Ce4＋偏多，导致测定的Ti2O3的量偏少，质量分数偏低。 学科网（北京）股份有限公司 $