大单元六 专题15 第67讲 化学综合实验题（课件PPT）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

第67讲 化学综合实验题 1.了解物质制备型综合实验题命题特点和设问角度。 2.掌握物质制备型实验方案设计的原则，掌握解答物质制备型实验综合题的一般方法。 复 习 目 标 1.物质制备题的实验顺序 (1)实验操作顺序 必备知识 整合 (2)加热操作先后顺序的选择 若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，待产生的气体排尽装置中的空气后，再给实验中其他需要加热的装置加热。 其目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。 而完成实验后，熄灭酒精灯的顺序则相反。 必备知识 整合 (3)防止实验中反应物或产物变质或损失 ①实验中反应物或产物若易吸水潮解、水解等，要采取措施防止吸水； ②易挥发的液体产物要及时冷却； ③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)； ④注意防止倒吸的问题。 必备知识 整合 (4)选择仪器及连接顺序 必备知识 整合 2.产品纯度分析重要方法 (1)重量分析法 ①在重量分析中， 一般首先采用适当的方法，使被测组分以单质或化合物的形式从试样中与其他组分分离。 ②重量分析法不需要指示剂，实验的关键是准确判断反应是否完全，以及反应前后固体(或液体)质量的变化。 ③重量分析法包括分离和称量两个过程。 根据分离的方法不同， 重量分析法又可分为沉淀法、挥发法、萃取法等。 必备知识 整合 ④计算方法 采用重量分析法进行定量计算时， 可根据实验中发生反应的化学方程式或原子守恒确定相关物质之间的定量关系，再结合实验数据列出关系式，并进行相关计算。 (2)滴定分析法 ①实验的关键是准确量取待测溶液，根据指示剂的颜色变化确定滴定终点。 ②根据标准溶液和待测溶液间反应类型的不同，可将滴定分析法分为四大类： 中和滴定、氧化还原滴定、络合滴定和沉淀滴定。 必备知识 整合 3.解答物质制备综合实验题的思维流程 必备知识 整合 一、真题演练 1.[2023·江苏，16(3)]实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO4·H2O，其实验过程可表示为 提升 关键能力 制取MgSO4·H2O晶体。在如图所示的实验装置中， 搅拌下，使一定量的MgSO3浆料与H2SO4溶液充 分反应。MgSO3浆料与H2SO4溶液的加料方式是 _________________________________________ _______________；补充完整制取MgSO4·H2O晶体的实验方案：向含有少量Fe3＋、Al3＋的MgSO4溶液中，_____________________________________________________ ________________________________________________________________________________。(已知：Fe3＋、Al3＋在pH≥5时完全转化为氢氧化物沉淀；室温下从MgSO4饱和溶液中结晶出MgSO4·7H2O，MgSO4·7H2O在150～170 ℃下干燥得到MgSO4·H2O，实验中需要使用MgO粉末) 用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈烧瓶中缓 慢滴加硫酸溶液 分批加入少量氧化镁粉末，搅拌，直至用pH试纸测得溶液pH≥5，过滤；将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150～170 ℃下干燥 提升 关键能力 在进行含固体物质的反应物与液体反应的实验时，应将含固体物质的反应物放在三颈烧瓶中，通过滴液漏斗滴加液体，H2SO4溶液的滴加速率要慢，以免H2SO4过量；根据题意，首先需要调节pH≥5以除去Fe3＋、Al3＋杂质，需要用到的试剂为MgO粉末，操作细节为分批加入少量MgO粉末，以免pH过高，不断搅拌进行反应直至检测到溶液pH≥5，然后过滤除去氢氧化铁、氢氧化铝沉淀；根据题目信息，室温下结晶只能得到MgSO4·7H2O，因此需要在150～170 ℃下干燥得到MgSO4·H2O。 提升 关键能力 2.[2021·江苏，15(2)]以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为 “调配比”前，需测定ZnSO4溶液的浓 度。准确量取2.50 mL除去Fe3＋的ZnSO4 溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻 度；准确量取20.00 mL稀释后的溶液于 锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH＝10，用0.015 0 mol·L－1 EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2＋＋Y4－===ZnY2－)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度(写出计算过程)。 提升 关键能力 提升 关键能力 3.[2021·江苏，17(1)(3)(4)]以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级MnO2。 (1)浸取。将一定量软锰矿粉与Na2SO3、H2SO4溶液中的一种配成 悬浊液，加入到三颈烧瓶中(图1)，70 ℃下通过滴液漏斗缓慢滴加 另一种溶液，充分反应，过滤。滴液漏斗中的溶液是__________； MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为___________________________ ______________。 H2SO4溶液 提升 关键能力 提升 关键能力 (3)制备MnCO3。在搅拌下向100 mL 1 mol·L－1 MnSO4溶液中缓慢滴加1 mol·L－1 NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。需加入NH4HCO3溶液的体积约为________。 200 mL 该反应的化学方程式为2NH4HCO3＋MnSO4=== MnCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑，由方程式可知NH4HCO3与MnSO4的物质的量之比为2∶1，需加入NH4HCO3溶液的体积约为200 mL。 提升 关键能力 (4)制备MnO2。MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备MnO2。MnCO3在空气气流中热解 得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例 ( ×100%)随 热解温度变化的曲线如图2所示。已知：MnO 与酸反应生成Mn2＋；Mn2O3氧化性强于Cl2， 加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2 和Mn2＋。 提升 关键能力 为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：取一定 量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ _____，固体干燥，得到MnO2。(可选用的试剂：1 mol·L－1 H2SO4溶液、2 mol·L－1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液) 加热到 450 ℃充分反应一段时间，将固体冷却后研成粉末，边搅拌边加入一定量1 mol·L－1 H2SO4溶液，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加2 mol·L－1 HCl溶液酸化的BaCl2溶液不变浑浊 提升 关键能力 根据图像可知，在450 ℃左右MnO2占比最高，所以加热到450 ℃最佳，MnO与酸反应生成Mn2＋，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性强于Cl2，用盐酸会发生氧化还原反应产生氯气。 提升 关键能力 二、模拟预测 4.(2023·扬州中学模拟预测)LiFePO4和Li2CO3都是重要的锂的化合物。 Ⅰ.LiFePO4电极材料是动力型锂离子电池的理想正极材料。它可以通过H3PO4、LiOH和(NH4)2Fe(SO4)2溶液发生共沉淀反应、将所得沉淀干燥、高温成型而制得。实验室制备LiFePO4的方法如下： 步骤1　将LiOH置于如图所示实验装置的三颈烧瓶中，加入 煮沸过的蒸馏水，搅拌使其溶解。从分液漏斗中滴加H3PO4 溶液，并持续通入氮气。 步骤2　将(NH4)2Fe(SO4)2固体溶于蒸馏水中，迅速倒入三 颈烧瓶中，快速搅拌，充分反应后，过滤、洗涤滤渣得LiFePO4固体。 提升 关键能力 (1)共沉淀反应投料时，不将FeSO4和LiOH溶液直接混合的原因是_______________ _______________________________________________________________________。 (2)写出共沉淀反应的化学方程式：_________________________________________ ___________________。 (3)工业制取LiFePO4在高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后LiFePO4的导电性能外，还能______________________________。 FeSO4和LiOH溶液直接混合生成Fe(OH)2，而Fe(OH)2极易被氧化，最终产品中混有Fe(Ⅲ)化合物 (NH4)2Fe(SO4)2＋LiOH＋H3PO4===LiFePO4↓ ＋2NH4HSO4＋H2O 利用其还原性，防止Fe(Ⅱ)被氧化 提升 关键能力 Ⅱ.磷酸锂渣(主要成分为Li3PO4)和废旧电极材料(含铝、炭、LiFePO4和FePO4)均可用于制取Li2CO3。 (4)实验室以磷酸锂渣为原料制备高纯Li2CO3的部分实验流程如下： ①“低酸转化”使Li3PO4转化为Li2HPO4。写出“磷锂分离”的化学方程式：____________________________________________。 2Li2HPO4＋3CaCl2===Ca3(PO4)2↓＋4LiCl＋2HCl 提升 关键能力 根据流程图可知“磷锂分离”的原理是Li2HPO4与CaCl2反应，化学方程式为2Li2HPO4＋3CaCl2===Ca3(PO4)2↓＋4LiCl＋2HCl。 提升 关键能力 ②已知：三辛胺[N(C8H17)3]是一种有机碱，难溶于水。向“萃取”后的溶液中加入三辛胺再通入CO2得到Li2CO3沉淀，加入三辛胺的目的是_______________________ _________________________________________________________________________ ______________________。 萃取后的LiCl溶液中混有 HCl，三辛胺将溶液中的HCl反应除去，减小溶液中H＋浓度，又能增大 浓度， 从而有利于Li2CO3生成 提升 关键能力 (5)已知：Li2CO3微溶于水；LiFePO4、FePO4难溶于水和碱，可溶于盐酸生成LiCl、FeCl2、FeCl3和H3PO4；pH＞3.2时，Fe3＋沉淀完全。完善由某废旧电极材料制取Li2CO3的实验方案：边搅拌边向废旧电极材料中加入NaOH溶液至不再产生气泡，过滤，_____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________，过滤、洗涤，低温干燥得Li2CO3固体。(实验中须使用的试剂有双氧水、盐酸、NaOH溶液、Na2CO3溶液) 向滤渣中边搅拌边加入盐酸，至固体不再减少，过滤；向滤液中加入过量的双氧水，再逐滴加入NaOH溶液至溶液pH大于3.2，过滤；边搅拌边向滤液中滴加Na2CO3溶液至产生大量沉淀，静置，向上层清液中滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成 提升 关键能力 废旧电极材料中加入NaOH溶液至不再产生气泡，过滤，已将铝溶解除去，剩余固体成分为炭、LiFePO4和FePO4，从中获得含Li＋溶液并沉淀生成Li2CO3的基本思路：用酸溶解、过滤，除炭；将滤液中Fe2＋氧化、调节pH除Fe3＋；用Na2CO3溶液沉淀Li＋得Li2CO3。 提升 关键能力 5.(2023·盐城统考模拟)水合肼(N2H4·H2O)易溶于水有强还原性，一般被氧化为N2。N2H4·H2O处理碱性银氨{[Ag(NH3)2]＋}溶液获得超细银粉的工艺流程如下： 提升 关键能力 (1)合成水合肼：将一定量的CO(NH2)2和NaOH混合溶液，加入三 颈烧瓶中(装置见图)，40 ℃以下通过分液漏斗缓慢滴加NaClO溶 液反应一段时间后，再迅速升温至110 ℃继续反应。 ①反应Ⅰ制备水合肼的化学方程式为________________________ ____________________________。 NaClO＋2NaOH＋CO(NH2)2 ===N2H4·H2O＋NaCl＋Na2CO3 提升 关键能力 ②制备过程中要控制NaClO溶液的供给量不能过量，其原因是_____________________________________________________________________________________________________。 NaClO具有强氧化性，水合肼具有强还原性，因此当反应物过多NaClO将会与产物水合肼反应，从而导致产物损失 提升 关键能力 (2)实验室中配制一定体积的银氨溶液的方法为_________________________________ _______________________________________________________________________________________________(提供的试剂：2%的稀氨水、2%的硝酸银溶液)。 在洁净试管中加入一定量的2%AgNO3溶液，逐滴滴加2%稀氨水，出现沉淀，当滴入最后一滴氨水沉淀恰好溶解时，即得目标溶液 提升 关键能力 (3)制备超细银粉：在水合肼溶液中逐滴加入新制的银氨溶液，控制20 ℃充分反应。 ①水合肼还原银氨溶液的离子方程式为_______________________________________ ____________________。 ②水合肼直接与AgNO3溶液反应也能生成Ag，用银氨溶液代替AgNO3溶液的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 4[Ag(NH3)2]＋＋N2H4·H2O＋4OH－===4Ag↓ ＋N2↑＋8NH3＋5H2O 使用硝酸银溶液时，银离子浓度大，反应迅速，得到的颗粒迅速变大，得不到超细银粉，而银氨作为银络合物，银离子是逐渐释放出来的，浓度小，反应慢，有利于形成超细银粉 提升 关键能力 (4)实验室通过如下步骤测定所制超细银粉样品中Ag的质量分数(杂质不参与反应)。 ①称取超细银粉样品2.500 g，加适量稀硝酸充分溶解、过滤、洗涤，将滤液和洗涤滤液合并定容到250 mL容量瓶中。 ②准确量取25.00 mL溶液置于锥形瓶中，酸化后滴入几滴指示剂铁铵矾[NH4Fe(SO4)2]溶液，再用0.100 0 mol·L－1NH4SCN标准溶液滴定。滴定终点的实验现象为________________________________________________________。 ③重复②的操作3次，所用NH4SCN标准溶液的平均体积为23.00 mL。已知：Ag＋＋SCN－===AgSCN↓ (白色)，则样品中银的质量分数为_________。 当滴入最后半滴标准溶液，溶液变为红色，且半分钟内不复原 99.36% 提升 关键能力 课时精练 A组 B组 A组 1.(2023·盐城中学模拟)亚硝基硫酸(NOHSO4)常温下为颗粒状晶体，干燥时稳定，不溶于CCl4，在水溶液中难电离，制备原理为HNO3＋SO2===NOHSO4。实验装置如图1。 1 2 3 4 已知：Ⅰ.制备NOHSO4过程中控制温度不高于59 ℃。 Ⅱ.发烟硝酸为含硝酸90%～97.5%的液体。 (1)NOHSO4的制备：反应过程中，NOHSO4和HNO3的物质的量随时间的变化如图2所示。生成NOHSO4的物质的量小于硝酸减少的物质的量，可能的原因是_________________。 1 2 3 4 硝酸会挥发和分解 (2)结合图2，补充完整制取NOHSO4晶体的实验方案：b导管依次连接_____________ ________和盛有___________的烧杯，烧杯内液面刚好接触倒扣的漏斗，经检查气密性良好，将净化后的SO2气体从装置a口通入 盛有发烟硝酸的三颈烧瓶中，____________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________， 将固体置于五氧化二磷干燥器中干燥(实验中 须用的试剂和仪器：NaOH溶液、CCl4、盛有P2O5的干燥管、玻璃砂芯漏斗)。 1 2 3 4 盛有P2O5的 干燥管 NaOH溶液 在冷水浴中反 应约60 min后(反应混合物呈浆状)，停止通 入SO2，然后迅速将反应混合物转移到玻璃 砂芯漏斗中(真空)过滤，三颈烧瓶中残留的 固体用少量CCl4冲洗转移至玻璃砂芯漏斗中 将温度控制在不高于59 ℃，从b导管口出来的有SO2和HNO3，先通过盛有P2O5的干燥管，然后再用NaOH溶液进行尾气吸收处理；从图2中可知，当在60 min时，亚硝基硫酸的量几乎达到最大值，硝酸的量几乎达到最小值，因为亚硝基硫酸(NOHSO4)常温下为颗粒状晶体，干燥时 1 2 3 4 稳定，不溶于CCl4，所以，让该反应先在冷水浴中反应60 min，然后停止通入SO2，迅速将反应混合物在玻璃砂芯漏斗中过滤，三颈烧瓶中残留固体用CCl4冲洗转移至玻璃砂芯漏斗中以减少损失。 1 2 3 4 (3)测定NOHSO4产品纯度的步骤：准确称取0.700 0 g产品于锥形瓶中，加入少量硫酸溶解，再加入0.100 0 mol·L－l KMnO4溶液40.00 mL，充分反应。用0.250 0 mol·L－1 Na2C2O4标准溶液滴定，消耗Na2C2O4标准溶液的体积为20.00 mL。已知： ＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。 ①NOHSO4与KMnO4反应有 和Mn2＋生成，其离子方程式为__________ _______________________________________________。 1 2 3 4 ②计算NOHSO4产品的纯度(写出计算过程)：___________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________。 1 2 3 4 2.以印刷线路板的碱性蚀刻废液{主要成分为[Cu(NH3)4]Cl2}或焙烧过的铜精炼炉渣(主要成分为CuO、SiO2，少量Fe2O3)为原料均能制备CuSO4·5H2O晶体。 (1)取一定量蚀刻废液和稍过量的NaOH溶液加入如图所示实验装置的三颈烧瓶中，在搅拌下加热反应并通入空气，待产生大量的黑色沉淀时停止反应，趁热过滤、洗涤，得到CuO固体；所得固体经酸溶、 结晶、过滤等操作，得到CuSO4·5H2O 晶体。 ①写出用蚀刻废液制备CuO反应的化 学方程式：______________________ ____________________________________。 1 2 3 4 [Cu(NH3)4]Cl2＋2NaOH CuO↓＋2NaCl＋4NH3↑＋H2O ②检验CuO固体是否洗净的实验操作是______________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 取最后一次洗涤液少量于试管，向试管中加硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗涤干净，若有白色沉淀生成，则未洗涤干净 1 2 3 4 检验CuO固体是否洗净主要是检验洗涤液中是否含有Cl－。 ③装置图中装置X的作用是________。 1 2 3 4 三颈烧瓶中反应生成了氨气，氨气极易溶于水，因此装置图中装置X的作用是防倒吸。 防倒吸 1 2 3 4 (2)以焙烧过的铜精炼炉渣为原料制备CuSO4·5H2O晶体时，请补充完整相应的实验方案：取一定量焙烧过的铜精炼炉渣，_________________________________________ __________________________________________________，将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤、晾干，得到CuSO4·5H2O晶体。 已知：①该实验中pH＝3.2时，Fe3＋完全沉淀；pH＝4.7 时，Cu2＋开始沉淀。②实验中可选用的试剂：1.0 mol·L－1 H2SO4溶液、1.0 mol·L－1 HCl溶液、1.0 mol·L－1 NaOH溶液。 加入适量1.0 mol·L－1 H2SO4溶液溶解，逐滴加入1.0 mol·L－1 NaOH溶液，调节溶液pH在3.2～4.7，过滤 1 2 3 4 (3)通过下列方法测定产品纯度：准确称取0.500 0 g CuSO4·5H2O样品，加适量水溶解，转移至碘量瓶中，加过量KI溶液并用稀硫酸酸化，以淀粉溶液为指示剂，用 0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3标准溶液19.80 mL。测定过程中发生下列反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2、 ＋2I－。计算CuSO4·5H2O样品的纯度(写出计算过程)。 _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 根据关系式：CuSO4·5H2O～Na2S2O3可知，样品中CuSO4·5H2O的物质的量为0.100 0 mol·L－1×0.019 8 L＝0.001 98 mol， 则CuSO4·5H2O样品的纯度w＝ 3.某研究小组制备配合物顺式-二甘氨酸合铜[(H2NCH2COO)2Cu，其结构简式为 ]流程如右： 已知：Cu(OH)2与甘氨酸反应还可能 生成反式-二甘氨酸合铜。请回答： (1)写出Cu(OH)2与甘氨酸反应的化学 方程式：_______________________ ___________________________。 1 2 3 4 Cu(OH)2＋2H2NCH2COOH ===(H2NCH2COO)2Cu＋2H2O 某研究小组制备配合物顺式-二甘氨酸合铜[(H2NCH2COO)2Cu]，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[(H2NCH2COO)2Cu]，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，以此解答。Cu(OH)2与甘氨酸反应生成二甘氨酸合铜和水，化学方程式为Cu(OH)2＋2H2NCH2COOH===(H2NCH2COO)2Cu＋2H2O。 1 2 3 4 (2)下列说法正确的是_____(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Ⅲ中，趁热过滤的目的是除去 Cu(OH)2同时减少产物的析出 c.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 1 2 3 4 ab (3)可用碘量法测定产品中Cu元素的含量，已知： 1 2 3 4 ⅱ：CuI固体能吸附溶液中的少量碘单质； ⅲ：Ksp(CuSCN)<Ksp(CuI)。 从下列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。 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(碘量瓶如图)―→______―→塞上碘量瓶的塞子―→______―→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。 a c e g 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___________________________________________________。 1 2 3 4 破坏配合物结构，解离出铜离子，有利于与I－反应 滴入最后半滴标准溶液后，溶液蓝色褪去，且30 s不恢复 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__________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________ (写出计算过程)。 1 2 3 4 若两次平行实验，平均消耗0.105 0 mol·L－1 Na2S2O3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～ ，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·南通模拟)KIO3是重要的食品添加剂。实验室模拟工业制备KIO3的部分实验流程如下： 1 2 3 4 (1)“氧化”反应在如图所示装置中进行。先将KClO3与I2混合后放入气密性良好的三颈烧瓶中，加水充分溶解，在90 ℃下边搅拌边滴加20 mL 1 mol·L－1盐酸引发反应，停止滴加盐酸后持续搅拌40 min以上，得到热的KH(IO3)2溶液。 1 2 3 4 已知：KH(IO3)2不溶于有机溶剂。几种物质的溶解度随温度的变化如图所示。 1 2 3 4 ①用12 mol·L－1盐酸配制100 mL 1.00 mol·L－1盐酸须使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、酸式滴定管、________________________。 ②检查图中所示装置气密性的操作为______________ ______________________________________________ ________________________________________________________________。 100 mL容量瓶、胶头滴管 连接好装置， 关闭分液漏斗活塞，将导管用乳胶管连接后插入水中，微热烧瓶，在导管口有气泡产生，冷却后导管口处倒吸一段水柱 1 2 3 4 ④能说明反应已经进行完全的标志是 __________________。 溶液的pH不再变化 反应得到KH(IO3)2，故反应会消耗盐酸，当盐酸不再反应时说明反应进行完全，所以能说明反应已经进行完全的标志是溶液的pH不再变化。 ③“氧化”过程中有少量黄绿色的气态副产物产生。用热的KOH溶液可吸收该气体并实现原料的循环利用，写出该吸收过程中发生反应的化学方程式：_____________ __________________________。 3Cl2＋6KOH 5KCl＋KClO3＋3H2O 1 2 3 4 ⑤实际工业进行“氧化”反应时，需要在反应设备上连接冷凝回流装置，其目的是_______________________________________________。 冷凝回流I2和盐酸，提高原料利用率并防止污染空气 1 2 3 4 已知KH(IO3)2不溶于有机溶剂，而碘能溶于有机溶剂，除去KH(IO3)2溶液中稍过量I2的实验方法是用CCl4萃取后分液。 (2)除去KH(IO3)2溶液中稍过量I2的实验方法是__________________。 用CCl4萃取后分液 1 2 3 4 由溶解度曲线可知，KIO3的溶解度在低温时较小，故提纯得到的KH(IO3)2的粗品(含少量KCl)制备纯净KIO3可以选择降温结晶的方法。 (3)利用提纯得到的KH(IO3)2的粗品(含少量KCl)制备纯净KIO3的实验方案为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _____。(须使用的实验药品：KOH溶液、稀硝酸、AgNO3溶液、冰水) 将KH(IO3)2溶于水，向其中滴加KOH溶液至溶液pH＞7，加热浓缩，冷却结晶，过滤，用冰水洗涤，直至向最后一次洗涤滤液中加入稀硝酸和硝酸银溶液无沉淀产生 B组 1.(2023·南京模拟)钴的化合物用途广泛，可用于指示剂和催化剂制备。 (1)以CoCl2溶液为原料，加入NH4HCO3和氨水，控制温度为50～60 ℃制备CoCO3，其反应的离子方程式为_____________________________________________。 (2)钴有多种氧化物，其中Co3O4可用作电极，若选用KOH电解质溶液，通电时可转化为CoOOH，其电极反应式为___________________________________。 1 2 3 4 Co3O4＋OH－＋H2O－e－===3CoOOH (3)以尿素为原料也可获得CoCO3并制备Co3O4。已知：尿素水溶液呈弱碱性，在70 ℃以上能缓慢水解产生 ，在pH为1～3时水解速率对生成CoCO3沉淀较为适宜。CoCO3在空气中加热，反应温度对反应产物的影响如图。设计以CoCl2溶液、尿素、盐酸为原料，制备Co3O4实验方案：__________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 在CoCl2溶液中加入适量尿素，充分混合，放在70 ℃以上的水浴中，并滴加盐酸调节溶液pH为1～3，充分反应后过滤出沉淀，洗涤沉淀，控制温度不高于600 ℃煅烧至恒重即可 (4)为测定某草酸钴样品中草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的质量分数，进行如下实验： ①取草酸钴(CoC2O4·2H2O)样品3.050 g，加入100.00 mL 0.100 0 mol·L－1酸性KMnO4溶液，加热(该条件下Co2＋不被氧化)。 ②充分反应后将溶液冷却至室温，加入250 mL容量瓶中，定容。 ③取25.00 mL溶液，用0.100 0 mol·L－1FeSO4溶液滴定，平行做三次滴定实验，平衡消耗18.00 mL FeSO4溶液。 计算样品中草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的质量分数(写出计算过程)。 1 2 3 4 答案　由实验③可知，取25.00 mL溶液，用0.100 0 mol·L－1 FeSO4溶液滴定，平均消耗FeSO4溶液18.00 mL， 1 2 3 4 (1)“浸出”：称取一定量的粗氧化锌放入反应器中，加入适量碳酸氢铵和15%的氨水，40 ℃水浴加热并充分搅拌后，过滤。 ①浸出后溶液中主要含有的离子为[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋和 ，写出生成 [Zn(NH3)4]CO3的化学方程式：_____________________________________________ ________。1 mol [Zn(NH3)4]2＋中的σ键数为___________________。 2.(2023·南通模拟)ZnO是重要的化工原料。实验室以粗氧化锌(主要成分为ZnO，还含有少量Fe2O3、CuO等杂质)为原料制备碱式碳酸锌，进而热分解制备活性氧化锌。实验流程如下： 1 2 3 4 ＋4H2O 9.632×1024(或16NA) 在[Zn(NH3)4]2＋中，配位体NH3中存在3个N—H共价键，单键属于σ键，中心Zn2＋与4个NH3通过配位键结合，配位键属于σ键，1个[Zn(NH3)4]2＋中存在σ键数目是3×4＋4＝16个，则1 mol [Zn(NH3)4]2＋中含有16 mol σ键，其数目是16NA＝9.632×1024。 1 2 3 4 ②其他条件一定，当水浴温度高于42 ℃时，测得锌的浸出率随温度升高而降低，其可能原因是_______________________________________________________________ _____________。 1 2 3 4 温度升高，NH3挥发，NH4HCO3分解，c(NH4HCO3)和c(NH3·H2O)减小，反应速率减慢 (2)“置换铜”：向“浸出”所得滤液中加入稍过量的锌粉，过滤，______________ ________________________________，过滤、洗涤并烘干滤渣，得到较纯净的铜。 1 2 3 4 向稀盐酸中分批 加入滤渣，搅拌，至不再产生气泡 “置换铜”：向“浸出”所得含有[Cu(NH3)4]2＋的滤液中加入稍过量的锌粉，发生置换反应：Zn＋[Cu(NH3)4]2＋===[Zn(NH3)4]2＋＋Cu，然后过滤，分离得到的固体中含有过量的Zn及置换出的Cu，根据Zn是比较活泼金属，能够与酸发生反应，而Cu不能反应的性质，向稀盐酸中分批加入滤渣，搅拌，至不再产生气泡，除去Zn，然后经过滤、洗涤、干燥，就得到较纯净的铜。 (3)“蒸氨”。反应原理为4[Zn(NH3)4]CO3＋3H2O Zn4(OH)6CO3↓＋16NH3↑ ＋3CO2↑。已知：Zn4(OH)6CO3的产率随蒸氨时间的变化如图1所示：加热 Zn4(OH)6CO3 30 min后，固体质量残留率 随温度变化如图2 所示。 1 2 3 4 请补充完整制备ZnO的实验方案：将[Zn(NH3)4]CO3溶液置于如图3所示三颈烧瓶中，____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(实验中须使用的试剂：100 ℃水蒸气、蒸馏水) 1 2 3 4 打开活塞，通入100 ℃水蒸气持续25 min，同时将产生的气体通入蒸馏水中；待三颈烧瓶冷却后，将其中混合物过滤，用蒸馏水洗涤滤渣并干燥，将干燥后的固体在600 K下加热30 min 1 2 3 4 根据图像可知：在蒸氨时间为25 min时碱式碳酸锌产率达到最大值，判断得到在温度为600 K时加热30 min固体残留率为76.8%时分解得到的是ZnO，温度升高，固体残留率不再发生变化。 3.由难溶性磷酸锂渣(主要成分为Li3PO4)为原料制备电池级Li2CO3的流程如下： 1 2 3 4 已知：①Li2CO3在不同温度下的溶解度：0 ℃ 1.54 g，20 ℃ 1.33 g， 90 ℃ 0.78 g。 ②碳酸锂：水溶液煮沸时容易发生水解。 (1)溶解除磷。将一定量磷酸锂渣与CaCl2溶液、盐酸中的一种配成 悬浊液，加入三颈烧瓶中(装置如图)，一段时间后，通过分液漏斗缓慢滴加另一种溶液，充分反应，过滤，得到LiCl溶液。 ①分液漏斗中的液体是__________。 ②Li3PO4转化为LiCl和CaHPO4的离子方程式为________________________________。 CaCl2溶液 Li3PO4＋H＋＋Ca2＋===CaHPO4＋3Li＋ 1 2 3 4 (2)除钙。通过离子交换法除去溶液中Ca2＋。若要使后续得到的Li2CO3中不含CaCO3(设沉淀后溶液中Li＋浓度为0.1 mol·L－1)，需控制除钙后溶液中c(Ca2＋) ≤__________________。[Ksp(Li2CO3)＝2.5×10－2，Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9] 1.12×10－9 mol·L－1 1 2 3 4 (3)制备Li2CO3。向除杂后的LiCl溶液中加入N235萃取剂(50%三辛癸烷基叔胺与50%异辛醇的混合液)，边搅拌边向混合液中通CO2，过滤洗涤得到Li2CO3。 ①该方法能制得Li2CO3的原因是____________________________________________ _____________________________________________________。 ②检验滤渣是否洗涤完全的实验方法是______________________________________ ________________________________________。 2LiCl＋CO2＋H2O Li2CO3＋2HCl，N235可萃取生成的HCl，使溶液中H＋浓度降低，有利于反应正向进行 取最后一次洗涤后的滤液，加硝酸酸化的AgNO3溶液，无白色沉淀产生证明洗涤完全 1 2 3 4 (4)若粗品碳酸锂中含少量难溶性杂质，为获得较高产率的纯Li2CO3，请补充完整实验方案：向粗品LiCO3中加水，按一定速率通入CO2，边通边搅拌，_____________ __________________________________________________________________________________________________________________________。 已知：①LiHCO3受热易分解；②实验过程中Li2CO3转化速率与时间的关系如图 所示。 反应约40分钟 左右停止通CO2，过滤，洗涤滤渣，将洗涤后滤液与原滤液合并，在90 ℃左右加热反应至不再有气体产生，趁热过滤，将滤渣低温干燥 4.(2024·无锡高三第一次调研)实验室以碳酸铈[Ce2(CO3)3]为原料制备氧化铈(CeO2)粉末，部分实验过程如下： 1 2 3 4 已知：Ce(OH)4难溶于稀硝酸；Ce4＋极易水解，酸性较强时有强氧化性。 (1)“氧化、 沉淀”过程 ①向酸溶后的溶液中加入氨水和H2O2溶液，维持pH为5～6充分反应，生成胶状红褐色过氧化铈[Ce(OH)3O·OH]沉淀，加热煮沸，过氧化铈转化为黄色氢氧化铈[Ce(OH)4]。反应生成过氧化铈的离子方程式为____________________________________________ _______________。 2Ce3＋＋3H2O2＋6NH3·H2O===2Ce(OH)3O·OH↓ ②双氧水与氨水的加入量之比对Ce3＋氧化率的影响 如图1所示，H2O2与NH3·H2O物质的量之比大于1.20 时，Ce3＋氧化率下降的原因是__________________ ____________________________________________ ____________________________________。 1 2 3 4 NH3·H2O不足，体 系酸性增强；酸性较强时Ce4＋有强氧化性，过量 的H2O2将Ce4＋(或过氧化铈)还原为Ce3＋ 1 2 3 4 (2)“过滤、 洗涤”过程 ①“过滤”需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和_________。 ②“洗涤”的实验操作是___________________________________________________ _______________________。 玻璃棒 沿玻璃棒向漏斗中加入蒸馏水至恰好浸没沉淀，待水自然流下，重复操作2～3次 (3)“焙烧”过程 焙烧Ce(OH)4过程中测得剩余固体质量与起始固体质量 的比值随温度变化的曲线如图2所示。则301～317 ℃ 范围内，B→C发生反应的化学方程式为___________ _______________________________________________ __________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________(写出确定物质化学式的计算过程)。 1 2 3 4 CeO2＋H2O(或H2CeO3 CeO2 ＋H2O)；计算过程：设起始Ce(OH)4的质量为208 g，加热至301 ℃，Δm1＝208 g× (100%－91.35%)≈18 g，B的化学式为CeO2·H2O(或H2CeO3)，301～317 ℃，Δm2＝208 g×(91.35%－82.70%)≈18 g，C的化学式为CeO2 CeO2·H2O 1 2 3 4 (4)由稀土碳酸盐获取La(OH)3 以稀土碳酸盐样品[含有La2(CO3)3、Ce2(CO3)3和可溶性Ce2(SO4)3]为原料可获得纯净的La(OH)3。请补充实验方案：向稀土碳酸盐样品中____________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ______________________________________________，烘干，得到La(OH)3固体。 [已知：La3＋不与H2O2反应；La3＋、Ce3＋开始转化为氢氧化物沉淀的pH分别为7.8、7.6；可选用的试剂有1 mol·L－1氨水、30% H2O2溶液、2 mol·L－1 HNO3溶液、 2 mol·L－1 HCl溶液、1 mol·L－1 BaCl2溶液、去离子水] 边搅拌边加入2 mol·L－1 HNO3 溶液至不再产生气泡，加入 ＝1.2 的1 mol·L－1氨水和30% H2O2溶液，维 持pH为5～6充分反应，加热煮沸后过滤，向所得滤液中加入1 mol·L－1氨水至沉淀 不再增加，静置，过滤，用去离子水洗涤沉淀至向最后一次洗涤后的滤液中加入 2 mol·L－1 HCl溶液和1 mol·L－1 BaCl2溶液不变浑浊 答案　根据Zn2＋＋Y4－===ZnY2－，可知20.00 mL稀释后的溶液中含ZnSO4的物质的量为0.025 L×0.015 0 mol·L－1＝3.75×10－4 mol；ZnSO4溶液的物质的量浓度为＝0.750 0 mol·L－1 MnO2＋SO＋2H＋===Mn2＋ ＋SO＋H2O 若三颈烧瓶中先加入硫酸溶液，向其中滴加Na2SO3溶液则易生成SO2导致Na2SO3的利用率减小，故滴液漏斗中的溶液是H2SO4溶液；MnO2被亚硫酸根离子还原为Mn2＋的离子方程式为MnO2＋SO＋2H＋===Mn2＋＋SO＋H2O。 CO NO、SO 2MnO ＋5NOHSO4＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋5NO＋9H＋ 2MnO＋ 5C2O NOHSO4与KMnO4反应有NO、SO和Mn2＋生成，其中亚硝基硫酸在水溶液中难电离，写离子方程式时不拆。 测定时，先发生反应2MnO＋5NOHSO4＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋5NO＋9H＋，高锰酸钾和亚硝基硫酸反应后有剩余，剩余的高锰酸钾和草酸钠反应：2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。 设亚硝基硫酸的物质的量为x，根据得失电子守恒：0.040 0 L×0.100 0 mol·L－1×5＝0.020 0 L×0.250 0 mol·L－1×2＋2x，可求得x＝0.005 0 mol，则亚硝基硫酸的质量为 0.005 0 mol×127 g·mol－1＝0.635 0 g，所以亚硝基硫酸的纯度为×100% ≈90.71% 2S2O＋I2===S4O ×100%＝99% ⅰ：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2；2S2O＋I2===2I－＋S4O； 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溶液变蓝，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不恢复。 2S2O Co2＋＋HCO＋NH3·H2O===CoCO3↓＋NH＋H2O CO 故样品中草酸钴晶体的质量分数为×100%＝96%。 根据得失电子守恒可知，与FeSO4反应的KMnO4的物质的量为n(KMnO4)＝ n(FeSO4)＝×18.00×10－3 L×0.100 0 mol·L－1×＝0.003 6 mol， 则与CoC2O4·2H2O反应的KMnO4的物质的量为0.1 L×0.1 mol ·L－1－0.003 6 mol＝0.006 4 mol，根据得失电子守恒可知，n(CoC2O4·2H2O)＝n(KMnO4)＝×0.006 4 mol＝0.016 mol， ZnO＋3NH3·H2O＋NH4HCO3CO3 CO ＋6NH＋2H2O $