【創(chuàng)新設(shè)計】2021高考化學(xué)(江蘇專用)二輪專題提升練：第13講-化學(xué)實驗綜合應(yīng)用(含新題及解析)

第13講化學(xué)試驗綜合應(yīng)用1．(2022·蘇北四市調(diào)研)高氯酸銨(NH4ClO4)是復(fù)合火箭推動劑的重要成分，試驗室可通過下列反應(yīng)制取：NaClO4(aq)＋NH4Cl(aq)eq\o(=,\s\up7(90℃))NH4ClO4(aq)＋NaCl(aq)(1)若NH4Cl用氨氣和濃鹽酸代替，上述反應(yīng)不需要外界供熱就能進行，其緣由是_________________________________________________________。(2)反應(yīng)得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.15(相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見圖1)。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的試驗操作依次為(填操作名稱)________________________________、干燥。圖1(3)樣品中NH4ClO4的含量可用蒸餾法進行測定，蒸餾裝置如圖2所示(加熱和儀器固定裝置已略去)，試驗步驟如下：步驟1：按圖2所示組裝儀器，檢查裝置氣密性。圖2步驟2：精確?????稱取樣品ag(約0.5g)于蒸餾燒瓶中，加入約150mL水溶解。步驟3：精確?????量取40.00mL約0.1mol·L－1H2SO4溶液于錐形瓶中。步驟4：經(jīng)分液漏斗向蒸餾瓶中加入20mL3mol·L－1NaOH溶液。步驟5：加熱蒸餾至蒸餾燒瓶中剩余約100mL溶液。步驟6：用新煮沸過的水沖洗冷凝裝置2～3次，洗滌液并入錐形瓶中。步驟7：向錐形瓶中加入酸堿指示劑，用cmol·L－1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液V1mL步驟8：將試驗步驟1～7重復(fù)2次①步驟3中，精確?????量取40.00mLH2SO4溶液的玻璃儀器是________。②步驟1～7中，確保生成的氨被稀硫酸完全吸取的試驗是________(填寫步驟序號)。③為獲得樣品中NH4ClO4的含量，還需補充的試驗是________。解析(1)氨氣和濃鹽酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。(2)由于NH4ClO4受熱易分解，其溶解度受溫度的影響變化很大，且溫度越高其溶解度越大，而氯化鈉的溶解度受溫度的影響變化不大，因此要獲得其晶體，接受蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，為了削減其溶解，接受冰水洗滌。(3)①滴定管能讀到小數(shù)點后兩位，因此選擇酸式滴定管量取硫酸。②檢查裝置的氣密性以免氨氣逸到空氣中；充分加熱蒸餾燒瓶中的液體，使氨氣完全逸出被吸??；把冷凝管洗滌，并將洗滌液也加到錐形瓶中，保證氨氣不損失。③硫酸的濃度約為0.1mol·L－1，要求獲得NH4ClO4的含量，需要知道硫酸的精確?????濃度。答案(1)氨氣與濃鹽酸反應(yīng)放出熱量(2)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、冰水洗滌(3)①酸式滴定管②1,5,6③用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定H2SO4溶液的濃度(或不加高氯酸銨樣品，保持其他條件相同，進行蒸餾和滴定試驗)2．(2022·徐州三模)高氯酸銅[Cu(ClO4)2·6H2O]易溶于水，120℃開頭分解，常用于生產(chǎn)電極和作催化劑等?？捎陕然~通過下列反應(yīng)制備：2CuCl2＋2Na2CO3＋H2O=Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑＋4NaCl；Cu2(OH)2CO3＋4HClO4＋9H2O=2Cu(ClO4)2·6H2O＋CO2↑。HClO4是易揮發(fā)的發(fā)煙液體，溫度高于130℃易爆炸。下表列出了相應(yīng)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開頭沉淀的pH按金屬離子濃度為1mol·L金屬離子開頭沉淀沉淀完全Fe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Cu2＋4.76.7(1)將CuCl2和Na2CO3用研缽分別研細，加入適量的沸水中，攪拌，加熱至溶液呈藍棕色。靜置、冷卻、過濾、洗滌得藍色Cu2(OH)2CO3沉淀。①把反應(yīng)物研細的目的是________________________________。②檢驗沉淀是否洗滌潔凈，應(yīng)選用的試劑是________。(2)向Cu2(OH)2CO3沉淀中滴加稍過量的HClO4當(dāng)心攪拌，適度加熱后得到藍色Cu(ClO4)2溶液同時會產(chǎn)生大量的白霧。①大量的白霧的成分是________(填化學(xué)式)。②適度加熱但溫度不能過高的緣由是________________________________。(3)25℃時，若調(diào)整溶液pH＝3，則溶液中的Fe3＋的物質(zhì)的量濃度為________。(已知25℃時，F(xiàn)e(OH)3的Ksp＝2.64×10(4)某爭辯小組欲用粗CuCl2固體(含F(xiàn)e2＋)制備純潔的無水氯化銅固體。請補充完整由粗CuCl2固體制備純潔的無水氯化銅固體的試驗步驟(可選用的試劑：蒸餾水、稀鹽酸、雙氧水溶液和氨水)：①將粗CuCl2固體溶于蒸餾水，滴入少量的稀鹽酸；②________________，過濾；③將濾液________________，得到CuCl2·2H2O晶體；④將________，得到無水氯化銅固體。解析(1)①把反應(yīng)物研細的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率；②沉淀中附著著Cl－，檢驗沉淀是否洗滌潔凈，用稀HNO3和AgNO3溶液檢驗最終一次洗滌液中是否含有Cl－即可。(2)①依據(jù)題意可知，該白霧是發(fā)煙液體HClO4揮發(fā)形成的。②溫度不能過高，是為了防止HClO4和Cu(ClO4)2分解。(3)c(OH－)＝10－11mol·L－1，則c(Fe3＋)＝Ksp/c3(OH－)＝2.64×10－6mol·L－1。(4)②由表中數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)e3＋生成Fe(OH)3沉淀時的pH與Cu2＋生成Cu(OH)2沉淀時的pH相差較大，故可先用氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，然后再加堿調(diào)整pH至3.2到4.7，使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾除去，再蒸發(fā)濃縮濾液、冷卻結(jié)晶，通過過濾得到CuCl2·2H2O晶體，然后洗滌干燥，再在HCl氣氛中加熱失水得到CuCl2晶體。答案(1)①增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)速率增大(其他合理答案均可)②稀HNO3和AgNO3溶液(其合理答案均可)(2)①HClO4②防止HClO4、Cu(ClO4)2分解(3)2.64×10－6mol·L－1(4)②加入適量雙氧水溶液并充分混合，再加入適量氨水調(diào)整溶液pH至3.2～4.7③加熱濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾、(冰水)洗滌，干燥④CuCl2·2H2O晶體在HCl氣氛中加熱至質(zhì)量不再變化為止3．三氯化鐵是合成草酸鐵的重要原料。(1)利用工業(yè)FeCl3制取純潔的草酸鐵晶體[Fe2(C2O4)3·5H2O]的試驗流程如下圖所示：①為了抑制FeCl3水解，溶液X為________。②上述流程中FeCl3能被異丙醚萃取，其緣由是___________________________________________________；檢驗萃取、分液后所得水層中是否含有Fe3＋的方法是________________________________。③所得Fe2(C2O4)·5H2O需用冰水洗滌，其目的是___________________________________________________。④為測定所得草酸鐵晶體的純度，試驗室稱取ag樣品，加硫酸酸化，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定生成的H2C2O4，KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)置于右圖所示儀器________(填“甲”或“乙”)中。下列狀況會造成試驗測得Fe2(C2O4)3·5H2O含量偏低的是________(填字母)。a．盛放KMnO4的滴定管水洗后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗b．滴定管滴定前尖嘴部分有氣泡，滴定后消逝c．滴定前仰視讀數(shù)，滴定后俯視讀數(shù)(2)某爭辯性學(xué)習(xí)小組欲從FeCl3溶液蝕刻鍍銅電路板所得廢液(溶質(zhì)為FeCl2、CuCl2、FeCl3)動身，制備單質(zhì)銅和無水FeCl3，再由FeCl3合成Fe2(C2O4)3·5H2O。請補充完整由蝕刻廢液制備單質(zhì)銅和無水FeCl3的試驗步驟(可選用的試劑：鐵粉、鹽酸、NaOH溶液和H2O2溶液)：向廢液中加入足量鐵粉，充分反應(yīng)后過濾；________________________________；________________________________調(diào)整溶液pH，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌干燥得FeCl3·6H2O；__________________________________，得無水FeCl3。答案(1)①(濃)鹽酸②FeCl3在異丙醚中的溶解度大于其在水中的溶解度取少量溶液，向其中滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則含有Fe3＋(或其他合理方法)③除去雜質(zhì)、削減草酸鐵晶體的溶解損耗④甲c(2)向濾渣中加入足量鹽酸，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得銅粉；將兩次過濾所得濾液合并，向其中加入適量H2O2溶液使Fe2＋全部氧化生成Fe3＋將FeCl3·6H2O在HCl的氣氛中加熱脫水4．(2022·廣東理綜，33)H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)爭辯中應(yīng)用廣泛。(1)某小組擬在同濃度Fe3＋的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應(yīng)速率的影響。限選試劑與儀器：30%H2O2、0.1mol·L－1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導(dǎo)管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。①寫出本試驗H2O2分解反應(yīng)方程式并標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：________________________________。②設(shè)計試驗方案：在不同H2O2濃度下，測定________(要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小)。③設(shè)計試驗裝置，完成如圖所示的裝置示意圖。④參照下表格式，擬定試驗表格，完整體現(xiàn)試驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)用字母表示)。物理量試驗序號V[0.1mol·L－1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……(2)利用圖(a)和圖(b)中的信息，按下圖(c)裝置(連通的A、B瓶中已充有NO2氣體)進行試驗?？捎^看到B瓶中氣體顏色比A瓶中的________(填“深”或“淺”)，其緣由是___________________________________________________________________________。解析(1)①過氧化氫在Fe3＋催化下分解成水和O2，依據(jù)O元素的化合價變化，可得：；②在不同H2O2濃度下，需測定相同時間內(nèi)，產(chǎn)生氧氣的體積的多少，或生成相同體積氧氣所需時間的多少。③可用如圖所示裝置測定。④依據(jù)“把握變量法”的要求，兩個對比試驗應(yīng)使反應(yīng)混合物中Fe2(SO4)3的濃度相同，H2O2的濃度不同。(2)由圖(a)知，過氧化氫的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由圖(b)知NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故圖(c)中，右側(cè)燒杯溫度高于左側(cè)燒杯溫度，即B瓶中的溫度高于A瓶。溫度上升，平衡2NO2(g)N2O4(g)，向逆反應(yīng)方向進行，B瓶中的二氧化氮濃度增大，顏色比A瓶顏色深。答案(1)①②生成相同體積的氧氣所需的時間(或相同時間內(nèi)，生成氧氣的體積)③④V(H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2)mLt/s1b2bed22bbef或V(H2O2)/mLV(H2O)/mLt/sV(O2)mL1b2bed22bbef(2)深由于過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，2NO2(g)N2O4(g)也是放熱反應(yīng)，所以B瓶溫度高于A瓶，溫度上升，平衡逆向移動，二氧化氮濃度增大，顏色加深5．二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}的制備流程如下：(已知H2C2O4eq\o(→,\s\up7(△),\s\do5())CO↑＋CO2↑＋H2O)(1)制備CuO：CuSO4溶液中滴入NaOH溶液，加熱煮沸、冷卻、雙層濾紙過濾、洗滌。①用雙層濾紙的可能緣由是________________________________。②用蒸餾水洗滌氧化銅時，如何證明已洗滌潔凈：____________________。(2)本試驗用K2CO3粉末與草酸溶液制取KHC2O4溶液而不用KOH粉末代替K2CO3粉末的可能緣由是_____________________________________。(3)為了提高CuO的利用率，如何讓CuO充分轉(zhuǎn)移到熱的KHC2O4溶液中：________________________________；50℃________________________________；再經(jīng)趁熱過濾、沸水洗滌、將濾液蒸發(fā)濃縮得二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體。(4)若試驗室只有含少量FeSO4·7H2O的硫酸銅晶體，欲制備較純潔的CuSO4溶液。Ⅰ.相關(guān)數(shù)據(jù)(開頭沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L－1計算)：金屬離子開頭沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Cu2＋4.76.7Fe2＋5.88.8Ⅱ.供應(yīng)的試劑有：a.蒸餾水 B．稀硫酸c．H2O2溶液 D．純潔的Cu(OH)2粉末e．氨水需經(jīng)過的步驟有：①________、②________、③________、④過濾得CuSO4溶液。(5)將制得的K2[Cu(C2O4)2]·2H2O進行熱重分析，結(jié)果如圖，由圖知在C點剩余固體為K2CO3和________。解析(1)②檢驗最終一次洗滌液中是否會有SOeq\o\al(2－,4)或Na＋即可，相對檢驗SOeq\o\al(2－,4)更合適。(2)H2C2O4與KOH發(fā)生中和反應(yīng)，為放熱反應(yīng)，溫度上升，導(dǎo)致草酸大量分解。(4)將樣品溶解，用氧化劑氧化Fe2＋生成Fe3＋，調(diào)溶液pH過濾除去Fe(OH)3。(5)100gK2[Cu(C2O4)2]·2H2O樣品中，含有n(K)＝0.564mol，n(Cu)＝0.282mol，熱重分析K、Cu不會損失，O點，m(K2CO3)＝38.92g，m(Cu)＝18.05g，剩余質(zhì)量m＝59.3g－38.92g－18.08g＝2.3g，n(O)＝2.3g÷16g·mol－1＝0.14mol，n(Cu)/n(O)＝2/1，剩余K2CO3和Cu2O。答案(1)防止CuO顆粒穿過濾紙(防止濾紙破損)取最終一次洗滌濾液，滴入BaCl2溶液，若無白色沉淀說明已洗滌潔凈(2)H2C2O4(3)直接將洗滌潔凈的CuO固體連同濾紙一起投入到KHC2O4溶液中2KHC2O4＋CuOeq\o(=,\s\up7(50℃),\s\do5())K2[Cu(C2O4)2]＋H2O(4)①將含有雜質(zhì)的硫酸銅晶體溶于稀硫酸酸化的蒸餾水中②加入足量的H2O2溶液③用純潔的Cu(OH)2粉末調(diào)整溶液pH約為4(或3.2～4.7之間)(5)Cu2O(或：氧化亞銅)6．(2022·全國卷Ⅱ，28)某小組以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、濃氨水為原料，在活性炭催化下，合成了橙黃色晶體X。為確定其組成，進行如下試驗。①氨的測定：精確稱取wgX，加適量水溶解，注入如圖所示的三頸瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入水蒸氣，將樣品液中的氨全部蒸出，用V1mLc1mol·L－1的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液吸取。蒸氨結(jié)束后取下接收瓶，用c2mol·L－1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過剩的HCl，到終點時消耗V2mLNaOH溶液。②氯的測定：精確?????稱取樣品X，配成溶液后用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，K2CrO4溶液為指示劑，至消滅淡紅色沉淀不再消逝為終點(Ag2CrO4為磚紅色)。回答下列問題：(1)裝置中平安管的作用原理是____________。(2)用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過剩的HCl時，應(yīng)使用________式滴定管，可使用的指示劑為________。(3)樣品中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達式為________。(4)測定氨前應(yīng)當(dāng)對裝置進行氣密性檢驗，若氣密性不好，測定結(jié)果將________(填“偏高”或“偏低”)。(5)測定氯的過程中，使用棕色滴定管的緣由是________________；滴定終點時，若溶液中c(Ag＋)＝2.0×10－5mol·L－1，c(CrOeq\o\al(2－,4))為________mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12](6)經(jīng)測定，樣品X中鈷、氨和氯的物質(zhì)的量之比為1∶6∶3，鈷的化合價為________。制備X的化學(xué)方程式為__________________；X的制備過程中溫度不能過高的緣由是__________________。解析(3)試驗①中，從樣品液中蒸出的n(NH3)＝V1×10－3L×c1mol·L－1－V2×10－3L×c2mol·L－1＝(c1V1－c2V2)×10－3mol，樣品中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(c1V1－c2V2×10－3mol×17g·mol－1,wg)×100%＝eq\f(c1V1－c2V2×10－3×17,w)×100%。(4)若裝置氣密性不好，有部分NH3逸出，而不能被HCl吸取，則剩余的HCl的物質(zhì)的量會增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中計算式可知測得m(NH3)變小，NH3的含量偏低。(5)滴定氯的過程中，使用棕色滴定管的緣由是防止AgNO3見光分解，依據(jù)Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrOeq\o\al(2－,4)(aq)及Ksp的表達式得：c(CrOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(Ksp,c2Ag＋)＝eq\f(1.12×10－12,2.0×10－52)mol·L－1＝2.8×10－3mol·L－1。(6)由n(Co)∶n(NH3)∶n(Cl)＝1∶6∶3，則知X為[Co(NH3)6]Cl3，故Co的化合價為＋3價，制備X的過程中溫度不能過高的緣由是防止H2O2分解，NH3逸出。答案(1)當(dāng)壓力過大時，平安管中液面上升，使A瓶中壓力穩(wěn)定(2)堿酚酞(或甲基橙)(3)eq\f(c1V1－c2V2×10－3×17,w)×100%(4)偏低(5)防止AgNO3見光分解2.8×10－3mol·L－1(6)＋32CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2=2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O溫度過高，H2O2分解，氨氣逸出7．草酸鎳晶體(NiC2O4·2H2O)可用于制鎳催化劑，硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)主要用于電鍍工業(yè)。某小組用廢鎳催化劑(成分為Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制備草酸鎳晶體的部分試驗流程如下：已知：①相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表(開頭沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L－1計算)：金屬離子開頭沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Al3＋3.05.0Ni2＋6.79.5②Ksp(CaF2)＝1.46×10－10，Ksp(CaC2O4)＝2.34×10－9。(1)“粉碎”的目的是________________________________。(2)保持其他條件相同，在不同溫度下對廢鎳催化劑進行“酸浸”，鎳浸出率隨時間的變化如圖所示?！八峤钡倪m宜溫度與時間分別為________(填字母)。a．30℃、30min b．90c．70℃、120min d．90(3)證明“沉鎳”工序中Ni2＋已經(jīng)沉淀完全的試驗步驟及現(xiàn)象是________________。(4)將“沉鎳”工序得到的混合物過濾，所得固體用乙醇洗滌、110℃①用乙醇洗滌的目的是________________________________。②烘干溫度不超過110℃(5)由流程中的“浸出液”制備硫酸鎳晶體的相關(guān)試驗步驟如下；第1步：取“浸出液”，________，充分反應(yīng)后過濾，以除去鐵、鋁元素；第2步：向所得濾液中加入適量NH4F溶液，充分反應(yīng)后過濾，得“溶液X”第3步：________，充分反應(yīng)后過濾；第4步：濾渣用稍過量硫酸充分溶解后，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得硫酸鎳晶體。①請補充完整相關(guān)試驗步驟(可選試劑：H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)。②第2步中加入適量NH4F解析(2)分析鎳浸出率，時間在90～140min，溫度選擇70℃或90℃，從經(jīng)濟角度來講70℃更適宜，故選c。(3)用(NH4)2C2O4溶液檢驗已無Ni2＋。(4)①洗去可溶性雜質(zhì)，如(NH4)2SO4等，且便于烘干。②溫度過高，晶體可能發(fā)生分解。(5)操作過程是取樣、氧化、調(diào)pH除去Fe3＋，用F答案(1)增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率；提高鎳的浸出率(2)c(3)靜置，在上層清液中連續(xù)滴加(NH4)2C2O4溶液，若不再產(chǎn)生沉淀，則“沉鎳”(4)①洗去(NH4)2SO4雜質(zhì)、便于烘干②防止溫度過高，草酸鎳晶體失去結(jié)晶水或分解(5)①第1步：(加適量H2SO4溶液，)加足量H2O2溶液，充分反應(yīng)后用NaOH溶液調(diào)整溶液5.0≤pH＜6.7第3步：用NaOH溶液調(diào)整“溶液X”的pH≥9.5②除去雜質(zhì)Ca2＋或CaSO48．(2022·蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào))草酸合鐵酸鉀晶體Kx[Fe(C2O4)y]·3H2O可用于攝影和藍色印刷。試驗室制備草酸合鐵酸鉀晶體的試驗流程如下：(1)若用鐵和稀硫酸制備FeSO4·7H2O，常保持________過量，理由是________________________________。(2)上述流程中，“沉淀”一步所得FeC2O4·2H2O沉淀需用水洗滌。檢驗沉淀是否洗滌潔凈的方法是________________________________________。(3)測定草酸合鐵酸鉀產(chǎn)品中Fe3＋含量和C2Oeq\o\al(2－,4)含量的試驗步驟如下：步驟1：精確?????稱取所制草酸合鐵酸鉀晶