2018版高考化学一轮复习专题突破训练5综合实验题解题策略新人教版

专题突破训练(五) 综合实验题解题策略

1．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某小组进行了以下探究实验：

【导学号：95812278】【探究一】(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10 min后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是

__________________________________________________。

(2)称取铁钉(碳素钢)5.6 g放入30.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①写出加热时铁与浓硫酸反应的化学方程式为_____________________。

若为5.6 g铁，理论上可收集到SO2的体积为________L(标准状况下测量)。

②甲同学认为溶液X中除含Fe3＋外还可能含有Fe2＋。若要确认其中是否含有Fe2＋，应选择加入的试剂为________(填字母)。

a．KSCN溶液和氯水B．铁粉和KSCN溶液

c．浓氨水D．酸性KMnO4溶液

③乙同学将672 mL(标准状况下)气体Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得到干燥固体4.66 g。据此推知气体Y中SO2的体积分数为________(精确到小数点后1位数字)。

【探究二】分析上述实验中SO2的体积分数，丙同学认为气体Y中还可能含有H2和CO2。为此设计下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(3)气体Y中可能有H2的原因是________________________________。

(4)装置A中试剂的作用是_________，反应的离子方程式为_________。

(5)简述确认气体Y中含有CO2的实验现象是________________________。

(6)如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是________________________。

(7)装置G的作用为________________________________。

[解析](1)铁在冷浓硫酸中发生钝化，表面形成一层致密的氧化膜，不和硫酸铜溶液

△反应。(2)①加热时铁与浓硫酸反应生成SO2，反应的化学方程式为2Fe＋6H2SO4(浓)=====

Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O,5.6 g铁理论上生成0.15 mol SO2，体积为3.36 L(标准状况下)。

②Fe2＋具有还原性，酸性高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与Fe2＋反应而褪色，故d项

正确。③SO 2＋Br 2＋2H 2O===2HBr ＋H 2SO 4，H 2SO 4＋BaCl 2===BaSO 4↓＋2HCl ，关系式为SO 2～BaSO 4，设标准状况下气体Y 中SO 2的体积为V 。

SO 2 ～ BaSO 4

22.4 L 233 g

V 4.66 g

V ＝0.448 L ＝448 mL ，所以SO 2的体积分数为448 mL 672 mL

×100%≈66.7%。(3)随反应进行，浓硫酸变为稀硫酸，铁与稀硫酸反应产生H 2。(4)SO 2和CO 2都能使澄清石灰水变浑浊，所以要检验CO 2必须先排除SO 2的干扰，SO 2具有还原性，可与酸性高锰酸钾溶液反应，反应的离子方程式为5SO 2＋2MnO －4＋2H 2O===5SO 2－4＋2Mn 2＋＋4H ＋

。(5)确认气体Y 中含有CO 2，应完全排除SO 2的干扰，现象为B 中品红溶液不褪色，C 中澄清石灰水变浑浊。(6)H 2具有还原性，能将黑色的氧化铜还原为红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色。(7)装置G 可吸收空气中的水蒸气，避免其进入装置F ，以减小实验误差。

[答案] (1)铁在冷浓硫酸中发生钝化

(2)①2Fe＋6H 2SO 4(浓)=====△

Fe 2(SO 4)3＋3SO 2↑＋6H 2O 3.36

②d ③66.7% (3)浓硫酸变稀后与Fe 反应生成H 2 (4)除去混合气体中的SO 2 5SO 2＋2MnO －4＋2H 2O===5SO 2－4＋2Mn 2＋＋4H ＋ (5)装置B 中品红溶液不褪色，装置C 中澄清石灰水变浑浊 (6)装置E 中固体由黑色变为红色，装置F 中固体变蓝色 (7)防止空气中的水蒸气进入装置F

2．(2016·山西四校联考)某同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究，实验步骤如下：

【导学号：95812279】

Ⅰ.将光亮铜丝插入浓硫酸，加热；

Ⅱ.待产生黑色沉淀和气体时，抽出铜丝，停止加热；

Ⅲ.冷却后，从反应后的混合物中分离出黑色沉淀，洗净、干燥备用。

查阅文献：检验微量Cu 2＋的方法是：向试液中滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu 2＋。

(1)该同学假设黑色沉淀是CuO 。检验过程如下：

①将CuO 放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，产生红褐色沉淀。 ②将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，未见红褐色沉淀。 由该检验过程所得结论是__________________。

(2)再次假设，黑色沉淀是铜的硫化物。实验如下：

实验装置 现象

1.A 试管中黑色沉淀逐渐溶解

2.A 试管内上方出现红棕色气

体

3.B 试管中出现白色沉淀

②能确认黑色沉淀中含有S 元素的现象是_________________________，

相应的离子方程式是______________________________________。

③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需进行的实验操作是

__________________________________________________________。

(3)以上实验说明，黑色沉淀中存在铜的硫化物。进一步实验后证明黑色沉淀是CuS 与Cu 2S 的混合物。将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后，沉淀溶解，其中CuS 溶解的化学方程式是_______________________________。

[解析] (1)向试液中滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu 2＋

，根据②将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，未见红褐色沉淀可知，黑色固体中一定不含CuO 。(2)①A 试管内上方出现红棕色气体，说明反应中有二氧化氮生成，证明了黑色固体具有还原性，在反应中被氧化；②根据B 试管中出现白色沉淀可知，白色沉淀为硫酸钡，说明黑色固体中含有硫元素，发生反应的离子方程式为NO 2＋SO 2＋Ba 2＋＋H 2O===BaSO 4↓＋NO ＋2H ＋；③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需检验黑色固体中含有铜离子，方法为：取冷却后A 装置试管中的溶液，滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu 2＋，说明黑色沉淀是铜的硫化物。(3)浓硫酸具有强氧化性，硫化铜被浓硫酸氧化为二氧化硫。

[答案] (1)黑色沉淀中不含有CuO (2)①还原 ②B 试管中出现白色沉淀 2NO －3＋3SO 2＋3Ba 2＋＋2H 2O===3BaSO 4↓＋2NO ＋4H ＋(或NO 2＋SO 2＋Ba 2＋＋H 2O===BaSO 4↓＋NO ＋2H ＋) ③取冷却后A 装置试管中的溶液，滴加K 4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu 2＋，

说明黑色沉淀是铜的硫化物 (3)CuS ＋4H 2SO 4(浓)=====△

CuSO 4＋4SO 2↑＋4H 2O

3．(2017·湖北七市联考)Na 2S 2O 3可用作照相的定影剂等。已知Na 2S 2O 3的某些性质如下：

【导学号：95812280】

(Ⅰ)S 2O 2－3能被I 2氧化为S 4O 2－6；

(Ⅱ)酸性条件下S 2O 2－3迅速分解为S 和SO 2；

(Ⅲ)向Na 2CO 3和Na 2S 混合溶液中通入SO 2可制得Na 2S 2O 3；

所得产品中常含有少量Na 2SO 3和Na 2SO 4。

实验室可用如下装置(略去部分夹持仪器)模仿生成过程。

实验步骤：

(1)仪器组装完成后，______________________________________，

则整个装置气密性良好。装置D的作用是________________________，

装置E中溶液的作用是_____________________________。

(2)先向C烧瓶中加入Na2CO3和Na2S混合溶液，再向A烧瓶中滴加浓H2SO4。

(3)等Na2CO3和Na2S完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，将溶液蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。

(4)为验证产品中含有硫酸盐，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。

实验步骤预期现象或结论

a.取少量固体样品溶于无氧蒸馏水中固体完全溶解得无色澄清溶液

b.加入过量盐酸

c.静置后取上清液，加入BaCl2溶液

4

①溶液配制：称取1.0 g Na2S2O3试样，用新煮沸并冷却的蒸馏水溶解，最终定容至100 mL。

②滴定：取10.00 mL 0.01 mol·L－1酸性KMnO4标准溶液，加硫酸酸化，再加过量KI 溶液。写出该反应的离子方程式为____________________。

③往步骤②所得溶液中加入某指示剂，用Na2S2O3滴定至终点(2S2O2－3＋I2===S4O2－6＋2I－)，记录Na2S2O3溶液用量，滴定3次。指示剂最好选用________，本次滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外，还有____________。

④若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL，则样品的纯度为________。

[解析]仪器组装完成后，必须检验装置的气密性；在题给装置中，A为SO2的发生装置，B、D为安全瓶，以防止倒吸；E为尾气处理装置，吸收多余的SO2，以防污染空气。因制得的Na2S2O3产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4，为验证产品中含有硫酸盐，取少量固体样品溶于无氧蒸馏水中，以防SO2－3氧化转化为SO2－4，固体完全溶解得无色澄清溶液，然后加入过量盐酸，排除S2O2－3和SO2－3对SO2－4检验的干扰，有浅黄色浑浊出现，有刺激性气味气体产生，静置后取上清液，加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生，说明样品中含有SO2－4；酸性KMnO4溶液与过量KI溶液反应的离子方程式为2MnO－4＋16H＋＋10I－===5I2＋2Mn2＋＋8H2O；用Na2S2O3

滴定其中生成的I2时，选用淀粉溶液作为终点指示剂；滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外，还有盛放Na2S2O3溶液的碱式滴定管；根据电子得失守恒可得：5Na2S2O3～KMnO4，若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL，则样品的纯度为0.01 L×0.01 mol·L－1×5×0.10 L×158 g·mol－1

×100%≈65.8%。

0.012 L×1.0 g

[答案](1)关闭A、C中分液漏斗活塞，将E中导管伸入盛水的水槽中，微热A中圆底烧瓶，E中导管口有气泡冒出，停止加热，导管中回流一段稳定的水柱防止倒吸吸收多余的SO2

(4)

预期现象或结论

有浅黄色浑浊出现，有刺激性气味气体产生

有白色沉淀产生，说明样品中含有SO2－4

(5)②2MnO－4＋16H＋＋10I－===5I2＋2Mn2＋＋8H2O③淀粉溶液碱式滴定管

④65.8%(或0.658)

4．(2017·长春一模)某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。

【导学号：95812281】Ⅰ.制备纯碱：先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制成Na2CO3。

(1)装置丙中反应的化学方程式为__________________________________。

(2)装置乙的作用是________________________。为防止污染空气，尾气中的________需要进行吸收处理。

(3)在装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、________、________。

Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度

(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3，请选择下列装置设计实验，并完成下表：

选择的装置(填编号)

实验现象 实验结论 样品中含NaHCO 3

(5)1CaCl 2溶液。将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量，得到固体的质量为m 2 g 。则该纯碱样品的纯度为________。

[解析] (1)NaHCO 3的溶解度不大，在氨化的饱和食盐水中通入过量CO 2可析出NaHCO 3沉淀。(2)用装置甲和相应药品制得的CO 2中混有HCl ，用装置乙可以除去HCl 。氨化的饱和食盐水可挥发出污染环境的NH 3，尾气应进行处理。(3)装置丙中产生了NaHCO 3沉淀，将过滤后得到的NaHCO 3进行洗涤，然后灼烧即可得到纯碱。(4)用酒精灯加热时，Na 2CO 3受热不分解，NaHCO 3受热分解可生成CO 2、H 2O 和Na 2CO 3，加热纯碱样品，只要能检验出有CO 2或H 2O 生成即可说明纯碱样品中含有NaHCO 3。(5)实验所得沉淀为CaCO 3，n (Na 2CO 3)＝n (CaCO 3)＝m 2100

mol ，m (Na 2CO 3)＝106m 2100g ，纯碱样品的纯度为106m 2100m 1×100%＝106m 2m 1

%。 [答案] (1)NH 3＋CO 2＋H 2O ＋NaCl===NaHCO 3↓＋NH 4Cl

(2)除去CO 2中的HCl 气体 氨气(NH 3)

(3)过滤 洗涤 灼烧

(4)A 、B B 中溶液变浑浊 [或A 、C C 中物质变蓝或A 、C 、B C 中物质变蓝，B 中溶液变浑浊]

(5)106m 2m 1

% 5．(2017·湖北武汉调研)铝氢化钠(NaAlH 4)是有机合成的重要还原剂，其合成线路如下图所示。

纯净Cl 2――→Al △AlCl 3――→NaH

NaAlH 4

(1)铝氢化钠遇水发生剧烈反应，其反应的化学方程式为_____________。

(2)AlCl 3与NaH 反应时，需将AlCl 3溶于有机溶剂，再将得到的溶液滴加到NaH 粉末上，此反应中NaH 的转化率较低的原因是__________________。

(3)实验室利用下图装置制取无水AlCl 3。

①A中盛装的试剂的名称是________________。

②点燃D处酒精灯之前需排除装置中的空气，其操作是________。

(4)改变A、B试管中和D中的试剂就可以用该装置制取NaH。最好将B试管中原来的_______改为______，如果操作不当，制得的NaH中可能含有________杂质。

(5)现设计如下四种装置测定铝氢化钠样品的纯度(假设杂质不参与反应)。

从简约性、准确性考虑，最适宜的方案是________(填编号)。铝氢化钠与水完全反应，冷却至室温的标志是________________。

[解析](2)AlCl3与NaH反应时，除生成NaAlH4外，还有NaCl生成，NaH与NaCl均为离子化合物，不溶于有机溶剂，使其中的NaH与AlCl3接触面积小而反应程度低，生成的NaCl 还会沉淀于NaH表面阻止反应进行。

(4)B试管中原来盛有饱和食盐水，作用是除去Cl2中混有的HCl，当改为制H2时，B试管的作用是除去H2中混有的HCl，所盛试剂改为NaOH溶液。实验中最容易出现的不当操作是未排净装置中的空气，使制得的NaH中可能含有Na2O2杂质，此外还有可能因Na未完全反应而混有Na杂质。

(5)四种装置都通过测定铝氢化钠与水反应产生H2的体积来测定铝氢化钠的纯度，从简约性考虑，丙、丁不如甲、乙，且丙装置无法将广口瓶中的水排入量筒，达不到实验目的；从准确性考虑，乙中使用橡胶管将烧瓶和分液漏斗上口连通，消除了液体本身所占体积对测量结果的影响，因此乙比甲更适宜。

[答案](1)NaAlH4＋2H2O===NaAlO2＋4H2↑

(2)反应生成的NaCl沉淀在氢化钠表面，阻止了AlCl3和NaH进一步反应(或NaH是离子化合物，难溶于有机溶剂，使反应物难以接触而发生反应)

(3)①高锰酸钾(或氯酸钾或重铬酸钾或次氯酸钙等)

②打开分液漏斗活塞使A中发生反应，待D中充满黄绿色气体时点燃酒精灯

(4)饱和食盐水NaOH溶液Na、Na2O2(或其他合理答案)

(5)乙连续两次读取的H2体积相等

6．苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂，也可广泛应用于制药和化工行业，某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。主要实验装置如图所示。

回流搅拌装置

反应原理：

实验方法：将一定量的甲苯和KMnO4溶液置于三颈烧瓶中，在90 ℃时反应一段时间后，停止反应，按如下流程分离出苯甲酸并回收未反应的甲苯。

(1)无色液体A的结构简式为______________。操作Ⅱ为______________。

(2)如果滤液呈紫色，要先加饱和亚硫酸钾溶液，然后再进行操作Ⅰ，加饱和亚硫酸钾溶液的目的是_______________________________________，

写出反应的离子方程式为_________________________。

(3)冷却水应该从冷凝管______________(填“a”或“b”)口流入。

(4)要得到苯甲酸晶体，应进行的操作顺序是________________(填字母)。

A．酸化B．过滤

C．蒸发浓缩D．冷却结晶

(5)为除去残留在苯甲酸中的甲苯，应先加入________________，分液，水层再加入________________，最后抽滤、干燥，即可得到苯甲酸。

(6)纯度测定：称取1.220 g产品，配成100 mL溶液，取其中25.00 mL溶液，用KOH 溶液进行滴定，消耗KOH的物质的量为 2.4×10－3 mol。产品中苯甲酸的质量分数为________________。

[解析](1)一定量的甲苯和KMnO4溶液在三颈烧瓶中发生反应，甲苯被氧化为苯甲酸钾，高锰酸钾被还原得到MnO2，由于MnO2难溶于水，而苯甲酸钾可溶于水，通过过滤可将它们进行分离，此时滤液中含有未完全反应的甲苯和反应产生的苯甲酸钾，用分液的方法进行分离，有机物中含甲苯，为除去其中的水分，加入无水Na2SO4，然后过滤除去硫酸钠晶体，

蒸馏即可得到甲苯，所以无色液体A是甲苯，其结构简式为，操作Ⅱ是蒸馏。

(2)如果滤液呈紫色，说明其中含有未完全反应的高锰酸钾溶液，为防止HCl被高锰酸钾氧化产生氯气，可加亚硫酸钾溶液将高锰酸钾除去，反应的离子方程式为2MnO－4＋H2O＋3SO2－3 ===2MnO2↓＋2OH－＋3SO2－4。(3)冷却水应该从冷凝管的下口进，上口出。(4)要得到苯甲酸晶体，应先将滤液酸化，然后蒸发浓缩、冷却结晶，最后过滤洗涤即可，则操作顺序为ACDB。

(5)为除去残留在苯甲酸中的甲苯，应先加入NaOH溶液(或KOH溶液)，与苯甲酸反应变为易溶于水的苯甲酸钠(或苯甲酸钾)，然后分液，向水层加入浓盐酸酸化，最后抽滤、干燥，即可得到苯甲酸。(6)n(苯甲酸)＝n(KOH)＝2.4×10－3mol×(100÷25)＝9.6×10－3mol，则m(苯甲酸)＝9.6×10－3mol×122 g/mol＝1.171 2 g，所以产品中苯甲酸的质量分数为 1.171 2 g÷1.220 g×100%＝96.00%。

[答案](1) 蒸馏(2)除去未反应的KMnO4，防止HCl被高锰酸钾氧化产生氯气2MnO－4＋H2O＋3SO2－3===2MnO2↓＋2OH－＋3SO2－4

(3)a (4)ACDB (5)NaOH溶液(或其他合理答案) 浓盐酸(6)96.00%