2021届高考化学二轮专项训练3 综合实验探究题(含解析)

1.(2020·三亚模拟)“84消毒液”因1984年北京某医院研制使用而得名,在2020年抗击新型冠状病毒肺炎中被广泛用于消毒,其有效成分是NaClO。某校化学研究性学习小组在实验室制备NaClO溶液,并进行性质探究和成分测定。 已知:①室温下,饱和NaClO溶液pH为11;

②25 ℃时,H2CO3:Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11;HClO:Ka=3.0×10-8。 Ⅰ.制备NaClO溶液

该学习小组按下图装置进行实验(部分夹持装置省去)

(1)上图中A为实验室制备Cl2的发生装置,可以选用下列图中____ (填代号)装置,用该装置制备Cl2反应的化学方程式为______ 。

(2)B装置中仪器a的名称是____ ,B装置可除去氯气中氯化氢杂质,此外还有____ 作用(写出一点)。 Ⅱ.NaClO性质探究

按上图装置进行实验,一段时间后,取C瓶中的溶液进行实验,如下表:

实验内容 实验现象 实验1 取样,滴加紫色石蕊试液 变蓝,不褪色 实验2 测定溶液的pH 12 (3)C瓶溶液中的溶质除NaCl外,还有 ______ (填化学式)。

(4)将C瓶中NaOH溶液换成NaHCO3溶液,反应一段时间后,取C瓶中的溶液按上表实验内容进行实验。现象为实验1中紫色石蕊试液立即褪色,实验2中溶液的pH=7。结合平衡移动原理解释紫色石蕊试液立即褪色的原因是 ___。 Ⅲ.测定C瓶溶液中NaClO含量(单位:g·L-1)

ⅰ.取C瓶溶液10.00 mL于锥形瓶中,加入适量硫酸酸化,迅速加入过量KI溶液,盖紧瓶塞并在暗处充分反应。

ⅱ.用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定上述锥形瓶中的溶液至终点,重复操作2～ 3次,消耗Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL。(已知:I2+2S2O3

2-

2I-+S4O6)

2-

(5)ⅰ中主要发生反应的离子方程式为 _________, ⅱ中用____ 作指示剂。 (6)盖紧瓶塞并在暗处反应的原因是 ______。

(7)C瓶溶液中NaClO含量是____ g·L-1(保留2位小数)。

【解析】(1)实验室制备Cl2若采用二氧化锰与浓盐酸加热的方法,根据反应条件结合装置可知乙和丙不能进行加热,只能在甲装置中进行反应,发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)

Cl2↑+MnCl2+2H2O;若采用高锰酸钾与浓盐酸常温下制备氯气,则不需要加热装置,同时因高锰酸钾易溶于水不能选用丙装置制取,应该在乙装置中进行,发生反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl

2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O;

(2)B装置中仪器a为长颈漏斗,B装置可除去氯气中氯化氢杂质, 此外因长颈漏斗与外界连通,可以起到平衡内外压强的作用从而能有效防止倒吸现象,另外过量的氯气还可以贮藏在B中;

(3)C瓶溶液中的溶质除NaCl外,还存在产物次氯酸钠,但室温下,饱和NaClO溶液pH为11,C中溶液的pH为12,从而说明溶液还存在未反应完的氢氧化钠; (4)溶液中存在平衡Cl2+H2O

HCl+HClO,结合碳酸的酸性比盐酸弱,但因

H2CO3:Ka1=4.4×10-7,HClO:Ka=3.0×10-8,可知碳酸酸性强于次氯酸,则碳酸氢钠只与盐酸反应不能与次氯酸反应,HCO3消耗H+,使平衡右移,HClO浓度增大,HClO浓度增大漂白能力增强,因此使紫色石蕊褪色;

(5)ⅰ.取C瓶溶液10.00 mL于锥形瓶中,加入适量硫酸酸化,迅速加入过量KI溶液,C中的ClO-具有强氧化性能氧化碘离子,发生反应的离子方程式为ClO-+2I-+2H+

I2+Cl-+H2O;ⅱ.用

-

0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定含碘单质的溶液至终点,应选用淀粉作指示剂; (6)盖紧瓶塞并在暗处反应的主要原因是HClO不稳定,在受热或者见光条件下易发生分解反应,同时也可以防止溶液中产生的氯气和碘逸出;

I2+Cl-+H2O,I2+2S2O3

(7)结合反应ClO-+2I-+2H+ClO-～

2-

2I-+S4O6,根据转化关系可知

2-

12-2-1-2S2O3,则n(ClO)=n(S2O3)=×0.100 0 mol·L-1×0.012 L=0.000 6 mol,C瓶溶液中

22

NaClO含量是

0.000 6mol×74.5 g·mol-1

0.01 L

答案:(1)甲或乙 MnO2+4HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

=4.47 g·L-1。

Cl2↑+MnCl2+2H2O或2KMnO4+16HCl

(2)长颈漏斗 贮藏少量气体或平衡气压(安全瓶)或防倒吸 (3)NaClO、NaOH

HCl+HClO,HCO3消耗H+,使平衡右移,HClO浓度增大

(4)溶液中存在平衡Cl2+H2O(5)ClO-+2I-+2H+

-

I2+Cl-+H2O 淀粉溶液

(6)防止HClO分解(或防止Cl2、I2逸出)

(7)4.47

2.(2020·永州模拟)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种黄色难溶于水的固体,受热易分解,是生产电池、涂料以及感光材料的原材料。为探究纯净草酸亚铁晶体热分解的产物,设计装置图如图:

(1)仪器a的名称是________。

(2)从绿色化学考虑,该套装置存在的明显缺陷是____________ 。 (3)实验前先通入一段时间N2,其目的为 __________ 。

(4)实验证明了气体产物中含有CO,依据的实验现象为 __________ 。 (5)草酸亚铁晶体在空气中易被氧化,检验草酸亚铁晶体是否氧化变质的实验操作是 ____________________ 。

(6)称取5.40 g草酸亚铁晶体用热重法对其进行热分解,得到剩余固体质量随温度变化的曲线如图所示:

①图中M点对应物质的化学式为____________ 。

②已知400 ℃时,剩余固体是铁的一种氧化物,试通过计算写出M→N发生反应的化学方程式: __________。

【解析】(1)仪器a两端有连接口用于连接导管,中间盛有固体干燥剂或除杂剂,名称是球形干燥管(干燥管);

(2)反应会产生有毒的CO,从环保角度考虑,该套实验装置的明显缺陷是没有处理尾气,缺少处理CO尾气装置;

(3)反应会产生CO2和H2O,通入氮气,排尽装置内空气,防止空气中的气体参与反应影响实验; (4)CO与CuO反应,生成Cu和二氧化碳,现象为E中黑色粉末变红色,F中溶液变浑浊; (5)检验铁离子的试剂为KSCN溶液,具体实验操作是取少量草酸亚铁晶体于试管中,加入稀硫酸溶解后并滴加KSCN溶液,若溶液变红色,则草酸亚铁晶体已氧化变质;若不变红色,则草酸亚铁晶体未氧化变质;

(6)①草酸亚铁晶体的物质的量为则M点对应的摩尔质量为

5.4 g

180 g·mol-14.32 g

=0.03 mol,通过剩余固体的质量为4.32 g,

0.03mol

=144 g·mol-1,二者摩尔质量差为36,说明M点之前发生

的反应是草酸亚铁晶体受热失去结晶水,剩下的M点物质为FeC2O4;

②草酸亚铁晶体中的铁元素质量为5.4 g×

56

180

=1.68 g,草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到

氧化物中,氧化物中氧元素的质量为2.32 g-1.68 g=0.64 g,设铁的氧化物的化学式为FexOy,则有56x∶16y=1.68 g∶0.64 g,解得x∶y=3∶4,铁的氧化物的化学式为Fe3O4,因此M→N发生反应的化学方程式为3FeC2O4

Fe3O4+2CO2↑+4CO↑。

答案:(1)球形干燥管(干燥管) (2)缺少处理CO尾气装置 (3)排尽装置内空气,防止空气中的气体参与反应影响实验

(4)E中黑色粉末变红色,F中溶液变浑浊

(5)取少量草酸亚铁晶体于试管中,加入稀硫酸溶解后并滴加KSCN溶液,若溶液变红色,则草酸亚铁晶体已氧化变质;若不变红色,则草酸亚铁晶体未氧化变质 (6)①FeC2O4

②3FeC2O4Fe3O4+2CO2↑+4CO↑

3.(2020·合肥模拟)乙苯是主要的化工产品。某课题组拟制备乙苯:

查阅资料如下:

①几种有机物的沸点如下表:

有机物 沸点/℃ ②化学原理:

苯 80 溴乙烷 38.4 乙苯 136.2

③氯化铝易升华、易潮解。 Ⅰ.制备氯化铝。

甲同学选择下列装置制备氯化铝(装置不可重复使用)如图1:

(1)本实验制备氯气的离子方程式为 _______。

(2)气体流程方向是从左至右,装置导管接口连接顺序a→__ →k→i→f→g→__ 。 (3)D装置存在的明显缺陷是__ ;改进之后,进行后续实验。

(4)连接装置之后,检查装置的气密性,装药品。先点燃A处酒精灯,当__ 时(填实验现象),点燃F处酒精灯。 Ⅱ.制备乙苯

乙同学设计实验步骤如下:

步骤1:连接装置并检查气密性(如图2所示,夹持装置省略)。 步骤2:用酒精灯微热烧瓶。

步骤3:在烧瓶中加入少量无水氯化铝、适量的苯和溴乙烷。 步骤4:加热,充分反应半小时。

步骤5:提纯产品。

回答下列问题:

(5)步骤2“微热”烧瓶的目的是_______ 。

(6)本实验加热方式宜采用______________ (填“酒精灯直接加热”或“水浴加热”)。 (7)盛有蒸馏水的B装置中干燥管的作用是__ 。确认本实验A中已发生了反应的方法是__ 。

(8)提纯产品的操作步骤有①过滤;②用稀盐酸洗除;③少量蒸馏水水洗;④加入大量无水氯化钙;⑤用大量水洗;⑥蒸馏并收集136.2 ℃馏分。先后操作顺序为__ (填代号)。

【解析】Ⅰ.(1)利用浓盐酸和二氧化锰混合加热制氯气,同时生成MnCl2和水,则发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O;

(2)A中制得的氯气混有挥发的HCl和水蒸气,需要经E中饱和食盐水除HCl,C中浓硫酸干燥,再通入F中与Al粉在加热条件下反应生成AlCl3,然后连接D装置,收集生成的AlCl3,最后连接B装置,利用碱石灰吸收含有Cl2的尾气,并防止空气中水蒸气进入D中,则根据气流方向,装置的连接顺序为a→h→j→d→e→k→i→f→g→b→c; (3)D装置是冷却氯化铝蒸气为晶体,所以存在导管堵塞的缺陷;

(4)实验室制备氯气是为了和铝加热制备氯化铝,所以要防止反应生成氧化铝,故要赶尽装置中的空气,当氯气充满装置,即F中充满黄绿色气体时,点燃F处酒精灯; Ⅱ.(5)步骤2“微热”烧瓶的目的是排尽水蒸气,避免氯化铝与水蒸气反应; (6)反应温度低于100 ℃的都适宜用水浴加热;

(7)因反应中生成的HBr极易溶解于水,则盛有蒸馏水的B装置中干燥管的作用是防止倒吸;向B 装置中滴加少量硝酸银溶液,出现淡黄色沉淀,说明有HBr生成,即A中已发生了反应; (8)乙苯中混有苯、溴乙烷、氯化铝,盐酸洗涤除去氯化铝水解生成的胶体,蒸馏水洗涤除去盐酸,加无水CaCl2吸收水后过滤除去固体,最后蒸馏分离,则先后的操作顺序是⑤②③④①⑥。

答案:Ⅰ.(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O (2)h→j→d→e b→c

(3)D 长导管太细,氯化铝易堵塞导管 (4)F中充满黄绿色气体

Ⅱ.(5)排尽水蒸气,避免氯化铝与水蒸气反应

(6)水浴加热

(7)防止倒吸 向B 装置中滴加少量硝酸银溶液,出现淡黄色沉淀 (8)⑤②③④①⑥ 4.(2020·肇庆模拟)氨基钠(NaNH2)常用作有机合成的促进剂,是合成维生素A的原料。某学习小组用如图装置,以NH3和Na为原料加热至350～ 360 ℃制备氨基钠,并检验其生成的产物和测定产品的纯度。

已知:NaNH2极易水解且易被空气氧化。回答下列问题。

(1)仅从试剂性质角度分析,下列各组试剂不宜用于实验室制备NH3的是__ (填字母序号)。 A.浓氨水、CaO

B.NH4Cl固体、Ca(OH)2固体 C.浓氨水

D.NH4NO3固体、NaOH固体

(2)仪器D名称为____ ,其中盛放的试剂为___________。 (3)装置A中发生反应的化学方程式为 _______, 能证明装置A中已发生反应的实验依据是 _______ 。 (4)装置B的作用是 ______________。

【解析】NH3和Na在加热条件下生成NaNH2和H2,利用P2O5除去H2中混有的NH3,除杂后的H2在加热条件下,将黑色CuO还原为红色Cu,生成的水使无色CuSO4粉末变蓝色。 (1)CaO溶于水生成Ca(OH)2,同时放热,使浓氨水有氨气逸出,可制适量氨气,故A正确;NH4Cl固体、Ca(OH)2固体混合加热可制氨气,故B正确;浓氨水在加热条件下,有氨气逸出,可制适量

氨气,故C正确;NH4NO3受热或撞击易爆炸,且NaOH固体在加热条件下能与SiO2反应,腐蚀玻璃容器,则不用NH4NO3固体和NaOH固体混合加热制氨气,故D错误;

(2)仪器D名称为球形干燥管,其作用是检验反应中生成的水蒸气,无水硫酸铜遇水变蓝色,则选择盛放的试剂为无水硫酸铜;

(3)装置A中Na和氨气在加热条件生成NaNH2和H2,发生反应的化学方程式为2Na+2NH3

2NaNH2+H2;当装置C中的黑色粉末变为红色,装置D中的白色粉末变为蓝色,说明A中有H2生成,即证明装置A中已发生反应;

(4)NH3有还原性,在加热条件下能还原CuO,则装置B的作用是吸收NH3,防止NH3与CuO反应。 答案:(1)D

(2)球形干燥管 无水硫酸铜

(3)2Na+2NH3色

2NaNH2+H2 装置C中的黑色粉末变为红色,装置D中的白色粉末变为蓝

(4)吸收NH3,防止NH3与CuO反应

5.(2020·天津武清区模拟)二氯亚砜(SOCl2)是一种无色易挥发液体,剧烈水解生成两种气体,常用作脱水剂,其熔点-105 ℃,沸点79 ℃,140 ℃以上时易分解。

(1)用硫黄(S)、液氯和三氧化硫为原料在一定条件下合成二氯亚砜,原子利用率达100 %,则三者的物质的量比为____ 。

(2)甲同学设计如图装置用ZnCl2·xH2O晶体制取无水ZnCl2,回收剩余的SOCl2并利用装置F验证生成物中的某种气体(夹持及加热装置略)。

①用原理解释SOCl2在该实验中的作用____ ;加热条件下,A装置中总的化学方程式为__________。

②装置的连接顺序为A→B→______ 。

③实验结束后,为检测ZnCl2·xH2O晶体是否完全脱水,甲同学设计实验方案如下,正确的实验顺序为______ (填序号)

a.加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液,充分反应;b.称得固体为n克;c.干燥;d.称取蒸干后的固体m克溶于水;e.过滤;f.洗涤

若

mn

=____ (保留小数点后一位),即可证明晶体已完全脱水。

(3)乙同学认为SOCl2还可用作由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3的脱水剂,但丙同学认为该实验可能发生副反应使最后的产品不纯。

①可能发生的副反应的离子方程式_______ 。 ②丙同学设计了如下实验方案判断副反应的可能性:

ⅰ.取少量FeCl3·6H2O于试管中,加入足量SOCl2,振荡使两种物质充分反应;

ⅱ.往上述试管中加水溶解,取溶解后的溶液少许于两支试管,进行实验验证,完成表格内容。 (供选试剂:AgNO3溶液、稀盐酸、稀HNO3、酸性 KMnO4溶液、BaCl2溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、溴水)

方案 方案一 操作 往一支试管中滴加 往另一支试管中滴加 现象 若有白色沉淀生成 结论 则发生了上述副反应 方案二 ____ 则没有发生上述副反应 【解析】(1)用硫黄(S)、液氯和三氧化硫为原料在一定条件合成二氯亚砜(SOCl2),原子利用率达100%,所以反应方程式为2S+3Cl2+SO3

3SOCl2则三者的物质的量比为2∶3∶1。

(2)①因为二氯亚砜(SOCl2)是一种无色易挥发液体,与水反应生成HCl可以抑制氯化锌的水解;加热条件下,A装置中总的化学方程式为xSOCl2+ZnCl2·xH2O

ZnCl2+xSO2↑+2xHCl↑。

②A中SOCl2吸收结晶水生成SO2和HCl,用冰水冷却收集SOCl2,浓硫酸吸收水蒸气,用品红溶液检验二氧化硫,用氢氧化钠溶液吸收尾气中SO2和HCl,防止污染环境,E装置防倒吸,装置连接顺序为A→B→D→E→F→C。

③实验结束后,为检测ZnCl2·xH2O晶体是否完全脱水的操作方法:d.称取蒸干后的固体m克溶于水;a.加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液,充分反应;e.过滤;f.洗涤;c.干燥;b.称得固体为n克,所以正确的实验顺序为d-a-e-f-c-b; ZnCl2～ 2AgCl 136 m

287 n

m136n287

=

≈0.5即可证明晶体已完全脱水。

(3)①FeCl3具有强氧化性,会和SOCl2发生氧化还原反应,可能发生的副反应的离子方程式SOCl2+2Fe3++3H2O

SO4+6H++2Fe2++2Cl-。

2-

②要判断副反应的可能性,就是检验溶液中有SO4和Fe2+,所以,方案一中加BaCl2溶液,如产生白色沉淀,说明发生了副反应;方案二是检验Fe2+,所以选择K3[Fe(CN)6]溶液,加入试液后若无蓝色沉淀出现,说明没有副反应发生。

2-

答案:(1)2∶3∶1

(2)①SOCl2作脱水剂,与水反应生成HCl可以抑制氯化锌的水解 xSOCl2+ZnCl2·xH2O

ZnCl2+xSO2↑+2xHCl↑

②D→E→F→C ③d-a-e-f-c-b 0.5

SO4+6H++2Fe2++2Cl-

(3)①SOCl2+2Fe3++3H2O

2-

②BaCl2溶液 K3[Fe(CN)6]溶液 若无蓝色沉淀出现