2022屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第13講 化學(xué)實驗方案設(shè)計與評價專題追蹤考向一以制備為主體的綜合實驗1(2018·浙江卷)某興趣小組以廢鐵屑制得硫酸亞鐵銨后，按下列流程制備二水合草酸亞鐵(FeC2O4·2H2O)，進(jìn)一步制備高純度還原鐵粉。已知：FeC2O4·2H2O難溶于水，150 開始失結(jié)晶水；H2C2O4易溶于水，溶解度隨溫度升高而增大。請回答：(1)下列操作或描述正確的是_。A步驟，H2C2O4稍過量主要是為了抑制Fe2水解B步驟，采用熱水洗滌可提高除雜效果C步驟，母液中的溶質(zhì)主要是( NH4)2SO4和H2C2O4D步驟，如果在常壓下快速干燥，溫度可選擇略高于100 (2)如圖裝置，經(jīng)過一系列操作完成步驟中的抽濾和洗滌。請選擇合適的編號，按正確的操作順序補(bǔ)充完整(洗滌操作只需考慮一次)：開抽氣泵abd_c關(guān)抽氣泵。a轉(zhuǎn)移固液混合物；b.關(guān)活塞A；c.開活塞A；d.確認(rèn)抽干；e.加洗滌劑洗滌。(3)稱取一定量的FeC2O4·2H2O試樣，用硫酸溶解，采用KMnO4滴定法測定，折算結(jié)果如下：n(Fe2)/moln(C2O)/mol試樣中FeC2O4·2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.80×1049.80×1040.980由表中數(shù)據(jù)推測試樣中最主要的雜質(zhì)是_。(4)實現(xiàn)步驟必須用到的兩種儀器是_(供選儀器：a.燒杯；b.坩堝；c.蒸餾燒瓶；d.高溫爐；e.表面皿；f錐形瓶)；該步驟的化學(xué)方程式是_。(5)為實現(xiàn)步驟，不宜用炭粉還原Fe2O3，理由是_。解析(1)A項，步驟溶解酸化后溶液已呈酸性，故步驟時草酸稍過量的主要目的不是酸化抑制Fe2的水解，而是保證Fe2反應(yīng)完全，同時防止Fe2被氧化，錯誤；B項，步驟，采用熱水洗滌有利于除去(NH4)2SO4和H2C2O4，提高除雜效果，正確；C項，酸化和加入稍過量的H2C2O4后，發(fā)生反應(yīng)(NH4)2Fe(SO4)2H2C2O42H2O=FeC2O4·2H2O(NH4)2SO4H2SO4，故母液中的溶質(zhì)主要有(NH4)2SO4、H2SO4和H2C2O4，錯誤；D項，根據(jù)題給信息，F(xiàn)eC2O4·2H2O在150 開始失結(jié)晶水，故略高于100 干燥不影響產(chǎn)物的成分，正確。(2)抽濾完成后，需要洗滌晶體，故應(yīng)該先打開活塞A，使吸濾瓶內(nèi)的壓強(qiáng)回升，然后添加洗滌劑，待洗滌劑緩慢通過晶體后關(guān)閉活塞A，再次確認(rèn)抽干，打開活塞A防止發(fā)生倒吸，最后關(guān)閉抽氣泵，正確順序為開抽氣泵abdcebdc關(guān)抽氣泵。(3)依據(jù)題表中數(shù)據(jù)得n(Fe2)n(C2O) 11，可知試樣中最主要的雜質(zhì)應(yīng)為(NH4)2SO4。(4)灼燒需要在坩堝中高溫加熱，故實驗必須用到的兩種儀器為坩堝和高溫爐，即選b、d；FeC2O4·2H2O灼燒的化學(xué)方程式為4FeC2O4·2H2O3O22Fe2O38CO28H2O。答案(1)BD(2)cebd(3)(NH4)2SO4(4)bd4FeC2O4·2H2O3O22Fe2O38CO28H2O(5)用炭粉還原Fe2O3會引入雜質(zhì)考向二以原理、性質(zhì)探究為主體的綜合實驗2(2017·北京卷)某小組在驗證反應(yīng)“Fe2Ag=Fe22Ag”的實驗中檢測到Fe3，發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。向硝酸酸化的0.05 mol·L1硝酸銀溶液(pH2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。(1)檢驗產(chǎn)物取少量黑色固體，洗滌后，_(填操作和現(xiàn)象)，證明黑色固體中含有Ag。取上層清液，滴加K3Fe(CN)6溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明溶液中含有_。(2)針對“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3，乙認(rèn)為鐵粉過量時不可能有Fe3，乙依據(jù)的原理是_(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如下：序號取樣時間/min現(xiàn)象3產(chǎn)生大量白色沉淀；溶液呈紅色30產(chǎn)生白色沉淀；較3 min時量少；溶液紅色較3 min時加深120產(chǎn)生白色沉淀；較30 min時量少；溶液紅色較30 min時變淺(資料：Ag與SCN生成白色沉淀AgSCN)對Fe3產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)： 假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3；假設(shè)b：空氣中存在O2，由于_(用離子方程式表示)，可能產(chǎn)生Fe3；假設(shè)c：酸性溶液中NO具有氧化性，可產(chǎn)生Fe3；假設(shè)d：根據(jù)_現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag，可產(chǎn)生Fe3。下列實驗可證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3的主要原因。實驗可證實假設(shè)d成立。實驗：向硝酸酸化的_溶液(pH2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。實驗：裝置如圖，其中甲溶液是_，操作及現(xiàn)象是_。(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測實驗中Fe3濃度變化的原因：_。解析(1)黑色固體中有Ag和Fe，加入過量稀鹽酸，鐵粉會全部溶解，若仍有黑色固體剩余，則為銀；本題是Fe2的檢驗，加入鐵氰化鉀溶液有藍(lán)色沉淀生成，說明溶液中有Fe2。(2)鐵粉過量時會與Fe3發(fā)生反應(yīng)，方程式為2Fe3Fe=3Fe2；當(dāng)空氣中的O2存在時，F(xiàn)e2會與之發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以答案為4Fe2O24H=4Fe32H2O，當(dāng)溶液中存在Ag時，Ag與SCN會發(fā)生反應(yīng)AgSCN=AgSCN，故會有白色沉淀產(chǎn)生，同時溶液呈紅色，說明溶液中有Fe3。實驗I要證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3的原因，需要發(fā)生反應(yīng)2Fe3Fe=3Fe2，且存在HNO3及O2的條件下，證明溶液中不存在Fe3即可，再考慮控制變量，中選用c(NO)0.05 mol/L的Fe(NO3)3溶液，實驗需要將反應(yīng)AgFe2Fe3Ag設(shè)計成原電池，右燒杯反應(yīng)：Age=Ag，左燒杯反應(yīng)：Fe2e=Fe3，所以甲溶液選Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液；必須涉及左、右燒杯的現(xiàn)象。(3)中溶液呈紅色，且燒杯中有黑色固體，說明發(fā)生反應(yīng)AgFe2Fe3Ag、Fe33SCNFe(SCN)3；中反應(yīng)正向進(jìn)行，c(Fe3)增大，c(Ag)減小，平衡正移，紅色加深；中由于鐵粉過量，2Fe3Fe=3Fe2，120 min后c(Fe3)減小，逆移，溶液紅色變淺。答案(1)加入過量的稀鹽酸，黑色固體部分溶解(其他答案合理即可)Fe2(2)2Fe3Fe=3Fe24Fe2O24H=4Fe32H2O溶液產(chǎn)生白色沉淀，且隨時間變長，白色沉淀減少，紅色加深0.017 mol/L Fe(NO3)3Fe(NO3)2溶液和KSCN溶液如圖連接裝置，電流計指針偏轉(zhuǎn)，左燒杯中溶液變紅色，右燒杯中銀棒出現(xiàn)黑色固體(3)溶液中存在如下兩個平衡：AgFe2Fe3AgFe33SCNFe(SCN)3，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，c(Fe3)增大，平衡正移，溶液紅色加深，隨后發(fā)生反應(yīng)2Fe3Fe=3Fe2，c(Fe3)減小，平衡逆移，溶液紅色變淺考向三以成分及含量確定為主體的綜合實驗3(2018·江蘇卷)堿式硫酸鋁溶液可用于煙氣脫硫。室溫下向一定濃度的硫酸鋁溶液中加入一定量的碳酸鈣粉末，反應(yīng)后經(jīng)過濾得到堿式硫酸鋁溶液，反應(yīng)方程式為(2x)Al2(SO4)33xCaCO33xH2O=2(1x)Al2(SO4)3·xAl(OH)33xCaSO43xCO2生成物(1x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中x值的大小影響堿式硫酸鋁溶液的脫硫效率。(1)制備堿式硫酸鋁溶液時，維持反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間不變，提高x值的方法有_。(2)堿式硫酸鋁溶液吸收SO2過程中，溶液的pH_(填“增大”、“減小”、“不變”)。(3)通過測定堿式硫酸鋁溶液中相關(guān)離子的濃度確定x的值，測定方法如下：取堿式硫酸鋁溶液25.00 mL，加入鹽酸酸化的過量BaCl2溶液充分反應(yīng)，靜置后過濾、洗滌、干燥至恒重，得固體2.3300 g。取堿式硫酸鋁溶液2.50 mL，稀釋至25 mL，加入0.1000 mol·L1 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液25.00 mL，調(diào)節(jié)溶液pH約為4.2，煮沸，冷卻后用0.08000 mol·L1 CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA至終點，消耗CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL(已知Al3、Cu2與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比均為11)。計算(1x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(寫出計算過程)解析(1)堿式硫酸鋁中“氫氧化鋁”的生成原理是：碳酸鈣與硫酸鋁水解出的氫離子反應(yīng)，促進(jìn)硫酸鋁水解，生成氫氧化鋁。所以，欲提高x值，即提高Al(OH)3的生成量，可以增加碳酸鈣的量。也可以在不增加碳酸鈣用量的情況下，加快攪拌速率，使二者接觸更充分，從而使硫酸鋁的水解率增大。(2)二氧化硫是酸性氧化物，吸收二氧化硫必將使堿式硫酸鋁溶液的pH減小。(3)見答案答案(1)適當(dāng)增加CaCO3的量或加快攪拌速率(2)減小(3)25 mL溶液中：n(SO)n(BaSO4)0.0100 mol25 mL溶液中：n(Al3)n(EDTA)n(Cu2)0.1000 mol·L1×25.00 mL×103 L·mL10.08000 mol·L1×20.00 mL×103 L·mL19.000×104 mol25 mL溶液中：n(Al3)9.000×103 mol1 mol (1x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中n(Al3)(2x) mol；n(SO)3(1x) molx0.41。4(2017·全國卷)水中溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測定學(xué)校周邊河水中的溶解氧。實驗步驟及測定原理如下：.取樣、氧的固定用溶解氧瓶采集水樣。記錄大氣壓及水體溫度。將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合，反應(yīng)生成MnO(OH)2，實現(xiàn)氧的固定。.酸化，滴定將固氧后的水樣酸化，MnO(OH)2被I還原為Mn2，在暗處靜置5 min，然后用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2OI2=2IS4O)。回答下列問題：(1)取水樣時應(yīng)盡量避免攪動水體表面，這樣操作的主要目的是_。(2)“氧的固定”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(3)Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標(biāo)定。配制該溶液時需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和_；蒸餾水必須經(jīng)過煮沸、冷卻后才能使用，其目的是殺菌、除_及二氧化碳。(4)取100.00 mL水樣經(jīng)固氧、酸化后，用a mol·L1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示劑，終點現(xiàn)象為_；若消耗Na2S2O3溶液的體積為b mL，則水樣中溶解氧的含量為_ mg·L1。(5)上述滴定完成時，若滴定管尖嘴處留有氣泡會導(dǎo)致測定結(jié)果偏_。(填“高”或“低”)解析本題采用碘量法測定水中的溶解氧的含量，屬于氧化還原滴定。(1)取水樣時，若攪拌水體，會造成水底還原性雜質(zhì)進(jìn)入水樣中，或者水體中的氧氣因攪拌溶解度降低逸出。(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，Mn(OH)2被氧氣氧化為MnO(OH)2，由此可得方程式2Mn(OH)2O2=2MnO(OH)2。(3)一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制還需要容量瓶；加熱可以除去溶解的氧氣，避免實驗結(jié)果不準(zhǔn)確。(4)該實驗用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定I2，因此終點現(xiàn)象為當(dāng)最后一滴標(biāo)準(zhǔn)液滴入時，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)無變化；根據(jù)關(guān)系式O22MnO(OH)22I24Na2S2O3可得水樣中溶解氧的含量為(ab×103) mol÷4×32 g·mol1×103÷0.1 L80ab mg·L1。(5)終點讀數(shù)時有氣泡，氣泡占據(jù)液體應(yīng)占有的體積，會導(dǎo)致所測溶液體積偏小，最終結(jié)果偏低。答案(1)避免水底還原性雜質(zhì)進(jìn)入水樣中(或者防止水體中的氧氣逸出)(2)2Mn(OH)2O2=2MnO(OH)2(3)容量瓶氧氣(4)當(dāng)最后一滴標(biāo)準(zhǔn)液滴入時，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)無變化80ab(5)低題型特點：填空題考向評析：物質(zhì)制備型綜合題常以無機(jī)制備、工藝流程制備和有機(jī)制備為載體考查儀器的使用，分離和提純操作，以及實驗條件控制等，是高考熱點題型；而性質(zhì)、原理探究、成分確定，常借助物質(zhì)性質(zhì)通過元素設(shè)計完成，以此考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，難度較大。答題啟示：實驗設(shè)計評價能力培養(yǎng)；綜合實驗題中簡答題規(guī)范性訓(xùn)練。