（北京專用）2019版高考化學一輪復習 專項突破五 綜合實驗題的解題策略.doc
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專項突破五 綜合實驗題的解題策略 1.工業(yè)制得的氮化鋁(AlN)產品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質。某同學設計了如下實驗分別測定氮化鋁(AlN)樣品中AlN和Al4C3的質量分數(忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)。 (1)實驗原理 ①Al4C3與硫酸反應可生成CH4。 ②AlN溶于強酸產生銨鹽,溶于強堿生成氨氣,請寫出AlN與過量NaOH溶液反應的化學方程式: 。 (2)實驗裝置(如圖所示) (3)實驗過程 ①連接實驗裝置,檢驗裝置的氣密性。稱得D裝置的質量為y g,滴定管的讀數為a mL。 ②稱取x g AlN樣品置于裝置B瓶中;塞好膠塞,關閉活塞K2、K3,打開活塞K1,通過分液漏斗加入稀硫酸,與裝置B瓶內物質充分反應。 ③待反應進行完全后,關閉活塞 ,打開活塞 ,通過分液漏斗加入過量 (填化學式),與裝置B瓶內物質充分反應。 ④ (填入該步應進行的操作)。 ⑤記錄滴定管的讀數為b mL,稱得D裝置的質量為z g。 (4)數據分析(已知:該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm Lmol-1) ①Al4C3的質量分數為 (用含a、b、x、Vm的式子表示)。 ②若讀取滴定管中氣體的體積時,液面左高右低,則所測氣體的體積 (填“偏大”“偏小”或“無影響”)。 ③AlN的質量分數為 (用含x、y、z的式子表示)。 2.硫酸銅是一種應用極其廣泛的化工原料。銅不能與稀硫酸直接反應,某化學興趣小組將適量濃硝酸分多次加入銅粉與稀硫酸的混合物中,加熱使之反應完全,通過蒸發(fā)、結晶得到硫酸銅晶體(裝置如圖1、2所示)。 圖1 圖2 (1)圖1燒瓶中發(fā)生反應的離子方程式為 。 (2)圖2是圖1的改進裝置,其優(yōu)點有: ① ; ② 。 (3)為符合綠色化學的要求,該小組進行如下設計: 方案1:以空氣為氧化劑。將銅粉在儀器B中反復灼燒,使銅與空氣充分反應生成氧化銅,再將氧化銅與稀硫酸反應。 方案2:將空氣或氧氣直接通入銅粉與稀硫酸的混合物中,發(fā)現在常溫下幾乎不反應。向混合物中加FeSO4溶液或Fe2(SO4)3溶液,即發(fā)生反應。反應完全后向其中加物質甲調節(jié)pH至3~4,產生Fe(OH)3沉淀,過濾、蒸發(fā)、結晶,濾渣做催化劑循環(huán)使用。[已知Fe(OH)3和Cu(OH)2完全沉淀時的pH分別為3.7、6.4] 請回答下列問題: ①方案1中儀器B的名稱是 。 ②方案2中物質甲是 (填字母)。 a.CaO b.CuCO3 c.CaCO3 以加入FeSO4為例,用離子方程式解釋反應發(fā)生的原因: 。 方案3:將3.2 g銅絲放入45 mL 1.5 molL-1的稀硫酸中,控溫在50 ℃。加入18 mL 10%的H2O2溶液,反應0.5小時后,升溫到60 ℃,持續(xù)反應1小時后,過濾、蒸發(fā)、結晶、減壓抽濾后,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得10.06 g CuSO45H2O。 ③上述三種方案中,更符合綠色化學理念的是 (填“方案1”“方案2”或“方案3”),理由是 。 3.某興趣小組的同學發(fā)現,將CuSO4溶液與Na2CO3溶液混合會產生藍綠色沉淀。他們對沉淀的組成很感興趣,決定采用實驗的方法進行探究。 【提出猜想】 猜想1:所得沉淀為 ;猜想2:所得沉淀為 ; 猜想3:所得沉淀為堿式碳酸銅[化學式可表示為mCu(OH)2nCuCO3]。 【查閱資料】 無論是哪一種沉淀,受熱均易分解(假設均不含結晶水)。 【實驗探究】 步驟1:將所得懸濁液過濾,先用蒸餾水洗滌,再用無水乙醇洗滌,風干。 步驟2:取一定量所得固體,用如下裝置(夾持儀器未畫出)進行定性實驗。 能證明猜想1成立的實驗現象是 。 【問題討論】 (1)檢查上述虛線框內裝置氣密性的實驗操作是:向C中加水至浸沒長導管口,關閉K, 。 (2)若在上述裝置B中盛放無水CaCl2,C中盛放Ba(OH)2溶液,還可測定所得沉淀的組成。 ①C中盛放Ba(OH)2溶液,而不使用澄清石灰水的原因是 。 ②若所取藍綠色固體質量為27.1 g,實驗結束后,裝置B的質量增加2.7 g,C中產生沉淀的質量為19.7 g。則該藍綠色固體的化學式為 。 4.研究催化劑對化學反應的影響有重要意義。為探究催化劑對雙氧水分解的催化效果,某研究小組做了如下實驗: (1)甲同學欲用上圖所示實驗來證明MnO2是H2O2分解反應的催化劑。該實驗 (填“能”或“不能”)達到目的,原因是 。 (2)為探究MnO2的量對催化效果的影響,乙同學分別量取50 mL 1% H2O2加入容器中,在一定質量范圍內,加入不同質量的MnO2,測量所得氣體體積的數據如下: MnO2的質量/g 0.1 0.2 0.4 40 s末O2體積/mL 49 61 86 由此得出的結論是 ,原因是 。 (3)為分析Fe3+和Cu2+對H2O2分解反應的催化效果,丙同學設計如下實驗(三支試管中均盛有10 mL 5% H2O2 ) : 試管 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 滴加試劑 5滴0.1 molL-1 FeCl3溶液 5滴0.1 molL-1 CuCl2溶液 5滴0.3 molL-1 NaCl溶液 產生氣泡情況 較快產生細小氣泡 緩慢產生細小氣泡 無氣泡產生 結論是 ,實驗Ⅲ的目的是 。 (4)①查閱資料得知:將作為催化劑的FeCl3溶液加入H2O2溶液后,溶液中會發(fā)生兩個氧化還原反應,且兩個反應中H2O2均參加了反應,試從催化劑的角度分析,這兩個氧化還原反應的化學方程式分別是 和 (按反應發(fā)生的順序寫)。 ②在上述實驗過程中,分別檢測出溶液中有二價錳、二價鐵和一價銅,由此得出作為H2O2分解反應的催化劑需要滿足的條件是 。 5.某化學小組同學向一定量加入少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍過量的KIO3溶液,一段時間后,溶液突然變藍色。 (1)查閱資料知,NaHSO3與過量KIO3反應分兩步進行,第一步為IO3-+3HSO3-3SO42-+3H++I-,則第二步反應的離子方程式為 。 (2)通過測定溶液變藍所用時間探究濃度和溫度對該反應的反應速率的影響。調節(jié)反應物濃度和溫度進行對比實驗,記錄如下: 實驗 編號 0.02 molL-1 NaHSO3溶液/mL 0.02 molL-1 KIO3溶液/mL H2O/mL 反應溫 度/℃ 溶液變 藍的時 間t/s ① 15 20 10 15 t1 ② a 30 0 15 t2 ③ 15 b c 30 t3 實驗①②是探究 對反應速率的影響,表中a= ;實驗①③是探究溫度對反應速率的影響,則表中b= ,c= 。 (3)將NaHSO3溶液與KIO3溶液混合(預先加入可溶性淀粉為指示劑),用速率檢測儀檢測出起始階段反應速率逐漸增大,一段時間后反應速率又逐漸減小。課題組對起始階段反應速率逐漸增大的原因提出如下假設,請你完成假設三: 假設一:反應生成的SO42-對反應起催化作用,SO42-濃度越大反應速率越快; 假設二:反應生成的H+對反應起催化作用,H+濃度越大反應速率越快; 假設三: ; …… (4)請你設計實驗驗證上述假設一,完成下表中內容(反應速率可用測速儀測定)。 實驗步驟(不要求寫出具體操作過程) 預期實驗現象和結論 6.某研究性學習小組對還原鐵粉與水蒸氣的反應產物進行科學探究。已知Ca(OH)2的分解溫度為580 ℃,鐵粉與水蒸氣反應的溫度為900 ℃。根據如圖所示實驗裝置,進行了還原鐵粉與水蒸氣的反應實驗,實驗中觀察到肥皂液中產生了大量的氣泡。 (1)實驗中Ca(OH)2的作用是 。 實驗中產生的氣體產物是 。 (2)為進一步探究還原鐵粉與水蒸氣反應生成的固體產物的成分,研究性學習小組將反應后的固體經處理后得到黑色氧化物固體,針對黑色氧化物固體,該小組提出如下假設并進行了相關的實驗: 假設一:固體為FeO; 假設二:固體為Fe3O4; 假設三: 。 ①限選用下列試劑:鹽酸、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水,證明假設一不成立。 操作 現象 結論 假設一不成立 ②為了進一步確定產物的成分,用黑色固體進行了下列實驗: 加入足量氯水所發(fā)生反應的離子方程式是 ;檢驗紅褐色固體是否洗滌干凈的操作是 ; 灼燒時盛放固體的儀器是 ;若假設二成立,黑色固體最終全部轉化成的紅棕色粉末的質量是 g。 7.以冶鋁的廢棄物鋁灰為原料制取超細α-氧化鋁,既降低環(huán)境污染又可提高鋁資源的利用率。已知鋁灰的主要成分為Al2O3(含少量雜質SiO2、FeO、Fe2O3),其制備實驗流程如下: 鋁灰浸取稀硫酸↓過濾↓濾渣氧化30%H2O2溶液↓沉鐵K4[Fe(CN)6]↓↓ KFe[Fe(CN)6]沉淀 合成硫酸鋁銨溶液(NH4)2SO4溶液↓結晶、干 燥、煅燒α-Al2O3 (1)鋁灰中氧化鋁與硫酸反應的化學方程式為 。 (2)圖中“濾渣”的主要成分為 (填化學式)。 (3)加30%的H2O2溶液發(fā)生反應的離子方程式為 。 (4)煅燒硫酸鋁銨晶體,發(fā)生的主要反應為: 4[NH4Al(SO4)212H2O] 2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O↑,將產生的氣體通過下圖所示的裝置。 ①集氣瓶中收集到的氣體是 (填化學式)。 ②足量飽和NaHSO3溶液吸收的物質除大部分H2O(g)外,還有 (填化學式)。 ③KMnO4溶液褪色(MnO4-被還原為Mn2+),發(fā)生反應的離子方程式為 。 8.硝酸是氧化性酸,其本質是NO3-有氧化性,某課外實驗小組進行了下列有關NO3-氧化性的探究(實驗均在通風櫥中完成)。 實驗裝置 編號 溶液X 實驗現象 實驗Ⅰ 6 molL-1稀硝酸 電流計指針向右偏轉,銅片表面產生無色氣體,在液面上方變?yōu)榧t棕色 實驗Ⅱ 15 molL-1濃硝酸 電流計指針先向右偏轉,很快又偏向左邊,鋁片和銅片表面產生紅棕色氣體,溶液變?yōu)榫G色 (1)實驗Ⅰ中,鋁片作 (填“正”或“負”)極。液面上方產生紅棕色氣體的化學方程式是 。 (2)實驗Ⅱ中電流計指針先偏向右邊后偏向左邊的原因是 。 查閱資料:活潑金屬與1 molL-1稀硝酸反應有H2和NH4+生成,NH4+生成的原理是產生H2的過程中NO3-被還原。 (3)用上圖裝置進行實驗Ⅲ:溶液X為1 molL-1稀硝酸,觀察到電流計指針向右偏轉。 ①反應后的溶液中含NH4+。實驗室檢驗NH4+的方法是 。 ②生成NH4+的電極反應式是 。 (4)進一步探究堿性條件下NO3-的氧化性,進行實驗Ⅳ: ①觀察到A中有NH3生成,B中無明顯現象。A、B產生不同現象的解釋是 。 ②A中生成NH3的離子方程式是 。 (5)將鋁粉加入到NaNO3溶液中無明顯現象,結合實驗Ⅲ和Ⅳ說明理由 。 答案精解精析 1.答案 (1)AlN+NaOH+H2O NaAlO2+NH3↑ (3)③K1 K3 NaOH ④打開K2,通入一段時間空氣 (4)①0.048(a-b)xVm100%?、谄 、?1(z-y)17x100% 解析 (1)AlN溶于強堿可生成AlO2-和氨氣,據此可寫出化學方程式。(3)③A裝置用來測Al4C3與硫酸反應產生的CH4,D裝置用來測銨鹽與堿反應生成的NH3,故應關閉K1,打開K3,通過分液漏斗加入過量NaOH溶液。④為使反應產生的NH3完全被濃硫酸吸收,應打開K2,通入空氣。(4)①由原子守恒可得關系Al4C3~3CH4,n(CH4)=(a-b)10-3Vm mol,M(Al4C3)=144 g/mol,則Al4C3的質量分數為(a-b)10-3Vm131441x100%=0.048(a-b)xVm100%。②若液面左高右低,會使讀數b偏大,則所測氣體體積(a-b)偏小。③由原子守恒可得關系AlN~NH3,則AlN的質量分數為z-y17411x100%=41(z-y)17x100%。 2.答案 (1)Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O、3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O (2)①防止倒吸?、谟泻怏w能被完全吸收 (3)①坩堝 ②b 4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O、2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+ ③方案3 方案1需要灼燒,消耗能源多;方案2所得產品中含有雜質;方案3幾乎不產生有害氣體,且所得產品純度較高 解析 (1)銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水,隨著反應進行,濃硝酸變成稀硝酸,稀硝酸和銅反應生成硝酸銅、一氧化氮和水,反應的離子方程式為Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O、3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。 (2)反應中會產生NO,由于NO與NaOH溶液不反應,故應向氫氧化鈉溶液中通入空氣(或氧氣),裝置2中在尾氣吸收裝置之前連接集氣瓶,通入氧氣有利于氮氧化物的完全吸收,同時起安全瓶作用,防止倒吸。 (3)①高溫灼燒固體應在坩堝中進行,方案1將銅粉在坩堝中反復灼燒。②由于溶液酸性較強,欲使Fe3+沉淀,需加入某種試劑減小H+濃度,但又不能引入新雜質。a項,CaO能減小H+濃度,但引入鈣離子;b項,CuCO3能減小H+濃度,過量的CuCO3可以過濾除去,不引入新雜質;c項,CaCO3引入鈣離子。 3.答案 【提出猜想】Cu(OH)2 CuCO3(兩空可互換) 【實驗探究】B中白色固體變藍,C中無明顯現象(若猜想1所得沉淀為CuCO3,則實驗現象為B中無明顯現象,C中澄清石灰水變渾濁) 【問題討論】(1)用酒精燈微熱硬質玻璃管,若C中有氣泡逸出,撤去酒精燈冷卻一段時間后,C中導管內形成水柱,則證明裝置的氣密性良好 (2)①室溫下,Ba(OH)2溶解度大于Ca(OH)2,可充分吸收CO2;BaCO3的摩爾質量大于CaCO3,測量誤差小 ②3Cu(OH)22CuCO3 解析 【提出猜想】將CuSO4溶液與Na2CO3溶液混合會產生藍綠色沉淀,由鹽類水解規(guī)律和復分解反應規(guī)律,可推斷出產物還可能為氫氧化銅或碳酸銅。【實驗探究】如果是堿式碳酸銅,則分解產生二氧化碳、水和氧化銅,因此無水硫酸銅變藍,澄清石灰水變渾濁;如果是氫氧化銅,則分解產生水和氧化銅,因此無水硫酸銅變藍,澄清石灰水無明顯變化;如果是碳酸銅,分解產生二氧化碳和氧化銅,則無水硫酸銅無明顯變化,澄清石灰水變渾濁。【問題討論】(1)檢查題圖虛線框內裝置氣密性的實驗操作是:向C中加水至浸泡長導管口,關閉K,用酒精燈微熱硬質玻璃管,若C中有氣泡逸出,撤去酒精燈冷卻一段時間后,C中導管內形成水柱,則證明裝置的氣密性良好。(2)②由題給數據得m(H2O)=2.7 g,m(CO2)=4.4 g,則m(CuO)=20 g,n(H2O)=0.15 mol,n(CO2)=0.1 mol,n(CuO)=0.25 mol,據此可得藍綠色固體的化學式為3Cu(OH)22CuCO3。 4.答案 (1)不能 沒有確認MnO2的質量和化學性質是否改變 (2)在一定質量范圍內,MnO2質量越大,反應速率越快 固體質量越大,其表面積也越大 (3)Fe3+和Cu2+對H2O2的分解均有催化作用,且Fe3+比Cu2+催化效果好 對比實驗,證明Cl-對H2O2的分解沒有催化作用 (4)①2FeCl3+H2O2 2FeCl2+O2↑+2HCl 2FeCl2+H2O2+2HCl 2FeCl3+2H2O ②具有氧化性,且其氧化性強于H2O2;催化劑被還原后所得物質又能被H2O2氧化生成催化劑 解析 (1)催化劑能改變化學反應速率,而本身的質量和化學性質在反應前后不變。甲同學的實驗沒有確認二氧化錳在反應前后的質量和化學性質沒有變化,所以不能達到目的。 (2)分析表中數據可知,在一定質量范圍內,MnO2質量越大,反應速率越快;原因是固體質量越大,其表面積也越大。 (3)分析產生氣泡的情況可知,Fe3+和Cu2+對H2O2的分解均有催化作用,且Fe3+比Cu2+催化效果好;實驗Ⅲ為對比實驗,目的是證明Cl-對H2O2的分解沒有催化作用。 (4)①這兩個氧化還原反應的化學方程式分別是2FeCl3+H2O2 2FeCl2+O2↑+2HCl和2FeCl2+H2O2+2HCl 2FeCl3+2H2O。②由題意可知,反應過程中,催化劑先被還原,后被氧化,所以可以作為H2O2分解反應的催化劑需要滿足的條件是具有氧化性,且其氧化性強于H2O2;催化劑被還原后所得物質又能被H2O2氧化生成催化劑。 5.答案 (1)IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O (2)KIO3溶液的濃度 15 20 10 (3)反應生成的I-對反應起催化作用,I-濃度越大反應速率越快(或反應生成的I2對反應起催化作用,I2濃度越大反應速率越快;或該反應是放熱反應,溫度升高導致反應速率加快,答案合理即可) (4) 實驗步驟(不要求寫出具體操作過程) 預期實驗現象和結論 在燒杯甲中將NaHSO3溶液與過量KIO3溶液混合,用測速儀測定其起始時的反應速率v(甲);在燒杯乙中進行同一反應,不同的是燒杯乙中預先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末,其他反應條件均完全相同,測定其起始階段的相同時間內的反應速率v(乙) 若反應速率v(甲)=v(乙),則假設一不成立;若v(甲)
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