届浙江高三化学复习专题讲座八 综合实验题的解题策略.docx

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届浙江高三化学复习专题讲座八综合实验题的解题策略

专题讲座八　综合实验题的解题策略

一、以“模拟工业生产”为载体的综合实验题

化工流程的命题来源很广,与各个知识模块的结合点较多,因此分析工业生产化工流程题时,应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来,它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题,可以说它是无机框图题的创新。

流程的呈现形式有①操作流程;②物质变化流程;③装置流程。

解题时首先要明确原料和产品（包括副产品）,即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原理,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然,弄清有关反应原理,明确目的（如沉淀反应、除杂、分离）——知其所以然,最后联系储存的知识,有效地进行信息的利用,准确表述和工整书写。

由于化工流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来,所以只有复习时牢固掌握实验基础知识,才能有效结合题中的信息,准确答题。

【典例1】二草酸合铜（Ⅱ）酸钾晶体{K2[Cu（C2O4）2]·2H2O}（其相对式量为354）,是一种工业用化工原料。

微溶于冷水,可溶于热水,微溶于酒精,干燥时较为稳定,加热时易分解。

现以胆矾和草酸为原料制备二草酸合铜（Ⅱ）酸钾晶体流程如下:

（已知:

H2C2O4

CO↑+CO2↑+H2O）

请回答:

（1）第①步操作要微热溶解,其原因是加快溶解速率和　　　　　　　　　　　。

（2）为了将滤纸上的黑色固体充分转移到热的KHC2O4溶液中,以下操作方案中最合理的是　　　　。

a.用水溶解滤纸上的黑色固体,然后将溶液转入热的KHC2O4溶液中

b.用硫酸溶液溶解滤纸上的氧化铜,然后转入热的KHC2O4溶液中

c.黑色固体连同滤纸一起加入热的KHC2O4溶液中,待充分反应后趁热过滤

d.先将黑色固体转入溶液中,再在空气中灼烧滤纸,将剩余的固体转入热的KHC2O4溶液中

（3）50℃水浴加热至反应充分,写出该反应的化学方程式:

　。

（4）步骤③所用的洗涤剂最合适的是　　　　。

（5）二草酸合铜（Ⅱ）酸钾晶体的制备也可以用CuSO4晶体和K2C2O4溶液反应得到。

从硫酸铜溶液中获得硫酸铜晶体的实验步骤为:

加入适量乙醇、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

①加入适量乙醇的优点有:

a.缩短加热的时间,降低能耗;b. 

　。

②在蒸发浓缩的初始阶段可通过　　　　（填操作名称）回收乙醇。

（6）准确称取制取的品体试样1.000g溶于NH3·H2O中,并加水定容至250mL,取试样溶液2500mL于锥形瓶中,再加入10mL3.000mol/L的H2SO4溶液,用0.01000mol/L的KMnO4溶液滴定,消耗KMnO4标准液20.00mL,则该产品的纯度是　　　　。

解析:

本题考查化学工艺流程。

（1）草酸受热易分解,第①步操作微热溶解原因是加快溶解速率和防止H2C2O4分解。

（2）黑色固体为CuO,CuO不溶于水,故a错误;引入S

新的杂质,故b错误;灼烧滤纸,然后转入热的KHC2O4溶液,容易引入新的杂质,故d错误。

（3）CuO和KHC2O4反应生成二草酸合铜（Ⅱ）酸钾晶体,因此化学反应方程式为CuO+2KHC2O4

K2[Cu（C2O4）2]+H2O。

（4）根据题中所给信息,二草酸合铜（Ⅱ）酸钾微溶于冷水,可溶于热水,微溶于酒精,根据流程,③得到的是滤液,因此所用的洗涤剂为热水。

（5）①硫酸铜不溶于乙醇,因此使用乙醇可以降低硫酸铜的溶解度,有利于硫酸铜晶体的析出;②乙醇易挥发,因此可通过蒸馏的方法回收乙醇。

（6）根据得失电子数目守恒,因此有n（Mn

）×5=n（C2

）×2×（4-3）,解得n（C2

）=20.00×10-3×0.01000×5mol÷2=5.000×10-4mol,即二草酸合铜（Ⅱ）酸钾物质的量为

mol=2.500×10-4mol,产品的纯度为

×100%=88.50%。

答案:

（1）可避免H2C2O4分解　

（2）c

（3）CuO+2KHC2O4

K2[Cu（C2O4）2]+H2O

（4）热水

（5）①降低硫酸铜的溶解度,有利于硫酸铜晶体析出

②蒸馏　（6）88.50%

二、有机物的制备与基本操作的融合

1.把握制备过程

2.盘点常用仪器

3.熟悉常考问题

（1）有机物易挥发,因此在反应中通常要采用冷凝回流装置,以减少有机物的挥发,提高原料的利用率和产物的产率。

（2）有机反应通常都是可逆反应,且易发生副反应,因此常使某种价格较低的反应物过量,以提高另一反应物的转化率和产物的产率,同时在实验中需要控制反应条件,以减少副反应的发生。

（3）根据产品与杂质的性质特点选择合适的分离提纯方法,如蒸馏、分液等。

【典例2】（2018·绍兴新昌中学月考）对甲基苯胺可用对硝基甲苯在酸性条件下用铁粉还原制得:

主要反应物和产物的物理性质见下表:

化合物

物质

状态

溶解性

熔点

（℃）

沸点

（℃）

密度

（g·cm-3）

对硝基

甲苯

浅黄色

晶体

不溶于水,溶于乙醇、苯

51.4

237.7

1.286

对甲基

苯胺

白色片

状晶体

微溶于水,易溶于乙醇、苯

43～45

200～

202

1.046

对甲基

苯胺盐

酸盐

白色

晶体

易溶于水,不溶于乙醇、苯

243～

245

——

——

苯

无色

液体

不溶于水,溶于乙醇

5.5

80.1

0.874

实验流程如下:

请回答下列问题:

（1）反应装置如图,a处缺少一装置 

（填仪器名称）。

（2）步骤②中加苯的作用是　, 

步骤②中用5%碳酸钠溶液调pH=7～8的原因 

　。

（3）步骤③得到的固体物质为　　　　　　　　 

（4）步骤④中加入盐酸的作用是 

　。

（5）步骤⑤中通过加入氢氧化钠溶液使对甲基苯胺结晶析出的原理为　。

（6）步骤⑥中,以下洗涤剂最合适的是　　　　。

a.蒸馏水b.乙醇

c.NaOH溶液d.HCl溶液

解析:

（1）根据流程图,对硝基甲苯与铁粉和盐酸反应时,需要回流装置,因此反应装置中缺少冷凝管。

（2）对甲基苯胺和对硝基甲苯易溶于苯,步骤②中加苯,可以提取产物和未反应的原料,达到与无机试剂的分离,硝基具有比较强的氧化性,能够将铁氧化为铁离子,步骤②中用5%碳酸钠溶液调pH=7～8,可以使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀。

（3）根据

（2）的分析,步骤③得到的固体物质中含有未反应的铁粉和生成的氢氧化铁沉淀。

（4）抽滤后的液体中含有产物对甲基苯胺,步骤④中加入盐酸,可以与对甲基苯胺反应生成对甲基苯胺盐酸盐进入水层与对硝基甲苯分离。

（5）步骤⑤中通过加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠能够与对甲基苯胺盐酸盐作用生成对甲基苯胺,使对甲基苯胺结晶析出。

（6）对甲基苯胺微溶于水,易溶于乙醇、苯、盐酸,而NaOH溶液会引入新的杂质,因此步骤⑥中,最合适的洗涤剂为蒸馏水。

答案:

（1）球形冷凝管或冷凝管

（2）提取产物和未反应的原料　使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀

（3）铁粉和Fe（OH）3

（4）与对甲基苯胺反应生成对甲基苯胺盐酸盐进入水层与对硝基甲苯分离

（5）对甲基苯胺盐酸盐与氢氧化钠作用可使对甲基苯胺结晶析出

（6）a

三、“猜想判断”型实验方案的设计

猜想型实验题的思维流程

【典例3】已知:

Mg能在NO2中燃烧,可能产物为Mg3N2、MgO和N2。

Mg3N2容易与水反应。

（1）某实验探究小组探究Mg与NO2反应的固体产物成分,对固体产物提出三种假设:

Ⅰ.假设为固体产物为MgO;Ⅱ.假设为　; 

Ⅲ.假设为　。

（2）该小组通过如下实验装置来验证Mg在NO2中燃烧反应产物（夹持装置省略,部分仪器可重复）。

①实验装置连接的顺序为　（填字母序号）; 

②装置B中盛装的试剂可以是　　　　（填字母）; 

a.浓硫酸　b.碱石灰　c.无水CaCl2　d.五氧化二磷

③确定产物中有N2生成的实验现象为 

　。

（3）设计实验证明:

产物中存在Mg3N2:

　。

（4）已知装置C中初始加入Mg粉质量为13.2g,在足量的NO2中充分燃烧,实验结束后,硬质玻璃管冷却至室温、称量,测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21.0g,产生N2的体积为1120mL（标准状况）。

写出玻璃管中发生反应的化学方程式:

　。

解析:

（1）根据已知的Mg在NO2中燃烧产物的可能性分析判断:

Ⅰ.固体产物为MgO;Ⅱ.固体产物为Mg3N2;Ⅲ.固体产物为MgO和Mg3N2。

（2）①A中铜与浓硝酸反应产生二氧化氮,用B中干燥剂干燥后,通入硬质玻璃管C中与镁粉反应,用NaOH溶液除去多余的二氧化氮,最后用排水法收集氮气,为确保C中无水蒸气,在C和E之间也应连接吸水干燥装置,故装置的连接顺序为ABCBED;②二氧化氮不能使用碱性干燥剂来干燥,U形管装的是固体干燥剂,故盛放的干燥剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷等;③从C中导出的气体通过NaOH溶液吸收NO2后,仍有气体将D中试剂瓶中的水压入烧杯中,则确定产物中有N2生成。

（3）Mg3N2能与水反应生成氨气,氨气是具有刺激性气味的碱性气体,所以取少量反应后的固体产物,加入水中产生有刺激性气味的气体,该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色,则证明产物中有Mg3N2。

（4）13.2g镁的物质的量为0.55mol,设生成Mg3N2的物质的量为xmol,MgO的物质的量为ymol,根据镁原子守恒得:

3x+y=0.55,根据固体质量得100x+40y=21.0,解得x=0.05,y=0.4;氮气的物质的量为1.12L÷22.4L·mol-1=0.05mol,综上分析反应物为Mg和NO2,生成物为Mg3N2、MgO和N2,且物质的量之比为1∶8∶1,所以化学方程式为11Mg+4NO2

Mg3N2+8MgO+N2。

答案:

（1）Ⅱ.固体产物为Mg3N2　Ⅲ.固体产物为MgO和Mg3N2

（2）①ABCBED　②cd　③D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中

（3）取C中少量反应产物,加入水中产生刺激性气味的气体,该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝

（4）11Mg+4NO2

Mg3N2+8MgO+N2

【专题突破】

1.（2018·金华十校期末联考）五氧化二钒（V2O5,摩尔质量为182g·mol-1）可作化学工业中的催化剂,广泛用于冶金、化工等行业。

V2O5是一种橙黄色片状晶体,微溶于水,不溶于乙醇,具有强氧化性,属于两性氧化物。

某研究小组将从某粗钒（主要含有V2O5,还有少量Al2O3、Fe2O3）中提取V2O5。

实验方案设计如下:

已知:

NH4VO3是白色粉末,微溶于冷水,可溶于热水,不溶于乙醇、醚。

2NH4VO3

V2O5+2NH3↑+H2O

请回答:

（1）第①步操作的实验装置如图所示,虚线框中最为合适的仪器是　　　　（填编号）。

（2）调节pH为8～8.5的目的是 

　。

（3）第④步洗涤操作时,可选用的洗涤剂是　　　　（填编号）。

a.冷水b.热水

c.乙醇d.1%NH4Cl溶液

（4）第⑤步操作时,需在流动空气中灼烧的可能原因是 

　。

（5）硫酸工业中,SO2转化为SO3的催化剂就选用V2O5,催化过程经两步完成,将其补充完整:

（用化学方程式表示）,4VO2+O2

2V2O5。

（6）将0.253g产品溶于强碱溶液中,加热煮沸,调节pH为8～8.5,向反应后的溶液中加入硫酸酸化的KI溶液（过量）,溶液中含有V3+,滴加指示剂,用0.250mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,达到终点消耗Na2S2O3标准溶液20.00mL,则该产品的纯度为　　　　。

（已知:

I2+2Na2S2O3

Na2S4O6+2NaI） 

解析:

本题考查实验方案设计与评价。

（1）虚线框中的仪器是向三颈烧瓶中滴加NaOH,为了能够使NaOH溶液顺利滴下,需要有连通装置,故B正确。

（2）根据流程图,氧化铁为碱性氧化物,不与NaOH发生反应,V2O5、Al2O3属于两性氧化物,能与NaOH发生反应,调节pH为8～8.5的目的就是让Al

转化为Al（OH）3沉淀,避免V

的沉淀。

（3）根据信息,NH4VO3微溶于水,可溶于热水,不溶于乙醇、醚。

用冷水洗涤,可以减少NH4VO3的溶解,故a正确;NH4VO3溶于热水,造成NH4VO3溶解,故b错误;虽然NH4VO3不溶于乙醇,但NH4VO3表面杂质,如NaCl不溶于乙醇,使用乙醇不能洗去沉淀表面的杂质,故c错误;根据流程生成NH4VO3沉淀,是滤液1与饱和NH4Cl的反应生成,且NH4Cl受热易分解,不产生杂质,故d正确。

（4）根据信息,NH4VO3灼烧生成V2O5,因为V2O5具有强氧化性,能与具有还原性NH3发生反应,从而影响产物的纯度及产率,因此灼烧NH4VO3时在流动空气中。

（5）催化剂在反应前后质量不变,根据已知反应的方程式,可得出反应方程式为SO2+V2O5

2VO2+SO3。

（6）根据I2和Na2S2O3发生反应的方程式,求出消耗n（I2）=

mol=2.50×10-3mol,根据得失电子数目守恒,n（V2O5）×2×2=n（I2）×2,求出n（V2O5）=1.250×10-3mol,即m（V2O5）=1.250×10-3mol×182g·mol-1=0.2275g,则产品纯度为

×100%≈89.9%。

答案:

（1）B

（2）让Al

转化为Al（OH）3沉淀,避免V

的沉淀

（3）ad

（4）若空气不流通,由于V2O5具有强氧化性,会与还原性的NH3反应,从而影响产物的纯度及产率

（5）SO2+V2O5

2VO2+SO3

（6）89.9%

2.（2018·浙江十校联考）硫酸钠—过氧化氢—氯化钠加合物（4Na2SO4·2H2O2·NaCl）又称固体双氧水,具有漂白、杀菌、消毒等作用,其性质较稳定,因此具有广泛的应用前景。

化学实验室中制备硫酸钠—过氧化氢—氯化钠加合物的流程如下:

已知:

过氧化氢在碱性条件下不稳定。

4Na2SO4·2H2O2·NaCl的相对分子质量为694.5。

回答下列问题:

（1）控温反应中,反应的温度控制在10℃左右,不能太高的原因是 

　。

（2）可用减压过滤得到产品。

减压过滤装置中的陶瓷材料仪器名称是　　　　　　。

（3）上述工艺流程中,步骤B的操作是　。

（4）硫酸钠—过氧化氢—氯化钠加合物（4Na2SO4·2H2O2·NaCl）固体比过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）固体更稳定的原因是 

　。

（5）准确称取8.000g固体双氧水样品,配制成250.00mL溶液,量取25.00mL溶液于锥形瓶中,加适量稀硫酸酸化后,用0.04000mol/LKMnO4标准溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液20.00mL。

判断滴定终点时的现象 

　; 

产品的纯度为　　　　。

解析:

（1）控温反应中,反应的温度控制在10℃左右,不能太高的原因是温度过高过氧化氢易分解,降低过氧化氢的利用率。

（2）减压过滤装置中的陶瓷材料仪器名称是布氏漏斗。

（3）过滤后的操作是洗涤、干燥。

（4）由于过碳酸钠溶液水解呈碱性,过氧化氢在碱性条件下更易分解,因此硫酸钠—过氧化氢—氯化钠加合物固体比过碳酸钠固体更稳定。

（5）酸性高锰酸钾溶液显紫红色,所以判断滴定终点时的现象是溶液由无色变成红色,且半分钟内不变化;消耗高锰酸钾是0.02000L×0.04000mol/L=0.0008000mol,Mn元素从+7价降低到+2价,因此得到电子的物质的量是0.0008000mol×5=0.004000mol,1mol双氧水失去2mol电子,则双氧水的物质的量是0.002000mol,因此固体双氧水的质量是0.001000mol×250mL/25mL×694.5g/mol=6.945g,产品的纯度为

×100%≈86.81%。

答案:

（1）温度过高过氧化氢易分解,降低过氧化氢的利用率

（2）布氏漏斗

（3）洗涤、干燥

（4）过碳酸钠溶液水解呈碱性,过氧化氢在碱性条件下更易分解

（5）滴入最后一滴KMnO4溶液,溶液由无色变成红色,且半分钟内不变化　86.81%

3.（2018·东阳中学检测）硝基苯是一种重要的化工原料,其制备原理是:

+HO—NO2

+H2O　ΔH<0

在温度稍高的情况下会生成副产物间二硝基苯:

+HO—NO2

+H2O

请将下列制备硝基苯的实验内容填写完整:

（1）混酸的配制:

取100mL烧杯,用浓硫酸20mL、浓硝酸18mL配制混酸,其操作过程为 

　。

（2）安装反应装置:

按图所示安装实验装置,在这个实验中冷凝管的作用是　。

（3）①反应步骤:

①把18mL的苯加入三颈瓶中,将混酸加入分液漏斗中,逐滴滴加混酸,边滴加边搅拌,这样做的目的是 

　。

②混酸滴加完毕后,在加热搅拌的条件下反应半小时。

控制加热温度的方法是　　　　　　　　。

③分离和提纯:

除去产物中没有反应的酸,可在产物中加入碱溶液,然后用分液漏斗分液,　　　　层物质为粗产品。

除去硝基苯中没有反应的苯和生成的副产物的简便方法是（填方法名称）　　　　。

解析:

（1）混酸的配制过程为在100mL的烧杯中先加入18mL浓硝酸,然后缓慢加入20mL浓硫酸,不断搅拌,冷却到50～60℃。

（2）制备硝基苯的反应为放热反应,硝酸、苯都易挥发,所以为了提高反应物的转化率,对反应物要冷凝回流,所以冷凝管的作用是冷凝回流,防止苯和硝酸挥发。

（3）①制备硝基苯的反应为放热反应,反应温度升高快,会发生副反应生成副产物间二硝基苯,所以逐滴滴加混酸,边滴加边搅拌的目的是防止反应进行得过快,使温度升高得过快,增加反应的副产物。

②反应要控制在50～60℃,可以用水浴加热;

③硝基苯的密度大于水,所以粗产品在下层;苯和硝基苯及间二硝基苯互溶,但它们的沸点不同,所以除去硝基苯中没有反应的苯和生成的副产物的方法是蒸馏。

答案:

（1）在100mL的烧杯中先加入18mL浓硝酸,然后缓慢加入20mL浓硫酸,不断搅拌,冷却到50～60℃

（2）冷凝回流,防止苯和硝酸挥发（或者回答提高原料的利用率也可）

（3）①防止反应进行得过快,使温度升高得过快,增加反应的副产物　②水浴加热　③下　蒸馏

4.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞（如图1）。

从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。

（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）:

编号

实验目的

碳粉/g

铁粉/g

醋酸/%

①

为以下实验作参照

0.5

2.0

90.0

②

醋酸浓度的影响

0.5

36.0

③

0.2

2.0

90.0

（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。

t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了　　　　腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了　　　　（填“氧化”或“还原”）反应,其电极反应式是　。

（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:

假设一:

发生析氢腐蚀产生了气体;

假设二:

　; 

……

（4）为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。

请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。

实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）:

解析:

（1）对比实验①,实验②中碳粉的质量与实验①相同,醋酸的浓度与实验①不同,所以铁粉的质量应与实验①相同,即2.0g;实验③中碳粉质量与实验①不同,铁粉质量和醋酸浓度均与实验①相同,显然实验③目的是探究碳粉含量的影响。

（2）t2时,容器中压强明显小于起始压强,说明容器中气体减少,所以铁发生的是吸氧腐蚀。

在铁吸氧腐蚀过程中,铁为负极,发生氧化反应,形成Fe2+,碳为正极,发生还原反应:

2H2O+O2+4e-

4OH-（或4H++O2+4e-

2H2O）。

（3）0～t1时压强增大,应从两方面考虑,一是生成气体,二是温度升高,则由假设一内容可得假设二应是:

此反应是放热反应,温度升高。

（4）可通过测定压强验证假设一,设计实验时要注意以下3点:

一是实验条件与实验①相同,二是排除O2的干扰,三是温度不变。

答案:

（1）2.0　　碳粉含量的影响

（2）吸氧　

　还原

2H2O+O2+4e-

4OH-（或4H++O2+4e-

2H2O）

（3）反应放热,温度升高

（4）①药品用量和操作同编号①实验（多孔橡皮塞增加进、出导管）;

②通入氩气排净瓶内空气;

③滴入醋酸溶液,保持温度不变,测量瓶内压强变化。

如果瓶内压强增大,假设一成立。

否则假设一不成立。

（本题属于开放性试题,也可检验Fe2+）