高届高级高中化学一轮复习第十章化学实验基础及综合探究培优训练12.docx

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高届高级高中化学一轮复习第十章化学实验基础及综合探究培优训练12

培优训练12:

定量分析类综合实验

1.PCl3是磷的常见氯化物,可用于半导体生产的外延、扩散工序。

有关物质的部分性质如下:

熔点/℃

沸点/℃

密度/g·mL－1

其他

黄磷

44.1

280.5

1.82

2P＋3Cl2（少量）

2PCl3；2P＋5Cl2（过量）

2PCl5

PCl3

－112

75.5

1.574

遇水生成H3PO3和HCl,遇O2生成POCl3

（一）制备

如图是实验室制备PCl3的装置（部分仪器已省略）。

（1）仪器乙的名称是________；其中,与自来水进水管连接的接口编号是________。

（填“a”或“b”）

（2）实验室制备Cl2的离子方程式_________________________________________。

实验过程中,为减少PCl5的生成,应控制____________。

（3）碱石灰的作用:

一是防止空气中的水蒸气进入而使PCl3水解,影响产品的纯度；二是____________________________________________________________。

（4）向仪器甲中通入干燥Cl2之前,应先通入一段时间CO2排尽装置中的空气,其目的是________。

（二）分析

测定产品中PCl3纯度的方法如下:

迅速称取4.100g产品,水解完全后配成500mL溶液,取出25.00mL加入过量的0.1000mol·L－120.00mL碘溶液,充分反应后再用0.1000mol·L－1Na2S2O3溶液滴定过量的碘,终点时消耗12.00mLNa2S2O3溶液。

已知:

H3PO3＋H2O＋I2===H3PO4＋2HI；I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6；假设测定过程中没有其他反应。

（5）根据上述数据,该产品中PCl3（相对分子质量为137.5）的质量分数为________。

若滴定终点时俯视读数,则PCl3的质量分数________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（三）探究

（6）设计实验证明PCl3具有还原性:

____________________________________

_____________________________________________________________________。

（限选试剂有:

蒸馏水、稀盐酸、碘水、淀粉）

【解析】　

（1）仪器乙为冷凝管,用于冷凝蒸馏产物,为了使冷凝效果最好,进水口为b,故答案为:

冷凝管；b；

（2）实验室用二氧化锰和浓盐酸加热或高锰酸钾和浓盐酸制备氯气,方程式为:

MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O（或2MnO

＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O）；实验过程中,为减少PCl5的生成,应控制氯气的通入速率；故答案为:

MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O（或2MnO

＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O）；氯气的通入速率；

（3）氯气有毒,污染空气,碱石灰吸收多余氯气防止污染空气,防止空气中的水蒸气进入影响产品纯度,故答案为:

碱石灰吸收多余氯气,防止污染空气；

（4）由于PCl3遇O2会生成POCl3,遇水生成H3PO3和HCl,通入一段时间的CO2可以排尽装置中的空气,防止生成的PCl3与空气中的O2和水反应；通入二氧化碳赶净空气,避免水和氧气与三氯化磷发生反应,故答案为:

排净装置中的空气,防止空气中的水分和氧气与PCl3反应；

（5）0.1000mol·L－1碘溶液20.00mL中含有碘单质的物质的量为:

0.1000mol·L－1×0.020L＝0.002mol,根据反应I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6可知,与磷酸反应消耗的碘单质的物质的量为:

0.002mol－0.1000mol·L－1×0.012L×1/2＝0.0014mol,再由H3PO3＋H2O＋I2===H3PO4＋2HI可知,25mL三氯化磷水解后的溶液中含有的H3PO3的物质的量为:

n（H3PO3）＝n（I2）＝0.0014mol,500mL该溶液中含有H3PO3的物质的量为:

0.0014mol×500mL/25mL＝0.028mol,所以4.100g产品中含有的三氯化磷的物质的量为0.028mol,该产品中PCl3的质量分数为:

×100%≈93.9%；若滴定终点时俯视读数,读出的标准液硫代硫酸钠溶液体积偏小,计算出的H3PO3消耗的碘单质的物质的量偏大,三氯化磷的物质的量偏大,三氯化磷的质量分数偏大,故答案为:

93.9%；偏大；

（6）设计实验证明PCl3具有还原性的方案为:

向碘水中加入PCl3,碘水褪色；故答案为:

向碘水中加入PCl3,碘水褪色。

答案　

（1）冷凝管（或冷凝器）　b

（2）MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O（或2MnO

＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O）　氯气通入的速率（或流量）

（3）吸收多余的Cl2,防止污染环境

（4）排净装置中的空气,防止O2和水与PCl3反应

（5）93.9%　偏大

（6）向碘水中加入PCl3,碘水褪色

2.（2018·山西省实验中学高三质量检测,19）在一定条件下,二氧化硫和氧气发生如下反应:

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）　ΔH<0。

查阅资料知SO3的熔点为16.83℃,沸点是44.8℃。

某化学学习小组欲通过实验测定上述反应中SO2的转化率,他们设计了如下实验。

请根据要求回答问题:

（1）各装置接口的连接顺序是a→________________________________________。

（2）装置Ⅳ烧杯中盛放冰水的作用是_____________________________________。

（3）装置Ⅰ所用硫酸,一般选用浓度为70%～80%的硫酸,原因是____________________________________________________________________。

（4）当装置Ⅰ中反应结束时,要打开止水夹继续通入O2一段时间,继续通入O2的目的是______________________________________________________________

____________________________________________________________________。

（5）称量agNa2SO3粉末与足量硫酸反应,实验结束后称得装置Ⅳ增重bg,列式表示该实验中SO2的转化率_________________________________________。

【解析】　

（1）Ⅰ是制备二氧化硫,Ⅱ是氧化二氧化硫,Ⅳ是收集三氧化硫,Ⅲ是吸收尾气,为测定SO2转化为SO3的转化率,仪器的连接顺序是a→h→i→b→c→f→g→d→e。

（2）由于SO3的熔点为16.83℃,沸点是44.8℃,所以装置Ⅳ烧杯中盛放冰水的作用是使SO3冷凝以便从气相中分离出来；（3）由于硫酸浓度过大时主要以分子形式存在,反应较慢；硫酸浓度过小时生成的SO2会部分溶解在稀硫酸中,故制备二氧化硫气体时一般选用浓度为70%～80%的硫酸与亚硫酸钠固体加热反应；（4）当装置Ⅰ中反应结束时,继续通入O2一段时间,目的是将装置中的SO2全部转移到装置Ⅱ中发生反应,将SO3全部转移到装置Ⅳ中冷凝为固体,提高测量SO2转化率的准确性；（5）称量agNa2SO3粉末与足量硫酸反应,实验结束后称得装置Ⅳ增重bg,由硫元素守恒可知,SO2的转化率＝bg÷

80g/mol÷（ag÷126g/mol）＝

×100%。

答案　

（1）h→i→b→c→f→g→d→e

（2）使SO3冷凝以便从气相中分离出来

（3）硫酸浓度过大时主要以分子形式存在,反应较慢；硫酸浓度过小时生成的SO2会部分溶解在稀硫酸中

（4）将装置中的SO2全部赶入装置Ⅱ中发生反应,将SO3全部赶入装置Ⅳ中冷凝为固体,提高测量SO2转化率的准确性

（5）

×100%

3.（2018·河南洛阳二模,26）为测定某氟化稀土样品中氟元素的质量分数,某化学兴趣小组进行了如下实验。

利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为氟化氢（低沸点酸）蒸出,再滴定测量。

实验装置如图所示。

（1）a的作用是________,仪器d的名称是____________________________________________________________________。

（2）检查装置气密性:

________（填操作）,关闭k,微热c,导管e末端有气泡冒出；停止加热,导管e内有一段稳定的水柱,说明装置气密性良好。

（3）c中加入一定体积高氯酸和mg氟化稀土样品,f中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。

加热b、c,使b中产生的水蒸气进入c。

①下列物质可代替高氯酸的是________（填序号）。

A.硝酸B.盐酸

C.硫酸D.磷酸

②实验中除有HF气体外,可能还有少量SiF4（易水解）气体生成。

若有SiF4生成,实验结果将________（填“偏高”“偏低”或“不受影响”）。

③若观察到f中溶液红色褪去,需要向f中及时补加NaOH溶液,否则会使实验结果偏低,原因是____________________________________________________

___________________________________________________________________。

（4）向馏出液中加入V1mLc1mol·L－1La（NO3）3溶液,得到LaF3沉淀,再用c2mol·L－1EDTA标准溶液滴定剩余La3＋（La3＋与EDTA按1∶1配合）,消耗EDTA标准溶液V2mL,则氟化稀土样品中氟的质量分数为________。

（5）用样品进行实验前,需要用0.084g氟化钠代替样品进行实验,改变条件（高氯酸用量、反应温度、蒸馏时间）,测量并计算出氟元素质量,重复多次。

该操作的目的是________________________。

【解析】　

（1）a的作用是平衡压强,防止圆底烧瓶中压强过大,引起爆炸。

仪器d的名称是直形冷凝管。

（2）检查装置气密性时在b和f中加水,使水浸没a和e的末端,从而形成密闭体系。

（3）①此实验是利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为HF（低沸点酸）蒸出。

硝酸和盐酸易挥发,A、B项错误；硫酸和磷酸沸点高,难挥发,C、D项正确。

②实验中除有HF气体外,可能还有少量SiF4（易水解）气体生成,若有SiF4生成,SiF4易水解,与NaOH溶液反应也生成NaF,不影响实验结果。

③若观察到f中溶液红色褪去,需要向f中及时补加NaOH溶液,否则会使实验结果偏低,原因是充分吸收HF气体,防止其挥发损失。

（5）用样品进行实验前,需要用0.084g氟化钠代替样品进行实验,改变条件（高氯酸的用量、反应温度、蒸馏时间）,测量并计算出氟元素质量,重复多次,该操作的目的是通过做对比实验,寻找最佳的实验条件。

答案　

（1）平衡压强　直形冷凝管

（2）在b和f中加水,水浸没导管a和e末端

（3）①CD　②不受影响

③充分吸收HF气体,防止其挥发损失

（4）

%

（5）寻找最佳实验条件

4.（2019·平度一中高三阶段性质量检测,28）Cu2SO3·CuSO3·2H2O是一种深红色固体（以下用M表示）。

某学习小组拟测定胆矾样品的纯度,并以其为原料制备M。

已知:

①M不溶于水和乙醇,100℃时发生分解反应；

②M可由胆矾和SO2为原料制备,反应原理为3Cu2＋＋6H2O＋3SO2

Cu2SO3·CuSO3·2H2O↓＋8H＋＋SO

。

Ⅰ.测定胆矾样品的纯度。

（1）取wg胆矾样品溶于蒸馏水配制成250mL溶液,从中取25.00mL于锥形瓶中,加入指示剂,用cmol·L－1EDTA（简写成Na4Y）标准溶液滴定至终点（滴定原理:

Cu2＋＋Y4－===CuY2－）,测得消耗了VmLEDTA标准溶液。

则该胆矾样品的纯度为________%（用含c、V、w的代数式表示）。

如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,测得的结果会__________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。

Ⅱ.制备M实验装置如下图所示:

（2）实验室用70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下制备SO2。

上图A处的气体发生装置可从下图装置中选择,最合适的是________（填字母）。

（3）装置D中的试剂是________。

装置B中水浴加热的优点是__________。

（4）实验完毕冷却至室温后,从锥形瓶中分离产品的操作包括:

________、水洗、乙醇洗、常温干燥,得产品Cu2SO3·CuSO3·2H2O。

检验产品已水洗完全的操作是______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

【解析】　

（1）Cu2＋～Y4－,故胆矾样品的纯度＝

×100%＝

%。

如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,EDTA标准溶液在滴定管中会被稀释,使滴定消耗的EDTA标准溶液体积偏大,结果偏高。

（2）70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下反应生成SO2,应选择固液不加热制气装置,即装置a。

（3）装置D用于吸收未反应的SO2,其中盛装的试剂可以是NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液或Na2SO3溶液等。

装置B中水浴加热的优点是受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解。

（4）用过滤的方法分离固体和溶液。

水洗的目的是除去产品表面的可溶性杂质,通过检验洗涤液中是否存在SO

或H＋来判断水洗是否完全。

答案　

（1）

　偏高　

（2）a

（3）NaOH溶液（其他合理答案也可）　受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解

（4）过滤　取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无沉淀生成,则产品已水洗完全（也可检验最后一次洗涤液中的H＋）

5.黄铜矿是工业炼铜的主要原料,主要成分为CuFeS2,含少量脉石。

为测定该黄铜矿的纯度,某同学设计了如下实验:

现用电子天平称取研细的黄铜矿样品1.150g,在空气存在下进行煅烧,生成Cu、Fe3O4和SO2气体,实验后取d中溶液的

置于锥形瓶中,用0.05mol·L－1标准碘溶液进行滴定,消耗标准碘溶液20.00mL。

请回答下列问题:

（1）将样品研细后再进行反应,其目的是______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________,

标准碘溶液应盛放在________（填“碱式”或“酸式”）滴定管中。

（2）装置a的作用是________。

A.除去空气中的二氧化碳

B.除去空气中的水蒸气

C.有利于气体混合

D.有利于观察、控制空气流速

（3）若去掉c装置,会使测定结果________（填“偏低”“偏高”或“无影响”）,写出影响测定结果的化学方程式_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

（4）上述反应结束后,仍需通一段时间的空气,其目的是

_____________________________________________________________________。

（5）通过计算可知,该黄铜矿的纯度为________。

（6）假设实验操作均正确,测得的黄铜矿纯度仍然偏低,可能的原因主要有______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

【解析】　

（1）将样品研细的目的是与O2充分接触,使之燃烧充分,加快燃烧速率。

因碘溶液腐蚀橡胶,故应放入酸式滴定管中。

（2）a中浓H2SO4能吸水,且可通过a装置观察气泡,控制空气流速。

（3）铜网的作用是除去过量的O2,防止O2将SO2氧化。

同时O2也有可能将I－氧化成I2,I2继续氧化SO2,故去掉c消耗碘溶液会小于20.00mL,使测定结果偏低。

（4）空气能将反应生成的SO2全部赶入d中,使测定结果准确。

（5）令黄铜矿的纯度为x,由SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI和硫元素守恒得:

CuFeS2　～　2SO2～2I2

184g2mol

1.150xg　0.05mol·L－1×20.00×10－3L×10

＝

x＝80%。

（6）若滴定时消耗的I2少,则滴定的SO2少,测得纯度较低,原因可能是反应速率快,SO2未被水完全吸收,或H2SO3被过量O2氧化等。

答案　

（1）增大与空气的接触面积,加快反应速率,且充分燃烧　酸式

（2）BD

（3）偏低　2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4、O2＋4I－＋4H＋===2I2＋2H2O

（4）使反应生成的SO2全部进入d中,使测定结果准确

（5）80%

（6）反应速率快,用水吸收SO2不充分,H2SO3被过量的O2氧化

6.（2018·南昌NCS项目三模,26）磷化铝（AlP）通常可作为一种广谱性熏蒸杀虫剂,吸水后会立即产生高毒性PH3气体（沸点为－87.7℃,还原性强）。

某化学兴趣小组的同学用下述方法测定粮食中残留的磷化物的含量,实验装置如图所示。

在C中加入100g原粮,E中加入20.00mL1.50×10－3mol·L－1KMnO4溶液（H2SO4酸化）,往C中加入足量的水,充分反应后,用亚硫酸钠标准溶液滴定E中过量的KMnO4溶液。

回答下列问题:

（1）仪器D的名称是________。

（2）AlP与水反应的化学方程式为____________________________________。

（3）装置A中盛装酸性KMnO4溶液的作用是除去空气中的还原性气体,装置B中盛有焦性没食子酸的碱性溶液,其作用是_________________________________。

（4）通入空气的作用是__________________________________________________。

（5）装置E中PH3被氧化成磷酸,则装置E中发生反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为_____________________________________________________________。

（6）收集装置E中的吸收液,加水稀释至250mL,取25.00mL于锥形瓶中,用4.0×10－4mol·L－1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液,消耗Na2SO3标准溶液15.00mL,Na2SO3与KMnO4溶液反应的离子方程式为_____________________________________________________________________,

则该原粮中磷化物（以PH3计）的含量为_____________________________________

mg·kg－1（写计算表达式和计算结果）。

【解析】　

（1）仪器D为直形冷凝管。

（2）AlP与H2O反应生成PH3和Al（OH）3。

（3）装置B中焦性没食子酸的碱性溶液的作用是吸收空气中的O2,避免O2进入装置C中将PH3氧化。

（4）要准确测定PH3的含量,需要用酸化的KMnO4溶液将其全部吸收,通入空气的作用是保证生成的PH3全部被酸性KMnO4溶液吸收。

（5）PH3被酸性KMnO4溶液氧化成磷酸,KMnO4在酸性条件下被还原为Mn2＋,根据反应前后元素化合价的变化可写出并配平该反应的离子方程式为5PH3＋8MnO

＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O,其中MnO

为氧化剂,PH3为还原剂,二者物质的量之比为8∶5。

（6）与酸性KMnO4溶液反应时,Na2SO3被氧化成Na2SO4,KMnO4在酸性条件下被还原为Mn2＋,根据元素化合价变化可写出并配平该反应的离子方程式为5SO

＋2MnO

＋6H＋===5SO

＋2Mn2＋＋3H2O。

滴定时消耗Na2SO3的物质的量为15.00×10－3×4.0×10－4mol,对应消耗KMnO4的物质的量为（15.00×10－3×4.0×10－4×

）mol,则与PH3反应的KMnO4的物质的量为（20.00×10－3×1.50×10－3－15.00×10－3×4.0×10－4×

×

）mol＝6×

10－6mol,结合关系式5PH3～8MnO

可求出该原粮中磷化物（以PH3计）的含量为

mg·kg－1＝1.275mg·kg－1。

答案　

（1）直形冷凝管（或冷凝管）　

（2）AlP＋3H2O===PH3↑＋Al（OH）3　（3）吸收空气中的O2　（4）保证生成的PH3全部被酸性KMnO4溶液吸收　（5）8∶5

（6）5SO

＋2MnO

＋6H＋===5SO

＋2Mn2＋＋3H2O

[（20.00×10－3×1.50×10－3－15.00×10－3×4.0×10－4×

）×

×34×103]÷（100×10－3）mg·kg－1＝1.275