届高考化学复习第13讲化学实验方案设计与评价专题跟踪训练.docx

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届高考化学复习第13讲化学实验方案设计与评价专题跟踪训练

第13讲化学实验方案设计与评价

专题跟踪训练（十三）

能力练（20分钟　50分）

非选择题（共50分）

1．（16分）三氯化硼是一种重要的化工原料。

某同学设计的三氯化硼制备装置如图所示。

[查阅资料]①BCl3的熔点为－107.3℃，沸点为12.5℃；

②2B＋6HCl

2BCl3＋3H2；

③硼与铝的性质相似，氯化物也易水解，硼也能与碱反应。

请回答下列问题：

（1）装置A是用高锰酸钾固体与浓盐酸反应制氯气，反应的离子方程式为___________________________________________________。

（2）为了完成三氯化硼的制备，装置从左到右的接口连接顺序为________________________。

（3）装置E中的试剂为__________，如果拆去装置E，可能的后果是__________________________________。

（4）装置D中发生反应前先通入一段时间的氯气，其目的是__________________________，该装置中发生反应的化学方程式为____________________________。

（5）BCl3与水能剧烈反应生成硼酸（H3BO3）和白雾，写出该反应的化学方程式______________________________________________。

（6）请设计一个简易实验，验证制得的产品中是否含有硼粉__________________________。

[解析]　

（1）装置A中发生反应的离子方程式为2MnO

＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。

（2）由于制取的Cl2中含杂质HCl、H2O，所以Cl2与硼反应前需要先除去Cl2中含有的杂质，又因为“硼与铝的性质相似，氯化物也易水解”，生成BCl3的装置中应防止水蒸气进入，故右侧应连接盛有浓H2SO4的干燥装置。

装置的连接顺序为a→hi→fg→bc→de→j（f和g可互换，b和c可互换）。

（3）装置E中的试剂为饱和食盐水，目的是除去Cl2中的HCl；若拆去装置E，杂质HCl与硼反应产生的H2与Cl2混合，加热时可能会引起爆炸。

（4）硼粉能与空气中的氧气反应，故反应前应通入Cl2排尽装置中的空气。

（5）由“生成硼酸（H3BO3）和白雾”可知该反应为BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl。

（6）由“硼也能与碱反应”可知在产品中加入NaOH溶液，若产生气泡，则说明含有硼粉。

[答案]　

（1）2MnO

＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O

（2）a→hi→fg→bc→de→j（f和g可互换，b和c可互换）

（3）饱和食盐水　HCl与硼反应产生的H2与Cl2混合，加热时可能会引起爆炸

（4）通入Cl2以排尽装置中的空气，防止硼被氧化　2B＋3Cl2

2BCl3

（5）BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl

（6）取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，若产生气泡（H2），则说明含有硼粉

2．（18分）Co－60可用于癌症的放射性治疗和蔬菜保鲜。

已知：

硫钴矿石（主要成分为Co3S4）灼烧会生成Co2O3（黑色），Co2O3与Al发生铝热反应可生成Co。

请回答下列问题：

（1）写出“已知”中的两个反应的化学方程式：

________________________、______________________。

（2）实验室由硫钴矿石（主要成分为Co3S4）灼烧生成Co2O3时，可选用下面的装置__________（填序号）。

（3）钴单质可与稀盐酸反应生成CoCl2（蓝色）和H2。

CoCl2吸水后会生成不同颜色的物质，如CoCl2·6H2O为粉红色。

如图所示为CoCl2·6H2O受热时的温度与质量的关系图。

①紫红色物质的化学式为__________，若由粉红色固体制备紫红色固体，可采用的实验装置为__________（从Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中选择）。

②由紫红色固体生成蓝紫色固体发生反应的化学方程式为______________________。

③综合上述反应过程，钴的氯化物常作为变色硅胶（一种干燥剂）的指示剂，当变色硅胶由蓝色变为粉红色时，即失去干燥能力，该蓝色物质的化学式为_____________________________。

[解析]　

（1）由“硫钴矿石（主要成分为Co3S4）灼烧生成Co2O3”可得，该反应的化学方程式为4Co3S4＋25O2

6Co2O3＋16SO2。

由“铝热反应”可得制备钴的化学反应方程式为Co2O3＋2Al

Al2O3＋2Co。

（2）灼烧硫钴矿石时需要加热，可选用装置Ⅰ、Ⅱ，但用坩埚灼烧时产生的SO2会污染空气，所以选用装置Ⅰ较好（导出气体可用碱液吸收）。

（3）①由25℃时钴盐的质量可知，n（CoCl2·6H2O）＝

＝0.02mol；25～52℃减少的质量为H2O的质量，n（H2O）＝

＝0.08mol；CoCl2·6H2O失去水分子数＝

＝4，故紫红色物质的化学式为CoCl2·2H2O。

由于失水温度为52℃，需要采用水浴加热，故采用装置Ⅲ。

②52～90℃时，减少的质量为H2O的质量，n（H2O）＝

＝0.02mol；CoCl2·2H2O失去水分子数＝

＝1，故蓝紫色物质的化学式为CoCl2·H2O。

所以由紫红色固体生成蓝紫色固体的化学方程式为CoCl2·2H2O

CoCl2·H2O＋H2O。

③90～120℃时，失去水的物质的量为0.02mol，故蓝色物质为CoCl2。

[答案]　

（1）4Co3S4＋25O2

6Co2O3＋16SO2　Co2O3＋2Al

Al2O3＋2Co

（2）Ⅰ

（3）①CoCl2·2H2O　Ⅲ　②CoCl2·2H2O

CoCl2·H2O＋H2O　③CoCl2

3．（16分）亚硝酰氯（NOCl）的沸点为－5.5℃，具有刺鼻恶臭味，溶于发烟硫酸，遇水则分解，是有机合成中的重要试剂。

某同学用如图装置，由NO与干燥纯净的Cl2反应制备NOCl。

已知：

①Cl2的沸点为－34.6℃，NO2Cl的沸点为－15℃；

②2NO＋Cl2===2NOCl,2NO2＋Cl2===2NO2Cl。

回答下列问题：

（1）铜与稀硝酸反应的化学方程式为__________________；

装置A中设计了可上下移动的铜丝，其优点是_________________________________________。

（2）题图中实验装置的连接顺序：

a→_____________________________________________。

（3）实验时，先制取氯气使其充满除A、B、C外的整套装置，目的是_____________________________________；

装置中充满氯气后，下一步是制取NO，具体操作是_____________________________________________________；

E中冰盐水的温度可低至－22℃，其作用是______________。

（4）该同学的实验设计可能的不足之处是_______________________________________________________。

（5）若无C装置，则不利于NOCl的制备，主要原因是______________________________（用化学方程式表示）。

[解析]　

（1）铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

上下移动的铜丝的作用是可以控制反应的开始与停止。

（2）由已知②和NOCl遇水则分解可知，需制取纯净的Cl2和NO，并在制备与收集NOCl前后连接干燥管防止水蒸气进入装置，才能制备NOCl，最后还需要尾气处理装置。

装置的连接顺序为a→d→e→b→c→i→j→f→g→h。

（3）“先制取氯气使其充满除A、B、C外的整套装置”的目的是排尽装置中的空气，以防止NO被氧化成NO2而生成杂质NO2Cl。

向下移动铜丝与稀硝酸接触，即可反应制得NO。

E中冰盐水的作用是使NOCl冷凝成液态，分离NOCl与尾气。

（4）该实验设计中B、C中有少量空气，可能会将NO氧化为NO2，使制备的产物中含杂质NO2Cl。

（5）若无C装置，NOCl会与水反应生成HCl和HNO2。

[答案]　

（1）3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O　可以控制反应的开始与停止

（2）d→e→b→c→i→j→f→g→h

（3）排尽装置中的空气　向下移动铜丝，与稀硝酸接触　使NOCl冷凝成液态，分离NOCl与尾气

（4）B、C中有少量空气，可能会将NO氧化为NO2，使制备的产物中含杂质NO2Cl

（5）NOCl＋H2O===HNO2＋HCl

拔高练（25分钟　50分）

非选择题（共50分）

1．（16分）氯苯是染料、医药、有机合成的中间体，是重要的有机化工产品。

实验室制取氯苯的装置如图所示（加热和夹持装置已略去）。

回答下列问题：

（1）仪器a、b组合成制取氯气的装置，反应不需要加热，则仪器a中的固体反应物可以是________（填标号）。

A．MnO2　　B．KMnO4　　C．K2Cr2O7

（2）把氯气通入仪器d中（仪器d中有FeCl3和苯），加热维持反应温度为40～60℃，温度过高会生成过多的二氯苯。

对仪器d加热的方法是____________________________________________。

（3）仪器c的名称是________，仪器c出口的气体成分有HCl、Cl2、水蒸气和________。

（4）制取氯苯的化学方程式为______________________。

（5）仪器d中的反应完成后，工业上要进行水洗、碱洗及食盐干燥，才能蒸馏。

①碱洗之前要进行水洗，其目的是________________________________________________。

②用10%NaOH溶液碱洗时发生氧化还原反应的化学方程式为__________________________________________________。

（6）工业生产中苯的流失情况如表所示：

则10t苯可得成品氯苯________________t。

（列出计算式即可）

[解析]　

[答案]　

（1）BC　

（2）水浴加热

（3）球形冷凝管　苯蒸气

（4）

（5）①洗去产品中的FeCl3、HCl，节省碱的用量，降低成本

②Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

（6）

2．（14分）磁性材料A是由两种元素组成的化合物，某研究小组按如图流程探究其组成：

请回答：

（1）A的组成元素为________（用元素符号表示），化学式为__________________________。

（2）溶液C可溶解铜片，列举该反应的一个实际应用__________________________。

（3）已知化合物A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体（标况下的密度为1.518g·L－1），该气体分子的电子式为________________，写出该反应的离子方程式________________。

（4）写出F→G反应的化学方程式_______________，设计实验方案探究溶液G中的主要微粒（不考虑H2O、H＋、K＋、I－）______________________________________________。

[解析]　

（1）由C中加入KSCN溶液后呈红色，可推出B为Fe2O3，C为FeCl3。

由无色酸性溶液F与I2的KI溶液反应后生成无色溶液G，说明无色酸性溶液F具有还原性，结合“A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体（M＝22.4L·mol－1×1.518g·L－1≈34g·mol－1，为H2S）”，说明A中含有S元素，则无色气体E为SO2，无色酸性溶液F为H2SO3溶液，与I2反应的化学方程式为H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI。

由“2.960g化合物A”“2.400g红棕色固体B”，可得n（Fe）＝0.03mol，n（S）＝0.04mol，A的化学式为Fe3S4。

（2）FeCl3与铜片的反应为2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2，该反应在工业上可用于制印刷电路板。

[答案]　

（1）Fe、S　Fe3S4

（2）制印刷电路板

3．（20分）（2018·山东日照二模）水合肼（N2H4·H2O）又名水合联氨，无色液体，具有腐蚀性和强还原性，它是一种重要的化工试剂。

利用尿素法生产水合肼的原理为CO（NH2）2＋2NaOH＋NaClO===N2H4·H2O＋Na2CO3＋NaCl。

实验1：

制备NaClO溶液（已知：

3NaClO

2NaCl＋NaClO3）。

（1）图甲装置Ⅰ中烧瓶内发生反应的化学方程式______________。

（2）用NaOH固体配制溶质质量分数为30%NaOH溶液时，所需玻璃仪器除量筒外还有________（填标号）。

a．烧杯b．容量瓶

c．玻璃棒d．烧瓶

（3）图甲装置Ⅱ中用冰水浴控制温度的目___________________。

实验2：

制取水合肼。

（4）图乙中若分液漏斗滴液速率过快，部分N2H4·H2O会参与A中反应并产生大量氮气，降低产品产率。

写出该过程中反应生成氮气的化学方程式：

____________________________。

充分反应后，蒸馏A中溶液即可得到水合肼的粗产品。

实验3：

测定馏分中水合肼的含量。

（5）称取馏分3.0g，加入适量NaHCO3固体，加水配成250mL溶液，移出25.00mL置于锥形瓶中，并滴加2～3滴淀粉溶液，用0.15mol·L－1的碘的标准溶液滴定（滴定过程中，调节溶液的pH保持在6.5左右）。

（已知：

N2H4·H2O＋2I2===N2↑＋4HI＋H2O）

①滴定时，碘的标准溶液盛放在________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中。

②下列能导致馏分中水合肼的含量测定结果偏高的是________（填标号）。

a．锥形瓶清洗干净后未干燥

b．滴定前，滴定管内无气泡，滴定后有气泡

c．读数时，滴定前平视，滴定后俯视

d．盛标准液的滴定管水洗后，直接装标准液

③实验测得消耗碘的标准溶液的平均值为20.00mL，馏分中水合肼（N2H4·H2O）的质量分数为________。

[解析]　

（1）实验室用浓盐酸和二氧化锰共热制备氯气。

（2）配制一定质量分数的氢氧化钠溶液，分三步：

计算；称量（用托盘天平）；溶解（用玻璃棒、量筒和烧杯）。

（3）Cl2与NaOH的反应为放热反应，由已知信息知，温度过高，次氯酸钠易发生歧化反应，导致次氯酸钠含量降低，影响产品的产率，故应用冰水浴控制温度。

（4）水合肼与次氯酸钠发生氧化还原反应生成氮气、氯化钠和水。

（5）①碱式滴定管下部有一段橡胶管，橡胶中含碳碳双键，能与碘单质发生加成反应，所以，用酸式滴定管盛装碘的标准溶液。

②锥形瓶作反应容器，残留蒸馏水不会影响实验，a项错误；滴定前滴定管内无气泡，滴定后有气泡，测得溶液体积偏小，结果偏低，b项错误；滴定管的0刻度在上部，俯视读数结果偏小，测定结果偏低，c项错误：

如果没有用待装液润洗，则测得消耗碘的标准溶液的体积偏大，结果偏高，d项正确。

③w（N2H4·H2O）＝

×100%＝25%。

[答案]　

（1）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　

（2）ac

（3）防止NaClO分解，影响水合肼的产率

（4）N2H4·H2O＋2NaClO===N2↑＋3H2O＋2NaCl

（5）①酸式　②d　③25%