（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(chǎn)品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質(zhì)。某同學設(shè)計了如下實驗分別測定氮化鋁(AlN)樣品中AlN和Al4C3的質(zhì)量分數(shù)(忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)。 (1)實驗原理 ①Al4C3與硫酸反應(yīng)可生成CH4。 ②AlN溶于強酸產(chǎn)生銨鹽,溶于強堿生成氨氣,請寫出AlN與過量NaOH溶液反應(yīng)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(zhì)量為y g,滴定管的讀數(shù)為a mL。 ②稱取x g AlN樣品置于裝置B瓶中;塞好膠塞,關(guān)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(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)。 ③待反應(yīng)進行完全后,關(guān)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(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)。 ④ (填入該步應(yīng)進行的操作)。 ⑤記錄滴定管的讀數(shù)為b mL,稱得D裝置的質(zhì)量為z g。 (4)數(shù)據(jù)分析(已知:該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm Lmol-1) ①Al4C3的質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)為 (用含x、y、z的式子表示)。 2.硫酸銅是一種應(yīng)用極其廣泛的化工原料。銅不能與稀硫酸直接反應(yīng),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(yīng)完全,通過蒸發(fā)、結(jié)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(yīng)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(shè)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(yīng)生成氧化銅,再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)。 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(xiàn)在常溫下幾乎不反應(yīng)。向混合物中加FeSO4溶液或Fe2(SO4)3溶液,即發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)完全后向其中加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH至3~4,產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀,過濾、蒸發(fā)、結(jié)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(zhì)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(yīng)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(yīng)0.5小時后,升溫到60 ℃,持續(xù)反應(yīng)1小時后,過濾、蒸發(fā)、結(jié)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(xiàn),將CuSO4溶液與Na2CO3溶液混合會產(chǎn)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(shè)均不含結(jié)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(xiàn)象是 。 【問題討論】 (1)檢查上述虛線框內(nèi)裝置氣密性的實驗操作是:向C中加水至浸沒長導管口,關(guān)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(zhì)量為27.1 g,實驗結(jié)束后,裝置B的質(zhì)量增加2.7 g,C中產(chǎn)生沉淀的質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(zhì)量范圍內(nèi),加入不同質(zhì)量的MnO2,測量所得氣體體積的數(shù)據(jù)如下: MnO2的質(zhì)量/g 0.1 0.2 0.4 40 s末O2體積/mL 49 61 86 由此得出的結(jié)論是 ,原因是 。 (3)為分析Fe3+和Cu2+對H2O2分解反應(yīng)的催化效果,丙同學設(shè)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(chǎn)生氣泡情況 較快產(chǎn)生細小氣泡 緩慢產(chǎn)生細小氣泡 無氣泡產(chǎn)生 結(jié)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(yīng),且兩個反應(yīng)中H2O2均參加了反應(yīng),試從催化劑的角度分析,這兩個氧化還原反應(yīng)的化學方程式分別是 和 (按反應(yīng)發(fā)生的順序?qū)?。 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(yīng)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(yīng)分兩步進行,第一步為IO3-+3HSO3-3SO42-+3H++I-,則第二步反應(yīng)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(yīng)的反應(yīng)速率的影響。調(diào)節(jié)反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率的影響,表中a= ;實驗①③是探究溫度對反應(yīng)速率的影響,則表中b= ,c= 。 (3)將NaHSO3溶液與KIO3溶液混合(預(yù)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(yīng)速率逐漸增大,一段時間后反應(yīng)速率又逐漸減小。課題組對起始階段反應(yīng)速率逐漸增大的原因提出如下假設(shè),請你完成假設(shè)三: 假設(shè)一:反應(yīng)生成的SO42-對反應(yīng)起催化作用,SO42-濃度越大反應(yīng)速率越快; 假設(shè)二:反應(yīng)生成的H+對反應(yīng)起催化作用,H+濃度越大反應(yīng)速率越快; 假設(shè)三: ; …… (4)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一,完成下表中內(nèi)容(反應(yīng)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(yù)期實驗現(xiàn)象和結(jié)論 6.某研究性學習小組對還原鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)的溫度為900 ℃。根據(jù)如圖所示實驗裝置,進行了還原鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)實驗,實驗中觀察到肥皂液中產(chǎn)生了大量的氣泡。 (1)實驗中Ca(OH)2的作用是 。 實驗中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物是 。 (2)為進一步探究還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)生成的固體產(chǎn)物的成分,研究性學習小組將反應(yīng)后的固體經(jīng)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(shè)并進行了相關(guān)的實驗: 假設(shè)一:固體為FeO; 假設(shè)二:固體為Fe3O4; 假設(shè)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(shè)一不成立。 操作 現(xiàn)象 結(jié)論 假設(shè)一不成立 ②為了進一步確定產(chǎn)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(yīng)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(shè)二成立,黑色固體最終全部轉(zhuǎn)化成的紅棕色粉末的質(zhì)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(zhì)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(jié)晶、干 燥、煅燒α-Al2O3 (1)鋁灰中氧化鋁與硫酸反應(yīng)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(yīng)的離子方程式為 。 (4)煅燒硫酸鋁銨晶體,發(fā)生的主要反應(yīng)為: 4[NH4Al(SO4)212H2O] 2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O↑,將產(chǎn)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(zhì)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(yīng)的離子方程式為 。 8.硝酸是氧化性酸,其本質(zhì)是NO3-有氧化性,某課外實驗小組進行了下列有關(guān)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(xiàn)象 實驗Ⅰ 6 molL-1稀硝酸 電流計指針向右偏轉(zhuǎn),銅片表面產(chǎn)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(zhuǎn),很快又偏向左邊,鋁片和銅片表面產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)有H2和NH4+生成,NH4+生成的原理是產(chǎn)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(zhuǎn)。 ①反應(yīng)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(yīng)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(xiàn)象。A、B產(chǎn)生不同現(xiàn)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(xiàn)象,結(jié)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(jù)此可寫出化學方程式。(3)③A裝置用來測Al4C3與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的CH4,D裝置用來測銨鹽與堿反應(yīng)生成的NH3,故應(yīng)關(guān)閉K1,打開K3,通過分液漏斗加入過量NaOH溶液。④為使反應(yīng)產(chǎn)生的NH3完全被濃硫酸吸收,應(yīng)打開K2,通入空氣。(4)①由原子守恒可得關(guān)系A(chǔ)l4C3~3CH4,n(CH4)=(a-b)10-3Vm mol,M(Al4C3)=144 g/mol,則Al4C3的質(zhì)量分數(shù)為(a-b)10-3Vm131441x100%=0.048(a-b)xVm100%。②若液面左高右低,會使讀數(shù)b偏大,則所測氣體體積(a-b)偏小。③由原子守恒可得關(guān)系A(chǔ)lN~NH3,則AlN的質(zhì)量分數(shù)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 ②有害氣體能被完全吸收 (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(chǎn)品中含有雜質(zhì);方案3幾乎不產(chǎn)生有害氣體,且所得產(chǎn)品純度較高 解析 (1)銅和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮和水,隨著反應(yīng)進行,濃硝酸變成稀硝酸,稀硝酸和銅反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水,反應(yīng)的離子方程式為Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O、3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。 (2)反應(yīng)中會產(chǎn)生NO,由于NO與NaOH溶液不反應(yīng),故應(yīng)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(yīng)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(zhì)。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(zhì);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(xiàn)象(若猜想1所得沉淀為CuCO3,則實驗現(xiàn)象為B中無明顯現(xiàn)象,C中澄清石灰水變渾濁) 【問題討論】(1)用酒精燈微熱硬質(zhì)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)生藍綠色沉淀,由鹽類水解規(guī)律和復分解反應(yīng)規(guī)律,可推斷出產(chǎn)物還可能為氫氧化銅或碳酸銅?！緦嶒炋骄俊咳绻菈A式碳酸銅,則分解產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)裝置氣密性的實驗操作是:向C中加水至浸泡長導管口,關(guān)閉K,用酒精燈微熱硬質(zhì)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(nèi)形成水柱,則證明裝置的氣密性良好。(2)②由題給數(shù)據(jù)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(jù)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(zhì)量和化學性質(zhì)是否改變 (2)在一定質(zhì)量范圍內(nèi),MnO2質(zhì)量越大,反應(yīng)速率越快 固體質(zhì)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(zhì)又能被H2O2氧化生成催化劑 解析 (1)催化劑能改變化學反應(yīng)速率,而本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應(yīng)前后不變。甲同學的實驗沒有確認二氧化錳在反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學性質(zhì)沒有變化,所以不能達到目的。 (2)分析表中數(shù)據(jù)可知,在一定質(zhì)量范圍內(nèi),MnO2質(zhì)量越大,反應(yīng)速率越快;原因是固體質(zhì)量越大,其表面積也越大。 (3)分析產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(yīng)生成的I-對反應(yīng)起催化作用,I-濃度越大反應(yīng)速率越快(或反應(yīng)生成的I2對反應(yīng)起催化作用,I2濃度越大反應(yīng)速率越快;或該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高導致反應(yīng)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(yù)期實驗現(xiàn)象和結(jié)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(yīng)速率v(甲);在燒杯乙中進行同一反應(yīng),不同的是燒杯乙中預(yù)先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末,其他反應(yīng)條件均完全相同,測定其起始階段的相同時間內(nèi)的反應(yīng)速率v(乙) 若反應(yīng)速率v(甲)=v(乙),則假設(shè)一不成立;若v(甲)下載提示(請認真閱讀)
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