（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习 跟踪检测（六十五）大题考法（3）物质制备型综合实验.doc

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跟踪检测（六十五） 大题考法（3）——物质制备型综合实验 1．碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症。制备反应原理为2LaCl3＋6NH4HCO3===La2(CO3)3↓＋6NH4Cl＋3CO2↑＋3H2O，某化学兴趣小组利用下列装置实验室中模拟制备碳酸镧。 (1)盛放稀盐酸的仪器名称为____________。 (2)制备碳酸镧实验流程中导管从左向右的连接顺序为 F→______→______ →______→______→______ 。 (3)Y中发生反应的化学方程式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)X中盛放的试剂是______，其作用为____________。 (5)Z中应先通入NH3，后通入过量的CO2，原因为_____________________________ ________________________________________________________________________。 (6)该化学兴趣小组为探究La2(CO3)3和La(HCO3)3的稳定性强弱，设计了如下的实验装置，则甲试管中盛放的物质为________；实验过程中，发现乙试管中固体质量与灼烧时间的关系曲线如图所示，试描述实验过程中观察到的现象为_________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(2)装置W产生二氧化碳，通过装置X除去氯化氢，进入到装置Z中；装置Y产生氨气，进入装置Z中，且要防倒吸，因此要连接E。(5)Z中应先通入NH3，后通入过量的CO2，原因为NH3在水中的溶解度大，二氧化碳在水中的溶解度较小，但是在氨水中溶解度较大。这样操作可以得到浓度较大的碳酸氢铵溶液，提高反应速率和碳酸镧的产率。(6)一般正盐的稳定性强于对应的酸式盐，所以欲探究La2(CO3)3和La(HCO3)3的稳定性强弱，可以在相同温度下探究两者的稳定性，也可以给正盐更高的温度加热进行探究。如题中的实验装置，则甲试管中盛放的物质受热温度较低，应为La(HCO3)3；根据乙试管中固体质量与灼烧时间的关系曲线可知，碳酸镧在一定温度下会发生分解，所以碳酸氢镧一定在更低的温度下发生分解，所以实验过程中可以观察到的现象为B中澄清石灰水先变浑浊，A中后变浑浊。 答案：(1)分液漏斗 (2)A　B　D　E　C (3)NH3H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑或 NH3H2ONH3↑＋H2O (4)饱和NaHCO3溶液　除去CO2中的HCl (5)NH3在水中的溶解度大 (6)La(HCO3)3　B中澄清石灰水先变浑浊，A中后变浑浊 2．(2018浙江4月选考)某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后，按下列流程制备二水合草酸亚铁(FeC2O42H2O)，进一步制备高纯度还原铁粉。 已知：FeC2O42H2O难溶于水，150 ℃开始失结晶水；H2C2O4易溶于水，溶解度随温度升高而增大。 请回答： (1)下列操作或描述正确的是________。 A．步骤②，H2C2O4稍过量主要是为了抑制Fe2＋水解 B．步骤③，采用热水洗涤可提高除杂效果 C．步骤③，母液中的溶质主要是(NH4)2SO4和H2C2O4 D．步骤③，如果在常压下快速干燥，温度可选择略高于100 ℃ (2)如图装置，经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号，按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次)： 开抽气泵→a→b→d→________→c→关抽气泵。 a．转移固液混合物；b.关活塞A；c.开活塞A；d.确认抽干；e.加洗涤剂洗涤。 (3)称取一定量的FeC2O42H2O试样，用硫酸溶解，采用KMnO4滴定法测定，折算结果如下： n(Fe2＋)/mol n(C2O)/mol 试样中FeC2O42H2O的质量分数 9.8010－4 9.8010－4 0.980 由表中数据推测试样中最主要的杂质是________。 (4)实现步骤④必须用到的两种仪器是________(供选仪器：a.烧杯；b.坩埚；c.蒸馏烧瓶；d.高温炉；e.表面皿；f.锥形瓶)；该步骤的化学方程式是__________________________________。 (5)为实现步骤⑤，不宜用炭粉还原Fe2O3，理由是____________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(3)由测得的数据n(Fe2＋)＝n(C2O)＝9.8010－4 mol可知试样中不含杂质H2C2O4，又因试样中FeC2O42H2O的质量分数为0.980，故主要杂质为(NH4)2SO4。 答案：(1)BD　(2)c→e→b→d　(3)(NH4)2SO4 (4)bd　4FeC2O42H2O＋3O22Fe2O3＋8CO2＋8H2O (5)用炭粉还原会引进杂质 3．(2019青岛调研)氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料，其应用已经取得了突破性的进展。 已知：(ⅰ)氮化镓性质稳定，不与水、酸反应，只在加热时溶于浓碱。 (ⅱ)NiCl2溶液在加热时，先转化为Ni(OH)2，后分解为NiO。 (ⅲ)制备氮化镓的反应为2Ga＋2NH32GaN＋3H2。 某学校化学兴趣小组实验室制备氮化镓，设计实验装置如图所示。 设计实验步骤如下： ①滴加几滴NiCl2溶液润湿金属镓粉末，置于反应器内。 ②先通入一段时间的H2，再加热。 ③停止通氢气，改通入氨气，继续加热一段时间。 ④停止加热，继续通入氨气，直至冷却。 ⑤将反应器内的固体转移到盛有盐酸的烧杯中，充分反应后过滤、洗涤、干燥。 (1)仪器X中的试剂是____________，仪器Y的名称是__________。 (2)该套装置中存在的一处明显的错误是_____________________________________。 (3)步骤①中选择NiCl2溶液，不选择氧化镍的原因是____。 a．增大接触面积，加快化学反应速率 b．使镍能均匀附着在镓粉的表面，提高催化效率 c．为了能更好形成原电池，加快反应速率 (4)步骤③中制备氮化镓，则判断该反应接近完成时，观察到的现象是________________________________________________________________________。 (5)请写出步骤⑤中检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作： ________________________________________________________________________。 (6)镓元素与铝同族，其性质与铝类似，请写出氮化镓溶于热的浓NaOH溶液的离子方程式：_____________________________________________________________________。 解析：(1)根据题中信息可知，装置A制取氢气，装置C制取氨气，液体与固体作用且不需要加热的条件下制氨气，则仪器X中的试剂是浓氨水。 (2)过量的氨气进入装置F与稀硫酸反应，则装置F中会产生倒吸。 (3)NiCl2溶液在加热时，先转化为Ni(OH)2，后分解为NiO，可增大接触面积，加快Ga与NiO制取催化剂Ni的化学反应速率；生成的镍能均匀附着在镓粉的表面，提高催化效率。 (4)步骤③中制备氮化镓，发生的反应为2Ga＋2NH32GaN＋3H2，过量的氨气被硫酸迅速吸收，氢气不溶于水，会产生气泡，故反应接近完成时，可观察到装置F中几乎不再产生气泡。 (6)可以理解成GaN与水反应生成Ga(OH)3和NH3，虽然很难，但在热的浓NaOH溶液的环境下，NaOH与Ga(OH)3反应生成GaO，促进了反应的进行。 答案：(1)浓氨水　球形干燥管 (2)装置F中会产生倒吸 (3)ab (4)装置F中几乎不再产生气泡 (5)取最后一次的洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则证明产品氮化镓固体已洗涤干净 (6)GaN＋OH－＋H2OGaO＋NH3↑ 4．乳酸亚铁{[CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O，M＝288.0 gmol－1}是一种新型的优良补铁剂，绿白色晶体，溶于水，几乎不溶于乙醇。某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发，先制备绿矾，再合成乳酸亚铁。 已知： ①几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL－1计算)。 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋ 1.1 3.2 Al3＋ 3.0 5.0 Fe2＋ 5.8 8.8 ②研究性学习小组设计的由烧渣制备绿矾晶体的操作流程如图所示： ③由绿矾(FeSO47H2O)制备乳酸亚铁涉及下列反应： FeSO4＋Na2CO3===FeCO3↓＋Na2SO4 2CH3CH(OH)COOH＋FeCO3＋2H2O―→ [CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O＋CO2↑ 请回答： (1)滤渣2的成分为____________________________________________________(写化学式)。 (2)操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥。洗涤绿矾粗产品的具体操作为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)据题干信息，欲制备较纯净的FeCO3时，某同学设计的实验装置示意图如图所示(夹持装置省略)。仪器A中存放的试剂为________，装置C的作用为_________________ ___________________________________________________。 (4)在室温下，将所得的乳酸亚铁成品用无水乙醇进行浸泡2次，从而得到精制产品，选择用无水乙醇进行浸泡的优点是______________________________________(写出两点)。 (5)该学习小组同学用KMnO4滴定法测定样品中Fe2＋的量进而计算产品中乳酸亚铁的纯度，发现结果总是大于100%，其原因可能是_____________________________。 经查阅文献后，小组同学改用Ce(SO4)2标准溶液滴定进行测定，反应中Ce4＋的还原产物为Ce3＋。测定时，先称取0.576 g样品，溶解后进行必要处理，用0.100 0 molL－1Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点，记录数据如表： 滴定 次数 0.100 0 molL－1Ce(SO4)2标准溶液体积/mL 滴定前读数 滴定后读数 1 0.10 19.85 2 0.12 21.32 3 1.05 20.70 则产品中乳酸亚铁的纯度为________(用质量分数表示)。 解析：硫铁矿烧渣中加入足量的稀H2SO4，滤渣1为SiO2，Fe2O3、Al2O3与稀H2SO4反应生成Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3，在Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3中加入过量的Fe粉，Fe2(SO4)3生成FeSO4，在NaOH溶液作用下控制pH为5.0，使Al3＋转化为Al(OH)3沉淀，滤液2中为FeSO4、Na2SO4，经过蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥，得到绿矾(FeSO47H2O)。(1)滤渣2为生成的Al(OH)3和过量的Fe粉。(3)由信息③可知Na2CO3与FeSO4反应制备FeCO3，由于Na2CO3碱性较强，将FeSO4滴加到Na2CO3溶液中更易生成Fe(OH)2，故仪器A中存放的试剂为Na2CO3，Fe2＋易被空气氧化，故装置C可以防止空气进入装置B而氧化Fe2＋。(5)第二次滴定误差大，数据舍去，第一次和第三次两次滴定消耗0.100 0 molL－1 Ce(SO4)2标准溶液平均体积为(19.75 mL＋19.65 mL)2＝19.70 mL，根据得失电子相等可得关系式： Ce(SO4)2～Fe2＋～[CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O，n{[CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O}＝n[Ce(SO4)2]＝0.100 0 molL－119.7010－3 L＝1.9710－3 mol，产品中 [CH3CH(OH)COO]2Fe3H2O的纯度为100%＝98.5%。 答案：(1)Al(OH)3、Fe (2)关小水龙头，加洗涤剂浸没滤渣，缓慢均匀流过，待液体流到布氏漏斗导管口时，再抽滤，重复2～3次 (3)碳酸钠溶液　防止空气进入装置B而氧化Fe2＋ (4)可去除产品表面的有机杂质、降低产品溶解损耗、乙醇易挥发便于干燥等 (5)乳酸根的—OH被酸性高锰酸钾溶液氧化　98.5% 5．三氯氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料，工业上可以直接氧化PCl3制备POCl3，反应原理为P4(白磷)＋6Cl2===4PCl3,2PCl3＋O2===2POCl3。 PCl3、POCl3的部分性质如下： 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他 PCl3 －112 75.5 遇水生成H3PO3和HCl POCl3 2 105.3 遇水生成H3PO4和HCl 某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下(某些夹持装置、加热装置已略去)： (1)仪器a的名称为________________，B装置中长颈漏斗的作用是________________。 (2)装置E用来制取Cl2，反应的离子方程式为________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)为使实验顺利进行，还需补充的装置为_____________。 (4)反应时，需严格控制三个条件： ①先制取__________，缓慢地通入C 中，直至C 中的白磷消失后，再通入另一种气体。 ②C装置用水浴加热控制温度为60～65 ℃，除加快反应速率外，另一目的是______。 ③反应物必须干燥，否则会在C 装置中产生大量的白雾，其主要成分为________(写化学式)。 (5)反应结束后通过下面步骤测定POCl3产品中Cl 的含量，元素Cl 的质量分数为____________(写出计算式)。 Ⅰ.取x g产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反应后加稀硝酸至酸性； Ⅱ.向锥形瓶中加入0.100 0 molL－1 的AgNO3 溶液40.00 mL，使Cl－完全沉淀； Ⅲ.再向锥形瓶中加入20 mL硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机物覆盖； Ⅳ.然后加入指示剂，用c molL－1 NH4SCN溶液滴定过量Ag＋至终点，记下所用体积为V mL。 [已知：Ag3PO4溶于酸，Ksp(AgCl )＝3.210－10， Ksp(AgSCN )＝210－12] 解析：(1)仪器a的名称是冷凝管(或球形冷凝管)，装置A中产生氧气，发生反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)；B装置的作用除观察O2的流速之外，还有平衡气压、干燥O2(或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质)。 (2)二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (3)C装置为氯气和白磷发生反应的装置，反应结束后会有氯气从冷凝管a中溢出，污染空气，需要吸收处理；同时，POCl3和PCl3遇水会发生反应，为使实验顺利进行，需要在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管，防止外界中水蒸气进入C装置内。 (4)根据题意可知，要先制备出三氯化磷，然后其被氧化为POCl3，所以先制取氯气，缓慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入氧气。 ②由于PCl3的沸点是75.5 ℃，因此控制温度60～65 ℃，其主要目的是加快反应速率，同时防止PCl3气化。 ③POCl3和PCl3遇水会发生反应，均生成氯化氢，遇到水蒸气产生大量的白雾，所以反应物必须干燥。 (5)根据题意可知，NH4SCN的物质的量为0.001cV mol，则与之反应的银离子的物质的量为0.001cV mol，而总的银离子的物质的量为0.004 mol，所以与氯离子反应的银离子的物质的量为0.004 mol－0.001cV mol，因此氯离子的物质的量为0.004 mol－0.001cV mol，则产品中Cl元素的含量为100%。 答案：(1)球形冷凝管　平衡气压 (2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (3)在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管 (4)①Cl2　②防止PCl3气化　③HCl (5)100% 6．实验室制备苯甲酸乙酯的反应装置示意图和有关数据如下： 名称 相对分 子质量 密度/ (gcm－3) 沸点/℃ 水中 溶解性 苯甲酸 122 1.266 249 微溶 乙醇 46 0.789 78.3 溶 苯甲酸乙酯 150 1.045 213 难溶 环己烷 84 0.779 80.8 难溶 环己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸点为62.1 ℃。 合成反应：向圆底烧瓶中加入6.1 g苯甲酸、20 mL无水乙醇、25 mL环己烷和2片碎瓷片，搅拌后再加入2 mL浓硫酸。按图组装好仪器后，水浴加热回流1.5小时。 分离提纯：继续水浴加热蒸出多余乙醇和环己烷，经分水器放出。剩余物质倒入盛有60 mL冷水的烧杯中，依次用碳酸钠、无水氯化钙处理后，再蒸馏纯化，收集210～213 ℃的馏分，得产品5.0 g。 回答下列问题： (1)仪器A的名称为________，冷却水应从________(填“a”或“b”)口流出。 (2)加入环己烷的目的为___________________________________________________。 (3)合成反应中，分水器中会出现分层现象，且下层液体逐渐增多，当下层液体高度距分水器支管约2 cm时开启活塞放出少量下层液体。该操作的目的为___________________ ________________________________________________________________________。 (4)实验中加入碳酸钠的目的为_________________________________________； 经碳酸钠处理后，若粗产品与水分层不清，可采取的措施为 ________________________________________________________________________。 (5)在该实验中，圆底烧瓶的容积最适合的是__________(填字母)。 A．50 mL　　　　　　　　　　 B．100 mL C．200 mL D．300 mL (6)本实验的产率为____________________。 解析：(2)根据题给信息“环己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸点为62.1 ℃”可知环己烷在合成反应中的作用为在较低温度下带出生成的水，促进酯化反应向右进行，提高产率。(3)分水器中上层是油状物，下层是水，当油层液面高于支管口时，油层会沿着支管流回烧瓶，达到了使反应物冷凝回流，提高产率的目的。因此当下层液体高度距分水器支管约2 cm时，应开启活塞，放出下层的水，避免水层升高流入烧瓶。(4)合成反应结束后，圆底烧瓶中主要含有苯甲酸乙酯(产物)、苯甲酸(未反应完)、硫酸(催化剂)、乙醇、环己烷，水浴加热除去乙醇和环己烷，剩余的物质主要为苯甲酸乙酯、苯甲酸、硫酸。加入碳酸钠溶液可和苯甲酸、硫酸反应，生成易溶于水的盐，溶液分层；经碳酸钠溶液处理后，若粗产品与水分层不清，可加入食盐，进一步降低酯的溶解，该操作为盐析；然后用分液漏斗分出有机层，加入无水氯化钙吸收部分的水，再进行蒸馏，接收210～213 ℃的馏分。(5)由题表中的数据可计算出苯甲酸的体积约为5 mL，则圆底烧瓶中溶液的体积约为5 mL＋20 mL＋25 mL＋2 mL＝52 mL，而圆底烧瓶中所能盛放的溶液的体积应不超过圆底烧瓶的2/3，故应选择容积为100 mL的圆底烧瓶。(6)m(乙醇)＝(0.78920)g＝15.78 g，设苯甲酸乙酯的理论产量为x，则 122 g　 　 46 g　　　　　　　　 150 g 6．1 g　　 15.78 g(过量)　　　　 x 解得x＝7.5 g，则产率＝100%＝100%≈66.7%。 答案：(1)球形冷凝管　b (2)在较低温度下除去产物水，提高产率 (3)确保乙醇和环己烷及时返回反应体系而下层水不会回流到体系中 (4)除去苯甲酸和硫酸　加氯化钠进行盐析 (5)B (6)66.7%