2020年高考考试化学提分攻略18 无机物制备综合实验

题型18  无机物制备综合实验

1、解题方案

物质的制备应依据目的商品的组成来确定材料及反应原理，设计反应路径，选择适合的仪器和装置，最后依据生成物的性质将商品离别提纯出来。

气体制备与性质探究型实验步骤及考查角度

2、题型分类

【典例1】【2019·课标全国Ⅰ，27】硫酸铁铵[NH4Fe2·xH2O]是一种要紧铁盐。为充分借助资源，变废为宝，在实验室中探究使用废铁屑来制备硫酸铁铵，详细步骤如下：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，办法是_________________。

（2）步骤②需要加热的目的是_____________，温度维持80～95 ℃，使用的适合加热方法是__________________________________________。

铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处置，适合的装置为________。

（3）步骤③中使用足量的H2O2，理由是____________________________________。

分批加入H2O2，同时为了_______，溶液要维持pH小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有___________________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）使用热重剖析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为__________________。

【答案】（1）碱煮水洗

（2）加快反应速率热水浴C

（3）将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质预防Fe3＋水解

（4）加热浓缩、冷却结晶、过滤

（5）NH4Fe2·12H2O

【分析】

（1）除去铁屑表面油污的办法是，用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。

（2）铁与稀硫酸反应时加热，可提升反应速率。温度低于水的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，而H2S在水中溶解度小，故氢气中混有些硫化氢用烧碱溶液除去，又由于硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。

（3）铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，发生反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化用途，分批加入双氧水，防止反应过快、放出热量较多，降低双氧水分解，以免导致氧化剂损失；铁离子易水解，维持溶液呈强酸性，防止铁离子发生水解反应生成氢氧化铁。

（4）步骤⑤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤。

（5）失重5.6%是水平分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe2·xH2O，由题意知266＋18x＝100，解得x＝12。

【典例2】【2018·课标全国Ⅰ，26】醋酸亚铬[2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体剖析中用作氧气吸收剂。一般制备办法是先在封闭体系中借助金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液用途即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后飞速冷却，目的是_______________________。

仪器a的名字是________。

（2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色渐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_______________。

②同时c中有气体产生，该气体有哪些用途是______________________。

（3）打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其缘由是________________；

d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充剖析出并离别，需使用的操作是________、________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点_____________________。

【答案】（1）去除水中溶解氧分液漏斗

（2）①Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋②排除c中空气

（3）c中产生H2使压强大于大方压冷却过滤

（4）打开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触

【分析】

（1）审题时抓住醋酸亚铬“在气体剖析中用作氧气吸收剂”，这暗示醋酸亚铬具备强还原性，易被氧气氧化，故该实验中用的蒸馏水需要去除溶解氧。

（2）①依题意可知，c中溶液由绿色渐渐变为亮蓝色，主如果因为锌与铬离子反应生成亚铬离子和锌离子，即Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②c中产生的气体为氢气，该气体主要用于排尽装置内的空气，防止O2氧化Cr2＋。

（3）c中有氢气产生，打开K3，关闭K1和K2后，c中压强大于外面压强，从而将c中溶液压入醋酸钠溶液中。析出并离别商品的操作是冷却、过滤、洗涤、干燥。（4）察看d装置，可发现其与空气相通，这会致使生成的醋酸亚铬被O2氧化。

1．某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。

实验一制取氯酸钾和氯水

借助下图所示的实验装置进行实验。

（1）制取实验结束后，取出B中试管冷却结晶，过滤，洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有________。

（2）若对调B和C装置的地方，________提升B中氯酸钾的产率。

实验二氯酸钾与碘化钾反应的研究

（3）在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下：

①系列a实验的实验目的是________________。

②设计1号试管实验有哪些用途是________________。

③若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色；假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为___________________________。

实验三测定饱和氯水中氯元素的总量

（4）该小组设计的实验策略为用下图装置，加热15.0 mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此策略不可行的重要原因是__________________________。

（5）依据下列资料，为该小组设计一个可行的实验策略：______________________________________________________________________。

资料：ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂；

ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2和FeCl2等物质还原成Cl－。

【答案】（1）烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管

（2）能

（3）①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；②硫酸浓度为0的对照实验 ③ClO3-＋6I－＋6H＋=Cl－＋3I2＋3H2O

（4）因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此策略没办法测定试样含氯总量

（5）量取适量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀水平

【分析】

（1）制取实验结束后，由取出B中试管进行的操作，可知该实验操作过程中需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管；

（2）Cl2与热的KOH溶液反应生成KClO3、KCl和H2O，与冷的KOH溶液反应生成KClO、KCl和H2O。因此，若将装置B、C的地方对调，可以除去Cl2中的杂质气体HCl，故能提升B中KClO3的产率；

（3）①依据表格中的数据可知：KI、KClO3的物质的量及浓度不变，改变的是硫酸溶液的体积和水的多少，二者的总体积相等，这样来看系列a实验的目的是研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；

②设计1号试管实验有哪些用途是作对照实验，比较影响结果；

③依据2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色，证明生成了I2；若氧化产物唯一，还原产物为KCl，依据氧化还原反应中电子守恒、电荷守恒及元素原子守恒可知该反应的离子方程式为：ClO3-＋6I－＋6H＋===Cl－＋3I2＋3H2O；

（4）该小组设计的实验策略不可行的重要原因是溶液中存在Cl2的重新溶解与HClO分解生成HCl和O2等，没办法测定试样含氯总量，故答案为因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此策略没办法测定试样含氯总量；

（5）因为HClO具备强氧化性会破坏酸碱指示剂，因此实验设计时不可以用酸碱指示剂，可以借助氯水的强氧化性，向该溶液中加入足量的H2O2溶液，H2O2把氯元素完全还原为Cl－，H2O2被氧化成O2，然后加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的AgNO3溶液，过滤、洗涤生成的AgCl沉淀，干燥后称量沉淀水平，结合氯原子守恒即可确定其中含有些氯元素的水平，故答案为量取适量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀水平。

2．过氧化钙是一种温和的氧化剂，常温下为白色固体，易溶于酸，难溶于水、乙醇等溶剂。

（1）某实验小组拟使用如图装置制备过氧化钙，按气流方向连接顺序为________。

实验步骤如下：

①检验装置的气密性后，装入药品；

②打开分液漏斗活塞，通入一段时间气体，加热药品；

③反应结束后，先熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温后，停止通入气体；

④拆除装置，取出产物。

实验步骤③的操作目的是___________________________。

（2）借助反应Ca2＋＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4，在碱性环境下制取CaO2·8H2O的装置如下：

①仪器C的名字为________；反应结束后，经________、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O。

②装置A试管中反应的化学方程式为___________________________；

装置B中用冰水浴控制温度，其可能是什么原因__________________。

③测定商品中CaO2·8H2O含量的实验步骤如下：

步骤1、准确称取a g商品放入锥形瓶中，加入适当蒸馏水和过量b g KI晶体，再滴入少量2 mol·L－1硫酸，充分反应。

步骤2、向上述锥形瓶中加入几滴________。

步骤3、逐滴加入浓度为c mol·L－1Na2S2O3溶液至反应完全，滴定至终点，记录数据。重复上述操作2次，三次平均消耗Na2S2O3溶液的体积为V mL，则CaO2·8H2O的水平分数为________ 。===2I－＋S4O6)

【答案】（1）cedabe或cedbae预防倒吸

（2）①分液漏斗过滤

②Ca2＋2NH4Cl△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

温度低可降低过氧化氢分解，提升过氧化氢的借助率③淀粉溶液a×100%

【分析】

（1）过氧化钙能与空气中的H2O、CO2反应，因此制得的O2需要干燥，且要预防空气中的H2O、CO2进入装置，则装置的连接顺序为：O2的制备装置→O2的干燥装置→CaO2的制备装置→防变质装置，按气流方向连接顺序为cedabe或cedbae。实验结束后，为了预防倒吸，先熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温后，再停止通入氧气。

（2）①仪器C的名字为分液漏斗。反应结束后，三颈烧瓶中的混合物经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O。②依据CaO2·8H2O的制备原理知，装置A为氨气的发生装置，发生反应的化学方程式为：Ca2＋2NH4Cl△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。装置B中用冰水浴控制温度，可能是什么原因温度低可降低过氧化氢的分解，提升过氧化氢的借助率。③依据2CaO2＋2H2O===2Ca2＋O2↑、O2＋4KI＋2H2SO4===2K2SO4＋2I2＋2H2O、I2＋2S2O3===2I－＋S4O6，达到滴定终点时I2完全被消耗，故可以用淀粉溶液作指示剂。依据滴定原理可得关系式：2CaO2·8H2O～O2～2I2～4S2O3，则n＝2n＝2×c mol·L－1×V×10－3 L，故CaO2·8H2O的水平分数为2×cV×10－3 mol×216 g·mol－1÷a g×100%＝a×100%。

3．【2019·天津理综，9】环己烯是要紧的化工材料。其实验室制备步骤如下：

回答下列问题：

Ⅰ.环己烯的制备与提纯

（1）材料环己醇中若含苯酚杂质，检验试剂为____________________________，

现象为__________________________________________。

（2）操作1的装置如图所示。

①烧瓶A中进行的可逆反应化学方程式为_______________________，

浓硫酸也可作该反应的催化剂，选择FeCl3·6H2O而不需要浓硫酸是什么原因为________。

a．浓硫酸易使材料炭化并产生SO2

b．FeCl3·6H2O污染小、可循环用，符合绿色化学理念

c．同等条件下，用FeCl3·6H2O比浓硫酸的平衡实际转化的比例高

②仪器B有哪些用途为____________________________。

（3）操作2用到的玻璃仪器是________________________________。

（4）将操作3的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石，________________________，弃去前馏分，采集83 ℃的馏分。

Ⅱ.环己烯含量的测定

在肯定条件下，向a g环己烯样品中加入定量制得的b mol Br2，与环己烯充分反应后，剩余的Br2与足量KI用途生成I2，用c mol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定，终点时消耗Na2S2O3标准溶液V mL。

测定过程中，发生的反应如下：

②Br2＋2KI===I2＋2KBr

③I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6

（5）滴定所用指示剂为________。样品中环己烯的水平分数为________________。

（6）下列状况会致使测定结果偏低的是________。

a．样品中含有苯酚杂质

b．在测定过程中部分环己烯挥发

c．Na2S2O3标准溶液部分被氧化

【答案】（1）FeCl3溶液溶液显紫色

（2）①a、b

②冷凝回流，降低环己醇蒸出

（3）分液漏斗、烧杯

（4）通冷凝水，加热

（5）淀粉溶液a

（6）bc

【分析】

（1）借助苯酚遇FeCl3溶液显紫色，检验环己醇中含有些苯酚。

（2）①烧瓶A中进行的可逆反应为。a项，浓硫酸易使材料炭化并产生SO2，会减少材料借助率，正确；b项，用FeCl3·6H2O不产生有毒气体，污染小，可以循环用，符合绿色化学理念，正确；c项，同等条件下，浓硫酸能吸收反应生成的水，促进反应向右进行，故用浓硫酸比用FeCl3·6H2O的平衡实际转化的比例高，错误。②仪器B有哪些用途为冷凝回流，降低环己醇蒸出。

（3）操作2得到有机相和水相，为分液操作，用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯。

（4）蒸馏实验开始时，先通冷凝水，后加热。

（5）达到滴定终点时，单质碘完全被消耗，可用淀粉溶液作指示剂。依据测定过程中发生的反应可知，n＝n＋n＝n＋2n，则n＝n－2n＝cV×10－3) mol，故样品中环己烯的水平分数为cV×10－3) mol×82 g·mol－1÷a g×100%＝a×100%。

（6）a项，样品中含有苯酚杂质，苯酚能与溴反应，会致使样品消耗的Br2偏多，剩余的Br2偏少，最后消耗的Na2S2O3溶液偏少，测定结果偏高，错误；b项，在测定过程中部分环己烯挥发，会致使样品消耗的Br2偏少，剩余的Br2偏多，最后消耗的Na2S2O3溶液偏多，测定结果偏低，正确；c项，Na2S2O3标准溶液部分被氧化，最后消耗的Na2S2O3溶液偏多，测定结果偏低，正确。

4．正丁醛是一种化工材料。某实验小组借助如下装置合成正丁醛。

发生的反应如下：

CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CHO

反应物和产物的有关数据列表如下：

实验步骤如下：

将6.0gNa2Cr2O7放入100mL烧杯中，加30mL水溶解，再缓慢加入5mL浓硫酸，将所得溶液小心转移至B中。在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石，加热。当有蒸汽出现时，开始滴加B中溶液。滴加过程中维持反应温度为90—95℃，在E中采集90℃以下的馏分。将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，采集75—77℃馏分，产量2.0g。

回答下列问题：

（1）实验中，能否将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中，说明理由_____。

（2）加入沸石有哪些用途是_____。若加热后发现未加沸石，应采取的正确办法是______。

（3）上述装置图中，B仪器的名字是_____，D仪器的名字是_____。

（4）分液漏斗用前需要进行的操作是_____（填正确答案标号）。

a．润湿         b．干燥      c．检漏         d．标定

（5）将正丁醛粗商品置于分液漏斗中分水时，水在_____层（填“上”或“下”）

（6）反应温度应维持在90—95℃，其缘由是_____。

（7）本实验中，正丁醛的产率为_____%。

【答案】（1）不可以，易迸溅    

（2）预防暴沸    冷却后补加    

（3）分液漏斗    直形冷凝管    

（4）c    

（5）下

（6）既可保证正丁醛准时蒸出，又可尽可能防止其被进一步氧化    

（7）51    

【分析】

（1）不可以将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中，由于浓硫酸的密度大，容易发生迸溅。

（2）加入沸石有哪些用途是预防暴沸，若加热后发现未加沸石，应该冷却后补加。

（3）B仪器的名字是分液漏斗，D仪器的名字直形冷凝管。

（4）分液漏斗用前需要进行的第一项操作是检漏

（5）正丁醛密度为0.8017 g·cm-3，小于水的密度

（6）依据题目所给反应物和产物的沸点数据可知，反应温度维持在90—95℃，既可保证正丁醛准时蒸出，又可尽可能防止其被进一步氧化。

（7）设正丁醛的产率为x %，依据关系式

C4H10O ——C4H8O

74      72

4x      2

解得：x=51