热点题型十四　综合实验探究

热点题型十四 综合实验探究 1.实验室用图示实验装置制备 KClO 溶液,再与 KOH、Fe(NO 3)3 溶液反应制备高效净水剂 K 2 FeO 4。

[查阅资料]Ⅰ.Cl 2 与 KOH 溶液在 20 ℃以下反应生成 KClO,在较高温度下则生成 KClO 3;Ⅱ.K 2 FeO 4 易溶于水,微溶于浓 KOH 溶液,在 0 ℃~5 ℃的强碱性溶液中较稳定。

(1)仪器 a 的名称为;装置 C 中三颈烧瓶置于冰水浴中的目的是。

(2)装置 B 吸收的气体是 ,装置 D 的作用是。

(3)装置 C 中得到足量 KClO 后,将三颈烧瓶上的导管取下,依次加入 KOH 溶液、Fe(NO 3)3 溶液,水浴控制反应温度为 25 ℃,搅拌 1.5 h,溶液变为紫红色(含 K 2 FeO 4),该反应的离子方程式为。再加入饱和 KOH 溶液,析出紫黑色晶体,过滤,得到 K 2 FeO 4 粗产品。

(4)K 2 FeO 4 粗产品中含有 Fe(OH)3、KCl 等杂质,其提纯步骤为: ①将一定量的 K 2 FeO 4 粗产品溶于冷的 3 mol/L KOH 溶液中。

②过滤。

③。

④搅拌、静置、过滤,用乙醇洗涤 2~3 次。

⑤在真空干燥箱中干燥。

(5)称取提纯后的 K 2 FeO 4 样品 0.220 0 g 于烧杯中,加入强碱性亚铬酸盐溶液,反应后再加稀硫酸调节溶液呈强酸性,配制成 250 mL 溶液,取出 25.00 mL 放入锥形瓶中,用 0.010 0 mol/L 的(NH 4)2 Fe(SO 4)2 溶液滴定至终点,重复 操作 2 次,平均消耗(NH 4)2 Fe(SO 4)2 溶液的体积为 30.00 mL。涉及的主要反应为: Cr(OH-+Fe-Fe(OH)3 ↓+Cr-+OH-2Cr-+2H +Cr 2-+H2 O Cr 2-+6Fe 2+ +14H +6Fe 3+ +2Cr 3+ +7H 2 O 则该 K 2 FeO 4 样品的纯度为。

2.CuCl 广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解 CuCl 2 ·2H 2 O 制备 CuCl,并进行相关探究。

【资料查阅】 【实验探究】 该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题:(1)仪器 X 的名称是。

(2)实验操作的先后顺序是 a→ →e(填操作的编号)。

a.检查装置的气密性后加入药品 b.熄灭酒精灯,冷却 c.在“气体入口”处通入干燥 HCl d.点燃酒精灯,加热 e.停止通入 HCl,然后通入 N 2(3)在实验过程中,观察到 B 中物质由白色变为蓝色,C 中试纸的颜色变化是。

(4)装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式是。

【探究反思】(5)反应结束后,取出 CuCl 产品进行实验,发现其中含有少量的 CuCl 2 或 CuO 杂质。根据资料信息分析: ①若杂质是 CuCl 2 ,则产生的原因是。

②若杂质是 CuO,则产生的原因是。

3.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

利用上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 装置的位置,(填“能”或“不能” 提高 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 KClO 3 可将 KI 氧化为 I 2 或 KIO 3。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(实验在室温下进行): 试管编号 1 2 3 4 0.20 mol·L-1 KI/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 KClO 3(s)/g 0.10 0.10 0.10 0.10 6.0 mol·L-1 H 2 SO 4 /mL 0 3.0 6.0 9.0 蒸馏水/mL 9.0 6.0 3.0 0 实验现象 ①系列 a 实验的实验目的是。

②设计 1 号试管实验的作用是。

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)该小组设计的实验方案为:使用如图装置,加热 15.0 mL 饱和氯水试样,测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)

(5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节):。

资料:ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂;ⅱ.次氯酸或氯气可被 SO 2、H 2 O 2 和 FeCl 2 等物质还原成 Cl-。

4.以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO 2、PbSO 4 及炭黑等)和 H 2 SO 4 为原料,制备高纯 PbO,实现铅的再生利用。其工作流程如下:(1)过程Ⅰ中,在 Fe 2+ 催化下,Pb 和 PbO 2 反应生成 PbSO 4 的化学方程式是。

(2)过程Ⅰ中,Fe 2+ 催化过程可表示为: ⅰ:2Fe 2+ +PbO 2 +4H + +S-2Fe 3+ +PbSO 4 +2H 2 O ⅱ:…… ①写出ⅱ的离子方程式:。

②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。

a.向酸化的 FeSO 4 溶液中加入 KSCN 溶液,溶液几乎无色,再加入少量 PbO 2 ,溶液变红。

b.。

(3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO 2(aq),其溶解度曲线如下图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液 1 经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是(选填序号)。

A.减少 PbO 的损失,提高产品的产率 B.重复利用 NaOH,提高原料的利用率 C.增加 Na 2 SO 4 浓度,提高脱硫效率 ②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作:。

5.某班化学兴趣小组做如下实验,请你回答相关问题: Ⅰ.甲组同学想用金属钠和空气制备纯度较高的 Na 2 O 2(不考虑空气中 N 2),可利用的装置如下。

(1)装置Ⅳ中盛放的药品是 ,若没有该装置可能导致生成的 Na 2 O 2 中含有 ,其反应方程式为。

(2)若规定气流方向从左到右,各仪器接口的连接顺序是:空气→ , 接 , 接 , 接。

(3)装置Ⅱ的作用是。

Ⅱ.乙组同学利用下图所示实验装置进行某些气体的制备、性质探究等实验(图中夹持装置已省略)。

(4)为验证氯气不能使干燥的红布条褪色,将红布条置于装置 B 中,按 A—C—B—D 连接成实验装置体系。装置 A 锥形瓶中试剂选用高锰酸钾晶体,则分液漏斗中的液体是;装置 A 中发生反应的化学方程式为 ,装置 C 中试剂是 ,装置 D 的作用是。

答案精解精析 析 1.答案(1)分液漏斗 防止 Cl 2 与 KOH 反应生成 KClO 3(2)HCl 吸收多余的 Cl 2 ,防止污染空气(3)3ClO-+2Fe 3+ +10OH-2Fe-+3Cl-+5H2 O(4)将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和 KOH 溶液(5)90% 解析(1)仪器 a 的名称是分液漏斗;Cl 2 与 KOH 溶液在 20 ℃以下反应生成 KClO,在较高温度下则生成KClO 3 ,冰水浴的目的是防止 Cl 2 与 KOH 反应生成 KClO 3。

(2)浓盐酸具有挥发性,故装置 B 吸收的气体是 HCl;因为装置 A 中会不断产生 Cl 2 ,故装置 D 的作用是吸收多余的 Cl 2 ,防止污染空气。

(3)KClO 具有强氧化性,其氧化 Fe 3+ 的离子方程式为:3ClO-+2Fe 3+ +10OH-2Fe-+3Cl-+5H2 O。

(4)K 2 FeO 4 易溶于水,所以先过滤除去 Fe(OH)3 ,K 2 FeO 4 微溶于浓 KOH 溶液,而且在 0 ℃~5 ℃的强碱性溶液中较稳定,再将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和 KOH 溶液,可得到 K 2 FeO 4 晶体。

(5)由题给反应可得关系式:6Fe 2+ ~Cr 2-~2Cr-~2Fe-, n(Fe 2+)=0.010 0 mol/L×30.00×10-3 L=3.00×10-4 mol,故样品中 K 2 FeO 4 纯度为-=90%。

2.答案(1)干燥管(2)cdb(3)先变红,后褪色(4)Cl 2 +2OH-ClO-+Cl-+H 2 O(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入 HCl 的量不足

解析(1)X 为干燥管。(2)根据资料可知,由 CuCl 2 ·2H 2 O 热分解制备 CuCl 要防止 Cu + 被空气中氧气氧化,故应先通入干燥的HCl以排尽装置中的空气,然后再加热使CuCl 2 ·2H 2 O分解,最后必须在无氧环境中冷却,结合上述思路,操作的顺序为 a→c→d→b→e。

(3)实验过程中,HCl 会进入 C 中,另外当温度高于 300 ℃时,试管中发生反应:2CuCl 2 2CuCl+Cl 2 ↑,故进入 C 的气体既有 HCl 又有 Cl 2 ,所以 C 中湿润蓝色石蕊试纸先变红,后褪色。(4)根据(3)可知进入 D 中的气体有 HCl 和 Cl 2 ,则装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式为 Cl 2 +2OH-Cl-+ClO-+H 2 O。(5)①根据资料可知,含CuCl 2 杂质的原因是CuCl 2 没有完全分解,而造成此现象的原因是加热温度偏低或加热时间不足。②杂质 CuO 产生的原因是水的存在引起 CuCl 2 水解生成 Cu 2(OH)2 Cl 2 ,再受热分解产生 CuO,故原因是通入 HCl 的量不足。

3.答案(1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可)(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 ③Cl-+6I-+6H + Cl-+3I 2 +3H 2 O(4)因存在 Cl 2 的重新溶解、HClO 分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)(5)量取一定量的试样,加入足量的H 2 O 2 溶液,加热除去过量的H 2 O 2 ,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)解析(2)若对调 B、C 位置,Cl 2 中的 HCl 气体杂质因溶于 C 中的水而被除去,B 中与 Cl 2 反应的 KOH 的量增加,故能提高 B 中 KClO 3 的产率。(3)①仔细观察实验记录表可知,4 个实验中 KClO 3、KI 的浓度均相同,只有 H 2 SO 4 的浓度不同,实验的目的显然是研究硫酸浓度对反应产物的影响。②1 号试管中 H 2 SO 4 的浓度为 0,该实验的作用是硫酸浓度为 0 的对照实验。(4)氯水中氯元素以 Cl 2、HClO、Cl-和 ClO-等形式存在,加热时 HClO 分解产生 O 2 ,部分 Cl 2 因受热逸出,因此只能测出 O 2 及逸出的 Cl 2 的量,溶液中 Cl-、ClO-及残余 Cl 2 的量无法测定,故此方案不可行。(5)依题给信息,欲测定氯水中氯元素的总量,可量取一定体积的氯水,加入足量的 H 2 O 2 溶液,将氯水中的 Cl 2、HClO、ClO-全部还原成 Cl-,加热除去过量的 H 2 O 2 ,冷却,再加入足量 AgNO 3 溶液,经过滤、洗涤、干燥、称量测出生成 AgCl 沉淀的质量,即可计算出饱和氯水中氯元素的总量。

4.答案(1)Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 2PbSO 4 +2H 2 O(2)①2Fe 3+ +Pb+S-2Fe 2+ +PbSO 4 ②b.取 a 中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去(3)①A、B

②向 PbO 粗品中加入一定量的 35% NaOH 溶液,加热至 110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO 固体 解析(2)①Fe 2+ 作催化剂,Fe 3+ 是中间产物,在反应ⅱ中 Fe 3+ 应被还原成 Fe 2+ ,Pb 作还原剂被氧化成Pb 2+ ,Pb 2+ 与 S-结合成 PbSO4 沉淀,所以ⅱ的离子方程式为 Pb+2Fe3+ +S-PbSO 4 +2Fe 2+。②a 对应反应ⅰ,目的是检验 PbO 2 能将 Fe 2+ 氧化成 Fe 3+ ,则 b 对应反应ⅱ,目的是检验 Pb 能把 Fe 3+ 还原成 Fe 2+ ,所以在实验中应加铅粉进行检验。

(3)①C 项,S-浓度越大,脱硫的效率越低。②PbO 在 35% NaOH 溶液中的溶解度随温度升高变化大,且在110 ℃时PbO的溶解度大,所以在35% NaOH溶液中进行溶解,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤可得到较纯的 PbO。

5.答案(1)NaOH 溶液 Na 2 CO 3 2Na 2 O 2 +2CO 2 2Na 2 CO 3 +O 2(2)h g f e a(或 b)b(或 a)c(3)防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置Ⅰ(4)浓盐酸(填“盐酸”也可)2KMnO 4 +16HCl(浓)2MnCl 2 +2KCl+5Cl 2 ↑+8H 2 O 浓硫酸 吸收氯气以防污染环境(“除去氯气”等合理答案也可)解析(1)空气进入装置Ⅰ之前需除去 CO 2 和水蒸气。装置Ⅳ中盛 NaOH 溶液可除去 CO 2 ,再通过装置Ⅲ中浓硫酸除去水蒸气,装置Ⅰ中发生反应:2Na+O 2 Na 2 O 2 ,最后连接装置Ⅱ以隔绝空气中的 CO 2 和水蒸气,以防 Na 2 O 2 变质。(4)浓盐酸与 KMnO 4 晶体常温下可反应生成 Cl 2、KCl、MnCl 2 和 H 2 O;Cl 2 在通入装置 B 之前需干燥,干燥 Cl 2 用浓硫酸,最后用装置 D 进行尾气处理。

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