2019届高考化学二轮复习 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]①BCl 3的熔点为－107.3 ℃，沸点为12.5 ℃；

②2B＋6HCl=====△

2BCl 3＋3H 2；

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)BCl 3与水能剧烈反应生成硼酸(H 3BO 3)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 －4＋16H ＋＋10Cl －===2Mn 2＋

＋5Cl 2↑＋8H 2O 。(2)由于制取的Cl 2中含杂质HCl 、H 2O ，所以Cl 2与硼反应前需要先除去Cl 2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BCl 3的装置中应防止水蒸气进入，故右侧应连接盛有浓H 2SO 4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Cl 2中的HCl ；若拆去装置E ，杂质HCl 与硼反应产生的H 2与Cl 2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Cl 2排尽装置中的空气。(5)由“生成硼酸(H 3BO 3)和白雾”可知该反应为BCl 3＋3H 2O===H 3BO 3＋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 －4＋16H ＋＋10Cl －===2Mn 2＋

＋5Cl 2↑＋8H 2O

(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H 2与Cl 2混合，加热时可能会引起爆炸

(4)通入Cl 2以排尽装置中的空气，防止硼被氧化 2B ＋3Cl 2=====△

2BCl 3

(5)BCl 3＋3H 2O===H 3BO 3＋3HCl

(6)取少量产品于试管中，加入NaOH 溶液，若产生气泡(H 2)，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Co 3S 4)灼烧会生成Co 2O 3(黑色)，Co 2O 3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Co 3S 4)灼烧生成Co 2O 3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CoCl 2(蓝色)和H 2。CoCl 2吸水后会生成不同颜色的物质，如CoCl 2·6H 2O 为粉红色。如图所示为CoCl 2·6H 2O 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Co 3S 4)灼烧生成Co 2O 3”可得，该反应的化学方程

式为4Co 3S 4＋25O 2=====△

6Co 2O 3＋16SO 2。由“铝热反应”可得制备钴的化学反应方程式为Co 2O 3

＋2Al=====高温

Al 2O 3＋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SO 2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 (CoCl 2·6H 2O)＝ 4.76 g 238 g·mol

－1＝0.02 mol ；25～52 ℃减少的质量为H 2O 的质量，n (H 2O)＝ 1.44 g 18 g·mol －1＝0.08 mol ；CoCl 2·6H 2O 失去水分子数＝0.08 mol 0.02 mol

＝4，故紫红色物质的化学式为CoCl 2·2H 2O 。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H 2O 的质量，n (H 2O)＝0.36 g

18 g·mol

－1＝0.02 mol ；CoCl 2·2H 2O 失去水分子数＝0.02 mol 0.02 mol

＝1，故蓝紫色物质的化学式为CoCl 2·H 2O 。所以由紫红色固体生成蓝紫色固体的化学方程式为CoCl 2·2H 2O=====△

CoCl 2·H 2O ＋H 2O 。③90～120 ℃时，失去水的物质的量为0.02 mol ，故蓝色物质为CoCl 2。

[答案] (1)4Co 3S 4＋25O 2=====△6Co 2O 3＋16SO 2 Co 2O 3＋2Al=====高温

Al 2O 3＋2Co

(2)Ⅰ

(3)①CoCl 2·2H 2O Ⅲ ②CoCl 2·2H 2O=====△

CoCl 2·H 2O ＋H 2O ③CoCl 2

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Cl 2反应制备NOCl 。

已知：①Cl 2的沸点为－34.6 ℃，NO 2Cl 的沸点为－15 ℃；

②2NO＋Cl 2===2NOCl,2NO 2＋Cl 2===2NO 2Cl 。

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．MnO2B．KMnO4C．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10 t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FeCl 3、HCl ，节省碱的用量，降低成本

②Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2O (6)10×1－0.0892×112.578 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

1.518 g·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H 2O 、H ＋、K ＋、I －)______________ ________________________________。

[解析] (1)由C 中加入KSCN 溶液后呈红色，可推出B 为Fe 2O 3，C 为FeCl 3。由无色酸性溶液F 与I 2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 ＝22.4 L·mol －1×1.518 g·L －1≈34 g·mol －1，为H 2S)”，说明A 中含有S 元素，则无色气体E 为SO 2，无色酸性溶液F 为H 2SO 3溶液，与I 2反应的化学方程式为H 2SO 3＋I 2＋H 2O===H 2SO 4＋2HI 。由“2.960 g 化合物A”“2.400 g 红棕色固体B”，可得n (Fe)＝0.03 mol ，n (S)＝0.04 mol ，A 的化学式为Fe 3S 4。

(2)FeCl 3与铜片的反应为2FeCl 3＋Cu===CuCl 2＋2FeCl 2，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 ＋NaClO 3)。

(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N 2H 4·H 2O 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3.0 g ，加入适量NaHCO 3固体，加水配成250 mL 溶液，移出25.00 mL 置

于锥形瓶中，并滴加2～3滴淀粉溶液，用0.15 mol·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：N 2H 4·H 2O ＋2I 2===N 2↑＋4HI ＋H 2O)

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. 00 mL ，馏分中水合肼(N 2H 4·H 2O)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) Cl 2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 (N 2H 4·H 2O)＝

0.15 mol·L －1×20.00×10－3 L ×12×50 g·mol －1×250 mL 25.00 mL 3.0 g

×100%＝25%。

[答案] (1)MnO 2＋4HCl(浓)=====△

MnCl 2＋Cl 2↑＋2H 2O (2)ac

(3)防止NaClO 分解，影响水合肼的产率

(4)N 2H 4·H 2O ＋2NaClO===N 2↑＋3H 2O ＋2NaCl

(5)①酸式 ②d ③25%