第4讲 定量型实验和探究型实验
A组 基础题组
1.为探究某铁碳合金与浓硫酸在加热条件下的反应的部分产物,并测定铁碳合金中铁元素的质量分数,某化学活动小组设计了如图所示的实验装置,并完成以下实验探究。
(1)往圆底烧瓶中加入m g铁碳合金,并滴入过量浓硫酸,未点燃酒精灯前,A、B中均无明显现象,其原因是:①常温下碳与浓硫酸不反应;② 。
(2)点燃酒精灯,反应一段时间后,从A中逸出气体的速率仍然较快,除因反应温度较高外,还可能的原因是 。 (3)装置B的作用是 。
(4)甲同学观察到装置C中有白色沉淀生成,他认为使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳。装置A中能产生二氧化碳的化学方程式为 。
(5)乙同学认为甲同学的结论是错误的,他认为为了确认二氧化碳的存在,需在装置B和C之间添加装置M。装置E、F中盛放的试剂分别是 、 。重新实验后证明存在CO2,则装置F中的现象是 。
-
(6)有些同学认为合金中铁元素的质量分数可用KMnO4溶液来测定(5Fe+Mn +8H测定铁元素质量分数的实验步骤如下:
Ⅰ.往烧瓶A中加入过量铜使溶液中的Fe完全转化为Fe,过滤,得到滤液B; Ⅱ.将滤液B稀释为250 mL;
3+
2+
2++
5Fe+Mn+4H2O)。
3+2+
Ⅲ.取稀释液25.00 mL,用浓度为c mol·L的酸性KMnO4溶液滴定,三次滴定实验消耗KMnO4溶液体积的平均值为V mL。
①步骤Ⅱ中,将滤液B稀释为250 mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外,还必须要用到的是 。
②判断滴定终点的标志是 。 ③铁碳合金中铁元素的质量分数为 。 答案 (1)常温下Fe在浓硫酸中发生钝化 (2)铁、碳、硫酸溶液形成原电池 (3)检验SO2的存在
-1
(4)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2S 2↑+2H2O
(5)酸性KMnO4溶液或溴水(或其他合理答案) 品红溶液 品红溶液不褪色或无明显现象 (6)①250 mL容量瓶
②滴入最后一滴酸性高锰酸钾溶液,溶液呈浅紫色,且30 s内不变色
2 0 ③
%
解析 (1)分液漏斗中盛放的是浓硫酸,常温下铁遇浓硫酸发生钝化,阻碍反应的进行。(2)加入的是铁碳合金,铁、碳、硫酸溶液可构成原电池,加快反应速率。(3)品红溶液用来检验SO2,品红溶液褪色,说明反应产生了SO2。(5)SO2也能使澄清石灰水变浑浊,因此要验证CO2的存在需要除去SO2,利用SO2的还原性,通过溴水或酸性高锰酸钾溶液,再通过品红溶液,验证SO2是否完全被吸收,品红溶液不褪色,澄清石灰水变浑浊,说明有CO2产生。(6)①还需要用250 mL容量瓶;③铁元素的质量为V×10 L×c mol·L×5×56 g·mol×25mL=2.8cV g,故其质量分数为
-1
-3
-1
250mL2. gg ×100%=
2 0 %。
2.(2018广东江门高考模拟)氯化亚砜(SOCl2)是一种液态化合物,沸点为77 ℃,在农药、制药行业中用途广泛。SOCl2遇水剧烈反应,液面上产生白雾,并带有刺激性气味的气体产生。实验室合成原理:SO2+Cl2+SCl2
2SOCl2,部分装置如图所示,回答以下问题:
(1)仪器c的名称是 。
(2)实验室制Cl2的化学方程式为 。 (3)下列四种制备SO2的方案中最佳选择是 。
方案 甲 乙 丙 丁 发生 装置 所选 NaHSO3固体 试剂 1 . mol·L H2SO4+Cu
-1 mol·L HNO3+Na2SO3 -170% H2SO4+ K2SO3 (4)d的虚线框内隐含两个装置,按气流方向顺序这两个装置的作用分别是 。 (5)实验结束后,将三颈烧瓶中混合物分离开的方法是 (已知SCl2的沸点为50 ℃)。 (6)试设计一个简单实验方案验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论): 。仪器自选。
限选的试剂:SO2、NaHCO3、酸性KMnO4溶液、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、品红溶液、pH试纸。 (7)为测定某工厂的空气中二氧化硫含量,探究小组进行如下实验:在试管中加入一定量的含碘(I2)0.635 mg的碘溶液,再加入2~3滴淀粉溶液,向试管中通入空气,当溶液由蓝色变为无色时恰好完全反应,共用
去空气体积为500 L。请通过计算判断出此空气中二氧化硫的浓度为 mg/m。(化学方程式为SO2+I2+2H2O
H2SO4+2HI)
3
答案 (1)球形冷凝管 (2)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O (3)丁 (4)除去HCl和干燥 (5)蒸馏
(6)配制相同物质的量浓度的NaHCO3和NaHSO3溶液,用酸度计(或pH试纸)测两种溶液的pH。前者的pH大于后者,证明H2SO3的酸性比H2CO3强 (7)0.320 解析 (1)仪器c是球形冷凝管。
(2)实验室通常利用浓盐酸和二氧化锰在加热的条件下制取氯气,化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。
(3)根据题意可知,需要制得干燥纯净的SO2,甲方案采用加热NaHSO3固体的方法制得的SO2气体中含有较多的水蒸气,故甲不选;乙方案中需要加热,生成等量的SO2消耗H2SO4的量多,故乙不选;因硝酸具有强氧化性,可以将Na2SO3氧化成Na2SO4,所以丙方案不能生成SO2气体,故丙不选;丁方案中采用浓度较大的硫酸和K2SO3反应,既可以生成SO2,同时不需加热,操作简单,故选丁。
(4)因制得的氯气中混有HCl和水蒸气,所以先将气体通过饱和食盐水除去HCl,再通过浓硫酸除去水蒸气。 (5)因氯化亚砜(SOCl2)的沸点为77 ℃,SCl2的沸点为50 ℃,所以可采用蒸馏的方法将三颈烧瓶中的混合物分离。
(7)设500 L空气中SO2的质量为x mg, SO2 + I2+2H2O64 254 x mg 0.635 mg
6
H2SO4+2HI
mg0.6 5mg =
25
,解得x=0.16,则空气中二氧化硫的浓度为
0.16mg0.5m
=0.320 mg/m。
3
3.氯化铁可用于金属蚀刻,可作有机合成的催化剂,研究其制备及性质是一个重要的课题。 (1)氯化铁晶体的制备:
①实验过程中装置乙中发生反应的离子方程式有 ,装置丙的作用为 。
②为顺利达到实验目的,上述装置中弹簧夹打开和关闭的顺序为 。
③反应结束后,将乙中溶液边加入 ,边进行加热浓缩、 、过滤、洗涤、干燥即得到产品。 (2)氯化铁的性质探究:
某兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸干、灼烧,在试管底部得到固体。为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。(查阅文献知:a.FeCl3溶液浓度越大,Fe水解程度越小;b.氯化铁的熔点为 06 ℃、沸点为 15 ℃,易升华,气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2;c.FeCl2的熔点为670 ℃)
3+
操作步骤 实验现象 解释原因 ①充入N2的目的是 打开K,充入氮气 D中有气泡产生 ②产生该现象的原因是 B中出现棕黄色固体 灯,加热至600 ℃ 关闭K,点燃酒精喷④ 实验结束,振荡C静置 ③ (用相关的方程式说明) 答案 (1)① Fe+2H
+
Fe+H2↑、Cl2+2Fe
2+2+
2Fe+2Cl 吸收多余的氯气
3+-
②关闭弹簧夹1和3,打开弹簧夹2,待铁屑完全溶解后打开弹簧夹1和3,关闭弹簧夹2 ③浓盐酸 冷却结晶
(2)①排出装置内的空气 ②FeCl3易升华,在B中U形管内又变为固态 ③溶液分层,上层接近无色,下层为橙红色
④2FeCl3 2FeCl2+Cl2、2Br+Cl2
-
Br2+2Cl
-
解析 (1)②弄清反应的原理才能正确地打开或关闭各弹簧夹。从所给装置和药品看,要先在乙中制备FeCl2:Fe+2HCl
FeCl2+H2↑,然后将甲中产生的Cl2通入乙中制备FeCl3:2FeCl2+Cl2
2FeCl3。制备
FeCl2时,产生的H2无法用NaOH溶液吸收,因此要关闭弹簧夹3,打开弹簧夹2,同时还要关闭弹簧夹1,待铁屑完全溶解后,FeCl2制备完成,需要通入Cl2,此时应打开弹簧夹1,同时关闭弹簧夹2,打开弹簧夹3,以吸收未反应的Cl2。③FeCl3易水解,因此不能将乙中的FeCl3溶液直接加热浓缩,而要先加入一定量的浓盐酸以抑制Fe的水解。
(2)②加热至600 ℃时,温度高于FeCl3的沸点,此时FeCl3变为气态,同时部分发生分解,B中出现的棕黄色固体就是凝华后得到的FeCl3固体。③FeCl3受热分解生成FeCl2和Cl2,Cl2进入C装置与NaBr反应生成Br2,振荡后Br2溶于CCl4,静置,液体分两层,下层是橙红色的Br2的CCl4溶液,上层是无色的NaCl溶液。 4.(2018北京理综,28,16分)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
(1)制备K2FeO4(夹持装置略)
3+
①A为氯气发生装置。A中反应方程式是 (锰被还原为Mn)。
②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。
③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH有 。 (2)探究K2FeO4的性质
①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl而产生Cl2,设计以下方案:
方案Ⅰ 取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。取少量b,滴加盐方案Ⅱ 酸,有Cl2产生
ⅰ.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有 离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl氧化,还可能由 产生(用方程式表示)。 ⅱ.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl。用KOH溶液洗涤的目的是 。
2----2+
2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还
②根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2 Fe (填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和Fe 的氧化性强弱关系相反,原因是 。
2--2-
③资料表明,酸性溶液中的氧化性Fe >Mn ,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性Fe >Mn 。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。
理由或方案: 。 答案 (1)①2KMn 4+16HCl
2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+ H2O
2--
②③Cl2+2OH
--
Cl+ClO+H2O
2--
(2)①ⅰ.Fe 4Fe +20Hⅱ.排除ClO的干扰 ②> 溶液酸碱性不同
2--
3++
4Fe+3O2↑+10H2O
3+
③理由:Fe 在过量酸的作用下完全转化为Fe和O2,溶液浅紫色一定是Mn 的颜色 方案:向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色
解析 该题以K2FeO4的制备和其性质探究为载体,考查氧化还原反应原理及实验探究等。 (1)①KMn 4与浓盐酸发生氧化还原反应制得Cl2,反应方程式为2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+ H2O。
②洗气装置的导管应长进短出,为除去Cl2中的HCl,应用饱和食盐水。 ③在碱性环境中,Cl2易发生歧化反应:Cl2+2KOH
3+
3+
-
KCl+KClO+H2O。
3+
3+
(2)①ⅰ.Fe遇KSCN溶液显红色,故溶液中含有Fe;在酸性条件下,K2FeO4快速分解可生成Fe。 ⅱ.用KOH溶液洗涤可除去固体表面吸附的KClO等物质,排除对后续实验的干扰。 ②Cl2在碱性条件下能够氧化Fe(OH)3,生成K2FeO4,根据平衡移动原理,3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH
2K2FeO4+6KCl+8H2O,当溶液酸性增强时,平衡将向逆反应方向移动,或者在酸性条件下,Fe 氧化性增强,能氧化Cl生成Cl2。
2-2---
2-
③在酸性条件下,Fe 发生反应:4Fe +20H生成。
+
4Fe+3O2↑+10H2O,振荡后溶液呈浅紫色能说明有Mn
3+
B组 提升题组
5.(2019黑龙江大庆月考)水合草酸亚铁(FeC2O4·xH2O)是生产锂电池的原料。难溶于水,受热易分解。某化学兴趣小组对草酸亚铁的一些性质进行探究。回答下列问题:
(1)将水合草酸亚铁溶于适量盐酸。分别取2 mL此溶液于3支试管中,进行实验。能证明水合草酸亚铁中存在Fe的试剂有 (填代号)。 A.KSCN溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.酸性KMnO4溶液
(2)为测定水合草酸亚铁中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
2+
实验步骤如下:
a.打开K1和K2,缓缓通入N2; b.低温加热装置A一段时间; c.停上加热,冷却到室温; d.关闭K1和K2,称量A;
e. ,记为m3 g。
①补充实验步骤e为 (填实验操作和要求)。
②步骤b至步骤e继续通入N2的目的是 。
(3)为探究草酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置A接入下图所示部分的装置(可重复选用)进行实验。打开K1和K2,缓缓通入N2,充分加热。实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物。
①实验装置中,依次连接的合理顺序为A→ 。
②证明产物有CO生成的现象是 。 ③写出草酸亚铁受热分解的化学方程式: 。 答案 (1)B
(2)重复上述a~d步骤,直至A恒重 ①将装置A中的水蒸气带走 ②同时防止FeC2O4被空气氧化 ( )①C→E→C→F→G→C→H
②G装置黑色固体变红,其后的C中澄清石灰水变浑浊
③ FeC2O4 Fe3O4+ C ↑+2C 2↑
解析 (1)A项,KSCN溶液加到亚铁盐溶液中没有明显的现象;B项,K3[Fe(CN)6]溶液与亚铁离子反应生成蓝色沉淀;C项,酸性KMnO4溶液能够被亚铁离子和草酸根离子还原褪色,不能说明一定含有亚铁离子,故C错误。(2)②氮气不参加反应,为保护气体,考虑到实验目的是测定水合草酸亚铁中结晶水含量,所以通入氮气有两个目的:将装置A中的水蒸气带走;防止FeC2O4被空气氧化。( )①加热分解草酸亚铁生成一氧化碳和二氧化碳,则实验应验证一氧化碳和二氧化碳,先验证二氧化碳,可用澄清石灰水;然后除去二氧化碳、并检验二氧化碳已除尽;接着验证一氧化碳,可用还原氧化铜实验。②证明产物有CO生成的现象是G
装置黑色固体变红,其后的C中澄清石灰水变浑浊。③实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物,此黑色化合物为四氧化三铁,因此,加热后草酸亚铁分解,生成物为一氧化碳、二氧化碳和四氧化三铁,该反应的化学方程式为3FeC2O4
Fe3O4+ C ↑+2C 2↑。
课标通用（山东）高考化学总复习专题十一第4讲定量型实验和探究型实验练习含解析
