高考化学二轮复习化学实验方案设计与评价专题跟踪训练.doc

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]①BCl3的熔点为－107.3 ℃，沸点为12.5 ℃；
②2B＋6HCl2BCl3＋3H2；
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)BCl3与水能剧烈反应生成硼酸(H3BO3)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＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。(2)由于制取的Cl2中含杂质HCl、H2O，所以Cl2与硼反应前需要先除去Cl2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BCl3的装置中应防止水蒸气进入，故右侧应连接盛有浓H2SO4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Cl2中的HCl；若拆去装置E，杂质HCl与硼反应产生的H2与Cl2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Cl2排尽装置中的空气。(5)由“生成硼酸(H3BO3)和白雾”可知该反应为BCl3＋3H2O===H3BO3＋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＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
(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H2与Cl2混合，加热时可能会引起爆炸
(4)通入Cl2以排尽装置中的空气，防止硼被氧化　2B＋3Cl22BCl3
(5)BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
(6)取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，若产生气泡(H2)，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Co3S4)灼烧会生成Co2O3(黑色)，Co2O3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Co3S4)灼烧生成Co2O3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CoCl2(蓝色)和H2。CoCl2吸水后会生成不同颜色的物质，如CoCl2·6H2O为粉红色。如图所示为CoCl2·6H2O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Co3S4)灼烧生成Co2O3”可得，该反应的化学方程式为4Co3S4＋25O26Co2O3＋16SO2。由“铝热反应”可得制备钴的化学反应方程式为Co2O3＋2AlAl2O3＋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SO2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(CoCl2·6H2O)＝＝0.02 mol；25～52 ℃减少的质量为H2O的质量，n(H2O)＝＝0.08 mol；CoCl2·6H2O失去水分子数＝＝4，故紫红色物质的化学式为CoCl2·2H2O。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H2O的质量，n(H2O)＝＝0.02 mol；CoCl2·2H2O失去水分子数＝＝1，故蓝紫色物质的化学式为CoCl2·H2O。所以由紫红色固体生成蓝紫色固体的化学方程式为CoCl2·2H2OCoCl2·H2O＋H2O。③90～120 ℃时，失去水的物质的量为0.02 mol，故蓝色物质为CoCl2。
[答案]　(1)4Co3S4＋25O26Co2O3＋16SO2　Co2O3＋2AlAl2O3＋2Co
(2)Ⅰ
(3)①CoCl2·2H2O　Ⅲ　②CoCl2·2H2OCoCl2·H2O＋H2O　③CoCl2
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Cl2反应制备NOCl。

已知：①Cl2的沸点为－34.6 ℃，NO2Cl的沸点为－15 ℃；
②2NO＋Cl2===2NOCl,2NO2＋Cl2===2NO2Cl。
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．MnO2　　B．KMnO4　　C．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FeCl3、HCl，节省碱的用量，降低成本
②Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
(6)
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H2O、H＋、K＋、I－)______________ ________________________________。
[解析]　(1)由C中加入KSCN溶液后呈红色，可推出B为Fe2O3，C为FeCl3。由无色酸性溶液F与I2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H2S)”，说明A中含有S元素，则无色气体E为SO2，无色酸性溶液F为H2SO3溶液，与I2反应的化学方程式为H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋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Fe3S4。
(2)FeCl3与铜片的反应为2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2，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：3NaClO2NaCl＋NaClO3)。
(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N2H4·H2O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NaHCO3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：N2H4·H2O＋2I2===N2↑＋4HI＋H2O)
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(N2H4·H2O)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) Cl2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(N2H4·H2O)＝

×100%＝25%。
[答案]　(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　(2)ac
(3)防止NaClO分解，影响水合肼的产率
(4)N2H4·H2O＋2NaClO===N2↑＋3H2O＋2NaCl
(5)①酸式　②d　③25%