2019高考化学大二轮复习-专题四-化学实验-第16讲-实验方案设计与评价学案.doc

2019高考化学大二轮复习-专题四-化学实验-第16讲-实验方案设计与评价学案

第16讲　实验方案设计与评价

最新考纲
考向分析
1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
2．设计、评价或改进实验方案。
3．了解控制实验条件的方法。
4．分析或处理实验数据，得出合理的结论。
5．绘制和识别典型的实验仪器装置图。
6．以上各部分知识与技能的综合应用。
1.客观题：主要依托实验验证物质的化学性质，并对已设计的方案是否符合实验要求作出判断。
2．主观题：将在综合实验设计题或工艺流程图题中，以探究物质的化学性质、组成、结构与含量及其制备等为目的，考查原理、实验操作、有关的计算及实验方案的设计与评价等。

考点一　物质制备型实验方案的设计与评价
Z (课前)
1．(2016·江苏)根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤，下列图示装置和原理能达到实验目的的是(　C　)

A．制备氨气　　　　 B．制取NaHCO3

C．分离NaHCO3　　　 D．干燥NaHCO3
[解析]　A项，制NH3需要用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体加热进行反应，错误；B项，CO2应从长导管进短导管出，错误；C项，制得的NaHCO3为固体，用过滤法分离，正确；D项，加热时NaHCO3会分解，错误。
2．(2017·全国Ⅱ)由下列实验及现象不能推出相应结论的是(　C　)

实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变
还原性：Fe>Fe2＋
B
将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀，另一支中无明显现象
Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)
[解析]　向FeCl3溶液中加入足量铁粉后，Fe3＋完全转化为Fe2＋，滴入KSCN溶液，溶液不变色，可证明还原性，Fe>Fe2＋，A项正确；燃着的金属钠能在装有CO2的集气瓶中反应生成Na2CO3和C，说明CO2具有氧化性，B项正确；NH4HCO3受热分解生成的NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，只能说明NH3为碱性气体，不能确定NH4HCO3的酸碱性，C项错误；根据题中描述可知黄色沉淀为AgI，另一支试管中无明显现象，说明没有AgCl析出，可证明Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)，D项正确。
3．(2018·全国Ⅱ·9)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。

光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是(　D　)

A B C D
[解析]　甲烷与氯气在光照条件下发生反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。黄绿色的氯气参加了反应，逐渐减少，生成无色的气体，因此试管内气体颜色逐渐变浅；反应生成的HCl极易溶于水，使试管内气体压强减小，因此试管内液面上升；生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为无色油状液体，附着在试管壁上，因此试管壁上出现油状液滴；生成的HCl气体遇到水蒸气溶解生成盐酸小液滴，形成白雾，因此试管中有少量白雾。综合上述现象，答案选D。
4．(2018·全国Ⅰ·26)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。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迅速冷却，目的是_去除水中溶解氧__。仪器a的名称是_分液(或滴液)漏斗__。
(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中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为 Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋　。
②同时c中有气体产生，该气体的作用是_排除c中空气__。
(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是_c中产生H2使压强大于大气压__；d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是_(冰浴)冷却__、_过滤__、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点_敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触__。
[解析]　(1)由题给信息，[(CH3COO)2Cr·2H2O]在气体分析中用作O2吸收剂，说明Cr2＋具有强还原性，易被O2氧化，故所用蒸馏水需经煮沸除去其中的O2，以免影响[(CH3COO)2Cr·2H2O]的制备。由仪器的结构特点可知，a为分液(或滴液)漏斗。
(2)①Zn将Cr3＋还原为Cr2＋，离子方程式为Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，H2起到排除c中空气的作用，以防Cr2＋被氧化。
(3)过量的Zn与盐酸反应放出大量的H2，使装置c中压强增大，关闭K1和K2，打开K3时，溶液被压入装置d。由题给信息知，[(CH3COO)2Cr·2H2O]难溶于冷水，因此应用冰浴冷却，以便于[(CH3COO)2Cr·2H2O]析出，再将沉淀过滤、洗涤、干燥即可。
(4)装置d的缺点是该装置与大气直接相通，空气中的O2易将[(CH3COO)2Cr·2H2O]氧化。
R (课堂)

知能补漏
1．制备实验方案设计的原则：
(1)无机物制备实验方案应遵循下列原则：
①原料廉价易得，用料最省即原料利用率高。
②所选用的实验装置或仪器不复杂。
③实验操作简便安全，对环境不造成污染或污染较小。
(2)有机物制备实验方案应遵循下列原则：
①原料廉价易得，用料最省。
②副反应、副产品少，反应时间短，产品易分离提纯。
③反应实验步骤少，实验操作方便安全。
(3)仪器装置的选择要根据反应物的状态和反应条件。
2．制备实验方案设计的注意事项：
(1)实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。
(2)易挥发的液体产物要及时冷却。
(3)易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)。
(4)注意防止倒吸的问题。
(5)仪器、药品要准确描述，如无水硫酸铜(CuSO4)，坩埚、研钵、100 mL容量瓶。
(6)实验装置改进，如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管等。
3．实验室典型的4类气体发生装置：

(1)实验室制取氨气可以选用装置_A__。
(2)若用H2O2分解来制取氧气，可以选用装置_C__。
(3)实验室制取氯气，可以选用装置_D__。
(4)装置B可以制备的最常见气体有_CO2__和_H2__。

易错辨析
判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)Cl2收集可用排饱和NaCl溶液法，不能用排水法。(√)
(2)除去CO2中的HCl可以将混合气通入饱和的Na2CO3溶液中。(×)
(3)用浓盐酸酸化KMnO4溶液，增强KMnO4的强氧化性。(×)
(4)实验室可选用大理石与浓硫酸反应制备CO2。(×)
(5)实验室中的CCl4含有少量溴，加适量的苯，振荡、静置后分液，可除去CCl4中的溴。(×)
(6)NaOH的酚酞溶液红色褪去，说明SO2具有漂白性。(×)
(7)验证Fe3O4固体含有＋2价铁离子和＋3价铁离子，可采用如下实验设计：

B (课后)
1．(2018·衡水一模)实验室用含有杂质(FeO、Fe2O3)的废CuO制备胆矾晶体经历下列过程(已知：Fe3＋在pH＝5时已完全沉淀)：
,②→
下列分析正确的是(　C　)
A．用98%的浓硫酸配制溶解所用的4.5 mol·L－1的稀硫酸，需4种玻璃仪器
B．步骤②目的是将溶液Ⅰ中的Fe2＋充分转化成Fe3＋，实验操作是向溶液Ⅰ中通入足量的氯气
C．利用Cu(OH)2替代CuO也可调节溶液pH而不影响实验结果
D．步骤④之后的实验操作是蒸干溶剂结晶，所需仪器是坩埚、玻璃棒、酒精灯、泥三角、三脚架
[解析]　用浓硫酸配制稀硫酸，需要用到量筒、烧杯、玻璃棒、容量瓶和胶头滴管，A错误；为了不引入杂质离子，将Fe2＋充分转化成Fe3＋的最好试剂是H2O2，B错误；利用Cu(OH)2替代CuO也可调节溶液pH而不影响实验结果，C正确；步骤④之后是得到蓝矾晶体，应通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法，需要蒸发皿，D错误。
2．下列实验设计能够成功的是(　C　)
A．检验亚硫酸钠试样是否变质：试样白色沉淀沉淀不溶解→说明试样已变质
B．除去粗盐中含有的硫酸钙杂质：粗盐精盐
C．检验某溶液中是否含有Fe2＋：试样溶液颜色无变化溶液变红色→溶液中含有Fe2＋
D．证明酸性条件下H2O2的氧化性比I2强：NaI溶液溶液变紫色→氧化性：H2O2>I2
3．某化学兴趣小组欲制备并探究SO2的某些性质。

【SO2的制备】用亚硫酸钠与较浓的硫酸反应制备SO2的装置图如上图(夹持仪器省略)：
(1)图中装置有一处错误是_集气瓶C中导管长短反了__；
B中发生反应的化学方程式为 Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑　；D的作用是_吸收尾气中的SO2，防止污染环境__。
【SO2的性质】探究SO2气体性质的装置如图所示：

(2)装置Ⅰ中的现象是_有浅黄色沉淀生成__，说明SO2具有_氧化__(填“氧化”或“还原”)性。装置Ⅰ中通入足量SO2发生反应的离子方程式为 2S2－＋5SO2＋2H2O===3S↓＋4HSO　。
(3)在上述装置中通入过量的SO2，为了验证Ⅱ中发生了氧化还原反应，取Ⅱ中溶液分成两份，并设计了如下实验：
方案一：往第一份试液中加入少量酸性KMnO4溶液紫红色褪去。方案二：往第二份试液中加入KSCN溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红。
上述方案不合理的是_方案一__，原因是_SO2过量，SO2可使酸性KMnO4溶液褪色__，写出解释该原因的离子方程式： 5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋　。
(4)SO2可以用来制备硫代硫酸钠，硫代硫酸钠可用于照相业作定影剂，也可用于纸浆漂白作脱氯剂等。实验室可通过Na2S、Na2CO3和SO2共同反应来制取Na2S2O3。写出如图所示装置中三颈烧瓶中反应制取Na2S2O3的化学方程式： 2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2　。
[解析]　(1)SO2的密度大于空气，即错误在于集气瓶C中导管长短反了。反应的化学方程式为Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑。SO2是大气污染物，需要尾气处理，则D中氢氧化钠溶液的作用是吸收尾气中的SO2，防止污染环境。
(2)SO2具有氧化性，能把硫化钠氧化为单质S，装置Ⅰ中有浅黄色沉淀生成；如果通入足量的SO2，则反应的离子方程式为2S2－＋5SO2＋2H2O===3S↓＋4HSO。
(3)如果SO2过量，则SO2可使酸性KMnO4溶液褪色，不能说明有亚铁离子生成，所以方案一不合理，有关反应的离子方程式为5SO2＋2MnO＋2H2O===5SO＋2Mn2＋＋4H＋。
(4)反应物是Na2S、Na2CO3和SO2，生成物是硫代硫酸钠，根据原子守恒可知还有CO2生成，则反应的方程式为2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。
考点二　有机物制备与提纯实验方案设计
Z (课前)
1．(2018·青岛一模)正丁醇中混有少量正丁醛，设计如下提纯路线：

已知：①正丁醇和正丁醛(CH3CH2CH2CHO)常温为液体；
②CH3CH2CH2CHO＋NaHSO3(饱和)―→CH3CH2CH2CH(OH)SO3Na↓。
下列说法不正确的是(　C　)
A．操作(1)需要过滤装置
B．操作(2)需要用到分液漏斗
C．操作(3)需要用到蒸发皿
D．操作(4)需要蒸馏装置
2．(2018·全国Ⅰ·9)在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中，下列操作未涉及的是(　D　)

A B　　 C　 D
[解析]　A是生成乙酸乙酯的操作，B是收集乙酸乙酯的操作，C是分离乙酸乙酯的操作。D是蒸发操作，在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中未涉及。
3．(2017·江苏)[实验化学]1－溴丙烷是一种重要的有机合成中间体，沸点为71 ℃，密度为1.36 g·cm－3。实验室制备少量1－溴丙烷的主要步骤如下：

步骤1：在仪器A中加入搅拌磁子、12 g正丙醇及20 mL水，冰水冷却下缓慢加入28 mL浓H2SO4；冷却至室温，搅拌下加入24 g NaBr。
步骤2：如图所示搭建实验装置，缓慢加热，直到无油状物馏出为止。
步骤3：将馏出液转入分液漏斗，分出有机相。
步骤4：将分出的有机相转入分液漏斗，依次用12 mL H2O、12 mL 5% Na2CO3溶液和12 mL H2O洗涤，分液，得粗产品，进一步提纯得1－溴丙烷。
(1)仪器A的名称是_蒸馏烧瓶__；加入搅拌磁子的目的是搅拌和_防止暴沸__。
(2)反应时生成的主要有机副产物有2－溴丙烷和_丙烯、正丙醚__。
(3)步骤2中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是_减少1－溴丙烷的挥发__。
(4)步骤2中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行，目的是_减少HBr挥发__。
(5)步骤4中用5% Na2CO3溶液洗涤有机相的操作：向分液漏斗中小心加入12 mL 5% Na2CO3溶液，振荡，_将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体__，静置，分液。
[解析]　本题考查1－溴丙烷的制备实验，涉及仪器的识别、实验基本操作、实验原理的分析。(1)仪器A为蒸馏烧瓶，搅拌磁子的作用是搅拌和防止暴沸。(2)反应物中的正丙醇可能发生消去反应生成丙烯，也可能发生分子间脱水反应生成正丙醚。(3)向接收瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中，降低了接收瓶内的温度，减少了1－溴丙烷的挥发。(4)HBr易挥发，故需缓慢加热。(5)振荡后，要排出分液漏斗中的气体。
R (课堂)

知能补漏
1．有机制备与分离提纯的思维流程：
—
↓
—
↓
—
↓
—
2．有机物制备实验中常用的仪器：
(1)制备装置。

(2)蒸馏装置。

3．有机混合物的分离提纯常用方法：
方法
适用条件
实例
说明
萃取
互不相溶的液体混合物
分离CCl4和水等
分液时下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出
蒸馏
两种或两种以上互溶的液体，沸点相差较大
分离酒精和水
在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸
4．有机物制备的解题流程
有机物的制备是中学化学实验的重要组成部分，以新物质制备为背景的实验图，涉及知识面广、题型多变、思维发散空间大，能很好的考查学生综合运用化学实验基础知识解决实际问题的能力，因而倍受高考命题者的青睐。解答此类试题的一般流程是：
第一步，明确实验目的。通过分析合成目标产物的有机反应方程式确定反应原理，分析反应的特点(如可逆反应等)，并分析可能发生的副反应。
第二步，确定实验装置。依据反应物状态及反应条件选择合适的反应容器，并控制合适的反应温度。根据反应原理及装置特点，确定每个装置的作用。
第三步，设计除杂方案。根据产品和杂质的性质差异(如溶解性、熔沸点、密度大小、物质的状态等)选择合适的分离提纯方法。根据有机反应中反应物的挥发性及有机副反应较多的特点，分析除杂步骤、试剂及除杂装置。
第四步，产品产率(纯度)计算。根据题目提供的反应原理和试剂的用量，利用有机反应方程式或关系式，计算产品的理论产量，则产品产率为×100%。
B (课后)
1．冬青油是一种无色液体，某实验小组利用如图所示的装置制备冬青油。化学反应原理和实验装置如下所示：

产物的有关数据如表所示：

相对分子质量
密度/g·cm－3
沸点/℃
溶解性
冬青油
152
1.180
222.2
微溶于水
实验步骤如下所示：
①向三颈瓶中加入6.9 g (0.05 mol)水杨酸和24 g (0.75 mol)甲醇，再小心地加入6 mL浓硫酸，摇匀。②加入2粒沸石(或碎瓷片)，装上仪器a，在石棉网上保持温度在85～95 ℃，回流1.5 h。③反应完毕，将烧瓶冷却，加入50 mL蒸馏水，然后转移至分液漏斗，弃去水层，将有机层再倒入分液漏斗中，依次用50 mL 5%碳酸氢钠溶液和30 mL水洗涤。④将产物移至干燥的锥形瓶中，加入0.5 g无水氯化钙。⑤最后将粗产品进行蒸馏，收集221～224 ℃的馏分，其质量为6.8 g。

请回答下列问题：
(1)本实验中浓硫酸的作用是_催化剂、吸水剂__。
(2)装置中仪器a的名称是_球形冷凝管__，进水口为
_Ⅰ__(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。温度计的适宜规格为_②__(填代号)。
①50 ℃　　　②100 ℃　　　③300 ℃
(3)用碳酸氢钠溶液洗涤的目的是_除去水杨酸和硫酸__；用水洗涤时，产品在_下__(填“上”或“下”)层。
(4)加入无水氯化钙的目的是_除去粗产品中的水分__。
(5)本次实验中冬青油的产率为_89.5%__。
2．(2017·石家庄模拟)实验室制备1,2－二溴乙烷的反应原理如下：
CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O
CH2===CH2＋Br2―→BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。用少量的溴和足量的乙醇制备1,2－二溴乙烷的装置如图所示：

有关数据列表如下：

乙醇
1,2－二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/g·cm－3
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
－130
9
－116
回答下列问题：
(1)在此制备实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右，其最主要的目的是_d__(填正确选项前的字母)；
a．引发反应 b．加快反应速度
c．防止乙醇挥发 d．减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入_c__(填正确选项前的字母)，其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体；
a．水　　　　　　　　 b．浓硫酸
c．氢氧化钠溶液 d．饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是_溴的颜色完全褪去__；
(4)将1,2－二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在_下__层(填“上”或“下”)；
(5)若产物中有少量未反应的Br2，最好用_b__(填正确选项前的字母)洗涤除去；
a．水 b．氢氧化钠溶液
c．碘化钠溶液 d．乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚，可用_蒸馏__的方法除去；
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D，其主要目的是_避免溴大量挥发__；但又不能过度冷却(如用冰水)，其原因是_1,2－二溴乙烷的熔点低，过度冷却会凝固而堵塞导管__。
[解析]　(2)根据题中提示，选碱来吸收酸性气体；(3)制备反应是溴与乙烯的反应，明显的现象是溴的颜色褪去；(4)1,2－二溴乙烷的密度大于水，因而在下层；(5)溴在水中溶解度小，不能用水，碘化钠与溴反应生成碘会溶解在1,2－二溴乙烷中，不能用碘化钠溶液除溴，乙醇与1,2－二溴乙烷混溶也不能用；(6)根据表中数据，乙醚沸点低，可通过蒸馏除去(不能用蒸发，乙醚不能散发到空气中，且蒸发会导致1,2－二溴乙烷挥发到空气中)；(7)溴易挥发，冷却可减少挥发。但如果用冰水冷却会使产品凝固而堵塞导管。
3．(2018·潍坊联考)实验室制备硝基苯的反应原理和实验装置如图所示：
＋HO—NO2＋H2O　ΔH<0
存在的主要副反应有在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。
有关数据如表所示：
物质
熔点/℃
沸点/℃
密度/g·cm－3
溶解性
苯
5.5
80
0.88
微溶于水
硝基苯
5.7
210.9
1.205
难溶于水
间二硝基苯
89
301
1.57
微溶于水
浓硝酸

83
1.4
易溶于水
浓硫酸

338
1.84
易溶于水
实验步骤如下：
取100 mL烧杯，用20 mL浓硫酸与18 mL浓硝酸配制混合酸，将混合酸小心加入B中。把18 mL(15.84 g)苯加入A中。向室温下的苯中逐滴加入混酸，边滴边搅拌，混合均匀。在50～60 ℃下发生反应，直至反应结束。
将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5% NaOH溶液和水洗涤。分出的产物加入无水CaCl2颗粒，静置片刻，弃去CaCl2，进行蒸馏纯化，收集205～210 ℃馏分，得到纯硝基苯18 g。

回答下列问题：
(1)装置B的名称是_分液漏斗__，装置C的作用是_冷凝回流__。
(2)配制混合酸时，能否将浓硝酸加入浓硫酸中，说明理由：_不能，易发生酸液迸溅__。
(3)为了使反应在50～60 ℃下进行，常用的方法是_水浴加热__。反应结束并冷却至室温后A中液体就是粗硝基苯，粗硝基苯呈黄色的原因是_溶有浓硝酸分解产生的NO2(或硝酸)等杂质__。
(4)在洗涤操作中，第二次水洗的作用是_洗去残留的NaOH及生成的钠盐等可溶性杂质__。
(5)在蒸馏纯化过程中，因硝基苯的沸点高于140 ℃，应选用空气冷凝管，不选用水直形冷凝管的原因是_以免直形冷凝管通水冷却时因玻璃管内外温差大而炸裂__。
(6)本实验所得到的硝基苯产率是_72%__。
[解析]　(1)装置B的名称是分液漏斗，装置C的作用是冷凝回流。
(2)不能，因为硝酸的密度比硫酸小，将浓硝酸加入浓硫酸易发生酸液迸溅。
(3)水浴加热可以控制温度在50～60 ℃。粗硝基苯呈黄色的原因是溶有浓硝酸分解产生的NO2等杂质。
(4)第二次水洗可以除去氢氧化钠及钠盐等可溶性杂质。
(5)用直形冷凝管可能因为内外温差过大而炸裂。
(6)理论上产生硝基苯的质量＝×123 g·mol－1≈25 g，则硝基苯的产率＝18÷25×100%＝72%。
考点三　定量测定实验
Z (课前)
1．(2016·天津)水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中溶解氧分子的质量表示，单位mg·L－1。我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源的DO不能低于5 mg·L－1。某化学小组同学设计了下列装置(夹持装置略)，测定某河水的DO。

Ⅰ.测定原理：
碱性条件下，O2将Mn2＋氧化为MnO(OH)2；
①2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2↓
酸性条件下，MnO(OH)2将I－氧化为I2；
②MnO(OH)2＋I－＋H＋―→Mn2＋＋I2＋H2O(未配平)
用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2；
③2S2O＋I2===S4O＋2I－
Ⅱ.测定步骤：
a．安装装置，检验气密性，充N2排尽空气后，停止充N2。
b．向烧瓶中加入200 mL水样。
c．向烧瓶中依次迅速加入1 mL MnSO4无氧溶液(过量)、2 mL碱性KI无氧溶液(过量)，开启搅拌器，至反应①完全。
d．搅拌并向烧瓶中加入2 mL H2SO4无氧溶液，至反应②完全，溶液为中性或弱酸性。
e．从烧瓶中取出40.00 mL溶液，以淀粉作指示剂，用0.01000 mol·L－1 Na2S2O3溶解进行滴定，记录数据。
f．……
g．处理数据(忽略氧气从水样中的逸出量和加入试剂后水样体积的变化)。
回答下列问题：
(1)配制以上无氧溶液时，除去所用溶剂水中氧的简单操作为_将溶剂水煮沸后冷却__。
(2)在橡胶塞处加入水样及有关试剂应选择的仪器是
_②__。
①滴定管　②注射器　③量筒
(3)搅拌的作用是_使溶液混合均匀，快速完成反应__。
(4)配平反应②的方程式，其化学计量数依次为_1,2,4,1,1,3__。
(5)步骤f为_重复步骤e的操作2－3次__。
(6)步骤e中达到滴定终点的标志为_溶液蓝色褪去(半分钟内不恢复颜色)__。若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50 mL，水样的DO＝_9.0__ mg·L－1(保留一位小数)。作为饮用水源，此次测得DO是否达标：_是__(填“是”或“否”)。
(7)步骤d中加入H2SO4溶液反应后，若溶液pH过低，滴定时会产生明显的误差。写出产生此误差的原因(用离子方程式表示，至少写出2个) 2H＋＋S2O===S↓＋SO2↑＋H2O　、 SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－　。
2．(2017·全国Ⅰ·26)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：
(1)a的作用是_避免b中压强过大__。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_防止暴沸__。f的名称是_直形冷凝管__。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水：打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路：停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是_c中温度下降，管路中形成负压__；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂，铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水，打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是_液封，防止氨气逸出__。
②e中主要反应的离子方程式为 NH＋OH－NH3↑＋H2O　，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_保温使氨完全蒸出__。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为 　%，样品的纯度≤ 　%。
[解析]　(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝mol，w(N)＝×100%＝%。C2H5NO2的相对分子质量为75，w(C2H5NO2)＝%×＝%。
3．(2018·天津·9)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：
Ⅰ.采样

采样系统简图
采样步骤：
①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140 ℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。
(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为_除尘__。
(2)C中填充的干燥剂是(填序号)_c__。
a．碱石灰　　b．无水CuSO4　　c．P2O5

(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。

(4)采样步骤②加热烟道气的目的是_防止NOx溶于冷凝水__。
Ⅱ.NOx含量的测定
将v L气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL该溶液，加入v1 mL c1 mol·L－1FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2 mol·L－1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2 mL。
(5)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为 2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O　。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有_锥形瓶、酸式滴定管__。
(7)滴定过程中发生下列反应：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为 ×104　mg·m－3。
(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
若缺少采样步骤③，会使测定结果_偏低__。
若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果_偏高__。
[解析]　(1)装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。
(2)C中填充的是干燥剂，除去H2O且不能与NOx反应，所以应选有酸性、干燥能力强的P2O5。
(3)D装置中装有碱液，用于除去NOx，作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图为。
(4)烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140 ℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。
(5)NO被H2O2氧化为NO，H2O2的还原产物为H2O，离子方程式为2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴定液呈酸性，所以选用酸式滴定管。
(7)滴定过程中发生下列反应：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
与Cr2O反应的Fe2＋的物质的量为6c2v2×10－3 mol，标准液中Fe2＋的物质的量为c1v1×10－3 mol，则与NO反应的Fe2＋的物质的量为(c1v1－6c2v2)×10－3 mol，NO的物质的量为 mol，则v L气样中折合成NO2的含量为 mol×46 g·mol－1××1 000 mg·g－1×1 000 L·m－3＝×104 mg·m－3。
(8)若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中NOx偏少，测定结果偏低。若FeSO4标准溶液部分变质，溶液中的Fe2＋浓度减小，消耗的FeSO4标准溶液体积增大，会使测定结果偏高。
R (课堂)

知能补漏
定量实验测量的方法
1．测量沉淀质量法：
先将某种成分转化为沉淀，然后称量过滤、洗涤、干燥后沉淀的质量再进行相关计算。
称量固体一般用托盘天平，精确度为0.1 g，但精确度高的实验中可使用分析天平或电子天平，可精确到0.000 1 g。
2．测量气体体积法：
(1)量气装置的设计：
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。

(2)读数时先要将其恢复室温后，再调整量气装置使两侧液面相平，最后读数要求视线与凹液面最低点相平。
3．测量气体质量法：
一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。
4．滴定法：
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
B (课后)
1．为精准测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量W0 g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理(除W0外)的是(　A　)
选项
实验方法
实验方案
测量数据
A
滴定法
将样品配成100 mL溶液，取10 mL，加入甲基橙，用标准盐酸滴定
消耗盐酸的体积
B
量气法
将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收
碱石灰增重的质量
C
重量法
样品放入烧瓶中，置于天平上，加入足量盐酸
减轻的质量
D
量气法
将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气
排水体积
2.青蒿素是烃的含氧衍生物，为无色针状晶体，易溶于丙酮、氯仿和苯中，在甲醇、乙醇、乙醚、石油醚中可溶解，在水中几乎不溶，熔点为156～157 ℃，热稳定性差，青蒿素是高效的抗疟药。已知：乙醚沸点为35 ℃，从青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理为基础的，主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。乙醚浸取法的主要工艺如图所示：

(1)对青蒿进行干燥破碎的目的是_增大青蒿与乙醚的接触面积，提高青蒿素的浸取率__。
(2)操作Ⅰ需要的玻璃仪器主要有烧杯、_漏斗、玻璃棒__，操作Ⅱ的名称是_蒸馏__。
(3)操作Ⅲ的主要过程可能是_B__(填字母)。
A．加水溶解，蒸发浓缩、冷却结晶
B．加95%的乙醇，浓缩、结晶、过滤
C．加入乙醚进行萃取分液
(4)用下列实验装置测定青蒿素分子式的方法如下：将28.2 g青蒿素样品放在硬质玻璃管C中，缓缓通入空气数分钟后，再充分燃烧，精确测定装置E和F实验前后的质量，根据所测数据计算。

①装置A、E、F中盛放的物质分别是_NaOH溶液__、_CaCl2(或P2O5)__、_碱石灰__。
②G的作用是_防止空气中的CO2和水蒸气进入F装置__。
③
装置
实验前/g
实验后/g
E
22.6
42.4
F
80.2
146.2
则测得青蒿素的最简式是_C15H22O5__，欲确定其分子式，则还需要的物理量为_相对分子质量或摩尔质量__。
3．(2017·天津)用沉淀滴定法快速测定NaI等碘化物溶液中c(I－)，实验过程包括准备标准溶液和滴定待测溶液。
Ⅰ.准备标准溶液
a．准确称取AgNO3基准物4.2468 g(0.0250 mol)后，配制成250 mL标准溶液，放在棕色试剂瓶中避光保存，备用。
b．配制并标定100 mL 0.1000 mol·L－1 NH4SCN标准溶液，备用。
Ⅱ.滴定的主要步骤
a．取待测NaI溶液25.00 mL于锥形瓶中。
b．加入25.00 mL 0.1000 mol·L－1 AgNO3溶液(过量)，使I－完全转化为AgI沉淀。
c．加入NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。
d．用0.1000 mol·L－1 NH4SCN溶液滴定过量的Ag＋，使其恰好完全转化为AgSCN沉淀后，体系出现淡红色，停止滴定。
e．重复上述操作两次。三次测定数据如下表：
实验序号
1
2
3
消耗NH4SCN标准溶液体积/mL
10.24
10.02
9.98
f.数据处理。
回答下列问题：
(1)将称得的AgNO3配制成标准溶液，所使用的仪器除烧杯和玻璃棒外还有_250mL(棕色)容量瓶、胶头滴管__。
(2)AgNO3标准溶液放在棕色试剂瓶中避光保存的原因是_AgNO3见光分解__。
(3)滴定应在pH＜0.5的条件下进行，其目的是_防止因Fe3＋的水解而影响滴定终点的判断(或抑制Fe3＋的水解)__。
(4)b和c两步操作是否可以颠倒_否__，说明理由_若颠倒，Fe3＋与I－反应，指示剂耗尽，无法判断滴定终点__。
(5)所消