2021届高考化学二轮复习专题突破高考真题1-14-实验方案的设计与评价.docx

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1．(2022·新课标Ⅱ)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下试验。
①氨的测定：精确称取w g X，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10% NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1 mL c1 mol·L－1的盐酸标准溶液吸取。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2 mol·L－1 NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。

氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)
②氯的测定：精确     称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至消灭淡红色沉淀不再消逝为终点(Ag2CrO4为砖红色)。
回答下列问题：
(1)装置中平安管的作用原理是_____________________。
(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用________式滴定管，可使用的指示剂为________。
(3)样品中氨的质量分数表达式为_______________________。
(4)测定氨前应当对装置进行气密性检验，若气密性不好测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的缘由是__________；
滴定终点时，若溶液中c(Ag＋)＝2.0 ×10－5 mol·L－1，c(CrO)为________mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
(6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为________。制备X的化学方程式为_________________；X的制备过程中温度不能过高的缘由是______________________。
答案：(1)当A中压力过大时，平安管中液面上升，使A瓶中压力稳定　(2)碱　酚酞(或甲基红)
(3)×100%　(4)偏低　(5)防止硝酸银见光分解　2.8×10－3　(6)＋3　2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O　温度过高过氧化氢分解、氨气逸出
解析：(1)若没有A中的平安管，当A中产生气体时，会因装置压力过大发生危急，反之，有平安管存在，当A中压力过大时，平安管中的液面会上升，使A瓶中压力稳定。
(2)由题意知，用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，NaOH溶液应放入碱式滴定管中，可使用酚酞作指示剂，滴定至终点时溶液由无色变为浅红色。
(3)已知盐酸的总的物质的量为c1 mol·L－1×V1 mL×10－3 L·mL－1＝c1V1×10－3 mol，NH3反应完后剩余的盐酸用NaOH标准溶液滴定，可求出剩余的盐酸为c2×V2×10－3 mol，由NH3＋HCl===NH4Cl可求出NH3的物质的量。进而求出w g X中的含氨量，即：
×100%。
(4)若装置气密性不好，会有NH3外逸，而不被HCl吸取，则剩余的HCl的物质的量会增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中计算式可知氨的测定结果偏低。
(5)AgNO3是见光易分解的物质，使用棕色滴定管的目的是防止AgNO3分解而影响试验结果；由Ag2CrO4的溶度积常数Ksp＝1.12×10－12，c(Ag＋)＝2.0×10－5 mol·L－1，可求出c(CrO)＝＝mol·L－1＝2.8×10－3 mol·L－1。
(6)样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，可写出化学式为[Co(NH3)6]Cl3，由化合物中正负化合价代数和为0计算，NH3整体为0价，氯为－1价，故Co为＋3价；从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O。由于温度过高时H2O2易分解，NH3易挥发，故制备过程中温度不能过高，否则H2O2分解，NH3挥发。
2．(2022·江苏化学，节选)磷酸铁(FePO4·2H2O，难溶于水的米白色固体)可用于生产药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料。试验室可通过下列试验制备磷酸铁。
(1)称取肯定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤。反应加热的目的是
_____________________________________________________。
(2)向滤液中加入肯定量H2O2氧化Fe2＋。为确定加入H2O2的量，需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2＋，离子方程式如下：
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
①在向滴定管中注入K2Cr2O7标准溶液前，滴定管需要检漏、______________和__________________。
②若滴定x mL滤液中的Fe2＋，消耗a mol·L－1K2Cr2O7标准溶液b mL，则滤液中c(Fe2＋)＝________mol·L－1。
③为使滤液中的Fe2＋完全被H2O2氧化，下列试验条件把握正确的是________(填序号)。
A．加入适当过量的H2O2溶液
B．缓慢滴加H2O2溶液并搅拌
C．加热，使反应在较高温度下进行
D．用氨水调整溶液pH＝7
(3)将肯定量的Na2HPO4溶液(溶液显碱性)加入含有Fe3＋的溶液中，搅拌、过滤、洗涤、干燥得到FePO4·2H2O。若反应得到的FePO4·2H2O固体呈棕黄色，则磷酸铁中混有的杂质可能为_____。
答案：(1)加快铁与稀硫酸反应速率
(2)①用蒸馏水洗净　用K2Cr2O7标准溶液润洗2～3次
②　③AB　(3)Fe(OH)3(或氢氧化铁)
解析：(1)温度越高反应速率越快，因此加热可以加快反应的速率。(2)①滴定管要先用蒸馏水洗涤，再用待装液体润洗。②依据题给离子方程式可知，n(Fe2＋)＝6n(Cr2O)，c(Fe2＋)＝＝＝ mol·L－1。③加入过量的H2O2，可以使Fe2＋充分被氧化；缓慢滴加H2O2并搅拌，可以使反应更充分；加热会使H2O2发生分解；加入氨水会使Fe2＋转化为沉淀。故答案为AB。(3)由于碱性溶液中Fe3＋反应生成红褐色的Fe(OH)3沉淀，从而使得到的FePO4·2H2O固体呈棕黄色。
3．(2022·天津高考)Na2S2O3是重要的化工原料，易溶于水，在中性或碱性环境中稳定。
Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
反应原理：Na2SO3(aq)＋S(s)Na2S2O3(aq)
试验步骤：
①称取15 g Na2SO3加入圆底烧瓶中，再加入80 mL蒸馏水。另取5 g研细的硫粉，用3 mL乙醇润湿，加入上述溶液中。

②安装试验装置(如图所示，部分夹持装置略去)，水浴加热，微沸60分钟。
③趁热过滤，将滤液水浴加热浓缩，冷却析出Na2S2O3·5H2O，经过滤、洗涤、干燥，得到产品。
回答问题：
(1)硫粉在反应前用乙醇润湿的目的是
_____________________________________________________。
(2)仪器a的名称是________，其作用是________。
(3)产品中除了有未反应的Na2SO3外，最可能存在的无机杂质是________。检验是否存在该杂质的方法是_____________________。
(4)该试验一般把握在碱性环境下进行，否则产品发黄，用离子反应方程式表示其缘由：__________________________。
Ⅱ.测定产品纯度
精确     称取W g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂，用0.100 0 mol·L－1碘的标准溶液滴定。反应原理为：2S2O＋I2===S4O＋2I－

(5)滴定至终点时，溶液颜色的变化：________________。
(6)测定起始和终点的液面位置如图，则消耗碘的标准溶液体积为________mL。产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M)______________________________________________________。
Ⅲ.Na2S2O3的应用
(7)Na2S2O3还原性较强，在溶液中易被Cl2氧化成SO，常用作脱氯剂，该反应的离子方程式为__________________________。
答案：(1)使硫粉易于分散到溶液中　(2)冷凝管　冷凝回流
(3)Na2SO4　取少量产品溶于过量稀盐酸，过滤，向滤液中加BaCl2溶液，若有白色沉淀，则产品中含有Na2SO4
(4)S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O
(5)由无色变蓝色　(6)18.10　×100%
(7)S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋
解析：(1)硫粉难溶于水，微溶于乙醇，故硫粉用乙醇润湿后易集中到溶液中。(2)装置中仪器a(冷凝管)可以将挥发出的乙醇冷凝回流到烧瓶中。(3)因反应物Na2SO3易被空气中的氧气氧化成Na2SO4，故可能存在的无机杂质是Na2SO4；检验产品中是否含有Na2SO4，即检验SO是否存在，需要防止SO的干扰，故不能用具有强氧化性的硝酸酸化，而应用盐酸酸化，过滤除去不溶物，再向滤液中滴加氯化钡溶液。(4)产品发黄，说明产品中含有硫杂质，这是由于在酸性环境中Na2S2O3不稳定，发生反应：2H＋＋S2O===S↓＋SO2↑＋H2O。(5)滴定终点时，过量的单质碘使无色的淀粉溶液变蓝，可指示滴定终点。(6)起始读数为0.00 mL，终点读数为18.10 mL，所以消耗碘的标准溶液的体积为18.10 mL－0.00 mL＝18.10 mL；依据2Na2S2O3·5H2O～2S2O～I2，得n(Na2S2O3·5H2O)＝2n(I2)＝2×0.100 0 mol·L－1×18.10×10－3 L＝3.620×10－3 mol，则产品的纯度＝×100%＝×100%。(7)S2O被Cl2氧化成SO，Cl2被还原为Cl－，首先依据化合价升降总值相等写出S2O ＋4Cl2―→2SO＋8Cl－，然后依据原子守恒和电荷守恒配平得：S2O ＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋。
4．(2021·安徽理综)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组争辩发觉，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步争辩有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
(1)在25 ℃下，把握光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调整不同的初始pH和肯定浓度草酸溶液用量，做对比试验，完成以下试验设计表(表中不要留空格)。
试验
编号
初始pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60

测得试验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。

(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)试验①和②的结果表明________________；试验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝____________________mol·L－1·min－1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：Fe2＋起催化作用；
假设二：________________；
假设三：________________；
……
(5)请你设计试验验证上述假设一，完成下表中内容。
[除了上述试验供应的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]
试验方案(不要求写具体操作过程)
预期试验结果和结论
答案：(1)
试验
编号
初始pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
③20
20

(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响　
(4)Al3＋起催化作用　SO起催化作用
(5)
试验方案
(不要求写具体操作过程)
预期试验结果和结论
用等物质的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替试验①中的铁明矾，把握其他反应条件与试验①相同，进行对比试验
反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O)大于试验①中的c(Cr2O)，则假设一成立；若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立
(本题属于开放性试题，合理答案均可)
解析：(1)依据题设要求，①和②数据对比可得出不同pH对反应速率的影响，②和③数据对比可得出草酸用量对反应速率的影响。依据试验单一变量原则，设计试验③时，只能允许草酸用量发生变化，且保证混合溶液其他成分浓度变化相同，故保证②和③中混合溶液总体积相同。本题可以选择的组合有多种。例如：
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
20
20
或15
25
25
15
a(0<a<40，且a≠10)
40－a
(3)由试验①和②及对应图像可知溶液pH对该反应速率有影响。pH越小，图像斜率越大，说明反应速率越快。依据图像中①的变化可以求出v(Cr2O)＝ mol·L－1·min－1，再结合反应Cr2O＋3C2O＋14H＋===2Cr3＋＋6CO2↑＋7H2O可得关第式：v(Cr3＋)＝mol·L－1·min－1。(4)分析铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]的成分，可以提出另外两个假设分别是Al3＋起催化作用，SO起催化作用。(5)完成本试验的关键是选择对比试验并把握单一变量(Fe2＋的有和无)。最简捷的做法为选择试验①作为参照试验，该试验用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替试验①中的铁明矾，并把握其他试验条件与①相同，进行对比试验。另外，还可以选择②或③作为参照试验，其他操作相同。本题也可以另外设计对比试验，例如：
试验方案
预期试验结果和结论
在两支盛有相同草酸和废水的试管中，一支加入少量K2SO4固体，另一支加入少量FeSO4固体，把握其他变量相同
反应进行相同时间后，若加入FeSO4的试管中c(Cr2O)的变化较大，则假设一成立，反之不成立
5.(2021·江苏高考)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸取的高效铁制剂，可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备：
FeSO4＋Na2CO3===FeCO3↓＋Na2SO4
FeCO3＋C6H8O7===FeC6H6O7＋CO2↑＋H2O
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开头沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)。
金属离子
开头沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3＋
1.1
3.2
Al3＋
3.0
5.0
Fe2＋
5.8
8.8
(1)制备FeCO3时，选用的加料方式是________(填字母)，缘由是____________________________。
a．将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中
b．将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c．将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是___________________________________________________。
(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80 ℃下搅拌反应。
①铁粉的作用是______________________________________。
②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是________。
(4)最终溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。分别过程中加入无水乙醇的目的是____________________________________。

(5)某争辩性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分是Fe2O3、SiO2、Al2O3)动身，先制备绿矾，再合成柠檬酸亚铁。请结合图中的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的试验步骤(可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液)：向肯定量
烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，____________________，
得到FeSO4溶液，________________________________，
得到FeSO4·7H2O晶体。
答案：(1)c　避开生成Fe(OH)2沉淀
(2)取最终一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤洁净
(3)①防止＋2价的铁元素被氧化　②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全
(4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出
(5)“(过滤，)向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调整反应液的pH约为5，过滤”或“过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤”　(滴加稀硫酸酸化，)加热浓缩得到60 ℃饱和溶液，冷却至0 ℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥
解析：(1)Fe2＋开头生成Fe(OH)2的pH为5.8，为防止Fe(OH)2的生成，应将Na2CO3溶液滴加到FeSO4溶液中制备FeCO3。(2)沉淀洗涤的目的是除去沉淀吸附的可溶性杂质，由制备反应可知FeCO3沉淀表面吸附的离子有Na＋、SO、CO等，检验其中某种离子是否存在即可证明沉淀是否已洗净，实际检验时应尽量选择现象明显、灵敏度高的离子来检验，本题选择检验SO是否存在较为合适，具体操作见答案。(3)因Fe2＋易被空气中的O2氧化，故应加入铁粉防止Fe2＋被氧化，过量的铁粉可加入适量柠檬酸使之完全反应生成柠檬酸亚铁。(4)“醇析法”在《试验化学》中已有涉及，加入乙醇可降低产品在水中的溶解量，有利于晶体结晶析出。(5)硫铁矿烧渣与足量稀硫酸充分反应后，过滤滤去SiO2，为除去滤液中的Al3＋，可调整溶液pH约为5，但此时滤液中Fe3＋也已沉淀完全，故在调pH之前需先加入过量铁粉将Fe3＋还原成Fe2＋。从FeSO4·7H2O溶解度曲线可知，要从FeSO4溶液中获得FeSO4·7H2O晶体，应先将溶液加热浓缩得到60 ℃饱和溶液，然后再冷却结晶，过滤得到晶体后，为削减晶体洗涤时的溶解损耗，洗涤剂应选择冰水。为防止晶体干燥时脱水，应选择低温干燥或真空干燥等方式。