高考化学答题技巧之化学综合实验 题型四 以无机物制备为载体的综合实验(原卷版)Word（29页）

题型四 以无机物制备为载体的综合实验 题型特点 规律： 明确实验目的―→找出实验原理→ 分析装置作用―→得出正确答案 审题、破题秘诀 ①审信息 题目中一般会告诉若干条信息，这些信息一定会应用在解题中 ②看步骤 明确实验设计中有哪些步骤 ③判原理 找出实现实验目的的原理 ④找作用 判断各个装置在实验中的作用 ⑤关注量 在计算时要关注题目中有哪些已知量，要计算哪些量 以无机物制备为载体的综合实验题是对元素及其化合物知识和化学实验仪器及操作技能的综 合考查，命题形式和命题角度灵活，同时也能够很好地考查学生的化学实验与探究能力，检测实 验探究与创新意识学科核心素养的形成，是多年来高考命题的热点、重点和难点。考查常见仪器 的正确使用、物质间的反应、物质分离、提纯的基本操作、实验方案的评价与设计、实验安全及 事故处理方法等。涉及装置的选择、仪器的连接顺序、物质的纯化、尾气的处理等等。试题涉及 知识面广，形式灵活多变。旨在考查考生化学实验与探究的能力及科学探究与创新意识的核心素 养。 方法支招 ①巧审题， 明确实验的 目的和原理 实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。 实验原理可从题给的化学情境(或题首所给实验目的)并结合元素化 合物等有关知识获取 ②想过程， 理清实验操 作的先后顺 序 根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方 法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序 ③看准图， 分析各项实 验装置的作 用 有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要 认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确 定它们在该实验中的作用 说明：细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。 一、物质制备题中的常考点 实验装置的 组合顺序 气体发生→除杂→干燥→主体实验→尾气处理 接口的连接原则 总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出；量气装置应 “短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“粗”进“细”出 实验操作顺序 气体发生一般按：装置选择与连接→气密性检査一装固体药品→加液体药品→开始 实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等 加热操作 注意事项 主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯，其目的一是防止爆 炸，如H2还原CuO、CO 还原Fe2O3；二是保证产品纯度，如制Mg3N2、CuCl2等。 反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气直到冷却为止 尾气处理 有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将其点燃，无毒气体直接排放 二、物质制备中常见的基本操作 如何检查沉淀 是否完全 静置后，在上层清液中继续滴加××溶液，若无沉淀生成，则说明沉淀完全 如何洗涤沉淀 沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水浸没沉淀表面，待水自然流下后，重复以上操作2 到3 次 如何检查沉淀 是否洗涤干净 取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加××溶液，振荡，若无沉淀产生，则沉淀洗涤 干净 从溶液中 获得晶体方法 ①晶体受热不分解：蒸发结晶 ②晶体受热分解：蒸发浓缩，降温(冷却)结晶 “浸取”提高 浸取率方法 将固体粉碎、适当升高温度、加过量的某种物质、搅拌 三、气体的制备 1．气体制备与性质实验装置的连接流程 2．有气体参与的制备实验的注意事项 (1)操作顺序问题 与气体有关的实验操作顺序：装置选择与连接 气密性检查 装入固体药品 加液体药品 按程序实验 拆卸仪器 (2)加热操作的要求 ①使用可燃性气体(如H2、CO、CH4等)时，先用原料气赶走系统内的空气，再点燃酒精灯加热，以防 止爆炸 ②制备一些易与空气中的成分发生反应的物质(如H2还原CuO 的实验)，反应结束时，应先熄灭酒精 灯，继续通原料气至试管冷却 (3)尾气处理的方法：有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将其点燃的方法，不能直接排放 (4)特殊实验装置 ①制备在空气中易吸水、潮解以及水解的物质(如Al2S3、AlCl3等)，往往在装置的末端再接一个干燥 装置，以防止空气中水蒸气的进入 ②用液体吸收气体，若气体溶解度较大，要加防倒吸装置 ③若制备物质易被空气中氧气氧化，应加排空气装置 ④制备的物质若为液态且易挥发时，应将收集装置置于冷水浴中 (5)冷凝回流 有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如 长玻璃管、冷凝管等) 四、物质制备中实验条件的控制 1．常见实验条件的控制方法 试剂的作用、用量、状态，温度的控制，pH 的调节等，要熟练掌握有关物质的制备原理，理解实验条 件控制的目的，知道常见实验条件的控制方法。 2．条件的控制 控制pH 的目的 ①除去加入的显酸性或显碱性的物质，防止引入杂质；②选择性除去原 料中的某种或全部的杂质金属离子；③除去生成物中的酸性物质，防止设 备腐蚀；④除去废液中酸性物质、碱性物质、重金属离子，防止环境污 染；⑤提供酸性或碱性介质参加反应；⑥与生成物反应促进平衡正向移动 控制温度的目的 ①实验中控制较低的温度可能是防止物质挥发或是增加物质的溶解量或 是防止物质分解速率加快 ②控制温度不能过高，可能是防止发生副反应或从化学平衡移动原理考 虑 与试剂 有关的条件控制 ①一是试剂的用量、浓度或滴加速度等 ②二是试剂的状态与固体表面积的大小 3．化学实验中温度控制的方法 加热 加快化学反应速率或使化学平衡向某方向移动 降温 防止某物质在高温时分解或使化学平衡向某方向移动 控制温度在 一定范围 若温度过低，则反应速率(或溶解速率)较慢；若温度过高，则某物质(如H2O2、 氨水、草酸、浓硝酸、铵盐等)会分解或挥发 水浴加热 受热均匀，温度可控，且温度不超过100 ℃ 冰水浴冷却 防止某物质分解或挥发 趁热过滤 保持过滤温度，防止温度降低后某物质析出 减压蒸发 减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如浓缩双氧水需减压蒸发低浓 度的双氧水溶液) 五、新情境下物质制备方案的设计 物质制备实验方案的设计应遵循以下原则： ①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。 整体思路 分析原料成分和制备的物质之间的关系，确定除杂操作和制备反应的先后顺 序 除杂设计 搞清除杂的原理，设计好除杂的先后顺序，一步或多步除去杂质 产品获取 基本要求 纯度高、产率高(一是减少产品的损失，二是防止副反应的发生) 控制条件 温度(说明具体的温度或范围)，pH(指明具体的pH 或范围)，反应物的 浓度或用量，洗涤试剂的选择，是否要趁热过滤等 六、实验“十大目的”及答题方向 加入某一物质的目的 一般可从洗涤、除杂、溶解、沉淀等方面考虑 反应前后 通入某一气体的目的 一般可从排除气体、提供反应物等方面考虑 酸(碱)浸的目的 一般可从某些元素从矿物中溶解出来方面考虑 物质洗涤 (水洗、有机物洗)的目的 一般可从洗去杂质离子和减少损耗方面及易干燥考虑 趁热过滤的目的 一般可从“过滤”和“趁热”两个方面考虑 控制温度的目的 一般可从反应速率、平衡移动、溶解度、稳定性、挥发、升华 等方面考虑 控制pH 的目的 一般可从酸、碱性对反应的影响方面考虑 某一实验操作的目的 一般可从除杂、检验、收集、尾气处理、防倒吸、改变反应速 率、保证实验安全等方面考虑 使用某一仪器的目的 一般可从仪器的用途方面考虑，注意一些组合仪器的使用如安 全瓶，量气瓶 控制加入量的目的 一般可从加入的物质与反应体系中的其他物质发生的反应方面 考虑。如为了防止发生反应消耗产物或生成其他物质，从而影 响产品的产率或纯度 1．(2023•浙江省1 月选考，20) (10 分)某研究小组制备纳米ZnO，再与金属有机框架(MOF)材料复合制 备荧光材料ZnO@MOF，流程如下： 已知：①含锌组分间的转化关系： ②ε-Zn(OH)2是Zn(OH)2的一种晶型，39℃以下稳定。 请回答： (1)步骤Ⅰ，初始滴入ZnSO4溶液时，体系中主要含锌组分的化学式是___________。 (2)下列有关说法不正确的是___________。 A．步骤Ⅰ，搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高，使反应充分 B．步骤Ⅰ，若将过量 溶液滴入ZnSO4溶液制备ε-Zn(OH)2，可提高ZnSO4的利用率 C．步骤Ⅱ，为了更好地除去杂质，可用 的热水洗涤 D．步骤Ⅲ，控温煅烧的目的是为了控制 的颗粒大小 (3)步骤Ⅲ，盛放样品的容器名称是___________。 (4)用Zn(CH3COO)2和过量(NH4)2CO3反应，得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米ZnO，沉淀无需洗涤的 原因是___________。 (5)为测定纳米ZnO 产品的纯度，可用已知浓度的 标准溶液滴定 。从下列选项中选择合理 的仪器和操作，补全如下步骤[“___________”上填写一件最关键仪器，“(___________)”内填写一种操作， 均用字母表示]。___________ 用___________(称量ZnO 样品 )→用烧杯(___________)→用___________(___________)→用移液管(_ __________)→用滴定管(盛装 标准溶液，滴定 ) 仪器：a.烧杯；b.托盘天平；c.容量瓶；d.分析天平；e.试剂瓶 操作：f.配制一定体积的Zn2+溶液；g.酸溶样品；h.量取一定体积的Zn2+溶液；i.装瓶贴标签 (6)制备的ZnO@MOF 荧光材料可测Cu2+浓度。已知ZnO@MOF 的荧光强度比值与Cu2+在一定浓度范 围内的关系如图。 某研究小组取7.5×10-3g 人血浆铜蓝蛋白(相对分子质量1.5×105)，经预处理，将其中Cu 元素全部转化 为Cu2+并定容至1L。取样测得荧光强度比值为10.2，则1 个血浆铜蓝蛋白分子中含___________个铜原子。 2．(2022•湖南选择性考试)某实验小组以 溶液为原料制备BaCl2·2H2O，并用重量法测定产品中 BaCl2·2H2O 的含量。设计了如下实验方案： 可选用试剂：NaCl 晶体、BaS 溶液、浓H2SO4、稀H2SO4、CuSO4溶液、蒸馏水 步骤1. BaCl2·2H2O 的制备 按如图所示装置进行实验，得到BaCl2溶液，经一系列步骤获得BaCl2·2H2O 产品。 步骤2，产品中BaCl2·2H2O 的含量测定 ①称取产品0.5000g，用 水溶解，酸化，加热至近沸； ②在不断搅拌下，向①所得溶液逐滴加入热的0.100 mol·L-1H2SO4溶液， ③沉淀完全后，60℃水浴40 分钟，经过滤、洗涤、烘干等步骤，称量白色固体，质量为0.4660g。 回答下列问题： (1)Ⅰ是制取_______气体的装置，在试剂a 过量并微热时，发生主要反应的化学方程式为_______； (2)Ⅰ中b 仪器的作用是_______；Ⅲ中的试剂应选用_______； (3)在沉淀过程中，某同学在加入一定量热的H2SO4溶液后，认为沉淀已经完全，判断沉淀已完全的方 法是_______； (4)沉淀过程中需加入过量的H2SO4溶液，原因是_______； (5)在过滤操作中，下列仪器不需要用到的是_______(填名称)； (6)产品中BaCl2·2H2O 的质量分数为_______(保留三位有效数字)。 3．(2022•重庆卷)研究小组以无水甲苯为溶剂，PCl5(易水解)和NaN3为反应物制备米球状红磷。该红 磷可提高钠离子电池的性能。 (1)甲苯干燥和收集的回流装置如图1 所示(夹持及加热装置略)。以二苯甲酮为指示剂，无水时体系呈 蓝色。 ①存贮时，Na 应保存在_____中。 ②冷凝水的进口是______(填“a”或“b”)。 ③用Na 干燥甲苯的原理是_____(用化学方程式表示)。 ④回流过程中，除水时打开的活塞是_____；体系变蓝后，改变开关状态收集甲苯。 (2)纳米球状红磷的制备装置如图2 所示(搅拌和加热装置略)。 ①在Ar 气保护下，反应物在A 装置中混匀后转入B 装置，于280℃加热12 小时，反应物完全反应。 其化学反应方程式为_____。用Ar 气赶走空气的目的是_____。 ②经冷却、离心分离和洗涤得到产品，洗涤时先后使用乙醇和水，依次洗去的物质是_____和_____。 ③所得纳米球状红磷的平均半径R 与B 装置中气体产物的压强p 的关系如图3 所示。欲控制合成 R=125nm 的红磷，气体产物的压强为_____kPa，需NaN3的物质的量为______mol(保留3 位小数)。已知： p=a×n，其中a=2.5×105kPa•mol-1，n 为气体产物的物质的量。 4．(2022•江苏卷，15)实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3，其部分实验过 程如下： (1)“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3+并放出O2，该反应的离子方程式为_______。 (2)pH 约为7 的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2(CO3)3沉淀，该沉淀中 含量与加料方式 有关。得到含Cl-量较少的Ce2(CO3)3的加料方式为_______(填序号)。 A．将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中 B．将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中 (3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备 含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有机萃取剂 (简称HA)萃取，其萃取原理可表示为 Ce3+ (水层)+3HA(有机层) Ce(A)3 (有机层)+3H+(水层) ①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是_______。 ②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。使Ce3+尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或 采取的实验操作有_______(填两项)。 ③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce2(CO3)3溶液的滤液中，物质的量减小的离子有_______(填 化学式)。 (4)实验中需要测定溶液中Ce3+的含量。已知水溶液中 可用准确浓度的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定。 以苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，滴定终点时溶液由紫红色变为亮黄色，滴定反应为 。 请补充完整实验方案：①准确量取25.00mL Ce3+溶液[c(Ce3+)约为0.2 mol·L-1]，加氧化剂将 完全氧化并 去除多余氧化剂后，用稀硫酸酸化，将溶液完全转移到 容量瓶中后定容；②按规定操作分别将 0.02000 mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2和待测 溶液装入如图所示的滴定管中：③_______。 1．(2024·辽宁省锦州市高三期末考试节选)硫脲[CS(NH2)2]可用于制造药物，也可用作橡胶的硫化促进 剂以及金属矿物的浮选剂。硫脲是一种白色晶体，熔点180℃，易溶于水和乙醇，高温时部分发生异构化 反应而生成硫氰化铵。化学小组在实验室制备硫脲并对其在产品中的含量进行测定，相关实验如下。回答 下列问题： I．硫脲的制备 已知：将氰氨化钙(CaCN2)和水的混合物加热至80℃时，通入硫化氢气体反应可生成硫脲溶液和石灰 乳，实验装置如图所示(加热装置已省略)。 (1)M 的名称为 。 (2)装置B 中的试剂X 和试剂Y 的最佳组合是 (填序号)。 A．FeS 固体和浓硫酸 B．FeS 固体和稀硝酸 C．FeS 固体和稀盐酸 (3)按气流从左到右的方向，装置的合理连接顺序为c→ (填仪器接口的小写字母)。 (4)装置A 中饱和NaHS 溶液的作用是 。 (5)装置C 中反应温度控制在80℃，温度不宜过高也不宜过低的原因是 ，装置C 中反应的化学 方程式为 。 2．葡萄糖酸亚铁(C6H11O7)2Fe 是常用的补铁剂，易溶于水。用如图装置制备FeCO3，提取出的FeCO3 与葡萄糖酸反应可得葡萄糖酸亚铁。请回答下列问题： (1)装置c 的名称为 (2)打开K1、K3，关闭K2，开始反应。一段时间后关闭K3，打开K2。在装置c 中制得碳酸亚铁。实验 过程中产生的H2作用有_____________________________ (3)将制得的碳酸亚铁浊液过滤、洗涤。如过滤时间过长会发现产品部分变为红褐色，用化学方程式说 明其原因：_________________________________________________ (4)将葡萄糖酸与碳酸亚铁混合，加入乙醇、过滤、洗涤、干燥。加入乙醇的目的是_________________ ________ (5)用NaHCO3溶液代替Na2CO3溶液制备碳酸亚铁，同时有气体产生，该反应的离子方程式为________ _________，此法产品纯度更高，原因是___________________________________________ 3．四氯化锡常温下呈液态，熔点为－33 ℃，沸点为144 ℃，在潮湿的空气中能强烈水解生成金属氧 化物并产生有刺激性的白色烟雾，可用作媒染剂、催化剂等。实验室利用如图所示装置制备四氯化锡(夹持 装置略) 回答下列问题： (1)甲装置中发生反应的离子方程式为__________________________________________，仪器B 的名称 是________ (2)按照气流方向连接装置，接口顺序为__________________________________ (3)实验开始时需向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸，此时应打开仪器A 的活塞________(填“K1”“K2”或 “K1和K2”)。排尽装置中的空气后才能点燃乙处的酒精灯，判断装置中空气已排尽的现象是____________ ________。实验结束时，应先停止加热的装置是________(填“甲”或“乙”) (4)丙装置的作用是________________________，若没有丙装置，可能发生的化学反应方程式为_______ ________ (5)实验制得30 g 溶有氯气的SnCl4，其中氯气质量分数为13.0%，则至少需向乙装置中通入标准状况的 氯气________L(保留2 位小数)。提纯该SnCl4的方法是________(填字母) a．用NaOH 溶液洗涤再蒸馏 b．升华 c．重结晶 d．蒸馏 e．过滤 4．二氯异氰尿酸钠(C3N3O3Cl2Na)，又名羊毛整理剂DC、优氯净，是一种用途广泛的广谱、高效、低 毒的消毒杀菌剂，具有较强的氧化性。其一种工业制备方法为氰尿酸与次氯酸钠反应，在实验室模拟其反 应原理如图所示(夹持装置已略去)：2C3H3N3O3＋3NaClO＋Cl2===2C3N3O3Cl2Na＋NaCl＋3H2O Ⅰ．实验过程：首先是氯气与烧碱反应制得浓度约为10%左右的次氯酸钠溶液，然后注入C3H3N3O3的 吡啶溶液。 (1)仪器a 的名称是________________，装置