高考化学复习第五部分专题二十四化学实验探究实验方案的设计与评价真题链接

专题二十四 化学实验探究 实验方案的设计与评价1．（加试题）（2016·浙江10月）某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu （NO 3）2·3H 2O 晶体，并进一步探究用SOCl 2制备少量无水Cu （NO 3）2。

设计的合成路线如下： Cu 屑（含Fe ）――→足量HNO 3①――→调pH ②Cu （NO 3）2 溶液――→ ③Cu （NO 3）2·3H 2O 晶体――→SOCl 2④ 无水Cu （NO 3）2已知：Cu （NO 3）2·3H 2O ――→170 ℃Cu （NO 3）2·Cu（OH ）2――→200 ℃CuOSOCl 2熔点－105 ℃、沸点76 ℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体。

请回答：（1）第②步调pH 适合的物质是 （填化学式）。

（2）第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤等步骤，其中蒸发浓缩的具体操作是____________________________________。

为得到较大颗粒的Cu （NO 3）2·3H 2O 晶体，可采用的方法是 （填一种）。

（3）第④步中发生反应的化学方程式是___________________________。

（4）第④步，某同学设计的实验装置示意图（夹持及控温装置省略，如图1）有一处不合理，请提出改进方案并说明理由____________________________。

图1装置改进后，向仪器A 中缓慢滴加SOCl 2时，需打开活塞 （填“a”、“b”、或“a 和b”）。

（5）为测定无水Cu （NO 3）2产品的纯度，可用分光光度法。

已知：4NH 3·H 2O ＋Cu 2＋===Cu （NH 3）2＋4＋4H 2O ；Cu （NH 3）2＋4对特定波长光的吸收程度（用吸光度A 表示）与Cu 2＋在一定浓度范围内成正比。

现测得Cu （NH 3）2＋4的吸光度A 与Cu 2＋标准溶液浓度关系如图2所示：图2准确称取0.3150 g 无水Cu （NO 3）2，用蒸馏水溶解并定容至100 mL ，准确移取该溶液10.00 mL ，加过量NH 3·H 2O ，再用蒸馏水定容至100 mL ，测得溶液吸光度A ＝0.620，则无水Cu （NO 3）2产品的纯度是 （以质量分数表示）。

解析 （1）调节pH 促进Fe 3＋水解生成Fe （OH ）3沉淀，除去Fe 3＋杂质。

加入能和H ＋反应的物质，并且保证“不引入杂质”，用铜的化合物，如CuO 、Cu （OH ）2、CuCO 3、Cu 2（OH ）2CO 3等。

（2）蒸发浓缩的操作需要用到蒸发皿，加热到表面有晶膜（不能加热到有大量晶体析出，那是蒸发结晶）。

可以通过减缓冷却结晶的速率来控制晶体的大小，速率慢，晶体颗粒较大。

（3）反应物为Cu （NO 3）2·3H 2O 和SOCl 2，生成物有Cu （NO 3）2及两种酸性气体SO 2和HCl （可能理解为SOCl 2与水反应）。

（4）由于制备无水Cu （NO 3）2，为了防止B 中有水蒸气进入A 中，在A 、B 装置之间增加干燥装置。

由于采用恒压滴液漏斗，只需要打开活塞b 就可以放出液体（因为有连通管，使内、外压强相等，有利于液体流出）。

（5）当A ＝0.620时，此时相当于c （Cu 2＋）＝1.55×10－3 mol·L －1，n （Cu 2＋）＝1.55×10－3 mol·L －1×0.1 L＝1.55×10－4 mol ，Cu （NO 3）2%＝1.55×10－4mol ×100 mL 10 mL ×188 g·mol －10.315 g×100%＝92.5%。

答案 （1）CuO 或Cu （OH ）2或Cu 2（OH ）2CO 3（2）将溶液转移至蒸发皿中，控制温度加热至溶液表面形成一层晶膜 减慢冷却结晶的速度（3）Cu （NO 3）2·3H 2O ＋3SOCl 2===Cu （NO 3）2＋3SO 2↑＋6HCl↑（4）在A 、B 之间增加干燥装置，防止B 中水蒸气进入反应器A b（5）92.5%2．（加试题）（2015·浙江10月）纳米CdSe（硒化镉）可用作光学材料。

在一定条件下，由Na2SO3和Se（硒，与S为同族元素）反应生成Na2SeSO3（硒代硫酸钠）；再由CdCl2形成的配合物与Na2SeSO3反应制得CdSe纳米颗粒。

流程图如下：注：①CdCl2能与配位剂L形成配合物[Cd（L）n]Cl2[Cd（L）n]Cl2===[Cd（L）n]2＋＋2Cl－；[Cd（L）n]2＋Cd2＋＋n L②纳米颗粒通常指平均粒径为1～100 nm的粒子请回答：（1）图1加热回流装置中，仪器a的名称是，进水口为（填“1”或“2”）。

图1（2）①分离CdSe纳米颗粒不宜采用抽滤的方法，理由是______________________________________________________________________。

②有关抽滤，下列说法正确的是。

图2A．滤纸应比漏斗内径略小，且能盖住所有小孔B．图2抽滤装置中只有一处错误，即漏斗颈口斜面没有对着吸滤瓶的支管口C．抽滤得到的滤液应从吸滤瓶的支管口倒出D．抽滤完毕后，应先拆下连接抽气泵和吸滤瓶的橡皮管，再关水龙头，以防倒吸（3）研究表明，CdSe的生成分成两步：①SeSO2－3在碱性条件下生成HSe－；②HSe－与Cd2＋反应生成CdSe。

完成第①步反应的离子方程式SeSO2－3＋===HSe－＋。

写出第②步反应的离子方程式_______________________________________。

（4）CdSe纳米颗粒的大小影响其发光性质。

某研究小组在一定配位剂浓度下，探究了避光加热步骤中反应时间和温度对纳米颗粒平均粒径的影响，如图3所示；同时探究了某温度下配位剂浓度对纳米颗粒平均粒径的影响，如图4所示。

图3图4下列说法正确的是。

A．改变反应温度和反应时间，可以得到不同发光性质的CdSe纳米颗粒B．在图3所示的两种温度下，只有60 ℃反应条件下可得到2.7 nm的CdSe纳米颗粒C．在其他条件不变时，若要得到较大的CdSe纳米颗粒，可采用降低温度的方法D．若要在60 ℃得到3.0 nm的CdSe纳米颗粒，可尝试降低配位剂浓度的方法解析本题是一道考查化学实验和化学平衡相关知识的综合题。

主要涉及加热回流装置中仪器识别、抽滤即减压过滤的实验操作和化学平衡移动、离子方程式的书写、影响化学平衡的外界因素等知识。

（1）在图1加热回流装置中，仪器a的名称是冷凝管，冷凝管进水为下进上出，故进水口为2；（2）①抽滤即减压过滤，采用这种过滤的主要目的是过滤速度较快；可以得到比较干燥的沉淀，减压过滤不宜用于过滤胶状沉淀或颗粒太小的沉淀，胶状沉淀在快速过滤时易透过滤纸；沉淀颗粒太小则易在滤纸上形成一层密实的沉淀，溶液不易透过。

②抽滤装置主要有布氏漏斗、吸滤瓶、安全瓶、抽气泵等仪器组成。

安全瓶的作用是防止倒吸，安全瓶内的导管应“短进长出”。

布氏漏斗的颈口斜面应与吸滤瓶的支管口相对，以便于吸滤。

吸滤完毕后，应先拆下连接抽气泵和吸滤瓶的橡皮管，然后关闭水龙头。

抽滤得到的滤液应从吸滤瓶的上口倒出。

在图2抽滤装置中有两处错误，还有一处错误是安全瓶内导管不能“长进短出” ，故选项B错误；抽滤得到的滤液应从吸滤瓶的上口倒出，选项C错误；由上可知选项AD正确。

（3）根据题意，CdSe的生成分两步：①SeSO2－3在碱性条件下生成HSe－；②HSe－与Cd2＋反应生成CdSe。

这里把握在“碱性条件下”反应，是写反应的离子方程式的关键，再按照电荷守恒、原子守恒，就可写出第①步、第②步的反应的离子方程式。

第①步反应的离子方程式为：SeSO2－3＋OH－===HSe－＋SO2－4；第②步反应的离子方程式为：HSe－＋Cd2＋＋OH－===CdSe＋H2O。

（4）分析图3中两条不同温度（100 ℃和60 ℃）下，CdSe纳米颗粒平均粒径与反应时间的变化曲线可知，时间相同，温度不同，CdSe纳米颗粒平均粒径不同；同一温度下，反应时间不同，得到的CdSe纳米颗粒平均粒径也不同，故改变反应温度和反应时间，可以得到不同发光性质的CdSe纳米颗粒，A正确；分析图3中两条不同温度（100 ℃和60 ℃）下，CdSe纳米颗粒平均粒径与反应时间的变化曲线可知，在图3所示的两种温度下，只要控制好反应时间均可得到2.7 nm的CdSe纳米颗粒，故B错误；分析图3中两条不同温度（100 ℃和60 ℃）下，CdSe纳米颗粒平均粒径与反应时间的变化曲线可知，时间相同，温度越高，CdSe纳米颗粒平均粒径越大，所以在其他条件不变时，若要得到较大的CdSe纳米颗粒应采用升高温度的方法，C错误；分析图4中配位剂浓度与CdSe纳米颗粒平均粒径关系的曲线可知，配位剂浓度越大，CdSe纳米颗粒平均粒径越小，故若要在60℃得到3.0 nm的CdSe 纳米颗粒，可尝试降低配位剂浓度的方法，D正确。

故选AD。

答案（1）冷凝管 2（2）①抽滤不宜用于过滤胶状沉淀或颗粒太小的沉淀②AD（3）SeSO2－3＋OH－===HSe－＋SO2－4HSe－＋Cd2＋＋OH－===CdSe＋H2O（4）AD3．（加试题）（2015·江苏化学，19）实验室用下图所示装置制备KClO溶液，并通过KClO 溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。

已知K2FeO4具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0 ℃～5 ℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3＋和Fe（OH）3催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2。

（1）装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为__________________________________________，将制备的Cl2通过装置B可除去（填化学式）。

（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。

在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0 ℃～5 ℃进行，实验中可采取的措施是、。

（3）制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe（NO3）3饱和溶液的混合方式为。

（4）提纯K2FeO4粗产品[含有Fe（OH）3、KCl等杂质]的实验方案为：将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol·L－1 KOH溶液中，（实验中须使用的试剂有：饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）。