2022版高考化学一轮复习 第十章 实验方案的设计与评价学案 新人教版

第十章实验方案的设计与评价
考点实验的设计与评价(命题指数★★★★★)
命题角度1:定性实验方案的设计与评价
【典例1】(2020·全国Ⅰ卷)为验证不同化合价铁的氧化还原能力,利用下列电池装置进行实验,回答下列问题:
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1FeSO4溶液,需要的仪器有药匙、玻璃棒、(从下列图中选择,写出名称)。

(2)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。

盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。

根据下表数据,盐桥中应选择作为电解质。

阳离子u∞×108/(m2·s-1·V-1)阴离子u∞×108/(m2·s-1·V-1)
Li+ 4.07HC 4.61
Na+ 5.19N7.40
Ca2+ 6.59Cl-7.91
K+7.62S8.27
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。

可知,盐桥中的阳离子进入_______
____电极溶液中。

(4)电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。

石墨电极上未见Fe析出。

可知,石墨电极溶液中c(Fe2+)= 。

(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为,铁电极的电极反应式为。

因此,验证了Fe2+氧化性小于,还原性小于。

(6)实验前需要对铁电极表面活化。

在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化。

检验活化反应完成的方法是______
_________________________________________________________________。

【解析】(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签,由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1 FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管。

(2)Fe2+、Fe3+能与HC反应,Ca2+能与
S反应,FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐,水溶液呈酸性,酸性条件下N能
与Fe2+反应,根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”,盐桥中阴离子不可以选择HC、N,阳离子不可以选择Ca2+,另盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)
应尽可能地相近,根据表中数据,盐桥中应选择KCl作为电解质。

(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,则铁电极为负极,石墨电极为正极,盐桥中阳离子向正极移动,则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中。

(4)根据(3)的分析,铁电极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+,石墨电极上未见Fe析出,石墨电极的电极反应式为Fe3++e-Fe2+,电池反应一段时间后,测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1,根据得失电子守恒,石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04 mol·L-1,石墨电极溶液中c(Fe2+)=0.05 mol·L-1+0.04 mol·L-1=0.09 mol·L-1。

(5)根据(3)、(4)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-Fe2+,铁电极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+;电池总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,根据同一反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物,则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+,还原性小于Fe。

(6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,将铁电极浸泡一段时间,铁电极表面被刻蚀活化,发生的反应为Fe+Fe2(SO4)33FeSO4,要检验活化反应完成,只要检验溶液中不含Fe3+即可,检验活化反应完成的方法是取活化后溶液少许于试管中,加入KSCN溶液,若溶液不出现血红色,说明活化反应完成。

答案:(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl (3)石墨
(4)0.09 mol·L-1(5)Fe3++e-Fe2+Fe-2e-Fe2+Fe3+Fe (6)取少许溶液,加入KSCN溶液,不出现血红色
命题角度2:定量实验方案的设计与评价
【典例2】(2020·天津等级考)为测定CuSO4溶液的浓度,甲、乙两同学设计了两个方案。

回答下列问题:
Ⅰ.甲方案
实验原理:CuSO4+BaCl2BaSO4↓+CuCl2
实验步骤:
(1)判断S沉淀完全的操作为。

(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为___________________________。

(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为。

(4)固体质量为w g,则c(CuSO4)=_____________________mol·L-1。

(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则测得c(CuSO4) ___ (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

Ⅱ.乙方案
实验原理:Zn+CuSO4ZnSO4+Cu
Zn+H2SO4ZnSO4+ H2↑
实验步骤:
①按如图安装装置(夹持仪器略去)
②……
③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂
④调整D、E中两液面相平,使D中液面保持在0或略低于0刻度位置,读数并记录
⑤将CuSO4溶液滴入A中搅拌,反应完成后,再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生
⑥待体系恢复到室温,移动E管,保持D、E中两液面相平,读数并记录
⑦处理数据
(6)步骤②为。

(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是(填序号)。

a.反应热受温度影响
b.气体密度受温度影响
c.反应速率受温度影响
(8)Zn粉质量为 a g,若测得H2体积为 b mL,已知实验条件下ρ(H2)=d g·L-1,则c(CuSO4)=________________mol·L-1(列出计算表达式)。

(9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则测得c(CuSO4) (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度: (填“是”或“否”)。

【解析】(1)判断S沉淀完全,可以用BaCl2溶液检验溶液中无S,操作为向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无白色沉淀生成,则沉淀完全。

(2)步骤②判断沉淀是否洗净,可以检验最后一次洗涤液中是否含有Cl-,所选用的试剂为AgNO3溶液。

(3)灼烧固体在坩埚中进行,故步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为坩埚。

(4)所得固体为BaSO4,n(BaSO4)= mol,根据CuSO4+BaCl2BaSO4↓+CuCl2,
n(CuSO4)=n(BaSO4)= mol,故c(CuSO4)==mol·L-1。

(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则沉淀质量偏小,测定结果偏低。

(6)组装完实验装置后,需要检查装置气密性,因此步骤②为检查装置气密性。

(7)步骤⑥是测定生成的氢气的体积,需要恢复到室温,是因为气体密度受温度影响。

(8)根据Zn+CuSO4
ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑,则n(Zn)=n(CuSO4)+n(H2),故n(CuSO4)=
n(Zn)-n(H2)=-=(-) mol,故c(CuSO4)=
(-)mol÷(25×10-3 L)=mol·L-1。

(9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则压强偏大,导致氢气体积偏小,n(CuSO4)偏大,故测定结果偏高。

(10)Mg的活动性比Zn强,Zn不能与MgSO4溶液发生置换反应,故不能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度。

答案:(1)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无白色沉淀生成,则沉淀完全
(2)AgNO3溶液(3)坩埚(4)
(5)偏低(6)检查装置气密性(7)b
(8)
(9)偏高(10)否
1.化学实验方案的设计:
(1)化学实验方案设计的基本思路。

根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器,设计合理的装置,并且从几种方案中分析选择出最佳方案。

(2)实验方案设计的基本原则。

a.基本原则:科学性实验原理。

b.实验流程:科学合理。

c.安全性:保护人身、仪器、环境安全。

d.可行性:仪器、条件、试剂在中学现有条件下能满足要求。

e.简约性:步骤少、仪器装置简单、节省药品、效果好。

(3)化学实验方案设计的步骤。

2.化学实验方案的评价:
(1)实验评价的主要形式。

从评价的主要针对点来看,实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。

①实验装置的评价。

对比各方案装置,从装置的合理性、操作的简便可行性等方面进行全面分析,选出最佳装置。

②实验原理的评价。

紧扣实验目的,对各方案的原理综合考虑,从原理是否科学、原料是否节约、误差是否较小等方面进行全面分析,选出最佳方案。

(2)实验方案评价的解题思路。

一个实验方案的优劣主要从实验原理是否科学合理,操作与装置是否简单可行,以及绿色化学和安全性的角度去评价。

①从“科学性”和“可行性”方面对实验方案作出评价。

评价时可从以下4个方面分析:实验原理是否科学;实验操作是否合理;实验步骤是否简单、方便;实验效果是否明显。

②从“绿色化学”视角对实验方案作出评价。

反应原料是否易得、安全、无毒;原料利用率以及生成物的产率是否较高;实验过程中是否造成环境污染。

③从“安全性”方面对实验方案作出评价。

化学实验从安全角度常考虑的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防着火、防溅液、防破损等。

命题点1:客观题中定性实验的设计与评价(综合性考点)
1.(2021·南京模拟)河水中含有一些悬浮物和胶体,用自然沉降法难以除去,常加入混凝剂使其聚集成较大颗粒而沉淀除去。

现有盛有河水的三个烧杯,做如下实验,下列说法不正确的是( )
实验现象
烧杯1加入FeSO4∙7H2O,搅拌静置一段时间河水仍然浑浊
烧杯2
加入适量NaOH溶液调整pH=9,然
后加入FeSO4∙7H2O,搅拌静置
一段时间河水变得澄清烧杯3加入Fe2(SO4)3,搅拌静置河水迅速变得澄清
A.混凝剂除去悬浮物质的过程既有物理变化又有化学变化
B.FeSO4∙7H2O是常用的混凝剂,它在水中最终生成Fe(OH)2沉淀
C.Fe2+在碱性条件下更易被氧化
D.除去河水中的Ca2+、Mg2+,可向水中加入生石灰后再加入纯碱
【解析】选B。

混凝剂FeSO4∙7H2O,被氧化、水解生成Fe(OH)3,Fe2(SO4)3水解生成Fe(OH)3,Fe(OH)3胶体具有吸附作用,因此除去悬浮物质的过程既有物理变化又有化学变化,故A正确;根据A中分析FeSO4∙7H2O是常用的混凝剂,它在水中最终生成Fe(OH)3,故B错误;根据烧杯2中实验Fe2+在碱性条件下更易被氧化,生成Fe(OH)3,故C正确;除去河水中的Ca2+、Mg2+,可向水中加入生石灰除掉Mg2+,反应后再加入纯碱除掉Ca2+,故D 正确。

命题点2:客观题中定量实验的设计与评价(综合性考点)
2.为检验某加碘食盐中是否含有KIO3,取相同食盐样品进行下表所示实验:
实验①实验②实验③
振荡,溶液迅速变为蓝色振荡,一段时间后
溶液变为浅蓝色
振荡,溶液变
为浅黄色
下列说法不正确的是( )
A.仅由实验①不能证明食盐样品中存在KIO3
B.实验②中发生反应的离子方程式为4I-+O2+4H +2I2+2H2O
C.实验③变为浅黄色是因为Fe2+被氧化
D.以上实验说明离子的还原性:I->Fe2+
【解析】选D。

实验①中溶液迅速变为蓝色,说明溶液中有I2,但仅由实验①不能说明是碘化钾在酸性条件下被KIO3氧化,不能证明食盐中存在KIO3,A说法正确;实验②碘化钾在酸性条件下被空气中的氧气氧化,则一段时间后变蓝,反应的离子方程式为4I-+O2+4H +2I2+2H2O,B说法正确;实验③溶液呈浅黄色,为铁离子的颜色,说明亚铁离子被氧化,可能是被空气中的氧气氧化或被碘酸钾氧化,C说法正确;②中说明碘离子能够被氧气氧化,③中说明亚铁离子能够被氧气或碘酸钾氧化,以上实验不能判断I-和Fe2+的还原性强弱,D说法错误。

命题点3:主观题中定性实验的设计与评价(应用性考点)
3.(2021·安庆模拟)实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)制备补血剂甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe],有关物质性质如下:
甘氨酸(NH2CH2COOH)柠檬酸甘氨酸亚铁
易溶于水,难溶于乙醇,两性化合物易溶于水和乙醇,有强
酸性和还原性
易溶于水,难
溶于乙醇
实验过程:
Ⅰ.配制含0.10 mol FeSO4的绿矾溶液。

Ⅱ.制备FeCO3:向配制好的绿矾溶液中,缓慢加入200 mL 1.1 mol·L-1NH4HCO3溶液,边加边搅拌,反应结束后过滤并洗涤沉淀。

Ⅲ.制备(NH2CH2COO)2Fe:实验装置如图(夹持和加热仪器已省略),将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中的反应将C中空气排净,接着滴入柠檬酸溶液并加热。

反应结束后过滤,滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得
到产品。

回答下列问题:
(1)实验Ⅰ中:实验室配制绿矾溶液时,为防止FeSO4被氧化变质,应加入的试剂为(写化学式)。

再滴加少量稀硫酸的作用是。

(2)实验Ⅱ中:生成沉淀的离子方程式为。

(3)实验Ⅲ中:①C中盛柠檬酸溶液的仪器名称为。

②装置A中所盛放的药品是。

(填序号)
A.Na2CO3和稀H2SO4
B.CaCO3和稀H2SO4
C.CaCO3和稀盐酸
③确认C中空气排尽的实验现象是。

④加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH促进FeCO3溶解,另一个作用是。

⑤洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是。

(填序号)
A.热水
B.乙醇溶液
C.柠檬酸溶液
⑥若产品的质量为17.34 g,则产率为%。

【解析】(1)Fe2+具有还原性,能被空气中的氧气氧化,因此需要加入Fe粉,防止Fe2+被氧
化;Fe2+能发生水解,加入稀硫酸的目的是抑制Fe2+的水解;(2)实验Ⅱ制备的是FeCO3,所用试剂为FeSO4和NH4HCO3,利用HC的电离HC C+H+,
Fe2+结合C,促使平衡向正反应方向进行,H+浓度增大,H+与HC反应生成CO2,因此离子方程式为Fe2++2HC FeCO3↓+CO2↑+H2O;(3)①根据仪器的特点,盛放柠檬酸的仪器是恒压滴液漏斗;②装置A制备CO2,装置A为启普发生器的简易装置,因此盛放的药品是CaCO3和盐酸,故C正确;③空气排尽,CO2充满装置,即装置D中出现白色沉淀或溶液变浑浊;④根据信息,柠檬酸具有还原性和强酸性,能够促进FeCO3的溶解,防止Fe2+被氧化;⑤甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,因此用乙醇溶液洗涤,故选项B正确;⑥甘氨酸亚铁的物质的量为0.2÷2=
0.1(mol),质量为20.4 g,产率为×100%=85%。

答案:(1)Fe 防止Fe2+水解(2)Fe2++2HC FeCO3↓+CO2↑+H2O (3)①恒压滴液漏斗②C③D中澄清石灰水变浑浊④防止二价铁被氧化⑤B⑥85
命题点4:主观题中定量实验的设计与评价(应用性考点)
4.(2021·西安模拟)Mn2O3是一种重要的工业原料,在电磁和有机合成等领域应用广泛。

某学习小组在实验室用CH4还原MnO2制备Mn2O3,并测定产品纯度。

请回答下列问题:Ⅰ.制备Mn2O3(实验装置如图所示)。

已知:Al4C3+12H2O4Al(OH)3+3CH4↑
(1)仪器a的名称为。

(2)连接好实验装置,检验装置的气密性,加入试剂,_______________________
(填操作步骤),
点燃装置C处酒精灯。

(3)仪器b中同时生成两种能参与大气循环的物质,该反应的化学方程式为。

(4)上述实验装置有一处明显的缺陷,改进措施为。

Ⅱ.测定产品中Mn2O3的纯度(只考虑产品中混有少量未参与反应的MnO2)
ⅰ实验结束后,取仪器b中所得固体7.19 g,加入足量硫酸酸化的KI溶液,使固体中锰元素全部转化为Mn2+;
ⅱ将所得溶液稀释至500 mL;
ⅲ取25.00 mL稀释后的溶液,滴加淀粉溶液作指示剂,用0.200 mol·L-1的Na2S2O3
标准溶液滴定,达到滴定终点时,消耗25.00 mL Na2S2O3标准溶液。

(2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI)
(5)步骤ⅰ中发生反应的离子方程式为
______________________________________________________ 。

(6)步骤ⅲ中滴定终点的现象为。

(7)所取固体中Mn2O3的质量分数为(计算结果精确到0.1%)。

【解析】(1)根据图中信息得到仪器a的名称为球形干燥管;(2)连接好实验装置,检验装置的气密性,加入试剂,打开分液漏斗的活塞,一段时间后,在干燥管末端收集气体并验纯,点燃装置C处酒精灯;(3)仪器b中同时生成两种能参与大气循环的物质,根据元素守恒得到二氧化碳和水,因此该反应的化学方程式为8MnO2+CH4
4Mn2O3+CO2+2H2O;(4)甲烷是可燃性气体,反应时还有甲烷未参与反应,因此上述实验
装置有一处明显的缺陷,改进措施为在整套装置末端对未参与反应的CH4进行点燃处理或用气囊收集;(5)步骤ⅰ中发生的是MnO2在酸性条件下氧化碘离子,Mn2O3在酸性条件下氧化碘离子,因此反应的离子方程式为MnO2+4H++
2I-Mn2++2H2O+I2、Mn2O3+6H++2I-2Mn2++3H2O+I2;(6)开始溶液是蓝色,开始滴定,颜色逐渐变浅,因此步骤ⅲ中滴定终点的现象为溶液蓝色消失,且30 s不恢复原色;(7)根据2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI得到n(I2)=×0.200 mol·L-1×0.025 L×20=0.05 mol,设Mn2O3物质的量为x mol,MnO2物质的量为y mol,根据反应方程式MnO2+4H++2I-Mn2++2H2O+I2、Mn2O3+6H++2I-2Mn2++3H2O+I2,则有x mol+y mol=0.05 mol,158 g∙mol-1×x mol+87 g∙mol-1×y mol=7.19 g,得到x=0.04,
Mn2O3的质量分数为w=×100%≈87.9%。

答案:(1)球形干燥管(2)打开分液漏斗的活塞,一段时间后,在干燥管末端收集气体并验纯
(3)8MnO2+CH44Mn2O3+CO2+2H2O
(4)在整套装置末端对未参与反应的CH4进行点燃处理或用气囊收集
(5)MnO2+4H++2I-Mn2++2H2O+I2、
Mn2O3+6H++2I-2Mn2++3H2O+I2
(6)溶液蓝色消失,且30 s不恢复原色(7)87.9%
【加固训练—拔高】
1.(2021·东营模拟)化学小组探究FeCl3溶液与Na2S溶液的反应产物,利用如图装置进行以下实验:
Ⅰ.向盛有0.1 mol·L-1FeCl3溶液的三颈瓶中,滴加一定量0.1 mol·L-1Na2S溶液,搅拌,能闻到臭鸡蛋气味,产生沉淀A。

Ⅱ.向盛有0.1 mol·L-1Na2S溶液的三颈瓶中,滴加少量0.1 mol·L-1FeCl3溶液,搅拌,产生沉淀B。

已知:①FeS2为黑色固体,且不溶于水和盐酸。

②K sp(Fe2S3)=1×10-88,K sp(FeS2)=6.3×10-31,K sp[Fe(OH)3]=1×10-38,K sp(FeS)=4×
10-19
回答下列问题:
(1)NaOH溶液的作用是________________________________________。

小组同学猜测,沉淀A、B可能为S、硫化物或它们的混合物。

他们设计如下实验
进行探究:
实验一、探究A的成分
取沉淀A于小烧杯中,进行如下实验:
(2)试剂X是。

由此推断A的成分是(填化学式)。

实验二、探究B的成分
取沉淀B于小烧杯中,进行如下实验:
(3)向试管a中加入试剂Y,观察到明显现象,证明溶液中存在Fe2+,试剂Y是
,明显现象是。

由此推断B的成分是
(填化学式)。

(4)请分析Ⅱ中实验未得到Fe(OH)3的原因是__________________________ 。

【解析】(1)实验中产生了臭鸡蛋气味的H2S有毒气体,为避免污染环境,用氢氧化钠吸收;(2)实验现象中分离出淡黄色固体硫,硫的溶解度是易溶于二硫化碳、微溶于酒精、不溶于水,固体加盐酸后溶解闻到臭鸡蛋气味,说明是FeS;(3)亚铁离子和K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀,亚铁离子遇到NaOH溶液生成白色沉淀,转化为灰绿色、最后变为红褐色;FeCl3溶液和Na2S溶液间可发生复分解反应生成Fe2S3也可发生氧化还原反应生成FeS和S的混合物,根据加试剂X得溶液甲加热无淡黄色固体,说明无硫单质,及后续实验和现象,故FeCl3溶液和Na2S溶液间发生复分解反应生成Fe2S3;(4)已知K sp[Fe(OH)3]=10-38,K sp(Fe2S3)=10-88,可知Fe2S3的溶解度远小于Fe(OH)3,则Fe3+更容易生成Fe2S3沉淀。

答案:(1)吸收H2S有毒气体(2)二硫化碳FeS和S的混合物(3)K3[Fe(CN)6]溶液或NaOH溶液生成蓝色沉淀或生成白色沉淀,转化为灰绿色、最后变为红褐色Fe2S3 (4)由溶度积数据知,Fe2S3的溶解度远小于Fe(OH)3,Fe3+更容易生成Fe2S3沉淀
2.(2021·天山模拟)中美贸易战的矛盾激化,让我们看到了中国半导体产业存在的诸多不足,俗话说“亡羊补牢,为时未晚”,找出存在的不足,然后针对地去解决问题,才能让半导体产业链发展壮大起来。

三氯氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料,常用作半导
体掺杂剂及光导纤维原料。

一研究小组在实验室模拟PCl3+SO2+Cl2POCl3+SOCl2制备POCl3并测定产品含量。

资料卡片:
物质熔点/℃沸点/℃相对分子质量其他
遇水剧烈水解,易与PCl3-111.876.1137.5
O2反应
遇水剧烈水解,能溶POCl32105.3153.5
于PCl3
遇水剧烈水解,受热SOCl2-10578.8119
易分解
请回答下列问题:
(1)若选用Na2SO3固体与70%浓H2SO4制取SO2,反应的化学方程式是_____________
______________________________________________________________。

(2)溶液A为饱和食盐水,乙装置中应该盛装的试剂为(填“P2O5”“碱石灰”“浓H2SO4”或“无水硫酸铜”);反应装置图的虚框中未画出的仪器最好选择(填“己”或“庚”)。

(3)甲、丁装置的作用除了用于气体的净化除杂外,还有。

(4)水浴加热三颈烧瓶,控制反应温度在60～65℃,其原因是。

(5)通过佛尔哈德法可测定经过提纯后的产品中POCl3的含量:准确称取1.600 g样品在水解瓶中摇动至完全水解,将水解液配成100 mL溶液,取10.00 mL于锥形瓶中,加入0.200 0 mol·L-1的AgNO3溶液20.00 mL(Ag++Cl-AgCl↓),再加少许硝基苯,用力振荡,使沉淀被有机物覆盖。

加入NH4Fe(SO4)2作指示剂,用0.100 0 mol·L-1KSCN标准溶液滴定过量的AgNO3至终点(Ag++SCN-AgSCN↓),做平行实验,平均消耗KSCN标准溶液
10.00 mL。

①达到滴定终点的现象是_________________________________________。

②POCl3的质量分数为(保留三位有效数字)。

③已知:K sp(AgCl)=3.2×10-10mol2·L-2,K sp(AgSCN)=2×10-12mol2·L-2,若无硝基苯
覆盖沉淀表面,测定POCl3的质量分数将(填“偏大”“偏小”“无影响”)。

【解析】(1)Na2SO3固体与70%浓H2SO4反应生成硫酸钠、二氧化硫和水,反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+H2O;(2)溶液A中饱和食盐水的作用是除去氯气中混有的氯化氢,装置乙中盛有酸性固体干燥剂五氧化二磷,干燥氯气,防止水蒸气进入三颈烧瓶中导致三氯氧磷水解;装置中球形冷凝管的作用是冷凝回流三氯化磷、三氯氧磷等,防止三氯化磷、三氯氧磷等受热挥发,降低三氯氧磷的产率,为增强冷凝效果不能选用直形冷凝管,应选择装置己;(3)甲、丁装置的作用除了用于气体的净化除杂外,还可以起到观察产生气泡的速率控制通入气体的流速,有利于反应充分进行;(4)因若温度太低,反应速率太慢,若温度太高,
PCl3等物质受热挥发,降低三氯氧磷的产率,所以实验时用水浴加热三颈烧瓶,控制反应温度在60～65 ℃;(5)①由题意可知,测定POCl3产品含量时以NH4Fe(SO4)2溶液为指示剂,用KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液,达到终点时的现象是滴入最后一滴KSCN标准溶液,溶液变红色,且半分钟内不褪色;②KSCN的物质的量为0.1 mol·L-1×0.01 L=0.001
mol,根据反应Ag++SCN-AgSCN↓,可知溶液中剩余的银离子的物质的量为0.001 mol,则与POCl3和水反应生成的氯化氢反应的银离子的物质的量为(0.004 mol-0.001 mol)=0.003 mol,水解生成的氯化氢的物质的量为0.003 mol,由题意可知1.600 g样品中POCl3的物质的量为×=
0.01 mol,所以产品中POCl3的质量分数为×100%≈
95.9%;③加入少量硝基苯可以使生成的氯化银沉淀离开溶液,如果不加硝基苯,在水溶液中部分氯化银可以转化成AgSCN,已知:K sp(AgCl)=3.2×10-10mol2·L-2,
K sp(AgSCN)=2×10-12mol2·L-2,AgSCN沉淀的溶解度比AgCl小,如果不进行此操作,则会有AgCl部分电离,消耗的KSCN溶液偏多,导致样品中氯元素的含量偏小,测定POCl3的质量分数将偏小。

答案:(1)Na2SO3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+H2O (2)P2O5己
(3)通过观察产生气泡的速率控制通入气体的流速
(4)温度太低,反应速率太慢;温度太高,PCl3等物质受热挥发,降低三氯氧磷的产率
(5)①滴入最后一滴KSCN标准溶液,溶液变红色,且半分钟内不褪色
②95.9%③偏小
考点一无机物的制备(命题指数★★★★★)
一、气体的制备
1.常见的气体制备原理:
(1)O2:2KClO32KCl+3O2↑、
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑或
2H2O22H2O+O2↑。

(2)H2:Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。

(3)NH3:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑;
NH3·H2O NH3↑+H2O。

(4)CO2:CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑。

(5)Cl2:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O;
2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。

(6)SO2:Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2↑。

(7)NO:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。

(8)NO2:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。

(9)H2S:FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑。

(10)C2H4:C2H5OH C2H4↑+H2O。

(11)C2H2:CaC2+2H2O Ca(OH)2+C2H2↑。

2.常见气体制备的发生装置:
气体制备装置注意事项
“固—固”加热装置(该装置可用于制备O2和NH3等)A.试管口应略向下倾斜,防止水蒸气冷凝回流炸裂试管
B.试管夹夹在距试管口1/3处
C.药品应平铺于试管底部
D.导管不宜伸入试管内过长,粉末状固体应在试管口堵一团棉花
E.实验前先检验装置的气密性
F.加热时,先预热,且用外焰加热
“固(液)—液”加热装置(该装置可用于制备Cl2、NH3、HCl、C2H4、CO等)A.实验前检验装置的气密性
B.加热烧瓶需要垫石棉网
C.加热时要先预热,使受热均匀
D.加热易暴沸的混合物时要加碎瓷片,防暴沸
E.制乙烯时不必用分液漏斗,但要用温度计控制反应温度
F.若使用分液漏斗,滴液前先打开上口活塞或将上口活塞处小孔对准凹槽,以保证液体顺利滴下;分液漏斗中液体滴完后,应及时关闭漏斗活塞,防止气体经分液漏斗逸出
“固(液)-液”不加热装置(该装置可用于制备H2、 O2、Cl2、 NH3、 CO2、 H2S、SO2、NO2、NO和C2H2等)A.使用前检验装置的气密性
B.使用长颈漏斗应将下端管口插入液面以下
C.制H2S时应在通风橱中
D.启普发生器只适用于块状固体与液体在反应速率适中且不加热(也不能大量放热)条件下制取难溶于反应混合物的气体如CO2、H2S、H2(不可用于制C2H2、SO2、NO2)
3.常见的气体净化除杂装置:
(1)设计原则:根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。

(2)除杂装置基本类型。

装置示意图
适用范围
试剂与杂质气体反应,与主要气体不反应;装置③
用固体吸收还原性或氧化性杂质气体
杂质气体被冷却后变为液体,主要气体不变为液体
(3)常见的除杂方法。

①物理方法。

a.液化法:利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。

b.水洗法:利用溶解度不同从N2和NH3的混合气体中除去NH3。

②化学方法。

a.氧化还原法:通过灼热的铜丝网除去混合气体中的O2;通过灼热的CuO除去H2、CO等。

b.酸碱法:将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去CO2。

c.沉淀法:除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液,H2S+CuSO4CuS↓+H2SO4。

(4)吸收剂的选择。

①原则。

不减原则:通过操作之后,目标气体的量不能减少;
不反应原则:除杂试剂不能与目标气体反应。

②常见吸收剂。

试剂适用范围
浓硫酸利用吸水性,可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混有的水蒸气(不能用于干燥H2S、HI、HBr、NH3)
NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2等酸性气体饱和NaHCO3溶液/NaHSO3
溶液
可除去CO2/SO2中混有的HCl等气体酸性KMnO4溶液可除去SO2、H2S等还原性气体
CuSO4溶液除去H2S、PH3等气体
CCl4或苯等有机溶剂除去Br2、苯蒸气等
③常见干燥剂。

酸性干燥剂浓硫酸、P2O5
可以干燥H2、O2、N2、CO2、CO、Cl2、
HCl、SO2、CH4等气体
碱性干燥剂碱石灰
主要用于干燥NH3,但也可干燥H2、
O2、N2、CO和CH4等
中性干燥剂CaCl2
可以干燥H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl
和H2S等,但不能干燥NH3
4.常见的气体收集装置:
收集方法收集装置适用范围
向上排空气法适用于收集密度比空气大的气体,如CO2、Cl2、HCl 等
向下排空气法适用于收集密度比空气小的气体,
如H2、NH3等
排水法(或排饱和溶液法)
适用于收集难溶或微溶于水,且与水不反应的气体,如H2、O2、NO、C2H2、N2、CO等;也可排饱和溶液,
如Cl2(排饱和食盐水)
5.常见的尾气处理装置
尾气处理方法尾气处理装置适用范围
直接排放/适用于空气组分O2、N2
水溶解法适用于极易溶于水的HX、NH3等
碱液(或碱性干燥剂)吸收法适用于Cl2、H2S、CO2、SO2、NO2等
酸性气体
燃烧法
适用于可燃且燃烧产物对环境无害的气体,如CH4、C2H4、C2H2、H2、
CO等
收集法
适用于处理直接排放污染空气的
气体,如CO、H2S、SO2等
二、几种非气体物质的制备
1.氢氧化铝的制备:
(1)原理。

①铝盐法:Al3++3NH3·H2O Al(OH)3↓+3N。

②偏铝酸盐法:Al+CO2+2H2O Al(OH)3↓+HC。

③铝盐和偏铝酸盐水解法:Al3++3Al+6H2O4Al(OH)3↓。

(2)注意事项。

氢氧化铝属于两性氢氧化物,能溶于氢氧化钠溶液,但不溶于氨水,制备时一般用可溶。