2025屆高三化學(xué)二輪專題突破-物質(zhì)制備實驗【解析】

物質(zhì)制備實驗【真題導(dǎo)引】1.(2023·江蘇卷)實驗室模擬“鎂法工業(yè)煙氣脫硫”并制備MgSO4·H2O,其實驗過程可表示為制取MgSO4·H2O晶體。在如圖乙所示的實驗裝置中,攪拌下,使一定量的MgSO3漿料與H2SO4溶液充分反應(yīng)。MgSO3漿料與H2SO4溶液的加料方式是

。

答案用滴液漏斗向盛有MgSO3漿料的三頸燒瓶中緩慢滴加硫酸溶液解析在進行含固體物質(zhì)的反應(yīng)物與液體反應(yīng)的實驗時,應(yīng)將含固體物質(zhì)的反應(yīng)物放在三頸燒瓶中,通過滴液漏斗滴加液體,H2SO4溶液的滴加速率要慢,以免H2SO4過量。2.(2021·江蘇卷)以軟錳礦粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)為原料制備電池級MnO2。(1)浸取。將一定量軟錳礦粉與Na2SO3、H2SO4溶液中的一種配成懸濁液,加入三頸瓶中(裝置如圖1),70℃下通過滴液漏斗緩慢滴加另一種溶液,充分反應(yīng),過濾。滴液漏斗中的溶液是;MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+的離子方程式為

。

(2)制備MnCO3。在攪拌下向100mL1mol·L-1MnSO4溶液中緩慢滴加1mol·L-1NH4HCO3溶液,過濾、洗滌、干燥,得到MnCO3固體。需加入NH4HCO3溶液的體積約為mL。

答案(1)H2SO4MnO2+SO32?+2H+===Mn2++S解析(1)軟錳礦粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)與H2SO4溶液混合后,軟錳礦粉中金屬氧化物會溶解,但MnO2和Si的氧化物不會被溶解,所以需通過Na2SO3溶液與MnO2在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)將MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+,為控制開始時三頸瓶中的反應(yīng),H2SO4溶液要最后加入;MnO2在酸性條件下被SO32?還原為Mn2+,SO32?被氧化為SO42?,結(jié)合得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平離子方程式。(2)反應(yīng)方程式為MnSO4+2NH4HCO3===MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑,即MnSO4~2NH4HCO3,NH4HCO3.(2024·河北卷)市售的溴(純度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化學(xué)興趣小組利用氧化還原反應(yīng)原理,設(shè)計實驗制備高純度的溴?；卮鹣铝袉栴}:(1)裝置如圖(夾持裝置等略),將市售的溴滴入盛有濃CaBr2溶液的B中,水浴加熱至不再有紅棕色液體餾出。儀器C的名稱為;

CaBr2溶液的作用為

;

D中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(2)將D中溶液轉(zhuǎn)移至(填儀器名稱)中,邊加熱邊向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出現(xiàn)紅棕色氣體,繼續(xù)加熱將溶液蒸干得固體R。該過程中生成I2的離子方程式為

。

(3)利用圖示相同裝置,將R和K2Cr2O7固體混合均勻放入B中,D中加入冷的蒸餾水。由A向B中滴加適量濃H2SO4,水浴加熱蒸餾。然后將D中的液體分液、干燥、蒸餾,得到高純度的溴。D中蒸餾水的作用為

和。

(4)本實驗所用鉀鹽試劑均經(jīng)重結(jié)晶的方法純化。其中趁熱過濾的具體操作為:漏斗下端管口緊靠燒杯內(nèi)壁,轉(zhuǎn)移溶液時用,濾液沿?zé)诹飨隆?/p>

答案(1)直形冷凝管抑制液溴與水反應(yīng);除去Cl2K2C2O4+Br22CO2↑+2KBr(2)蒸發(fā)皿2MnO4?+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H(3)冷凝減少溴的揮發(fā)(4)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三層濾紙?zhí)幗馕?1)由儀器C的構(gòu)造特點及在實驗中的作用可知,儀器C為直形冷凝管。CaBr2溶液中的Br-可抑制液溴與水反應(yīng),并可將Cl2還原為Cl-,蒸餾時增大液溴的餾出量。儀器D中K2C2O4溶液吸收蒸餾出的Br2和I2,發(fā)生氧化還原反應(yīng),溴和碘分別轉(zhuǎn)化為-1價,碳被氧化為CO2,由于餾分中的I2含量少,故D中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是K2C2O4+Br22CO2↑+2KBr。(2)由(1)中分析可知,D中有I-生成,則將儀器D中接收的溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中,邊加熱邊向其中滴加酸性KMnO4溶液,KMnO4將I-氧化生成單質(zhì)碘,離子方程式是2MnO4?+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H2O。(3)(2)中所得固體R的主要成分為KBr,蒸餾裝置中KBr被K2Cr2O7氧化為溴蒸氣,進入裝置D中遇冷的蒸餾水液化,沉入蒸餾水底部,蒸餾水起到冷凝和減少溴的揮發(fā)的作用。(4)轉(zhuǎn)移濾液時要用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三層濾紙?zhí)?考情分析:江蘇高考實驗綜合主要結(jié)合一定信息情境或?qū)嶒灩に嚵鞒?考查物質(zhì)制備、性質(zhì)探究、定量分析、實驗方案設(shè)計等。考查角度:物質(zhì)制備?！竞诵恼稀?.解答物質(zhì)制備綜合實驗題的一般程序(1)認真閱讀題干,提取有用信息,包括實驗?zāi)康摹⒎磻?yīng)條件、陌生物質(zhì)的性質(zhì)、陌生反應(yīng)原理等。(2)仔細觀察裝置圖(或框圖),聯(lián)想熟悉的實驗,找出每件儀器(或步驟)與熟悉的某一實驗相似的地方,分析每件儀器中所裝藥品的作用。(3)通讀問題,整合信息,把所有的問題進行綜合分析,運用題給信息和化學(xué)基礎(chǔ)知識做出正確解答。2.記住物質(zhì)制備實驗操作中應(yīng)注意的四個問題(1)實驗操作順序。如與氣體有關(guān)實驗的操作為:裝置選擇與連接→氣密性檢驗→裝固體藥品→加液體藥品→開始實驗(按程序)→拆卸儀器→其他處理等。(2)加熱操作的要求。主體實驗加熱前一般應(yīng)先用原料氣趕走空氣后,再點燃酒精燈,其目的一是防止爆炸,如H2還原CuO、CO還原Fe2O3;二是保證產(chǎn)品純度,如制備Mg3N2、CuCl2等。反應(yīng)結(jié)束時,應(yīng)先熄滅酒精燈,繼續(xù)通原料氣直到冷卻為止。(3)尾氣處理方法。有毒氣體常采用溶液(或固體)吸收或?qū)⒅c燃,無毒氣體直接排放。(4)特殊的實驗裝置。(1)制取在空氣中易吸水、潮解以及易水解的物質(zhì)(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物質(zhì)時,往往在裝置末端再接一個干燥裝置,以防止空氣中水蒸氣進入。(2)用堿石灰吸收測定實驗中生成CO2的質(zhì)量時,前面要干燥,末端要防止空氣中的水蒸氣和CO2進入。【模擬預(yù)測】1.(2024·南通一模)學(xué)習(xí)小組利用廢銀催化劑制備乙炔銀(Ag2C2)和酸性乙炔銀(Ag2C2·nAgNO3)。已知乙炔銀和酸性乙炔銀在受熱時均易發(fā)生分解。(1)制取乙炔。利用如圖裝置制取純凈的乙炔。①電石與水反應(yīng)劇烈,為減緩反應(yīng)速率,在不改變電石用量和大小的情況下,可采取的措施有

(寫兩點)。

②電石主要含CaC2,還含有CaS等雜質(zhì)。洗氣瓶中CuSO4溶液的作用是。

(2)制備乙炔銀。向含有Ag(NH3)2OH的溶液中通入乙炔可得到乙炔銀沉淀。寫出生成乙炔銀的化學(xué)方程式:

。

答案(1)①使用飽和食鹽水代替水;減緩分液漏斗中液體的滴加速率②除去H2S氣體(2)C2H2+2Ag(NH3)2OH+2H2O===Ag2C2↓+4NH3·H2O解析(1)①為減緩反應(yīng)速率,在不改變電石用量和大小的情況下,可以使用飽和食鹽水代替水或者減緩分液漏斗中液體的滴加速率;②洗氣瓶中CuSO4溶液與H2S反應(yīng)生成硫化銅沉淀,洗氣瓶中CuSO4溶液的作用是除H2S;(2)向含有Ag(NH3)2OH的溶液中通入乙炔可得到乙炔銀沉淀,方程式為C2H2+2Ag(NH3)2OH+2H2O===Ag2C2↓+4NH3·H2O。2.(2024·蘇州三模)三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體K3[Fe(C2O4)3]·3H2O是制備負載型活性鐵催化劑的主要原料。實驗室欲制備少量三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體。已知:K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(Mr=491g·mol-1)為翠綠色晶體,難溶于乙醇;0℃時在水中溶解度為4.7g,100℃時溶解度為117.7g。Ⅰ.制備Fe(OH)3:稱取2.0g莫爾鹽[(NH4)2Fe(SO4)2]于錐形瓶中,溶于水,滴加足量6%H2O2,加熱并攪拌。當(dāng)變成紅褐色后,再煮沸十分鐘,冷卻后,過濾、洗滌。Ⅱ.制備草酸氫鉀:稱取2.0gH2C2O4·2H2O溶于20mL水中,加入1.2gK2CO3,反應(yīng)生成KHC2O4。Ⅲ.制備三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體。步驟如圖:請回答下列問題:(1)Ⅰ中制備Fe(OH)3的離子反應(yīng)方程式為

。

(2)Ⅲ中制備三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體①步驟1裝置中儀器a的名稱為。

②步驟2的操作名稱是,步驟3采用冰水冷卻的目的為。

③過濾后需要用乙醇溶液洗滌,其優(yōu)點是

。

(3)三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體具有光敏性,在強光下分解生成FeC2O4、K2C2O4和CO2等,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

答案(1)2Fe2++H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4H+(2)①分液漏斗②蒸發(fā)濃縮降低三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體的溶解度,使其充分析出,提高產(chǎn)率③減少晶體的損失,提高產(chǎn)率;乙醇易揮發(fā),有利于獲得干燥產(chǎn)品(3)2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑+6H2O解析(1)莫爾鹽[(NH4)2Fe(SO4)2]中鐵元素化合價為+2價,加入H2O2反應(yīng)生成Fe(OH)3,Fe化合價升高,O元素化合價降低,離子反應(yīng)方程式為2Fe2++H2O2+4H2O2Fe(OH)3↓+4H+;(2)①儀器a的名稱為分液漏斗;②步驟2是從溶液中加熱得到晶體,操作名稱是蒸發(fā)濃縮;由于K3[Fe(C2O4)3]·3H2O在冰水中溶解度小,所以步驟3采用冰水冷卻的目的是降低三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀晶體的溶解度,使其充分析出,提高產(chǎn)率;③由于K3[Fe(C2O4)3]·3H2O難溶于乙醇且乙醇易揮發(fā),所以過濾后需要用乙醇溶液洗滌優(yōu)點是減少晶體損失,提高產(chǎn)率;乙醇易揮發(fā),有利于產(chǎn)品干燥;(3)三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}在強光下分解生成草酸亞鐵(FeC2O4),Fe元素化合價降低,則C元素化合價升高,生成CO2,反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑+6H2O。3.(2023·鹽城二模)亞硝基硫酸(NOHSO4)常溫下為顆粒狀晶體,干燥時穩(wěn)定,不溶于CCl4,在水溶液中難電離,制備原理為HNO3+SO2===NOHSO4。實驗裝置如圖1。已知:Ⅰ.制備NOHSO4過程中控制溫度不高于59℃。Ⅱ.發(fā)煙硝酸為含硝酸90%~97.5%的液體。NOHSO4的制備:反應(yīng)過程中,NOHSO4和HNO3的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖2所示。生成NOHSO4的物質(zhì)的量小于硝酸減少的物質(zhì)的量,可能的原因是。

答案硝酸會揮發(fā)和分解解析從圖2中看出10min前,硝酸減少量高于亞硝基硫酸的增加量,這是因為硝酸具有揮發(fā)性,也容易在常溫下分解。4.(2023·淮陰中學(xué)模擬)三氯化鉻是很多含鉻化合物的起始原料。實驗室利用Cr2O3固體和CCl4反應(yīng)制備無水CrCl3,并收集該反應(yīng)產(chǎn)生的光氣(COCl2),實驗裝置如圖1所示(夾持及加熱裝置已省略)。已知:Ⅰ.光氣與水易反應(yīng),能溶于CCl4溶液;Ⅱ.有關(guān)物質(zhì)熔沸點如下表:物質(zhì)Cr2O3CrCl3CCl4COCl2熔點/℃14351152-23-118沸點/℃40001300768.2(1)組裝好裝置,檢查氣密性完好后往裝置中加料,保持K1、K2、K3處于打開狀態(tài),接著通入N2,此時通入N2的目的是。

(2)通入N2一段時間后,保持K1、K2打開,關(guān)閉K3,將裝置A在85℃下進行水浴加熱,此時B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(3)待B中反應(yīng)結(jié)束后,停止高溫加熱,將裝置C在30℃下進行水浴加熱,同時關(guān)閉K1、K2,打開K3,溫度計顯示的溫度為℃。

(4)實驗結(jié)束后,E中溶質(zhì)除了有NaOH,還含有(填化學(xué)式)。

答案(1)排凈裝置中的空氣(2)Cr2O3+3CCl42CrCl3+3COCl2(3)8.2(4)NaCl和Na2CO3解析結(jié)合本實驗?zāi)康暮蛯嶒炑b置可知裝置B為反應(yīng)發(fā)生裝置,CD可用于光氣的分離,NaOH則為尾氣處理裝置,結(jié)合具體有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)以及已知信息可分析得出答案;(1)實驗裝置中殘留的空氣會影響目標(biāo)產(chǎn)物的制備,故通入N2目的是為了排凈裝置中的空氣;(2)裝置A在85℃下進行水浴加熱,溫度達到CCl4沸點,揮發(fā)進入裝置B中與Cr2O3在700~800℃條件下發(fā)生反應(yīng),得到產(chǎn)物CrCl3和COCl2,由此可寫出化學(xué)方程式:Cr2O3+3CCl42CrCl3+3COCl2;(3)裝置B中反應(yīng)結(jié)束后,生成的光氣在CCl4中溶解,可根據(jù)二者的沸點不同進行分離,當(dāng)溫度達到8.2℃時,即可將光氣蒸餾并收集,故溫度應(yīng)為8.2℃;(4)裝置B中生成的光氣易與水反應(yīng)生成CO2和HCl,故E裝置中除了有NaOH外,還會有Na2CO3和NaCl。5.(2024·新課標(biāo)卷)吡咯類化合物在導(dǎo)電聚合物、化學(xué)傳感器及藥物制劑上有著廣泛應(yīng)用,一種合成1?(4?甲氧基苯基)?2,5?二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反應(yīng)和方法如下:實驗裝置如圖所示,將100mmol己?2,5?二酮(熔點:-5.5℃,密度:0.737g·cm-3)與100mmol4?甲氧基苯胺(熔點:57℃)放入①中,攪拌。待反應(yīng)完成后,加入50%的乙醇溶液,析出淺棕色固體。加熱至65℃,至固體溶解,加入脫色劑,回流20min,趁熱過濾。濾液靜置至室溫,冰水浴冷卻,有大量白色固體析出。經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品?；卮鹣铝袉?/p>