1、制备实验方案的设计与评价1N2在诸多领域用途广泛。某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法，进行了认真的准备。请你参与交流与讨论。查阅资料N2的制法有下列三种方案：方案1：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。方案2：加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。方案3：将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。实验准备以实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图(部分夹持和加热仪器未画出)。分析交流(1)若以方案1制得N2，应选择的发生装置是_。(2)若按方案2制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料，整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是_(
2、填字母)。获得N2的反应原理是_(写反应方程式)。(3)若以排水法收集N2，其中会混入水蒸气。但也不宜用排空气法，其原因是_。你提出的收集方法是_。(4)上述三个方案中，制得的N2纯度最差的是_。在N2纯度要求不甚严格的情况下，有人建议将方案2和方案3结合使用，你认为其优点是_。答案：(1)A(2)EDBC2NH33CuO3CuN23H2O(3)N2的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近(用气体密度大小比较回答问题也可)用气囊收集(其他合理答案：也可)(4)方案3CuO和Cu可循环利用，节省药品2某小组同学用下图装置进行实验研究(a、b、c表示止水夹)。请评价或完善其方案：(1)将装置
3、A、C、E相连接，用MnO2和浓盐酸制取氯气，请回答：氯元素在周期表中的位置为_。A中反应的离子方程式为_。E中氢氧化钠溶液的作用是_。在C中加入适量的水可制得氯水。将所得氯水分成两份进行实验，其操作、现象和结论为：实验序号实验操作现象结论将氯水滴入品红溶液中品红溶液褪色氯气有漂白性向氯水中加入碳酸氢钠粉末有无色气泡产生氯气与水反应的产物具有酸性实验推出的相应结论是否合理？_。若不合理，说明理由(若合理，无需填写)：_。实验推出的相应结论是否合理？ _。若不合理，请说明理由(若合理，无需填写)：_。(2)将B、D、E相连，在B中装浓硝酸和铜片，可制得NO2。B中反应的化学方程式为 _。解析：(
4、1)氯水中有漂白作用的不是Cl2，而是HClO。A、C、E相连接，制得的Cl2中含有HCl气体，HCl溶于水也能与NaHCO3粉末反应产生气泡。答案：(1)第三周期第A族MnO22Cl4HMn22H2OCl2吸收多余的Cl2(尾气处理)不合理没有事先证明干燥的氯气有无漂白性不合理制取的氯气中含HCl气体，其溶于水也能与NaHCO3粉末反应产生气泡 (2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3(2019全国卷，27)硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2xH2O是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：回答下列问题：(1)步骤的目的
5、是去除废铁屑表面的油污，方法是_。(2)步骤需要加热的目的是_，温度保持8095 ，采用的合适加热方式是_。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为_(填标号)。(3)步骤中选用足量的H2O2，理由是_。分批加入H2O2，同时为了_，溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤的具体实验操作有_，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为_。解析：(1)除去铁屑表面油污的方法是，用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗。(2)铁与稀硫酸反应时加热，可提高反应速率。温度低于水
6、的沸点，可以用热水浴加热，受热均匀且便于控制。含少量硫化物的铁屑与稀硫酸反应有H2S生成。氢气不与碱溶液反应，而硫化氢能与碱溶液反应，而H2S在水中溶解度小，故氢气中混有的硫化氢用烧碱溶液除去，又因为硫化氢与碱反应较快，容易引起倒吸，C装置倒置漏斗能防倒吸。故宜选择C装置吸收硫化氢。(3)铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，加入足量双氧水的目的是将Fe2全部氧化为Fe3，发生反应为2Fe2H2O22H=2Fe32H2O，从生成物看，又不引入杂质。铁离子对双氧水分解起催化作用，分批加入双氧水，避免反应过快、放出热量较多，减少双氧水分解，以免造成氧化剂损失；铁离子易水解，保持溶液呈强酸性，避免铁离子
7、发生水解反应生成氢氧化铁。(4)步骤是要从溶液中得到硫酸铁铵晶体，故实验操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。(5)失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2xH2O，由题意知，解得x12。答案：(1)用热纯碱溶液清洗铁屑，再用水洗(2)加快反应热水浴C(3)将Fe2全部氧化为Fe3；不引入杂质防止Fe3水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)212H2O4(2019河北唐山调研)CuCl晶体呈白色，熔点为430 ，沸点为1 490 ，见光分解，露置于潮湿空气中易被氧化，难溶于水、稀盐酸、乙醇，易溶于浓盐酸生成H3CuCl4，反应的化学方
8、程式为：CuCl(s)3HCl(aq)=H3CuCl4(aq)实验室用如图所示装置制取CuCl，反应原理为：2Cu2SO28Cl2H2O=2CuClSO4HCuCl(aq)=CuCl(s)3Cl(aq)(1)装置A中分液漏斗中的试剂应该是_。A稀硫酸B98%的硫酸C65%的硫酸(2)装置B中反应结束后，取出混合物进行以下操作，得到CuCl晶体。操作的目的是_；操作中宜选用的试剂是_。(3)实验室保存新制CuCl晶体的方法是_。(4)欲提纯某混有铜粉的CuCl晶体，请简述实验方案_。答案：(1)C(2)促进CuCl固体析出、防止CuCl被氧化乙醇、水(3)避光、密封干燥保存(4)将固体溶于浓盐酸
9、后过滤，取滤液加入大量水，过滤，洗涤，干燥5葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的营养物质。葡萄糖酸钙可通过以下反应制得：C6H12O6(葡萄糖)Br2H2OC6H12O7(葡萄糖酸)2HBr2C6H12O7CaCO3Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸钙)H2OCO2相关物质的溶解性见下表：物质名称葡萄糖酸钙葡萄糖酸溴化钙氯化钙水中的溶解性可溶于冷水易溶于热水可溶易溶易溶乙醇中的溶解性微溶微溶可溶可溶实验流程如下：C6H12O6溶液 悬浊液Ca(C6H11O7)2请回答下列问题：(1)第步中溴水氧化葡萄糖时，下列装置中最适合的是_。制备葡萄糖酸钙的过程中，葡萄糖的氧化也可用其他试剂，下列物质中最适合
10、的是_。A新制Cu(OH)2悬浊液 B酸性KMnO4溶液CO2/葡萄糖氧化酶 DAg(NH3)2OH溶液(2)第步充分反应后CaCO3固体需有剩余，其目的是_；本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是_。(3)第步需趁热过滤，其原因是_。(4)第步加入乙醇的作用是_。(5)第步中，下列洗涤剂最合适的是_。A冷水 B热水C乙醇 D乙醇水混合溶液答案：(1)BC(2)提高葡萄糖酸的转化率，便于后续分离氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应得到葡萄糖酸钙(3)葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出，如不趁热过滤会损失产品(4)可降低葡萄糖酸钙在溶剂中的溶解度，有利于葡萄糖酸钙析出(5)D6工业上乙醚可用于制造无烟火
11、药。实验室合成乙醚的原理如下。主反应2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3H2O副反应CH3CH2OHH2C=CH2H2O乙醚制备装置设计如图(部分装置略)(1)仪器a是_(写名称)；仪器b应更换为下列的_(填序号)。A干燥器B直形冷凝管C玻璃管 D安全瓶(2)实验操作的正确排序为_(填序号)，取出乙醚立即密闭保存。a安装实验仪器B加入12 mL浓硫酸和少量乙醇的混合物C检查装置气密性D熄灭酒精灯e通冷却水并加热烧瓶f拆除装置g控制滴加乙醇速率与馏出液速率相等(3)加热后发现a中没有添加碎瓷片，处理方法是_；反应温度不超过145 ，其目的是_。若滴入乙醇的速率显著超过馏出液速率，则反应速
12、率会降低，可能的原因是_。乙醚提纯(4)粗乙醚中含有的主要杂质为_；无水氯化镁的作用是_。(5)操作a的名称是_；进行该操作时，必须用水浴代替酒精灯加热，其目的与制备实验中将尾接管支管接入室外相同，均为_。解析：(1)仪器a是三颈烧瓶。仪器b为球形冷凝管，应更换为直形冷凝管。(2)实验操作顺序为：先按照从左到右，从下到上组装实验仪器，再检查装置气密性，然后加入反应物，为了防止冷凝管遇冷破裂同时保证冷凝效果，先通冷却水后加热烧瓶，实验过程中控制滴加乙醇速率与馏出液速率相等，实验结束后先熄灭酒精灯后停止通入冷却水，最后拆除装置。(3)加热后发现a中没有添加碎瓷片，应停止加热，将烧瓶中的溶液冷却至室
13、温，再重新加入碎瓷片。根据提供信息，反应温度为170 时，有副反应发生，因此反应温度不超过145 ，其目的是避免副反应发生。若滴入乙醇的速率显著超过馏出液速率，则反应混合物的温度会降低，从而导致反应速率降低。(4)乙醇容易挥发，因此粗乙醚中含有的主要杂质为乙醇。无水氯化镁的作用是干燥乙醚。(5)操作a是从干燥后的有机层(主要含乙醇和乙醚)中分离出乙醚，故操作a为蒸馏。无水乙醚遇热容易爆炸，故蒸馏时用水浴代替酒精灯加热，目的是避免引发乙醚蒸气燃烧或爆炸。答案：(1)三颈烧瓶B(2)acbegdf(3)停止加热，将烧瓶中的溶液冷却至室温，再重新加入碎瓷片避免副反应发生温度骤降导致反应速率降低(4)乙醇(或其他合理答案：)干燥乙醚(5)蒸馏避免引发乙醚蒸气燃烧或爆炸
