1、第13讲化学实验综合应用1(2014苏北四市调研)高氯酸铵(NH4ClO4)是复合火箭推进剂的重要成分，实验室可通过下列反应制取：NaClO4(aq)NH4Cl(aq)NH4ClO4(aq)NaCl(aq)(1)若NH4Cl用氨气和浓盐酸代替，上述反应不需要外界供热就能进行，其原因是_。(2)反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.15(相关物质的溶解度曲线见图1)。从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为 (填操作名称)_、干燥。图1(3)样品中NH4ClO4的含量可用蒸馏法进行测定，蒸馏装置 如图2所示(加热和仪器固定装置已略去)，实验步骤如
2、下：步骤1：按图2所示组装仪器，检查装置气密性。图2步骤2：准确称取样品a g(约0.5g)于蒸馏烧瓶中，加入约150 mL水溶解。步骤3：准确量取40.00 mL约0.1 molL1 H2SO4溶液于锥形瓶中。步骤4：经分液漏斗向蒸馏瓶中加入20 mL 3 molL1 NaOH 溶液。步骤5：加热蒸馏至蒸馏烧瓶中剩余约100 mL溶液。步骤6：用新煮沸过的水冲洗冷凝装置23次，洗涤液并入锥形瓶中。步骤7：向锥形瓶中加入酸碱指示剂，用c molL1 NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH标准溶液 V1 mL步骤8：将实验步骤17重复2次步骤3中，准确量取40.00 mL H2SO4 溶液的玻
3、璃仪器是_。步骤17中，确保生成的氨被稀硫酸完全吸收的实验是_(填写步骤序号)。为获得样品中NH4ClO4的含量，还需补充的实验是_。解析(1)氨气和浓盐酸的反应是放热反应。(2)由于NH4ClO4受热易分解，其溶解度受温度的影响变化很大，且温度越高其溶解度越大，而氯化钠的溶解度受温度的影响变化不大，因此要获得其晶体，采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，为了减少其溶解，采用冰水洗涤。(3)滴定管能读到小数点后两位，因此选择酸式滴定管量取硫酸。检查装置的气密性以免氨气逸到空气中；充分加热蒸馏烧瓶中的液体，使氨气完全逸出被吸收；把冷凝管洗涤，并将洗涤液也加到锥形瓶中，保证氨气不损失。硫酸的浓度约为0.1
4、 molL1，要求获得NH4ClO4的含量，需要知道硫酸的准确浓度。答案(1)氨气与浓盐酸反应放出热量(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤(3)酸式滴定管1,5,6用NaOH标准溶液标定H2SO4溶液的浓度(或不加高氯酸铵样品，保持其他条件相同，进行蒸馏和滴定实验)2(2014徐州三模)高氯酸铜Cu(ClO4)26H2O易溶于水，120 开始分解，常用于生产电极和作催化剂等。可由氯化铜通过下列反应制备：2CuCl22Na2CO3H2O=Cu2(OH)2CO3CO24NaCl；Cu2(OH)2CO34HClO49H2O=2Cu(ClO4)26H2OCO2。HClO4是易挥发的发烟液体，温度高
5、于130 易爆炸。下表列出了相应金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1 molL1计算)：金属离子开始沉淀沉淀完全Fe31.13.2Fe25.88.8Cu24.76.7(1)将CuCl2和Na2CO3用研钵分别研细，加入适量的沸水中，搅拌，加热至溶液呈蓝棕色。静置、冷却、过滤、洗涤得蓝色Cu2(OH)2CO3沉淀。把反应物研细的目的是_。检验沉淀是否洗涤干净，应选用的试剂是_。(2)向Cu2(OH)2CO3沉淀中滴加稍过量的HClO4小心搅拌，适度加热后得到蓝色Cu(ClO4)2溶液同时会产生大量的白雾。大量的白雾的成分是_(填化学式)。适度加热但温度不能过高的原因是
6、_。(3)25 时，若调节溶液pH3，则溶液中的Fe3的物质的量浓度为_。(已知25 时，Fe(OH)3的Ksp2.641039)(4)某研究小组欲用粗CuCl2固体(含Fe2)制备纯净的无水氯化铜固体。请补充完整由粗CuCl2固体制备纯净的无水氯化铜固体的实验步骤(可选用的试剂：蒸馏水、稀盐酸、双氧水溶液和氨水)：将粗CuCl2固体溶于蒸馏水，滴入少量的稀盐酸；_，过滤；将滤液_，得到CuCl22H2O晶体；将_，得到无水氯化铜固体。解析(1)把反应物研细的目的是增大反应物的接触面积，加快化学反应速率；沉淀中附着着Cl，检验沉淀是否洗涤干净，用稀HNO3和AgNO3溶液检验最后一次洗涤液中是
7、否含有Cl即可。(2)根据题意可知，该白雾是发烟液体HClO4挥发形成的。温度不能过高，是为了防止HClO4和Cu(ClO4)2分解。(3)c(OH)1011molL1，则c(Fe3)Ksp/c3(OH)2.64106molL1。(4)由表中数据可知，Fe3生成Fe(OH)3沉淀时的pH与Cu2生成Cu(OH)2沉淀时的pH相差较大，故可先用氧化剂将Fe2氧化为Fe3，然后再加碱调节pH至3.2到4.7，使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，过滤除去，再蒸发浓缩滤液、冷却结晶，通过过滤得到CuCl22H2O晶体，然后洗涤干燥，再在HCl气氛中加热失水得到CuCl2晶体。答案(1)增大反应物之间的接
8、触面积，使反应速率增大(其他合理答案均可)稀HNO3和AgNO3溶液(其合理答案均可)(2)HClO4防止HClO4、Cu(ClO4)2分解(3)2.64106molL1(4)加入适量双氧水溶液并充分混合，再加入适量氨水调节溶液pH至3.24.7加热浓缩，冷却结晶，过滤、(冰水)洗涤，干燥CuCl22H2O晶体在HCl气氛中加热至质量不再变化为止3三氯化铁是合成草酸铁的重要原料。(1)利用工业FeCl3制取纯净的草酸铁晶体Fe2(C2O4)35H2O的实验流程如下图所示：为了抑制FeCl3水解，溶液X为_。上述流程中FeCl3能被异丙醚萃取，其原因是_；检验萃取、分液后所得水层中是否含有Fe3
9、的方法是_。所得Fe2(C2O4)5H2O需用冰水洗涤，其目的是_。为测定所得草酸铁晶体的纯度，实验室称取a g样品，加硫酸酸化，用KMnO4标准溶液滴定生成的H2C2O4，KMnO4标准溶液应置于右图所示仪器_(填“甲”或“乙”)中。下列情况会造成实验测得Fe2(C2O4)35H2O含量偏低的是_(填字母)。a盛放KMnO4的滴定管水洗后未用标准液润洗b滴定管滴定前尖嘴部分有气泡，滴定后消失c滴定前仰视读数，滴定后俯视读数(2)某研究性学习小组欲从FeCl3溶液蚀刻镀铜电路板所得废液(溶质为FeCl2、CuCl2、FeCl3)出发，制备单质铜和无水FeCl3，再由FeCl3合成Fe2(C2O
10、4)35H2O。请补充完整由蚀刻废液制备单质铜和无水FeCl3的实验步骤(可选用的试剂：铁粉、盐酸、NaOH溶液和H2O2溶液)：向废液中加入足量铁粉，充分反应后过滤；_；_调节溶液pH，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥得FeCl36H2O；_，得无水FeCl3。答案(1)(浓)盐酸FeCl3在异丙醚中的溶解度大于其在水中的溶解度取少量溶液，向其中滴加KSCN溶液，若溶液变红，则含有Fe3(或其他合理方法)除去杂质、减少草酸铁晶体的溶解损耗甲c(2)向滤渣中加入足量盐酸，充分反应后过滤、洗涤、干燥得铜粉；将两次过滤所得滤液合并，向其中加入适量H2O2溶液使Fe2全部氧化生成Fe3将Fe
11、Cl36H2O在HCl的气氛中加热脱水4(2014广东理综，33)H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。 (1)某小组拟在同浓度Fe3的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2、0.1 molL1 Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：_。设计实验方案：在不同H2O2浓度下，测定_(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。 设计实验装置，完成如图所示的装置示意图。参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出
12、所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。 物理量实验序号V0.1 molL1 Fe2(SO4)3/mL1a2a(2)利用图(a)和图(b)中的信息，按下图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的_(填“深”或“浅”)，其原因是_。解析(1)过氧化氢在Fe3催化下分解成水和O2，根据O元素的化合价变化，可得：；在不同H2O2浓度下，需测定相同时间内，产生氧气的体积的多少，或生成相同体积氧气所需时间的多少。可用如图所示装置测定。根据“控制变量法”的要求，两个对比实验应使反应混合物中Fe2(SO4)3的浓度相同，H2O2的浓度
13、不同。(2)由图(a)知，过氧化氢的分解反应为放热反应，由图(b)知NO2转化为N2O4的反应为放热反应，故图(c)中，右侧烧杯温度高于左侧烧杯温度，即B瓶中的温度高于A瓶。温度升高，平衡2NO2(g)N2O4(g)，向逆反应方向进行，B瓶中的二氧化氮浓度增大，颜色比A瓶颜色深。答案(1)生成相同体积的氧气所需的时间(或相同时间内，生成氧气的体积)V(H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2) mLt/s1b2bed22bbef或V(H2O2)/mLV(H2O)/mLt/sV(O2) mL1b2bed22bbef(2)深因为过氧化氢分解是放热反应，2NO2(g)N2O4(g)也是放热反应，所
14、以B瓶温度高于A瓶，温度升高，平衡逆向移动，二氧化氮浓度增大，颜色加深5二草酸合铜()酸钾K2Cu(C2O4)22H2O的制备流程如下：(已知H2C2O4COCO2H2O)(1)制备CuO：CuSO4溶液中滴入NaOH溶液，加热煮沸、冷却、双层滤纸过滤、洗涤。用双层滤纸的可能原因是_。用蒸馏水洗涤氧化铜时，如何证明已洗涤干净：_。(2)本实验用K2CO3粉末与草酸溶液制取KHC2O4溶液而不用KOH粉末代替K2CO3粉末的可能原因是_。(3)为了提高CuO的利用率，如何让CuO充分转移到热的KHC2O4溶液中：_；50 水浴加热至反应充分，发生反应的化学方程式为_；再经趁热过滤、沸水洗涤、将滤
15、液蒸发浓缩得二草酸合铜()酸钾晶体。(4)若实验室只有含少量FeSO47H2O的硫酸铜晶体，欲制备较纯净的CuSO4溶液。.相关数据(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Cu24.76.7Fe25.88.8.提供的试剂有：a.蒸馏水B稀硫酸cH2O2溶液D纯净的Cu(OH)2粉末e氨水需经过的步骤有：_、_、_、过滤得CuSO4溶液。(5)将制得的K2Cu(C2O4)22H2O进行热重分析，结果如图，由图知在C点剩余固体为K2CO3和_。解析(1)检验最后一次洗涤液中是否会有SO或Na即可，相对检验SO更合适。(2)H2
16、C2O4与KOH发生中和反应，为放热反应，温度升高，导致草酸大量分解。(4)将样品溶解，用氧化剂氧化Fe2生成Fe3，调溶液pH过滤除去Fe(OH)3。(5)100 g K2Cu(C2O4)22H2O样品中，含有n(K)0.564 mol，n(Cu)0.282 mol，热重分析K、Cu不会损失，O点，m(K2CO3)38.92 g，m(Cu)18.05 g，剩余质量m59.3 g38.92 g18.08 g2.3 g，n(O)2.3 g16 gmol10.14 mol，n(Cu)/n(O)2/1，剩余K2CO3和Cu2O。答案(1)防止CuO颗粒穿过滤纸(防止滤纸破损)取最后一次洗涤滤液，滴入
17、BaCl2溶液，若无白色沉淀说明已洗涤干净(2)H2C2O4与KOH发生显著的放热反应，导致草酸大量分解(3)直接将洗涤干净的CuO固体连同滤纸一起投入到KHC2O4溶液中2KHC2O4CuOK2Cu(C2O4)2H2O(4)将含有杂质的硫酸铜晶体溶于稀硫酸酸化的蒸馏水中加入足量的H2O2溶液用纯净的Cu(OH)2粉末调节溶液pH约为4(或3.24.7之间)(5)Cu2O(或：氧化亚铜) 6(2014全国卷，28)某小组以CoCl26H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下实验。 氨的测定：精确称取w g X，加适量水溶解，注入如图
18、所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10% NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1 mL c1 molL1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2 molL1 NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。回答下列问题：(1)装置中安全管的作用原理是_。(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用_式滴定管，可使用的指示剂为_。(3)样品中氨的质量分数表达式为_。(4)测定氨前应该对装置进行气密性
19、检验，若气密性不好，测定结果将_(填“偏高”或“偏低”)。(5)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是_；滴定终点时，若溶液中c(Ag)2.0105 molL1，c(CrO)为_ molL1。已知：Ksp(Ag2CrO4)1.121012(6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为163，钴的化合价为_。 制备X的化学方程式为_；X的制备过程中温度不能过高的原因是_。解析(3)实验中，从样品液中蒸出的n(NH3)V1103 Lc1 molL1V2103 Lc2 molL1(c1V1c2V2)103 mol，样品中氨的质量分数为100%100%。(4)若装置气密性不好，有部分NH3逸出，而不
20、能被HCl吸收，则剩余的HCl的物质的量会增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中计算式可知测得m(NH3)变小，NH3的含量偏低。(5)滴定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是防止AgNO3见光分解，根据Ag2CrO4(s)2Ag(aq)CrO(aq)及Ksp的表达式得：c(CrO) molL12.8103 molL1。(6)由n(Co)n(NH3)n(Cl)163，则知X为Co(NH3)6Cl3，故Co的化合价为3价，制备X的过程中温度不能过高的原因是防止H2O2分解，NH3逸出。答案(1)当压力过大时，安全管中液面上升，使A瓶中压力稳定(2)碱酚酞(或甲基橙)(3)100%(
21、4)偏低(5)防止AgNO3见光分解2.8103 molL1(6)32CoCl22NH4Cl10NH3H2O2=2Co(NH3)6Cl32H2O温度过高，H2O2分解，氨气逸出7草酸镍晶体(NiC2O42H2O)可用于制镍催化剂，硫酸镍晶体(NiSO47H2O)主要用于电镀工业。某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下：已知：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Fe25.88.8Al33.05.0Ni26.79.5Ks
22、p(CaF2)1.461010，Ksp(CaC2O4)2.34109。(1)“粉碎”的目的是_。(2)保持其他条件相同，在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”，镍浸出率随时间的变化如图所示。“酸浸”的适宜温度与时间分别为_(填字母)。a30 、30 minb90 、150 minc70 、120 mind90 、120 min(3)证明“沉镍”工序中Ni2已经沉淀完全的实验步骤及现象是_。(4)将“沉镍”工序得到的混合物过滤，所得固体用乙醇洗涤、110 下烘干，得草酸镍晶体。用乙醇洗涤的目的是_。烘干温度不超过110 的原因是_。(5)由流程中的“浸出液”制备硫酸镍晶体的相关实验步骤如下；第1步
23、：取“浸出液”，_，充分反应后过滤，以除去铁、铝元素；第2步：向所得滤液中加入适量NH4F溶液，充分反应后过滤，得“溶液X”；第3步：_，充分反应后过滤；第4步：滤渣用稍过量硫酸充分溶解后，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得硫酸镍晶体。请补充完整相关实验步骤(可选试剂：H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)。第2步中加入适量NH4F溶液的作用是_。解析(2)分析镍浸出率，时间在90140 min，温度选择70 或90 ，从经济角度来讲70 更适宜，故选c。(3)用(NH4)2C2O4溶液检验已无Ni2。(4)洗去可溶性杂质，如(NH4)2SO4等，且便于烘干。温度过高
24、，晶体可能发生分解。(5)操作过程是取样、氧化、调pH除去Fe3，用F除钙，再调pH，沉淀Ni2。答案(1)增大反应物接触面积，加快反应速率；提高镍的浸出率(2)c(3)静置，在上层清液中继续滴加(NH4)2C2O4溶液，若不再产生沉淀，则“沉镍”工序已经完成(4)洗去(NH4)2SO4杂质、便于烘干防止温度过高，草酸镍晶体失去结晶水或分解(5)第1步：(加适量H2SO4溶液，)加足量H2O2溶液，充分反应后用NaOH溶液调节溶液5.0pH6.7第3步：用NaOH溶液调节“溶液X”的pH9.5除去杂质Ca2或CaSO48(2014苏锡常镇一调)草酸合铁酸钾晶体KxFe(C2O4)y3H2O可用
25、于摄影和蓝色印刷。实验室制备草酸合铁酸钾晶体的实验流程如下：(1)若用铁和稀硫酸制备FeSO47H2O，常保持_过量，理由是_。(2)上述流程中，“沉淀”一步所得FeC2O42H2O沉淀需用水洗涤。检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(3)测定草酸合铁酸钾产品中Fe3含量和C2O含量的实验步骤如下：步骤1：准确称取所制草酸合铁酸钾晶体a g(约1.5 g)，配成250 mL待测液。步骤2：用移液管移取25.00 mL待测液于锥形瓶中，加入6 molL1盐酸10 mL，加热至7080 ，趁热用SnCl2TiCl3联合还原法将Fe3全部还原为Fe2，加入MnSO4溶液10 mL，在7580 下用0.0
26、10 00 molL1 KMnO4标准溶液滴定至终点(Cl不参与反应)，将C2O全部氧化成CO2，Fe2全部氧化成Fe3记录体积。步骤3：步骤4：重复上述步骤2步骤3两次。步骤2操作时，还需要使用如图所示仪器中的_(填序号)。步骤2中MnSO4溶液的作用是_，滴定终点的现象是_。在不增加试剂种类的前提下，步骤3的目的是_。解析(1)铁和稀硫酸制备FeSO47H2O，保持一种物质过量，主要是硫酸，因为在获得晶体的过程中抑制Fe2的水解。(2)沉淀洗涤是否干净，主要是沉淀中所含的可溶性杂质是否存在，首先分析杂质可能是K2SO4，可以通过检验SO检验洗涤是否干净。(3)注意测定过程中要控制温度，选择
27、温度计，方法是通过利用KMnO4溶液滴定，选用酸式滴定管。滴定过程中MnO被还原为Mn2，先加入Mn2可能是作催化剂。滴定终点时，KMnO4过量，此时溶液呈浅红色，且半分钟内不褪色。本实验的目的是测定Fe3和C2O，而测定过程中，是先将Fe3还原为Fe2，然后利用KMnO4溶液滴定氧化Fe2、C2O，无法分别出Fe2、C2O各自的量，只有总量，因此还需要滴定出Fe2或C2O，由题可知滴定C2O更容易，因为可以另取溶液，直接滴定，因为此时铁为Fe3不与KMnO4反应。答案(1)铁防止Fe2被氧气氧化(2)取少量最后一次洗涤液，加入BaCl2溶液，若出现白色沉淀，说明沉淀没有洗涤干净，反之，沉淀已洗涤干净(其他合理答案也可)(3)ad作催化剂溶液变为浅红色，且半分钟不褪色测定C2O的含量