題型突破(二)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究1無(wú)機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)研真題·明考向角度1提純物質(zhì)型實(shí)驗(yàn)1.(2024·河北選擇考·15)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(jì)實(shí)驗(yàn)制備高純度的溴?；卮鹣铝袉?wèn)題:(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_(kāi)__________;CaBr2溶液的作用為_(kāi)_________;D中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________。

(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(guò)程中生成I2的離子方程式為_(kāi)_________________。

(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_(kāi)_____________________和________________。

(4)為保證溴的純度,步驟(3)中K2Cr2O7固體的用量按理論所需量的34計(jì)算,若固體R質(zhì)量為m克(以KBr計(jì)),則需稱取__________gK2Cr2O7(M=294g·mol-1)(用含m的代數(shù)式表示)。(5)本實(shí)驗(yàn)所用鉀鹽試劑均經(jīng)重結(jié)晶的方法純化。其中趁熱過(guò)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(shí)用______________,濾液沿?zé)诹飨隆?/p>

【審題流程】【解題指導(dǎo)】第一步:明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠墒惺鄣匿謇醚趸€原反應(yīng)原理制備高純度的溴第二步:理解實(shí)驗(yàn)裝置和除雜原理裝置B中濃CaBr2溶液除去Cl2,裝置C冷凝得到Br2和I2,Br2和I2在裝置D中轉(zhuǎn)化為Br-和I-。I-被KMnO4溶液氧化為I2,加熱除去I2并蒸干溶液得到KBr固體第三步:制備高純Br2KBr與K2Cr2O7反應(yīng)得到Br2,蒸餾得到高純度的溴【解析】市售的溴(純度99%)中含有少量的Cl2和I2,實(shí)驗(yàn)利用氧化還原反應(yīng)原理制備高純度的溴,將市售的溴滴入盛有濃CaBr2溶液的B中,Cl2可與CaBr2發(fā)生氧化還原反應(yīng)而除去,I2與Br2一起蒸餾入草酸鉀溶液中,并被草酸鉀還原為I-、Br-,轉(zhuǎn)移D中溶液,邊加熱邊向溶液中滴加酸化的高錳酸鉀溶液氧化I-,加熱蒸干得KBr固體,將KBr固體和K2Cr2O7固體混合均勻后滴加適量濃H2SO4,水浴加熱蒸餾,D中加入冷的蒸餾水減少Br2揮發(fā),然后將得到的液體分液、干燥、蒸餾,可得高純度的溴。(1)儀器C為直形冷凝管,用于冷凝蒸氣;市售的溴中含有少量的Cl2,Cl2可與CaBr2發(fā)生氧化還原反應(yīng)而除去;水浴加熱時(shí),Br2、I2經(jīng)蒸餾進(jìn)入裝置D中,分別與K2C2O4發(fā)生氧化還原反應(yīng),Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑、I2+K2C2O42KI+2CO2↑,由于Br2為進(jìn)入D的主要物質(zhì),故主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑。(2)將D中溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中,邊加熱邊向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出現(xiàn)紅棕色氣體(Br2),即說(shuō)明KMnO4已將KI全部氧化,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2MnO4-+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O;KBr幾乎未被氧化,繼續(xù)加熱將溶液蒸干所得固體R的主要成分為KBr(3)密度Br2>H2O,D中冷的蒸餾水起到液封的作用,同時(shí)冷的蒸餾水溫度較低,可減少溴的揮發(fā)。(4)mgKBr固體的物質(zhì)的量為m119mol,根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得關(guān)系式6KBr~6e-~K2Cr2O7,則理論上需要K2Cr2O7的物質(zhì)的量為16×m119mol,實(shí)際所需稱取K2Cr2O7的質(zhì)量為16×m119mol×34×294g·mol-1(5)趁熱過(guò)濾的具體操作:漏斗下端管口緊靠燒杯內(nèi)壁,轉(zhuǎn)移溶液時(shí)用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三層濾紙?zhí)?濾液沿?zé)诹飨?。答?(1)直形冷凝管除去市售的溴中含有的少量的Cl2Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑(2)蒸發(fā)皿2MnO4-+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2(3)液封降低溫度(4)0.31m(或147m(5)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三層濾紙?zhí)帯菊骖}拓展】根據(jù)本題解答下列問(wèn)題:(1)寫(xiě)出下列反應(yīng)的離子方程式:B裝置_________________________________;

第(3)小題發(fā)生的反應(yīng)____________________。

提示:Cl2+2Br-===2Cl-+Br26Br-+Cr2O72-+14H+===3Br2+2Cr3++7H(2)裝置D后面的“尾氣吸收”使用的裝置可以是_____________。

提示:盛有NaOH溶液的洗氣瓶或盛有堿石灰的干燥管。角度2制備物質(zhì)型實(shí)驗(yàn)2.(2023·全國(guó)甲卷·27)鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3溶于熱水,在冷水中微溶,可通過(guò)如下反應(yīng)制備:2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O具體步驟如下:Ⅰ.稱取2.0gNH4Cl,用5mL水溶解。Ⅱ.分批加入3.0gCoCl2·6H2O后,將溶液溫度降至10℃以下,加入1g活性炭、7mL濃氨水,攪拌下逐滴加入10mL6%的雙氧水。Ⅲ.加熱至55~60℃反應(yīng)20min。冷卻,過(guò)濾。Ⅳ.將濾得的固體轉(zhuǎn)入含有少量鹽酸的25mL沸水中,趁熱過(guò)濾。Ⅴ.濾液轉(zhuǎn)入燒杯,加入4mL濃鹽酸,冷卻、過(guò)濾、干燥,得到橙黃色晶體?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)步驟Ⅰ中使用的部分儀器如下。儀器a的名稱是____________。加快NH4Cl溶解的操作有_______。

(2)步驟Ⅱ中,將溫度降至10℃以下以避免________、

________;可選用________降低溶液溫度。

(3)指出下列過(guò)濾操作中不規(guī)范之處:___________________。

(4)步驟Ⅳ中,趁熱過(guò)濾,除掉的不溶物主要為_(kāi)_______________。

(5)步驟Ⅴ中加入濃鹽酸的目的是______________。

【審題流程】【解題指導(dǎo)】第一步:獲取關(guān)鍵信息鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3溶于熱水,在冷水中微溶(理解提純時(shí)的控溫原因),制備反應(yīng)為2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O(濃氨水和雙氧水分解,理解制備時(shí)的控溫原因)第二步:制備[Co(NH3)6]Cl3配制NH4Cl溶液,分批加入CoCl2·6H2O,控制溶液溫度在10℃以下(防濃氨水和雙氧水分解),分別加入試劑,加熱至55~60℃反應(yīng)20min,制得產(chǎn)品第三步:提純[Co(NH3)6]Cl3冷卻、過(guò)濾得到[Co(NH3)6]Cl3和活性炭的混合物,轉(zhuǎn)入沸水,過(guò)濾除去活性炭,得到[Co(NH3)6]Cl3溶液,濾液加濃鹽酸(促進(jìn)產(chǎn)品析出),冷卻、過(guò)濾、干燥,得到橙黃色晶體【解析】稱取2.0g氯化銨,用5mL水溶解,分批加入3.0gCoCl2·6H2O后,降溫至10℃以下,加入1g活性炭、7mL濃氨水,攪拌下逐滴加入10mL6%的雙氧水,加熱至55~60℃反應(yīng)20min,反應(yīng)完成后,冷卻,過(guò)濾,鈷配合物在冷水中會(huì)析出固體,過(guò)濾所得固體為鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3和活性炭的混合物,將所得固體轉(zhuǎn)入有少量鹽酸的沸水中,趁熱過(guò)濾,除去活性炭,將濾液轉(zhuǎn)入燒杯中,加入濃鹽酸,可促進(jìn)鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3析出,提高產(chǎn)率。(1)儀器a為錐形瓶;升溫、攪拌可加快NH4Cl溶解。(2)步驟Ⅱ中使用了濃氨水和雙氧水,高溫下易揮發(fā)、分解,所以溫度要控制在10℃以下,避免濃氨水分解和揮發(fā)、雙氧水分解,要控制溫度在10℃以下,通常采用冰水浴降溫。(3)圖中過(guò)濾裝置中,玻璃棒沒(méi)有緊靠三層濾紙?zhí)?漏斗末端較長(zhǎng)處(尖嘴部分)沒(méi)有緊靠在“盛濾液”的燒杯內(nèi)壁。(4)步驟Ⅳ中,將所得固體轉(zhuǎn)入有少量鹽酸的沸水中,根據(jù)題目信息,鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3溶于熱水,活性炭不溶于熱水,所以趁熱過(guò)濾可除去活性炭。(5)步驟Ⅴ中,將濾液轉(zhuǎn)入燒杯,由于鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3中含有氯離子,加入4mL濃鹽酸,根據(jù)同離子效應(yīng),促進(jìn)鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3盡可能完全析出,提高產(chǎn)率。答案:(1)錐形瓶升溫、攪拌等(2)濃氨水分解和揮發(fā)雙氧水分解冰水浴(3)玻璃棒沒(méi)有緊靠三層濾紙?zhí)?漏斗末端較長(zhǎng)處(尖嘴部分)沒(méi)有緊靠在“盛濾液”的燒杯內(nèi)壁(4)活性炭(5)根據(jù)同離子效應(yīng),促進(jìn)鈷配合物[Co(NH3)6]Cl3盡可能完全析出,提高產(chǎn)率角度3制備測(cè)純型實(shí)驗(yàn)3.(2024·貴州選擇考·15)十二鎢硅酸在催化方面有重要用途。某實(shí)驗(yàn)小組制備十二鎢硅酸晶體,并測(cè)定其結(jié)晶水含量的方法如下(裝置如圖,夾持裝置省略):Ⅰ.將適量Na2WO4·2H2O、Na2SiO3·9H2O加入三頸燒瓶中,加適量水,加熱,溶解。Ⅱ.持續(xù)攪拌下加熱混合物至近沸,緩慢滴加濃鹽酸至pH為2,反應(yīng)30分鐘,冷卻。Ⅲ.將反應(yīng)液轉(zhuǎn)至萃取儀器中,加入乙醚,再分批次加入濃鹽酸,萃取。Ⅳ.靜置后液體分上、中、下三層,下層是油狀鎢硅酸醚合物。Ⅴ.將下層油狀物轉(zhuǎn)至蒸發(fā)皿中,加少量水,加熱至混合液表面有晶膜形成,冷卻結(jié)晶,抽濾,干燥,得到十二鎢硅酸晶體{H4[SiW12O40]·nH2O}。已知:①制備過(guò)程中反應(yīng)體系pH過(guò)低會(huì)產(chǎn)生鎢的水合氧化物沉淀;②乙醚易揮發(fā)、易燃,難溶于水且密度比水小;③乙醚在高濃度鹽酸中生成的[C2H5—OH—C2H5]+與[SiW12O40]4-回答下列問(wèn)題:(1)儀器a中的試劑是________(填名稱),其作用是______________。

(2)步驟Ⅱ中濃鹽酸需緩慢滴加的原因是______________。

(3)下列儀器中,用于“萃取、分液”操作的有__________________(填名稱)。(4)步驟Ⅳ中“靜置”后液體中間層的溶質(zhì)主要是________。

(5)步驟Ⅴ中“加熱”操作________(選填“能”或“不能”)使用明火,原因是____________________________________。

(6)結(jié)晶水測(cè)定:稱取mg十二鎢硅酸晶體{H4[SiW12O40]·nH2O,相對(duì)分子質(zhì)量為M},采用熱重分析法測(cè)得失去全部結(jié)晶水時(shí)失重ω%,計(jì)算n=____________(用含ω、M的代數(shù)式表示)若樣品未充分干燥,會(huì)導(dǎo)致n的值________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【解析】(1)濃鹽酸具有揮發(fā)性,會(huì)污染環(huán)境,故a中的試劑的作用是吸收揮發(fā)出來(lái)的氯化氫,可以是堿石灰;(2)由于制備過(guò)程中反應(yīng)體系pH過(guò)低會(huì)產(chǎn)生鎢的水合氧化物沉淀,故步驟Ⅱ中濃鹽酸需緩慢滴加,防止制備過(guò)程中局部pH過(guò)低而產(chǎn)生鎢的水合氧化物沉淀;(3)萃取分液需要使用分液漏斗,同時(shí)需要燒杯來(lái)盛放分液后的液體,故用于“萃取、分液”操作的有分液漏斗、燒杯;(4)步驟Ⅳ中“靜置”后液體分為上、中、下三層,其中下層液體為油狀鎢硅酸醚合物,乙醚較難溶于水,且密度小于水,故上層為乙醚,中層為水層,通過(guò)分析發(fā)生的反應(yīng)可知,中間層的溶質(zhì)主要為NaCl;(5)由于乙醚易揮發(fā),易燃,故步驟Ⅴ中“加熱”操作不能使用明火;(6)mg十二鎢硅酸晶體的物質(zhì)的量為n1=mM,結(jié)晶水占總質(zhì)量的ω%,則結(jié)晶水的物質(zhì)的量為n2=mω%18,則n=n2n1=Mω%18;若未充分干燥答案:(1)堿石灰吸收揮發(fā)出來(lái)的氯化氫(2)防止制備過(guò)程中局部pH過(guò)低而產(chǎn)生鎢的水合氧化物沉淀(3)分液漏斗、燒杯(4)NaCl(5)不能乙醚易揮發(fā),易燃,遇明火極易發(fā)生危險(xiǎn)(6)Mω%建模板·塑思維1.無(wú)機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)的信息獲取模型2.分離提純實(shí)驗(yàn)題的解題思維模型3.制備物質(zhì)時(shí)“無(wú)氧”和“無(wú)水”環(huán)境的創(chuàng)設(shè)方法(1)創(chuàng)設(shè)“無(wú)氧”環(huán)境。用固體或固體與氣體間反應(yīng)制備易被氧化的物質(zhì)時(shí),可用惰性氣體排盡裝置內(nèi)的空氣。(2)創(chuàng)設(shè)“無(wú)水”環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室制備遇水劇烈反應(yīng)的物質(zhì)時(shí),可在該裝置的前、后均設(shè)置干燥裝置,前者的目的是除去氣體反應(yīng)物中的水,后者的目的是防止空氣中水蒸氣的進(jìn)入。練模擬·提素養(yǎng)二氧化釩(VO2)具有優(yōu)異的導(dǎo)電特性,實(shí)驗(yàn)室用如圖裝置(加熱和夾持裝置略),先制得氧釩(Ⅳ)堿式碳酸銨晶體,其化學(xué)式為(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O。已知:+4價(jià)的釩化合物在弱酸性條件下易被氧化;VO2在空氣中能被緩慢氧化為V2O5?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)儀器c的名稱為_(kāi)___________,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,打開(kāi)K1、K2,關(guān)閉K3,為使c中液體順利滴下進(jìn)行的操作是_______________。

(2)b中加入N2H4·2HCl溶液后進(jìn)行的操作為①關(guān)閉K2,加熱裝置b至微沸;②數(shù)分鐘后……,使b中溶液流入三頸燒瓶;③關(guān)閉K3,打開(kāi)e的活塞,使碳酸氫銨溶液與VOCl2溶液混合,攪拌,充分反應(yīng),冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥,得氧釩(Ⅳ)堿式碳酸銨晶體。裝置b充分反應(yīng)得到VOCl2溶液,反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________,②的操作方法為_(kāi)____________,裝置b中所產(chǎn)生氣體的作用是__________。

(3)在N2氛圍中加熱氧釩(Ⅳ)堿式碳酸銨晶體得到VO2。稱量ag產(chǎn)品于錐形瓶中,用20mL70%的硫酸加熱溶解后,加入0.01mol·L-1高錳酸鉀溶液至稍過(guò)量,充分反應(yīng)后,加2%NaNO2溶液至稍過(guò)量,再用尿素除去過(guò)量的NaNO2,最后用bmol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),消耗cmL標(biāo)準(zhǔn)液。已知:VO2++Fe2++2H+===VO2++Fe3++H2①粗產(chǎn)品中VO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_________(用含a、b、c的式子表示)。

②下列情況會(huì)導(dǎo)致所測(cè)釩元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小的是__________(填序號(hào))。

A.稱量樣品時(shí),樣品在空氣中露置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)B.(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液中部分Fe2+被氧化C.滴定過(guò)程中,往錐形瓶?jī)?nèi)加入少量蒸餾水D.滴定達(dá)終點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡【解析】由題意可知,該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯梦逖趸C先制得氧釩(Ⅳ)堿式碳酸銨晶體,在氮?dú)夥諊屑訜嵫踱C(Ⅳ)堿式碳酸銨晶體得到二氧化釩,并用滴定的方法測(cè)定粗產(chǎn)品中釩元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(1)由實(shí)驗(yàn)裝置圖可知,儀器c為分液漏斗;實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,打開(kāi)K1、K2,關(guān)閉K3,為使分液漏斗中液體順利滴下應(yīng)打開(kāi)分液漏斗的玻璃塞或使玻璃塞的凹槽對(duì)準(zhǔn)活塞上的小孔,形成內(nèi)外空氣對(duì)流;(2)由題意