高考大题题型专项训练(三)
化学实验综合探究题
1．凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用
浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是__________。f的名称是__________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开K1，关闭K2、K3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭K1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是________；打开K2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂，铵盐试样由d 注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭K3，d中保留少量水。打开K1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是_____________________。
②e中主要反应的离子方程式为_________________________，
e采用中空双层玻璃瓶的作用是______________________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为
________%，样品的纯度≤________%。
解析：(1)加热水蒸气时，若关闭K1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。
(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。
(3)关闭K 1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g 中水倒吸入c 中。
(4)①d 中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的
NH 3逸出。②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为
NH ＋4＋OH －=====△NH 3↑＋H 2O 。e 采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。
(5)由题给化学方程式NH 3＋H 3BO 3===NH 3·H 3BO 3、
NH 3·H 3BO 3＋HCl===NH 4Cl ＋H 3BO 3，根据氮原子守恒可得关系式：C 2H 5NO 2～N ～HCl 。
n(C 2H 5NO 2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV ×10－3mol ，则样品中氮的质量分数为cV ×10－3 mol ×14 g ·m ol
－1m g ×100%＝1.4cV m
%；样品的纯度≤75 g ·m ol －1×cV ×10－3 mol m g ×100%＝7.5cV m
%。答案：(1)避免b 中压强过大
(2)防止暴沸直形冷凝管
(3)c 中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨气逸出
②NH ＋4＋OH －
=====△NH 3↑＋H 2O 保温使氨完全蒸出
(5)1.4cV m 7.5cV m
2．碱式硫酸铝溶液可用于烟气脱硫。室温下向一定浓度的硫酸铝溶液中加入一定量的碳酸钙粉末，反应后经过滤得到碱式硫酸铝溶液，反应方程式为
(2－x)Al 2(SO 4)3＋3xCaCO 3＋3xH 2O===2[(1－x)Al 2(SO 4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO 4↓＋3xCO 2↑
生成物(1－x)Al 2(SO 4)3·xAl(OH)3中x 值的大小影响碱式硫酸铝溶液的脱硫效率。
(1)制备碱式硫酸铝溶液时，维持反应温度和反应时间不变，提高x 值的方法有______________。
(2)碱式硫酸铝溶液吸收SO 2过程中，溶液的pH________(填“增大”、“减小”、“不变”)。
(3)通过测定碱式硫酸铝溶液中相关离子的浓度确定x 的值，测定方法如下：
①取碱式硫酸铝溶液25.00 mL，加入盐酸酸化的过量BaCl2溶液充分反应，静置后过滤、洗涤，干燥至恒重，得固体 2.330 0 g。
②取碱式硫酸铝溶液 2.50 mL，稀释至25 mL，加入0.100 0 mol·
L －1EDTA标准溶液25.00 mL，调节溶液pH约为4.2，煮沸，冷却后用0.080 00 mol·L－1CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO4标准溶液20.00 mL(已知Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1：1)。
计算(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(写出计算过程)。
解析：(1)碱式硫酸铝中“氢氧化铝”的生成原理是：碳酸钙与
硫酸铝水解出的氢离子反应，促进硫酸铝水解，生成氢氧化铝。所以，欲提高x值，即提高Al(OH)3的生成量，可以增加碳酸钙的量。也可
以在不增加碳酸钙用量的情况下，加快搅拌速率，使二者接触更充分，从而使硫酸铝的水解率增大。
(2)二氧化硫是酸性氧化物，吸收二氧化硫必将使碱式硫酸铝溶
液的pH减小。
答案：(1)适当增加CaCO3的量或加快搅拌速率
(2)减小
(3)25 mL溶液中：
n(SO2－4)＝n(BaSO4)＝
2.330 0 g
233 g·m ol－1
＝0.010 0 mol
2．5 mL溶液中：
n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)
＝0.100 0 mol·L－1×25.00 mL×10－3L·mL－1－0.080 00 mol·L－1×20.00 mL×10－3 L·mL－1＝9.000×10－4 mol
25 mL溶液中：n(Al3＋)＝9.000×10－3 mol
1 mol(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中
n(Al3＋)＝(2－x) mol；n(SO2－4)＝3(1－x) mol
n Al3＋n SO2－4＝
2－x
31－x
＝
9.000×10－3 mol
0.010 0 mol x＝0.41
3．绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有
重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：__________________________、__________________。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和
K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是________。
②将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热
b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2
d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A
f．冷却到室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为___________________。
a．品红b．NaOH c．BaCl2
d．Ba(NO3) 2e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式____________________________________。
解析：(1)绿矾溶液中滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中没有Fe3＋；再向试管中通入空气，溶液变红，说明有Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋。
(2)①由仪器的构造特征可知，B为干燥管。
②实验时，为防止空气中的O2将Fe2＋氧化，应先通入N2将装置中的O2排净，然后点燃酒精灯加热。停止加热后，为防止FeSO4吸收空气中的水蒸气，待玻璃管冷却，关闭K1和K2后再称重。故实
验操作步骤应为d 、a 、b 、f 、c 、e 。
③由题意知，绿矾的质量为(m 2－m1) g ，加热后FeSO 4的质量为(m 3－m1) g ，结晶水的质量为
(m 2－m 3) g 。设绿矾的化学式为FeSO4·xH 2O ，则
FeSO 4·xH 2O=====△FeSO 4
＋xH 2O 152
18x (m 3－m1) g (m 2－m 3) g 152m 3－m 1 g ＝18x m 2－m 3 g
解得：x ＝76m 2－m 3
9m 3－m 1
若实验中，按a 、d 次序操作，则会导致绿矾吸收空气中的氧气，从而使加热后的固体质量m 3增大，则测出结晶水的值x 偏小。
(3)残留固体为红色，说明有Fe 2O 3生成，即分解过程中发生了氧化还原反应，根据Fe 元素的化合价变化可知一定有SO 2生成，即
FeSO 4――→高温Fe 2O 3＋SO 2↑，根据电子转移守恒可得
2FeSO 4――→高温Fe 2O 3＋SO 2↑，最后根据S 守恒配平可得化学方程式：2FeSO 4=====
高温Fe 2O 3＋SO 2↑＋SO 3↑。SO 3溶于水生成H 2SO 4，H 2SO 4和Ba 2＋可生成白色沉淀BaSO 4，由于Ba(NO 3)2在酸性溶液中具有强氧化性，能氧化SO 2，故应该先用BaCl 2检验SO 3，检验SO 2可用品红溶液，故
C 、
D 的溶液依次为BaCl 2溶液和品红。实验现象是
C 中溶液产生白
色沉淀，D 中品红溶液褪色或变浅。
答案：(1)样品中没有Fe 3＋Fe 2＋易被氧气氧化为Fe
3＋(2)①干燥管②d 、a 、b 、f 、c 、e ③76m 2－m 39m 3－m 1
偏小(3)①c 、a 生成白色沉淀、褪色
②2FeSO 4=====高温Fe 2O 3＋SO 2↑＋SO 3↑
4．以Cl 2、NaOH 、(NH 2)2CO(尿素)和SO 2为原料可制备N 2H 4·H 2O(水合肼)和无水Na 2SO 3，其主要实验流程如下：
已知：①Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O是放热反应。
②N2H4·H2O沸点约118 ℃，具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N2。
(1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，若温度超过40 ℃，Cl2与NaOH 溶液反应生成NaClO3和NaCl，其离子方程式为____________________________；实验中控制温度除用冰水浴外，还需采取的措施是______________________________。
(2)步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如图1所示。NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40 ℃以下反应一段时间后，再迅速升温至110 ℃继续反应。实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是________；使用冷凝管的目的是______________________。
(3)步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3(水溶液中H2SO3、HSO－3、SO2－3随pH的分布如图2所示，Na2SO3的溶解度曲线如图3所示)。
①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。实验
中确定何时停止通SO 2的实验操作为____________________________。
②请补充完整由NaHSO 3溶液制备无水Na 2SO 3的实验方案：__________________________________，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。
解析：(1)由题给条件，反应物为Cl 2和NaOH ，生成物为NaClO 3、NaCl 、H 2O ，根据离子方程式书写规则、原子守恒、电荷守恒以及得
失电子守恒得该离子反应为：3Cl 2＋6OH －
=====△5Cl －＋ClO －3＋3H 2O ；Cl 2与碱反应放热，所以要控制温度还要控制通入氯气的速度。
(2)步骤Ⅱ是尿素和次氯酸钠反应合成水合肼，由题给信息水合肼能与次氯酸钠剧烈反应，所以滴液漏斗中盛装的是次氯酸钠碱性溶液，由水合肼沸点约为118 ℃，题给实验反应温度为110 ℃，故使用冷凝管的目的是减少水合肼的挥发。
(3)①由题图2所给pH 与各粒子摩尔分数关系可知，在pH 约为4时，溶液中HSO －3浓度最大，此时可停止通SO 2气体；②由NaHSO 3制备Na 2SO 3，是向NaHSO 3溶液中加入NaOH 溶液，由题图2可知在pH 约为10时，SO 2－3浓度最大，此时停止加入NaOH ，再由Na 2SO 3的溶解度曲线可知，过滤温度应高于34 ℃。实验方案为：边搅拌边向NaHSO 3溶液中滴加NaOH 溶液，测量溶液pH ，pH 约为10时，停止滴加NaOH 溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在温度高于34 ℃条件下趁热过滤。
答案：(1)3Cl 2＋6OH －=====△5Cl －＋ClO －3＋3H 2O 缓慢通入Cl 2
(2)NaClO 碱性溶液减少水合肼的挥发
(3)①测量溶液的pH ，若pH 约为4，停止通SO 2
②边搅拌边向NaHSO 3溶液中滴加NaOH 溶液，测量溶液pH ，pH 约为10时，停止滴加NaOH 溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于34 ℃条件下趁热过滤
5．无水MgBr 2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr 2，装置如图1，主要步骤如下：