化学实验探究教师版

化学实验探究1．（15分）某校化学研究性学习小组查阅资料了解到以下内容：乙二酸（HOOC﹣COOH，可简写为H2C2O4）俗称草酸，易溶于水，属于二元中强酸（为弱电解质），且酸性强于碳酸，其熔点为101.5℃，在157℃升华．为探究草酸的部分化学性质，进行了如下实验：（1）向盛有1mL饱和NaHCO3溶液的试管中加入足量乙二酸溶液，观察到有无色气泡产生．该反应的离子方程式为HCO3﹣+H2C2O4=HC2O4﹣+CO2↑+H2O；（2）向盛有乙二酸饱和溶液的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，发现其溶液的紫红色褪去；①说明乙二酸具有还原性（填“氧化性”、“还原性”或“酸性”）；②请配平该反应的离子方程式：2 MnO4﹣+5 H2C2O4+6 H+=2 Mn2++10 CO2↑+8H2O（3）将一定量的乙二酸放于试管中，按下图所示装置进行实验（夹持装置未标出）：实验发现：装置C、G中澄清石灰水变浑浊，B中CuSO4粉末变蓝，F中CuO粉末变红．据此回答：①上述装置中，D的作用是除去混合气体中的CO2，②乙二酸分解的化学方程式为H2C2O4H2O+CO↑+CO2↑；（4）该小组同学将2.52g草酸晶体（H2C2O4•2H2O）加入到100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中充分反应，测得反应后溶液呈酸性，其原因是反应所得溶液为NaHC2O4溶液，由于HC2O4﹣的电离程度比水解程度大，导致溶液中c（H+）＞c（OH﹣），所以溶液呈酸性（用文字简单表述），该溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为：Na+＞HC2O4﹣＞H+＞C2O42﹣＞OH﹣（用离解答：解：（1）题中强调足量的草酸，故反应后草酸转化为HC2O4﹣，且酸性强于碳酸，反应的离子方程式为HCO3﹣+H2C2O4=HC2O4﹣+CO2↑+H2O，故答案为：HCO3﹣+H2C2O4=HC2O4﹣+CO2↑+H2O；（2）①向盛有乙二酸饱和溶液的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，发现其溶液的紫红色褪去，说明具有氧化性的高锰酸钾被还原，说明草酸具有还原性，把MnO4﹣还原为Mn2+，故答案为：还原性；②反应中根据氧化剂得失电子守恒可知氧化剂和还原剂物质的量之间的关系为：2MnO4﹣～5H2C2O4，在根据电荷守恒和质量守恒可写出反应方程式为：2MnO4﹣+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，故答案为：2；5；6；2；10；8；（3）①乙二酸分解的化学方程式为H2C2O4H2O+CO↑+CO2↑，由各物质的性质可推测B中CuSO4固体检验草酸分解产物中的水，C装置检验草酸分解产物中的CO2，D装置的目的是为了除尽CO2，防止影响后续实验现象的判断，E装置用来干燥气体，F、G装置用来判断草酸分解产物中有无CO生成，故答案为：除去混合气体中的CO2；②根据题意知草酸分解生成一氧化碳、二氧化碳和水，反应方程式为H2C2O4H2O+CO↑+CO2↑，故答案为：H2C2O4H2O+CO↑+CO2↑；（4）两者正好1：1反应生成NaHC2O4，溶液显酸性说明HC2O4﹣的电离程度大于其水解程度，而溶液中还存在着水的电离，故H+＞C2O42﹣，由于离子的电离程度较小，则有HC2O4﹣＞H+，故正确顺序为Na+＞HC2O4﹣＞H+＞C2O42﹣＞OH﹣，故答案为：反应所得溶液为NaHC2O4溶液，由于HC2O4﹣的电离程度比水解程度大，导致溶液中c（H+）＞c（OH﹣），所以溶液呈酸性；Na+＞HC2O4﹣＞H+＞C2O42﹣＞OH﹣．32①2Mg+O22MgO；②3Mg+N2Mg3N2；③2Mg+CO22MgO+C④Mg+H2O MgO+H2↑⑤Mg3N2+6H2O 3Mg（OH）2+2NH3↑可供选择的装置和药品如下图所示（镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连）．回答下列问题；（1）在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置（填字母代号）及其目的分别B 目的是除气流中的水蒸汽，避免反应④发生；D 目的是除去空气中的CO2，避免反应③发生；F 目的是除去空气中的氧气，避免反应①发生；（2）连接并检查实验装置的气密性．实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5升的储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是（填字母代号）j→h→g→d→c→k→l（或l→k）→a→b （或b→a）；（3）通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响？制得的氮化镁将不纯，原因是因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应；（4）请设计一个实验，验证产物是氮化镁：将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁．3．二氧化氯（ClO2）在常温下是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为－59℃，沸点为11．0℃，易溶于水。

工业上用稍潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60℃时反应制得。

某学生拟用下图所示装置模拟工业制取并收集ClO2。

（1）A中反应产物有K2CO3、ClO2和CO2等，请写出该反应的化学方程式：。

（2）A必须添加温度控制装置，除酒精灯外，还需要的玻璃仪器有烧杯、；B装置必须放在冰水浴中，其原因是。

（3）反应后在装置C中可得NaClO2溶液。

已知NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO2·3H2O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO2。

请补充从NaClO2溶液中制得NaClO2晶体的操作步骤：①；②；③洗涤；④干燥。

（4）ClO2很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO2溶液。

为测定所得溶液中ClO2的含量，进行了下列实验：步骤1：准确量取ClO2溶液10．00 mL，稀释成100．00 mL试样；量取V1 mL试样加入到锥形瓶中；步骤2：用稀硫酸调节试样的pH≤2．0，加入足量的KI晶体，静置片刻；步骤3：加入淀粉指示剂，用c mol/L Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V2 mL。

（已知2 Na2S2O3 + I2＝Na2S4O6 + 2NaI）①配制100 mL c mol/LNa2S2O3标准溶液时，用到的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有：。

②写出步骤2中发生反应的离子方程式。

③原ClO2溶液的浓度为g / L（用步骤中的字母代数式表示）。

④若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，则测定结果。

若滴定开始仰视读数，滴定终点时正确读数，则测定结果。

（填“偏高”“偏低”或“不变”）【答案】（16分）（1）2KClO3+H2C2O4K2CO3+CO2↑+2ClO2↑+H2O（2分）（2）温度计（2分）使ClO2充分冷凝，减少挥发（2分）（3）①蒸发结晶（1分，写蒸发、浓缩、结晶均给分）②趁热过滤（1分）（4）① 100ml 容量瓶、胶头滴管（各1分）②2ClO2 + 10I- + 8H+ = 2Cl- + 5I2 + 4H2O（2分）③（2分）④偏高偏低（各1分）【解析】（1）氯酸钾、草酸反应生成碳酸钾、二氧化氯和二氧化碳，氯酸钾作氧化剂、草酸作还原剂，根据得失电子相等、质量守恒配平。

（2）A中反应温度为60℃，所以还需添加温度计；因二氧化氯沸点低，易挥发，所以B应置于冰水浴中。

（3）将亚氯酸钠溶液蒸发浓缩至38℃时NaClO2析出，然后趁热过滤、洗涤、干燥得到晶体。

（4）配制100mL一定浓度硫代硫酸钠溶液还需100mL容量瓶和胶头滴管。

ClO2氧化I-生成I2，本身被还原成Cl-，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平。

由方程式得2ClO2～5I2，所以ClO2～5S2O32-。

设10mL溶液中有xmol ClO2，则V1mL溶液中ClO2为0.01V1xmol，所以x=cV2/50cV1。

原溶液中ClO2浓度为67.5xg/0.01L=g/L。

若滴定前尖嘴处有气泡，滴定后气泡消失，则需要一部分溶液填充气泡的体积，所以消耗硫代硫酸钠溶液体积增大，测定结果偏大；开始时仰视，V偏大，终点时读数准确，则消耗硫代硫酸钠溶液体积偏小，测定结果偏小。

4．（14分）暗紫色化合物A具有绿色、高电压和高能量的特点，近年来引起了电化学界的高度重视．在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，一段时间后转化为红褐色沉淀，同时产生一种气体单质．某兴趣小组的同学对化合物A进行组成分析，确定A中仅含有O、K、Fe三种元素．取3.96g化合物A的粉末溶于水，滴加足量的稀硫酸，向反应后的溶液中加入含有0.08mol KOH的溶液，恰好完全反应．过滤，将洗涤后的沉淀充分灼烧，得到红棕色固体粉末1.60g；将所得滤液在一定条件下蒸发可得到一种纯净的不含结晶水的盐10.44g．（1）化合物A的化学式为K2FeO4；化合物A与H2O反应的离子方程式为4FeO42﹣+10H2O=4Fe（OH）3↓+3O2↑+8OH﹣．（2）化合物A还可作为一种“绿色高效多功能”水处理剂．原因是+6价的铁具有强氧化性可以杀菌消毒，其还原产物Fe3+水解生成氢氧化铁胶体净水．（3）化合物A的制备还可通过氧化法，试写出在KOH存在条件下用次氯酸钾氧化氢氧化铁制备A的化学方程式3KClO+4KOH+2Fe（OH）3=2K2FeO4+3KCl+5H2O ．（4）目前，人们针对化合物A的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展．下列物质中有可能提高化合物A 水溶液稳定性的是 BA．亚硫酸钠 B．KOH C．醋酸 D．Fe（NO3）3（5）为研究温度对化合物A水溶液稳定性的影响，请设计一个实验方案取少量的样品放入试管加水溶解，分成两等份于两试管中，分别放在冷水和热水中，观察生成红褐色沉淀的快慢．解答：解：（1）3.96g化合物A含铁：×2=0.02mol，含钾：×2﹣0.08mol=0.04mol，含氧：=0.08mol，钾、铁、氧的个数比为：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故A的化学式为：K2FeO4；高铁酸钾与水反应生成氧气和Fe（OH）3、氢氧化钾，反应方程式为4K2FeO4+10H2O=4Fe（OH）3+8KOH+3O2↑，离子方程式为4FeO42﹣，﹣+10H2O=4Fe（OH）3↓+3O2↑+8OH故答案为：K2FeO4；4FeO42﹣+10H2O=4Fe（OH）3↓+3O2↑+8OH﹣；（2）K2FeO4中铁元素化合价为+6价，价态高，易得电子，表现强氧化性，+6价的Fe元素易得电子表现出强氧化性，可杀菌消毒；还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）3胶体，可吸附水中悬浮物并可使泥沙聚沉，故答案为：+6价的铁具有强氧化性可以杀菌消毒，其还原产物Fe3+水解生成氢氧化铁胶体净水；（3）氢氧化铁被次氯酸钾氧化为高铁酸钾，次氯酸钾被还原为氯化钾，同时生成H2O，反应的方程式方程式为3KClO+4KOH+2Fe （OH）3=2K2FeO4+3KCl+5H2O，故答案为：3KClO+4KOH+2Fe（OH）3=2K2FeO4+3KCl+5H2O；（4）A．亚硫酸钠具有还原性，会被高铁酸钾氧化，故A错误；B．高铁酸钾在碱性条件下生成，故B正确；C．高铁酸钾在水溶液中不稳定，与酸反应，故C错误；D．在常温和干燥的条件下，高铁酸钾可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，故D错误；故答案为：B；（5）固定其他条件，改变温度，看析出沉淀的快慢，故答案为：取少量的样品放入试管加水溶解，分成两等份于两试管中，分别放在冷水和热水中，观察生成红褐色沉淀的快慢．5．(18分)亚硝酸钠(NaNO2)是一种工业盐，实验室可用如下装置(略去部分夹持仪器)制备。