2024版 步步高 考前三个月 化学 新高考第一篇　主题五　综合大题题型研究(Ⅰ)——化学实验　类型

综合大题题型研究(Ⅰ)——化学实验类型1 以无机物制备为主线的综合实验1．(2023·山东，18)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HCleq\o(=====,\s\up7(△))SiHCl3＋H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为____________________；判断制备反应结束的实验现象是______________________。图示装置存在的两处缺陷是____________。(2)已知电负性：Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为___________。(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①____________，②____________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为____________(填标号)。测得样品纯度为____________(用含m1、m2的代数式表示)。答案 (1)检查装置气密性 管式炉中没有固体剩余 C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置 (2)SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O (3)高温灼烧 冷却干燥 A、C eq\f(135.5m2,60m1)×100%解析 (1)制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时间后，接通冷凝装置，加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余时，即硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置。(2)已知电负性：Cl＞H＞Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为－1，H元素的化合价为－1，硅元素化合价为＋4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。(3)m1g样品经水解、干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却干燥后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化硅的物质的量n(SiO2)＝eq\f(m2,60)mol，样品纯度为eq\f(\f(m2,60)×28＋1＋35.5×3,m1)×100%＝eq\f(135.5m2,60m1)×100%。2．(2022·湖北，16)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42℃，易吸潮)可通过市售85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于21℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30℃)，高于100℃则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如下(夹持装置略)：回答下列问题：(1)A的名称是__________。B的进水口为__________(填“a”或“b”)。(2)P2O5的作用是________________________________________________________________。(3)空气流入毛细管的主要作用是防止___________________________________________，还具有搅拌和加速水逸出的作用。(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是___________________________。(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入__________促进其结晶。(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为______(填标号)。A．<20℃ B．30～35℃ C．42～100℃(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是_____________________________________________。答案 (1)圆底烧瓶 b (2)干燥气体 (3)暴沸 (4)使溶液受热均匀，便于控制温度 (5)磷酸晶种 (6)B (7)磷酸可与水分子间形成氢键解析 空气通过氯化钙除水，经过安全瓶后通过浓硫酸除水，然后通过五氧化二磷，干燥的空气流入毛细管对烧瓶中的溶液进行搅拌，同时还具有加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用，将85%磷酸溶液进行减压蒸馏除水、结晶除杂得到纯磷酸。(1)由仪器构造可知，仪器A为圆底烧瓶，仪器B为直形冷凝管，冷凝水应从b口进、a口出，形成逆流冷却，使冷却效果更好。(2)纯磷酸制备过程中要严格控制温度和水分，因此五氧化二磷的作用为干燥气体。(4)升高温度能提高除水速度，而纯磷酸制备过程中要严格控制温度，水浴加热可以避免直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，使溶液受热均匀。(5)过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶种促进其结晶。(6)纯磷酸纯化过程中，温度低于21℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30℃)，高于100℃则发生分子间脱水生成焦磷酸，纯磷酸的熔点为42℃，因此过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为30～42℃。(7)磷酸的结构式为，分子中含羟基，可与水分子间形成氢键，因此磷酸中少量的水极难除去。1．有气体参与的物质制备综合题考向分析2．物质制备型实验题的思维方法1．(2023·济宁模拟)实验室利用四氯化钛气相氧化法制备二氧化钛，装置如图(部分夹持装置已略去)。已知：TiCl4的熔点为－24.1℃，沸点为136.4℃，在潮湿空气中易水解。回答下列问题：(1)装置C中仪器a的名称为__________，实验装置从左到右的连接顺序为____________(填字母)，装置D的作用为________，装置C的加热方式为________(填字母)。a．温水浴b．油浴(100～260℃)c．热水浴d．沙浴温度(400～600℃)(2)写出装置B三颈烧瓶内发生反应的化学方程式：__________________________________。(3)测定TiO2产品中钛含量的方法是精确称取0.2000g样品放入锥形瓶中，加入热的硫酸和硫酸铵的混合溶液，使其溶解。冷却，稀释，得到含TiO2＋的溶液。加入金属铝，将TiO2＋全部转化为Ti3＋，加入指示剂，用0.1000mol·L－1NH4Fe(SO4)2溶液滴定至终点。重复操作2次，消耗0.1000mol·L－1NH4Fe(SO4)2溶液的平均值为20.00mL(已知：Ti3＋＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋)。①配制NH4Fe(SO4)2标准溶液时，使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外，还需要下图中的________(填字母)。②滴定时所用的指示剂为________，产品中钛的质量分数为________。答案 (1)蒸馏烧瓶 ADCB 干燥氧气 b(2)TiCl4＋O2eq\o(=====,\s\up7(高温))TiO2＋2Cl2(3)①ac ②KSCN溶液 80%解析 (1)装置C中仪器a的名称为蒸馏烧瓶，实验装置从左到右的连接顺序为ADCB，装置D的作用为干燥氧气，装置C加热的目的是让TiCl4气化，TiCl4的沸点为136.4℃，应该选择油浴(100～260℃)加热。(2)装置B三颈烧瓶内TiCl4和O2反应生成TiO2和Cl2。(3)②消耗Fe3＋的物质的量为0.02L×0.1000mol·L－1＝0.002mol，则溶液中Ti3＋的物质的量为0.002mol，则产品中钛的质量分数为eq\f(0.002mol×80g·mol－1,0.2000g)×100%＝80%。2．四氯化钛(TiCl4，熔点：－25℃，沸点：136℃)是制备海绵钛和钛白的主要原料，其实验室制备原理是TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)eq\o(=====,\s\up7(△))TiCl4(g)＋2CO(g)，某同学利用如图装置制备TiCl4并验证产物CO。已知：TiCl4遇潮湿空气会发生反应：TiCl4＋2H2O===TiO2＋4HCl↑。回答下列问题：(1)写出装置A中制备Cl2的化学方程式：__________________________________________(注：反应中Cr2Oeq\o\al(2－,7)被还原为Cr3＋)。(2)按气流方向从左至右，上述装置的连接顺序为A、__________、G、F、H、E。(3)装置A中盛放浓盐酸的仪器名称为____________，装置G中盛放的碱石灰的作用是________________。(4)能证明有CO生成的实验现象是_______________________________________________。(5)产品含量测定：取10.0gTiCl4产品于烧瓶中，向安全漏斗(如图所示)中加入足量蒸馏水后，立即夹紧弹簧夹，充分反应后将安全漏斗及烧瓶中混合物中液体转移到容量瓶中配成500mL溶液，取20mL所配溶液放入锥形瓶中，滴加几滴0.100mol·L－1的K2CrO4溶液作指示剂，用0.200mol·L－1的AgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液32.00mL。已知：Ag2CrO4是一种深红色固体；常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝1.0×10－12。①安全漏斗中的水在本实验中的作用除加水外，还有_______________________________。②该滴定终点的判断方法是_____________________________________________________。③该产品纯度为________%。答案 (1)K2Cr2O7＋14HCl(浓)===2KCl＋2CrCl3＋3Cl2↑＋7H2O(2)I、D、B、C(3)分液漏斗 吸收多余的Cl2，防止污染空气，同时防止水蒸气进入C中导致TiCl4水解(4)F中黑色固体变红，H中澄清石灰水变浑浊(5)①液封并吸收挥发的HCl ②当加入最后半滴AgNO3溶液，出现红色沉淀，且30秒内红色沉淀不消失，则为滴定终点 ③76.0解析 由实验装置图可知，装置A中重铬酸钾与浓盐酸反应制备氯气，浓盐酸具有挥发性，制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气，装置I中盛有的饱和食盐水用于除去氯化氢气体，装置D中盛有的浓硫酸用于干燥氯气，装置B中氯气与TiO2和C共热反应制备四氯化钛，装置C用于冷凝收集四氯化钛，装置G中盛有的碱石灰用于吸收未反应的氯气，防止污染空气，同时防止水蒸气进入C中导致四氯化钛水解，装置F、H用于验证一氧化碳的生成，装置E用于收集未反应的一氧化碳，防止污染空气。(5)③由化学方程式可得如下转化关系：TiCl4～4HCl～4AgNO3，滴定消耗32.00mL0.200mol·L－1硝酸银溶液，则10.0g产品纯度为eq\f(0.200mol·L－1×0.03200L×\f(1,4)×25×190g·mol－1,10.0g)×100%＝76.0%。