?專題二十三　實驗方案的設計與評價
備考方向導航
考點　實驗方案的設計與評價
1. [2020山東,20,12分]某同學利用Cl2氧化K2MnO4制備KMnO4的裝置如圖所示(夾持裝置略):

已知:錳酸鉀(K2MnO4)在濃強堿溶液中可穩(wěn)定存在,堿性減弱時易發(fā)生反應:
3MnO42?+2H2O2MnO4-+MnO2↓+4OH-
回答下列問題:
(1)裝置A中a的作用是　　　　;裝置C中的試劑為　　　　;裝置A中制備Cl2的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　。?
(2)上述裝置存在一處缺陷,會導致KMnO4產(chǎn)率降低,改進的方法是　　　　　　　。?
(3)KMnO4常作氧化還原滴定的氧化劑,滴定時應將KMnO4溶液加入　　　　(填“酸式”或“堿式”)滴定管中;在規(guī)格為50.00 mL的滴定管中,若KMnO4溶液起始讀數(shù)為15.00 mL,此時滴定管中KMnO4溶液的實際體積為　　　　(填標號)。?
A.15.00 mL　　B.35.00 mL　　　C.大于35.00 mL　　D.小于15.00 mL
(4)某FeC2O4·2H2O樣品中可能含有的雜質為Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O,采用KMnO4滴定法測定該樣品的組成,實驗步驟如下:
Ⅰ.稱取m g樣品于錐形瓶中,加入稀H2SO4溶解,水浴加熱至75 ℃。用c mol·L-1的KMnO4溶液趁熱滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30 s內不褪色,消耗KMnO4溶液V1 mL。
Ⅱ.向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3+完全還原為Fe2+,加入稀H2SO4酸化后,在75 ℃繼續(xù)用KMnO4溶液滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30 s內不褪色,又消耗KMnO4溶液V2 mL。
樣品中所含H2C2O4·2H2O(M=126 g·mol-1)的質量分數(shù)表達式為　　　　。?
下列關于樣品組成分析的說法,正確的是　　　　(填標號)。?
A.V1V2=3時,樣品中一定不含雜質
B.V1V2越大,樣品中H2C2O4·2H2O含量一定越高
C.若步驟Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足,則測得樣品中Fe元素含量偏低
D.若所用KMnO4溶液實際濃度偏低,則測得樣品中Fe元素含量偏高
2.[2020全國卷Ⅱ,27,15分]苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸,其反應原理簡示如下:
+KMnO4+MnO2　+HCl+KCl

名稱
相對分子質量
熔點/℃
沸點/℃
密度/(g·mL-1)
溶解性
甲苯
92
-95
110.6
0.867
不溶于水,易溶于乙醇
苯甲酸
122
122.4(100 ℃左右開始升華)
248
—
微溶于冷水,易溶于乙醇、熱水
實驗步驟:
(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(約0.03 mol)高錳酸鉀,慢慢開啟攪拌器,并加熱回流至回流液不再出現(xiàn)油珠。
(2)停止加熱,繼續(xù)攪拌,冷卻片刻后,從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液,并將反應混合物趁熱過濾,用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液,于冰水浴中冷卻,然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾,用少量冷水洗滌,放在沸水浴上干燥。稱量,粗產(chǎn)品為1.0 g。
(3)純度測定:稱取0.122 g粗產(chǎn)品,配成乙醇溶液,于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 mol·L-1的KOH標準溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH標準溶液。
回答下列問題:
(1)根據(jù)上述實驗藥品的用量,三頸燒瓶的最適宜規(guī)格為　　　　(填標號)。?
A.100 mL　　B.250 mL　　C.500 mL　　D.1 000 mL
(2)在反應裝置中應選用　　　　冷凝管(填“直形”或“球形”),當回流液不再出現(xiàn)油珠即可判斷反應已完成,其判斷理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是　　　　　　　　;該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理,請用反應的離子方程式表達其原理　　　　　　　　　　　　。?
(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是　　　　。?
(5)干燥苯甲酸晶體時,若溫度過高,可能出現(xiàn)的結果是　　　　　　　　。?
(6)本實驗制備的苯甲酸的純度為　　　　;據(jù)此估算本實驗中苯甲酸的產(chǎn)率最接近于　　　　(填標號)。?
A.70%　　　　B.60%　　　　C.50%　　　　D.40%
(7)若要得到純度更高的苯甲酸,可通過在水中　　　　的方法提純。?
3.[2017北京,28,16分]某小組在驗證反應“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的實驗中檢測到Fe3+,發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,燒杯底部有黑色固體,溶液呈黃色。
(1)檢驗產(chǎn)物
①取出少量黑色固體,洗滌后,　　　　(填操作和現(xiàn)象),證明黑色固體中含有Ag。?
②取上層清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,產(chǎn)生藍色沉淀,說明溶液中含有　　　　。?
(2)針對“溶液呈黃色”,甲認為溶液中有Fe3+,乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+,乙依據(jù)的原理是　　　　　　　　　(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗:?
①取上層清液,滴加KSCN溶液,溶液變紅,證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生,且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關,對比實驗記錄如下:
序號
取樣時間/min
現(xiàn)象
ⅰ
3
產(chǎn)生大量白色沉淀;溶液呈紅色
ⅱ
30
產(chǎn)生白色沉淀,較3 min時量少;溶液紅色較3 min時加深
ⅲ
120
產(chǎn)生白色沉淀,較30 min時量少;溶液紅色較30 min時變淺
(資料:Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②對Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設:
假設a:可能是鐵粉表面有氧化層,能產(chǎn)生Fe3+;
假設b:空氣中存在O2,由于　　　　　　　　(用離子方程式表示),可產(chǎn)生Fe3+;?
假設c:酸性溶液中的NO3-具有氧化性,可產(chǎn)生Fe3+;
假設d:根據(jù)　　　　　　　　　　　　現(xiàn)象,判斷溶液中存在Ag+,可產(chǎn)生Fe3+。?
③下述實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。
實驗Ⅰ:向硝酸酸化的　　　　溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,不同時間取上層清液滴加KSCN溶液。
3 min時溶液呈淺紅色,30 min后溶液幾乎無色。?

實驗Ⅱ:裝置如圖所示。其中甲溶液是　　　,操作及現(xiàn)象是　 。?
(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象,結合方程式推測實驗ⅰ~ⅲ中Fe3+濃度變化的原因:　 。?
拓展變式
1. [2020安徽合肥質檢]以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象,探究亞硫酸鹽的性質和鹽溶液間反應的多樣性。
實驗
裝置
試劑
現(xiàn)象
滴管
試管
Ⅰ

0.2 mol·L-1
Na2SO3溶液
飽和Ag2SO4溶液
產(chǎn)生白色沉淀
Ⅱ
0.2 mol·L-1CuSO4溶液
溶液變綠,繼續(xù)滴加產(chǎn)生棕黃色沉淀
Ⅲ
0.1 mol·L-1Al2(SO4)3溶液
開始無明顯變化,繼續(xù)滴加產(chǎn)生白色沉淀
(1)經(jīng)檢驗,實驗Ⅰ中產(chǎn)生的白色沉淀是Ag2SO3。用離子方程式解釋此現(xiàn)象:　　　　　　　　　　　　。?
(2)經(jīng)檢驗,實驗Ⅱ中產(chǎn)生的棕黃色沉淀中不含SO42?,含有Cu+、Cu2+和SO32?。
已知:2Cu+Cu+Cu2+,2Cu2++4I-2CuI↓(白色)+I2。
①用稀硫酸證實棕黃色沉淀中含有Cu+的實驗現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　。?
②通過下列實驗證實,棕黃色沉淀中含有Cu2+和SO32?。

白色沉淀A是BaSO4,試劑1是　 ;?
證實沉淀中含有Cu2+和SO32?的理由是　 。?
(3)已知:Al2(SO3)3在溶液中不存在。經(jīng)檢驗,實驗Ⅲ中產(chǎn)生的白色沉淀中無SO42?,該白色沉淀既能溶于強酸,又能溶于強堿,還可使酸性KMnO4溶液褪色。
①推測白色沉淀中含有亞硫酸根離子和　 (填離子符號)。?
②對于沉淀中亞硫酸根離子的存在形式提出兩種假設:
i.被Al(OH)3所吸附;
ii.存在于鋁的堿式鹽中。
對假設ii設計了對比實驗,證實了假設ii成立。請將對比實驗方案補充完整。
步驟一:

步驟二:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(按步驟一中圖的形式呈現(xiàn))。?
(4)根據(jù)實驗,亞硫酸鹽的性質有　　　　　　　　　　　。?
2.[2020江西師范大學附中第一次聯(lián)考]亞硝酰氯(NOCl,熔點為-64.5 ℃,沸點為-5.5 ℃)是一種黃色氣體,

圖1
易水解,用于合成洗滌劑和催化劑。實驗室可由氯氣與一氧化氮在常溫常壓下合成亞硝酰氯。
(1)甲組同學制備原料氣NO和Cl2,制備裝置如圖1所示。
為制備純凈干燥的氣體,請補充下表中缺少的藥品:

裝置Ⅰ
裝置Ⅱ

燒瓶中
分液漏斗中
制備純凈Cl2
MnO2
①　　　?
②　　　?
制備純凈NO
Cu
③　　　?
④　　　?
(2)乙組同學利用甲組制得的NO和Cl2制備并收集NOCl,裝置如圖2所示:

圖2
①裝置連接順序為a→　　　　(按氣流自左向右方向,用小寫字母表示)。 ?
②裝置Ⅳ、Ⅴ除可進一步干燥NO、Cl2外,另一個作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ?
③裝置Ⅶ的作用是　　　　　　　　　　　　　　　。 ?
④裝置Ⅷ中吸收尾氣時,NOCl發(fā)生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。 ?
(3)丙組同學查閱資料,查得配制王水(濃硝酸與濃鹽酸按體積比1∶3混合而成)過程中會生成亞硝酰氯和氯氣,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。?
3.[2020四川瀘州三檢]一水硫酸四氨合銅[Cu(NH3)4SO4·H2O,相對分子質量為246]是一種重要的染料及農藥中間體,可溶于水,難溶于乙醇。某化學興趣小組通過設計實驗制備一水硫酸四氨合銅并測定產(chǎn)品純度。
Ⅰ.實驗室制取CuSO4溶液
方案i:銅與濃硫酸在加熱條件下制備。
方案ii:將銅在空氣中充分加熱至完全變黑,再向其中加稀硫酸即可。
(1)請寫出方案i中涉及反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。該方案的缺點是　　　　　　　　　　　　(寫一點即可)。?
(2)實際生產(chǎn)中方案ii常常有紅色固體未反應,猜想其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　。?

(3)基于(2)中的現(xiàn)象對實驗進行了改進,其中一種方案是在稀硫酸和加熱至完全變黑的銅的反應容器中滴加H2O2溶液,觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　。H2O2的沸點為150.2 ℃,為增大反應速率需要提高H2O2溶液的濃度,可通過如圖所示裝置將稀H2O2溶液濃縮,冷卻水的入口是　　　(填“a”或“b”),減壓設備的作用是　　　　　　　　　　。?
Ⅱ.一水硫酸四氨合銅的制備
(4)向硫酸銅溶液中加入適量氨水可產(chǎn)生淺藍色沉淀Cu2(OH)2SO4,試寫出該反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。繼續(xù)滴加氨水,沉淀溶解,變?yōu)樯钏{色溶液。從深藍色溶液中析出深藍色晶體的簡便操作是向深藍色溶液中滴加　　　　(填試劑名稱)。?
Ⅲ.產(chǎn)品純度的測定
(5)精確稱取m g該產(chǎn)品,加適量水溶解,然后逐滴加入足量NaOH溶液,通入水蒸氣將氨全部蒸出,用V1 mL 0.200 mol·L-1的鹽酸完全吸收。以甲基橙為指示劑,用0.200 mol·L-1 NaOH標準溶液滴定剩余的鹽酸,到滴定終點時消耗V2 mL NaOH溶液。該產(chǎn)品的純度為　　　　　　　　　　　　%(用含m、V1、V2的表達式表示)。?
4.[2020蓉城名校二模]正丁醚是一種用途很廣的化工產(chǎn)品,毒性和危險性小,是安全性很高的有機溶劑,對許多天然及合成油脂、樹脂、橡膠、有機酸酯、生物堿等都有很強的溶解
能力,還可用于合成電子級清洗劑和多種有機合成材料。利用正丁醇制取正丁醚的反應為2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O。
相關物質的部分信息如表所示:
物質
沸點/℃
密度/(g/cm3)
溶解度/g
相對分子質量
正丁醇
117.7
0.81
7.7
74
正丁醚
142
0.77
不溶于水
130
某課外化學學習小組查閱相關資料后設計了合成正丁醚的實驗步驟。
①在100 mL兩口燒瓶中加入30.0 mL正丁醇、5.0 mL濃硫酸和幾粒沸石,充分搖勻。在分水器中加入3.0 mL飽和食鹽水,按如圖所示裝置甲組裝儀器,接通冷凝水。
②反應:在電熱套上加熱,使兩口燒瓶內液體微沸,回流反應約1小時。當水層不再變化時,兩口燒瓶中反應溫度達150 ℃,反應已基本完成,停止加熱。
③蒸餾:待反應液冷卻后,將裝置甲改成蒸餾裝置,如圖中丙裝置所示,再加幾粒沸石,蒸餾,收集餾分。
④精制:將餾出液倒入盛有10 mL水的分液漏斗中,充分振蕩,靜置,棄去水層,有機層依次用5 mL水、3 mL 5% NaOH溶液、3 mL水和3 mL飽和氯化鈣溶液洗滌,分去水層,將有機層倒入潔凈干燥的錐形瓶中,然后加入無水氯化鈣,再將液體轉入裝置丙中進行蒸餾,收集到餾分9.0 mL。

　　　　　 甲　　　　　　乙　　　　　　 丙
請回答下列問題:
(1)制備正丁醚反應的反應類型是　　　　　　,儀器a的名稱是　　　　　　。?
(2)步驟①中向兩口燒瓶中添加液體試劑的順序是　　　　　　　　　　　　。相比裝置乙,裝置甲的優(yōu)點是　。?
(3)在步驟②中采用電熱套加熱而不采用酒精燈直接加熱的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(4)在步驟③中收集餾分,適宜的溫度范圍為　　　　(填標號)。?
A.115~119 ℃　　 B.140~144 ℃　　 C.148~152 ℃
(5)在步驟④中,有機層在　　　　(填“上”或“下”)層,加入無水氯化鈣的作用是　　　　　　　　。?
(6)實驗后所得正丁醚的產(chǎn)率約為　　　　%(結果保留3位有效數(shù)字)。?
答案
專題二十三　實驗方案的設計與評價
備考方向導航
1.(1)平衡氣壓,使?jié)恹}酸順利滴下(1分)　NaOH溶液(1分)　Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O(2分)　(2)在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶(2分)　(3)酸式(1分)　C(1分)　(4)0.315c(V1-3V2)m×100%(2分)　B、D(2分)
【解析】　(1)裝置A中a連接滴定管和圓底燒瓶,能平衡氣壓,使?jié)恹}酸順利滴下。該實驗過程中有毒性較大的氯氣參與反應,故裝置C中盛放NaOH溶液,用于吸收有毒氣體氯氣,防止其逸出污染空氣。酸性條件下,ClO-與Cl-發(fā)生氧化還原反應(歸中反應)生成氯氣,故裝置A中制備Cl2的化學方程式是Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O。(2)鹽酸具有揮發(fā)性,則用濃鹽酸制備的Cl2中含有HCl雜質,該雜質進入裝置B中會使溶液堿性減弱,而溶液堿性減弱時MnO42?易發(fā)生歧化反應生成MnO4-和MnO2,且HCl還可還原裝置B中生成的KMnO4,導致產(chǎn)物損失,改進的方法是在裝置A和裝置B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶,以除去Cl2中的HCl雜質。(3)KMnO4具有強氧化性,可腐蝕橡膠管,因此KMnO4溶液應采用酸式滴定管盛裝。滴定管的構造特點是0刻度在上,最大刻度在下,最大刻度線下仍然存在一定容積,因此滴定管起始讀數(shù)為15.00 mL時,滴定管中KMnO4溶液的實際體積大于35.00 mL(即50.00 mL-15.00 mL),C項正確。(4)設FeC2O4·2H2O、Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O的物質的量分別為x、y、z,則由實驗步驟Ⅰ和實驗步驟Ⅱ反應過程中得失電子守恒可列等式:3x5+6y5+2z5=cV1×10-3 mol①、x5+2y5=cV2×10-3 mol②,聯(lián)立①②兩式,解得z=52c(V1-3V2)×10-3 mol,則樣品中所含H2C2O4·2H2O的質量分數(shù)為z×126g·mol-1mg×100%=0.315c(V1-3V2)m×100%。當V1V2=3時,則3x5+6y5+2z5x5+2y5=3,z=0,但y不一定等于0,故A項錯誤;由上述分析知樣品中H2C2O4·2H2O的質量分數(shù)為0.315c(V1-3V2)m×100%,則V1V2越大,樣品中H2C2O4·2H2O含量一定越高,B項正確;若實驗步驟Ⅰ中滴入的高錳酸鉀溶液不足,則實驗步驟Ⅰ所得混合液中殘留C2O42?,實驗步驟Ⅱ中消耗高錳酸鉀溶液偏多,測得樣品中Fe元素含量偏高,C項錯誤;結合上述分析知Fe元素的質量分數(shù)為56×5cV2×10-3m×100%,若所用高錳酸鉀溶液實際濃度偏低,則得到的V2偏大,測得樣品中Fe元素含量偏高,D項正確。
2.(1)B(1分)　(2)球形(1分)　無油珠說明不溶于水的甲苯已經(jīng)被完全氧化(2分)　(3)除去過量的高錳酸鉀,避免在用鹽酸酸化時,產(chǎn)生氯氣(2分)　2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O(2分)　(4)MnO2(1分)　(5)苯甲酸升華而損失(2分)　(6)86.0%(2分)　C(1分)　(7)重結晶(1分)
【解析】　(1)加熱液體,所盛液體體積不超過三頸燒瓶容積的23,三頸燒瓶中已經(jīng)加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g KMnO4,所以應選用250 mL的三頸燒瓶。(2)球形冷凝管可使氣體冷卻回流,讓反應更為徹底,冷凝效果更好,應選用球形冷凝管;由于甲苯是不溶于水的油狀液體,當回流液中不再出現(xiàn)油狀液體時,說明甲苯已經(jīng)完全被氧化為苯甲酸鉀。(3)取用甲苯質量為1.5 mL×0.867 g·mL-1≈1.3 g,其物質的量約為0.014 mol,實驗中加入的KMnO4過量,NaHSO3具有還原性,可用NaHSO3溶液除去過量的KMnO4,避免在用濃鹽酸酸化時,KMnO4與鹽酸反應生成有毒的Cl2;用草酸在酸性條件下處理過量的KMnO4溶液,發(fā)生反應的離子方程式為2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O。(4)根據(jù)題給制備苯甲酸的第一步反應可知,用少量熱水洗滌的濾渣為MnO2。(5)因苯甲酸在100 ℃左右開始升華,若干燥時溫度過高,可能導致部分苯甲酸升華而損失。(6)根據(jù)C6H5COOH+KOHC6H5COOK+H2O,可知25.00 mL×10-3 L·mL-1×c(C6H5COOH)=21.50 mL×10-3 L·mL-1×0.010 00 mol·L-1,解得c(C6H5COOH)=0.008 6 mol·L-1,故樣品中苯甲酸的純度為0.0086×0.1×122g0.122g×100%=86.0%;0.014 mol甲苯理論上可生成0.014 mol苯甲酸,其質量為0.014×122 g=1.708 g,則苯甲酸的產(chǎn)率為1.0g×86.0%1.708g×100%≈50%,故C項正確。(7)由于苯甲酸微溶于冷水,易溶于熱水,若要得到純度更高的苯甲酸,可通過在水中重結晶的方法提純。
3.(1)①加硝酸加熱溶解固體,再滴加稀鹽酸,產(chǎn)生白色沉淀(2分)
②Fe2+(1分)　(2)2Fe3++Fe3Fe2+(1分)?、?Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2分)　加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀(2分)?、?.05 mol·L-1 NaNO3(2分)　FeSO4溶液(2分)　分別取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液,同時滴加KSCN溶液,后者紅色更深(2分)　(3)溶液中存在反應:①2Ag++FeFe2++2Ag,②Ag++Fe2+Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+3Fe2+。反應開始時,c(Ag+)大,以反應①、②為主,c(Fe3+)增大。約30 min后,c(Ag+)小,以反應③為主,c(Fe3+)減小(2分)
【解析】　(1)①黑色固體溶于熱的硝酸溶液后,向其中加入稀鹽酸,產(chǎn)生白色沉淀,可證明黑色固體中含有Ag。②可利用K3[Fe(CN)6]檢驗Fe2+的存在。(2)過量的鐵粉會與Fe3+反應。②空氣中的O2會與Fe2+發(fā)生氧化還原反應,產(chǎn)生Fe3+;加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀,說明溶液中存在Ag+,Ag+可與Fe2+反應產(chǎn)生Fe3+。③實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因,只要將原實驗反應體系中的Ag+替換,其他微粒的種類及濃度保持不變,做對比實驗即可,所以可選用0.05 mol·L-1 NaNO3溶液(pH≈2);實驗Ⅱ利用原電池裝置證明反應Ag+ + Fe2+Ag + Fe3+能發(fā)生,所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和現(xiàn)象:分別取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液,同時滴加KSCN溶液,后者紅色更深。

1.(1)2Ag++SO32?Ag2SO3↓　(2)①加入稀硫酸后,有紅色固體生成?、邴}酸酸化的BaCl2溶液　在I-的作用下,Cu2+轉化為白色沉淀CuI,SO32?轉化為SO42?　(3)①Al3+、OH-
②
(4)溶解性、還原性、水解使溶液顯堿性
【解析】
實驗目的
以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象,探究亞硫酸鹽的性質和鹽溶液間反應的多樣性
實驗原理
亞硫酸鹽具有還原性、水解使溶液顯堿性;Ag2SO3為難溶電解質;2Cu+Cu+Cu2+,2Cu2++4I-2CuI↓(白色)+I2;I2+SO32?+H2OSO42?+2I-+2H+;Al3++3OH-Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O等
現(xiàn)象分析
(1)實驗Ⅰ中Ag2SO4為飽和溶液,滴入0.2 mol·L-1 Na2SO3溶液相當于被稀釋,因此不可能產(chǎn)生Ag2SO4沉淀,溶液中SO32?濃度較大,因此推斷白色沉淀為Ag2SO3,發(fā)生反應的離子方程式為2Ag++SO32?Ag2SO3↓。
(2)①依據(jù)2Cu+Cu+Cu2+,棕黃色沉淀中含有Cu+,則加入稀硫酸會發(fā)生歧化反應生成銅單質,實驗現(xiàn)象是有紅色固體生成。②根據(jù)2Cu2++4I-2CuI↓(白色)+I2可知,向洗凈的棕黃色沉淀中加入KI溶液可生成白色沉淀CuI和I2,取上層清液加淀粉溶液無明顯現(xiàn)象,可知產(chǎn)生的I2參與了其他反應。另取上層清液加入試劑1得到白色沉淀BaSO4,則可推測所用試劑1為鹽酸酸化的BaCl2溶液,則加入KI溶液后生成的I2與SO32?發(fā)生氧化還原反應生成了SO42?。
(3)①實驗Ⅲ中產(chǎn)生的白色沉淀中無SO42?,該白色沉淀既能溶于強酸,又能溶于強堿,結合原子守恒可知沉淀中還應含有Al3+和OH-
實驗設計
(3)②根據(jù)假設可知實驗的目的是證明產(chǎn)生的沉淀是Al(OH)3還是鋁的堿式鹽,步驟一中的實驗首先制備出實驗Ⅲ中的白色沉淀,然后滴加稀NaOH溶液,因此對比實驗(步驟二中的實驗)首先要制備出Al(OH)3沉淀,然后滴加稀NaOH溶液,若兩者消耗的稀NaOH溶液體積相同,則實驗Ⅲ中的沉淀就是Al(OH)3沉淀,若步驟一消耗的稀NaOH溶液體積大于步驟二的,則實驗Ⅲ中的沉淀為鋁的堿式鹽,所以步驟二為

實驗評價
(4)根據(jù)實驗Ⅰ中的現(xiàn)象可知Ag2SO3難溶于水,根據(jù)(2)中SO32?被氧化成硫酸根離子及(3)中沉淀使酸性高錳酸鉀溶液褪色可知,亞硫酸鹽具有還原性;由實驗Ⅲ可知亞硫酸鹽水解使溶液顯堿性


2.(1)①濃鹽酸?、陲柡褪雏}水?、巯∠跛帷、芩?2)①e→f(或f→e)→b→c→d?、谕ㄟ^觀察氣泡調節(jié)氣體的流速?、鄯乐顾魵膺M入裝置Ⅸ中?、躈OCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O　(3)HNO3(濃)+3HCl(濃)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
【解析】　
實驗
目的
制備亞硝酰氯(NOCl)
實驗
原理
制亞硝酰氯(NOCl):2NO+Cl22NOCl。
制Cl2:MnO2+4HCl(濃)Cl2↑+MnCl2+2H2O。
制NO:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
HNO3(濃)+3HCl(濃)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
實驗
裝置
(1)制Cl2及純化裝置:分液漏斗中盛放的試劑為濃鹽酸;除去Cl2中的HCl雜質時,洗氣瓶(裝置Ⅱ)中盛放的試劑為飽和食鹽水。制NO及純化裝置:分液漏斗中盛放的試劑為稀硝酸;除去NO中的NO2雜質時,洗氣瓶(裝置Ⅱ)中盛放的試劑為水。
(2)①、③制亞硝酰氯(NOCl)裝置:由“亞硝酰氯(NOCl,沸點為-5.5 ℃)是一種黃色氣體”及“易水解”,可知按氣體流向,裝置連接順序為干燥Cl2和干燥NO→混合反應制得NOCl氣體→冷凝液化→防止水蒸氣進入冷凝液化裝置→尾氣處理,即裝置連接順序為a→e→f(或f→e)→b→c→d。
(2)②兩個濃硫酸洗氣瓶(裝置Ⅳ、Ⅴ)的作用除了干燥氣體外,還具有調節(jié)氣體流速的作用(通過觀察氣泡調節(jié)氣體流速)
實驗
分析
(2)④裝置Ⅷ中吸收尾氣時,NOCl發(fā)生反應,由“易水解”可知,NOCl+H2OHNO2+HCl,HNO2、HCl再與NaOH溶液反應可得NaNO2、NaCl和H2O,總反應為NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O。
(3)“配制王水(濃硝酸與濃鹽酸按體積比1∶3混合而成)過程中會生成亞硝酰氯和氯氣”,根據(jù)原子守恒及得失電子守恒可得其反應方程式為HNO3(濃)+3HCl(濃)NOCl↑+Cl2↑+2H2O

3.(1)Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O　會產(chǎn)生空氣污染物SO2(或其他合理答案)　(2)銅表面生成的CuO阻止內部的銅與O2繼續(xù)反應　(3)固體全部溶解、溶液變藍　a　降低水的沸點,避免H2O2分解　(4)2Cu2++2NH3·H2O+SO42?Cu2(OH)2SO4↓+2NH4+　乙醇　(5)1.23(V1-V2)m
【解析】　(1)方案i中銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫和水,反應的化學方程式為Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O,其缺點有會產(chǎn)生空氣污染物SO2、硫酸的利用率比較低、不節(jié)能等。(2)實際生產(chǎn)中方案ii常常有紅色固體未反應,可能是銅表面生成的CuO阻止內部的銅與O2繼續(xù)反應。(3)H2O2具有氧化性,Cu在H2O2的作用下與稀硫酸反應可生成硫酸銅,該反應的化學方程式為Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O,可觀察到固體全部溶解、溶液變藍。為增大反應速率需要提高H2O2溶液的濃度,H2O2的沸點為150.2 ℃,沸點較高,又容易分解,故可通過減壓蒸餾的方法,降低H2O的沸點,在保證H2O2未分解的情況下,將H2O蒸餾除去,達到濃縮稀H2O2溶液的目的。冷卻水從a口進,b口出。(4)依題意,反應物有CuSO4和NH3·H2O,產(chǎn)物有Cu2(OH)2SO4,根據(jù)質量守恒、電荷守恒可知發(fā)生反應的離子方程式為2Cu2++2NH3·H2O+SO42?Cu2(OH)2SO4↓+2NH4+。繼續(xù)滴加氨水,沉淀溶解,變?yōu)樯钏{色溶液,即Cu(NH3)4SO4溶液。由題意知Cu(NH3)4SO4·H2O難溶于乙醇,可溶于水,故從深藍色溶液中析出深藍色晶體的簡便操作是向深藍色溶液中滴加乙醇。(5)與氨氣反應的HCl的物質的量為0.200 mol·L-1×V1×10-3 L-0.200 mol·L-1×V2×10-3 L=2(V1-V2) ×10-4 mol,根據(jù)NH3~HCl可知,n(NH3)=n(HCl)=2(V1-V2)×10-4 mol,則n[Cu(NH3)4SO4·H2O]=14n(NH3)=5(V1-V2)×10-5 mol,則該產(chǎn)品的純度為5(V1-V2)×10-5mol×246g·mol-1mg×100%=1.23(V1-V2)m%。
4.(1)取代反應　球形冷凝管　(2)先加正丁醇,再加濃硫酸　裝置甲中有分水器,在反應過程中能及時將產(chǎn)生的水分離出去,有利于提高正丁醇的轉化率,且在甲裝置中有溫度計,易于監(jiān)測反應溫度　(3)見解析　(4)B　(5)上　干燥正丁醚　(6)32.5
【解析】　(1)根據(jù)制備正丁醚的反應可知一個正丁醇分子的羥基氫原子被另一個正丁醇分子的正丁基取代,該反應是取代反應。儀器a是球形冷凝管。(2)濃硫酸與密度比其小的液體混合時,應先加其他液體后加濃硫酸,防止?jié)饬蛩岜幌♂寱r放熱,引起液體飛濺,所以步驟①中向兩口燒瓶中添加液體試劑的順序是先加正丁醇,再加濃硫酸。裝置甲中有分水器,在反應過程中能及時將產(chǎn)生的水分離出去,有利于提高正丁醇的轉化率,且在裝置甲中有溫度計,易于監(jiān)測反應溫度。(3)電熱套加熱更均勻,更易于控制加熱溫度;且正丁醇和正丁醚均為易燃液體,遇明火易燃燒,不能采用酒精燈直接加熱。(4)根據(jù)題表數(shù)據(jù)可知,正丁醚的沸點是142 ℃,所以收集餾分的適宜溫度范圍應選140~144 ℃。(5)根據(jù)題表數(shù)據(jù)可知,正丁醚的密度為0.77 g/cm3,小于水的密度,所以有機層在上層。用無水氯化鈣干燥正丁醚。(6)設正丁醚的理論產(chǎn)量為x,由2CH3CH2CH2CH2OH~CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3可得14830.0mL×0.81g/cm3=130x,解得x≈21.34 g。實際收集到的正丁醚的質量為9.0 mL×0.77 g/cm3=6.93 g,故正丁醚的產(chǎn)率為6.93g21.34g×100%≈32.5%。

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