题型3　化学综合实验与计算 课件（共69张PPT）江苏省2023高考三轮冲刺练

(共69张PPT)
题型3　化学综合实验与计算
1.(2020·江苏卷)羟基乙酸钠易溶于热水,微溶于冷水,不溶于醇、醚等有机溶剂。制备少量羟基乙酸钠的反应为ClCH2COOH+2NaOH→HOCH2COONa+NaCl+H2O　ΔH<0
实验步骤如下:
步骤1:在如图所示装置的反应瓶中,加入40 g氯乙酸、50 mL水,搅拌。逐步加入40%NaOH溶液,在95 ℃继续搅拌反应2小时,反应过程中控制pH约为9。
步骤2:蒸出部分水至液面有薄膜,加少量热水,趁热过滤。滤液冷却至15 ℃,过滤得粗产品。
步骤3:粗产品溶解于适量热水中,加活性炭脱色,分离掉活性炭。
步骤4:将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中,冷却至15 ℃以下,结晶、过滤、干燥,得羟基乙酸钠。
(1)步骤1中,如图所示的装置中仪器A的名称是　　　　;逐步加入NaOH溶液的目的是　　　　　　　　　　　　。
(2)步骤2中,蒸馏烧瓶中加入沸石或碎瓷片的目的是　　　　　　　　　　　　。
(3)步骤3中,粗产品溶解于过量水会导致产率　　　　(填“增大”或“减小”);去除活性炭的操作名称是　　　　　　　　。
(4)步骤4中,将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中的目的是　　　　　　　　。
解析:制备少量羟基乙酸钠的反应为ClCH2COOH+2NaOH→HOCH2COONa+NaCl+H2O　ΔH<0。根据羟基乙酸钠易溶于热水,粗产品溶解于适量热水中,加活性炭脱色,分离掉活性炭,趁热过滤;根据羟基乙酸钠不溶于醇,将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中,冷却至15 ℃以下,结晶、过滤、干燥,得羟基乙酸钠。
(1)根据图中仪器得出仪器A的名称为冷凝管;根据题中信息可知制备羟基乙酸钠的反应为放热反应,逐步加入NaOH溶液的目的是防止升温太快,同时控制反应体系的pH。
(2)步骤2中,蒸馏烧瓶中加入沸石或碎瓷片的目的是防止暴沸。
(3)粗产品溶于过量水,导致在水中溶解过多,得到的产物减少,因此导致产率减小;由于产品易溶于热水,微溶于冷水,因此去除活性炭的操作是趁热过滤。
(4)根据信息,产品不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中,因此步骤4中,将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中的目的是降低产品的溶解度,提高羟基乙酸钠的析出量(产率)。
答案:(1)(回流)冷凝管　防止升温太快、控制反应体系pH　 (2)防止暴沸　(3)减小　趁热过滤　(4)提高羟基乙酸钠的析出量(产率)
2.(2019·江苏卷)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:
(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为　　　　　　;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是　　　　　　　　。
(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是　　　　　　　　　　　　;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有
　　　　　　　　。
(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的
CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶
液的实验方案: [已知pH=5时Fe(OH)3
和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验
中必须使用的试剂:盐酸和Ca(OH)2]。
(3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。
(4)工业废渣主要含CaSO4·2H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,发生的反应为CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑,与此同时发生反应Al2O3+6HCl══2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl══2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH为5~8.5[加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH],然后过滤即可制得CaCl2溶液。
答案:(1)1.6×104　
(3)温度过高,(NH4)2CO3分解　加快搅拌速率　
(4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
核心知识1　实验流程分析
1.明确目标:审题时首先要搞清楚所制备(或提纯)的产物是什么 是一种还是多种 实验中发生了哪些化学反应
2.原料及处理:实验的原料往往是废料、废渣或指定的纯净物质。原料的预处理有:粉碎、酸溶(或碱溶)、灼烧(或焙烧)。
3.物质跟踪:
(1)分析实验流程图中各步骤对应的物质的转化与发生的化学反应。尤其要搞清楚元素价态变化的目的是为了生成目标产物,还是为了除去杂质离子。
(2)理解实验操作的目的、解释控制实验条件的原因。
核心知识2　实验条件的控制
实验条件控制 目的 解题指导
控制 温度 (1)加热有利于反应速率的增大 (2)控制实验在一定温度范围内进行的目的: ①若温度过低,则反应速率(或溶解速率)较小 ②若温度过高,则某些物质会分解或挥发 ③对于有气体参与的反应,控制反应在较低温度下进行,有利于气体溶解在溶液中(如氯气置换碘的反应) 要充分利用题给信息,尤其关注物质受热易分解(分解温度)、物质的熔点和沸点、升华等信息。
(1)水浴、油浴和冰水浴:
①温度不超过100 ℃的反应,用水浴加热。
优点:受热均匀,温度可控(油浴温度超过100 ℃)
②冰水浴可防止物质分解(如H2O2、NaHCO3、NH3·H2O、AgNO3、浓硝酸、NH4Cl等铵盐、NaClO2、草酸等物质)。物质分离时使用冰水冷却的目的:有利于降低产物的溶解度,提高产量
(2)对于放热反应,通过缓慢通入(或加入)反应物,可防止反应所产生的热量使体系升温过快
(3)对于有气体参与的反应,控制反应在较低温度下进行,有利于使更多气体溶解在溶液中
实验条 件控制 目的 解题指导
氧化 还原 反应 例如:还原反应 [把Fe3+转化为Fe2+] [制备绿矾 ]
①实验前要通入惰性气体(如N2):排尽装置中的空气,防止Fe2+被氧化
②在溶液中加入过量的铁粉把Fe3+转化为Fe2+
[制备氢氧化亚铁]
①根据封闭体系压强原理,利用实验产生的还原性气体(如氢气)将产生的亚铁盐溶液从一个容器压到另一个容器中
②配制氢氧化钠、FeSO4溶液的蒸馏水要煮沸,除去氧气
③在FeSO4溶液的液面上滴入一层植物油,盛氢氧化钠溶液的滴管应插入FeSO4溶液的液面下
实验条 件控制 目的 解题指导
氧化 还原 反应 例如:氧化反应[把Fe2+转化为Fe3+] 为了除去铁元素,常将溶液中Fe2+氧化为Fe3+,根据金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH,调节溶液合理的pH范围,让Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,过滤除去
其他 ①铁粉具有强还原性,可防止Fe2+被氧化
②煮沸反应液,可以除去前面实验步骤中加入的过量氧化剂H2O2
③当前面步骤中加入过量的氧化剂时,要考虑其是否对后面步骤产生影响(如过量的氧化剂会将目标产物中的Fe2+、Co2+、 等还原性离子氧化)
实验条 件控制 目的 解题指导
控制溶 液的酸 碱性 (1)控制溶液的pH范围,使杂质金属离子形成氢氧化物沉淀,从而达到除去杂质金属离子的目的 (2)抑制盐类水解 (1)对照题给信息表,通过金属离子形成氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH,控制溶液的pH范围,将杂质金属离子(一种或几种)一次性除去
(2)为抑制FeSO4水解,在配制FeSO4溶液时要加入
稀硫酸
核心知识3　物质的分离
明确物质分离操作的目的、有机萃取剂、沉淀或结晶的洗涤、干燥等
(1)分离操作与常考内容归纳
实验 操作 设问 答题指导 常考内容归纳
一般 操作 蒸发 蒸发浓缩与结晶是盐溶液分离的常用手段。 蒸发浓缩至有晶膜出现,停止加热 减压蒸发的目的:降低蒸发温度,可防止所制备的物质分解(如制备结晶水合物或题中给出物质热分解的温度较低)
过滤 一般“沉淀”或结晶之后的分离方法是“过滤” 趁热过滤的目的:保持过滤温度,防止温度降低后某些杂质物质的析出
分液 一般“萃取”之后的分离方法是“分液”;先将下层液体从分液漏斗下端放出,再将上层液体从分液漏斗上口倒出 分离互不相溶的两种液体。注意上层与下层的物质分别是什么
蒸馏 一般“分液”之后的分离方法是干燥、蒸馏 “蒸馏”要注意所制备物质的沸点,以确定收集何种温度下的馏分
实验 操作 设问 答题指导 常考内容归纳
特殊 操作 回流 冷凝 使用回流冷凝管的目的:减少易挥发物质的损失 提高反应物的转化率
空白 实验 空白实验的目的:对比实验 消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差
晶体 洗涤 沉淀物(或晶体)的洗涤: ①对于难溶于水的沉淀物(或晶体)可以用其饱和溶液洗涤;②对于可溶于水的晶体,可以用乙醇等有机溶剂洗涤 ①让过滤后的沉淀(或晶体)继续留在过滤器中,加入洗涤液完全浸没沉淀(或晶体),让洗涤液自然流下,重复洗涤2~3次
②经常用乙醇洗涤无机盐晶体,其原因是:减少晶体溶解,同时乙醇易挥发,有利于产品快速干燥
实验 操作 设问 答题指导 常考内容归纳
特殊 操作 证明 沉淀 是否 完全 证明沉淀完全的方法:静置,在上层清液中再加入原沉淀试剂,若不再产生沉淀,说明已经沉淀完全 常见离子检验:
①检验 :先用稀盐酸酸化后再加氯化钡试剂
②检验Cl-:先用稀硝酸酸化后再加硝酸银试剂
③检验Fe3+:用硫氰化钾试剂
证明晶体是否洗涤 干净 证明晶体洗涤干净的方法:取少量最后一次洗涤滤液于一洁净的试管中。加入某种特定沉淀试剂,不再产生沉淀,证明已经洗涤干净 证明晶体洗涤干净,实质上是对特定离子的检验
(2)溶解度与结晶操作方法:盐溶液的分离的一般操作是“浓缩、结晶、过滤、洗涤、干燥”
①利用溶解度曲线控制蒸发结晶的温度(分析拐点或交叉点)。
②蒸发结晶与降温结晶的比较
结晶方式 蒸发结晶 降温结晶
适用对象 ①性质稳定的物质(如NaCl) ②溶解度受温度影响不大 ①溶解度受温度影响大的物质
②产物为结晶水合物
终点确定 加热至有少量液体剩余,停止加热,用余热将剩余的水分蒸干 在某温度(较高)下加热浓缩,待有晶膜出现,降温至室温(或某温度)
备注 降温结晶要看清所得物质含有结晶水的个数,及对应温度范围 核心知识4　综合实验题型中的计算
1.测定数据预处理
(1)标注出实验的主要过程和实验数据的测定。
(2)根据审题时所画出的图,能用自己的语言准确叙述出题意。
例如:碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。碱式氯化铜有多种组成,可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成,进行下列实验:①称取样品1.116 0 g,用少量稀硝酸溶解后配成100.00 mL 溶液A;②取25.00 mL溶液A,加入足量AgNO3溶液,得AgCl 0.172 2 g;③另取25.00 mL溶液A,调节pH 4~5,用浓度为0.080 00 mol·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+(离子方程式为 Cu2++H2Y2-══CuY2-+2H+),滴定至终点,消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
定量分析
n(OH-)=2n(Cu2+)-n(Cl-)=2×9.600×10-3 mol-4.800×10-3 mol=1.440×10-2 mol
m(Cl-)=4.800×10-3 mol×35.5 g·mol-1 =0.170 4 g
m(Cu2+)=9.600×10-3 mol×64 g·mol-1=0.614 4 g
m(OH-)=1.440×10-2 mol×17 g·mol-1 =0.244 8 g
a∶b∶c∶x=n(Cu2+)∶n(OH-)∶n(Cl-)∶n(H2O)=2∶3∶1∶1
化学式为Cu2 (OH)3Cl· H2O
温馨提示　①标★处要注意,原溶液100.00 mL,两次测定各取25.00 mL,这是实验备份之需要,所以计算时要注意换算。②标★★处可直接根据已知数据计算出物质的量,这在高考中是分步得分之处。
2.常用计算方法
(1)关系式法
例如:通过下列方法测定产品纯度:准确称取1.250 g K3[Fe (C2O4)3]· 3H2O样品,加入适量水溶解并用稀硫酸酸化,加热至80 ℃,趁热用0.150 0 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点,消耗KMnO4标准溶液18.30 mL。测定过程中发生的反应为
[解题步骤]
(2)滴定法
①一次滴定
[图示分析过程]
例如:称取2.449 g面粉经硝化处理后加入过量的氢氧化钠溶液,加热,蒸出的氨用100.00 mL 0.010 86 mol·L-1 HCl标准溶液吸收,过量的HCl用0.012 28 mol·L-1 NaOH溶液滴定,用去15.30 mL,计算面粉中N元素的质量分数。
[图示分析过程]
②多步滴定
连续滴定法中,第一步滴定反应生成的产物,将继续参加第二步的滴定反应。对于多步进行的连续滴定反应,可以通过多步反应的化学方程式(或定量关系式),找出反应物和最终生成物之间的物质的量关系式,进一步计算。
例题:利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O,M=248 g·mol-1)的纯度。测定步骤如下:
(ⅰ)溶液配制:称取1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,配制成100 mL溶液,所需玻璃仪器除烧杯、量筒及玻璃棒外,还需要　　　　　　　　　　　(填仪器名称)。
解析:(ⅱ)由离子方程式可得关系式K2Cr2O7~3I2~6Na2S2O3,n(Na2S2O3)=6n (K2Cr2O7),故20.00 mL标准K2Cr2O7溶液间接消耗n(Na2S2O3)=6n(K2Cr2O7)=6×0.009 50×20.00×10-3 mol=1.14×10-3 mol,c(Na2S2O3)=1.14×10-3 mol÷0.024 80 L=4.597×10-2 mol·L-1,1.200 0 g样品中n(Na2S2O3)=4.597×10-2 mol·L-1×0.100 0 L=4.597×10-3 mol,
答案:(ⅰ)100 mL容量瓶、胶头滴管
(ⅱ)蓝色褪去,且30 s内溶液颜色不再改变　95%
③“滴定法”常见的定量关系
(3)守恒法
①质量守恒法:本质还是根据化学方程式进行的计算。
②得失电子守恒法:本质是根据氧化还原反应中得失电子数相等进行的计算。
③溶液中离子电荷守恒法:根据溶液中阴、阳离子物质的量的定量关系进行的计算。
④方程组法。
利用上面所说的“关系式法”和“守恒法”,建立二元方程组来求解化学定量关系的计算方法。
3.有关Ksp的计算
核心知识5　熟悉陌生仪器及装置
装置1　索氏提取装置
[装置原理]　集“过滤、萃取、蒸馏”于一体。实验时将粉末状固体置于滤纸套筒1内,烧瓶中溶剂(萃取剂)受热蒸发,蒸气沿蒸气导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与固体接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶(利用物理学中连通器原理),从而实现对粉末状固体的连续萃取。萃取液进入烧瓶,残渣留在滤纸套筒1内。
[装置优点]　①使用萃取剂量较少;②循环萃取,萃取效率高。
[使用范围]　用沸点较低的溶剂溶解固体中的有效成分。
如:用乙醇萃取茶叶末中的咖啡因。将茶叶末装于滤纸套筒内,酒精装于烧瓶内,连接好装置,加热烧瓶,乙醇蒸气通过蒸气导管上升至冷凝管时,经冷凝,液态乙醇滴入滤纸套筒内,咖啡因溶于乙醇,当萃取液液面达到虹吸管顶端时,萃取液经虹吸管返回烧瓶。反复循环萃取,提高萃取效率。茶叶残渣留在滤纸套筒内,萃取液留在烧瓶内。滤纸套筒起过滤残渣的作用。
装置2　安全漏斗
[装置原理]　安全漏斗的颈上有一迂回圈,向安全漏斗中加入的液体残留在安全漏斗颈部,起液封作用,可避免蒸馏烧瓶中的气体从漏斗中逸出,同时迂回圈在一定程度上可避免反应器内的溶液因压强增大而上升喷出。
[装置优点]　安全漏斗下端不必插入液面下,操作简便。
[使用范围]　常温下,用于挥发性较小的液体与固体或液体混合制备气体。如测定NaH样品纯度,NaH和水反应可生成H2。
装置3　减压过滤(抽滤)装置
[装置原理]　通过抽气泵制造吸滤瓶中的低压环境,使过滤能加速进行。安全瓶的作用是防止倒吸。
[装置优点]　加快过滤,过滤更彻底。
[操作要领]　安装装置时,注意布氏漏斗下端斜口要远离且面向吸滤瓶支管口,以免滤液被吸入支管而进入抽气系统。洗涤布氏漏斗内的固体时,可直接用少量蒸馏水淋洒在固体上,然后再抽滤一次。在停止抽滤时,先打开安全瓶上的活塞,连通大气,使吸滤瓶内恢复常压状态,然后关闭抽气泵。
装置4　堵塞示警装置
[装置原理]　利用压强差原理,如图1所示,当后续装置发生堵塞时,装置中压强增大,将液体压入长颈漏斗中,可以观察到锥形瓶内液面下降,长颈漏斗内液面上升。
[装置优点]　平衡压强,示警堵塞。
[装置变式]　可以用一根长导管代替长颈漏斗,用圆底烧瓶代替锥形瓶,如图2所示。
装置5　气压液装置
[装置原理]　利用压强差原理,通过增大容器内气体压强,首先排尽装置内空气,然后将液体通过导管压到另一容器中,使两种液体混合而发生反应,如图1所示。
[装置优点]　避免两种液体反应的产物与空气发生反应,无需另外制备气体排空气,操作简单。
[操作要领]　关闭K2,打开K1和K3,启动B中反应,利用反应生成的气体排尽装置中的空气;关闭K3,打开K2,B中气体压强增大,将B中液体压入C中。
[使用范围]　防止实验过程中有对主反应有影响的空气存在,且目标产物易被空气氧化的实验。
实例:制备碳酸亚铁。A中盛放盐酸,B中盛放铁粉,C中盛放碳酸氢铵溶液,D中盛放氢氧化钠溶液,按照操作要领中的步骤操作,将B中反应产生的氯化亚铁溶液压入C中,发生反应
[装置变式]　用图2所示装置制备醋酸亚铬。
装置6　凯氏定氮装置
凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法。①a管与大气相通,防止b中压强过大。②加碎瓷片可防止液体加热时暴沸。③f为直形冷凝管。④停止加热,管路中气体温度下降,水蒸气冷凝为液态水,形成负压,g中蒸馏水倒吸入c,打开K2,可将清洗液排出。⑤e采用中空双层玻璃瓶的作用是保温(联想生活中的保温杯)。
1.(2022·江苏盐城高三上学期期中)实验室以CoCl2溶液为原料制备CoCO3,再加热CoCO3的方法制备Co3O4。
(1)CoCO3制备装置如图所示。已知:Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15,Ksp(CoCO3)=1.4×10-13。
①控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。其反应的离子方程式为　　　　。
②制备CoCO3时不宜用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,其原因是
　　　　　　　　　　　　　。
③证明CoCO3固体已洗涤干净的实验操作是
　　　　　　　　　　　。
(2)制备Co3O4将CoCO3固体在空气中充分灼烧,
得到Co3O4固体,反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　。
(3)测定产品CoCO3中钴的质量分数。采用电位滴定法的实验步骤如下:准确称取6.000 g产品溶于盐酸并配成100 mL溶液;取出20.00 mL配得的溶液加入锥形瓶中,向其中加入2.000 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液12.50 mL(过量)充分反应,然后用1.000 mol·L-1的Co2+标准溶液电位滴定过量的K3[Fe(CN)6],滴定至终点时消耗Co2+标准溶液15.00 mL,则产品中钴的质量分数为　　　　(写出计算过程)。
已知:Co2++[Fe(CN)6]3-══Co3++[Fe(CN)6]4-。
②Na2CO3溶液碱性强,Ksp[Co(OH)2]③只需检验CoCO3固体表面是否含有Cl-,即可验证CoCO3固体是否洗净,实验操作为:取最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生,则证明CoCO3固体已洗涤干净。
(2)将CoCO3固体在空气中充分灼烧,得到Co3O4固体,化学方程式为6CoCO3+O2 2Co3O4+6CO2。
(3)Co2++[Fe(CN)6]3-══Co3++[Fe(CN)6]4-,滴定至终点时消耗1.000 mol·L-1的Co2+标准溶液15.00 mL,则锥形瓶中剩余的[Fe(CN)6]3-的物质的量为1.000 mol·L-1×0.015 L=0.015 mol,初始时,锥形瓶中加入12.50 mL 2.000 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,则K3[Fe(CN)6]的总物质的量为2.000 mol·L-1×0.012 5 L=0.025 mol,和CoCO3中Co2+反应消耗的K3[Fe(CN)6]的物质的量为0.025 mol-0.015 mol=0.01 mol,20.00 mL Co2+溶液中Co2+的物质的量为
②Ksp[Co(OH)2]③取最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生,则证明CoCO3固体已洗涤干净
(2)6CoCO3+O2 2Co3O4+6CO2
(3)(2.000 mol·L-1×0.012 5 L-1.000 mol·L-1×0.015 L)×5×59 g·mol-1÷6.000 g×100%
=49.2%
2.(2022·江苏盐城中学、南通中学高三上学期第一次大联考)草酸及其化合物在工业中有重要作用,例如:草酸可用于除铁锈,反应的离子方程式为:
Fe2O3+6H2C2O4══2[Fe(C2O4)3]3-+6H++3H2O;草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]是一种常用的金属着色剂。
(1)草酸(H2C2O4)是一种弱酸,不稳定,受热或遇浓硫酸会发生分解。在浓硫酸催化作用下,用硝酸氧化葡萄糖可制取草酸,实验装置如图所示:
①葡萄糖溶液可由反应(C6H10O5)n(淀粉)+nH2O nC6H12O6(葡萄糖)得到。该实验中证明淀粉已经完全水解的实验操作及现象是　 。
②55~60 ℃时,装置A中生成H2C2O4,同时生成NO。要将16.2 g淀粉完全水解后的淀粉水解液完全转化为草酸,理论上消耗2 mol·L-1 HNO3溶液的体积为　　　　 mL。
③该实验中催化剂浓硫酸用量过多,会导致草酸产率减小,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)草酸铁铵晶体[(NH4)3Fe(C2O4)3·3H2O]易溶于水,常温下其水溶液pH为4.0~5.0。设计以Fe2O3、草酸溶液和氨水为原料,制备草酸铁铵晶体的实验方案:　　　　　　　　。
(3)制得的草酸铁铵晶体中往往会混有少量草酸,为测定(NH4)3Fe(C2O4)3·3H2O(M=428 g·mol-1)的含量,进行下列实验:称取样品9.46 g,加稀硫酸溶解后,配成100 mL溶液。取20.00 mL配制的溶液,用浓度为0.200 0 mol·L-1的KMnO4溶液滴定至终点时消耗KMnO4溶液28.00 mL。已知:H2C2O4+ +H+→Mn2++CO2↑+H2O(未配平)。通过计算,确定样品中(NH4)3Fe(C2O4)3·3H2O的质量分数为　　　　。
解析:(1)①说明淀粉水解完全的关键是要用实验证明淀粉已不存在,则取水解液少许于试管中,向试管中加入碘水,溶液不变蓝色说明淀粉已经完全水解。
②由题意可知,装置A中发生的反应为:在浓硫酸做催化剂作用下,葡萄糖与稀硝酸反应生成草酸、一氧化氮和水,反应的化学方程式为C6H12O6(葡萄糖)+6HNO3(稀) 3H2C2O4+6NO↑+6H2O。由淀粉水解方程式可得:(C6H10O5)n~nC6H12O6~6nHNO3,则将16.2 g淀粉完全水解后的淀粉水解液完全转化为草酸,理论上消耗2 mol·L-1硝酸溶液的
体积为 ×103 mL·L-1=300 mL。
③浓硫酸具有强氧化性和脱水性,若该实验中催化剂浓硫酸用量过多,会使有机物脱水炭化,导致草酸产率减小。
(2)由题意可知,制备草酸铁铵晶体的实验操作为:将氧化铁在搅拌条件下溶于热的草酸溶液得到含有三草酸合铁离子的酸性溶液,向反应后的溶液中加入氨水至溶液的pH在4.0~5.0之间,三草酸合铁离子与氨水反应得到草酸铁铵溶液,然后将溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到草酸铁铵晶体。
答案:(1)①取水解液少许于试管中,向试管中加入碘水,溶液不变蓝色　②300　③浓硫酸具有强氧化性和脱水性,会使有机物脱水炭化
(2)将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液,滴加氨水至溶液pH在4.0~5.0之间,然后将溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到草酸铁铵晶体
(3)90.5%
(1)实验时用0.1 mol L-1 H2SO4洗涤Zn粒,再用蒸馏水洗涤至接近中性;将KNO3溶液的pH调至2.5。
①实验中通入N2的目的是　 。
②判断洗涤至接近中性的实验操作是　　　　　　　　　　　　。
(3)国家规定氮氧化物的排放标准不超过 400 mg L-1。氮氧化物可以用酸性硫酸亚铁溶液来吸收,反应原理为NO+Fe2+══Fe(NO)2+ ;NO2+3Fe2++2H+══2Fe3++Fe(NO)2++H2O。现测定某地下水脱硝过程中氮氧化物的排放量:收集500.00 mL排放的气体,缓慢通过250.00 mL 0.624 0 mol L-1 酸性FeSO4溶液(过量),充分反应,量取吸收气体后的溶液25.00 mL置于锥形瓶中,用0.200 0 mol L-1 酸性KMnO4溶液滴定过量的Fe2+(还原产物为Mn2+),重复上述实验操作3次,平均消耗酸性KMnO4溶液的体积为15.00 mL。试通过计算分析地下水脱硝过程中氮氧化物的排放是否符合国家标准(写出计算过程)
　　　　　　　　　　。[已知Fe(NO)2+与酸性KMnO4溶液不反应]
解析:(1)①实验中通入N2的目的是排除实验装置中的空气,防止空气中的O2影响脱硝反应。
②取一小块pH试纸于表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸最后一次洗涤的滤出液点在pH试纸上,与标准比色卡对照,读出pH约为7,说明洗涤接近至中性(如果用pH计测量也算正确)。或取最后一次洗涤的滤出液,先滴加盐酸,无现象,再滴加BaCl2溶液,无沉淀生成说明洗涤接近至中性。
(2)影响脱硝速率的因素可能有:溶液的pH、温度、Zn的颗粒大小等。证明温度对脱硝速率的影响的实验方案为:
答案:(1)①排除实验装置中的空气,防止空气中的O2影响脱硝反应　
②取一小块pH试纸于表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸最后一次洗涤的滤出液点在pH试纸上,与标准比色卡对照,读出pH约为7,说明洗涤接近至中性(如果用pH计测量也算正确)。或取最后一次洗涤的滤出液,先滴加盐酸,无现象,再滴加BaCl2溶液,无沉淀生成说明洗涤接近至中性。　
(2)①取两套本题图示装置,分别加入等体积、等浓度的KNO3溶液;②将溶液的pH调节为2.5,并通入氮气;③将其中一套实验装置浸入热水浴中(或浸入冰水浴中);④向三颈瓶中分别加入足量且等质量的同种Zn粒,用离子色谱仪测定相同反应时间后三颈瓶中
(3)根据5Fe2+~KMnO4,n(Fe2+)=5n(KMnO4)=5×0.200 0 mol·L-1×0.015 0 L=0.015 0 mol,与氮氧化物反应的n(Fe2+)=0.624 0 mol·L-1×0.250 0 L-10×0.015 0 mol=0.006 0 mol。
若全部是NO,则n(NO)=n(Fe2+)=0.006 0 mol,
NO的含量为:0.006 0 mol×30.00 g·mol-1×1 000 mg·g-1÷0.500 0 L
=360 mg·L-1< 400 mg·L-1。
若全部是NO2,则n(NO2)= n(Fe2+)=0.002 0 mol,
NO2的含量为:0.002 0 mol×46.00 g·mol-1×1 000 mg·g-1 ÷ 0.500 0 L
=184 mg·L-1< 400 mg·L-1。
结论:地下水脱硝过程中氮氧化物的排放量符合国家排放标准。