强化练三　综合实验探究（含答案）-2024年江苏高考化学二轮复习

2024年江苏高考化学 强化练三　综合实验探究
1．(2023·徐州市高三考前模拟)亚硝酸钠(NaNO2)在工业上多个领域有着广泛应用。
(1)实验室利用工业废气(主要含NO、NO2、CO2)模拟制备NaNO2的装置如图所示：
已知：室温下，2NO＋Na2O2===2NaNO2；酸性条件下，NO或NO都能与MnO反应生成NO和Mn2＋。
①装置A中使用稀硫酸的目的是________________________________________________。
②装置B内盛放的试剂可能是________(填字母)。
a．P2O5　　　　　 b．碱石灰
c．无水CaCl2 d．无水硫酸铜
③装置D中发生反应的离子方程式为__________________________________________________________。
(2)实验室将含NO、NO的酸性工业废水的NO全部氧化为NO，分别用铝、铁和铝铁合金对NO进行脱除。在0～3 h内，铝和铁对NO几乎未脱除，而铝铁合金的脱除效率高，其可能的原因是____________________________________________________。
(3)某科研机构经多次实验，利用O3、KCl和工业废渣(主要成分为NaNO2和NaNO3)制得KNO3，相关工艺参数如图1和图2[浓缩蒸发水量＝]，请选择最佳实验方案，完成他们的制备：将100 g废渣加入80 mL热水中，充分搅拌，____________，在50 ℃恒温水浴锅中充分反应后，过滤，________，趁热过滤，__________，过滤得KNO3粗产品，再重结晶提纯得到KNO3(须使用的试剂及用量：60 L 0.008 g·L－1O3和80 g KCl固体)。
2．(2023·江苏省四校高三下学期4月联考)硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O，M＝248 g·mol－1)易溶于水，难溶于乙醇，在中性和碱性环境中稳定，在酸性环境中易分解，在40～50 ℃熔化，48 ℃分解。用两种方法制取Na2S2O3·5H2O并加以应用。
Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
方法一：亚硫酸钠法，反应原理：S＋Na2SO3Na2S2O3。
实验步骤：称取一定量的Na2SO3固体于烧杯中，溶于煮沸过的蒸馏水。另取过量硫粉，加入少量乙醇充分搅拌均匀后，加到上述溶液中。水浴加热，微沸，反应后趁热过滤。溶液蒸发浓缩、冷却结晶析出Na2S2O3·5H2O晶体。再进行减压过滤、洗涤并低温干燥。
(1)S2O中心硫原子的杂化方式为__________。
(2)向硫粉中加入少量乙醇充分搅拌均匀的目的是______________________________________________________________________________。
方法二：硫化碱法，装置如图所示。
(3)①装置C中，将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量之比配成溶液再通入SO2，便可制得Na2S2O3和CO2。反应的化学方程式为_____________________________________________。
②三颈烧瓶中两种固体溶解时，需先将Na2CO3固体溶于水配成溶液，再将Na2S固体溶于Na2CO3溶液中，其目的是_______________________________________________________。
③实验过程中，C装置中的澄清溶液先变浑浊，后变澄清时生成大量的Na2S2O3一段时间后，再次出现少量浑浊，此时须立刻停止通入SO2。为了保证Na2S2O3·5H2O的产量，实验中通入的SO2不能过量，原因是______________________________________________________。
Ⅱ.Na2S2O3的应用
(4)某消毒液中含有ClO2和Cl2两种主要成分。请补充完整用Na2S2O3标准溶液测定该消毒液中ClO2含量的实验方案：量取5.00 mL消毒液于锥形瓶中，加蒸馏水稀释到25.00 mL，______________，重复实验2～3次，取实验平均值计算ClO2的含量。
已知：①2ClO2＋2KI===2KClO2＋I2；
②KClO2＋4KI＋2H2SO4===KCl＋2K2SO4＋2I2＋2H2O；
③2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI；且反应②在pH＝3时完全进行。
(须使用的试剂：0.100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液、淀粉溶液、KI溶液、稀硫酸)
(5)设计以下实验测定粗产品中Na2S2O3·5H2O的含量：
步骤1：准确称取8.000 0 g样品溶于水，加入5 mL甲醛，配成100 mL溶液。
步骤2：准确称取0.294 0 g K2Cr2O7固体于碘量瓶中，加入20 mL蒸馏水溶解，再加入10 mL 2 mol·L－1H2SO4和20 mL 10%KI溶液使铬元素完全转化为Cr3＋，加水稀释至100 mL。
步骤3：向碘量瓶中加入1 mL 1%淀粉，用待测Na2S2O3溶液滴定碘量瓶中溶液至滴定终点，消耗Na2S2O3溶液20.00 mL。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
试计算Na2S2O3·5H2O的纯度(写出计算过程)。
3．(2023·江苏省苏锡常镇四市高三教学情况调研)对SiO2为载体的加氢废催化剂(主要含有WS2、NiS、Al2S3，含少量碳、磷)处理的实验流程如下：
(1)NiS中，基态镍离子的电子排布式为______________。
(2)高温氧化焙烧时，WS2发生反应的化学方程式为____________。
(3)滤渣X的成分为H2SiO3和________________。
(4)Mg(H2PO4)2易溶于水，MgHPO4、Mg3(PO4)2均难溶于水。除磷装置如图所示，向滤液中先通入NH3，再滴加MgCl2溶液，维持溶液pH为9～10，得到复合肥料NH4MgPO4固体。
①实验中球形干燥管的作用是______________。
②磷酸的分布分数X(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图所示。生成NH4MgPO4的离子方程式为_________________________________________________。
③向滤液中先通入NH3后加入MgCl2溶液的原因是____________________。
(5)已知：①该实验中pH＝5.0时，Al3＋沉淀完全；在pH＝6.0时，Ni2＋开始沉淀。
②实验中须用到的试剂：2 mol·L－1H2SO4溶液、0.1 mol·L－1NaOH溶液。浸渣中含NiO、少量的Al2O3和不溶性杂质。请完成从浸渣制备NiSO4·6H2O的实验方案：_______________________________________________________________________________________________。
4．(2023·江苏省前黄高级中学高三下学期二模)无水氯化钴(CoCl2)呈蓝色，吸收不同量的水后变为粉红色至红色(如CoCl2·6H2O呈红色)，常作湿度指示剂。实验室以钴渣(主要成分是CoO、Co2O3，含少量Ni、Al2O3等杂质)为原料制备无水氯化钴的流程如图(部分产物和条件省略)：
已知：①几种金属离子转化为氢氧化物沉淀的pH如表所示：
金属离子 Al3＋ Co2＋ Ni2＋
开始沉淀的pH 4.0 7.6 7.7
完全沉淀的pH 5.2 9.2 9.5
②SOCl2极易水解生成两种气体，其中一种气体能使品红溶液褪色。
回答下列问题：
(1)酸浸。将一定量钴渣加入三颈瓶中(装置如图所示)，将稀硫酸通过分液漏斗加入其中，再向悬浊液中通入SO2。写出SO2参与反应的离子方程式______________________________。
(2)除铝。得到固体的主要成分是___________(填化学式)，该步调节pH的范围为__________。
(3)制备无水CoCl2。实验室由CoCO3制备无水CoCl2，请补充实验方案：①________________________________________________，用蒸馏水洗涤2～3次，低温干燥。将所得固体(CoCl2·6H2O)置于圆底烧瓶中，②________________________________________________，停止加热，得到无水CoCl2。(实验中须使用的试剂：SOCl2、2 mol·L－1盐酸、1 mol·L－1NaOH溶液)
(4)钴(Ⅲ)可形成CoCl3·xNH3(x＝3,4,5,6)等一系列配位数为6的配合物。现取10.00 mL 0.100 0 mol·L－1某钴(Ⅲ)配合物的水溶液，向其中滴加50.00 mL 0.200 0 mol·L－1 AgNO3溶液，立即产生白色沉淀0.143 5 g，过滤，充分加热滤液，将氨气全部逸出，又生成一定量的白色沉淀。通过计算求出该配合物的化学式(写出计算过程)。
强化练三　综合实验探究
1．(1)①使NO(或NO2)充分转化为NO，提高氮元素的利用率　②b　③3MnO＋4H＋＋5NO===3Mn2＋＋5NO＋2H2O　(2)金属铝、铁表面有氧化膜，阻碍了NO的脱除反应；铝铁合金中，铁和铝可以构成原电池，加快化学反应速率　(3)缓慢通入60 L 0.008 g·L－1O3充分反应，再分批加入80 g KCl固体充分反应　将滤液浓缩蒸发水量25%　将滤液冷却到10 ℃结晶
解析　工业废气通过A装置时其中的二氧化氮与水反应生成硝酸，在硫酸存在条件下，氢离子、硝酸根离子与铜反应生成一氧化氮，废气中的二氧化碳可通过装置B吸收，所以装置B盛放的试剂可能是碱石灰，吸收二氧化碳的同时吸收水分，干燥的一氧化氮与过氧化钠反应生成亚硝酸钠，D装置是尾气吸收装置。
(1)②P2O5、无水CaCl2、无水硫酸铜只能吸收水不能吸收二氧化碳，a、c、d错误；碱石灰既能吸收水也能吸收二氧化碳，b正确。③由题意知酸性条件下，NO能与MnO反应生成NO和Mn2＋，所以装置D中发生反应的离子方程式为3MnO＋4H＋＋5NO===3Mn2＋＋5NO＋2H2O。
2．(1)sp3　(2)硫粉微溶于乙醇，在乙醇中有一定的溶解度，从而增大反应物的接触面积，加快反应速率　(3)①4SO2＋2Na2S＋Na2CO3===3Na2S2O3＋CO2　②Na2CO3溶液呈碱性，可以抑制Na2S水解，防止产生H2S气体　③若SO2过量，溶液显酸性，产物分解　(4)向其中加入过量KI溶液，充分振荡，以淀粉溶液为指示剂，用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，加入稀硫酸调节溶液pH＝3，再以淀粉溶液为指示剂，用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，记录第二次滴定消耗Na2S2O3溶液的体积
(5)K2Cr2O7溶液加入H2SO4和KI溶液使铬元素完全转化为Cr3＋，离子方程式为Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O，再根据反应I2＋2S2O===S4O＋2I－，可以得到关系式6S2O～Cr2O，n(K2Cr2O7)＝＝＝0.001 mol，所以Na2S2O3·5H2O的质量为6×0.001×248×5 g＝7.44 g，所以Na2S2O3·5H2O的纯度×100%＝93%
3．(1)1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)
(2)2WS2＋7O22WO3＋4SO2
(3)Al(OH)3
(4)①防止倒吸　②NH3·H2O＋HPO＋Mg2＋===NH4MgPO4↓＋H2O　③避免生成MgHPO4沉淀，提高NH4MgPO4产率和纯度
(5)向浸渣中加入稍过量的2 mol·L－1H2SO4溶液中，充分搅拌至固体不再溶解；边搅拌边滴加0.1 mol·L－1NaOH溶液，调节溶液的pH为5.0～6.0，过滤；将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤得到NiSO4·6H2O
4．(1)Co2O3＋SO2＋2H＋===2Co2＋＋SO＋H2O
(2)Al(OH)3　5.2≤pH<7.6　(3)边搅拌边向2 mol·L－1盐酸中分批加入CoCO3，至无气泡产生，蒸发浓缩至溶液表面有晶膜出现，冷却结晶，过滤　向其中加入适量SOCl2，加热，并将气体产物通入1 mol·L－1 NaOH溶液中，至红色固体完全变为蓝色
(4)反应生成沉淀分两步进行，说明氯离子存在两种形式，则该配合物的物质的量n(配合物)＝×0.100 0 mol·L－1＝1.000×10－3mol，外界Cl－的物质的量n(外界Cl－)＝n(AgCl)＝＝1.000×10－3mol，则内界Cl－的物质的量n(内界Cl－)＝3×1.000×10－3mol－1.000×10－3 mol＝2.000×10－3 mol，内、外界Cl－的个数之比(2.000×10－3mol)∶(1.000×
10－3 mol)＝2∶1，所以该配合物的化学式为[Co(NH3)4Cl2]Cl
解析　以钴液(主要成分是CoO、Co2O3，含少量Ni、Al2O3等杂质)为原料制备无水氯化钴(CoCl2)，硫酸酸浸后Al2O3转化为Al3＋，Co2O3转化为Co3＋，CoO转化为Co2＋，Ni转化为Ni2＋，通入SO2的目的是将Co3＋还原为Co2＋；加入碳酸钠固体将铝离子转化为Al(OH)3沉淀，加入萃取剂HX除去Ni2＋，镍最终转化为NiSO4·7H2O，加入碳酸钠沉钴得到碳酸钴，加入盐酸酸溶后经过一系列操作得到CoCl2，以此解答。
(1)由分析可知，“酸浸”中SO2的作用是将Co2O3还原为Co2＋，该反应中SO2中S元素化合价由＋4价升高到＋6价，根据得失电子守恒和原子守恒配平方程式为Co2O3＋SO2＋2H＋===2Co2＋＋SO＋H2O。
(2)由分析可知，加入碳酸钠固体发生相互促进的水解反应得到Al(OH)3沉淀，由表格可知该步调节pH的范围为5.2≤pH＜7.6。