2024届高考化学二轮复习热点题型专练：　化学实验与计算(一)（含解析）

微主题热练21　化学实验与计算(一)
1. (2023·广州二模)某小组从电极反应的角度研究物质氧化性和还原性的变化规律。
(1)实验室以MnO2和浓盐酸为原料制取氯气的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。该反应的氧化产物是__________。将该反应设计成原电池，氧化反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，还原反应为____________ ____________。
(2)当氯气不再逸出时，固液混合物A中仍存在MnO2和盐酸。小组同学分析认为随着反应的进行、MnO2的氧化性和Cl－的还原性均减弱，为此进行探究。
[实验任务]探究离子浓度对MnO2氧化性的影响
[提出猜想]猜想a：随c(H＋)减小，MnO2的氧化性减弱。猜想b：随c(Mn2+)增大，MnO2的氧化性减弱。
[查阅资料]电极电势(φ)是表征氧化剂的氧化性(或还原剂的还原性)强弱的物理量。电极电势越大，氧化剂的氧化性越强；电极电势越小，还原剂的还原性越强。
[验证猜想]用0.10 mol/L H2SO4溶液、0.10 mol/L MnSO4溶液和蒸馏水配制混合液(溶液总体积相同)，将MnO2电极置于混合液中测定其电极电势φ，进行表中实验1～3。
[数据记录]
实验 序号 V(H2SO4) /mL V(MnSO4) /mL V(H2O) /mL 电极电 势/V
1 20 20 0 φ1
2 m n 10 φ2
3 20 10 10 φ3
①根据实验1和2的结果，猜想a成立。补充数据：m＝________，n＝________。
②根据实验1和3的结果，猜想b成立。判断依据是________________(用电极电势关系表示)。
[探究结果]固液混合物A中仍存在MnO2和盐酸的原因是随着反应进行，溶液中c(H＋)减小、c(Mn2+)增大，MnO2氧化性减弱。
③根据上述探究结果，小组同学作出如下推断：随c(Cl－)增大，Cl－还原性增强。
[实验验证]在固液混合物A中加入______________(填化学式)固体，加热。证明推断正确的实验现象是__________________________。
(3)根据电化学的相关知识，小组同学分别利用电解池(图1)和原电池(图2)装置，成功实现了铜与稀硫酸制氢气。
图1 图2
①图1中阳极的电极反应式为___________________________________ _____________________________________。
②结合(2)的探究结论，图2中试剂X是________________，试剂Y是________________[可选试剂：稀硫酸、Na2SO4溶液、NaOH溶液、NaNO3溶液、CuSO4溶液(浓度均为1.0 mol/L)]。
2. (2023·安徽合肥5月模拟)某实验小组用SiCl4和(CH3CO)2O合成四乙酸硅，装置如图所示(夹持装置略)，相关物质的性质如表所示。
物质 性质
SiCl4 无色油状液体，能剧烈水解生成硅酸和HCl
乙酸酐 [(CH3CO)2O] 无色油状液体，吸湿性很强
四乙酸硅 [Si(CH3COO)4] 米黄色晶体，可溶于苯，遇水会迅速水解，超过160 ℃时可分解成乙酸酐和二氧化硅
乙酰氯 (CH3COCl) 无色油状液体，遇水剧烈反应
(1)仪器①的名称是________，管口A所接干燥管中盛装的试剂是______________(填“P2O5”“CaCl2”或“碱石灰”)。
(2)检查上述装置气密性，具体操作为先向②中注入一定量的________(填“水”或“苯”)，然后密封管口A和B，打开旋塞⑥，若________________(填现象)，则证明装置的气密性良好。
(3)取255 g SiCl4放入1 L仪器①中，关闭旋塞⑥，再由分液漏斗滴入稍过量的乙酸酐，反应发生，放出大量的热，混合物略微带色，不久仪器①底部析出大颗粒晶体。写出制备四乙酸硅的化学方程式：_____________________ _______________，该过程中，玻璃管③的管口必须保持在液面上方的原因是______________________________。
(4)待放置一段时间，用干冰-丙酮冷冻剂冷却，然后________
(填具体操作方法)，小心缓慢地除去仪器①中的残留液体，接着再分两次由分液漏斗各滴入75 mL左右的乙酸酐，再缓慢除去，最后得到335 g精制的四乙酸硅，则四乙酸硅的产率为________%(保留到小数点后一位)。
3. (2023·南昌三模)四氯化钛(TiCl4)是无色或淡黄色液体，熔点为－30 ℃，沸点为136.4 ℃，极易水解，在工业生产中有广泛的用途。在实验室用钛铁矿(FeTiO3)为原料制备TiCl4的实验装置如图所示(实验原理：2FeTiO3＋6C＋7Cl22FeCl3＋2TiCl4＋6CO)。
已知：①FeCl3熔点为306 ℃，沸点为316 ℃，极易水解。
②Ag＋＋SCN－===AgSCN↓；
Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN)。
请回答下列问题：
(1)装置B中盛放的试剂为________。
(2)装置E中冷凝水应从________(填“a”或“b”)通入。
(3)装置A中发生反应的化学方程式为__________________。
(4)该制备装置不足之处是_________________________________________ _______________________________。
(5)停止滴加浓盐酸并关闭止水夹a，将装置c中所得物质转移到装置E中进行相关操作。装置E的锥形瓶中得到的物质是________________。
(6)已知：TiCl4＋(2＋n)H2O===TiO2·nH2O↓＋4HCl，测定TiCl4产品纯度的实验如下。
①E装置相关操作结束后，待锥形瓶中的液体冷却至室温，准确称取该锥形瓶中产品14 g，置于盛有60.00 mL蒸馏水的水解瓶中，盖塞后摇动至完全水解，过滤后将水解液配成100.00 mL溶液。
②取10.00 mL溶液于锥形瓶中，加入10.00 mL 2.900 mol/L AgNO3标准溶液。
③加入少许硝基苯用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。
④以X溶液为指示剂，用0.100 0 mol/L KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液，达到滴定终点时共用去10.00 mL KSCN溶液。
试剂X为________(用化学式表示)，已知产品中杂质不参与反应，根据以上步骤计算产品中TiCl4的质量分数为________(Ti—48)；若装KSCN溶液的滴定管滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，所测定TiCl4产品的质量分数将会________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
4. (2023·广州一模)醋酸钠(CH3COONa)是一种常用的防腐剂和缓冲剂。
(1)配制250 mL 0.10 mol/L CH3COONa溶液，需要称量醋酸钠晶体(CH3COONa·3H2O，M＝136 g/mol)的质量为________。实验需要的仪器有天平、药匙、玻璃棒、量筒、________(从下列图中选择，写出名称)。
(2)某小组探究外界因素对CH3COONa水解程度的影响。
甲同学设计实验方案如下(表中溶液浓度均为0.1 mol/L)：
ⅰ.实验________和________(填序号)，探究加水稀释对CH3COONa水解程度的影响；
ⅱ.实验1和3，探究加入NH对CH3COONa水解程度的影响；
ⅲ.实验1和4，探究温度对CH3COONa水解程度的影响。
序号 温度 V(CH3COONa) /mL V(CH3COONH4) /mL V(H2O) /mL pH
1 25 ℃ 40.0 0 0 A1
2 25 ℃ 4.0 0 36.0 A2
3 25 ℃ 20.0 10.0 a A3
4 40 ℃ 40.0 0 0 A4
①根据甲同学的实验方案，补充数据：a＝________。
②实验测得A1>A3，该结果不足以证明加入NH促进了CH3COONa的水解。根据______________(填一种微粒的化学式)的浓度增大可以说明加入NH能促进CH3COONa的水解。
③已知CH3COONa水解为吸热反应，甲同学预测A1A4。实验结果与预测不一致的原因是________________________________________。
(3)小组通过测定不同温度下CH3COONa的水解常数Kh确定温度对CH3COONa水解程度的影响。
查阅资料：Kh＝，c0为CH3COONa溶液起始浓度。
试剂：0.10 mol/L CH3COONa溶液、0.100 0 mol/L盐酸、pH计。
实验：测定40 ℃下CH3COONa水解常数Kh，完成下表中序号7的实验。
序号 实验 记录的数据
5 取20.00 mL CH3COONa溶液，用0.100 0 mol/L盐酸滴定至终点 消耗盐酸体积为V mL
6 测40 ℃纯水的pH b
7 ________ c
在50 ℃和60 ℃下重复上述实验。
数据处理：40 ℃，Kh＝________
(用含V、b、c的计算式表示)
实验结论：Kh(60 ℃)>Kh(50 ℃)>Kh(40 ℃)，温度升高，促进CH3COONa水解。
5. (2023·广州模拟)某小组同学对Na2SO3与AgNO3在不同的pH下反应进行探究。
(1)测得Na2SO3溶液pH为10，AgNO3溶液pH为5，用离子方程式表示Na2SO3溶液显碱性的原因：______________________________。
(2)调节Na2SO3与AgNO3混合后的初始pH，实验记录如下：
实验 pH 现象
a 10 产生白色沉淀，稍后沉淀溶解
b 6 产生白色沉淀，一段时间后，沉淀未溶解
c 2 产生大量白色沉淀，一段时间后，产生海绵状棕黑色物质X
资料：ⅰ.Ag2SO3：白色，不溶于水，可溶于过量Na2SO3溶液。ⅱ.Ag2O：棕黑色，不溶于水，能和酸反应。
针对实验a中白色沉淀提出两种推测：
推测1：白色沉淀为Ag2SO3。
推测2：白色沉淀为Ag2SO4。
①推测1产生该沉淀的反应用离子方程式表示：____________________。
②推测2的理论依据是___________________________________________ _______________________________________。
③取b、c中白色沉淀，分别置于过量Na2SO3溶液中，沉淀均溶解经实验证明白色沉淀不是Ag2SO4，实验过程：另取Ag2SO4固体置于________________溶液中，未溶解。
(3)为确认X组成，将c中X过滤、洗涤，继续实验：
Ⅰ.向X中滴加稀盐酸，无明显变化。
Ⅱ.向X中加入过量浓硝酸，产生红棕色气体。
Ⅲ.用Ba(NO3)2、BaCl2检验Ⅱ中反应后的溶液，前者无变化，后者产生白色沉淀。
①Ⅰ的目的是____________________________________________________ ________________。
②根据Ⅲ的现象，可判断X的元素组成：_____________________ ___________。
③Ⅱ中反应的化学方程式是_____________________________________。
(4)综合以上实验，分析X产生的可能原因：
①甲同学认为随着溶液酸性增强，Ag2SO3中的Ag＋氧化性增强。
②乙同学认为________________________________________________。
化学实验与计算(一)
1．(1)Cl2　MnO2＋2e－＋4H＋===2H2O＋Mn2+　(2)①10　20　②φ1<φ3　③NaCl　又产生黄绿色气体　(3)①Cu－2e－===Cu2+　②稀硫酸　NaOH溶液
【解析】(2)①表格数据分析，实验1为对比实验，1和3组合研究Mn2+浓度对电极电势的影响，那么2和1组合可以研究H＋浓度的影响，所以改变H2SO4的体积而不改变MnSO4的体积，同时保证总体积为40 mL，则m＝10、n＝20；②随着Mn2+浓度增大，MnO2氧化性减弱，电势降低即φ1<φ3；③已知溶液中c(H＋)减小、c(Mn2+)增大，MnO2氧化性减弱，保证单一变量只改变Cl－的影响，可加入NaCl固体，若加热反应又产生黄绿色气体，说明Cl－的浓度越大其还原性增强。(3)①图1为电解池，Cu极为阳极，石墨为阴极。阳极Cu优先放电：Cu－2e－===Cu2+；②图2为原电池，利用Cu与H2SO4制备H2，负极为Cu，正极区为H2SO4，为了增强Cu的还原性，正极区加入NaOH溶液降低溶液中的Cu2+。
2．(1)三颈烧瓶　碱石灰　(2)苯　仪器②中液面保持不变　(3)SiCl4＋4(CH3CO)2O===Si(CH3COO)4＋4CH3COCl　防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口　(4)将③的管口插入液体中(或插入烧瓶底部)，再慢慢打开旋塞⑤　84.6
【解析】本实验的目的是以SiCl4、(CH3CO)2O为原料制取Si(CH3COO)4，由于反应物和产物都具有吸湿性或能与水反应，所以整个实验都应在干燥的环境中进行。(1)仪器①的名称是三颈烧瓶，管口A所接干燥管中所盛试剂，既能吸收水蒸气，又能吸收酸性气体，所以盛装的试剂是碱石灰。(4)快速获得产品，且提高SiCl4的利用率，可将三颈烧瓶内液体抽出，即将③的管口插入液体中(或插入到烧瓶底部)，再慢慢打开旋塞⑤，小心缓慢地除去仪器①中的残留液体；理论产量为m[Si(CH3COO)4]＝×264 g/mol＝396 g，则四乙酸硅的产率为×100%≈84.6%。
3．(1)浓硫酸　(2)a　(3)KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O　(4)没有处理CO、Cl2尾气；空气中的水蒸气会进入D中，使产品发生水解　(5)TiCl4　(6)Fe(NO3)3　95%　偏小
【解析】(4)根据题给信息知TiCl4极易水解，所以该装置的不足之处是缺少防止水蒸气进入仪器D的装置，也没有处理CO、Cl2的尾气处理装置。(5)装置E为分离氯化铁和氯化钛的蒸馏装置，根据题给FeCl3、TiCl4的沸点可知，蒸馏出来的是TiCl4。(6)由题意可知，硝酸银消耗氯离子，过量的硝酸银用硫氰化钾滴定，铁离子遇硫氰化钾显红色，可作指示剂，因银离子只与硝酸根离子可共存，所以加入的试剂X应为硝酸铁；与硫氰化钾溶液反应的过量硝酸银的物质的量为0.100 0 mol/L×0.01 L＝0.001 mol，则与溶液中氯离子反应的硝酸银的物质的量为2.900 mol/L×0.01 L－0.001 mol＝0.028 mol，由TiCl4～4Cl－～4AgNO3可得14.0 g产品中TiCl4的质量分数为×100%＝95%；装KSCN溶液的滴定管滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，会导致滴定过量硝酸银消耗硫氰化钾溶液体积偏大，使得氯离子的物质的量减小，TiCl4的质量分数测定结果偏小。
4．(1)3.4 g　烧杯、胶头滴管、250 mL容量瓶　(2)ⅰ.1　2　ⅲ.①0　②CH3COOH　③升高温度促进水的电离，导致溶液中氢离子浓度增大　(3)测定40 ℃醋酸钠溶液的pH
或
【解析】(1)配制250 mL 0.10 mol/L CH3COONa溶液，需要称量醋酸钠晶体的质量为0.250 L×0.10 mol/L×136 g/mol＝3.4 g；实验需要的仪器有天平、药匙、玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管、250 mL容量瓶。(2)ⅰ.探究加水稀释对CH3COONa水解程度的影响，则实验中变量为醋酸钠的浓度，实验1和2为探究加水稀释对CH3COONa水解程度的影响。ⅱ.①实验1和3为探究加入NH对CH3COONa水解程度的影响；不改变醋酸根离子的浓度，故a＝0。②铵根离子水解会导致溶液中酸性增强，实验测得A1>A3，该结果不足以证明加入NH促进了CH3COONa的水解，可以根据CH3COOH的浓度增大说明加入NH能促进CH3COONa的水解。③已知CH3COONa水解为吸热反应，甲同学预测A1A4，实验结果与预测不一致的原因是水的电离也为吸热过程，升高温度促进水的电离，导致溶液中氢离子浓度增大。(3)实验为通过测定不同温度下CH3COONa的水解常数Kh确定温度对CH3COONa水解程度的影响，则实验7需要测定40 ℃醋酸钠溶液的pH；取20.00 mL CH3COONa溶液，用0.100 0 mol/L盐酸滴定至终点，消耗盐酸体积为V mL，CH3COONa和HCl以1∶1反应，此时CH3COONa的起始浓度c0＝ mol/L，40 ℃纯水的pH＝b，则c(H＋)＝c(OH－)＝10－b mol/L，Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10-2b；实验7所得溶液的pH＝c，则c(H＋)＝10－c mol/L，则Kh＝＝＝＝或。
5．(1)SO＋H2O HSO＋OH－　(2)①2Ag＋＋SO===Ag2SO3↓　②SO有还原性，可能被氧化为SO，与Ag＋反应生成Ag2SO4白色沉淀　③过量Na2SO3　(3)①证明X不是Ag2O　②含有Ag元素，不含S元素　③Ag＋2HNO3(浓)===AgNO3＋NO2↑＋H2O　(4)②随着溶液酸性增强，Ag2SO3中的SO还原性增强
【解析】(3)①由题给信息棕黑色的氧化银可以与酸反应可知，向X中滴加稀盐酸，无明显变化，说明X不是氧化银，则实验Ⅰ的目的是验证X不是氧化银。②由实验Ⅱ可知，X具有还原性，能将浓硝酸还原为二氧化氮气体，由实验Ⅲ可知，用硝酸钡检验实验Ⅱ中反应后的溶液，没有白色沉淀生成，说明反应没有生成硫酸根离子，则X中不含有硫元素，用氯化钡溶液检验，有白色沉淀生成，说明X中有银元素，结合实验Ⅱ可知，X为银单质。③由实验Ⅱ和Ⅲ可知，海绵状棕黑色的固体X为银，银与浓硝酸发生氧化还原反应生成硝酸银、二氧化氮和水。(4)综合以上实验，海绵状棕黑色的固体X产生的可能原因为随着溶液酸性增强，亚硫酸银中的银离子的氧化性增强，或亚硫酸银中的亚硫酸根离子的还原性增强，银离子与亚硫酸根离子在酸性条件下发生氧化还原反应生成银、硫酸根离子和水。