专题四　化学实验基础 章末能力整合四 学案（含解析）2026届高三化学一轮总复习

专题四　化学实验基础
章末能力整合四
一、 物质制备综合实验题
1. 物质制备题的实验顺序
(1)实验操作顺序
(2)加热操作先后顺序的选择
若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，待产生的气体排尽装置中的空气后，再给实验中其他需要加热的装置加热。
其目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。
而完成实验后，熄灭酒精灯的顺序则相反。
(3)防止实验中反应物或产物变质或损失
①实验中反应物或产物若易吸水潮解、水解等，要采取措施防止吸水；
②易挥发的液体产物要及时冷却；
③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)；
④注意防止倒吸的问题。
(4)选择仪器及连接顺序
2. 产品纯度分析重要方法
(1)重量分析法
①在重量分析中，一般首先采用适当的方法，使被测组分以单质或化合物的形式从试样中与其他组分分离。
②重量分析法不需要指示剂，实验的关键是准确判断反应是否完全，以及反应前后固体(或液体)质量的变化。
③重量分析法包括分离和称量两个过程。根据分离的方法不同，重量分析法又可分为沉淀法、挥发法、萃取法等。
④计算方法
采用重量分析法进行定量计算时，可根据实验中发生反应的化学方程式或原子守恒确定相关物质之间的定量关系，再结合实验数据列出关系式，并进行相关计算。
(2)滴定分析法
①实验的关键是准确量取待测溶液，根据指示剂的颜色变化确定滴定终点。
②根据标准溶液和待测溶液间反应类型的不同，可将滴定分析法分为四大类：中和滴定、氧化还原滴定、络合滴定和沉淀滴定。
3. 解答物质制备综合实验题的思维流程
二、 实验设计与评价的难点突破
1. 试剂或仪器的作用：分析加工题给信息，推测每一种试剂或仪器的作用。
(1)酸、碱溶液除了作为反应物(酸溶或碱溶)和调节溶液的pH外，还能用于吸收反应过程中产生的污染性气体。
(2)目标产物是沉淀时，一些盐溶液既可作为沉淀剂，又可用于检验某些离子是否沉淀完全。
(3)蒸馏水以及酒精等有机溶剂可用于洗涤；砂芯漏斗、布氏漏斗等可用于过滤；真空干燥箱可用于干燥。
2. 条件控制：分析图表信息，控制pH、控制温度、控制试剂的用量(少量、过量、适量)。
3. 根据溶解度曲线选择结晶方法：①冷却结晶——蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；②蒸发结晶——蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥。
4. 充分反应：①沉淀型——静置，取上层清液于洁净试管中，滴加沉淀剂，无沉淀生成；②生成气体型——滴加试剂至无气体生成。
5. 答题模板：边搅拌边向溶液中滴加(“适量”或“过量”或“少量”)××试剂，充分反应，至pH在××范围(过滤)，蒸发浓缩至有大量晶体析出，在××温度下趁热过滤(或冷却结晶，过滤)，(用“冰水”或“乙醇”等试剂)洗涤、干燥。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1. 钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10－5 mol·L－1)时的pH：
Fe3＋ Fe2＋ Co3＋ Co2＋ Zn2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
(1)回答下列问题：
①酸浸，保持温度、浸取时间不变，能提高金属元素浸出率的措施有________________________。
②“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是________________________________________。
③“氧化沉钴”中生成Co(OH)3的离子方程式为__________________________________________________。
(2)Co3O4在磁性材料、电化学领域应用广泛，实验室中可以用CoC2O4煅烧后制得。
①已知：请补充完整由某含c(Co2＋)＝0.1 mol·L－1的浸出液(含有杂质Fe2＋、Fe3＋)制备纯净的CoC2O4·2H2O实验方案：______________________________________________________________________________________，干燥，得到CoC2O4·2H2O晶体[须使用的试剂：NaClO3、NaOH、AgNO3溶液、(NH4)2C2O4、蒸馏水]
②CoC2O4·2H2O热分解可制备Co3O4，为确定由CoC2O4·2H2O获得Co3O4的最佳煅烧温度，准确称取4.575 g CoC2O4·2H2O样品，在空气中加热，固体样品的剩余质量随温度的变化如图所示(已知385 ℃以上残留固体均为金属氧化物)。
经测定，温度为205～385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，计算AB段消耗O2在标准状况下的体积________(写出计算过程，结果保留2位有效数字)。
2. (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶体在空气中不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇，常用作标定K2Cr2O7等的标准物质，可通过下列方法制取并测定铬铁矿中铬的质量分数：
已知：Fe能与Fe3＋反应生成Fe2＋。
(1)制备FeSO4溶液，装置如图所示。
①反应过程中会产生少量PH3(H为＋1价)气体，需使用封闭装置。用CuSO4溶液吸收PH3时会生成H3PO4和Cu。该反应的化学方程式为________________________________________。
②将2 g Fe粉、10 mL 3 mol·L－1 H2SO4溶液加入烧瓶中反应。采取该原料配比的主要原因是______________________。
(2)制备(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶体
①向FeSO4溶液中加入一定质量的(NH4)2SO4固体，70～80 ℃条件下溶解后，趁热倒入50 mL乙醇中，析出晶体。乙醇的作用为________________________。
②晶体中SO含量检验
请补充完整测定产品中SO含量的实验方案：准确称取约0.4 g样品，溶于70 mL水，____________________________________________________，将沉淀移入坩埚，灼烧至恒重，记录数据。
(实验须判断沉淀是否洗净，须使用的试剂有：2 mol·L－1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)
(3)测定铬铁矿中铬的质量分数：
步骤一：准确称取0.195 0 g某铬铁矿试样放入锥形瓶中，加入适量磷酸和硫酸的混合酸，加热使试样完全溶解，冷却。
步骤二：向上述溶液中滴加5滴1%的MnSO4溶液，再加入一定量的过硫酸铵[(NH4)2S2O8]溶液，摇匀，加热煮沸至出现紫红色(有HMnO4生成)。继续加热煮沸，除去溶液中过量的(NH4)2S2O8和生成的HMnO4，冷却。
步骤三：用0.205 0 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液与上述溶液反应至恰好完全，消耗19.50 mL溶液。(已知：6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O)
①步骤二中(NH4)2S2O8溶液主要的作用是将溶液中铬氧化为Cr2O。加入5滴MnSO4溶液的目的是________________________________________________(已知该条件下还原性：Cr3＋>Mn2＋)。
②计算铬铁矿中铬的质量分数________(写出计算过程)。
3. (2024·扬州期末)从某含碘废液(主要含有I2、I－)中回收I2的实验过程如下：
已知：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，I2＋2S2O===S4O＋2I－。
(1)“还原”过程中被还原的元素为________。
(2)“氧化”时有Cu2＋生成，发生反应的离子方程式为____________________________________。
(3)在如图1所示的装置中对粗碘进行提纯，提纯后的碘析出主要位置是____________。
(4)滤液2中仍有少量I2、I－残留，需先用0.06 mol·L－1 NaClO溶液氧化I－，再加吸附剂(该吸附剂主要吸附I2)。实验时控制其他条件不变，测得总碘去除率随pH的变化如图2所示，随加入NaClO溶液体积的变化如图3所示。
　　
①在pH＝1～3范围内，pH越小时，总碘去除率越高，其主要原因是__________________________。
②加入的NaClO溶液体积超过5.5 mL时，总碘去除率下降的主要原因是______________________________________________________________。
(5)请补充完整检验未处理原废液中I－的实验方案：取未处理的原废液，________________________________________________________________________，则说明存在I－。(实验中须使用的试剂：1.0 mol·L－1 FeCl3溶液、CCl4、淀粉溶液)
4. (2025·镇江高三上期中)AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇和乙醚。实验室用铝箔制备AlCl3·6H2O流程如下。
(1)“碱溶”时转化的离子方程式为____________________________________________________。
(2)已知Ka1(H2CO3)＝4.3×10－7，Ka2(H2CO3)＝5.61×10－11，Ka[Al(OH)3]＝6.3×10－13。通入少量CO2发生“沉淀”反应，滤液中溶质主要为Na2CO3的原因为______________________________________________________。
(3)为加快“酸溶”的反应速率，可采用的实验措施为____________________________。(写出两种措施)
(4)溶液A制备AlCl3·6H2O的装置如图所示。结晶后，经过滤、洗涤、干燥制得晶体。
①通入HCl的作用是________________________________________________________________。
②洗涤选用合适的洗涤剂为______________。
(5)明矾在水中的溶解度如图所示。请补充完全用未经洗涤的胶状固体制备明矾晶体的实验方案。向漏斗中的胶状固体加入___________________________________________________________________________________，过滤、洗涤，干燥获得明矾晶体。
(实验中须使用的试剂：蒸馏水、Ba(OH)2溶液、H2SO4、K2SO4溶液)
章末能力整合四
1. (1)①粉碎固体原料，加快搅拌速率，适当增加硫酸的浓度等　②将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素　③3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　(2)①向浸出液中边搅拌边加入适量NaClO3将Fe2＋氧化为Fe3＋，再滴加NaOH溶液调节pH为2.8～7.4，过滤，向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液至不再产生沉淀，过滤，用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤的滤液加入AgNO3溶液不再出现沉淀为止
②0.37 L
解析：由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为“酸浸”时生成的PbSO4，向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋，最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2＋氧化为Co3＋，在pH＝5时Co3＋形成沉淀Co(OH)3，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。
(1)①在原料预处理过程中，粉碎固体原料(增大固体与液体的接触面积)，加快搅拌速率，适当增加硫酸的浓度，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；②根据分析可知MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素；③由分析可知，该过程发生氧化还原反应，根据分析反应物、产物与反应环境(pH＝5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出离子方程式：3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋。
(2)①由含c(Co2＋)＝0.1 mol·L－1的浸出液(含有杂质Fe3＋、Fe2＋)制备纯净的CoC2O4·2H2O实验方案：向浸出液中边搅拌加入适量NaClO3氧化Fe2＋，再滴加NaOH溶液调节pH的范围至2.8～7.4除去Fe3＋。过滤，向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液至不再产生沉淀，过滤，用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤的滤液加入AgNO3溶液不再出现沉淀为止，干燥，得到CoC2O4·2H2O晶体；②4.575 g的CoC2O4·2H2O的物质的量为0.025 mol，其中结晶水的质量为0.025×2×18 g·mol－1＝0.9 g，m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g，则A点为CoC2O4，Co元素的质量为0.025 mol×59 g·mol－1＝1.475 g，B点固体为金属氧化物，根据元素守恒n(O)＝ mol≈0.033 mol，n(Co)∶n(O)＝0.025∶0.033＝3∶4，则B为Co3O4，205～385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，AB段反应方程式为3CoC2O4＋2O2 Co3O4＋6CO2，则消耗氧气的体积为×22.4 L·mol－1＝0.37 L。
2. (1)①4CuSO4＋PH3＋4H2O===H3PO4＋4H2SO4＋4Cu↓　②防止亚铁离子被氧化成铁离子　(2)①降低硫酸亚铁铵在水中的溶解量　②加入2 mol·L－1 HCl溶液酸化，滴加BaCl2溶液至沉淀完全，过滤，洗涤，直至滤液滴加AgNO3溶液不出现浑浊　(3)①判断溶液中的Cr3＋是否完全被氧化成Cr2O　②35.53%
解析：(1)①用CuSO4溶液吸收PH3时会生成H3PO4和Cu，结合电子守恒、原子守恒配平并书写化学方程式：4CuSO4＋PH3＋4H2O===H3PO4＋4H2SO4＋4Cu↓；②硫酸亚铁中亚铁离子容易被氧化，采取该原料配比的主要原因是铁过量可以防止亚铁离子被氧化成铁离子；
(2)①加入乙醇可以降低硫酸亚铁铵在水中的溶解量，增加产率；②测定产品中SO含量的实验方案：准确称取约0.4 g样品，溶于70 mL水，加入2 mol·L－1 HCl溶液酸化，滴加BaCl2溶液至沉淀完全，过滤，洗涤，直至滤液滴加AgNO3溶液不出现浑浊，将沉淀移入坩埚，灼烧至恒重，记录数据。
(3)①(NH4)2S2O8溶液主要的作用是将溶液中铬氧化为Cr2O，已知2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===10SO＋2MnO＋16H＋，且该条件下还原性：Cr3＋>Mn2＋，则滴入5滴MnSO4溶液，若溶液变为紫红色，则说明Cr3＋完全被氧化，因此滴入5滴MnSO4溶液目的是判断溶液中的Cr3＋是否完全被氧化成Cr2O；②由反应6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O得关系式：6Fe2＋～Cr2O，n(Cr2O)＝×0.205 0 mol·L－1×19.50×10－3L＝6.662 5×10－4 mol，铬的质量分数为×100%＝35.53%。
3. (1)Cu　(2)2CuI＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋I2　(3)小试管外壁　(4)①pH越小，ClO－氧化性越强，I－去除率越高　②过量的ClO－和Cl－发生反应生成氯气，导致ClO－浓度降低，总碘去除率下降　(5)加入CCl4溶液，用分液的方法分离出上层液体，加入1.0 mol·L－1FeCl3溶液，反应完后加入淀粉溶液，若变蓝。
解析：含碘废液(主要含有I2、I－)，先加入Na2S2O3，发生反应I2＋2S2O===S4O＋2I－，再慢慢加入CuSO4，发生反应2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，硫酸铜的作用是氧化剂，将溶液中的I－富集到沉淀中，随后沉淀中加入氯化铁的酸溶液，发生反应2CuI＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋I2，过滤，得到粗碘，据此回答。
(1)依据分析可知“还原”过程中，发生两步反应，被还原的元素为Cu；
(2)依据分析可知“氧化”时发生反应的离子方程式为2CuI＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋I2；
(3)碘易升华，加热之后遇冷凝华，碘在小试管外壁析出；
(4)①NaClO氧化I－的离子方程式为2I－＋ClO－＋2H＋===I2＋Cl－＋H2O，pH越小，ClO－氧化性越强，I－去除率越高；②加入的NaClO溶液体积超过5.5 mL时，过量的ClO－和Cl－发生反应生成氯气，ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，导致ClO－浓度降低，总碘去除率下降；
(5)未处理原废液中主要含有I2、I－，证明原溶液中存在I－，要先将I2萃取出来，再将I－氧化为I2，之后用淀粉溶液去检验先I2。
4. (1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　(2)因为溶液中偏铝酸钠溶液过量同时Ka2(H2CO3)>Ka[Al(OH)3]　(3)搅拌、适当升温(适当增大盐酸的浓度)　(4)①c(H＋)增大，抑制AlCl3的水解；c(Cl－)增大，促进AlCl3·6H2O的析出　②饱和AlCl3溶液
(5)用蒸馏水洗涤沉淀直至取最后一次洗涤后滤液少许，滴入Ba(OH)2溶液无沉淀产生；向沉淀中加入硫酸溶液全部溶解，加入等物质的量的K2SO4溶液，(水浴80 ℃)蒸发浓缩冷却至室温结晶
解析：铝与强碱反应生成偏铝酸钠和氢气，向偏铝酸钠中加入二氧化碳，生成氢氧化铝，加入盐酸生成氯化铝溶液，以此分析；
(1)铝与强碱反应生成偏铝酸钠和氢气，故答案为：或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑；
(2)通入少量CO2发生“沉淀”反应，溶液中偏铝酸钠溶液过量同时Ka2(H2CO3)>Ka[Al(OH)3]，滤液中溶质主要为Na2CO3；
(3)为加快“酸溶”的反应速率，可采用的实验措施为搅拌、适当升温(适当增大盐酸的浓度)；
(4)①因AlCl3＋3H2O??Al(OH)3＋3HCl，为了抑制氯化铝水解，需要通入HCl；故答案为：c(H＋)增大，抑制AlCl3的水解；②为了防止氯化铝晶体溶解，用饱和氯化铝溶液进行洗涤；
(5)向漏斗中的胶状固体加入用蒸馏水洗涤沉淀直至取最后一次洗涤后滤液少许，滴入Ba(OH)2溶液无沉淀产生；向沉淀中加入硫酸溶液全部溶解，加入等物质的量的K2SO4溶液，(水浴80 ℃)蒸发浓缩冷却至室温结晶。