第45讲 综合实验题解题策略(课件)(共47张PPT)-2023届高考化学二轮复习(全国通用)

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第45讲 综合实验题解题策略(课件)(共47张PPT)-2023届高考化学二轮复习(全国通用)

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(共47张PPT)
高中
化学
二轮精准复习45讲
2023
第45讲
综合实验题解题策略
化学综合实验题大多以物质的制备为基础,涉及仪器选择及使用、分离提纯与检验、实验操作及目的、实验条件的控制、实验方案设计、反应产物的探究、样品组成或纯度的测定等,注重化学实验基础,突出化学实验方法与技能,突出“理解与辨析能力”“分析与推测能力”“归纳与论证能力”“探究与创新能力”等关键能力,及“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等学科素养。
常见考点 出题指数
实验方案设计(仪器连接与组装、试剂的选择、反应原理包括反应的化学方程式和离子方程式、实验的评价) ★★★★★
常见仪器名称、用途 ★★★
实验现象描述及其原因解释、滴定终点判断 ★★★★
物质或离子的检验 ★★★
产率、纯度、质量分数计算 ★★★★
沉淀的洗涤、判断是否洗涤干净的方法、判断是否沉淀完全 ★★★★
题空突破
考向1:装置选择与仪器连接
1.气体制备型实验中装置的选择及连接
2.仪器选择与顺序连接的思维过程
[例1]制备无水氯化铁。
(1)仪器X的名称为_____________ 。
(2)装置的连接顺序为a→________→j,k→________(按气流方向,用小写字母表示)。
(3)实验结束后,取少量F中的固体加水溶解,经检测发现溶液中含有Fe2+,其原因是___________________________________。
解析:(2)首先制取氯气,然后除杂、干燥,导管应长进短出,所以a连接h,i接d;在F中与铁粉反应,为防止FeCl3堵塞导管,出气导管应用粗导管,则e接j,冷凝法收集升华出的FeCl3,所以k接g;最后连接盛有碱石灰的干燥管,吸收未反应的氯气,所以f接b,则装置的连接顺序为a→h,i→d,e→j,k→g,f→b,其中j和k、f和g的先后顺序可互换。
答案:(1)圆底烧瓶 (2)h,i→d,e g,f→b
(3)未升华出来的FeCl3与未反应的铁粉在水溶液中反应生成Fe2+
1.氯化氨基汞[Hg(NH2)Cl]是祛斑霜中常用的添加剂,可由反应Hg+2NH3+Cl2==Hg(NH2)Cl↓+NH4Cl制备,某学习小组在实验室中利用下列装置制备氯化氨基汞,回答下列问题。
(1)整个装置的仪器连接顺序为A→________(装置不能重复使用)。该实验的不足之处是_______________________________________。
(2)E中短导管a通入的气体是________,导管a、b采用长短不同的原因是_________________________________________。
解析:(1)整个装置分成两部分,一部分是由A装置中的氯气经除杂并干燥后得到干燥的氯气,一部分是由F装置生成的氨气经干燥后得到干燥的氨气,最后将干燥的氯气和氨气一起通入E中制得Hg(NH2)Cl,则整个装置的仪器连接顺序为A→D→B→E←C←F,该实验的不足之处是没有尾气处理装置。
答案:(1)D→B→E←C←F 无尾气处理装置
(2)氯气 氯气的密度大于空气的,氨气的密度小于空气的,采用逆流原理,使氯气、氨气、汞充分混合
2.如图装置,经过一系列操作完成抽滤和洗涤。请选择合适的编号,按正确的操作顺序补充完整(洗涤操作只需考虑一次):
开抽气泵→a→b→d→___________→c→关抽气泵。
a.转移固液混合物;b.关活塞A;c.开活塞A;d.确认抽干;e.加洗涤剂洗涤
抽滤和普通过滤相比,优点是______________________________。
c→e→b→d
加快过滤速度(其他合理答案也可)
考向2:沉淀洗涤
1.沉淀洗涤时常用洗涤剂
(1)蒸馏水:主要适用于除去沉淀吸附的可溶性杂质。
(2)冷水:除去沉淀中的可溶性杂质,降低沉淀在水中的溶解度而减少沉淀损失。
(3)沉淀的饱和溶液:减小沉淀的溶解。
(4)有机溶剂(酒精、丙酮等):适用于易溶于水的固体,既减少了固体溶解,又利用有机溶剂的挥发性,除去固体表面的水分,产品易干燥。
2.沉淀洗涤的答题步骤
注洗涤液(沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液)
 ↓
标准(使洗涤液完全浸没沉淀或晶体)
 ↓
重复(待洗涤液流尽后,重复操作2~3次)
[例2]绿矾(FeSO4·7H2O)可用于色谱分析剂、净水、照相制版等方面。下面是以铁屑(含少量锡等杂质)生产绿矾的一种方法:
已知:在H2S饱和溶液中,SnS沉淀完全时的pH为1.6;FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0,沉淀完全时溶液的pH为5.5。
(1)操作Ⅳ的顺序依次为:________、冷却结晶、__________________。
(2)操作Ⅳ中用少量冰水洗涤,其目的是:①除去晶体表面附着的硫酸等杂质;②_____________________________________________。
解析:FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeSO4·7H2O晶体。
答案:(1)蒸发浓缩 过滤、洗涤、干燥 (2)降低绿矾的溶解,减少绿矾的损失
1.某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2,工业上用该矿渣获取铜和胆矾的操作流程如下:
已知:①Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
请回答下列问题:操作Ⅰ主要包括:________、________、________。洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而用冰水洗涤。原因是___________________________。
沉淀物 Cu(OH)2 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2
开始沉淀pH 5.4 4.0 2.7 5.8
沉淀完全pH 6.7 5.2 3.7 8.8
解析:从硫酸铜溶液中制取硫酸铜晶体的操作Ⅰ主要包括:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗,而用冰水洗涤。原因是CuSO4晶体溶解于水,而且温度越高,溶解度越大。若用冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失。
答案:蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失
2.软锰矿中含MnO2约70%,SiO2约20%,Al2O3约4%,其余为水分;闪锌矿中含ZnS约80%,FeS、CuS、SiO2共约7%,其余为水分。科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺,制取Zn、MnO2和Na2SO4。其工艺流程如下:
Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线(g/100 g水)如图,则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是:将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液升温结晶、________、用乙醇洗涤后干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是_____________。
解析:读图,硫酸钠的溶解度随温度的降低逐渐增大,而十水硫酸钠的溶解度随温度的降低明显减小,由此说明从Ⅳ溶液中制取硫酸钠固体的方法是蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥;用乙醇洗涤硫酸钠固体时,不会析出十水硫酸钠,用水洗涤硫酸钠固体时,随着温度的降低,硫酸钠溶解度增大,容易析出十水硫酸钠固体。
答案:趁热过滤 防止形成Na2SO4·10H2O
考向3:溶解度曲线规范答题专练
[例3] (1) KCl、KIO3的溶解度曲线如图所示。由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为________________________________________________。
解析:由溶解度曲线可知KIO3在常温下的溶解度较小,故由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为蒸发浓缩,降温结晶。
答案:蒸发浓缩,降温结晶
(2)已知CoCl2的溶解度曲线如图所示。向碱式碳酸钴沉淀中加入足量稀盐酸,边加热边搅拌至完全溶解后,需趁热过滤的原因是___________________________。
解析:由CoCl2的溶解度曲线可以知道,随温度的升高,CoCl2的溶解度增大,所以趁热过滤,防止温度降低CoCl2晶体析出。
答案:防止因温度降低,CoCl2晶体析出
1.硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。
从过滤所得的滤液中获得较高纯度MnSO4·H2O的操作是:控制温度在80~90 ℃之间蒸发结晶,________,使固体MnSO4·H2O与溶液分离,________、真空干燥。
解析:据溶解度曲线图,要从过滤所得MnSO4溶液中获得较高纯度的MnSO4·H2O晶体,应在80~90 ℃之间进行蒸发结晶、趁热过滤,再用80~90 ℃的蒸馏水洗涤MnSO4·H2O晶体2~3次,最后真空干燥。
答案:趁热过滤 用80~90 ℃的蒸馏水洗涤2~3次
2.以废旧铅蓄电池的含铅废料(主要含Pb、PbO、PbO2、PbSO4)和稀H2SO4为原料制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其主要流程如下:
解析:根据图像可知35%NaOH溶液的溶解度受温度影响较大,超过110 ℃,随温度升高而降低,因此由粗品PbO得到高纯PbO的操作为将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO固体。
答案:在35%NaOH溶液中,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO固体
考向4: 化学实验设计与操作、现象、结论分析
化学实验设计与操作、现象、结论分析思维路径
第一步:明确题干信息,掌握题目要求。
第二步:认真阅读表格要素,明确表格各栏目信息。
(1)判断原理与现象或结论解释的关系。
(2)判断“目的—仪器—试剂”的合理性。
(3)判断“仪器(或用品)”与“实验”的对应性。
(4)判断“分离、提纯方法”与“原理”的合理性等。
第三步:逐项判断,不遗漏任何信息。
多用排除法、特例法等。
常考物质性质验证方法总结
[例4]将NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
(1)打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中,Y管中的实验现象为_________________________________。
(2)将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温,Y管中有少量水珠,说明生成的气态水凝聚。
(3)打开K2,可以观察到的现象是______________________,
原因是__________________________________________________。
答案:(1)红棕色气体颜色变浅,最后褪为无色
(3)Z中的氢氧化钠溶液倒吸入Y管中 该反应是气体体积减小的反应,装置Y管内压强降低,在大气压的作用下发生倒吸
1.下列实验设计不能达到实验目的的是(  )。
答案:C
分析推理:本题考查了铁离子的检验方法、氯气的净化除杂、pH试纸的使用以及工业制取无水酒精的方法。检验溶液中硫酸亚铁是否被氧化,也就是检验溶液中是否有铁离子生成,通常向待测液中加硫氰化钾溶液,若溶液变红,则证明硫酸亚铁被氧化,A项正确;实验室用二氧化锰和浓盐酸制备的氯气中含有氯化氢气体和水蒸气,若想得到干燥纯净的氯气,通常先将制得的氯气通过饱和食盐水以除去氯化氢杂质,再使气体通过浓硫酸除去水蒸气,即可得干燥纯净的氯气,B项正确;用pH试纸测待测液的pH时,不能事先将试纸湿润,否则会引起误差,C项错误;工业酒精制备无水乙醇通常是向工业酒精中加入生石灰,除去水分,再通过蒸馏,即可得到无水酒精,D项正确。
2.如图所示是用于气体制备、干燥(或除杂质)、性质验证、尾气处理的部分仪器装置(加热及夹持固定装置均已略去,各装置可重复使用也可不用)。请根据要求回答下列问题。
若用A→C→D→B组合进行氢气还原氧化铜实验。分液漏斗中的试剂是盐酸,C中试剂是水,其作用是________;A中反应开始后,加热B之前的实验操作是________,加热后B中将观察到的现象是________。
解析:盐酸易挥发,所以先将所得气体通入水中,目的是吸收氢气中的HCl。在氢气与氧化铜反应之前一定要检验氢气的纯度,所以加热B之前的操作是检验氢气纯度。氢气与氧化铜反应生成金属铜和水,所以观察到的现象应为固体粉末由黑变红。
答案:吸收氢气中的HCl 检验氢气纯度 固体粉末由黑变红(答案合理即可)
3.下列实验中,所采取的分离方法与对应原理都正确的是(  )。
D
解析:分离氢氧化铁胶体与FeCl3溶液,应用渗析的方法而不能使用过滤的方法,因为胶体粒子能透过滤纸,不能透过半透膜,A项错误;乙醇与水互溶,不能用作萃取碘水中的碘的萃取剂,B项错误;用MgCl2溶液制备无水MgCl2固体,需要在HCl氛围中加热,目的是抑制Mg2+的水解,直接蒸发得不到无水MgCl2固体,C项错误;丁醇和乙醚互溶,但丁醇分子间可以形成氢键,沸点较高,两者沸点相差较大,因此可用蒸馏的方法分离两者,D项正确。
4.已知还原性H2SO3>Fe2+>I2,某兴趣小组探究SO2气体还原Fe3+、I2。
(1)通入足量SO2后,装置B中的现象是________;装置C的作用是_____________。
(2)该小组同学认为SO2与FeCl3溶液发生的是氧化还原反应。
①写出SO2与FeCl3溶液反应的离子方程式:___________________。
②请设计实验方案验证有Fe2+生成:____________________。
解法导引
解答化学实验综合题,要基于实验目的,明确化学实验反应原理和操作原理,结合实验操作步骤、现象进行分析、判断。解题时,可以将整个实验拆分成几个相对独立而又相互关联的小实验、小操作,再由各个小实验确定各步操作的方法和目的,并由各个小实验之间的相互关系,确定实验操作及顺序,并解答相关问题。
【思维建模】 消除陌生感,建立解答综合实验探究题的模板
【题型突破】
(2020全国Ⅲ)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:
(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是      ,a中的试剂为      。
(2)b中采用的加热方式是      。
c中化学反应的离子方程式是                   ,采用冰水浴冷却的目的是          。
(3)d的作用是        ,可选用试剂    (填字母)。
A.Na2S B.NaCl C.Ca(OH)2 D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶,         ,          ,干燥,得到KClO3晶体。
(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1 号试管溶液颜色不变,2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显   色。可知该条件下KClO3的氧化能力    (填“大于”或“小于”)NaClO。
【解题思路】
整体分析反应装置。装置共分四部分。
(1)仪器的名称和试剂的选择。
根据盛放MnO2粉末的仪器结构可知该仪器为圆底烧瓶;利用浓盐酸和MnO2粉末共热制取氯气,生成的氯气中混有HCl气体,因此装置a的作用是除去氯气中混有的HCl气体,除杂试剂可选用饱和食盐水。
(2)制备目标物质的分析。
由题给信息可知,b装置中生成KClO3,c装置中生成NaClO。
①加热方式的判断。
盛有KOH溶液的试管放在盛有水的大烧杯中加热,该加热方式为水浴加热。
②离子方程式的书写。
由目标产物及图示分析可知,c装置中氯气与NaOH溶液反应生成NaClO和NaCl,离子方程式为Cl2+2OH- === ClO-+Cl-+H2O。
③操作目的的分析——对比分析。
第一步,进行比较。
对比三,产物不同。b装置中生成KClO3;c装置中生成NaClO。
第二步,得出结论。产物中氯元素的价态不同取决于反应的温度。
第三步,回答问题。冰水浴的目的是避免生成NaClO3。
(3)装置的作用和试剂的选择。
第一步,物质性质的分析:氯气有毒;
第二步,装置作用的判断:d装置的作用是吸收尾气(Cl2);
第三步,根据物质性质选择试剂:
Na2S可以将氯气还原成氯离子,可以吸收氯气,A项正确;
氯气在NaCl溶液中溶解度很小,无法充分吸收氯气,B项错误;
氯气可以与Ca(OH)2反应生成氯化钙和次氯酸钙,C项正确;
氯气与硫酸不反应,且硫酸溶液中存在大量氢离子会降低氯气的溶解度,D项错误。
(4)实验基本操作——从溶液中得到晶体的操作。
依据:从溶液中得到晶体的一般操作为“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥”。
结论:根据一般操作步骤和该题设问可得出相关结论为过滤、洗涤。
(5)氧化能力强弱的探究。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水
(2)水浴加热 Cl2+2OH- === Cl-+ClO-+H2O 避免生成NaClO3
(3)吸收尾气(Cl2) AC
(4)过滤 少量(冷)水洗涤
(5)紫 小于

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