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大题突破四　化学实验综合题
真｜题｜研｜析
1.（2024·湖北高考18题）学习小组为探究Co2＋、Co3＋能否催化H2O2的分解及相关性质，室温下进行了实验Ⅰ～Ⅳ。
已知：[Co（H2O）6]2＋为粉红色、[Co（H2O）6]3＋为蓝色、[Co（CO3）2]2－为红色、[Co（CO3）3]3－为墨绿色。
回答下列问题：
（1）配制1.00 mol·L－1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的bc（填字母）。
实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ
无明显变化 溶液变为红色，伴有气泡产生 溶液变为墨绿色，并持续产生能使带火星木条复燃的气体
（2）实验Ⅰ表明[Co（H2O）6]2＋不能（填“能”或“不能”）催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HC大大过量的原因是吸收转化过程中产生的H＋，促使反应正向进行。
实验Ⅲ初步表明[Co（CO3）3]3－能催化H2O2的分解，写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式2Co2＋＋10HC＋H2O22[Co（CO3）3]3－＋6H2O＋4CO2↑、2H2O22H2O＋O2↑。
（3）实验Ⅰ表明，反应2[Co（H2O）6]2＋＋H2O2＋2H＋2[Co（H2O）6]3＋＋2H2O难以正向进行，利用化学平衡移动原理分析Co3＋、Co2＋分别与C配位后，正向反应能够进行的原因Co2＋与C配位，H＋浓度增大，平衡正向移动，Co3＋与C配位，[Co（H2O）6]3＋浓度降低，平衡正向移动。
实验Ⅳ
（4）实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体；B到C溶液变为粉红色，并产生气体。从A到C所产生的气体的分子式分别为CO2、O2。
解析：（1）配制1.00 mol·L－1的CoSO4溶液需用到容量瓶，定容时用到胶头滴管，无需用到圆底烧瓶和试管，b、c符合题意。（2）实验ⅠCoSO4溶液中Co2＋以[Co（H2O）6]2＋的形式存在，滴加H2O2溶液，无明显现象，说明[Co（H2O）6]2＋不能催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HC与Co2＋结合转化为[Co（CO3）2]2－和H＋，过量的HC能吸收转化过程中产生的H＋，促使反应正向进行；实验Ⅲ的实验现象表明在H2O2作用下Co2＋能与HC反应生成[Co（CO3）3]3－，然后[Co（CO3）3]3－催化H2O2分解，因此H2O2在实验Ⅲ中所发生的反应为2Co2＋＋10HC＋H2O22[Co（CO3）3]3－＋6H2O＋4CO2↑、2H2O22H2O＋O2↑。
（3）Co2＋与C配位，H＋浓度增大，平衡正向移动，Co3＋与C配位，[Co（H2O）6]3＋浓度降低，平衡正向移动，因此Co3＋、Co2＋分别与C配位后，反应能正向进行。（4）实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，则[Co（CO3）3]3－转化为[Co（H2O）6]3＋，Co元素的化合价不变，发生非氧化还原反应，则产生的气体为CO2；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，则[Co（H2O）6]3＋转化为[Co（H2O）6]2＋，Co元素化合价降低，发生氧化还原反应，氧元素化合价升高，则产生的气体为O2。
2.（2024·河北高考15题）市售的溴（纯度99％）中含有少量的Cl2和I2，某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理，设计实验制备高纯度的溴。
回答下列问题：
（1）装置如图（夹持装置等略），将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中，水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为直形冷凝管；CaBr2溶液的作用为抑制液溴与水反应；除去Cl2；
D中发生的主要反应的化学方程式为K2C2O4＋Br22CO2↑＋2KBr。
（2）将D中溶液转移至蒸发皿（填仪器名称）中，边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体，继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为2Mn＋16H＋＋10I－2Mn2＋＋5I2＋8H2O。
（3）利用图示相同装置，将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中，D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓硫酸，水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏，得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为冷凝和液封。
（4）为保证溴的纯度，步骤（3）中K2Cr2O7固体的用量按理论所需量的计算，若固体R质量为m g（以KBr计），则需称取g K2Cr2O7（M＝294 g·mol－1）（用含m的代数式表示）。
（5）本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为：漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，转移溶液时用玻璃棒引流，滤液沿烧杯壁流下。
解析：（1）仪器C为直形冷凝管。CaBr2溶液中的Br－可抑制液溴与水反应，并可将Cl2还原为Cl－，蒸馏时增大液溴的馏出量。仪器D中K2C2O4溶液吸收蒸馏出的Br2和I2，发生氧化还原反应，溴和碘元素分别由0价转化为－1价，C2被氧化为CO2，由于馏分中的I2含量少，故D中发生的主要反应的化学方程式是K2C2O4＋Br22CO2↑＋2KBr。（2）由（1）中分析可知，D中有I－生成，则将仪器D中接收的溶液转移至蒸发皿中，边加热边向其中滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4将I－氧化生成I2，离子方程式是2Mn＋16H＋＋10I－2Mn2＋＋5I2＋8H2O。（3）（2）中所得固体R的主要成分为KBr，蒸馏装置中KBr被K2Cr2O7氧化为溴蒸气，进入装置D中遇冷的蒸馏水液化，沉入蒸馏水底部，蒸馏水起到冷凝和液封作用。（4）由得失电子守恒可得关系式：6KBr～K2Cr2O7，KBr全部反应，则n（K2Cr2O7）＝n（KBr）＝× mol，故称取的K2Cr2O7的质量为× mol×294 g·mol－1×＝ g。（5）转移滤液时要用玻璃棒引流。
　　实验综合题主要以物质制备和性质探究（包括定性探究和定量测定）的考查为主，通常为考生提供一个真实的实验环境，凸显化学学科的应用性，让考生用已有的化学原理和实验技能，结合新信息、新问题去研究和解决问题，预计2025年仍会以物质制备为主流，可能涉及方案设计、定量分析等较高层次的要求。
实验综合题解题模型
实验目的　审题，提取信息，理解题意
实验原理　书写化学方程式
实验装置　识别（选择）装置、连接装置、阐述功能
实验操作　补充操作、试剂、整合信息
实验现象　描述现象
数据处理　计算（关系式法，本质在考守恒）
结论分析　简述结论
问题讨论　辨析、评价、设计
能｜力｜进｜阶
1.（2024·湖南大学附中二模）无水四氯化锡[M（SnCl4）＝261 g·mol－1]是一种重要的工业原料，其在常温下为无色液体，沸点为114 ℃，在空气中极易水解生成SnO2·xH2O，液态四氯化锡对很多非极性分子有一定的溶解度。实验室可选用以下装置用熔融的锡与氯气反应制备无水SnCl4，请回答有关问题：
（1）四氯化锡分子的空间结构为正四面体形。
（2）A中盛放KClO3晶体的仪器名称为圆底烧瓶，在其中发生反应的化学方程式是KClO3＋6HCl（浓）3Cl2↑＋KCl＋3H2O。
（3）整个实验装置的连接顺序是A→E→F→B→C→F→D（装置可重复选用），若缺少装置F，则收集器C中发生反应的化学方程式为SnCl4＋（x＋2）H2OSnO2·xH2O＋4HCl。
（4）收集器C中收集到的液体略显黄色，原因是有氯气溶在了液态四氯化锡里，C中上方冷水的作用是冷凝SnCl4。
（5）除氯后测定最后产品的纯度。量取V1 mL a g·mL－1的样品，置于已称重含20 mL水的称量瓶中，混合后，移入锥形瓶，加入200 mL水和2滴1％甲基橙指示液，用b mol·L－1的NaOH标准液滴定，消耗标准液V2 mL（接近终点时，每滴加一滴标准液须待沉淀沉降后观察澄清液体的颜色）。滴定到达终点的实验现象为滴入最后半滴NaOH标准液，溶液由橙色变为黄色，且半分钟内不褪色，产品的纯度为　％。
解析：装置A中KClO3与浓盐酸反应生成KCl、Cl2、H2O，混有HCl和水蒸气的Cl2进入装置E（盛装饱和食盐水）中，除去氯气中的HCl气体，再将气体通入装置F（盛装浓硫酸）中，除去水蒸气，再将干燥的Cl2通入装置 B 中，与Sn在加热的条件下反应，生成SnCl4，再通过装置C对SnCl4蒸气冷凝回流，多余的尾气经过F干燥装置，再用装置D中NaOH溶液吸收处理，同时浓硫酸还起着防止水蒸气进入装置C的作用。（1）SnCl4中心原子价层电子对数为4＋（4－1×4）＝4，没有孤电子对，分子空间结构为正四面体形。（2）由装置图可知，A中盛放KClO3晶体的仪器名称为圆底烧瓶，发生的反应方程式为KClO3＋6HCl（浓）3Cl2↑＋KCl＋3H2O。（3）整个实验装置的连接顺序是A→E→F→B→C→F→D；若缺少装置F，则收集器C中发生反应的化学方程式为SnCl4＋（x＋2）H2OSnO2·xH2O＋4HCl。（4）根据题干液态四氯化锡对很多非极性分子有一定的溶解度，氯气可溶于SnCl4，收集器C中收集到的液体因溶解了氯气，使液体略显黄色；常温时SnCl4为无色液体，沸点（114 ℃）较低，C中上方的冷水的作用是冷凝。（5）量取V1 mL a g·mL－1的样品，置于已称重含20 mL水的称量瓶中，混合后，移入锥形瓶，加入200 mL水和2滴1％甲基橙指示液，发生反应SnCl4＋（x＋2）H2OSnO2·xH2O＋4HCl，溶液为红色，用b mol·L－1的NaOH标准液滴定，反应为HCl＋NaOHNaCl＋H2O，消耗标准液V2 mL，滴定达到终点的实验现象为滴入最后半滴NaOH溶液，溶液由橙色变为黄色，且半分钟内不褪色，根据反应过程的关系式为SnCl4～4NaOH，产品的纯度为×100％＝％。
2.（2024·河南普高联考）硫脲[CS（NH2）2]易溶于水，有较强的还原性，温度较高时能发生异构化，常用作橡胶促进剂和医药合成的原料。实验室先制备Ca（HS）2，Ca（HS）2再与CaCN2反应制备硫脲，装置（夹持及加热装置略）如图所示。
回答下列问题：
（1）仪器a的名称为三颈烧瓶；试剂X为饱和NaHS溶液。
（2）关闭K2、K3，打开K1，开启搅拌器，充分反应，装置C中发生的主要反应的离子方程式为2H2S＋Ca（OH）2Ca2＋＋2HS－＋2H2O。
（3）关闭K1，打开K2，通入N2一段时间，目的是将H2S全部赶至NaOH溶液中，防止污染空气；隔绝空气，防止硫脲被氧化。
（4）关闭K2，撤走搅拌器，打开K3，控制仪器a中温度为80 ℃发生反应，反应一段时间后，将反应混合物过滤后低温蒸发，减压过滤、洗涤，干燥，得粗产品。采用低温蒸发的原因为防止较高温度时硫脲发生异构化；为减少氧化，减压过滤和干燥时最好采用的仪器是CD（填字母）。
（5）称取0.5 g产品配成500 mL溶液，取25 mL加入碘量瓶中，再加入50 mL 0.1 mol·L－1碘标准溶液和20 mL 1 mol·L－1 NaOH溶液，发生反应：2NaOH＋I2NaI＋NaIO＋H2O；4NaIO＋CS（NH2）2＋H2OCO（NH2）2＋4NaI＋H2SO4。充分反应后加稀硫酸至酸性，滴加两滴淀粉溶液，用0.1 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，发生反应：4I2＋Na2S2O3＋5H2O8HI＋Na2SO4＋H2SO4。至终点时消耗Na2S2O3标准溶液V mL。达到滴定终点的现象为滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液，溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原色；粗产品中硫脲的质量分数为76×（50－4V）×10－3×100％（用含V的代数式表示）。
解析：（1）仪器a为三颈烧瓶；制备H2S气体后需要除去其中的HCl杂质，所用试剂为饱和NaHS溶液。（2）书写离子方程式时，石灰乳中Ca（OH）2不能拆分，离子方程式为2H2S＋Ca（OH）2Ca2＋＋2HS－＋2H2O。（3）装置中残留的H2S气体会造成空气污染，同时因为硫脲具有较强的还原性，易被氧化，所以通入N2的目的是将H2S全部赶至NaOH溶液中，防止污染空气；隔绝空气，防止硫脲被氧化。（4）低温蒸发是防止较高温度时硫脲发生异构化；减压过滤能提高过滤速率，需要用到布氏漏斗；为减少氧化，干燥时最好采用密闭的干燥器。（5）滴定终点时，I2被反应完全，滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液，溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色。根据题目所给数据，粗产品中硫脲的质量分数为×100％＝76×（50－4V）×10－3×100％。
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