高考化学---化学实验设计与探究（真题溯源+经典模拟题）解析版

专题 17 物质的制备和定量实验 【母题来源】2019 年高考新课标Ⅱ卷 【母题题文】咖啡因是一种生物碱（易溶于水及乙醇，熔点234.5℃，100℃以上开始升华），有兴奋大脑神 经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约 1%~5%、单宁酸（Ka 约为 10−6，易溶于水及乙醇）约 3%~10%，还含 有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。 索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管 2 上升至球形冷凝管，冷凝后滴 入滤纸套筒 1 中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管 3 顶端时，经虹吸管 3 返回烧瓶， 从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题： （1）实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒 1 中，研细的目的是______________，圆底烧瓶中加入 95%乙 醇为溶剂，加热前还要加几粒______________。 （2）提取过程不可选用明火直接加热，原因是______________，与常规的萃取相比，采用索氏提取器的 优点是______________。 （3）提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是______________。“蒸 馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有______________（填标号）。 A．直形冷凝管 B．球形冷凝管 C．接收瓶 D．烧杯 （4）浓缩液加生石灰的作用是中和_______和吸收_______。 （5）可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小 孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是______________。 【参考答案】（1）增加固液接触面积，提取充分 沸石 （2）乙醇易挥发，易燃 使用溶剂量少，可连续萃取（萃取效率高） （3）乙醇沸点低，易浓缩 AC （4）单宁酸 水 （5）升华 【试题解析】（1）萃取时将茶叶研细可以增加固液接触面积，从而使提取更充分；由于需要加热，为防止 液体暴沸，加热前还要加入几粒沸石； （2）由于乙醇易挥发，易燃烧，为防止温度过高使挥发出的乙醇燃烧，因此提取过程中不可选用明火直接 加热；根据题干中的已知信息可判断与常规的萃取相比较，采用索式提取器的优点是使用溶剂量少，可连 续萃取（萃取效率高）； （3）乙醇是有机溶剂，沸点低，因此与水相比较乙醇作为萃取剂的优点是乙醇沸点低，易浓缩；蒸馏浓缩 时需要冷凝管，为防止液体残留在冷凝管中，应该选用直形冷凝管，而不需要球形冷凝管，A 正确，B 错误； 为防止液体挥发，冷凝后得到的馏分需要有接收瓶接收馏分，而不需要烧杯，C 正确，D 错误，答案选 AC。 （4）由于茶叶中还含有单宁酸，且单宁酸也易溶于水和乙醇，因此浓缩液中加入氧化钙的作用是中和单宁 酸，同时也吸收水； （5）根据已知信息可知咖啡因在 100℃以上时开始升华，因此该分离提纯方法的名称是升华。 【命题意图】本题考查提取咖啡因的实验流程，涉及仪器作用识别、化学实验基本操作、物质的分离与提 纯方法等。 【命题方向】预计 2020 年高考将以给定实验情境或物质性质，要求考生设计实验方案；提出实验问题，要 求考生选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案;结合给定的实验情境分析现象与得 出结论， 并绘制和识别典型的实验仪器、装置图，以考查考生的实际操作技能和分析能力，体现了科学探 究的学科素养。高考可能会加大对氧化还原滴定、沉淀滴定等的考查，涉及标准溶液的配制操作以及相关 计算，考查考生的实验操作能力和计算能力。 【得分要点】明确实验原理、有关物质的性质尤其是题干信息中提取和应用是解答的关键。解答该类试题 时基本流程为：原理→反应物质→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。 易错点一 不能掌握定量测定实验题的解题思路 常见的定量测定实验包括混合物成分的测定、物质纯度的测定等。该类试题常涉及物质的称量、物质 的分离与提纯、中和滴定等实验操作。实验过程中要特别注意以下几个问题： （1）气体体积的测定是考查的重点，对于气体体积的测量，读数时要特别注意消除“压强差”，保持液 面相平，还要注意视线与液面最低处相平。 （2）测定实验中还要注意消除干扰气体的影响，如可利用“惰性”气体将装置中的干扰气体排出。 （3）要使被测量气体全部被测量，反应结束后可继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量气体全部被 吸收剂吸收。 （4）许多实验中的数据处理，都是对多次测定的结果求取平均值，但对于“离群”数据(指与其他测定数 据有很大差异的数据)要舍弃。 易错点二 物质制备实验操作中应注意的四个问题 1．实验操作顺序。如与气体有关实验的操作为：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体 药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。 2．加热操作的要求。主体实验加热前一般应先用原料气赶走空气后，再点燃酒精灯，其目的一是防止 爆炸，如 H2 还原 CuO、CO 还原 Fe2O3；二是保证产品纯度，如制备 Mg3N2、CuCl2 等。反应结束时，应先 熄灭酒精灯，继续通原料气直到冷却为止。 3．尾气处理方法。有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃，无毒气体直接排放。 4．特殊的实验装置。（1）制取在空气中易吸水、潮解以及易水解的物质(如 Al2S3、AlCl3、Mg3N2 等)及 易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。（2）用碱石灰吸收测定 实验中生成 CO2 的质量时，前面要干燥，末端要防止空气中的水蒸气和 CO2 进入。 易错点三 气体制备中的常见易错点 1．制备气体时误认为先加药品后检查装置的气密性，为了避免浪费，应该先检查装置气密性后加药品。 2．无水氯化钙是中性干燥剂，误认为可以干燥任何气体，其实 CaCl2 不能干燥氨气。 3．实验室里用大理石和稀盐酸反应制取 CO2，而不能用大理石和稀硫酸反应制取。 4．实验室里用 MnO2 和浓盐酸加热制取 Cl2，错误认为 MnO2 和稀盐酸加热也能发生反应。 5．SO2 具有还原性，浓 H2SO4 具有强氧化性，错误认为 SO2 不能用浓硫酸干燥，其实不然。 6．误认为倒扣的漏斗一定能防止倒吸。如图装置不能防倒吸。 易错点四 中和滴定中的几个易模糊点 1．滴定管的“0”刻度在滴定管的上方，大刻度在滴定管下端，故前仰后俯体积偏小，前俯后仰体积偏大。 2．恰好中和＝酸碱恰好完全反应≠溶液呈中性≠滴定终点。 3．在酸碱中和滴定误差分析中，要看清楚是标准液滴定待测液还是待测液滴定标准液。标准液在滴定 管中与标准液在锥形瓶中产生误差情况相反。 1．【2019 届高三 6 月适应性考试（最后一卷)】有机物的元素定量分析最早是由德国人李比 希提出的，某实验室模拟李比希法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成。取一定量的该氨基酸放在纯 氧气中燃烧，燃烧后生成的水用装置 D（无水氯化钙）吸收，二氧化碳用装置 C（KOH 浓溶液）吸收， N2 的体积用 E 装置进行测量，所需装置如下图(夹持仪器的装置及部分加热装置已略去)： （1）该实验装置的合理连接顺序为：A、__________、E。（部分装置可以重复选用） （2）实验开始时，首先打开止水夹 a，关闭止水夹 b，通一段时间的纯氧，这样做的目的是_____。 （3）A 中放入 CuO 的作用是___________________，装置 B 的作用是_____________________。 （4）为了确定此氨基酸的分子式，除了准确测量 N2 的体积、生成二氧化碳和水的质量外，还需得到的 数据有___________。 （5）在读取 E 装置中所排水的体积时，液面左低右高，则所测气体的体积____________（填“偏大”、“偏 小”或“无影响”）。 （6）已知分子式为 C2H4O2 的有机物也含有氨基酸中的某个官能团，请设计实验证明该官能团（试剂任 选）：________________________________。 【答案】（1）DCDB （2）将装置中的 N2（或空气）排除干净 （3）将未充分燃烧的产物 CO 转化为 CO2(或使氨基酸中的碳完全转化为 CO2) 除去多余的 O2，保证 E 装置最终收集的气体全为 N2 （4）该氨基酸的摩尔质量 （5）偏小 （6）取该有机物少许于试管中，滴加 NaHCO3 溶液，有气泡产生（或其它合理答案） 【解析】根据题意可知，用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNp)的分子组成，用氧气氧化氨基酸(CxHyOzNp) 生成二氧化碳、水和氮气，利用装置 D（无水氯化钙）测定水的质量，利用装置 C（KOH 浓溶液）测定 二氧化碳的质量，利用 E 装置测量 N2 的体积，从而求出氨基酸中含有的 C、H、O、N 的质量，进而求 出该氨基酸的分子组成，据此解答。 （1）根据以上分析，结合吸收 CO2、H2O 及测量 N2 体积的顺序为，先吸收水，再吸收 CO2，最后测量 N2 体积，装置 B 加热的铜网可除去多余的 O2，保证 E 装置最终收集的气体全为 N2，所以该实验装置的合 理连接顺序为：A、D、C、D、B、E， 故答案为：DCDB； （2）装置内的空气中含有 N2、CO2 和 H2O，需通一段时间的纯氧，将装置中的 N2（或空气）排除干净， 减小试验误差， 故答案为：将装置中的 N2（或空气）排除干净； （3）CuO 的作用是将氨基酸不完全燃烧产生的少量 CO 氧化成 CO2，保证氨基酸中的碳都转化为 CO2， 根据（1）的分析，装置 B 的作用是除去多余的 O2，保证 E 装置最终收集的气体全为 N2， 故答案为：将未充分燃烧的产物 CO 转化为 CO2(或使氨基酸中的碳完全转化为 CO2)；除去多余的 O2， 保证 E 装置最终收集的气体全为 N2； （4）根据上面的分析可知，为了确定此氨基酸的分子式，除了生成二氧化碳气体的质量、生成水的质量、 准确测量 N2 的体积外，还需测出该氨基酸的摩尔质量， 故答案为：该氨基酸的摩尔质量； （5）如果液面左低右高（广口瓶中液面低于量筒中液面）广口瓶中的气体收到的压强除大气压强外还有 液面高度差造成的压强其实际压强大于标准大气压，气体体积被压缩，实际测得的气体体积偏小； （6）根据分子式为 C2H4O2，及氨基酸中的官能团可知，该分子中有羧基，实验证明该官能团的方法为 取该有机物少许于试管中，滴加 NaHCO3 溶液，有气泡产生。 2．【山东省临沂市2019 届高三 5 月第三次模拟】甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]是一种补铁强化剂。实验室 利用 FeCO3 与甘氨酸(NH2CH2COOH)制备甘氨酸亚铁，实验装置如下图所示(夹持和加热仪器已省略)。 查阅资料： ①甘氨酸易溶于水，微溶于乙醇；甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇。 ②柠檬酸易溶于水和乙醇，具有较强的还原性和酸性。 实验过程： I．装置 C 中盛有 17.4gFeCO3 和 200mL1.0mol·L-1 甘氨酸溶液。实验时，先打开仪器 a 的活塞，待装置 c 中空气排净后，加热并不断搅拌；然后向三颈瓶中滴加柠檬酸溶液。 Ⅱ．反应结束后过滤，将滤液进行蒸发浓缩；加入无水乙醇，过滤、洗涤并干燥。 （1）仪器 a 的名称是________；与 a 相比，仪器 b 的优点是_______________。 （2）装置 B 中盛有的试剂是：____________；装置 D 的作用是________________。 （3）向 FeSO4 溶液中加入 NH4HCO3 溶液可制得 FeCO3，该反应的离子方程式为________________。 （4）过程 I 加入柠檬酸促进 FeCO3 溶解并调节溶液 pH，溶液 pH 与甘氨酸亚铁产率的关系如图所示。 ①pH 过低或过高均导致产率下降，其原因是_____________________； ②柠檬酸的作用还有________________________。 （5）过程 II 中加入无水乙醇的目的是_______________________。 （6）本实验制得 15.3g 甘氨酸亚铁，则其产率是_____％。 【答案】（1）分液漏斗 平衡压强、便于液体顺利流下 （2）饱和 NaHCO3 溶液 检验装置内空气是否排净，防止空气进入装置 C 中 （3）Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O （4）pH 过低，H+与 NH2CH2COOH 反应生成 NH3+CH2COOH；pH 过高，Fe2+与 OH-反应生成 Fe(OH)2 沉淀 防止 Fe2+被氧化 （5）降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出 （6）75 【解析】 【分析】（1）根据仪器的结构确定仪器 a 的名称；仪器 b 可平衡液面和容器内的压强； （2）装置 B 的作用是除去 CO2 中混有的 HCl；澄清石灰水遇 CO2 气体变浑浊； （3）向 FeSO4 溶液中加入 NH4HCO3 溶液可制得 FeCO3，同时应有 CO2 气体生成，根据守恒法写出反应 的离子方程式； （4）①甘氨酸具有两性，能与 H+反应；溶液中的 Fe2+易水解生成 Fe(OH)2 沉淀； ②柠檬酸的还原性比 Fe2+还原性强，更易被空气中氧气氧化； （5）甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇； （6） 17.4gFeCO3 的物质的量为 =0.15mol，200mL 甘氨酸溶液中含甘氨酸的物质的量为 0.2L×1.0mol·L-1=0.2mol，理论上生成 0.1mol 的甘氨酸亚铁，理论上可产生甘氨酸亚铁： 204g▪mol-1×0.1mol=20.4g，以此计算产率。 【详解】（1）根据仪器的结构可知仪器 a 的名称分液漏斗；仪器 b 可平衡液面和容器内的压强，便于液 体顺利流下； （2）装置 B 的作用是除去 CO2 中混有的 HCl，则装置 B 中盛有的试剂饱和 NaHCO3 溶液；当装置内空 气全部排净后，多余的 CO2 气体排出遇澄清的石灰水变浑浊，则装置 D 的作用是检验装置内空气是否排 净，防止空气进入装置 C 中； （3）向 FeSO4 溶液中加入 NH4HCO3 溶液可制得 FeCO3，同时应有 CO2 气体生成，发生反应的离子方程 式为 Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O； （4）①过程 I 加入柠檬酸促进 FeCO3 溶解并调节溶液 pH，当 pH 过低即酸性较强时，甘氨酸会与 H+反 应生成 NH3+CH2COOH；当 pH 过高即溶液中 OH-较大时，Fe2+与 OH-反应生成 Fe(OH)2 沉淀，故 pH 过 低或过高均会导致产率下降； ②柠檬酸的还原性比 Fe2+还原性强，更易被空气中氧气氧化，则滴加柠檬酸可防止 Fe2+被氧化； （5）甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，则过程 II 中加入无水乙醇可降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其 结晶析出； 17.4 116 / mol g g （6）17.4gFeCO3 的物质的量为 =0.15mol，200mL 甘氨酸溶液中甘氨酸的物质的量为 0.2L×1.0mol·L-1=0.2mol，理论上生成 0.1mol 的甘氨酸亚铁，理论上可产生甘氨酸亚铁： 204g▪mol-1×0.1mol=20.4g，产率是 =75%。 3．【山东省济南市2019 届高三 5 月模拟】纳米TiO2 是一种重要的光催化剂。以钛酸酯 Ti(OR)4 为原料制备 纳米 TiO2 的步骤如下： ①组装装置如下图所示，保持温度约为 65℃，先将 30mL 钛酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]加入盛有无水乙醇的三 颈烧瓶，再加入 3mL 乙酰丙酮，充分搅拌； ②将含水 20％的乙醇溶液缓慢滴入三颈烧瓶中，得到二氧化钛溶胶； ③将二氧化钛溶胶干燥得到二氧化钛凝胶，灼烧凝胶得到纳米 TiO2。 已知，钛酸四丁酯能溶于除酮类物质以外的大部分有机溶剂，遇水剧烈水解；Ti(OH)4 不稳定，易脱水生 成 TiO2，回答下列问题： （1）仪器 a 的名称是_______，冷凝管的作用是________。 （2）加入的乙酰丙酮可以减慢水解反应的速率，其原理可能是________(填标号)。 a.增加反应的焓变 b.增大反应的活化能 c.减小反应的焓变 d.降低反应的活化能 制备过程中，减慢水解反应速率的措施还有________。 （3）步骤②中制备二氧化钛溶胶的化学方程式为________。下图所示实验装置中，可用于灼烧二氧化钛 凝胶的是________(填标号)。 17.4 116 / mol g g 15.3 100%20.4 g g × （4）测定样品中 TiO2 纯度的方法是：精确称取 0.2000 g 样品放入锥形瓶中，加入硫酸和硫酸铵的混合 溶液，加强热使其溶解。冷却后，加入一定量稀盐酸得到含 TiO2+的溶液。加入金属铝，将 TiO2+全部转 化为 Ti3+。待过量的金属铝完全溶解并冷却后，加入指示剂，用 0.1000 mol·L-lNH4Fe(SO4)2 溶液滴定至终 点。重复操作 2 次，消耗 0.1000 mol·L-1 NH4Fe(SO4)2 溶液的平均值为 20.00 mL(已知：Ti3+ ＋Fe3+＋ H2O=TiO2+ ＋Fe2+ ＋2H＋)。 ①加入金属铝的作用除了还原 TiO2＋外，另一个作用是________________。 ②滴定时所用的指示剂为____________(填标号) a.酚酞溶液 b. KSCN 溶液 c. KMnO4 溶液 d.淀粉溶液 ③样品中 TiO2 的质量分数为________%。 【答案】（1）温度计 冷凝回流 （2）b 用含水 20%的乙醇溶液代替水、缓慢滴液 （3）Ti(OC4H9)4+2H2O= TiO2+4 C4H9OH a （4）与酸反应生成氢气，形成氢气氛围，防止 Ti3+在空气中被氧化 b 80 【解析】 【分析】（1）根据水、无水乙醇和乙酰丙酮容易挥发分析解答； （2）反应的焓变只与初始状态和终了状态有关；增大反应的活化能，反应速率减慢；降低反应的活化能， 反应速率加快，据此分析判断；根据实验步骤②的提示分析判断； （3） Ti(OH)4 不稳定，易脱水生成 TiO2，钛酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]水解生成二氧化钛溶胶，据此书写反 应的化学方程式；灼烧固体需要在坩埚中进行； （4）根据 Ti3+ ＋Fe3+＋H2O=TiO2+ ＋Fe2+ ＋2H＋，说明 Ti3+容易被氧化；并据此分析判断可以选用的 指示剂，结合消耗的 NH4Fe(SO4)2 的物质的量计算样品中 TiO2 的质量分数。 【详解】（1）根据装置图，仪器 a 为温度计，实验过程中为了防止水、无水乙醇和乙酰丙酮挥发，可以 使用冷凝管冷凝回流，提高原料的利用率，故答案为：温度计；冷凝回流； （2） a.反应的焓变只与初始状态和终了状态有关，加入的乙酰丙酮，改变是反应的条件，不能改变反 应的焓变，故 a 错误；b. 增大反应的活化能，活化分子数减少，反应速率减慢，故 b 正确；c. 反应的焓 变只与初始状态和终了状态有关，加入的乙酰丙酮，改变是反应的条件，不能改变反应的焓变，故 c 错 误；d.降低反应的活化能，活化分子数增多，反应速率加快，故 d 错误；故选 b；根据实验步骤②的提示， 制备过程中，用含水 20%的乙醇溶液代替水、缓慢滴液，减慢钛酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]水解的反应速率， 故答案为：b；用含水 20%的乙醇溶液代替水、缓慢滴液； （3） Ti(OH)4 不稳定，易脱水生成 TiO2，步骤②中钛酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]水解生成二氧化钛溶胶，反 应的化学方程式为 Ti(OC4H9)4+2H2O= TiO2+4 C4H9OH；灼烧二氧化钛凝胶需要在坩埚中进行，故选择的 装置为 a，故答案为：Ti(OC4H9)4+2H2O= TiO2+4 C4H9OH；a； （4）①根据 Ti3+ ＋Fe3+＋H2O=TiO2+ ＋Fe2+ ＋2H＋，说明 Ti3+容易被氧化，铝与酸反应生成氢气，在 液面上方形成氢气氛围，防止 Ti3+在空气中被氧化，故答案为：与酸反应生成氢气，形成氢气氛围，防 止 Ti3+在空气中被氧化； ②酚酞溶液、淀粉溶液与 NH4Fe(SO4)2 溶液，现象不明显；KMnO4 溶液也能氧化 Ti3+，影响滴定结果， KMnO4 不与 Fe3+反应；根据滴定反应 Ti3+ ＋Fe3+＋H2O=TiO2+ ＋Fe2+ ＋2H＋可知，可以选用 KSCN 溶 液作指示剂，当滴入最后一滴 NH4Fe(SO4)2 溶液，容易变成血红色，且半分钟不褪色，说明到达了滴定 终点，故答案为：b； ③消耗的 NH4Fe(SO4)2 的物质的量=0.02L×0.1000 mol·L-1=0.002mol，则根据钛原子守恒， n(TiO2)=n(Ti3+)=n（Fe3+）=0.002mol，样品中 TiO2 的质量分数= ×100%=80%，故 答案为：80。 4．【2019 届高三 5 月第二次模拟】香豆素存在于黑香豆、香蛇鞭菊、野香荚兰、兰花中， 具有新鲜干草香和香豆香，是一种口服抗凝药物。实验室合成香豆素的反应和实验装置如下： 可能用到的有关性质如下： 0.002 80g / 0.2000 mol mol g × 合成反应： 向三颈烧瓶中加入 95%的水杨醛 38.5g、新蒸过的乙酸酐 73g 和 1g 无水乙酸 钾，然后加热升温，三颈烧 瓶内温度控制在 145~150℃，控制好蒸汽温度。此时，乙酸开始蒸出。当蒸出量约 15g 时，开始滴加 15g 乙酸酐，其滴加速度应与乙酸蒸出的速度相当。乙酸酐滴加完毕后，隔一定时间，发现气温不易控制在 120℃时，可继续提高内温至 208℃左右，并维持 15min 至半小时，然后自然冷却。 分离提纯： 当温度冷却至 80℃左右时，在搅拌下用热水洗涤，静置分出水层，油层用 10%的 碳酸钠溶液进行中和， 呈微碱性，再用热水洗涤至中性，除去水层，将油层进行减压蒸馏，收集 150~160℃/1866Pa 馏分为粗产 物。将粗产物用 95%乙醇(乙醇与粗产物的质量比为 1:1)进行重结晶，得到香豆素纯品 35.0g。 （1）装置 a 的名称是_________。 （2）乙酸酐过量的目的是___________。 （3）分水器的作用是________。 （4）使用油浴加热的优点是________。 （5）合成反应中，蒸汽温度的最佳范围是_____(填正确答案标号)。 a．100~110℃ b．117.9~127.9℃ c．139~149℃ （6）判断反应基本完全的现象是___________。 （7）油层用 10%的碳酸钠溶液进行中和时主要反应的离子方程式为______。 （8）减压蒸馏时，应该选用下图中的冷凝管是_____(填正确答案标号)。 a．直形冷凝管 b．球形冷凝管 c．蛇形冷凝管 （9）本实验所得到的香豆素产率是______。 【答案】（1）恒压滴液漏斗 （2）增大水杨醛的转化率 （3）及时分离出乙酸和水，提高反应物的转化率 （4）受热均匀且便于控制温度 （5）b （6）一段时间内分水器中液体不再增多 （7）2CH3COOH+CO32-=2CH3COO-+H2O+CO2↑ （8）a （9）80% 【解析】（1）装置 a 的名称是恒压滴液漏斗； （2）乙酸酐过量，可使反应充分进行，提高反应物的浓度，可增大水杨醛的转化率； （3）装置中分水器可及时分离出乙酸和水，从而提高反应物的转化率； （4）油浴加热可使受热均匀且便于控制温度； （5）控制好蒸汽温度使乙酸蒸出，再滴加乙酸酐，根据表格数据可知，控制温度范围大于 117.9℃小于 139℃，b 项正确，故答案为 b； （6）分水器可及时分离乙酸和水，一段时间内若观察到分水器中液体不再增多，则可以判断反应基本完 全； （7）碳酸钠会和乙酸反应生成乙酸钠、二氧化碳和水，其离子方程式为： 2CH3COOH+CO32-=2CH3COO-+H2O+CO2↑； （8）减压蒸馏时，选择直形冷凝管即可，故 a 项正确； （9）水杨醛的物质的量= =0.2998mol,乙酸酐的物质的量= =0.7157mol，则可知乙 酸酐过量，理论上可生成香豆素的物质的量=0.2998mol，其理论产量=0.2998mol×146g/mol=43.77g，则产 量= = 80%。 5．【2019 届高考考前模拟】无水四氯化锡(SnCl4)常用作有机合成的氯化催化剂。实 验室可用熔融的锡与 Cl2 反应制备 SnCl4。拟利用图中的仪器，设计组装一套实验装置制备 SnCl4（每个 装置最多使用一次）。 95% 38.5g 122g/mol × 102 73g g/mol 100%×实际产量 理论产量 35g 100%43.77g × ≈ 已知：①有关物理性质如下表 物质 颜色、状态 熔点/℃ 沸点/℃ Sn 银白色固体 231.9 2260 SnCl4 无色液体 －33 114 SnCl2 无色晶体 246 652 SnCl2 易水解，SnCl4 易水解生成 固态二氧化锡，锡与 Cl2 反应过程 放出大量的热 ②Fe3++Sn2+—Fe2++Sn4+ Fe2+ + Cr2O72- +H+—Fe3++Cr3++H2O（未配平） 回答下列问题： （1）“冷凝管”的名称是________，装置Ⅱ中发生反应的离子方程式为________。 （2）用玻管（未画出）连接上述装置，正确的顺序是（填各接口的代码字母）_____。 （3）如何检验装置的气密性______，实验开始时的操作为_______。 （4）如果将制取的四氯化锡少许暴露于空气中，预期可看到的现象是出现白色烟雾，化学方程式为 _______。 （5）可用重铬酸钾滴定法测定产品中的 SnCl2 的含量，准确称取该样品 m g 放于烧杯中，用少量浓盐酸 溶解，加入过量的氯化铁溶液，再加水稀释，配制成 250mL 溶液，取 25.00mL 于锥形瓶中，用 0.1000mol·L-1 重铬酸钾标准溶液滴定至终点，消耗标准液 15.00mL，则产品中 SnCl2 的含量为____%(用含 m 的代数式 表示)，在测定过程中，测定结果随时间延长逐渐变小的原因是____（用离子方程式表示）。 【答案】（1）直形冷凝管 2MnO4-+16H++10C1-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O （2）BIHEFNACDJK 或 BIHEFNACDKJ （3）关闭滴液漏斗活塞，将装置最后端的导气管插入水中，微热烧瓶，在导管末端有气泡产生，冷却烧 瓶，在导管内形成一段高于液面的水柱，一段时间不发生变化，说明气密性良好 先打开Ⅱ中的活 塞，待Ⅰ中烧瓶充满黄绿色气体后，点燃Ⅰ中的酒精灯 （4）SnCl4+2H2O = SnO2+4HCl （5）855/m 2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2O 【解析】装置Ⅱ为制备氯气的装置，产生的氯气中会混有 HCl 和水蒸气等杂质气体，将气体通过 V 装置， V 装置中的饱和食盐水可除去 HCl，再将气体通过Ⅳ装置，Ⅳ装置中的浓硫酸可除去水蒸气，可得到干 燥、纯净的氯气。将氯气通入Ⅰ装置，氯气与 Sn 反应可制得 SnCl4 蒸气，将 SnCl4 蒸气经装置Ⅲ冷却， 可得到 SnCl4 液体。由于 SnCl4 易水解，为防止空气中的水蒸气进入装置Ⅲ以及吸收多余的 Cl2，可在装 置Ⅲ后连接Ⅵ装置。 （1）“冷凝管”的名称是直形冷凝管；装置Ⅱ中是 KMnO4 和 HC1 制备氯气的反应，高锰酸钾中的锰元素 由+7 价降低到+2 价生成 Mn2+，HCl 中的氯元素由-1 价升高到 0 价生成氯气，离子反应方程式为 2MnO4-+16H++10C1-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。本小题答案为：直形冷凝管； 2MnO4-+16H++10C1-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。 （2）装置Ⅱ为制备氯气的装置，产生的氯气中会混有 HCl 和水蒸气等杂质气体，将气体通过 V 装置，V 装置中的饱和食盐水可除去 HCl，再将气体通过Ⅳ装置，Ⅳ装置中的浓硫酸可除去水蒸气，可得到干燥、 纯净的氯气。将氯气通入Ⅰ装置，氯气与 Sn 反应可制得 SnCl4 蒸气，将 SnCl4 蒸气经装置Ⅲ冷却，可得 到 SnCl4 液体。由于 SnCl4 易水解，为防止外界空气中的水蒸气进入装置Ⅲ以及吸收多余 Cl2 防污染大气， 可在装置Ⅲ后连接Ⅵ装置。根据上述分析该装置的连接顺序是 BIHEFNACDJK 或 BIHEFNACDKJ。本小 题答案为：BIHEFNACDJK 或 BIHEFNACDKJ 。 （3）检查装置的气密性用加热法，操作为：关闭滴液漏斗活塞，将装置最后端的导气管插入水中，微热 烧瓶，在导管末端有气泡产生，冷却烧瓶，在导管内形成一段高于液面的水柱，一段时间不发生变化， 说明气密性良好；防止 Sn 与 O2 反应以及防止生成的 SnCl4 水解，实验开始应先通 Cl2 排尽装置中空气， 故实验开始时的操作为：先打开Ⅱ中的活塞，待Ⅰ中烧瓶充满黄绿色气体后，点燃Ⅰ中的酒精灯。本小 题答案为：关闭滴液漏斗活塞，将装置最后端的导气管插入水中，微热烧瓶，在导管末端有气泡产生， 冷却烧瓶，在导管内形成一段高于液面的水柱，一段时间不发生变化，说明气密性良好；先打开Ⅱ中的 活塞，待Ⅰ中烧瓶充满黄绿色气体后，点燃Ⅰ中的酒精灯。 （4）根据表格所给信息，SnCl4 易水解生成固态二氧化锡，将四氯化锡少许暴露于空气中，还可看到白 色烟雾，说明水解产物中还有 HCl，HCl 与空气中的水蒸气形成盐酸小液滴，现象为白雾，化学方程式 为 SnCl4+2H2O = SnO2+4HCl。本小题答案为：SnCl4+2H2O = SnO2+4HCl。 （5）用重铬酸钾滴定法测定 SnCl2 时，发生的反应为 2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+ 、6Fe2+ + Cr2O72- +14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O，可得关系式 3Sn2+~Cr2O72-（或根据得失电子守恒判断），实验中消耗的 n(K2Cr2O7)= 0.1000mol·L-1×0.015L=0.0015mol，则 25.00mLSnCl2 溶液中 n(SnCl2)=0.0015mol×3=0.0045mol， 则 250.00mLSnCl2 溶液中 n(SnCl2)=0.045mol，m(SnCl2)=0.045mol×190g/mol=8.55g，则 mg 产品中 SnCl2 的含量为 8.55g/mg×100%= %；根据反应“2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+”得出 Sn2+的还原性强于 Fe2+，Sn2+ 在空气中易被氧化，测定结果随时间延长逐渐变小是因为 SnCl2 被氧气氧化，发生 2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2O 反应，滴定时消耗的重铬酸钾的量减少，由此计算出的 SnCl2 量减小，测量 结果变小。本小题答案为：855/m；2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2O。 6．【湖南省衡阳县三中2019 届高三高考模拟（5 月)】氮化钙(Ca3N2)是一种重要的化学试剂。某化学兴趣小 组拟制备氮化钙并测定产品纯度。 已知：①氮化钙极易与水反应；②实验室在加热条件下用饱和 NaNO2 溶液和饱和(NH4)2SO4 溶液混合制 备 N2；③焦性没食子酸溶液用于吸收少量 O2。 I．制备氮化钙。 他们选择下列装置设计实验(装置可重复使用)： （1）实验室将钙保存在________中(填物质名称)。氮化钙中所含化学键类型是_________。 （2）气体从左至右，装置连接顺序为____________________________。(填代号) （3）写出 A 中发生反应的化学方程式：______________________________。 （4）用化学方法检验氮化钙(Ca3N2)产品中是否混有 Ca，设计实验方案：________。 Ⅱ.测定产品纯度。 利用如图装置测定氮化钙产品纯度(杂质不产生气体，氨气不溶于煤油)。 855 m （5）当产品与蒸馏水完全反应后，冷却至室温、调平液面、读数。调平液面的操作是 ___________________________________。 （6）取产品质量为 w g，开始量气管读数为 V1 mL，最终量气管读数为 V2 mL(折合成标准状况)，则该样 品纯度为________________________(用代数式表示)。如果开始仰视刻度线，终点时俯视刻度线，则测 得结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 【答案】（1）煤油 离子键 （2）A、D、C、B、C （3）2NaNO2＋(NH4)2SO4 Na2SO4＋2N2↑＋4H2O （4）取少量产品溶于足量的蒸馏水中，将产生的气体依次通过足量的浓硫酸、赤热的氧化铜粉末，若黑 色粉末变成红色，则原产品中含有钙，否则不含钙 （5）上下移动水准瓶 （6） 偏低 【解析】（1）.钙的密度比煤油的大，钙是活泼金属能与氧气、水反应，所以实验室将钙保存在煤油中； 氮化钙是活泼金属与活泼非金属形成的离子化合物，所以氮化钙含有离子键； （2）.金属钙与氮气反应生成氮化钙，氮化钙与水能反应，所以装置 B 前后都应加装干燥剂，钙能与氧 气反应，所以需要用焦性没食子酸溶液除掉氮气中的氧气，装置连接顺序为 A→D→C→B→C。 （3）装置 A 中饱和 NaNO2 溶液和饱和(NH4)2SO4 溶液在加热条件下发生归中反应生成氮气，反应化学 方程式是 2NaNO2＋(NH4)2SO4 Na2SO4＋2N2↑＋4H2O； （4）氮化钙与水反应放出氨气，钙与水反应生成氢气。检验氮化钙(Ca3N2)产品中是否混有 Ca 方法是取 少量产品溶于足量的蒸馏水中，将产生的气体依次通过足量的浓硫酸、赤热的氧化铜粉末，若黑色粉末 变成红色，则原产品中含有钙，否则不含钙。 （5） 调平液面是将量气管和水准瓶中的液面保持相平，操作方法是上下移动水准瓶； 2 137 V ) %112 V w −（ （6）样品与水反应生成氨气的体积是(V2 mL－V1mL)，设样品中 Ca3N2 的质量为 xg； Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3↑ 148g 44.8L xg (V2－V1)×10-3 L x= 则该样品纯度为 ； 如果开始仰视刻度线，终点时俯视刻度线，则测得氨气的体积偏小，所以测得结果偏低。 【点睛】本题考查物质的制备实验，把握实验装置的作用、发生的反应及制备原理为解答的关键，侧重 分析与实验能力的考查，注意物质性质的综合应用。 7．【甘肃省定西市陇西县第一中学2019 届高三下学期适应性训练】硫酸四氨合铜晶体 常用作杀虫剂，媒染剂，在碱性镀铜中也常用作电镀液的主要成分，在工业上用 途广泛。常温下该物质溶于水，不溶于乙醇、乙醚，在空气中不稳定，受热时易发生分解。某化学兴趣 小组以 Cu 粉、3mol/L 的硫酸、浓氨水、10% NaOH 溶液、95%的乙醇溶液、0.500 mol/L 稀盐酸、0.500 mol/L 的 NaOH 溶液来合成硫酸四氨合铜晶体并测定其纯度。 I．CuSO4 溶液的制备 ①称取 4g 铜粉，在 A 仪器中灼烧 10 分钟并不断搅拌，放置冷却。 ②在蒸发皿中加入 30mL 3mol/L 的硫酸，将 A 中固体慢慢放入其中，加热并不断搅拌。 ③趁热过滤得蓝色溶液。 （1）A 仪器的名称为________。 （2）某同学在实验中有 1.5g 的铜粉剩余，该同学将制得的 CuSO4 溶液倒入另一蒸发皿中加热浓缩至有 晶膜出现，冷却析出的晶体中含有白色粉末，试解释其原因_________________。 II．晶体的制备 将上述制备的 CuSO4 溶液按如图所示进行操作 ( ) 3 2 1 148 44.8= 10 L x V V L−− × ( ) 3 2 137 10 11.2 V V g −− × ( ) 3 2 137 10 100%11.2 V V g wg −− × ÷ × = 2 137 V ) %112 V w −（ ( )( )3 4 24Cu NH SO H O  ⋅  （3）已知浅蓝色沉淀的成分为 ，试写出生成此沉淀的离子反应方程式_____________。 （4）析出晶体时采用加入乙醇的方法，而不是浓缩结晶的原因是__________________。 III．氨含量的测定 精确称取 mg 晶体，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入 VmL10%NaOH 溶液，通 入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，并用蒸馏水冲洗导管内壁，用 V1mL C1mol/L 的盐酸标准溶液完 全吸收。取下接收瓶，用 C2mol/L NaOH 标准溶液滴定过剩的 HCl(选用甲基橙作指示剂)，到终点时消耗 V2mLNaOH 溶液。 （5）A 装置中长玻璃管的作用_____，样品中氨的质量分数的表达式_______。 （6）下列实验操作可能使氨含量测定结果偏低的原因是_______。 A．滴定时未用 NaOH 标准溶液润洗滴定管 B．读数时，滴定前平视，滴定后俯视 C．滴定过程中选用酚酞作指示剂 D．取下接收瓶前，未用蒸馏水冲洗插入接收瓶中的导管外壁。 【答案】（1）坩埚 （2）反应中硫酸过量，在浓缩过程中，稀硫酸变浓，浓硫酸的吸水性使 CuSO4·5H2O 失去结晶水变为 CuSO4 （3）2Cu2++2NH3·H2O+SO42-=Cu2(OH)2SO4+2NH4+ ( )2 42Cu OH SO （4）Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体容易受热分解 （5）平衡气压，防止堵塞和倒吸 （6）BD 【解析】（1）灼烧固体，应在坩埚中进行，所以仪器 A 为坩埚，故答案为：坩埚。 （2）得到的为硫酸铜和硫酸溶液，浓缩时，硫酸变浓，浓硫酸具有吸水性，使 CuSO4·5H2O 失去结晶水 变为 CuSO4，可使固体变为白色，故答案为：反应中硫酸过量，在浓缩过程中，稀硫酸变浓，浓硫酸的 吸水性使 CuSO4·5H2O 失去结晶水变为 CuSO4。 （3）浅蓝色沉淀的成分为 Cu2(OH)2SO4，根据原子守恒可知反应的离子方程式为 2Cu2++2NH3·H2O+SO42-=Cu2(OH)2SO4+2NH4+，故答案为：2Cu2++2NH3·H2O+SO42-=Cu2(OH)2SO4+2NH4+。 （4）析出晶体时采用加入乙醇的方法，而不是浓缩结晶的原因是 Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体容易受热分解， 故答案为：Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体容易受热分解。 （5）A 装置中长玻璃管可起到平衡气压，防止堵塞和倒吸的作用；与氨气反应的 n(HCl)=10-3V1L×0.5mol/L-10-3V2L×0.5mol/L=0.5×10-3(V1-V2)mol，根据氨气和 HCl 的关系式可知： n(NH3)=n(HCl)= 0.5×10-3(V1-V2)mol，则样品中氨的质量分数为 ，故答案为：平衡 气压，防止堵塞和倒吸； 。 （6）如果氨含量测定结果偏高，则 V2 偏小， A.滴定时未用 NaOH 标准溶液润洗滴定管，浓度偏低，则 V2 偏大，含量偏低，故 A 错误； B.读数时，滴定前平视，滴定后俯视，导致 V2 偏小，含量偏高，故 B 正确； C.滴定过程中选用酚酞作指示剂，对实验没有影响，故 C 错误； D.取下接收瓶前，未用蒸馏水冲洗插入接收瓶中的导管外壁，导致盐酸偏少，需要的氢氧化钠偏少，则 V2 偏小，含量偏高，故 D 正确。故答案为：BD。 【点睛】在分析滴定实验的误差分析时，需要考虑所有的操作都归于标准液的体积变化上。标准液的体 积变大，则测定结果偏大，标准液的体积变小，则测定结果偏小。 ( )-3 1 20.5 10 V -V 17 ω × × ( )-3 1 20.5 10 V -V 17 ω × × ( )-3 1 20.5 10 V -V 17 ω × ×