专题限时集训(十二) 综合实验探究——突
破实验大题
(限时：45 分钟)
(对应学生用书第 156 页)
1．(2019·郑州模拟)莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，Mr＝392]是一种重要的
还原剂，在空气中比一般的亚铁盐稳定。某学习小组设计如下实验制备少量的莫
尔盐并测定其纯度。
回答下列问题：
Ⅰ.制取莫尔盐
(1)连接装置，检査装置气密性。将 0.1 mol (NH4)2SO4 晶体置于玻璃仪器
________(填仪器名称)中，将 6.0 g 洁净铁屑加入锥形瓶中。
(2)①打开分液漏斗瓶塞，关闭活塞 K3，打开 K2、K1，加完 55.0 mL 2 mol·L
－1 稀硫酸后关闭 K1。A 装置中反应的离子方程式为______________。
②待大部分铁粉溶解后，打开 K3、关闭 K2，此时可以看到的现象为
_________________，原因是_____________________。
③关闭活塞 K2、K3，采用 100 ℃水浴蒸发 B 中水分，液面产生晶膜时，停止
加热，冷却结晶、________、用无水乙醇洗涤晶体。该反应中硫酸需过量，保持
溶液的 pH 在 1～2 之间，其目的为________________________________。
④装置 C 的作用为________，装置 C 存在的缺点是_______________。
Ⅱ.测定莫尔盐样品的纯度
(3)称取所得莫尔盐样品 10.0 g，用煮沸后冷却的蒸馏水配成 100 mL 溶液，
取 20.00 mL 溶液加入稀硫酸中，用 0.1 mol·L－1 的 KMnO4 溶液滴定，达到滴定终
点时消耗 10.00 mL KMnO4 溶液。滴定反应的离子方程式为_________，该样品的
纯度为________。
[解析] (2)④装置 C 的导管插入液面以下，起到液封作用，可防止空气进入三颈烧瓶将 Fe2＋氧化。装置 C 存在的缺点是：不能除去尾气中的 H2，也不能防止
倒吸；
(3)Fe2＋具有还原性，与高锰酸钾反应的方程式为 5Fe2＋＋MnO－4 ＋8H＋
===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，n(KMnO4)＝0.01 L×0.1 mol·L－1＝0.001 mol，则 20.00
mL 溶液中 n(Fe2＋)＝0.005 mol，10.0 g 样品中 n(Fe2＋)＝0.005 mol×100 mL/20
mL＝0.025 mol，则 10.0 g 样品中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 的物质的量为 0.025 mol，
样品的含量为0.025 mol × 392 g·mol－1
10 g ×100%＝98%。
[答案] (1)三颈烧瓶(三颈瓶或三口瓶或三口烧瓶) (2)①Fe＋2H ＋===H2↑
＋Fe2＋ ②A 中的液体被压入 B 中 A 中产生氢气，使 A 中压强增大 ③过滤
抑制 Fe2＋水解 ④液封作用，防止空气进入三颈烧瓶氧化 Fe2＋ 不能除去尾气中
的 H2(或答可能会倒吸也可)
(3)5Fe2＋＋MnO－4 ＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O 98%
2．(2019·黄山二模)亚硝酰氯(ClNO)是有机物合成中的重要试剂，可由 NO
与 Cl2 在常温常压下反应得到。ClNO 部分性质如下：黄色气体，熔点：－59.6
℃；沸点：－6.4 ℃，遇水易水解。已知：HNO2 既有氧化性又有还原性；AgNO2
微溶于水，能溶于硝酸：AgNO2＋HNO3===AgNO3＋HNO2。
(1)利用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ装置制备原料气 NO 和 Cl2
①写出利用装置Ⅰ制备氯气的离子反应方程式：_____________________。
②利用上述装置制备 NO 时，Ⅱ中盛装物质为________________(写化学式)。
(2)利用以下装置在常温常压下制备 ClNO①装置连接顺序为 a→__________________(按气流自左向右方向，用小写字
母表示)。
②为使 NO 和 Cl2 恰好完全反应生成 ClNO，理论上通入 NO 和 Cl2 两种气体
的流速比为________。
③装置Ⅸ的作用是____________________。
④装置Ⅷ吸收尾气时，有同学认为尾气中的某种气体不能完全被吸收，为了
充分吸收尾气，可将尾气与________(气体)同时通入 NaOH 溶液中。
⑤王水是浓盐酸和浓硝酸的混酸，一定条件下混酸可生成 ClNO 和 Cl2，该反
应的化学方程式为_______________________________。
⑥写出验证 ClNO 与 H2O 完全反应后的溶液中存在 Cl－和 HNO2 的实验步
骤及现象：取少量反应后的溶液于试管中，
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
(限选试剂：AgNO3 溶液，稀硝酸，KMnO4 溶液)。
[答案] (1)①MnO2＋4H＋＋2Cl－ =====
△
Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O ②H2O
(2)①e→f→c→b→d(或 f→e→c→b→d) ②2∶1 ③冷凝亚硝酰氯，便于收集
④O2(或空气) ⑤HNO3(浓)＋3HCl(浓)===ClNO↑＋Cl2↑＋2H2O ⑥依次滴加
足量的 AgNO3 溶液和稀硝酸，充分振荡、静置，有白色沉淀生成；另取静置后上
层清液少许于另一支试管中，滴加 KMnO4 溶液，溶液紫色褪去
3．(2019·济南模拟)辉铜矿与铜蓝矿都是天然含硫铜矿，在地壳中二者常伴生
存在。现取一份该伴生矿样品，经检测后确定仅含 Cu2S、CuS 和惰性杂质。为进
一步确定其中 Cu2S、CuS 的含量，某同学进行了如下实验：
①称取 2.6 g 样品，加入 200.0 mL 0.200 0 mol·L－1 酸性 KMnO4 溶液，加热(硫元素全部转化为 SO2－4 )，滤去不溶杂质；
②收集滤液至 250 mL 容量瓶中，定容；
③取 25.00 mL 溶液，用 0.100 0 mol·L－1 FeSO4 溶液滴定，消耗 20.00 mL；
④加入适量 NH4HF2 溶液(掩蔽 Fe3＋和 Mn2＋，使其不再参与其他反应)，再加
入过量 KI 固体，轻摇使之溶解并发生反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI＋I2；
⑤加入 2 滴淀粉溶液，用 0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3 溶液滴定，消耗 30.00
mL(已知：2S2O2－3 ＋I2===S4O2－6 ＋2I－)。
回答下列问题：
(1)写出 Cu2S 溶于酸性 KMnO4 溶液的离子方程式：
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)配制 0.100 0 mol· L－1 FeSO4 溶液时要用煮沸过的稀硫酸，原因是
__________________________________，配制过程中所需玻璃仪器除了烧杯、玻
璃棒、容量瓶外还有________。
(3)③中取 25.00 mL 待测溶液所用的仪器是________。
(4)⑤中滴定至终点时的现象为____________________________________。
(5)混合样品中 Cu2S 和 CuS 的含量分别为________%、________%(结果均保
留 1 位小数)。
[解析] (5)设 2.6 g 样品中，Cu2S 和 CuS 的物质的量分别为 x、y，
据 5Fe2＋～MnO－4 (5Fe2＋＋MnO－4 ＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O)，得样品反
应后剩余 n(MnO－4 )＝0.100 0 mol·L－1×20.00×10－3 L×1
5
× 250
25.00
＝4.000×10－3
mol，样品消耗 n(MnO－4 )＝0.200 0 mol·L－1×200.0×10－3L－4.000×10－3 mol＝
36.00×10－3 mol。
由 Cu2S～2MnO －4 和 5CuS～8MnO －4 (5CuS＋8MnO －4 ＋24H ＋ ===5Cu2 ＋ ＋
5SO2－4 ＋8Mn2＋＋12H2O)，得 2x＋8
5y＝36.00×10－3 mol，
又据 2Cu2＋～I2～2S2O2－3 ，得 2x＋y＝0.100 0 mol·L－1×30.00×10－3 L× 250
25.00
＝30.00×10－3 mol，
解方程组得 x＝y＝0.01 mol。故 w(Cu2S)＝0.01 mol × 160 g·mol－1
2.6 g ×100%≈61.5%，
w(CuS)＝0.01 mol × 96 g·mol－1
2.6 g ×100%≈36.9%。
[答案] (1)Cu 2S＋2MnO－4 ＋8H＋===2Cu2＋＋SO2－4 ＋2Mn2＋＋4H2O (2)除
去水中溶解的氧气，防止 Fe2＋被氧化 胶头滴管 (3)酸式滴定管(或移液管) (4)
溶液由蓝色变为无色且半分钟内不恢复原色
(5)61.5 36.9
4．(2019·广东名校联考)苯甲酸(C6H5COOH)的相对分子质量为 122，熔点为
122.4 ℃，沸点为 249 ℃，密度为 1.265 9 g·cm－3，在水中的溶解度：0.35 g(25
℃)、2.7 g(80 ℃)、5.9 g(100 ℃)，不易被氧化，是一种一元有机弱酸，微溶于水、
溶于乙醇。实验室中由甲苯(分子式：C6H5CH3、相对分子质量：92，沸点为 110.6
℃，密度为 0.866 9 g·cm－3)制备苯甲酸的实验如下：
第一步：将 9.2 g 甲苯和硫酸酸化的 KMnO4 溶液(过量)置于如
图的三颈烧瓶中，加热保持反应物溶液温度在 90 ℃左右至反应结束，
制备过程中不断从分水器分离出水。
第二步：将反应后混合液趁热过滤，滤液冷却后用硫酸酸化，抽
滤得粗产品。
第三步：粗产品用水洗涤 2～3 次，干燥称量得固体 11.7 g。
请回答下列问题：
(1)第一步发生反应的化学方程式为________________________。
(2)分水器的作用是______________________________________，
判断该反应完成的现象是________________________________。
(3)第二步中抽滤的优点是________________________________。
(4)第三步证明粗产品洗涤干净的方法是____________________________；
干燥的最佳方法是________(填代号)。
a．空气中自然风干 b．沸水浴干燥 c．直接加热干燥
(5)由以上数据知苯甲酸的产率为________。
(6)设计合理的实验方案确定苯甲酸是弱酸，可从下列仪器和试剂中选择最简
单的组合是________(填编号)。
①pH 计 ②0.01 mol·L －1 NaOH 溶液 ③酚酞 ④甲基橙 ⑤1 mol·L －1 NaOH 溶液 ⑥0.01 mol·L－1 苯甲酸溶液 ⑦滴定管 ⑧锥形瓶 ⑨量筒
[解析] (1)根据得失电子守恒和原子守恒可知，C6H5CH3 和酸性 KMnO4 溶液
反应的化学方程式为 5C6H5CH3＋6KMnO4＋9H2SO4 =====
△
5C6H5COOH＋
3K2SO4＋6MnSO4＋14H2O。(2)实验过程中，经冷凝管冷凝回流的冷凝液进入分
水器，分层后，甲苯自动流回到三颈烧瓶中，生成的水从分水器中放出去，这样
可以促使反应正向进行，提高甲苯的利用率，同时能减少抽滤所需时间。该反应
完成时，三颈烧瓶中酸性 KMnO4 溶液颜色不再发生变化，或停止搅拌，静置，液
体不再出现分层现象。(3)抽滤具有过滤速率快，得到的固体水分少等优点。(4)由
于第二步用硫酸酸化滤液，因此可通过检验 SO2－4 来判断粗产品是否洗涤干净，检
验的方法是向少许最后一次的洗涤液中滴入几滴 BaCl2 溶液，若无沉淀生成，则说
明粗产品洗涤干净。为了加快干燥过程，并减少损耗，干燥的最佳方法是沸水浴
干燥，故 b 正确。(5)9.2 g 甲苯的物质的量 0.1 mol，理论上生成苯甲酸 0.1 mol，
其质量为 0.1 mol×122 g·mol－1＝12.2 g，根据实际生成 11.7 g 苯甲酸可求出苯甲
酸的产率为Error!×100%≈95.9%。(6)要通过实验确定苯甲酸是弱酸，最简单的
方法就是用 pH 计测定 0.01 mol·L－1 苯甲酸溶液的 pH，故最简单的组合为①和⑥。
[答案] (1)5C 6H5CH3＋6KMnO4＋9H2SO4 =====
△
5C6H5COOH＋3K 2SO4＋
6MnSO4＋14H2O
(2)分离出水，提高甲苯利用率，减少抽滤所需时间 停止搅拌，静置，液体
不分层(或三颈烧瓶中溶液不再变色) (3)过滤速率快，得到的固体水分少 (4)取
最后一次的洗涤液少许于试管中，滴加几滴 BaCl2 溶液，若无沉淀生成，则说明
粗产品洗涤干净 b (5)96%(或 95.9%)(6)①⑥
5．富马酸亚铁(C4H2O4Fe)常用于治疗缺铁性贫血，也可作食品营养强化剂，
它 可 由 糠 醛 ( ) 和 硫 酸 亚 铁 制 备 。 已 知 ― ― →NaClO3
V2O 5
HOOC—CH===CH—COOH＋CO2↑。
回答下列问题：
Ⅰ.制备富马酸(实验装置如图所示，夹持装置已略去)
(1)将 45.0 g 氯酸钠、0.2 g 五氧化二钒置于三颈烧瓶中，加入
适量蒸馏水，滴加糠醛并加热至 90～100 ℃，维持此温度 3～4 h。装置图中仪器 A 的名称是________，冷凝水应从 a 口流入，b 口流出，原因是
____________。
(2)冰水冷却使产品结晶，并通过________操作可以得到富马酸粗品。
(3)用 1 mol·L－1 HCl 溶液对富马酸粗品进行重结晶，得到纯富马酸。该操作
中用 1 mol·L－1HCl 溶液的原因是___________(用离子方程式和适当的文字解释)。
Ⅱ.合成富马酸亚铁
(4)取一定量的富马酸溶于适量水中，加入碳酸钠并加热、搅拌，调节 pH 为
6.5～6.7，产生大量气泡。写出发生反应的化学方程式
_______________________________________________。
(5)将硫酸亚铁溶液和适量的 Na2SO3 溶液缓慢加入上述反应液中，维持温度在
100 ℃并充分搅拌 3～4 h。该操作过程中加入适量的 Na2SO3 溶液，其目的是
____________________________________________。
(6)过滤、洗涤、干燥得到产品。洗涤过程中证明富马酸亚铁产品已洗涤干净
的实验方法是___________________________。
[解析] (1)仪器 A 的名称是球形冷凝管，冷凝水“下进上出”有利于冷凝水
充满整个冷凝管，冷凝效果好。(2)固液分离可采用过滤操作。(3)富马酸是弱电解
质，加入盐酸后可抑制富马酸的电离，提高产量。(4)富马酸和碳酸钠发生反应生
成富马酸的钠盐、水及二氧化碳气体。(5)Fe3＋可以被 SO 2－3 还原为 Fe2＋，所以加
入适量的 Na2SO3 溶液是为了防止富马酸亚铁(或 Fe2＋)被氧化。(6)通过检验最后一
次洗涤液中是否还含有 SO 2－4 可验证富马酸亚铁产品是否已洗涤干净。
[答案] (1)(球形)冷凝管 下口进水可以使冷凝水充满整个冷凝管，冷凝效果
好
(2)过滤
(3)HOOCCH===CHCOOH
(HOOCCH===CHCOO)－＋H＋，加入盐酸，可使上述平衡逆向移动，提高产
量
(4)HOOCCH===CHCOOH ＋ Na2CO3 =====
△
NaOOCCH===CHCOONa ＋
H2O＋CO2↑
(5)防止富马酸亚铁(或 Fe2＋)被氧化(6)取少许最后一次的洗涤液，向其中加入少量盐酸酸化的氯化钡溶液，无白
色沉淀生成(其他合理答案均可)
6．(2019·江苏高考，节选)丙炔酸甲酯(CH≡C—COOCH3)是一种重要的有机
化工原料，沸点为 103～105 ℃。实验室制备少量丙炔酸甲酯的反应为：
CH≡C—COOH＋CH3OH ― ― →浓 H 2SO 4
△ CH≡C—COOCH3＋H2O
实验步骤如下：
步骤 1：在反应瓶中，加入 14 g 丙炔酸、50 mL 甲醇和 2 mL 浓硫酸，搅拌，
加热回流一段时间。
步骤 2：蒸出过量的甲醇(装置如图)。
步骤 3：反应液冷却后，依次用饱和 NaCl 溶液、5% Na2CO3 溶液、水洗涤。
分离出有机相。
步骤 4：有机相经无水 Na2SO4 干燥、过滤、蒸馏，得丙炔酸甲酯。
(1)步骤 1 中，加入过量甲醇的目的是________________________。
(2)步骤 2 中，如图所示的装置中仪器 A 的名称是______；蒸馏烧瓶中加入碎
瓷片的目的是________。
(3)步骤 3 中，用 5% Na2CO3 溶液洗涤，主要除去的物质是________；分离出
有机相的操作名称为________。
(4)步骤 4 中，蒸馏时不能用水浴加热的原因是_____________________。
[解析] (1)甲醇可作为溶剂，溶解丙炔酸，且甲醇过量可使平衡向右移动，提
高丙炔酸的转化率。
(2)由题图可知，仪器 A 的名称为直形冷凝管；加入碎瓷片可防止暴沸。
(3)加入 5%碳酸钠溶液，丙炔酸可与碳酸钠反应生成易溶于水的盐，因此加入
碳酸钠溶液主要除去的是丙炔酸。因加入的是水溶液，而丙炔酸甲酯不溶于水，
因此分离出有机相的操作为分液。
(4)水的沸点为 100 ℃，因此水浴加热时，水浴的温度不超过 100 ℃，由题意知，丙炔酸甲酯的沸点为 103～105 ℃，因此用水浴加热无法使丙炔酸甲酯变为气
态，即温度不够而无法蒸馏。
[答案] (1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率 (2)(直形)冷凝管 防止暴沸 (3)
丙炔酸 分液 (4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高
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