统考版2024届高考化学二轮专项分层特训卷练29化学实验综合题（附解析）

练29　化学实验综合题1．[2023·全国甲卷]钴配合物[Co（NH3）6]Cl3溶于热水，在冷水中微溶，可通过如下反应制备：2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O22[Co（NH3）6]Cl3＋2H2O。具体步骤如下：Ⅰ.称取2.0gNH4Cl，用5mL水溶解。Ⅱ.分批加入3.0gCoCl2·6H2O后，将溶液温度降至10℃以下，加入1g活性炭、7mL浓氨水，搅拌下逐滴加入10mL6%的双氧水。Ⅲ.加热至55～60℃反应20min。冷却，过滤。Ⅳ.将滤得的固体转入含有少量盐酸的25mL沸水中，趁热过滤。Ⅴ.滤液转入烧杯，加入4mL浓盐酸，冷却、过滤、干燥，得到橙黄色晶体。回答下列问题：（1）步骤Ⅰ中使用的部分仪器如下。仪器a的名称是　　　　。加快NH4Cl溶解的操作有________________________________________________________________________。（2）步骤Ⅱ中，将温度降至10℃以下以避免　　　　　　　、　　　　　　　；可选用　　　　降低溶液温度。（3）指出下列过滤操作中不规范之处：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（4）步骤Ⅳ中，趁热过滤，除掉的不溶物主要为　　　　。（5）步骤Ⅴ中加入浓盐酸的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．[2023·全国乙卷]元素分析是有机化合物的表征手段之一。按下图实验装置（部分装置略）对有机化合物进行C、H元素分析。 回答下列问题：（1）将装有样品的Pt坩埚和CuO放入石英管中，先　　　　　　　　　　　　　，而后将已称重的U型管c、d与石英管连接，检查　　　　　　　　　　　　。依次点燃煤气灯　　　　，进行实验。（2）O2的作用有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。CuO的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（举1例，用化学方程式表示）。（3）c和d中的试剂分别是　　　　、　　　　（填标号）。c和d中的试剂不可调换，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。A．CaCl2B．NaClC．碱石灰（CaO＋NaOH）D．Na2SO3（4）Pt坩埚中样品CxHyOz反应完全后，应进行操作：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。取下c和d管称重。（5）若样品CxHyOz为0.0236g，实验结束后，c管增重0.0108g，d管增重0.0352g。质谱测得该有机物的相对分子量为118，其分子式为　　　　。3．[2023·新课标卷]实验室由安息香制备二苯乙二酮的反应式如下：相关信息列表如下：物质性状熔点/℃沸点/℃溶解性安息香白色固体133344难溶于冷水溶于热水、乙醇、乙酸二苯乙二酮淡黄色固体95347不溶于水溶于乙醇、苯、乙酸冰乙酸无色液体17118与水、乙醇互溶装置示意图如右图所示，实验步骤为：①在圆底烧瓶中加入10mL冰乙酸、5mL水及9.0gFeCl3·6H2O，边搅拌边加热，至固体全部溶解。②停止加热，待沸腾平息后加入2.0g安息香，加热回流45～60min。 ③加入50mL水，煮沸后冷却，有黄色固体析出。④过滤，并用冷水洗涤固体3次，得到粗品。⑤粗品用75%的乙醇重结晶，干燥后得淡黄色结晶1.6g。回答下列问题：（1）仪器A中应加入　　　　（填“水”或“油”）作为热传导介质。（2）仪器B的名称是　　　　；冷却水应从　　　　（填“a”或“b”）口通入。（3）实验步骤②中，安息香必须待沸腾平息后方可加入，其主要目的是　　　　。（4）在本实验中，FeCl3为氧化剂且过量，其还原产物为　　　　；某同学尝试改进本实验：采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮。该方案是否可行　　　　？简述判断理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（5）本实验步骤①～③在乙酸体系中进行，乙酸除作溶剂外，另一主要作用是防止________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（6）若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量　　　　洗涤的方法除去（填标号）。若要得到更高纯度的产品，可用重结晶的方法进一步提纯。a．热水b．乙酸c．冷水d．乙醇（7）本实验的产率最接近于　　　　（填标号）。a．85%b．80%c．75%d．70%4．[2023·山东济南检测]重铬酸铵[（NH4）2Cr2O7]可用作媒染剂和有机合成催化剂，具有强氧化性。实验室中将NH3通入重铬酸（H2Cr2O7）溶液制备（NH4）2Cr2O7的装置如图所示（夹持装置略）。回答下列问题：已知：Cr2O＋H2O⇌2CrO＋2H＋（1）仪器a的名称是　　　　，b的作用为　　　　　　　　　　　　；实验时控制三颈烧瓶内溶液pH约为4，pH不宜过大的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；A装置的作用为___________________________________________________________。（2）利用甲醛法测定产物中（NH4）2Cr2O7的质量分数（杂质不参与反应），实验步骤如下：①称取产物mg，配成500mL溶液，用　　　　（填“酸式”或“碱式”）滴定管移取25.00mL样品溶液于250mL锥形瓶中。加入BaCl2溶液使Cr2O完全沉淀，反应原理为2Ba2 ＋＋Cr2O＋H2O===2BaCrO4↓＋2H＋。移取样品溶液时，若滴定管规格为50.00mL，样品溶液起始读数为5.00mL，此时滴定管中样品溶液的实际体积为　　　　（填序号）。A．5.00mLB．45.00mLC．大于45.00mLD．小于5.00mL②向锥形瓶中加入足量的甲醛溶液，反应原理为4NH＋6HCHO===3H＋＋6H2O＋（CH2）6N4H＋[与NaOH反应时，1mol（CH2）6N4H＋与1molH＋相当]。摇匀、静置5min后，加入1～2滴酚酞试液，用cmol·L－1NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH标准溶液的体积为VmL。滴定终点的现象为________________________________________________________________________________________________________________________________________________；所得产物中（NH4）2Cr2O7（摩尔质量为Mg·mol－1）的质量分数为　　　　%；若滴定终点时仰视读数，则测定的质量分数将　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。5．[2023·湖北十一校第一次联考]三氯化铬（CrCl3）是常用的媒染剂和催化剂，易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化。实验室利用反应Cr2O3＋3CCl42CrCl3＋3COCl2（g）制取CrCl3，其实验装置如图所示。已知：①COCl2（俗称光气）有毒，遇水发生水解：COCl2＋H2O===CO2＋2HCl；②碱性条件下，H2O2将Cr3＋氧化为CrO；酸性条件下，H2O2将Cr2O还原为Cr3＋。回答下列问题：（1）A中的试剂为　　　　；无水CaCl2的作用是　　　　　　　　　　　　　；反应结束后继续通入一段时间氮气，主要目的是________________________________________________________________________。（2）装置E用来收集产物，实验过程中若D处出现堵塞，可通过　　　　（填操作），使实验能继续进行。（3）装置G中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。（4）测定产品中CrCl3质量分数的实验步骤如下：Ⅰ.取mg产品，在强碱性条件下，加入过量的30%H2O2溶液，小火加热使CrCl3完全转化为CrO，继续加热一段时间；Ⅱ.冷却后加适量的蒸馏水，再滴入适量的浓硫酸和浓磷酸（加浓磷酸的目的是为了防止指示剂提前变色），使CrO转化为Cr2O；Ⅲ.用新配制的cmol·L－1（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点，消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液VmL（已知Cr2O被Fe2＋还原为Cr3＋）。 ①产品中CrCl3的质量分数为　　　　（用含m、c、V的式子表示）。②下列操作将导致产品中CrCl3质量分数偏低的是　　　　（填序号）。a．步骤Ⅰ中未继续加热一段时间b．步骤Ⅱ用盐酸替代硫酸c．步骤Ⅲ中所用（NH4）2Fe（SO4）2溶液已变质d．步骤Ⅲ中读数时，滴定前俯视，滴定后平视6．[2023·南京市高三模拟]以废锰酸锂电池为原料，回收MnO2、精铜的实验流程如图所示：（1）“浸取”在如图乙所示装置中进行。①将一定量“LiMn2O4和石墨混合粉末”与H2SO4溶液、H2O2溶液中的一种配成悬浊液，加入到三颈烧瓶中，75℃下通过滴液漏斗缓慢滴加另一种溶液。滴液漏斗中的溶液是　　　　；②LiMn2O4转化为MnSO4的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________；③保持温度、反应物和溶剂的量不变，能提高Mn元素浸出率的措施有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2）补充以“铜箔和铝箔”为原料制备精铜的实验方案：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；将所得精铜用蒸馏水洗净，干燥。实验中须使用的试剂：1.0mol·L－1NaOH溶液、不锈钢片、H2SO4－CuSO4混合溶液。除常用仪器外须使用的仪器：直流电源。（3）通过下列方法测定MnO2的纯度：准确称取0.4000gMnO2样品，加入25.00mL0.2000mol·L－1Na2C2O4溶液和适量硫酸，加热至完全反应（发生的反应为MnO2＋C2O＋4H＋Mn2＋＋2CO↑＋2H2O），用0.0100mol·L－1KMnO4标准溶液滴定过量的Na2C2O4至终点，消耗KMnO4标准溶液20.00mL（滴定反应为2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋ 10CO2↑＋8H2O）。计算样品中MnO2的质量分数（写出计算过程）。练29　化学实验综合题1．答案：（1）锥形瓶　升温，搅拌等（2）浓氨水分解和挥发　双氧水分解　冰水浴（3）玻璃棒没有紧靠三层滤纸处，漏斗末端较长处（尖嘴部分）没有紧靠在“盛滤液”的烧杯内壁（4）活性炭（5）利用同离子效应，促进钴配合物[Co（NH3）6]Cl3尽可能完全析出，提高产率解析：（1）由图中仪器的结构特征可知，a为锥形瓶；加快氯化铵溶解可采用升温，搅拌等；（2）步骤Ⅱ中使用了浓氨水和双氧水，它们高温下易挥发，易分解，所以控制在10℃以下，避免浓氨水分解和挥发，双氧水分解。要控制温度在10℃以下，通常采用冰水浴降温；（3）图中为过滤装置，玻璃棒没有紧靠三层滤纸处，可能戳破滤纸，造成过滤效果不佳。还有漏斗末端较长处（尖嘴部分）没有紧靠在“盛滤液”的烧杯内壁，可能导致液滴飞溅；（4）步骤Ⅳ中，将所得固体转入有少量盐酸的沸水中，根据题目信息，钴配合物[Co（NH3）6]Cl3溶于热水，活性炭不溶于热水，所以趁热过滤可除去活性炭；（5）步骤Ⅴ中，将滤液转入烧杯，由于钴配合物[Co（NH3）6]Cl3中含有氯离子，加入4mL浓盐酸，可利用同离子效应，促进钴配合物[Co（NH3）6]Cl3尽可能完全析出，提高产率，故答案为：利用同离子效应，促进钴配合物[Co（NH3）6]Cl3尽可能完全析出，提高产率。2．答案：（1）通入一定的O2　装置气密性　b、a（2）为实验提供氧化剂、提供气流保证反应产物完全进入到U型管中　CO＋CuOCu＋CO2（3）A　C　碱石灰可以同时吸收水蒸气和二氧化碳（4）熄灭a处的煤气灯，继续吹入一定量的O2，然后熄灭b处煤气灯，待石英管冷却至室温，停止通入O2（5）C4H6O4解析：利用如图所示的装置测定有机物中C、H两种元素的含量，这是一种经典的李比希元素测定法，将样品装入Pt坩埚中，后面放置CuO做催化剂，用于催化前置坩埚中反应不完全的物质，后续将产物吹入两U型管中，称量两U型管的增重，计算有机物中C、H两种元素的含量，结合其他技术手段，从而得到有机物的分子式。（1）实验前，应先通入一定的O2吹空石英管中的杂质气体，保证没有其他产物生成，而后将U型管c、d与石英管连接，检查装置气密性，随后先点燃b处酒精灯后点燃a处酒精灯，保证当a处发生反应时产生的CO能被CuO反应生成CO2。（2）实验中O2的作用有：为实验提供氧化剂、提供气流保证反应产物完全进入到U型管中；CuO的作用是催化a处产生的CO，使CO反应为CO2，反应方程式为CO＋CuOCu＋CO2。（3）有机物燃烧后生成的CO2和H2O分别用碱石灰和无水CaCl2吸收，其中c管装有无水CaCl2，d管装有碱石灰，二者不可调换，因为碱石灰能同时吸收水蒸气和二氧化碳，影响最后分子式的确定；（4）反应完全以后应继续吹入一定量的O2，保证石英管中的气体产物完全吹入两U型管中；（5）c管装有无水CaCl2，用来吸收生成的水蒸气，则增重量为水蒸气的质量，由此可 以得到有机物中H元素的物质的量n（H）＝＝＝0.0012mol；d管装有碱石灰，用来吸收生成的CO2，则增重量为CO2的质量，由此可以得到有机物中C元素的物质的量n（C）＝＝＝0.0008mol；有机物中O元素的质量为0.0128g，其物质的量n（O）＝＝＝0.0008mol；该有机物中C、H、O三种元素的原子个数比为0.0008∶0.0012∶0.0008＝2∶3∶2；质谱测得该有机物的相对分子质量为118，则其化学式为C4H6O4。3．答案：（1）油（2）球形冷凝管　a（3）防暴沸（4）FeCl2　可行　空气可以将还原产物FeCl2又氧化为FeCl3，FeCl3可循环参与反应（5）Fe3＋水解（6）a（7）b解析：（1）该实验需要加热使冰乙酸沸腾，冰乙酸的沸点超过了100℃，应选择油浴加热，所以仪器A中应加入油作为热传导介质；（2）根据仪器的结构特征可知，B为球形冷凝管，为了充分冷却，冷却水应从a口进，b口出；（3）步骤②中，若沸腾时加入安息香（其室温下为固体），会暴沸，所以需要沸腾平息后加入；（4）FeCl3为氧化剂，则铁的化合价降低，还原产物为FeCl2，若采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮，空气可以将还原产物FeCl2又氧化为FeCl3，FeCl3可循环参与反应；（5）FeCl3易水解，乙酸还可以防止Fe3＋水解；（6）根据安息香和二苯乙二酮的溶解特征，安息香溶于热水，二苯乙二酮不溶于水，所以可以采用热水洗涤粗品除去安息香；（7）2.0g安息香（C14H12O2）的物质的量约为0.0094mol，理论上可产生二苯乙二酮（C14H10O2）的物质的量约为0.0094mol，质量约为1.98g，产率为×100%＝80.8%，最接近80%。4．答案：（1）球形干燥管　防止倒吸　防止pH过大，Cr2O转化为CrO，使产物不纯　控制NH3通入的速率（2）①酸式　C　②滴入最后半滴NaOH标准液，溶液由无色变为粉红色，且半分钟内不褪色　　偏大解析：（1）由实验装置图可知，仪器a的名称是球形干燥管，由于NH3极易溶于水，则b的作用为防止倒吸。由题干信息可知，Cr2O＋H2O⇌2CrO＋2H＋，pH过大则平衡正向移动，使生成的产物（NH4）2Cr2O7不纯。由于NH3极易溶于水，即B装置中很难看到气泡，而NH3在CCl4中溶解度较小，A装置可以看到气泡，可以通过气泡产生的速率来判断NH3通入的速率，从而控制NH3通入速率，则A装置的作用为控制NH3通入的速率。（2）①由题干信息可知，（NH4）2Cr2O7具有强氧化性，会腐蚀碱式滴定管下端的橡胶管，故用酸式滴定管移取25.00mL样品溶液于250mL锥形瓶中。由于滴定管下端还有一段没有刻度，故若滴定管规格为50.00mL，样品溶液起始读数为5.00mL，此时滴定管中样品溶液的实际体积大于50.00mL－5.00mL＝45.00mL。②已知滴入NaOH溶液之前溶液显酸性，溶液为无色，当滴定到pH为8左右时溶液变为粉红色，即为滴定终点，故滴定终点的现象为滴入最后半滴NaOH标准溶液，溶液由无色变为粉红色，且半分钟内不褪色。根据题干信息可得关系式：4（NH4）2Cr2O7～（CH2）6N4H＋～NaOH，故有n[（NH4）2Cr2O7]＝n（NaOH）＝cV×10－3mol，则所得产物中（NH4）2Cr2O7的质量分数为×100%＝%。若滴定终点时仰 视读数，将使标准液的体积偏大，则测定的质量分数将偏大。5．答案：（1）浓硫酸　防止G中的水蒸气进入E及C装置中　将COCl2排入装置G中并被充分吸收（2）加热（3）COCl2＋4OH－===CO＋2Cl－＋2H2O（4）①%（或×100%）　②ab解析：（1）CrCl3易潮解且高温下易被氧气氧化，所以要防止装置内存在氧气和水蒸气，A中的试剂为浓硫酸，浓H2SO4可以干燥N2，防止空气中水蒸气进入C装置；无水CaCl2的作用是防止G中的水蒸气进入E及C装置中；反应结束后继续通入一段时间氮气，主要目的是将COCl2排入装置G中并被充分吸收。（2）装置E用来收集产物，因CrCl3升华后在D处凝华，实验过程中若D处出现堵塞，可加热D处，使实验能继续进行。（3）装置G中COCl2先与水反应生成二氧化碳和氯化氢，二氧化碳和氯化氢再与氢氧化钠反应，反应的离子方程式为COCl2＋4OH－===CO＋2Cl－＋2H2O。（4）①由得失电子守恒、原子守恒可知，测定过程中存在的关系式为2CrCl3～2CrO～Cr2O～6（NH4）2Fe（SO4）2，产品中CrCl3的物质的量为mol，产品中的CrCl3的质量分数为×100%，产品中CrCl3的质量分数为%或×100%。②步骤Ⅰ中未继续加热一段时间，由于过量的H2O2的存在，在步骤Ⅱ中会将Cr2O还原为Cr3＋，则滴定时消耗硫酸亚铁铵标准溶液体积减小，测出的CrCl3质量分数偏低，故a正确；步骤Ⅱ用盐酸替代硫酸，Cr2O会氧化Cl－，Cr2O减少，消耗的（NH4）2Fe（SO4）2减少，则测出的CrCl3质量分数偏低，故b正确；步骤Ⅲ中所用（NH4）2Fe（SO4）2溶液已变质，则滴定所用标准液体积偏大，测出的CrCl3质量分数偏高，故c错误；步骤Ⅲ中读数时滴定前俯视（读数偏小），滴定后平视，读取标准液的体积偏大，测出的CrCl3质量分数偏高，故d错误。6．答案：（1）①H2O2溶液　②2LiMn2O4＋3H2O2＋5H2SO44MnSO4＋Li2SO4＋3O2↑＋8H2O③适当加快搅拌速率（或延长反应时间）（2）边搅拌边向“铜箔和铝箔”中加入1.0mol·L－1NaOH溶液，当溶液中不再产生气泡时，过滤；将铜箔压制成片并与直流电源正极相连，不锈钢片与直流电源负极相连，在H2SO4CuSO4混合溶液中电解，当铜箔完全溶解时，取出不锈钢片，刮出精铜（3）与MnO反应的C2O的物质的量：×0.0100mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1＝5.000×10－4mol　0.4000g样品中MnO2的物质的量：0.2000mol·L－1×25.00mL×10－3L·mL－1－5.000×10－4mol＝4.500×10－3mol　m（MnO2）＝4.500×10－3mol×87g·mol－1＝0.3915g　w（MnO2）＝×100%≈97.88%解析：（1）①由题中信息可知反应在75℃下进行，若三颈烧瓶中先加入H2O2溶液，在滴加硫酸溶液的过程中，容易导致H2O2分解，故滴液漏斗中的溶液是H2O2；②分析锰酸锂和硫酸锰中锰元素的化合价可知，在反应中H2O2作还原剂、LiMn2O4作氧化剂，锰元素被还原为＋2价，化学方程式为2LiMn2O4＋3H2O2＋5H2SO44MnSO4＋Li2SO4＋3O2↑＋8H2O；③从反应速率和反应物反应的充分程度角度分析，能提高Mn 元素浸出率的措施有适当加快搅拌速率、延长反应时间等。（2）根据二者化学性质的差异，利用铝可以和氢氧化钠反应，铜不能反应，先用氢氧化钠溶液除去铝，再用电解精炼的方法得到精铜。（3）根据2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O可知，可得关系式：2MnO～5C2O，则与MnO反应的C2O的物质的量：n（C2O）＝×0.0100mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1＝5.000×10－4mol，所以0.4000g样品中MnO2的物质的量：n（MnO2）＝0.2000mol·L－1×25.00mL×10－3L·mL－1－5.000×10－4mol＝4.500×10－3mol，则m（MnO2）＝4.500×10－3mol×87g·mol－1＝0.3915g，则样品中MnO2的质量分数为w（MnO2）＝×100%≈97.88%。