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1、化学综合实验设计与评价1(2020济南模拟)亚硝酰氯(ClNO)是有机物合成中的重要试剂，其沸点为5.5 ，易水解。已知：AgNO2微溶于水，能溶于硝酸，AgNO2HNO3AgNO3HNO2，某学习小组在实验室用Cl2和NO制备ClNO并测定其纯度，相关实验装置如图所示。(1)制备Cl2的发生装置可以选用_A(或B)_(填字母代号)装置，发生反应的离子方程式为_MnO24H2ClMn2Cl22H2O(或2MnO10Cl16H2Mn25Cl28H2O)_。(2)欲收集一瓶干燥的氯气，选择合适的装置，其连接顺序为a_fgcbdejh_(按气流方向，用小写字母表示)。(3)实验室可用图示装置制备亚硝
2、酰氯：实验室也可用B装置制备NO，X装置的优点为_随开随用，随关随停_。检验装置气密性并装入药品，打开K2，然后再打开K3，通入一段时间气体，其目的是_排干净三颈烧瓶中的空气_，然后进行其他操作，当Z中有一定量液体生成时，停止实验。(4)已知：ClNO与H2O反应生成HNO2和HCl。设计实验证明HNO2是弱酸：_用玻璃棒蘸取NaNO2溶液，点在红色石蕊试纸中央，若试纸变蓝，说明HNO2是弱酸_。(仅提供的试剂：1 molL1盐酸、1 molL1 HNO2溶液、NaNO2溶液、红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸)。通过以下实验测定ClNO样品的纯度。取Z中所得液体m g溶于水，配制成250 mL溶液；
3、取出25.00 mL样品溶于锥形瓶中，以K2CrO4溶液为指示剂，用c molL1 AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为20.00 mL。滴定终点的现象是_滴入最后一滴标准液，生成砖红色沉淀，且半分钟内无变化_，亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为_%_。已知：Ag2CrO4为砖红色固体；Ksp(AgCl)1.561010，Ksp(Ag2CrO4)11012【解析】(1)可以用二氧化锰和浓盐酸加热制备氯气，发生装置属于固液加热型的，反应的化学方程式为MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O，离子方程式为：MnO24H2ClMn2Cl22H2O，(或用KMnO4与浓盐酸常温下制备
4、Cl2，发生装置属于固液不加热型，反应的离子方程式为2MnO10Cl16H2Mn25Cl28H2O)。(2)制得的氯气中会混有水蒸气和氯化氢，用饱和食盐水除氯化氢，浓硫酸吸收水分，用向上排空气法收集氯气，最后进行尾气处理，故其连接顺序为fgcbdejh。(3)实验室也可用B装置制备NO，X装置的优点为随开随用，随关随停。检验装置气密性并装入药品，打开K2，然后再打开K3，通入一段时间气体，其目的是把三颈烧瓶中的空气排尽，防止NO被空气中的氧气氧化；(4)要证明HNO2是弱酸可证明HNO2中存在电离平衡或证明NaNO2能发生水解，根据题目提供的试剂，应证明NaNO2溶液呈碱性；故设计的实验方案为
5、：用玻璃棒蘸取NaNO2溶液，点在红色石蕊试纸中央，若试纸变蓝，说明HNO2是弱酸。以K2CrO4溶液为指示剂，用c molL1AgNO3标准溶液滴定至终点，滴定终点的现象是：滴入最后一滴标准液，生成砖红色沉淀，且半分钟内无变化；取Z中所得液体m g溶于水，配制成250 mL溶液；取出25.00 mL中满足：n(ClNO)n(Cl)n(Ag)c0.02 L0.02 c mol，则250 mL溶液中n(ClNO)0.2c mol，m(ClNO)nM0.2c mol65.5 g/mol13.1c g，亚硝酰氯(ClNO)的质量分数为(13.1c gm g)100%。2(2020江苏高考22)羟基乙
6、酸钠易溶于热水，微溶于冷水，不溶于醇、醚等有机溶剂。制备少量羟基乙酸钠的反应为ClCH2COOH2NaOHHOCH2COONaNaClH2OH0实验步骤如下：步骤1：如图所示装置的反应瓶中，加入40 g氯乙酸、50 mL水，搅拌。逐步加入40% NaOH溶液，在95 继续搅拌反应2小时，反应过程中控制pH约为9。步骤2：蒸出部分水至液面有薄膜，加少量热水，趁热过滤。滤液冷却至15 ，过滤得粗产品。步骤3：粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，分离掉活性炭。步骤4：将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中，冷却至15 以下，结晶、过滤、干燥，得羟基乙酸钠。(1)步骤1中，如图所示的装置中仪器A的名称是
7、_(回流)球形冷凝管_；逐步加入NaOH溶液的目的是_防止升温太快、控制反应体系pH_。(2)步骤2中，蒸馏烧瓶中加入沸石或碎瓷片的目的是_防止暴沸_。(3)步骤3中，粗产品溶解于过量水会导致产率_减小_(填“增大”或“减小”)；去除活性炭的操作名称是_趁热过滤_。(4)步骤4中，将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中的目的是_提高羟基乙酸钠的析出量(产率)_。【解析】(1)根据图中仪器得出仪器A的名称为球形冷凝管，根据题中信息可知制备羟基乙酸钠的反应为放热反应，逐步加入NaOH溶液的目的是防止升温太快，同时控制反应体系的pH。(2)步骤2中烧瓶中加入沸石或碎瓷片的目的是防止暴沸。(3)粗产品溶于
8、过量水，导致在水中溶解过多，得到的产物减少，因此导致产率减小；由于产品易溶于热水，微溶于冷水，因此去除活性炭的操作名称是趁热过滤。(4)根据信息，产品不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中，因此步骤4中，将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中的目的是降低产品的溶解度，提高羟基乙酸钠的析出量(产量)。3(2020山东省实验中学模拟)高碘酸钾(KIO4)溶于热水，微溶于冷水和氢氧化钾溶液，可用作有机物的氧化剂。制备高碘酸钾的装置图如下(夹持和加热装置省略)。回答下列问题：(1)装置中仪器甲的名称是_圆底烧瓶_。(2)装置中浓盐酸与KMnO4混合后发生反应的离子方程式是_16H10Cl2MnO2Mn28H2O5C
9、l2_。(3)装置中的试剂X是_NaOH溶液_。(4)装置中搅拌的目的是_使反应混合物混合均匀，反应更充分_。(5)上述装置按气流由左至右各接口顺序为_aefcdb_(用字母表示)。(6)装置连接好后，将装置水浴加热，通入氯气一段时间，冷却析岀高碘酸钾晶体，经过滤，洗涤，干燥等步骤得到产品。写出装置中发生反应的化学方程式：_2KOHKIO3Cl2KIO42KClH2O_。洗涤时，与选用热水相比，选用冷水洗涤晶体的优点是_降低KIO4的溶解度，减少晶体损失_。上述制备的产品中含少量的KIO3，其他杂质忽略，现称取a g该产品配制成溶液，然后加入稍过量的用醋酸酸化的KI溶液，充分反应后，加入几滴淀
10、粉溶液，然后用1.0 molL1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的平均体积为b L。已知：KIO35KI6CH3COOH3I26CH3COOK3H2OKIO47KI8CH3COOH4I28CH3COOK4H2OI22Na2S2O32NaINa2S4O6则该产品中KIO4的百分含量是_100%_Mr(KIO3)214，Mr(KIO4)230，列出计算式。【解析】(1)根据装置I中仪器甲的构造，该仪器的名称是圆底烧瓶；(2)浓盐酸与KMnO4反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水，根据得失电子守恒及电荷守恒和原子守恒写出离子方程式是2MnO10Cl16H2Mn25Cl28H2O；(3)装
11、置是氯气的尾气吸收装置，所用的试剂X应是NaOH溶液；(4)装置为KIO4的制备反应发生装置，用氯气和NaOH的KIO3溶液反应，搅拌的目的是使反应混合物混合均匀，反应更充分；(5)据以上分析，装置的连接顺序为，所以各接口顺序为aefcdb；(6)装置为KIO4的制备反应发生装置，氯气将KIO3氧化为KIO4，本身被还原为KCl，化学方程式为2KOHKIO3Cl2KIO42KClH2O；根据题给信息，高碘酸钾(KIO4)溶于热水，微溶于冷水和氢氧化钾溶液，所以，与选用热水相比，选用冷水洗涤晶体的优点是降低KIO4的溶解度，减少晶体损失；设a g产品中含有KIO3和KIO4的物质的量分别为x、y
12、，则根据反应关系：KIO33I2，KIO44I2，I22Na2S2O3，214x230ya，3x4y0.5b，联立、，解得y mol，则该产品中KIO4的百分含量是100%100%。4(2020合肥模拟)间硝基苯胺是一种重要的有机合成中间体，它是一种黄色针状晶体，微溶于冷水，在水中的溶解度随温度升高而增大，易溶于乙醇、乙醚、甲醇等。实验室制备间硝基苯胺的反应原理及装置如下(夹持及加热装置略去)：实验步骤：硫氢化钠溶液的制备。将0.05 mol Na2S9H2O溶于25 mL水中，分批加入4.2 g NaHCO3粉末，完全溶解后，慢慢加入30 mL甲醇，冰水浴冷却，立即析出一水合碳酸钠。静置，抽
13、滤，滤渣用15 mL甲醇分三次洗涤，合并滤液和洗涤液备用。间硝基苯胺的制备。在A中将0.03 mol间二硝基苯溶于40 mL热甲醇中，装上B，从B的顶端加入上述硫氢化钠溶液，水浴加热回流20 min。冷却至室温后，改为蒸馏装置，蒸出大部分甲醇，将残液倾入150 mL冷水中，立即析出间硝基苯胺粗品，抽滤，洗涤，重结晶，脱色后，得黄色的间硝基苯胺针状晶体2.4 g。回答下列问题：(1)仪器B的名称是_球形冷凝管_，使用时要从_a_(填“a”或“b”)口通入冷水；滴液漏斗的细支管c的作用是_平衡滴液漏斗与烧瓶内的气压，使液体能够顺利滴下_。(2)写出步骤中总反应的离子方程式：_S2H2O2NaHCO
14、HSNa2CO3H2O_。(3)步骤中合并洗涤液的目的是_NaHS能溶于甲醇，减少NaHS的损失_。(4)步骤中制备装置改为蒸馏装置，需增加的仪器除了蒸馏头、温度计、尾接管之外，还有_直形冷凝管_、_锥形瓶_。(5)步骤中蒸出大部分甲醇的目的是_间硝基苯胺易溶于甲醇，蒸出甲醇有利于间硝基苯胺结晶析出_。(6)步骤中洗涤粗品使用的洗涤剂为_冷水_；粗品脱色使用的脱色剂可以是_活性炭_。(7)本实验的产率为_58%_保留2位有效数字；Mr(间硝基苯胺)138。【解析】(1)根据图中得到B的名称是球形冷凝管，冷凝管水流是“下进上出”，因此使用时要从a口通入冷水；滴液漏斗的细支管c的作用是平衡滴液漏斗
15、与烧瓶内的气压，使液体能够顺利滴下。(2)步骤中总反应是Na2SNaHCO3H2ONaHSNa2CO3H2O，其离子方程式：S2H2O2NaHCOHSNa2CO3H2O。(3)NaHS能溶于甲醇，洗涤液中也有NaHS，因此步骤中合并洗涤液的目的是NaHS能溶于甲醇，减少NaHS的损失。(4)步骤中制备装置改为蒸馏装置，需增加的仪器除了蒸馏头、温度计、尾接管之外，还有冷凝气体的直形冷凝管和接受液体的锥形瓶。(5)根据题中信息间硝基苯胺是黄色针状晶体，微溶于冷水，在水中的溶解度随温度升高而增大，易溶于甲醇等，因此步骤中蒸出大部分甲醇的目的是间硝基苯胺易溶于甲醇，蒸出甲醇有利于间硝基苯胺结晶析出。(
16、6)根据题中信息间硝基苯胺是黄色针状晶体，微溶于冷水，在水中的溶解度随温度升高而增大，因此步骤中洗涤粗品使用的洗涤剂为冷水；粗品脱色使用的脱色剂可以是活性炭。(7)0.05 mol Na2S9H2O溶于25 mL水中，分批加入4.2 g NaHCO3即物质的量为0.05 mol，两者反应生成0.05 mol NaHS，与0.03 mol间二硝基苯反应，根据反应方程式0.05 mol NaHS过量，按照间二硝基苯计算得到间硝基苯胺物质的量为0.03 mol，因此本实验的产率为100%58%。5(2020青岛模拟)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
17、(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：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。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：.装置C中盛有17.4 g FeCO3和200 mL 1.0 molL1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。.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_分液漏斗_；与a相比，仪器b的优点是_平衡压强、便于液体顺利流下_。(2)装置B中盛有的试剂是：_饱和NaHCO3溶液
18、_；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，该反应的离子方程式为_Fe22HCOFeCO3CO2H2O_。(4)过程加入柠檬酸促进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。pH过低或过高均导致产率下降，其原因是_pH过低，H与NH2CH2COOH反应生成NHCH2COOH；pH过高，Fe2与OH反应生成Fe(OH)2沉淀_；柠檬酸的作用还有_防止Fe2被氧化_。(5)过程中加入无水乙醇的目的是_降低甘氨酸亚铁的溶解度，使其结晶析出_。(6)本实验制得15.3 g甘氨酸亚铁，则其产
19、率是_75_%。【解析】(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中盛有的试剂为饱和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Fe22HCOFeCO3CO2H2O；(4)过程加入柠檬酸促进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NHCH2COO
20、H；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；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；(6)17.4 g FeCO3的物质的量为0.15 mol，200 mL甘氨酸溶液中甘氨酸的物质的量为0.2 L1.0 molL10.2 mol，理论上生成0.1 mol的甘氨酸亚铁，理论上可产生甘氨酸亚铁：204 gmol10.1 mol20.4 g，产率是100%75%。6(2020福州模拟)保险粉
21、(Na2S2O4)广泛应用于造纸、印染、环保、医药等行业。该物质具有强还原性，在空气中易被氧化，受热易分解，在碱性条件下比较稳定，易溶于水、不溶于乙醇。保险粉可以通过NaHSO3与NaBH4反应制取。请按要求回答下列问题：.NaHSO3溶液的制备(1)上图仪器a的名称_三颈烧瓶_；装置C中反应后溶液pH4.1，则发生反应的化学方程式为_2SO2Na2CO3H2O2NaHSO3CO2_。.保险粉的制备打开下图(部分装置已省略)中活塞K1通入氮气，一段时间后，关闭K1，打开恒压滴液漏斗活塞向装置E中滴入碱性NaBH4溶液，在3040 下充分反应。向反应后的溶液中加入乙醇，经冷却结晶、过滤得到Na2
22、S2O42H2O晶体，再用乙醇洗涤、真空烘干脱去晶体结晶水得到保险粉。(2)反应产物中有NaBO2，无气体。写出E中发生反应的化学方程式_NaBH48NaHSO3NaBO24Na2S2O46H2O_。(3)通入氮气的作用是_将装置E中空气赶出，防止NaHSO3(或Na2S2O4)被氧化_。(4)使用乙醇洗涤Na2S2O42H2O晶体的优点：_减少保险粉的溶解损失(并有利于干燥)_。(5)对装置E的加热方式最好采用_水浴加热_。.保险粉的纯度测定(6)称取2.0 g Na2S2O4样品溶于冷水配成200 mL溶液，取出25.00 mL该溶液于锥形瓶中，用0.10 mol/L碱性K3Fe(CN)6
23、标准溶液滴定，原理为：4Fe(CN)632S2O8OH4Fe(CN)644SO4H2O，用亚甲基蓝为指示剂，达到滴定终点时消耗标准溶液24.00 mL，则样品中Na2S2O4的质量分数为_83.5%_(杂质不参与反应)(计算结果精确至0.1%)。【解析】(1)根据上图仪器a的结构可知a仪器的名称是三颈烧瓶；A装置产生的SO2气体在C中与容器中的Na2CO3发生反应，反应后溶液pH4.17，溶液显酸性，说明得到的是NaHSO3，则发生反应的化学方程式为2SO2Na2CO3H2O2NaHSO3CO2；(2)在装置E中，NaHSO3与由恒压滴液漏斗中加入的NaBH4发生反应产生NaBO2、Na2S2
24、O4及水，根据电子守恒、原子守恒，可得E中发生反应的化学方程式为：NaBH48NaHSO3NaBO24Na2S2O46H2O；(3)装置内的空气中含有的氧气具有氧化性，容易将反应物NaHSO3氧化，也容易将反应产生的Na2S2O4氧化，所以为防止发生氧化反应，要先通入N2，将装置内的空气排出，因此通入氮气的作用是将装置E中空气赶出，防止NaHSO3(或Na2S2O4)被氧化；(4)从溶液中析出的Na2S2O42H2O晶体表面有杂质离子，为将杂质洗去，同时降低物质由于洗涤溶解晶体造成的损失，同时便于晶体的干燥，要使用乙醇洗涤Na2S2O42H2O；(5)在装置E中发生反应NaBH48NaHSO3NaBO24Na2S2O46H2O，温度在3040 下进行，温度低于水的沸点100 ，为便于控制温度及水浴加热具有受热均匀的特点，可采用水浴加热的方式；(6)根据4Fe(CN)632S2O8OH4Fe(CN)644SO4H2O可知n(Na2S2O4)n(K3Fe(CN)6)0.10 mol/L0.024 L9.6103mol，m(Na2S2O4)n(Na2S2O4)M9.6103 mol174 g/mol1.670 4 g，则样品中Na2S2O4的质量分数为(1.670 4 g2.0 g)100%83.5%。- 8 -