PAGE5-專題12化學綜合試驗設計與評價1．(2024·濰坊模擬)某探討性學習小組為合成1－丁醇，查閱資料得知一條合成路途：CH3CHCH2＋CO＋H2eq\o(,\s\up7(肯定條件下))CH3CH2CH2CHOeq\o(,\s\up7(H2),\s\do5(Ni，△))CH3CH2CH2OH其中CO的制備原理：HCOOHeq\o(,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))CO↑＋H2O，并設計出原料氣的制備裝置(如下圖)請填寫下列空白：(1)試驗室現有鋅粒、稀硝酸、稀鹽酸、濃硫酸、2－丙醇，從中可以選擇合適的試劑制備氫氣、丙烯。寫出制備丙烯的化學方程式：__(CH3)2CHOHeq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH2＝CHCH3↑＋H2O__。(2)若用以上裝置制備干燥純凈的CO，裝置中a的作用是__保證分液漏斗內外壓強平衡，便于液體順當流下__，裝置中b的作用是__作為平安瓶，防倒吸__，c中盛裝的試劑是__NaOH溶液__。(3)制丙烯時，還產生少量SO2、CO2及水蒸氣，該小組用以下試劑檢驗這四種氣體，混合氣體通過試劑的依次是__④⑤①⑤③②__(填序號)①飽和Na2SO3溶液②酸性KMnO4溶液③石灰水④無水CuSO4⑤品紅溶液(4)正丁醛經催化加氫得到含少量正丁醛的1－丁醇粗品，為純化1－丁醇，該小組查閱文獻得知：①R—CHO＋NaHSO3(飽和)→RCH(OH)SO3Na↓；②沸點：乙醚34℃，1－丁醇118℃，并設計出如下提純路途：eq\x(粗品)eq\o(,\s\up7(試劑1),\s\do5(操作1))eq\x(濾液)eq\o(,\s\up7(乙醚),\s\do5(操作2))eq\o(,\s\up7(),\s\do5(分液))eq\x(有機層)eq\o(,\s\up7(干燥劑),\s\do5(過濾))eq\x(\a\al(1－丁醇,乙醚))eq\o(,\s\up7(操作3),\s\do5())eq\x(純品)試劑1為__飽和NaHSO3溶液__，操作2為__萃取__，操作3為__蒸餾__?！窘馕觥?1)依據題干供應的原料分析知，可以用2－丙醇在濃硫酸作用下脫水制備丙烯，反應方程式為：(CH3)2CHOHeq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH2＝CHCH3↑＋H2O；(2)依據裝置圖分析知，導管a可以使得分液漏斗中的壓強和燒瓶中壓強相等，便于分液漏斗中的液體順當滴下；制得的CO中含有揮發出的甲酸，可以用NaOH溶液汲取，再用濃硫酸干燥即可得到純凈的CO；裝置b可以防止c中液體倒吸進入蒸餾燒瓶，起到平安瓶的作用；(3)首先檢驗H2O，用無水硫酸銅，若變藍說明有水，再用品紅檢驗SO2，若品紅褪色說明有SO2，用飽和亞硫酸鈉溶液可以汲取SO2，再通過酸性高錳酸鉀溶液檢驗SO2是否除盡，最終通入澄清石灰水中，若變渾濁，說明含有CO2，故答案為：④⑤①⑤③②；(4)由粗品分別出濾液，可見操作1為過濾；則加入試劑1，必需有沉淀生成，故正丁醛中應加入飽和NaHSO3溶液；在濾液中加入乙醚，萃取出1－丁醇，再通過蒸餾將兩者分別，所以操作2是萃取，操作3是蒸餾。2．(2024·廣州模擬)亞硝酰氯(ClNO)常用于合成洗滌劑、觸媒及用作中間體，某學習小組在試驗室用Cl2與NO制備ClNO并測定其純度，進行如下試驗(夾持裝置略去)。查閱資料：亞硝酰氯(ClNO)的熔點為－64.5℃、沸點為－5.5℃，氣態呈黃色，液態時呈紅褐色，遇水易反應生成一種氯化物和兩種氮的常見氧化物，其中一種呈紅棕色。請回答下列問題：Ⅰ.Cl2的制備：舍勒發覺制備氯氣的方法至今還是試驗室制取氯氣的主要方法之一。(1)該方法可以選擇上圖中的__C__(填字母標號)為Cl2發生裝置，該反應的離子方程式為__MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O__。(2)收集一瓶純凈干燥的氯氣。Ⅱ.亞硝酰氯(ClNO)的制備，試驗室可用下圖裝置制備亞硝酰氯(ClNO)：(3)組裝好試驗裝置，檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品。一段時間后，兩種氣體在Z中反應的現象為__出現紅褐色液體__。Ⅲ.亞硝酰氯(ClNO)純度的測定：將所得亞硝酰氯(ClNO)產品13.10g溶于水，配制成250mL溶液；取出25.00mL，以K2CrO4溶液為指示劑，用0.8mol·L－1AgNO3標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液的體積為22.50mL。(已知：Ag2CrO4為磚紅色固體)(4)亞硝酰氯(ClNO)與水反應的離子方程式為__2ClNO＋H2O2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑__。(5)滴定終點的現象是__加入最終一滴標準液產生磚紅色沉淀，且半分鐘內顏色無變更__。(6)產品中亞硝酰氯(ClNO)的質量分數為__90%__?！窘馕觥?1)舍勒發覺制備氯氣的方法是用二氧化錳和濃鹽酸加熱制備氯氣，屬于固、液加熱制備氣體，所以選用C裝置，反應的離子方程式是MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；(3)亞硝酰氯(ClNO)的熔點為－64.5℃、沸點為－5.5℃，液態時呈紅褐色，NO、Cl2在Z中反應生成ClNO，現象為出現紅褐色液體；(4)ClNO遇水反應生成HCl、NO2、NO，依據得失電子守恒，配平反應的離子方程式為2ClNO＋H2O2H＋＋2Cl－＋NO↑＋NO2↑；(5)以K2CrO4溶液為指示劑，滴定終點時有磚紅色Ag2CrO4沉淀生成，滴定終點的現象是：加入最終一滴標準液產生磚紅色沉淀，且半分鐘內顏色無變更；(6)用0.8mol·L－1AgNO3標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液的體積為22.50mL，依據關系式ClNO～～Cl－～～Ag＋，可知亞硝酰氯的物質的量是0.8mol·L－1×0.0225L＝0.018mol，亞硝酰氯的質量分數是eq\f(0.018mol×65.5g/mol,13.10)×eq\f(250,25)×100%＝90%。3．(2024·鄭州模擬)室溫下(20℃)課外小組用下列裝置探究鐵和硝酸反應狀況，過程如下圖所示：將Ⅲ中液面上的氣體排入小試管中點燃，有尖銳爆鳴聲，小試管壁出現液滴。取反應后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰綠色沉淀。煮沸時，蒸氣帶有刺激性氣味并能使潮濕紅色石蕊試紙變藍。(1)X氣體是__H2__(填化學式)，證據是__點燃有尖銳爆鳴聲試管內壁有液滴__。(2)試驗中硝酸被還原成另一種產物的化學方程式__4Fe＋10HNO34Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O__。(3)甲同學對產生的氣體緣由提出假設并設計方案：假設1：該濃度的硝酸中H＋的氧化性大于NOeq\o\al(－,3)假設2：H＋還原反應速率大于NOeq\o\al(－,3)的還原反應速率①驗證假設1：可用__Cu__(選“Cu”或“Zn”)粉與同濃度硝酸反應，依據__溶液變藍__，則假設1不成立。②驗證假設2：變更條件重復上圖過程試驗，結果如下：(所用試劑的量、氣體成分與試驗上圖相同)序號反應溫度試驗結果a40℃溶液淺綠色，收集氣體為3.4mLb60℃溶液淺綠色，收集氣體為2.6mL上表試驗結果__否__(填“能”或“否”)推斷假設2成立。由試驗數據結果分析溫度對鐵粉與硝酸反應時對生成X體積的影響的緣由__上升溫度，H＋和NOeq\o\al(－,3)參加的還原反應速率都加快，但NOeq\o\al(－,3)增加更快，生成的NHeq\o\al(＋,4)多，導致生成的H2削減__。(4)常溫下(20℃)，乙同學改用3mol·L–1HNO3進行圖1過程試驗，Ⅱ中仍為無色氣體，在Ⅲ中氣體變紅色。由此得出的相關結論正確的是__c__。a．該試驗產生的無色氣體只有NOb．若改用濃硝酸時，反應會更猛烈，還原產物為NO2c．硝酸的濃度不同時，其主要還原產物不同(5)綜上所述，金屬與硝酸生成X氣體，須要限制的條件是__稀溶液、低溫、氫以前的金屬__?！窘馕觥坑蓤D可知，過量鐵粉和稀硝酸完全反應生成無色氣體，和空氣混合仍為無色，說明沒有NO，點燃該氣體，有尖銳爆鳴聲，小試管壁出現液滴，說明該氣體為氫氣。取反應后溶液，加入足量NaOH溶液得到灰綠色沉淀，說明溶液中含有Fe2＋。煮沸時，蒸氣帶有刺激性氣味并能使潮濕紅色石蕊試紙變藍，說明溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)。(1)依據以上分析X氣體應當是H2，證據是點燃有尖銳爆鳴聲試管內壁有液滴；(2)反應后溶液中含有Fe2＋、NHeq\o\al(＋,4)，說明鐵和硝酸發生氧化還原反應，鐵過量生成Fe2＋，同時硝酸被還原為NHeq\o\al(＋,4)，反應的化學方程式為4Fe＋10HNO34Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O；(3)銅排在金屬活動依次表氫的后面，所以銅和H＋不反應，因此若要證明假設1不成立，則可選用Cu粉與同濃度硝酸反應，若溶液變藍則證明假設1不成立。對比a、b兩次試驗，其它條件相同，溫度不同，且溫度上升，產生的氫氣體積反而減小，其緣由為上升溫度，H＋和NOeq\o\al(－,3)參加的還原反應速率都加快，但NOeq\o\al(－,3)增加更快，生成的NHeq\o\al(＋,4)多，導致生成的H2削減，因此不能說明H＋還原反應速率大于NOeq\o\al(－,3)的還原反應速率，即不能推斷假設2成立。(4)a.改用3mol·L–1HNO3，硝酸濃度增大，Ⅱ中仍為無色氣體，在Ⅲ中氣體變紅色，為無色的NO被氧化為紅棕色的NO2，該試驗產生的無色氣體含有NO，不解除含有H2，故a錯誤；b.若改用濃硝酸時，在常溫下鐵與濃硝酸發生鈍化，故b錯誤；c.由試驗結果可知，硝酸的濃度不同時，其主要還原產物不同，故c正確。(5)由試驗可知，硝酸濃度增大，產物變為NO，還原速度劇增，遠遠大于H＋的還原速率，以至于得不到氫氣，若要金屬與硝酸反應生成H2，則須要限制的條件是稀溶液、低溫、氫以前的金屬。4．(2024·新余模擬)鈧是一種稀土元素，在國防、航空、核能等領域具有重要的應用。氯化鈧(ScCl3)是一種可溶于水的灰白色固體，是制備鈧的重要原料。工業上從鈦磁鐵礦中(主要成分有Fe3O4、TiO2和少量Sc2O3)提取ScCl3的一種工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)若在試驗室中實現工藝中的過程②，須要的試驗操作包括__分液__，過程②和過程③都用到的主要儀器為__分液漏斗__。(2)工藝中的過程④通常運用抽濾，裝置如圖所示，儀器A為抽濾瓶，利用抽氣泵將抽濾瓶中的空氣抽走而產生負壓，抽濾相對于一般過濾的優點是__抽濾可以加快過濾速度__。儀器B的作用為__緩沖__。設計試驗方案檢驗得到的水層中是否含有Fe3＋：__向水層中加入硫氰化鉀溶液，若溶液變為血紅色證明含有三價鐵離子__。(3)Sc2(C2O4)3灼燒時除生成Sc2O3，還生成了CO和CO2，化學方程式為__Sc2(C2O4)3eq\o(,\s\up7(灼燒))Sc2O3＋3CO↑＋3CO2↑__。(4)把得到的Sc2O3固體與焦炭混合，將干燥純凈的Cl2通入赤熱的混合物反應制備ScCl3，反應的氣態產物在相同條件下對H2的相對密度為14，該反應的化學方程式為__Sc2O3＋3C＋3Cl2eq\o(,\s\up7(△))2ScCl3＋3CO__。(5)已知：Ag2CrO4為磚紅色固體；Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12。取ScCl3粗產品(含難溶Sc2O3雜質)溶于水，配成溶液，滴入幾滴K2CrO4溶液，用AgNO3標準溶液滴定，當溶液中出現磚紅色沉淀時達到滴定終點。計算說明滴定時選擇K2CrO4溶液作為指示劑的理由__一方面Ag2CrO4為磚紅色，另一方面由Ksp(AgCl)＝1.8×10－10、Ksp(Ag2CrO4)＝2×10－12可知，AgCl飽和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(1.8)×10－5mol/L，Ag2CrO4飽和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(\f(2×10－12,5.0×10－3mol·L－1))＝eq\r(4×10－8)＝2×10－4mol/L>eq\r(1.8)×10－5mol/L，所以，AgCl的溶解度更小，當滴入AgNO3時溶解度小的沉淀先形成，溶液中Cl－幾乎沉淀完了，此時再滴AgNO3溶液就會立即產生Ag2CrO4，即終點的時候會產生磚紅色沉淀__[出現磚紅色沉淀時，c(CrOeq\o\al(2－,4))約為5.0×10－3mol·L－1；溶液中離子的濃度小于1×10－5mol·L－1時，認為該離子已不存在]?！窘馕觥?1)若在試驗室中實現工藝中的過程②，過程②是將萃取劑加入后，溶液分液成水層和油層，須要的試驗操作包括分液，過程②和過程③都用到的主要儀器為分液漏斗；(2)抽濾相對于一般過濾的優點是抽濾可以加