微主题热练22 化学实验与计算(二)
1. (2023·深圳一调)某学习小组将Cu与H2O2的反应设计为原电池，并进行相关实验探究。回答下列问题：
Ⅰ.实验准备：稀硫酸的配制
(1)配制100 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液，需6 mol/L H2SO4溶液的体积为________mL。在实验室配制上述溶液的过程中，下图所示仪器，需要用到的是________(填仪器名称)。
(2)Cu与H2O2在酸性条件下反应的离子方程式为_____________________。
Ⅱ.实验探究：利用相关原电池装置进行实验，探究物质氧化性或还原性的影响因素。
图1
[查阅资料]其他条件相同时，参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强，原电池的电压越大。
利用如图1所示装置进行实验1～4，记录数据。
实验 序号 烧杯中所加试剂 电压表 读数
30% H2O2 0.3 mol/L H2SO4 H2O
V/mL V/mL V/mL
1 30.0 / 10.0 U1
2 30.0 1.0 9.0 U2
3 30.0 2.0 8.0 U3
4 35.0 1.0 V1 U4
已知：本实验条件下，SO对电压的影响可忽略。
(3)根据表中信息，补充数据：V1＝________。由实验2和4可知，U2________U4(填“大于”或“小于”或“等于”)，说明其他条件相同时，H2O2溶液的浓度越大，其氧化性越强。
(4)由实验结果U3>U2>U1，小组同学对“电压随pH减小而增大”可能的原因，提出了以下两种猜想。
图2
猜想1：酸性条件下，H2O2的氧化性随pH减小而增强。
猜想2：酸性条件下，Cu的还原性随pH减小而增强。
为验证猜想，小组同学在实验1～4的基础上，利用如图2所示装置进行实验5～7，并记录数据。
实验序号 操作 电压表读数
5 / U5
6 ①向______(填“左”或“右”)侧烧杯中滴加5.0 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液 U6
7 向另一侧烧杯中滴加5.0 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液 U7
②实验结果为U5≈U6、________，说明猜想2不成立，猜想1成立。
(5)已知Cu与H2O2反应时，加入氨水可形成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+。小组同学利用实验5的装置继续探究，向左侧烧杯中滴加5.0 mL一定浓度的氨水，相比实验5，电压表读数增大，分析该电压表读数增大的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅲ. 实验结论：物质的氧化性(或还原性)强弱与其浓度、pH等因素有关。
2. (2023·茂名二模)“84”消毒液的有效成分为NaClO，广泛应用于物体表面和环境等的消毒。实验室利用以下装置制备NaClO并进行性质探究。
(1)装置B的作用是__________________________________________________。
(2)生成NaClO的离子方程式为________________________________。
(3)某小组研究25 ℃下NaClO稳定性的影响因素。
[提出假设]NaClO溶液中加入Na2SiO3或改变NaCl浓度，对NaClO的稳定性有影响。
[设计方案并完成实验]用浓度为1 mol/L NaClO溶液、NaCl溶液，Na2SiO3溶液和NaOH溶液按下表配制总体积相同的系列溶液；相同时间内测定溶液中有效氯(指次氯酸钠中氯元素质量占样品的百分含量)，记录数据。
序号 V(NaClO) /mL V(Na2SiO3) /mL V(NaCl) /mL V(NaOH) /mL V(H2O) /mL 有效 氯/%
Ⅰ 40.00 / / / 10.00 3.60
Ⅱ 40.00 / 4.00 a 4.18
Ⅲ 40.00 / 2.00 8.00 4.12
Ⅳ 40.00 / 1.00 9.00 4.24
Ⅴ 40.00 b 8.00 4.28
Ⅵ 40.00 6.00 4.00 4.38
①根据表中信息，补充数据：a＝________；b＝________。
②由实验Ⅱ和Ⅲ可知，增加NaCl的浓度，NaClO溶液的稳定性________(填“增强”“减弱”或“不变”)。
③由实验可知，增加Na2SiO3浓度，NaClO稳定性增加，结合上述数据用相关原理解释：______________________________。
[实验结论]假设成立。
[实验拓展](4)探索NaClO分解规律，发现其浓度和速率常数k满足下列关系：lnc(NaClO)＝－kt＋b[其中b为常数，t为时间(单位为h)]。
①25 ℃下速率常数k＝0.003h-1，c(NaClO)变为原来一半时，所需的时间约为________h(已知ln2≈0.693)。
②除添加NaCl、NaOH、Na2SiO3浓溶液外，提出一条减缓NaClO分解的措施：____________。
3. (2023·广州模拟)高氯酸铵(NH4ClO4)可用作火箭推进剂，已知NH4ClO4受热不稳定，400 ℃时发生分解反应：2NH4ClO4N2↑＋2O2↑＋Cl2↑＋4H2O。某化学兴趣小组利用实验室常用试剂，设计下图装置(已略去夹持装置)对NH4ClO4热分解产生的气体进行分步吸收或收集。回答下列问题：
(1)装置A为NH4ClO4的热分解装置，可选取的装置是________(填字母)。
(2)暂不连接装置A，仪器组装完毕后，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，点燃酒精灯微热装置D中的玻璃管，装置F中有气泡从导管口冒出，关闭弹簧夹2，打开弹簧夹1，停止微热，若__________________________________________ ______________________________，则装置气密性良好。
(3)装置B吸收的是NH4ClO4分解产生的Cl2，装置B中加入的试剂可以是________，发生反应的离子方程式为__________________________。
(4)装置C中的试剂为浓硫酸，其作用是________________，装置E的作用是________，装置F中收集到的气体是________(写分子式)。
(5)装置D中加入铜粉，吸收NH4ClO4分解产生的O2，实验结束后，某同学取少量装置D中的固体物质倒入洁净的试管中，加入蒸馏水，振荡、静置，观察到上层溶液为蓝色，产生该现象的原因可能是________________，试设计实验进行验证：________________________________________。
4. (2023·深圳二调)某学习小组按下图所示流程，在实验室模拟处理含苯酚的工业废水，并进行相关实验探究。回答下列问题：
(1)“操作Ⅰ”所使用的玻璃仪器有烧杯和________(填仪器名称)，流程中可循环使用的物质是________(填名称)。
(2)水层2中主要溶质为__________(填化学式)。
(3)将所得苯酚配制成一定浓度的苯酚溶液，探究铁盐种类和pH对苯酚与Fe3+显色反应的影响。
[查阅资料][Fe(C6H5O)6]3-为紫色；Na＋对苯酚与Fe3+的显色反应无影响；[Fe(C6H5O)6]3-对特定波长光的吸收程度(用吸光度A表示)与[Fe(C6H5O)6]3-的浓度在一定范围内成正比。
[提出猜想]
猜想1：Cl－对苯酚与Fe3+的显色反应有影响。
猜想2：SO对苯酚与Fe3+的显色反应有影响。
猜想3：H＋对苯酚与Fe3+的显色反应有影响。
[进行实验]常温下，用盐酸调节pH配制得到pH分别为a和b的0.1 mol/L FeCl3溶液(a>b)，用硫酸调节pH配制得到pH分别为a和b的0.05 mol/L的Fe2(SO4)3溶液。取5 mL苯酚溶液于试管中，按实验1～4分别再加入0.1 mL含Fe3+的试剂，显色10 min后用紫外可见分光光度计测定该溶液的吸光度(本实验条件下，pH改变对Fe3+水解程度的影响可忽略，装置如上页图所示)。
序号 含Fe3+的试剂 吸光度
0.1 mol/L FeCl3溶液 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液
1 pH＝a / A1
2 pH＝b / A2
3 / pH＝a A3
4 / pH＝b A4
[结果讨论]实验结果为A1>A2>A3>A4。
①根据实验结果，小组同学认为此结果不足以证明猜想3成立的理由是________________________________。
②为进一步验证猜想，小组同学设计了实验5和6，补充下表中相关内容(限选试剂：NaCl溶液、Na2SO4溶液、NaCl固体、Na2SO4固体)。
序号 含Fe3+的试剂 再加入 的试剂 吸光 度
0.1 mol/L FeCl3溶液 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液
5 / pH＝a NaCl固体 A5
6 pH＝a / ________ A6
③根据实验1～6的结果，小组同学得出猜想1不成立，猜想2成立，且SO对苯酚与Fe3+的显色反应起抑制作用，得出此结论的依据是____。
④根据实验1～6的结果，小组同学得出猜想3成立，且H＋对Fe3+与苯酚的显色反应有抑制作用，从化学平衡角度解释其原因是_________________ _____________。
(4)小组同学利用滴定法测定所得“水层2”中苯酚的含量：向V1 mL样品溶液中加入过量溴水，将苯酚全部转化为化合物M；再加入过量KI溶液，充分反应后，用c mol/L Na2S2O3标准溶液滴定。
已知：ⅰ.
ⅱ.I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
①加入KI溶液前需加热除去多余的Br2，否则会使测定结果________(填“偏高”或“偏低”)。
②若消耗Na2S2O3标准溶液的体积为V2 mL，则样品中苯酚的浓度为________g/L(用含c、V1、V2的代数式表示)。
5. (2023·合肥二模)二氯异氰尿酸钠[(CNO)3Cl2Na]是常用的杀菌消毒剂，常温下为白色固体，难溶于冷水。利用高浓度的NaClO溶液和异氰尿酸[(CNO)3H3]固体制备二氯异氰尿酸钠，实验装置如下图所示(部分夹持装置略)。回答下列问题：
已知：①3Cl2＋6NaOH5NaCl＋NaClO3＋3H2O
②2NaClO＋(CNO)3H3===(CNO)3Cl2Na＋NaOH＋H2O
(1)装置A中发生反应的离子方程式为________________________。
(2)装置B中盛放的试剂为________，若撤去该装置，对C中制备实验产生的影响是____________________________。
(3)三颈烧瓶液面上出现黄绿色气体时，由上口加入(CNO)3H3固体，反应过程中仍需不断通入Cl2，原因是____________________________。
(4)装置C中冰水浴的目的是________。
(5)通过下列实验可测定二氯异氰尿酸钠样品中有效氯的含量(样品中不含NaClO)。
反应原理：[(CNO)3Cl2]－＋H＋＋2H2O===(CNO)3H3＋2HClO、HClO＋2I－＋H＋===I2＋Cl－＋H2O、I2＋2S2O===S4O＋2I－。
实验步骤：准确称取w g样品配成100 mL溶液，取25.00 mL于碘量瓶中，加入适量稀硫酸和过量KI溶液，暗处静置充分反应后，用0.100 0 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈微黄色，加入淀粉指示剂继续滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V mL。
①滴定终点的现象是______________________________________________ _____________________。
②该样品中有效氯含量的表达式为_____________________(有效氯＝×100%)。
③若滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则有效氯的测定值将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
化学实验与计算(二)
1．(1)5.0 100 mL容量瓶 (2)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2+＋2H2O (3)4.0 小于 (4)①左 ②U5
【解析】(3)①探究Na2SiO3或改变NaCl浓度，对NaClO的有效氯的影响，保证溶液的总体积不变，所以总体积为50 mL，a＝6.00，b＝2.00。(4)①当c(NaClO)变为原来的一半时，存在，解得t－t′＝≈231 h。
3．(1)b (2)装置B、C中有气泡从导管口冒出 (3)NaOH溶液 Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (4)吸收水蒸气 安全瓶(或防止F中液体倒吸入装置D) N2 (5)D中有少量CuCl2生成(或Cl2未被完全吸收) 取上层蓝色溶液，滴加过量NaOH溶液，出现蓝色沉淀，过滤，在滤液中加入稀硝酸酸化，再滴加AgNO3溶液，有白色沉淀生成
【解析】(4)装置C中盛有的浓硫酸用于吸收反应生成的水蒸气，装置E为空载仪器，作安全瓶，起防倒吸的作用，装置F为收集反应生成氮气的装置。(5)铜与氧气共热反应生成的氧化铜不溶于水，由固体溶于水后上层溶液为蓝色，说明B中氢氧化钠溶液不足或气流速率过快，未被吸收的氯气与铜共热反应生成氯化铜；检验蓝色溶液是否为氯化铜的操作为取上层蓝色溶液，滴加过量氢氧化钠溶液，出现蓝色沉淀说明蓝色溶液中存在铜离子，过滤，在滤液中加入稀硝酸酸化，再滴加硝酸银溶液，溶液中生成白色沉淀，说明溶液中存在氯离子。
4．(1)分液漏斗 苯 (2)NaHCO3 (3)①Cl－或SO对苯酚与Fe3+的显色可能有影响 ②Na2SO4固体 ③A5＝A3，A6
【解析】(3)NaClO和异氰酸钠反应后生成NaOH，反应过程中不断通入氯气，氯气可以和生成的NaOH继续反应得到NaClO，提高原料的利用率。(4)温度过高，氯气和NaOH溶液反应会生成NaClO3，所以装置C中用冰水浴。(5)①二氯异氰尿酸钠在酸溶液中转化为HClO，HClO将KI氧化为I2，加入淀粉作指示剂，淀粉遇I2变蓝，加入的Na2S2O3溶液和I2反应生成I－，所以当滴入最后半滴Na2S2O3溶液时，溶液的浅蓝色褪去且半分钟颜色不恢复，达到滴定终点。②根据离子方程式可知：HClO～2Na2S2O3，25.00 mL溶液消耗的Na2S2O3的物质的量为0.100 0 mol/L×V×10-3L＝V×10-4 mol，n(HClO)＝5V×10-5 mol，100 mL溶液中n(HClO)＝2V×10-4 mol，根据有效氯的表达式，有效氯＝×100%＝%。③若滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则消耗的标准液体积偏大，有效氯的测定值将偏高。
