课时规范练36 高考化学综合实验探究题
非选择题:本题共5小题。
1.(2024湖北卷)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质,室温下进行了实验Ⅰ~Ⅳ。
实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ
无明显变化 溶液变为红色,伴有气泡产生 溶液变为墨绿色,并持续产生能使带火星木条复燃的气体
已知:[Co(H2O)6]2+为粉红色、[Co(H2O)6]3+为蓝色、[Co(CO3)2]2-为红色、[Co(CO3)3]3-为墨绿色。回答下列问题。
(1)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到下列仪器中的 (填字母)。
(2)实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+ (填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HC大大过量的原因是 。实验Ⅲ初步表明[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解,写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式: 、 。
(3)实验Ⅰ表明,反应2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行,利用化学平衡移动原理,分析Co3+、Co2+分别与C配位后,正向反应能够进行的原因: 。
实验Ⅳ:
(4)实验Ⅳ中,A溶液到B溶液变为蓝色,并产生气体;B溶液到C溶液变为粉红色,并产生气体。从A溶液到C溶液所产生的气体的分子式分别为 、 。
2.富马酸亚铁(结构简式为,相对分子质量为170)是治疗贫血药物的一种。实验制备富马酸亚铁并测其产品中富马酸亚铁的质量分数的方法如下。
Ⅰ.富马酸(HOOC—CHCH—COOH)的制备。制取装置如图所示(夹持仪器已略去),按如图装置打开分液漏斗活塞,滴加糠醛(),在90~100 ℃条件下持续加热2~3 h。
(1)仪器A的名称是 ;
仪器A的作用是 。
Ⅱ.富马酸亚铁的制备
步骤1:将4.64 g富马酸置于100 mL烧杯中,加20 mL水,在热沸搅拌下加入Na2CO3溶液10 mL,使其pH为6.5~6.7;
步骤2:将上述溶液转移至如图所示的装置中,缓慢加入40 mL 2 mol·L-1 FeSO4溶液,维持温度100 ℃,充分搅拌1.5 h;
步骤3:冷却、过滤,洗涤沉淀,然后水浴干燥,得到粗产品3.06 g。
(2)在回流过程中一直通入氮气的目的是 。
(3)步骤1控制溶液pH为6.5~6.7;若反应后溶液的pH太小,则引起的后果是 ;若反应后溶液的pH太大,则引起的后果是 。
Ⅲ.产品纯度测定
步骤①:准确称取粗产品0.160 0 g,加煮沸过的3 mol·L-1 H2SO4溶液15 mL,待样品完全溶解后,加煮沸过的冷水50 mL和4滴邻二氮菲—亚铁指示剂,立即用0.050 0 mol·L-1(NH4)2Ce(SO4)3(硫酸高铈铵)标准溶液进行滴定。用去标准液的体积为16.82 mL(反应的离子方程式为Fe2++Ce4+Fe3++Ce3+)。
步骤②:实验校正。不加粗产品,重复步骤①操作,滴定终点用去标准液0.02 mL。
(4) (填“能”或“不能”)直接用酸性高锰酸钾溶液滴定来测定产品的纯度。
(5)产品中富马酸亚铁的质量分数为 。
3.(2024湖南卷)亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备[Cu(CH3CN)4]ClO4的反应原理如下。Cu(ClO4)2·6H2O+Cu+8CH3CN2[Cu(CH3CN)4]ClO4+6H2O
实验步骤如下。
分别称取3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O和0.76 g Cu粉置于100 mL乙腈(CH3CN)中,回流装置图和蒸馏装置图(加热、夹持等装置略)如下。
装置图Ⅰ
装置图Ⅱ
已知:①乙腈是一种易挥发的强极性配位溶剂;
②相关物质的信息如下。
化合物 [Cu(CH3CN)4]ClO4 Cu(ClO4)2·6H2O
相对分子质量 327.5 371
在乙腈中颜色 无色 蓝色
回答下列问题。
(1)下列与实验有关的图标表示排风的是 (填字母)。
(2)装置Ⅰ中仪器M的名称为 。
(3)装置Ⅰ中反应完全的现象是 。
(4)装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是 。
(5)[Cu(CH3CN)4]ClO4不能由步骤c直接获得,而是先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶获得。这样处理的目的是 。
(6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,步骤e中向母液中加入的最佳溶剂是 (填字母)。
A.水 B.乙醇
C.乙醚
(7)合并步骤d和e所得的产物,总质量为5.32 g,则总收率为 (用百分数表示,保留一位小数)。
4.(2024吉林卷)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:
Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL乙酸(100 mmol)、8.8 mL乙醇(150 mmol)、1.4 g NaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。
Ⅱ.加热回流50 min后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。
Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。
Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。
Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。
回答下列问题。
(1)NaHSO4在反应中起 作用,用其代替浓硫酸的优点是 (答出一条即可)。
(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可 。
(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是 (填字母)。
A.无需分离
B.增大该反应平衡常数
C.起到沸石作用,防止暴沸
D.不影响甲基紫指示反应进程
(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是 (填名称)。
(5)该实验乙酸乙酯的产率为 (精确至0.1%)。
(6)若改用C2OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为 (精确至1)。
5.(2023辽宁卷)2-噻吩乙醇(Mr=128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体,其制备方法如下:
Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠,加热至钠熔化后,盖紧塞子,振荡至大量微小钠珠出现。
Ⅱ.制2-噻吩钠。降温至10 ℃,加入25 mL噻吩,反应至钠砂消失。
Ⅲ.制2-噻吩乙醇钠。降温至-10 ℃,加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液,反应30 min。
Ⅳ.水解。恢复室温,加入70 mL水,搅拌30 min;加盐酸调pH至4~6,继续反应2 h,分液;用水洗涤有机相,二次分液。
Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4,静置,过滤,对滤液进行蒸馏,蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后,得到产品17.92 g。
回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ中液体A可以选择 。
a.乙醇 b.水
c.甲苯 d.液氨
(2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是 。
(3)步骤Ⅱ的化学方程式为 。
(4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法是 。
(5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是 。
(6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是 (填名称);无水MgSO4的作用为 。
(7)产品的产率为 (用Na计算,精确至0.1%)。
参考答案
课时规范练36 高考化学综合实验探究题
1.答案 (1)bc
(2)不能 吸收转化过程中产生的H+,促使反应正向进行 2[Co(H2O)6]2++10HC+H2O22[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑ 2H2O22H2O+O2↑
(3)Co2+与C配位,H+浓度增大,平衡正向移动,Co3+与C配位,[Co(H2O)6]3+浓度降低,平衡正向移动
(4)CO2 O2
解析 探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质的实验中,实验Ⅰ中无明显变化,证明[Co(H2O)6]2+不能催化H2O2的分解;实验Ⅱ中溶液变为红色,证明[Co(H2O)6]2+易转化为[Co(CO3)2]2-;实验Ⅲ中溶液变为墨绿色,说明[Co(H2O)6]3+更易与C反应生成[Co(CO3)3]3-,并且初步证明[Co(H2O)6]2+在HC的作用下易被H2O2氧化为[Co(CO3)3]3-;实验Ⅳ中溶液先变为蓝色,后变为粉红色,并且前后均有气体生成,证明在酸性条件下,[Co(CO3)3]3-易转化为[Co(H2O)6]3+,[Co(H2O)6]3+氧化性强,可以把H2O氧化为O2。
(1)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到容量瓶、胶头滴管等,因此选bc。
(2)CoSO4溶液中存在大量的[Co(H2O)6]2+,向其中加入1 mL 30%的H2O2溶液后无明显变化,因此实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+不能催化H2O2的分解。实验Ⅱ中,溶液变为红色,伴有气泡产生,说明生成了[Co(CO3)2]2-和CO2,则发生反应:4HC+[Co(H2O)6]2+[Co(CO3)2]2-+2CO2↑+8H2O。实验Ⅱ中n(HC)∶n{[Co(H2O)6]2+}=32∶3,远大于反应中的n(HC)∶n{[Co(H2O)6]2+}=4∶1,实验Ⅱ中HC与Co2+结合转化为[Co(CO3)2]2-和H+,过量的HC能吸收转化过程中产生的H+,促使反应正向进行。实验Ⅲ中溶液变为墨绿色,表明在H2O2的作用下[Co(H2O)6]2+能与HC反应生成[Co(CO3)3]3-,且[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解,因此H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式为2[Co(H2O)6]2++10HC+H2O22[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑、2H2O22H2O+O2↑。
(3)Co2+与C配位,H+浓度增大,平衡正向移动,Co3+与C配位,[Co(H2O)6]3+浓度降低,平衡正向移动,因此反应都能正向进行。
(4)实验Ⅳ中,A溶液到B溶液变为蓝色,并产生气体,说明发生了[Co(CO3)3]3-+6H++3H2O[Co(H2O)6]3++3CO2↑;B溶液到C溶液变为粉红色,并产生气体,说明发生了4[Co(H2O)6]3++2H2O4[Co(H2O)6]2++O2↑+4H+,因此从A溶液到C溶液所产生的气体的分子式分别为CO2和O2。
2.答案 (1)球形冷凝管 冷凝回流,提高糠醛的利用率,减少富马酸的挥发
(2)防止Fe2+被氧化
(3)生成的富马酸亚铁少 Fe2+转化成Fe(OH)2沉淀
(4)不能
(5)89.25%
解析 (1)由题图可知仪器A的名称是球形冷凝管;球形冷凝管的作用是冷凝回流,提高糠醛的利用率,减少富马酸的挥发。
(2)Fe2+有很强的还原性,极易被氧化,故在回流过程中一直通入氮气的目的是防止Fe2+被氧化。
(3)反应后溶液的pH太小,抑制富马酸的电离,反应不够充分,则引起的后果是生成的富马酸亚铁少;若反应后溶液的pH太大,亚铁离子易变成沉淀,则引起的后果是Fe2+转化成Fe(OH)2沉淀。
(4)富马酸亚铁分子中有碳碳双键,会被酸性高锰酸钾氧化,所以不能直接用酸性高锰酸钾溶液滴定来测定产品的纯度。
(5)不加粗产品,重复步骤①操作,进行实验校正,减小实验误差,滴定终点用去标准溶液0.02 mL,则富马酸亚铁用去标准溶液的体积为(16.82-0.02)mL=16.80 mL。n(富马酸亚铁)=16.80×10-3×0.050 0 mol,产品中富马酸亚铁的质量分数为×100%=89.25%。
3.答案 (1)D (2)球形冷凝管
(3)双颈烧瓶中溶液蓝色褪去变为无色
(4)排出装置内空气,防止产品[Cu(CH3CN)4]ClO4被氧化
(5)防止乙腈被蒸完全,导致产物分解
(6)C (7)81.2%
解析 将Cu(ClO4)2·6H2O和Cu粉以及乙腈(CH3CN)加入双颈烧瓶中,经水浴加热并冷却回流进行充分反应,反应结束后过滤除去未反应完全的Cu粉,然后利用乙腈的挥发性进行蒸馏除去部分乙腈,将剩余的接近饱和的溶液进行冷却结晶分离出[Cu(CH3CN)4]ClO4。
(1)表示需佩戴护目镜,表示当心火灾,表示注意烫伤,表示排风,表示必须洗手,故答案为D项。
(2)装置Ⅰ中仪器M的名称为球形冷凝管。
(3)Cu(ClO4)2·6H2O在乙腈中为蓝色,[Cu(CH3CN)4]ClO4在乙腈中为无色,因此装置Ⅰ双颈烧瓶中溶液蓝色褪去变为无色,可证明Cu(ClO4)2·6H2O已充分反应。
(4)由于制备的[Cu(CH3CN)4]ClO4中Cu元素为+1价,具有较强的还原性,容易被空气中的氧气氧化,因此装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是排出装置内空气,防止产品[Cu(CH3CN)4]ClO4被氧化。
(5)产物中乙腈作为配体,若直接蒸馏会将体系中乙腈全部蒸出,易导致产物分解。
(6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,可向母液中加入非极性溶剂乙醚。
(7)3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O的物质的量为=0.01 mol,Cu粉的物质的量为>0.01 mol,Cu粉过量,理论制得[Cu(CH3CN)4]ClO4的质量为0.01 mol×2×327.5 g·mol-1=6.55 g,总收率为×100%≈81.2%。
4.答案 (1)催化剂 不会使反应物脱水而发生副反应(或其他合理答案)
(2)吸收生成的H2O,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率
(3)AD (4)分液漏斗 (5)73.5% (6)90
解析 乙酸乙酯的制备原理为:
,
其中浓硫酸的作用为催化剂和吸水剂,既能催化反应,加快反应速率,又能吸收反应生成的水,使平衡正向移动,增大产率。本题所给实验中用NaHSO4代替浓硫酸起催化作用,用能吸水的变色硅胶吸水,使平衡正向移动,冷却后用Na2CO3溶液将剩余的酸性物质反应掉,用无水MgSO4干燥产品,最后蒸馏收集73~78 ℃馏分获得产品乙酸乙酯。
(1)用NaHSO4代替浓硫酸起催化作用,因为浓硫酸有脱水性,能够将反应原料炭化,而NaHSO4无脱水性,不会使反应物脱水而发生副反应,提高产品产率。同时还有减少有毒气体(SO2)的产生等其他优点。
(2)变色硅胶有吸水性,可吸收反应生成的水,使酯化反应平衡右移,提高产率。
(3)不向溶液中直接加入变色硅胶的优点是后续过程中不用再分离出去,且与甲基紫指示剂分开,不会影响其指示过程。平衡常数只与温度有关。故选A、D。
(4)分离有机相和洗涤有机相均需用分液漏斗进行分液。容量瓶在配制一定物质的量浓度的溶液时使用,普通漏斗在过滤时使用,洗气瓶在除气体中的杂质时使用。
(5)产率=×100%。原料中乙酸和乙醇按1∶1反应,显然乙酸比乙醇的量少,利用乙酸的物质的量计算产率:×100%=73.5%。
(6)酯化反应中,酸脱羟基醇脱氢,得到的产品应为
CH3CO18OCH2CH3,其分子离子峰的质荷比数值为90。
5.答案 (1)c
(2)噻吩与吡咯均为分子晶体,噻吩分子间仅存在范德华力,而吡咯分子间还存在氢键,沸点更高
(3)
(4)少量多次加入
(5)提供酸性环境,利于水解并生成可溶性的钠盐便于后续分液
(6)球形冷凝管与分液漏斗 干燥吸水 (7)70.0%
解析 (1)钠能与乙醇、水、液氨发生置换反应,因此只能选择甲苯作为溶剂。
(2)通过实验中的物质对结构化学的内容进行考查,噻吩与吡咯均为分子晶体,噻吩分子间仅存在范德华力,而吡咯分子间还存在氢键,沸点更高。
(3)该反应为置换反应,其化学方程式为。
(4)因反应放热,为防止温度过高引发副反应,应将环氧乙烷溶液少量多次加入。
(5)该过程为将2-噻吩乙醇钠水解为2-噻吩乙醇,提供酸性环境,利于水解并产生可溶性的NaCl,便于后续分液。
(6)向有机相中加入无水硫酸镁的目的为吸水干燥。进行过滤所需的装置为:漏斗、烧杯、玻璃棒;后续的蒸馏过程中所需的仪器有:酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、牛角管、锥形瓶。因此用不到的仪器为球形冷凝管和分液漏斗。
(7)按Na计算,根据反应物Na的物质的量为0.2 mol可知理论上产物的物质的量为0.2 mol,质量为25.6 g,实际得到的产物为17.92 g,因此其产率为70.0%。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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