定量综合实验
1.Cu2SO3·CuSO3·2H2O是一种深红色固体(以下用M表示)。某学习小组拟测定
胆矾样品的纯度,并以其为原料制备M。已知:①M不溶于水和乙醇,100 ℃时发生分解反应;
80 ℃②M可由胆矾和SO2为原料制备,反应原理为3Cu2++6H2O+3SO260~=====
-Cu2SO3·CuSO3·2H2O↓+8H++SO24。
Ⅰ.测定胆矾样品的纯度。
(1)取w g胆矾样品溶于蒸馏水配制成250 mL溶液,从中取25.00 mL于锥形
瓶中,加入指示剂,用c mol·L-1 EDTA(简写成Na4Y)标准溶液滴定至终点(滴定原理:Cu2++Y4-===CuY2-),测得消耗了V mL EDTA标准溶液。则该胆矾样品的纯度为________%(用含c、V、w的代数式表示)。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,测得的结果会________ (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
Ⅱ.制备M实验装置如下图所示:
(2)实验室用70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下制备SO2。上图A处的气体发生
装置可从下图装置中选择,最合适的是________(填字母)。
1
(3)装置D中的试剂是________。装置B中水浴加热的优点是________。 (4)实验完毕冷却至室温后,从锥形瓶中分离产品的操作包括:________、水
洗、乙醇洗、常温干燥,得产品Cu2SO3·CuSO3·2H2O。检验产品已水洗完全的操作是______________________________。 250cV【答案】(1) 偏高 (2)a
w(3)NaOH溶液(其他合理答案也可) 受热均匀,容易控制温度范围,可防止温
度过高导致产品分解
(4)过滤 取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无
沉淀生成,则产品已水洗完全(也可检验最后一次洗涤液中的H+) mol×250 g·mol-1
1 0002+4-
【解析】(1)Cu~Y,故胆矾样品的纯度=×100%
25.00 mLw g×
250 mL
=
250cV%。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,EDTA标准溶液在
cVw滴定管中会被稀释,使滴定消耗的EDTA标准溶液体积偏大,结果偏高。 (2)70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下反应生成SO2,应选择固液不加热制气装
2
置,即装置a。
(3)装置D用于吸收未反应的SO2,其中盛装的试剂可以是NaOH溶液、Na2CO3
溶液、NaHCO3溶液或Na2SO3溶液等。装置B中水浴加热的优点是受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解。
(4)用过滤的方法分离固体和溶液。水洗的目的是除去产品表面的可溶性杂质,
-+
通过检验洗涤液中是否存在SO24或H来判断水洗是否完全。
2.钢材在社会发展中应用广泛。为研究某种碳素钢(含少量碳和硫)的成分,科
研小组进行了如下探究活动。
称取碳素钢(已除表面氧化物)24.0 g放入耐高温反应管中与O2反应,除去未反
应的O2,收集到干燥混合气体X 1.12 L(已折算成标准状况下的体积)。 (1)科研小组用下图所示实验装置检验混合气体X的组成。
①装置B中的试剂是________,装置C的作用是_________________________。 ②若观察到_______。(填实验现象),证明X中含有CO。
(2)反应后,耐高温反应管内固体中除含有Fe3+之外,还可能含有Fe2+。要确
定其中的Fe2+,可选用________(填序号)。 a.KSCN溶液和氯水
3
b.KSCN溶液和铁粉
c.稀盐酸和K3[Fe(CN)6]溶液 d.稀H2SO4和KMnO4溶液
(3)科研小组用下图所示装置(部分)测定SO2的体积分数,并计算碳素钢的含碳
量。将气体X缓慢通过实验装置,当观察到________________________ (填实验现象)时,停止通气,此时气体流量仪显示的流量为112 mL(已换算成标
准状况下的体积)。则气体X中SO2的体积分数为________,碳素钢中碳元素的质量分数为________(保留1位小数)。
【答案】(1)①品红溶液 验证X中是否含有CO2 ②E中黑色固体逐渐变红,F中澄清石灰水变浑浊 (2)cd
(3)Ⅲ中溶液由蓝色突变为无色 5% 2.4% 【解析】
(1)碳素钢在耐高温反应管中与O2反应,碳和硫可能转化为CO、CO2、SO2。①
气体X通过装置A,酸性高锰酸钾溶液褪色,可以证明其中含有SO2并能除去SO2,装置B中盛装品红溶液,品红溶液不褪色,说明SO2已经除尽;装置
4
C中盛装澄清石灰水,作用是检验气体X中是否含有CO2。装置D中碱石灰的作用是除去CO2。②若气体X中含有CO,则装置E中灼热CuO粉末(黑色)转化成Cu(红色),装置F中澄清石灰水变浑浊。
(2)取反应后耐高温反应管内的固体于试管中,先加稀盐酸或稀硫酸溶解,此
时溶液中一定含有Fe3+,可能含有Fe2+,因此不能通过先将Fe2+氧化为Fe3
+
,再用KSCN溶液检验Fe3+的方法来检验Fe2+。当利用Fe2+的还原性来检验
时,可以选择KMnO4溶液,现象是KMnO4溶液褪色;利用Fe2+的颜色反应来检验时,可以选择K3[Fe(CN)6]溶液,现象是生成蓝色沉淀。
(3)测定SO2的体积分数的实验原理是:SO2+I2+2H2O===2HI+H2SO4,开始时Ⅲ
中溶液为蓝色,当溶液由蓝色变为无色时,停止通气。n(SO2)=n(I2)=0.01 mol·L-1×0.025 L=0.000 25 mol,气体X中SO2的体积分数为0.000 25 mol×22.4 L·mol-1
×100%=5%。气体X中SO2占总体积的5%,则
0.112 L1.12 L
CO、CO2共占总体积的95%,n(C)=×95%=0.047 5 mol,故
22.4 L·mol-112 g·mol-1×0.047 5 mol
碳素钢中碳元素的质量分数为×100%=2.4%。
24.0 g3.亚硝酰氯(NOCl,熔点:-64.5 ℃,沸点:-5.5 ℃)为红褐色液体或黄色气
体,具有刺鼻恶臭味,遇水剧烈水解生成氮的两种氧化物与氯化氢,易溶于浓硫酸。常可用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成。其制备装置如图所示(其中Ⅲ、Ⅳ中均为浓硫酸):
5
(1)用图甲中装置制备纯净干燥的原料气,补充下表中所缺少的药品。
装置Ⅰ 烧瓶中 分液漏斗中 ①制备纯净Cl2 MnO2 浓盐酸 ________ ②制备纯净NO Cu 稀硝酸 ________ (2)将制得的NO和Cl2通入图乙对应装置制备NOCl。
①装置连接顺序为a→________(按气流自左向右方向,用小写字母表示)。 ②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是________。 ③有人认为可以将装置Ⅳ中浓硫酸合并到装置Ⅴ中,撤除装置Ⅳ,直接将NO、
Cl2通入装置Ⅴ中,你同意此观点吗?________(填同意或不同意),原因是_______________________________。
6
装置Ⅱ
④实验开始的时候,先通入氯气,再通入NO,原因为____________________。 (3)有人认为多余的氯气可以通过下列装置暂时储存后再利用,请选择可以用
作氯气的储气的装置 ________;
(4)装置Ⅷ吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为_________________。 (5)有人认为装置Ⅷ中氢氧化钠溶液只能吸收氯气和NOCl,不能吸收NO,经过
查阅资料发现用高锰酸钾溶液可以吸收NO气体,因此在装置Ⅷ氢氧化钠溶液中加入高锰酸钾,反应产生黑色沉淀,写出该反应的离子方程式:________________________。
(6)制得的NOCl中可能含有少量N2O4杂质,为测定产品纯度进行如下实验:称
取1.662 5 g样品溶于50.00 mL NaOH溶液中,加入几滴K2CrO4溶液作指示剂,用足量硝酸酸化的0.40 mol/L AgNO3溶液滴定至产生砖红色沉淀,消耗AgNO3溶液50.00 mL。
①样品的纯度为________%(保留1位小数)
②已知常温下,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=2×10-12,若在滴定终
--3
点时测得溶液中CrO2mol/L,此时溶液中Cl-浓度是4的浓度是5.0×10
________。
7
【答案】(1)①饱和食盐水 ②H2O
(2)①e→f→c→b→d(e,f可互换) ②通过观察气泡的多少调节两种气体的
流速 ③不同意 NO与Cl2反应生成的NOCl可溶于浓硫酸 ④用Cl2排尽装置内的空气,以防NO与氧气反应 (3)Ⅰ
(4)NOCl+2NaOH===NaCl+NaNO2+H2O
-(5)NO+MnO-4===NO3+MnO2↓
(6)①78.8 ②9.0×10-6 mol/L 【解析】
(1)用MnO2与浓盐酸制备纯净干燥的氯气,需要除去氯气中的氯化氢杂质,装
置Ⅱ中的试剂是饱和食盐水;用Cu与稀硝酸制备纯净干燥的NO,需要除去NO中的NO2杂质,装置Ⅱ中的试剂是水;
(2)NOCl,熔点:-64.5 ℃,沸点:-5.5 ℃,用冰盐水冷凝;亚硝酰氯遇水
剧烈水解生成氮的两种氧化物与氯化氢,易溶于浓硫酸,要防止亚硝酰氯水解,氯气、NO有毒,所以用氢氧化钠溶液进行尾气处理,连接顺序是a-e-f-c-b-d。②通过观察装置Ⅳ、Ⅴ气泡的多少调节两种气体的流速;③氯气与一氧化氮在常温常压下反应生成NOCl,NOCl溶于浓硫酸,所以不能直接将NO、Cl2通入装置Ⅴ中;④用Cl2排尽装置内的空气,以防NO与氧气反应,所以实验开始的时候,先通入氯气,再通入NO;
8
(3)装置Ⅰ中氯气进入下面的容器时,容器中的液体排入上面的容器,需要氯
气时打开右侧活塞,水在重力作用下进入下面容器,将氯气排出,所以装置Ⅰ可以用作氯气的储气的装置。
(4)装置Ⅷ吸收尾气时,NOCl与氢氧化钠反应生成亚硝酸钠和氯化钠,反应方
程式是NOCl+2NaOH===NaCl+NaNO2 +H2O;
(5)装置Ⅷ氢氧化钠溶液中加入高锰酸钾,NO与高锰酸钾反应产生黑色沉淀MnO2
-
和硝酸钠,反应离子方程式是NO+MnO-4===NO3+MnO2↓;
(6)①设样品中NOCl的质量为x g, NOCl~~AgNO3 65.5 g 1 mol
x g 0.40 mol/L×0.05 L
65.5
=1
0.4×0.05
xx=1.31
1.31
样品的纯度为×100%=78.8%。
1.662 5
-
②已知常温下,Ksp(Ag2CrO4)=2×10-12,滴定终点时,CrO24的浓度是5.0×10
-3
mol/L,所以c(Ag)=
+
Ksp(Ag2CrO4)
=2×10-5,根据Ksp(AgCl)=2-
c(CrO4)
9
Ksp(AgCl)1.8×10-10-6
1.8×10,c(Cl)===9.0 ×10 mol/L。
c(Ag+)2×10-5
-10
-
4.化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量(废水中不含干扰测定
的物质)。
Ⅰ.用已准确称量的KBrO3固体配制一定体积的a mol·L-1 KBrO3标准溶液; Ⅱ.取V1 mL上述溶液,加入过量KBr,加H2SO4酸化,溶液颜色呈棕黄色; Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入V2 mL废水; Ⅳ.向Ⅲ中加入过量KI;
Ⅴ.用b mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定Ⅳ中溶液至浅黄色时,滴加2滴淀粉溶液,
继续滴定至终点,共消耗Na2S2O3溶液V3 mL。 已知:I2+2Na2S2O3===2NaI+Na2S4O6 Na2S2O3和Na2S4O6溶液颜色均为无色
(1)Ⅰ中配制溶液用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和________。 (2)Ⅱ中发生反应的离子方程式是__________________________。 (3)Ⅲ中发生反应的化学方程式是____________________。
(4)Ⅳ中加KI前,溶液颜色须为黄色,原因是______________________________。 (5)KI与KBrO3物质的量关系为n(KI)≥6n(KBrO3
10
)时,KI一定过量,理由是
_______________________。
(6)Ⅴ中滴定至终点的现象是____________________。
(7)废水中苯酚的含量为________ g·L-1(苯酚摩尔质量:94 g·mol-1)。 (8)由于Br2具有________性质,Ⅱ~Ⅳ中反应须在密闭容器中进行,否则会造
成测定结果偏高。 【答案】(1)容量瓶
-+(2)BrO-3+5Br+6H===3Br2+3H2O
(3) +3Br2―→+3HBr
(4)Br2过量,保证苯酚完全反应
(5)反应物用量存在关系:KBrO3~3Br2~6KI,若无苯酚时,消耗KI物质的量
是KBrO3物质的量的6倍,因有苯酚消耗Br2,所以当n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量
(6)溶液蓝色恰好消失,且半分钟内不恢复原色
(6aV1-bV3)×94
(8)易挥发
6V2
(7)
【解析】
(1)配制一定浓度的溶液需要用容量瓶进行定容。
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(2)Ⅱ中Br-与BrO-3在酸性条件下发生氧化还原反应生成Br2、H2O,离子方程
+
式为5Br-+BrO-3+6H===3Br2+3H2O。
(3)废水中含有苯酚,苯酚与Br2发生取代反应生成三溴苯酚,化学方程式为
+3Br2―→+3HBr。
(4)本实验的目的是测定经处理后的废水中的苯酚含量,苯酚需完全反应,剩
余的Br2可通过滴定原理测定,所以在加入KI之前,溶液颜色须为黄色,以确保Br2过量,苯酚完全反应。
(5)根据得失电子守恒,当n(KI)∶n(KBrO3)=6∶1时,KI恰好与步骤Ⅱ中生
成的Br2完全反应,而步骤Ⅱ中苯酚会消耗Br2,所以当n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量。
(6)滴定时用淀粉作指示剂,当达到滴定终点时,溶液蓝色恰好消失,且半分
钟内不恢复原色。
(7)结合题意可知,生成Br2的物质的量=3aV1×10-3 mol,与KI反应消耗n(Br2)
=
bV3×10-3
2
mol,则与C6H5OH反应的n(Br2)=3aV1×10-3 mol-
(3aV1×10-
-3
bV3×10-3
2
mol,
bV3×10-3
废水中苯酚的含量=(6aV1-bV3)×94
g·L-1。
6V2
12
2
3×V2×10-3 L
) mol×94 g·mol-1
=
(8)Br2具有挥发性,故Ⅱ~Ⅳ中反应须在密闭容器中进行,否则会造成测定结
果偏高。
5.水中溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校
周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下: Ⅰ.取样、氧的固定
用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含
有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定。 Ⅱ.酸化、滴定
将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标
--2-
准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O23+I2===2I+ S4O6)。
回答下列问题:
(1)取水样时应尽量避免搅动水体表面,这样操作的主要目的是
_____________________________。
(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为_______________________。 (3)Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、
玻璃棒、试剂瓶和________;蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除________及二氧化碳。
(4)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,以淀
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粉溶液作指示剂,终点现象为___________________________;
若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为________ mg·L
-1
。
(5)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏________。(填
“高”或“低”)
【答案】(1)避免水底还原性杂质进入水样中(或者防止水体中的氧气逸出) (2)2Mn(OH)2+O2===2MnO(OH)2 (3)容量瓶 氧气
(4)当最后一滴标准液滴入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化 80ab (5)低
【解析】本题采用碘量法测定水中的溶解氧的含量,属于氧化还原滴定。 (1)取水样时,若搅拌水体,会造成水底还原性杂质进入水样中,或者水体中
的氧气因搅拌溶解度降低逸出。
(2)根据氧化还原反应原理,Mn(OH)2被氧气氧化为MnO(OH)2,由此可得方程式
2Mn(OH)2+O2===2MnO(OH)2。
(3)一定物质的量浓度溶液的配制还需要容量瓶;加热可以除去溶解的氧气,
避免实验结果不准确。
(4)该实验用硫代硫酸钠标准液滴定I2,因此终点现象为当最后一滴标准液滴
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入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化;根据关系式O2~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3
可得水样中溶解氧的含量为[(ab×10-3) mol÷4×32 g·mol-1×103 mg·g-1]
÷0.1 L=80ab mg·L-1。
(5)终点读数时有气泡,气泡占据液体应占有的体积,会导致所测溶液体积偏
小,最终结果偏低。
6.某学生课外活动小组,模拟呼吸面具中的反应原理,设计用如图所示的仪器
来制取氧气并测量氧气的体积。图中量气装置E由甲、乙两根玻璃管组成,它们由橡皮管连通,并装入适量水。甲管有刻度(0—50mL),供量气用;乙管可上下移动调节液面高低。
实验可供选用的药品还有:稀硫酸、盐酸、过氧化钠、碳酸钠、大理石、水。
试完成下列问题:
(1)图中各装置接口连接顺序是_________(填各接口的编号,其中连接胶管及
夹持装置均省略)。
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(2)装置C中放入的两种反应物是_____________________。 (3)装置A的作用是___________________________,装置B的作用是
___________________________。
(4)为了较准确测量氧气的体积,除了必须检查整个装置的气密性之外,在读
反应前后甲管中液面的读数及求其差值的过程中,应注意___________(填字母编号,2项)。 A、视线与凹液面最低处相平
B、等待片刻,待乙管中液面不再上升时立刻读数 C、读数时应上下移动乙管,使甲、乙两管液面相平 D、读数时不一定使甲、乙两管液面相平
【答案】(1)⑤③④⑥⑦②①⑧(⑥⑦可换位) (2)大理石、盐酸
(3) 除去混在O2中未反应的CO2 吸收CO2中混有的HCl (4) a、c
【解析】题目要求利用过氧化钠与二氧化碳(潮湿)反应制取氧气,故首先需要制备二氧化碳.只有仪器C可以用来制取二氧化碳.制气原料应该采用大理石和盐酸,此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢.须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶,以除去这些氯化氢.然后使净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气,该
16
仪器只能选用装置D.此反应属于气体与固体之间的反应,不易反应完全,为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳,可以使它们通过仪器A.在测量氧气体积时,为了使测量更为准确,要注意上下移动仪器E中的乙管,使甲、乙两管的液面相平,以使甲管中的气压与大气气压相等,同时视线应与甲管内凹液面最低处相平,以减少观察误差。
(1)仪器C可以用来制取二氧化碳,连接3用来除去HCl,4连接6可使二氧化
碳与过氧化钠反应生成氧气,然后连接2可除去未反应的二氧化碳,最后连接8测量气体的体积,所以顺序为:⑤③④⑥⑦②①⑧(⑥、⑦可换位); (2)只有仪器C可以用来制取二氧化碳,制气原料应该采用大理石和盐酸,可
在C中加止水夹,可控制反应的进行;
(3)仪器C可以用来制取二氧化碳,此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢,
须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶,以除去这些氯化氢,净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气,为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳,可以使它们通过仪器A;
(4)为了较准确地测量氧气的体积,除了必须检查整个装置的气密性之外,在
读取反应前后甲管中液面的读数.求其差值的过程中,应注意:①读数时要调节E中甲乙的液面使其同一高度;②读数时视线要与凹液面最低处相平,故答案为:a、c。
高温7.某科研小组查阅资料知,高温下CaSO4和焦炭可发生反应:CaSO4+C――→CaS
+CaO+SO2↑+CO2↑+CO↑(未配平)。为确定产物计量关系,设计实验装置
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如下图所示。
已知B、C、D、E、F中的试剂均足量。回答下列问题: (1)实验前必须进行的操作为_________________________。 (2)通入N2的目的是_________________________。 (3)装置B中反应的离子方程式为___________________。 (4)玻璃管a的作用是___________________________。 (5)证明产物中存在CO的现象是____________________。 (6)实验测得有关数据如下表:
质量 实验前 实验后 差 375.00 376.28 装置B连同溶液的质量 g 装置C连同溶液的质量 g 1.28 g 387.50 388.38 0.88 g
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g g 127.80 127.32 装置E连同固体的质量 g g 0.48 g 则装置A中反应的化学方程式为_________________________。 【答案】(1)检验装置气密性
(2)隔绝空气,并使反应产生的气体全部进入后续装置
2+-+(3)2MnO-+5SO24+5SO2+2H2O===2Mn4+4H
(4)防堵塞,平衡压强
(5)E中固体由黑色部分变为红色,F中溶液变浑浊
高温5CaS+8CaO+8SO↑+8CO↑+12CO↑ (6)13CaSO4+20C=====22【解析】
(1)向该实验装置中通入了N2,且CaSO4和焦炭反应的产物有气体,故实验前必
须进行的操作是检验装置气密性。
(2)CaSO4和焦炭反应的气体产物有SO2、CO2、CO,实验时需要测定各气体的质
量,通入N2的目的是隔绝空气,并使反应产生的气体全部进入后续装置。 (3)装置B的作用是吸收SO2、测定SO2的质量,SO2与酸性高锰酸钾溶液发生反
--
失2e2--得5e应,由SO2――→SO4,MnO4――→Mn2+,结合电荷守恒、原子守恒和得失电2-2+
子守恒,配平离子方程式为5SO2+2MnO-+4H+。 4+2H2O===5SO4+2Mn
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(4)玻璃管a可以平衡压强,并起到防堵塞的作用。
(5)由于E中试剂足量,若产物中存在CO,则E中固体由黑色部分变为红色,
F中溶液变浑浊。
1.28 g
(6)装置B吸收的是SO2,n(SO2)==0.02 mol,装置C吸收的是
64 g·mol-1
0.88 g
CO2,n(CO2)==0.02 mol,根据CuO+CO=====Cu+CO2中ΔM44 g·mol-1
-1
△
固
0.48 g
=16 g·mol,则n(CO)==0.03 mol,n(SO2)∶n(CO2)∶n(CO)
16 g·mol-1=0.02∶0.02∶0.03=2∶2∶3①,该反应中C转化为CO、CO2失电子,CaSO4转化为CaS、SO2得电子,根据得失电子守恒得,4n(CO2)+2n(CO)=2n(SO2)+8n(CaS)②,则由①②可以确定CaS的化学计量数并配平化学方程式。
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