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新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：10.4 化学实验中的综合探究与创新突破
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这是一份新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：10.4 化学实验中的综合探究与创新突破，共52页。
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第4讲 化学实验中的综合探究与创新突破
[考试要求]
1．能列举物质组成和结构的实验方法，能根据仪器分析的数据或图表推测简单物质的组成和结构。2.能在复杂的化学问题情境中提出有价值的实验探究课题，能设计有关物质转化、分离提纯、性质应用等的综合实验方案。3.能运用变量控制的方法探究并确定合适的反应条件，安全、顺利地完成实验。4.能用数据、图表、符号等描述实验证据并据此分析推理形成结论，能对实验方案、实验过程和实验结论进行评论，提出进一步探究的设想。
探究突破一 以物质制备为载体的实验综合
[例1] 氯化亚铜（CuCl）为白色晶体，微溶于水，能溶于氨水、浓盐酸，并生成配合物，不溶于硫酸、稀硝酸和醇，在工业上应用广泛。工业上制取氯化亚铜的工艺流程如下：
实验药品：铜丝20 g、氯化铵20 g、65%硝酸10 mL、36%盐酸15 mL、水。
（1）反应①的化学方程式为________________________________________________________________________，
用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________（写出一条即可）。
（2）工业化生产时，95%乙醇可通过 的方法回收并循环利用，而NH4Cl、 （填化学式）可直接循环利用。
（3）实验室用右图装置制备CuCl。
①实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，最宜选择下列装置中的 （填字母）。
②实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温，主要原因是________________________________________________________________________。
电炉加热升温至50 ℃时停止加热，反应快速进行，烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色，从环保角度考虑，当________________________________________________________________________
时才能停止通入氧气；待冷却至室温后，再打开活塞，沿 （填字母）口倾出棕色反应液于1 000 mL大烧杯中，加水500 mL，即有大量白色沉淀析出。
[思维建模]
[练1] 环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下：
回答下列问题：
Ⅰ.环己烯的制备与提纯
（1）原料环己醇中若含苯酚杂质，检验试剂为 ，现象为 。
（2）操作1的装置如图所示（加热和夹持装置已略去）。
①烧瓶A中进行的可逆反应化学方程式为 ，浓硫酸也可作该反应的催化剂，选择FeCl3·6H2O而不用浓硫酸的原因为 （填序号）。
a.浓硫酸易使原料炭化并产生SO2
b.FeCl3·6H2O污染小、可循环使用，符合绿色化学理念
c.同等条件下，用FeCl3·6H2O比浓硫酸的平衡转化率高
②仪器B的作用为 。
（3）操作2用到的玻璃仪器是 。
（4）将操作3（蒸馏）的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石， ，弃去前馏分，收集83 ℃的馏分。
Ⅱ.环己烯含量的测定
在一定条件下，向a g环己烯样品中加入定量制得的b mol Br2，与环己烯充分反应后，剩余的Br2与足量KI作用生成I2，用c mol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定，终点时消耗Na2S2O3标准溶液V mL（以上数据均已扣除干扰因素）。
测定过程中，发生的反应如下：
①
②Br2＋2KI===I2＋2KBr
③I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
（5）滴定所用指示剂为 。样品中环己烯的质量分数为 （用字母表示）。
（6）下列情况会导致测定结果偏低的是 （填序号）。
a.样品中含有苯酚杂质
b.在测定过程中部分环己烯挥发
c.Na2S2O3标准溶液部分被氧化
【练后总结】
1．有机综合实验中三个关键点
（1）加热：酒精灯的火焰温度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用酒精灯加热，若温度要求更高，可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热。
（2）防暴沸：加沸石（碎瓷片），防止溶液暴沸，若开始忘加沸石（碎瓷片），需冷却后补加。
（3）冷凝回流
有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。如图1、图3中的冷凝管，图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。
2．常见有机物分离提纯的方法
（1）分液：用于分离两种互不相溶（密度也不同）的液体。
（2）蒸馏：用于分离沸点不同的液体。分馏的原理与此相同。
（3）洗气：用于除去气体混合物中的杂质，如乙烷中的乙烯可通过溴水洗气除去。
（4）萃取分液：如分离溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯进行萃取，然后分液。
3．有机综合类的一般分析流程
探究突破二 以流程分析为载体的实验综合
[例2] 硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是 。
（2）步骤②需要加热的目的是 ，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为 （填标号）。
（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是 。分批加入H2O2，同时为了 ，溶液要保持pH小于0.5。
（4）步骤⑤的具体实验操作有 ，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
[解题说明]
1.题型说明
化工流程实验题的命题来源很广，与各个知识模块的结合点较多，因此分析工业生产化工流程实验题时，应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来，它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题，可以说它是无机框图题的创新。流程的呈现形式有①操作流程；②物质变化流程；③装置流程。
2.解题分析
解题时首先要分析流程图，要明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出方向，其次依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应，弄清有关反应原理，明确目的（如沉淀反应、除杂、分离）；然后再分析具体制备装置图，结合物质的分离及定量测定等基本操作，有效地进行信息的利用，准确表述和工整书写。所以只有复习时牢固掌握实验基础知识，才能有效结合题中的信息，准确答题。
[练2] 咖啡因是一种生物碱（易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华），有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸（Ka约为10－6，易溶于水及乙醇）约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。
索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：
（1）实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是 。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒 。
（2）提取过程不可选用明火直接加热，原因是 。与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是 。
（3）提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是 。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有 （填标号）。
A．直形冷凝管 B．球形冷凝管
C.接收瓶 D．烧杯
（4）浓缩液加生石灰的作用是中和 和吸收 。
（5）可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是 。
探究突破三 以物质性质为载体的实验综合
[例3] 某实验小组同学设计实验，完成Cu和Fe2（SO4）3溶液的反应，用KSCN溶液检验是否还存在Fe3＋。
实验Ⅰ：
0.2 g 铜粉（足量）
2 mL 0.1 mol·L－1
Fe2（SO4）3溶液
实验操作及现象
ⅰ.加入铜粉后充分振荡，静置，溶液变成浅蓝绿色；
ⅱ.取少量ⅰ中清液于试管中，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，立即出现白色沉淀，溶液局部变为红色，振荡后红色迅速褪去
已知：ⅰ.Cu2＋CuSCN↓（白色）＋（SCN）2（黄色）
ⅱ.（SCN）2的性质与卤素单质相似
ⅲ.CuSCN溶于稀硝酸，发生反应CuSCN＋HNO3―→CuSO4＋N2↑＋CO2↑＋H2O（未配平）
（1）依据现象ⅰ可预测该反应的离子方程式为 。
（2）该小组同学查阅资料认为现象ⅱ中的白色沉淀可能为CuSCN，设计实验进行验证。
实验Ⅱ：取少量实验Ⅰ中的白色沉淀于试管中 （补充所加试剂及实验现象），证明该白色沉淀为CuSCN。
（3）该小组同学继续探究白色沉淀的成因，进行如下实验。实验Ⅲ：
3滴0.1
mol·L－1
KSCN溶液
试管内试剂
现象
结论
2 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液
ⅰ.短时间内无明显变化，溶液逐渐变浑浊，1小时后，有少量白色沉淀生成
CuSO4与KSCN反应生成了白色沉淀，Fe2＋能促进该反应
试剂A
ⅱ.无明显现象
2 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4和0.1 mol·L－1 CuSO4混合溶液
ⅲ.瞬间产生白色沉淀，局部溶液变红，振荡后红色褪去
在实验Ⅲ中：
①写出现象ⅰ中生成白色沉淀的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②试剂A为 。
③根据现象ⅲ结合化学用语及必要的文字解释Fe2＋能加快沉淀生成的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）有同学认为实验Ⅲ不能充分证明其结论，并补充实验Ⅳ：
取2 mL 0.1 mol·L－1 Fe2（SO4）3溶液，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液后，溶液变红，然后滴加2 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液于试管中， （补充实验现象），说明白色沉淀不是由Fe3＋与SCN－反应生成，且Fe3＋不能加快CuSCN的生成。
（5）改变实验Ⅰ中铜的用量，设计实验V：
0.01 g 铜粉（不足量）
2 mL 0.1 mol·L－1
Fe2（SO4）3溶液
实验操作及现象
ⅰ.加入铜粉后充分振荡，溶液变成浅蓝绿色；
ⅱ.取少量ⅰ中清液于试管中，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，溶液变为红色，立即出现白色沉淀，振荡后红色迅速褪去
该小组同学认为实验V中现象ⅱ红色褪去与平衡移动有关，解释为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
思维流程
[练3] 某实验小组研究溶液中AgNO3和Na2S的反应。
实验
试剂
现象
试管
滴管
2 mL
0.1 mol·L－1
AgNO3
溶液（pH＝4）
0.1 mol·L－1Na2S
溶液（pH＝9）
出现黑
色沉淀
（1）用离子方程式解释AgNO3溶液pH<7的原因是 。
（2）实验小组同学认为黑色沉淀中可能含有Ag2O、Ag2S或Ag，设计实验验证。
已知：ⅰ.浓硝酸能将Ag2S转化为Ag＋和SO42-（Ag2SO4可溶于硝酸）；
ⅱ.Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液[Ag（NH3）2OH]，而Ag2S和Ag均不能。
①设计并实施如下实验，证实沉淀中含有Ag2S，试剂1和试剂2分别是 、 。
现象1中出现的现象是 。
②设计并实施如下实验，证实沉淀中不含有Ag2O，将实验操作补充完整。
实验操作
实验现象
步骤ⅰ
取少量银氨溶液，向其中滴加盐酸
出现白色沉淀
步骤ⅱ
取少量洗涤后的黑色沉淀，
没有沉淀出现
写出步骤ⅰ中反应的化学方程式： 。
③经检验，沉淀中不含有Ag。
（3）实验小组同学认为AgNO3溶液具有氧化性，在一定条件下能够氧化Na2S，设计实验进行研究（实验装置如图所示），测得电压为a（a>0）。对AgNO3溶液中氧化S2－的物质进行推测：
假设1：0.1 mol·L－1 AgNO3溶液（pH＝4）中的Ag＋氧化了S2－；
假设2：0.1 mol·L－1 AgNO3溶液（pH＝4）中的NO氧化了S2－
利用下图装置继续研究（已知：电压大小反映了物质氧化性与还原性强弱的差异；物质氧化性与还原性强弱的差异越大，电压越大）。
①将pH＝4的0.1 mol·L－1 AgNO3溶液替换为 溶液，记录电压为b（b>0）。
②上述实验证实了氧化S2－的物质中一定包含了Ag＋，其证据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
实验结论：AgNO3溶液与Na2S溶液的反应类型与反应条件有关。
练后归纳
1.性质原理探究实验题命题角度
类型
思考方向
酸性强弱比较
可通过强酸制弱酸、对应盐溶液的碱性、同浓度溶液导电能力或pH等方法来比较
金属性强弱比较
可通过与水或酸反应置换氢的能力、最高价氧化物对应水化物的碱性、置换反应、原电池的正负极、电解池中阴极阳离子的放电顺序等方法来比较
非金属性强弱比较
可通过最高价氧化物对应水化物的酸性、气态氢化物的稳定性、与H2化合的难易程度、相互之间的置换、对应阴离子的还原性等方法来比较
弱酸酸式盐的电离程度与水解程度比较
可通过测定溶液的酸碱性的方法来比较
Ksp的大小比较（以AgCl、AgI为例）
①向少量的AgNO3溶液中滴加NaCl溶液至不再有白色沉淀生成，再向其中滴加KI溶液产生黄色沉淀；②向浓度均为0.1 mol·L－1的NaCl、NaI混合溶液中滴加0.1 mol·L－1 AgNO3溶液先产生黄色沉淀
一元酸、二元酸判断
可用NaOH溶液进行中和滴定测定消耗V（NaOH）来确定
羟基的数目判断
可通过取一定量试剂与足量Na反应测定放出氢气的量来确定
羧基的数目判断
可通过取一定量试剂与足量NaHCO3反应测定放出CO2的量来确定
2.性质原理探究实验题答题注意事项
（1）实验操作的原因、目的、作用的答题要点
答题要素
明确实验目的：做什么
明确操作目的：为什么这样做
明确结论：这样做会有什么结果？理由是什么
得分点及关键词
操作：怎么“做”，为什么这样“做”
作用：须有明确的结论、判断、理由
（2）实验现象的准确、全面描述
答题要素
现象描述要全面：看到的、听到的、触摸到的、闻到的
现象描述要准确：如A试管中……B处有……
按“现象＋结论”格式描述，忌现象结论不分、由理论推现象、指出具体生成物的名称
得分
点及
关键
词
溶液中：颜色由……变成……，液面上升或下降（形成液面差），溶液变浑浊，生成（产生）……沉淀，溶液发生倒吸，产生大量气泡（或有气体从溶液中逸出），有液体溢出等
固体：表面产生大量气泡，逐渐溶解，体积逐渐变小，颜色由……变成……等
气体：生成……色（味）气体，气体由……色变成……色，先变……后……（加深、变浅、褪色）等
（3）试剂的作用的答题模板
答题
要素
试剂的作用是什么？要达到的目的是什么
得分点
及关键
词
作用类：“除去”“防止”“抑制”“使……”等，回答要准确
作用—目的类：“作用”是“……”，“目的”是“……”，回答要准确全面
探究突破四 以组成含量为载体的实验综合
[例4] 为测定某氟化稀土样品中氟元素的质量分数，某化学兴趣小组进行了如下实验。利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为氟化氢（低沸点酸）蒸出，再滴定测量。实验装置如图所示。
（1）a的作用是 ，仪器d的名称是 。
（2）检查装置气密性： （填操作），关闭K，微热c，导管e末端有气泡冒出；停止加热，导管e内有一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。
（3）c中加入一定体积高氯酸和m g氟化稀土样品，f中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加热b、c，使b中产生的水蒸气进入c。
①下列物质可代替高氯酸的是 （填字母）。
A．硝酸 B．盐酸
C．硫酸 D．磷酸
②实验中除有HF气体外，可能还有少量SiF4（易水解）气体生成。若有SiF4生成，实验结果将 （填“偏高”“偏低”或“不受影响”）。
③若观察到f中溶液红色褪去，需要向f中及时补加NaOH溶液，否则会使实验结果偏低，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）向馏出液中加入V1 mL c1 mol·L－1 La（NO3）3溶液，得到LaF3沉淀，再用c2 mol·L－1 EDTA标准溶液滴定剩余La3＋（La3＋与EDTA按1∶1配合），消耗EDTA标准溶液V2 mL，则氟化稀土样品中氟的质量分数为 。
（5）用样品进行实验前，需要用0.084 g氟化钠代替样品进行实验，改变条件（高氯酸用量、反应温度、蒸馏时间），测量并计算出氟元素质量，重复多次。该操作的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解题流程
[练4] 实验室中利用含银废料（主要含有AgNO3和AgCl）制取硝酸银的实验步骤如下：
步骤1：向废液中加入足量的NaCl溶液，将所得沉淀过滤，并洗涤干净。
步骤2：将沉淀放入烧杯，并放入铝片，再加入20%的Na2CO3溶液至浸没固体，加热搅拌，至沉淀变为灰白色[含有Ag、Al（OH）3和少量仍未反应的AgCl]。取出铝片，过滤并洗涤沉淀。
步骤3：……
（1）步骤1中检验所加NaCl溶液已经足量的方法是 。
（2）步骤2加热时还产生能使澄清石灰水变浑浊的气体。写出该过程中发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）已知AgNO3和Al（NO3）3的溶解度曲线如图所示，请补充完整由步骤2中所得灰白色沉淀制取硝酸银晶体的实验方案：向所得灰白色混合物中 ，得到硝酸银晶体（实验中必须使用的试剂有稀盐酸、稀硝酸、冰水）。
（4）已知：Ag＋＋SCN－===AgSCN↓（白色）。实验室可通过如下过程测定所制硝酸银样品的纯度（杂质不参与反应）：
①称取2.000 g 制备的硝酸银样品，加水溶解，定容到100 mL。溶液配制过程中所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外还有 。
②准确量取25.00 mL溶液，酸化后滴入几滴铁铵钒[NH4Fe（SO4）2]溶液作指示剂，再用0.100 0 mol·L－1NH4SCN标准溶液滴定。滴定终点的实验现象为 。
③重复②的操作两次，所用NH4SCN标准溶液的平均体积为29.00 mL。则硝酸银的质量分数为 。
【练后总结】
1.定量实验数据的测量方法
（1）沉淀法：先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
（2）测气体体积法：对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
①常见测量气体体积的实验装置
②量气时应注意的问题
a．量气时应保持装置处于室温状态。
b．读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与凹液面最低处相平。如图中（Ⅰ）（Ⅳ）应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
（3）测气体质量法
将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。
（4）滴定法
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
（5）热重法
只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。
2.定量实验数据的处理方法
（1）看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。
（2）看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。
（3）看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。
（4）看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下得出的数据才能进行比较、运算。
（5）看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。
本讲真题研练
1.[2020·全国卷Ⅰ·27]为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
（1）由FeSO4·7H2O固体配置0.10 mol·L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 （从下列图中选择，写出名称）。
（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择 作为电解质。
阳离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
阴离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝ 。
（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为 ，铁电极的电极反应式为 。因此，验证了Fe2＋氧化性小于 、还原性小于 。
（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2（SO4）3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2.[2020·全国卷Ⅱ·27]苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：
名称
相对分
子质量
熔点/℃
沸点
/℃
密度/
（g·mL－1）
溶解性
甲苯
92
－95
110.6
0.867
不溶于水，易溶于乙醇
苯甲酸
122
122.4（100 ℃左
右开始升华）
248
——
微溶于冷水，易溶于乙醇、热水
实验步骤：
（1）在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g（约0.03 mol）高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。
（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0 g。
（3）纯度测定：称取0.122 g粗产品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH标准溶液。
回答下列问题：
（1）根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为 （填标号）。
A．100 mL B．250 mL
C．500 mL D．1 000 mL
（2）在反应装置中应选用 冷凝管（填“直形”或“球形”），当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是 。
（3）加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ；该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理________________________________________________________________________。
（4）“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。
（5）干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是 。
（6）本实验制备的苯甲酸的纯度为 ；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 （填标号）。
A．70% B．60% C．50% D．40%
（7）若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中 的方法提纯。
3.[2020·山东卷·20]某同学利用Cl2氧化K2MnO4制备KMnO4的装置如图所示（夹持装置略）：
已知：锰酸钾（K2MnO4）在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：
3MnO42-＋2H2O===2MnO4-＋MnO2↓＋4OH－
回答下列问题：
（1）装置A中a的作用是 ；装置C中的试剂为 ；装置A中制备Cl2的化学方程式为 。
（2）上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO4产率降低，改进的方法是 。
（3）KMnO4常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO4溶液加入 （填“酸式”或“碱式”）滴定管中；在规格为50.00 mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始读数为15.00 mL，此时滴定管中KMnO4溶液的实际体积为 （填标号）。
A．15.00 mL B．35.00 mL
C．大于35.00 mL D．小于15.00 mL
（4）某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为Fe2（C2O4）3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下：
Ⅰ.称取m g样品于锥形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加热至75 ℃。用c mol·L－1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色，消耗KMnO4溶液V1 mL。
Ⅱ.向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3＋完全还原为Fe2＋，加入稀H2SO4酸化后，在75 ℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色，又消耗KMnO4溶液V2 mL。
样品中所含H2C2O4·2H2O（M＝126 g·mol－1）的质量分数表达式为 。
下列关于样品组成分析的说法，正确的是 （填标号）。
A． V1V2＝3时，样品中一定不含杂质
B．V1V2越大，样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高
C．若步骤Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低
D．若所用KMnO4溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高
4.[2020·浙江7月·30]硫代硫酸钠在纺织业等领域有广泛应用。某兴趣小组用如图装置制备Na2S2O3·5H2O。
合成反应：SO2＋Na2CO3===Na2SO3＋CO2 2Na2S＋3SO2===2Na2SO3 ＋3S
Na2SO3＋SNa2S2O3
滴定反应：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
已知：Na2S2O3·5H2O易溶于水，难溶于乙醇，50 ℃开始失结晶水。
实验步骤：
Ⅰ.Na2S2O3制备：装置A制备的SO2经过单向阀通入装置C中的混合溶液，加热、搅拌，至溶液pH约为7时，停止通入SO2气体，得产品混合溶液。
Ⅱ.产品分离提纯：产品混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到Na2S2O3·5H2O产品。
Ⅲ.产品纯度测定：以淀粉作指示剂，用Na2S2O3·5H2O产品配制的溶液滴定碘标准溶液至滴定终点，计算Na2S2O3·5H2O含量。
请回答：
（1）步骤Ⅰ 单向阀的作用是 ；装置C中的反应混合溶液pH过高或过低将导致产率降低，原因是 。
（2）步骤Ⅱ 下列说法正确的是 。
A．快速蒸发溶液中水分，可得较大晶体颗粒
B．蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜时，停止加热
C．冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇可提高产率
D．可选用冷的Na2CO3溶液作洗涤剂
（3）步骤Ⅲ
①滴定前，有关滴定管的正确操作为（选出正确操作并按序排列）：
检漏→蒸馏水洗涤→（ ）→（ ）→（ ）→（ ）→（ ）→开始滴定。
A．烘干
B．装入滴定液至零刻度以上
C．调整滴定液液面至零刻度或零刻度以下
D．用洗耳球吹出润洗液
E．排除气泡
F．用滴定液润洗2至3次
G．记录起始读数
②装标准碘溶液的碘量瓶（带瓶塞的锥形瓶）在滴定前应盖上瓶塞，目的是 。
③滴定法测得产品中Na2S2O3·5H2O含量为100.5%，则Na2S2O3·5H2O产品中可能混有的物质是 。
第4讲 化学实验中的综合探究与创新突破
[例1] 解析：（1）注意反应①的反应物和生成物，即可确定该反应的化学方程式为NH4[CuCl2]===CuCl↓＋NH4Cl。用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是洗去晶体表面的杂质离子及水分，减小CuCl的溶解损失，同时可以加快固体的干燥。（2）将乙醇与水分离的操作是蒸馏，根据残液浓缩后的补充物质可知，可直接循环利用的有NH4Cl和HNO3。（3）在题给三个装置中，能观察到产生O2速率的只有B。实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温的主要原因是氯化铵溶于水时吸热，造成反应液温度降低。为使反应产生的氮氧化物完全转化为硝酸，消除氮氧化物对环境的影响，因此需到烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色时才能停止通入氧气。将三颈瓶中液体倒出时利用左口或右口，即从a口或c口倾出棕色反应液。
答案：（1）NH4[CuCl2]===CuCl↓＋NH4Cl 避免CuCl溶于水而造成损耗（洗去晶体表面的杂质离子及水分）
（2）蒸馏 HNO3
（3）①B ②氯化铵溶于水吸收大量热，造成反应液温度降低 烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色 a（或c）
[练1] 解析：本题涉及的考点有醇和酚的性质与应用、常用化学仪器的使用、化学实验的基本操作、氧化还原滴定。通过环己烯的制备、提纯和含量的测定，考查了学生分析和解决化学问题的能力及化学实验能力，体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。
（1）苯酚遇到FeCl3溶液显紫色，FeCl3溶液常用于检验苯酚。
（2）①结合制备流程知，环己醇在FeCl3·6H2O的催化下，加热生成环己烯，故烧瓶A中进行的可逆反应为。浓硫酸具有脱水性和强氧化性，能使原料环己醇炭化并产生SO2；使用FeCl3·6H2O污染小，符合绿色化学理念；催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡转化率。
②B为冷凝管，可以冷凝回流，减少环己醇蒸出。
（3）操作2是分液操作，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯。
（4）蒸馏操作时，加入待蒸馏的物质和沸石后，先通冷凝水，再加热，弃去前馏分，然后收集。
解析：（5）用Na2S2O3标准溶液滴定I2时常用淀粉溶液作指示剂；依据测定过程的反应可知，与环己烯反应后剩余的n（Br2）＝n（I2）＝12n（Na2S2O3）＝12cV×10－3 mol，则与环己烯反应的n′（Br2）＝ (b-12cv×10-3)mol，则n（）＝n′（Br2）＝(b-12cv×10-3)mol，故样品中环己烯的质量分数为（b-12cv×10-3)×82gag×100%＝（b-cv2000)×82a×100%。
（6）a项，样品中含有苯酚杂质，苯酚能与Br2发生反应，消耗Br2的量增加，测定结果偏高；b项，测定过程中环己烯挥发，消耗Br2的量减少，测定结果偏低；c项，Na2S2O3标准液部分被氧化，则滴定过程中消耗Na2S2O3的量增多，计算出剩余的Br2的量偏多，则与环己烯反应的Br2的量偏少，测定结果偏低。
答案：（1）FeCl3溶液 溶液显紫色
（2）① a、b
②减少环己醇蒸出
（3）分液漏斗、烧杯
（4）通冷凝水，加热
（5）淀粉溶液 （b-cv2000)×82a×100%
（6）b、c
[例2] 解析：本题涉及的考点有铁及其化合物、氧化还原反应和工艺流程等；考查了学生将实际问题分解，通过运用相关知识分析和解决化学问题的能力，体现了科学态度与社会责任的学科核心素养，以及关注社会发展的价值观念。
（1）用热纯碱溶液洗去铁屑表面的油污后，再用水洗涤铁屑表面附着物。
（2）加热可以加快化学反应速率，进而加快铁屑的溶解。为便于控制温度在80～95 ℃，可采取水浴加热方式。铁屑中硫化物与稀H2SO4反应生成酸性气体H2S，可用碱液吸收，并用倒扣漏斗，既能充分吸收又能防止倒吸。
（3）步骤③利用H2O2的强氧化性将Fe2＋全部氧化为Fe3＋。为防止Fe3＋水解，需控制溶液的pH小于0.5。
（4）从溶液中得到产品硫酸铁铵晶体，先加热浓缩、冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即可。
（5）设硫酸铁铵晶体的物质的量为1 mol，加热到150 ℃，失去1.5 mol（即27 g）水，质量减轻5.6%，则硫酸铁铵晶体的相对分子质量为≈482，NH4Fe（SO4）2的相对分子质量为266，则剩余部分为水，＝12，故硫酸铁铵晶体的化学式为NH4Fe（SO4）2·12H2O。
答案：（1）碱煮水洗
（2）加快反应 热水浴 C
（3）将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，不引入杂质 防止Fe3＋水解
（4）加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）
（5）NH4Fe（SO4）2·12H2O
[练2] 解析：本题涉及的知识点有萃取、蒸馏、升华等化学实验基本操作；借助从茶叶中提取咖啡因的基本操作考查化学实验与探究的能力；依据探究目的，进行分离、提纯，体现科学探究与创新意识的学科核心素养。
（1）茶叶研细是为了增大茶叶与萃取液之间的接触面积，使提取效果更好。加热蒸馏时为防止液体暴沸，通常在液体中加入沸石。
（2）提取所用溶剂为95%的乙醇，乙醇易挥发，若采用明火加热，挥发出的乙醇蒸气容易被点燃。与传统萃取相比，索氏提取器中的溶剂可以反复使用，既减少了溶剂用量，又能高效萃取。
（3）乙醇易挥发，萃取后便于蒸馏浓缩得到咖啡因。蒸馏浓缩除所给仪器外，还应选用直形冷凝管冷凝蒸气，并用接收瓶收集馏分。
（4）单宁酸具有酸性，利用生石灰可以中和单宁酸，并吸收其中的水分。
（5）由题给信息可知，咖啡因熔点高于其升华温度，故加热后咖啡因通过升华、凝华过程得到纯化。
答案：（1）增加固液接触面积，提取充分 沸石
（2）乙醇易挥发，易燃 使用溶剂量少，可连续萃取（萃取效率高）
（3）乙醇沸点低，易浓缩 AC
（4）单宁酸 水
（5）升华
[例3] 解析：（1）根据“浅蓝绿色溶液”“白色沉淀”，可以判断铜被铁离子氧化成铜离子，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。（2）利用信息ⅲ，如果白色沉淀是CuSCN，则它溶于稀硝酸生成硫酸铜并产生无色无味气体。（3）①根据信息ⅱ，（SCN）2具有类似卤素的性质，暗示SCN－具有还原性，（SCN）2具有氧化性。KSCN与CuSO4反应较慢，发生反应2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋（SCN）2。②探究Fe2＋对实验影响，必须设计对照实验，即探究KSCN与FeSO4反应是否显色，所以试剂A为2 mL 0.2 mol·L－1硫酸亚铁溶液，排除了亚铁离子的干扰。③Fe2＋、Cu2＋与SCN－反应，抓住“瞬间”“局部溶液变红”“振荡后红色褪去”等关键信息，由此暗示：Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了（SCN）2，促进生成白色沉淀。（4）分析（3）中实验，发现促进白色沉淀生成，也可能是硫酸亚铁生成的铁离子，需要证明铁离子是否能生成白色沉淀，是否能促进铜离子与硫氰根离子反应。由实验结论逆推实验现象：缓慢生成白色沉淀。说明两点：一是Cu2＋与SCN－生成白色沉淀；二是Fe3＋不能促进生成CuSCN。（5）铜量不足时，2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，清液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋，向清液中加入KSCN溶液，发生有关反应：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe（SCN）3（溶液变为红色），4SCN－＋2Cu2＋===2CuSCN↓＋（SCN）2（立即出现白色沉淀），振荡促进反应Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，生成的SCN－继续与Cu2＋结合生成沉淀，使c（SCN－）减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN－⇌Fe（SCN）3向左移动，也说明生成白色沉淀的平衡常数大于显色反应（络合反应）的平衡常数，导致优先发生沉淀反应。
答案：（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）滴加稀硝酸，白色沉淀逐渐溶解，溶液变蓝并产生无色无味气体
（3）①2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋（SCN）2
②2 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液 ③2Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了（SCN）2，促进平衡向生成白色沉淀方向移动
（4）缓慢生成白色沉淀
（5）Cu2＋和SCN－反应生成白色沉淀，c（SCN－）减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN⇌Fe（SCN）3向左移动
[练3] 解析：（1）银离子水解使硝酸银溶液显酸性，故其pH<7，离子方程式为：Ag＋＋H2O⇌AgOH＋H＋；（2）①检验Ag2S，先用浓硝酸检验并且将硫离子氧化成硫酸根离子，再用钡离子检验硫酸根离子，所以试剂1是浓硝酸，试剂2是硝酸钡溶液，浓硝酸和Aa2S反应生成红棕色NO2，反应现象为：黑色沉淀溶解，有红棕色刺激性气味的气体生成；②已知Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液[Ag（NH3）2OH]，而Ag2S和Ag均不能，参考步骤ⅰ，取少量洗涤后的黑色沉淀，加入浓氨水，充分振荡后过滤，向滤液中滴加足量盐酸，根据是否有白色沉淀生成判断沉淀中是否有Ag2O，步骤ⅰ用盐酸与银氨溶液的反应方程式为：Ag（NH3）2OH＋3HCl===AgCl↓＋2NH4Cl＋H2O；（3）①根据控制变量法的原理，将pH＝4的0.1 mol·L－1AgNO3溶液替换为pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3溶液；②由题意，pH＝4的0.1 mol·L－1 AgNO3溶液的氧化性强于pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3溶液，氧化性越强电压差越大，则a>b。
答案：（1）Ag＋＋H2O⇌AgOH＋H＋ （2）①浓硝酸 Ba（NO3）2溶液 黑色沉淀溶解，有红棕色刺激性气味的气体生成 ②加入浓氨水，充分振荡后过滤，向滤液中滴加足量盐酸 Ag（NH3）2OH＋3HCl===AgCl↓＋2NH4Cl＋H2O （3）①pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3 ②a>b
[例4] 解析：（1）a的作用是平衡压强，防止圆底烧瓶中压强过大，引起爆炸。仪器d的名称是直形冷凝管。
（2）检查装置气密性时在b和f中加水，使水浸没a和e的末端，从而形成密闭体系。
（3）①此实验是利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为HF（低沸点酸）蒸出。硝酸和盐酸易挥发，A、B项错误；硫酸和磷酸沸点高，难挥发，C、D正确。
答案：（1）平衡压强 直形冷凝管 （2）在b和f中加水，水浸没导管a和e末端 （3）①CD ②不受影响 ③充分吸收HF气体，防止其挥发损失 （4）5.7(c1V1-c2V2)m% （5）寻找最佳实验条件
[练4] 解析：（1）静置，取上层清液继续滴加NaCl溶液，若溶液不变浑浊，则NaCl已足量；反之，NaCl不足。（2）根据信息，步骤2的反应物主要有Al、AgCl、Na2CO3，生成物主要有Al（OH）3、Ag、CO2，先根据电子守恒有2Al＋6AgCl―→2Al（OH）3＋6Ag，再根据电荷守恒有2Al＋6AgCl＋3CO32-―→2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑，最后根据原子守恒得2Al＋6AgCl＋3CO32-＋3H2O===2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑。
（3）先设计制备思路：
AgCl、AgAgClAlCl3溶液
然后用详尽的文字描述操作过程。
解析：（4）①根据配制一定物质的量浓度的溶液及提供的仪器还缺少100 mL容量瓶、胶头滴管（定容）。②NH4SCN标准溶液略过量时为滴定终点，SCN－与Fe3＋反应溶液显红色。③根据离子反应“Ag＋＋SCN－===AgSCN↓”得，硝酸银的质量分数为[0.029 L×0.1 mol·L－1×100mL25mL×170 g·mol－1]/2.000 g×100%＝98.60%。
答案：（1）静置，取上层清液继续滴加NaCl溶液，若溶液不变浑浊，则NaCl已足量
（2）2Al＋6AgCl＋3CO32-＋3H2O===2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑
（3）加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀硝酸，充分反应后，过滤；将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；用冰水洗涤、干燥
（4）①100 mL容量瓶、胶头滴管 ②溶液变为红色，且半分钟不再改变 ③98.60%
本讲真题研练
1．解析：（1）利用固体配制一定物质的量浓度的溶液时需要用托盘天平称量固体，用烧杯溶解固体，用量筒量取蒸馏水。（2）根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCO3-===Fe（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SO42-===CaSO4↓，可排除HCO3-、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而NO在酸性溶液中具有氧化性，可排除NO3-。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中电解质较合适。（3）电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电极）溶液中。（4）由题意知负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.09 mol·L－1。（5）石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋>Fe2＋，还原性：Fe>Fe2＋。（6）该活化反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已完成。
答案：（1）烧杯、量筒、托盘天平
（2）KCl
（3）石墨
（4）0.09 mol·L－1
（5）Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
（6）取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色
2．解析：（1）三颈烧瓶中盛放1.5 mL甲苯和100 mL水的混合物，加热时三颈烧瓶内液体体积不能超过烧瓶容积的2/3，不能少于1/3，故选用规格为250 mL的三颈烧瓶最适宜。
（2）三颈烧瓶上装有的冷凝管起到冷凝回流的作用，由于球形冷凝管比直形冷凝管冷凝效果好，故选用球形冷凝管；甲苯为不溶于水的油状液体，苯甲酸钾易溶于水，故当回流液体中不再出现油珠时，说明甲苯完全被高锰酸钾氧化为苯甲酸钾。
（3）亚硫酸氢钠具有较强的还原性，从球形冷凝管上口加入饱和亚硫酸氢钠溶液可以还原三颈烧瓶中剩余的高锰酸钾，防止后面加入的盐酸被高锰酸钾氧化（2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O），产生氯气；若在酸性条件下用草酸代替亚硫酸氢钠，则草酸被氧化为CO2， MnO4-被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒可得反应的离子方程式为2MnO4-＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。
（4）三颈烧瓶中高锰酸钾被甲苯还原为难溶于水的MnO2，故趁热过滤得到的滤渣为MnO2。
（5）据表格信息可知苯甲酸晶体在100 ℃左右开始升华，故干燥苯甲酸晶体时，温度不宜过高。
（6）由苯甲酸与KOH按照物质的量之比1∶1发生反应可知，25.00 mL粗产品溶液中n（苯甲酸）＝n（KOH）＝0.010 00 mol·L－1×0.021 5 L＝2.15×10－4 mol，则0.122 g粗产品中含有苯甲酸的质量为2.15×10－4 mol×4×122 g·mol－1＝8.6×10－4×122 g，纯度为8.6×10-4×122g0.122g×100%＝86.0%。1.5 mL甲苯理论上获得的苯甲酸的质量为1.5 mL×0.867 g·mL－192g·mol－1×122 g·mol－1≈1.72 g，1.0 g苯甲酸粗品中苯甲酸的质量为1.0 g×86.0%＝0.86 g，则产率为0.86g1.72g×100%＝50%。
（7）由于苯甲酸的溶解度受温度影响较大，故可以通过重结晶的方法提高苯甲酸的产率。
答案：（1）B
（2）球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化
（3）除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气 2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
（4）MnO2 （5）苯甲酸升华而损失 （6）86.0% C
（7）重结晶
3．解析：本题考查化学实验，考查的化学学科核心素养是科学探究与创新意识。（1）装置A中a的作用是平衡气压，使浓盐酸能够顺利滴下。该实验过程中有毒性较大的氯气参与反应，故装置C中盛放NaOH溶液，用于吸收有毒气体氯气，防止其逸出污染空气。酸性条件下，ClO－与Cl－发生氧化还原反应（归中反应）生成氯气，故装置A中制备Cl2的化学方程式是Ca（ClO）2＋4HCl===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O。（2）盐酸具有挥发性，则用浓盐酸制备的Cl2中含有HCl杂质，该杂质进入装置B中会使溶液碱性减弱，而溶液碱性减弱时MnO易发生歧化反应生成MnO和MnO2，又HCl还可还原装置B中生成的KMnO4，导致产物损失，改进的方法是在装置A和装置B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶，以除去Cl2中的HCl杂质。（3）KMnO4具有强氧化性，可腐蚀橡胶管，因此KMnO4溶液应采用酸式滴定管盛装。滴定管的构造特点是0刻度在上，最大刻度在下，最大刻度线下仍然存在一定容积，因此滴定管起始读数为15.00 mL时，滴定管中KMnO4溶液的实际体积大于35.00 mL（即50. 00 mL－15. 00 mL），C项正确。
（4）设FeC2O4·2H2O、Fe2（C2O4）3、H2C2O4·2H2O的物质的量分别为x、y、z，则由实验步骤Ⅰ和实验步骤Ⅱ反应过程中得失电子守恒可列等式：
3x/5＋6y/5＋2z/5＝cV1×10－3 mol①、x/5＋2y/5 ＝cV2×10－3 mol②，联立①②两式，解得z＝52c（V1－3V2）×10－3 mol，则样品中所含H2C2O4·2H2O的质量分数为z×126g·mol－1m g×100%＝0.315c(V1-3V2)m ×100%。当V1V2＝3时，则3x5+6y5+2z5x5+2y5＝3，z＝0，但y不一定等于0，故A项错误；由上述分析知样品中H2C2O4·2H2O的质量分数为0.315c(V1-3V2)m ×100%，则V1V2越大，样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高，B项正确；若实验步骤Ⅰ中滴入的高锰酸钾溶液不足，则实验步骤Ⅰ所得混合液中残留C2O42-，实验步骤Ⅱ中消耗高锰酸钾溶液偏多，测得样品中Fe元素含量偏高，C项错误；结合上述分析知Fe元素的质量分数为56×5cV2×10-3m ×100%，若所用高锰酸钾溶液实际浓度偏低，则得到的V2偏大，测得样品中Fe元素含量偏高，D项正确。
答案：（1）平衡气压，使浓盐酸顺利滴下 NaOH溶液 Ca（ClO）2＋4HCl===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O
（2）在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶
（3）酸式 C
（4）×100% B、D
4．解析：本题考查硫代硫酸钠晶体的制备，意在考查考生的综合实验能力。（1）单向阀的结构特点是只能允许流体从一端流向另外一端，不能倒流，故可起到防止倒吸的作用。Na2CO3、Na2S水解显碱性，若pH过高，Na2CO3、Na2S水解过多，会导致反应混合液中的Na2CO3、Na2S与SO2反应不充分；若pH过低，则生成的Na2S2O3会转化为S和SO2，致使产物损失。（2）蒸发太快，则结晶速率快，不能得到大晶体颗粒，A项错误；蒸发浓缩溶液时，表面出现晶膜时即可停止加热，B项正确；由题给已知信息知Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇，50 ℃时开始失去结晶水，故可往冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇以提高产率，C项正确；若选用冷的Na2CO3，溶液作洗涤剂会引入新的杂质，故不能采用冷的Na2CO3溶液进行洗涤，D项错误。（3）①滴定管在使用时应先检验是否漏液，确定不漏液后先用蒸馏水洗涤，然后用滴定液润洗2至3次；再装液，且液面高于零刻度；然后排出滴定管尖嘴处的气泡；再通过放出滴定管中的液体，调整液体液面至零刻度或零刻度以下；最后记录起始读数。②碘具有挥发性，盖上碘量瓶的瓶塞，可减少碘的损失。③若产品Na2S2O3·5H2O中混有Na2SO3或Na2S2O3·xH2O（x<5），则消耗的碘增多，测定结果偏大。
答案：（1）防止倒吸 pH过高，Na2CO3、Na2S反应不充分；pH过低，导致Na2S2O3转化为S和SO2
（2） BC
（3）①F B E C G ②防止碘挥发损失 ③Na2SO3；失去部分结晶水的Na2S2O3·5H2O
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第4讲 化学实验中的综合探究与创新突破
[考试要求]
1．能列举物质组成和结构的实验方法，能根据仪器分析的数据或图表推测简单物质的组成和结构。2.能在复杂的化学问题情境中提出有价值的实验探究课题，能设计有关物质转化、分离提纯、性质应用等的综合实验方案。3.能运用变量控制的方法探究并确定合适的反应条件，安全、顺利地完成实验。4.能用数据、图表、符号等描述实验证据并据此分析推理形成结论，能对实验方案、实验过程和实验结论进行评论，提出进一步探究的设想。
探究突破一 以物质制备为载体的实验综合
[例1] 氯化亚铜（CuCl）为白色晶体，微溶于水，能溶于氨水、浓盐酸，并生成配合物，不溶于硫酸、稀硝酸和醇，在工业上应用广泛。工业上制取氯化亚铜的工艺流程如下：
实验药品：铜丝20 g、氯化铵20 g、65%硝酸10 mL、36%盐酸15 mL、水。
（1）反应①的化学方程式为________________________________________________________________________，
用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________（写出一条即可）。
（2）工业化生产时，95%乙醇可通过 的方法回收并循环利用，而NH4Cl、 （填化学式）可直接循环利用。
（3）实验室用右图装置制备CuCl。
①实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，最宜选择下列装置中的 （填字母）。
②实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温，主要原因是________________________________________________________________________。
电炉加热升温至50 ℃时停止加热，反应快速进行，烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色，从环保角度考虑，当________________________________________________________________________
时才能停止通入氧气；待冷却至室温后，再打开活塞，沿 （填字母）口倾出棕色反应液于1 000 mL大烧杯中，加水500 mL，即有大量白色沉淀析出。
[思维建模]
[练1] 环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下：
回答下列问题：
Ⅰ.环己烯的制备与提纯
（1）原料环己醇中若含苯酚杂质，检验试剂为 ，现象为 。
（2）操作1的装置如图所示（加热和夹持装置已略去）。
①烧瓶A中进行的可逆反应化学方程式为 ，浓硫酸也可作该反应的催化剂，选择FeCl3·6H2O而不用浓硫酸的原因为 （填序号）。
a.浓硫酸易使原料炭化并产生SO2
b.FeCl3·6H2O污染小、可循环使用，符合绿色化学理念
c.同等条件下，用FeCl3·6H2O比浓硫酸的平衡转化率高
②仪器B的作用为 。
（3）操作2用到的玻璃仪器是 。
（4）将操作3（蒸馏）的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石， ，弃去前馏分，收集83 ℃的馏分。
Ⅱ.环己烯含量的测定
在一定条件下，向a g环己烯样品中加入定量制得的b mol Br2，与环己烯充分反应后，剩余的Br2与足量KI作用生成I2，用c mol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定，终点时消耗Na2S2O3标准溶液V mL（以上数据均已扣除干扰因素）。
测定过程中，发生的反应如下：
①
②Br2＋2KI===I2＋2KBr
③I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
（5）滴定所用指示剂为 。样品中环己烯的质量分数为 （用字母表示）。
（6）下列情况会导致测定结果偏低的是 （填序号）。
a.样品中含有苯酚杂质
b.在测定过程中部分环己烯挥发
c.Na2S2O3标准溶液部分被氧化
【练后总结】
1．有机综合实验中三个关键点
（1）加热：酒精灯的火焰温度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用酒精灯加热，若温度要求更高，可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热。
（2）防暴沸：加沸石（碎瓷片），防止溶液暴沸，若开始忘加沸石（碎瓷片），需冷却后补加。
（3）冷凝回流
有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。如图1、图3中的冷凝管，图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。
2．常见有机物分离提纯的方法
（1）分液：用于分离两种互不相溶（密度也不同）的液体。
（2）蒸馏：用于分离沸点不同的液体。分馏的原理与此相同。
（3）洗气：用于除去气体混合物中的杂质，如乙烷中的乙烯可通过溴水洗气除去。
（4）萃取分液：如分离溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯进行萃取，然后分液。
3．有机综合类的一般分析流程
探究突破二 以流程分析为载体的实验综合
[例2] 硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是 。
（2）步骤②需要加热的目的是 ，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为 （填标号）。
（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是 。分批加入H2O2，同时为了 ，溶液要保持pH小于0.5。
（4）步骤⑤的具体实验操作有 ，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
[解题说明]
1.题型说明
化工流程实验题的命题来源很广，与各个知识模块的结合点较多，因此分析工业生产化工流程实验题时，应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来，它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题，可以说它是无机框图题的创新。流程的呈现形式有①操作流程；②物质变化流程；③装置流程。
2.解题分析
解题时首先要分析流程图，要明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出方向，其次依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应，弄清有关反应原理，明确目的（如沉淀反应、除杂、分离）；然后再分析具体制备装置图，结合物质的分离及定量测定等基本操作，有效地进行信息的利用，准确表述和工整书写。所以只有复习时牢固掌握实验基础知识，才能有效结合题中的信息，准确答题。
[练2] 咖啡因是一种生物碱（易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华），有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸（Ka约为10－6，易溶于水及乙醇）约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。
索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：
（1）实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是 。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒 。
（2）提取过程不可选用明火直接加热，原因是 。与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是 。
（3）提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是 。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有 （填标号）。
A．直形冷凝管 B．球形冷凝管
C.接收瓶 D．烧杯
（4）浓缩液加生石灰的作用是中和 和吸收 。
（5）可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是 。
探究突破三 以物质性质为载体的实验综合
[例3] 某实验小组同学设计实验，完成Cu和Fe2（SO4）3溶液的反应，用KSCN溶液检验是否还存在Fe3＋。
实验Ⅰ：
0.2 g 铜粉（足量）
2 mL 0.1 mol·L－1
Fe2（SO4）3溶液
实验操作及现象
ⅰ.加入铜粉后充分振荡，静置，溶液变成浅蓝绿色；
ⅱ.取少量ⅰ中清液于试管中，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，立即出现白色沉淀，溶液局部变为红色，振荡后红色迅速褪去
已知：ⅰ.Cu2＋CuSCN↓（白色）＋（SCN）2（黄色）
ⅱ.（SCN）2的性质与卤素单质相似
ⅲ.CuSCN溶于稀硝酸，发生反应CuSCN＋HNO3―→CuSO4＋N2↑＋CO2↑＋H2O（未配平）
（1）依据现象ⅰ可预测该反应的离子方程式为 。
（2）该小组同学查阅资料认为现象ⅱ中的白色沉淀可能为CuSCN，设计实验进行验证。
实验Ⅱ：取少量实验Ⅰ中的白色沉淀于试管中 （补充所加试剂及实验现象），证明该白色沉淀为CuSCN。
（3）该小组同学继续探究白色沉淀的成因，进行如下实验。实验Ⅲ：
3滴0.1
mol·L－1
KSCN溶液
试管内试剂
现象
结论
2 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液
ⅰ.短时间内无明显变化，溶液逐渐变浑浊，1小时后，有少量白色沉淀生成
CuSO4与KSCN反应生成了白色沉淀，Fe2＋能促进该反应
试剂A
ⅱ.无明显现象
2 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4和0.1 mol·L－1 CuSO4混合溶液
ⅲ.瞬间产生白色沉淀，局部溶液变红，振荡后红色褪去
在实验Ⅲ中：
①写出现象ⅰ中生成白色沉淀的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②试剂A为 。
③根据现象ⅲ结合化学用语及必要的文字解释Fe2＋能加快沉淀生成的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）有同学认为实验Ⅲ不能充分证明其结论，并补充实验Ⅳ：
取2 mL 0.1 mol·L－1 Fe2（SO4）3溶液，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液后，溶液变红，然后滴加2 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液于试管中， （补充实验现象），说明白色沉淀不是由Fe3＋与SCN－反应生成，且Fe3＋不能加快CuSCN的生成。
（5）改变实验Ⅰ中铜的用量，设计实验V：
0.01 g 铜粉（不足量）
2 mL 0.1 mol·L－1
Fe2（SO4）3溶液
实验操作及现象
ⅰ.加入铜粉后充分振荡，溶液变成浅蓝绿色；
ⅱ.取少量ⅰ中清液于试管中，滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，溶液变为红色，立即出现白色沉淀，振荡后红色迅速褪去
该小组同学认为实验V中现象ⅱ红色褪去与平衡移动有关，解释为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
思维流程
[练3] 某实验小组研究溶液中AgNO3和Na2S的反应。
实验
试剂
现象
试管
滴管
2 mL
0.1 mol·L－1
AgNO3
溶液（pH＝4）
0.1 mol·L－1Na2S
溶液（pH＝9）
出现黑
色沉淀
（1）用离子方程式解释AgNO3溶液pH<7的原因是 。
（2）实验小组同学认为黑色沉淀中可能含有Ag2O、Ag2S或Ag，设计实验验证。
已知：ⅰ.浓硝酸能将Ag2S转化为Ag＋和SO42-（Ag2SO4可溶于硝酸）；
ⅱ.Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液[Ag（NH3）2OH]，而Ag2S和Ag均不能。
①设计并实施如下实验，证实沉淀中含有Ag2S，试剂1和试剂2分别是 、 。
现象1中出现的现象是 。
②设计并实施如下实验，证实沉淀中不含有Ag2O，将实验操作补充完整。
实验操作
实验现象
步骤ⅰ
取少量银氨溶液，向其中滴加盐酸
出现白色沉淀
步骤ⅱ
取少量洗涤后的黑色沉淀，
没有沉淀出现
写出步骤ⅰ中反应的化学方程式： 。
③经检验，沉淀中不含有Ag。
（3）实验小组同学认为AgNO3溶液具有氧化性，在一定条件下能够氧化Na2S，设计实验进行研究（实验装置如图所示），测得电压为a（a>0）。对AgNO3溶液中氧化S2－的物质进行推测：
假设1：0.1 mol·L－1 AgNO3溶液（pH＝4）中的Ag＋氧化了S2－；
假设2：0.1 mol·L－1 AgNO3溶液（pH＝4）中的NO氧化了S2－
利用下图装置继续研究（已知：电压大小反映了物质氧化性与还原性强弱的差异；物质氧化性与还原性强弱的差异越大，电压越大）。
①将pH＝4的0.1 mol·L－1 AgNO3溶液替换为 溶液，记录电压为b（b>0）。
②上述实验证实了氧化S2－的物质中一定包含了Ag＋，其证据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
实验结论：AgNO3溶液与Na2S溶液的反应类型与反应条件有关。
练后归纳
1.性质原理探究实验题命题角度
类型
思考方向
酸性强弱比较
可通过强酸制弱酸、对应盐溶液的碱性、同浓度溶液导电能力或pH等方法来比较
金属性强弱比较
可通过与水或酸反应置换氢的能力、最高价氧化物对应水化物的碱性、置换反应、原电池的正负极、电解池中阴极阳离子的放电顺序等方法来比较
非金属性强弱比较
可通过最高价氧化物对应水化物的酸性、气态氢化物的稳定性、与H2化合的难易程度、相互之间的置换、对应阴离子的还原性等方法来比较
弱酸酸式盐的电离程度与水解程度比较
可通过测定溶液的酸碱性的方法来比较
Ksp的大小比较（以AgCl、AgI为例）
①向少量的AgNO3溶液中滴加NaCl溶液至不再有白色沉淀生成，再向其中滴加KI溶液产生黄色沉淀；②向浓度均为0.1 mol·L－1的NaCl、NaI混合溶液中滴加0.1 mol·L－1 AgNO3溶液先产生黄色沉淀
一元酸、二元酸判断
可用NaOH溶液进行中和滴定测定消耗V（NaOH）来确定
羟基的数目判断
可通过取一定量试剂与足量Na反应测定放出氢气的量来确定
羧基的数目判断
可通过取一定量试剂与足量NaHCO3反应测定放出CO2的量来确定
2.性质原理探究实验题答题注意事项
（1）实验操作的原因、目的、作用的答题要点
答题要素
明确实验目的：做什么
明确操作目的：为什么这样做
明确结论：这样做会有什么结果？理由是什么
得分点及关键词
操作：怎么“做”，为什么这样“做”
作用：须有明确的结论、判断、理由
（2）实验现象的准确、全面描述
答题要素
现象描述要全面：看到的、听到的、触摸到的、闻到的
现象描述要准确：如A试管中……B处有……
按“现象＋结论”格式描述，忌现象结论不分、由理论推现象、指出具体生成物的名称
得分
点及
关键
词
溶液中：颜色由……变成……，液面上升或下降（形成液面差），溶液变浑浊，生成（产生）……沉淀，溶液发生倒吸，产生大量气泡（或有气体从溶液中逸出），有液体溢出等
固体：表面产生大量气泡，逐渐溶解，体积逐渐变小，颜色由……变成……等
气体：生成……色（味）气体，气体由……色变成……色，先变……后……（加深、变浅、褪色）等
（3）试剂的作用的答题模板
答题
要素
试剂的作用是什么？要达到的目的是什么
得分点
及关键
词
作用类：“除去”“防止”“抑制”“使……”等，回答要准确
作用—目的类：“作用”是“……”，“目的”是“……”，回答要准确全面
探究突破四 以组成含量为载体的实验综合
[例4] 为测定某氟化稀土样品中氟元素的质量分数，某化学兴趣小组进行了如下实验。利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为氟化氢（低沸点酸）蒸出，再滴定测量。实验装置如图所示。
（1）a的作用是 ，仪器d的名称是 。
（2）检查装置气密性： （填操作），关闭K，微热c，导管e末端有气泡冒出；停止加热，导管e内有一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。
（3）c中加入一定体积高氯酸和m g氟化稀土样品，f中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加热b、c，使b中产生的水蒸气进入c。
①下列物质可代替高氯酸的是 （填字母）。
A．硝酸 B．盐酸
C．硫酸 D．磷酸
②实验中除有HF气体外，可能还有少量SiF4（易水解）气体生成。若有SiF4生成，实验结果将 （填“偏高”“偏低”或“不受影响”）。
③若观察到f中溶液红色褪去，需要向f中及时补加NaOH溶液，否则会使实验结果偏低，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）向馏出液中加入V1 mL c1 mol·L－1 La（NO3）3溶液，得到LaF3沉淀，再用c2 mol·L－1 EDTA标准溶液滴定剩余La3＋（La3＋与EDTA按1∶1配合），消耗EDTA标准溶液V2 mL，则氟化稀土样品中氟的质量分数为 。
（5）用样品进行实验前，需要用0.084 g氟化钠代替样品进行实验，改变条件（高氯酸用量、反应温度、蒸馏时间），测量并计算出氟元素质量，重复多次。该操作的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解题流程
[练4] 实验室中利用含银废料（主要含有AgNO3和AgCl）制取硝酸银的实验步骤如下：
步骤1：向废液中加入足量的NaCl溶液，将所得沉淀过滤，并洗涤干净。
步骤2：将沉淀放入烧杯，并放入铝片，再加入20%的Na2CO3溶液至浸没固体，加热搅拌，至沉淀变为灰白色[含有Ag、Al（OH）3和少量仍未反应的AgCl]。取出铝片，过滤并洗涤沉淀。
步骤3：……
（1）步骤1中检验所加NaCl溶液已经足量的方法是 。
（2）步骤2加热时还产生能使澄清石灰水变浑浊的气体。写出该过程中发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）已知AgNO3和Al（NO3）3的溶解度曲线如图所示，请补充完整由步骤2中所得灰白色沉淀制取硝酸银晶体的实验方案：向所得灰白色混合物中 ，得到硝酸银晶体（实验中必须使用的试剂有稀盐酸、稀硝酸、冰水）。
（4）已知：Ag＋＋SCN－===AgSCN↓（白色）。实验室可通过如下过程测定所制硝酸银样品的纯度（杂质不参与反应）：
①称取2.000 g 制备的硝酸银样品，加水溶解，定容到100 mL。溶液配制过程中所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外还有 。
②准确量取25.00 mL溶液，酸化后滴入几滴铁铵钒[NH4Fe（SO4）2]溶液作指示剂，再用0.100 0 mol·L－1NH4SCN标准溶液滴定。滴定终点的实验现象为 。
③重复②的操作两次，所用NH4SCN标准溶液的平均体积为29.00 mL。则硝酸银的质量分数为 。
【练后总结】
1.定量实验数据的测量方法
（1）沉淀法：先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
（2）测气体体积法：对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
①常见测量气体体积的实验装置
②量气时应注意的问题
a．量气时应保持装置处于室温状态。
b．读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与凹液面最低处相平。如图中（Ⅰ）（Ⅳ）应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
（3）测气体质量法
将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。
（4）滴定法
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
（5）热重法
只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。
2.定量实验数据的处理方法
（1）看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。
（2）看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。
（3）看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。
（4）看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下得出的数据才能进行比较、运算。
（5）看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。
本讲真题研练
1.[2020·全国卷Ⅰ·27]为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
（1）由FeSO4·7H2O固体配置0.10 mol·L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 （从下列图中选择，写出名称）。
（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择 作为电解质。
阳离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
阴离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
Li＋
4.07
HCO
4.61
Na＋
5.19
NO
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO
8.27
（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 电极溶液中。
（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02 mol·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝ 。
（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为 ，铁电极的电极反应式为 。因此，验证了Fe2＋氧化性小于 、还原性小于 。
（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2（SO4）3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2.[2020·全国卷Ⅱ·27]苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：
名称
相对分
子质量
熔点/℃
沸点
/℃
密度/
（g·mL－1）
溶解性
甲苯
92
－95
110.6
0.867
不溶于水，易溶于乙醇
苯甲酸
122
122.4（100 ℃左
右开始升华）
248
——
微溶于冷水，易溶于乙醇、热水
实验步骤：
（1）在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g（约0.03 mol）高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。
（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0 g。
（3）纯度测定：称取0.122 g粗产品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH标准溶液。
回答下列问题：
（1）根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为 （填标号）。
A．100 mL B．250 mL
C．500 mL D．1 000 mL
（2）在反应装置中应选用 冷凝管（填“直形”或“球形”），当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是 。
（3）加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ；该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理________________________________________________________________________。
（4）“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。
（5）干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是 。
（6）本实验制备的苯甲酸的纯度为 ；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 （填标号）。
A．70% B．60% C．50% D．40%
（7）若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中 的方法提纯。
3.[2020·山东卷·20]某同学利用Cl2氧化K2MnO4制备KMnO4的装置如图所示（夹持装置略）：
已知：锰酸钾（K2MnO4）在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：
3MnO42-＋2H2O===2MnO4-＋MnO2↓＋4OH－
回答下列问题：
（1）装置A中a的作用是 ；装置C中的试剂为 ；装置A中制备Cl2的化学方程式为 。
（2）上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO4产率降低，改进的方法是 。
（3）KMnO4常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO4溶液加入 （填“酸式”或“碱式”）滴定管中；在规格为50.00 mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始读数为15.00 mL，此时滴定管中KMnO4溶液的实际体积为 （填标号）。
A．15.00 mL B．35.00 mL
C．大于35.00 mL D．小于15.00 mL
（4）某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为Fe2（C2O4）3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下：
Ⅰ.称取m g样品于锥形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加热至75 ℃。用c mol·L－1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色，消耗KMnO4溶液V1 mL。
Ⅱ.向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3＋完全还原为Fe2＋，加入稀H2SO4酸化后，在75 ℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色，又消耗KMnO4溶液V2 mL。
样品中所含H2C2O4·2H2O（M＝126 g·mol－1）的质量分数表达式为 。
下列关于样品组成分析的说法，正确的是 （填标号）。
A． V1V2＝3时，样品中一定不含杂质
B．V1V2越大，样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高
C．若步骤Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低
D．若所用KMnO4溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高
4.[2020·浙江7月·30]硫代硫酸钠在纺织业等领域有广泛应用。某兴趣小组用如图装置制备Na2S2O3·5H2O。
合成反应：SO2＋Na2CO3===Na2SO3＋CO2 2Na2S＋3SO2===2Na2SO3 ＋3S
Na2SO3＋SNa2S2O3
滴定反应：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
已知：Na2S2O3·5H2O易溶于水，难溶于乙醇，50 ℃开始失结晶水。
实验步骤：
Ⅰ.Na2S2O3制备：装置A制备的SO2经过单向阀通入装置C中的混合溶液，加热、搅拌，至溶液pH约为7时，停止通入SO2气体，得产品混合溶液。
Ⅱ.产品分离提纯：产品混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到Na2S2O3·5H2O产品。
Ⅲ.产品纯度测定：以淀粉作指示剂，用Na2S2O3·5H2O产品配制的溶液滴定碘标准溶液至滴定终点，计算Na2S2O3·5H2O含量。
请回答：
（1）步骤Ⅰ 单向阀的作用是 ；装置C中的反应混合溶液pH过高或过低将导致产率降低，原因是 。
（2）步骤Ⅱ 下列说法正确的是 。
A．快速蒸发溶液中水分，可得较大晶体颗粒
B．蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜时，停止加热
C．冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇可提高产率
D．可选用冷的Na2CO3溶液作洗涤剂
（3）步骤Ⅲ
①滴定前，有关滴定管的正确操作为（选出正确操作并按序排列）：
检漏→蒸馏水洗涤→（ ）→（ ）→（ ）→（ ）→（ ）→开始滴定。
A．烘干
B．装入滴定液至零刻度以上
C．调整滴定液液面至零刻度或零刻度以下
D．用洗耳球吹出润洗液
E．排除气泡
F．用滴定液润洗2至3次
G．记录起始读数
②装标准碘溶液的碘量瓶（带瓶塞的锥形瓶）在滴定前应盖上瓶塞，目的是 。
③滴定法测得产品中Na2S2O3·5H2O含量为100.5%，则Na2S2O3·5H2O产品中可能混有的物质是 。
第4讲 化学实验中的综合探究与创新突破
[例1] 解析：（1）注意反应①的反应物和生成物，即可确定该反应的化学方程式为NH4[CuCl2]===CuCl↓＋NH4Cl。用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是洗去晶体表面的杂质离子及水分，减小CuCl的溶解损失，同时可以加快固体的干燥。（2）将乙醇与水分离的操作是蒸馏，根据残液浓缩后的补充物质可知，可直接循环利用的有NH4Cl和HNO3。（3）在题给三个装置中，能观察到产生O2速率的只有B。实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温的主要原因是氯化铵溶于水时吸热，造成反应液温度降低。为使反应产生的氮氧化物完全转化为硝酸，消除氮氧化物对环境的影响，因此需到烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色时才能停止通入氧气。将三颈瓶中液体倒出时利用左口或右口，即从a口或c口倾出棕色反应液。
答案：（1）NH4[CuCl2]===CuCl↓＋NH4Cl 避免CuCl溶于水而造成损耗（洗去晶体表面的杂质离子及水分）
（2）蒸馏 HNO3
（3）①B ②氯化铵溶于水吸收大量热，造成反应液温度降低 烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色 a（或c）
[练1] 解析：本题涉及的考点有醇和酚的性质与应用、常用化学仪器的使用、化学实验的基本操作、氧化还原滴定。通过环己烯的制备、提纯和含量的测定，考查了学生分析和解决化学问题的能力及化学实验能力，体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。
（1）苯酚遇到FeCl3溶液显紫色，FeCl3溶液常用于检验苯酚。
（2）①结合制备流程知，环己醇在FeCl3·6H2O的催化下，加热生成环己烯，故烧瓶A中进行的可逆反应为。浓硫酸具有脱水性和强氧化性，能使原料环己醇炭化并产生SO2；使用FeCl3·6H2O污染小，符合绿色化学理念；催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡转化率。
②B为冷凝管，可以冷凝回流，减少环己醇蒸出。
（3）操作2是分液操作，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯。
（4）蒸馏操作时，加入待蒸馏的物质和沸石后，先通冷凝水，再加热，弃去前馏分，然后收集。
解析：（5）用Na2S2O3标准溶液滴定I2时常用淀粉溶液作指示剂；依据测定过程的反应可知，与环己烯反应后剩余的n（Br2）＝n（I2）＝12n（Na2S2O3）＝12cV×10－3 mol，则与环己烯反应的n′（Br2）＝ (b-12cv×10-3)mol，则n（）＝n′（Br2）＝(b-12cv×10-3)mol，故样品中环己烯的质量分数为（b-12cv×10-3)×82gag×100%＝（b-cv2000)×82a×100%。
（6）a项，样品中含有苯酚杂质，苯酚能与Br2发生反应，消耗Br2的量增加，测定结果偏高；b项，测定过程中环己烯挥发，消耗Br2的量减少，测定结果偏低；c项，Na2S2O3标准液部分被氧化，则滴定过程中消耗Na2S2O3的量增多，计算出剩余的Br2的量偏多，则与环己烯反应的Br2的量偏少，测定结果偏低。
答案：（1）FeCl3溶液 溶液显紫色
（2）① a、b
②减少环己醇蒸出
（3）分液漏斗、烧杯
（4）通冷凝水，加热
（5）淀粉溶液 （b-cv2000)×82a×100%
（6）b、c
[例2] 解析：本题涉及的考点有铁及其化合物、氧化还原反应和工艺流程等；考查了学生将实际问题分解，通过运用相关知识分析和解决化学问题的能力，体现了科学态度与社会责任的学科核心素养，以及关注社会发展的价值观念。
（1）用热纯碱溶液洗去铁屑表面的油污后，再用水洗涤铁屑表面附着物。
（2）加热可以加快化学反应速率，进而加快铁屑的溶解。为便于控制温度在80～95 ℃，可采取水浴加热方式。铁屑中硫化物与稀H2SO4反应生成酸性气体H2S，可用碱液吸收，并用倒扣漏斗，既能充分吸收又能防止倒吸。
（3）步骤③利用H2O2的强氧化性将Fe2＋全部氧化为Fe3＋。为防止Fe3＋水解，需控制溶液的pH小于0.5。
（4）从溶液中得到产品硫酸铁铵晶体，先加热浓缩、冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即可。
（5）设硫酸铁铵晶体的物质的量为1 mol，加热到150 ℃，失去1.5 mol（即27 g）水，质量减轻5.6%，则硫酸铁铵晶体的相对分子质量为≈482，NH4Fe（SO4）2的相对分子质量为266，则剩余部分为水，＝12，故硫酸铁铵晶体的化学式为NH4Fe（SO4）2·12H2O。
答案：（1）碱煮水洗
（2）加快反应 热水浴 C
（3）将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，不引入杂质 防止Fe3＋水解
（4）加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤）
（5）NH4Fe（SO4）2·12H2O
[练2] 解析：本题涉及的知识点有萃取、蒸馏、升华等化学实验基本操作；借助从茶叶中提取咖啡因的基本操作考查化学实验与探究的能力；依据探究目的，进行分离、提纯，体现科学探究与创新意识的学科核心素养。
（1）茶叶研细是为了增大茶叶与萃取液之间的接触面积，使提取效果更好。加热蒸馏时为防止液体暴沸，通常在液体中加入沸石。
（2）提取所用溶剂为95%的乙醇，乙醇易挥发，若采用明火加热，挥发出的乙醇蒸气容易被点燃。与传统萃取相比，索氏提取器中的溶剂可以反复使用，既减少了溶剂用量，又能高效萃取。
（3）乙醇易挥发，萃取后便于蒸馏浓缩得到咖啡因。蒸馏浓缩除所给仪器外，还应选用直形冷凝管冷凝蒸气，并用接收瓶收集馏分。
（4）单宁酸具有酸性，利用生石灰可以中和单宁酸，并吸收其中的水分。
（5）由题给信息可知，咖啡因熔点高于其升华温度，故加热后咖啡因通过升华、凝华过程得到纯化。
答案：（1）增加固液接触面积，提取充分 沸石
（2）乙醇易挥发，易燃 使用溶剂量少，可连续萃取（萃取效率高）
（3）乙醇沸点低，易浓缩 AC
（4）单宁酸 水
（5）升华
[例3] 解析：（1）根据“浅蓝绿色溶液”“白色沉淀”，可以判断铜被铁离子氧化成铜离子，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。（2）利用信息ⅲ，如果白色沉淀是CuSCN，则它溶于稀硝酸生成硫酸铜并产生无色无味气体。（3）①根据信息ⅱ，（SCN）2具有类似卤素的性质，暗示SCN－具有还原性，（SCN）2具有氧化性。KSCN与CuSO4反应较慢，发生反应2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋（SCN）2。②探究Fe2＋对实验影响，必须设计对照实验，即探究KSCN与FeSO4反应是否显色，所以试剂A为2 mL 0.2 mol·L－1硫酸亚铁溶液，排除了亚铁离子的干扰。③Fe2＋、Cu2＋与SCN－反应，抓住“瞬间”“局部溶液变红”“振荡后红色褪去”等关键信息，由此暗示：Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了（SCN）2，促进生成白色沉淀。（4）分析（3）中实验，发现促进白色沉淀生成，也可能是硫酸亚铁生成的铁离子，需要证明铁离子是否能生成白色沉淀，是否能促进铜离子与硫氰根离子反应。由实验结论逆推实验现象：缓慢生成白色沉淀。说明两点：一是Cu2＋与SCN－生成白色沉淀；二是Fe3＋不能促进生成CuSCN。（5）铜量不足时，2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，清液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋，向清液中加入KSCN溶液，发生有关反应：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe（SCN）3（溶液变为红色），4SCN－＋2Cu2＋===2CuSCN↓＋（SCN）2（立即出现白色沉淀），振荡促进反应Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，生成的SCN－继续与Cu2＋结合生成沉淀，使c（SCN－）减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN－⇌Fe（SCN）3向左移动，也说明生成白色沉淀的平衡常数大于显色反应（络合反应）的平衡常数，导致优先发生沉淀反应。
答案：（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）滴加稀硝酸，白色沉淀逐渐溶解，溶液变蓝并产生无色无味气体
（3）①2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋（SCN）2
②2 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液 ③2Fe2＋＋（SCN）2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了（SCN）2，促进平衡向生成白色沉淀方向移动
（4）缓慢生成白色沉淀
（5）Cu2＋和SCN－反应生成白色沉淀，c（SCN－）减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN⇌Fe（SCN）3向左移动
[练3] 解析：（1）银离子水解使硝酸银溶液显酸性，故其pH<7，离子方程式为：Ag＋＋H2O⇌AgOH＋H＋；（2）①检验Ag2S，先用浓硝酸检验并且将硫离子氧化成硫酸根离子，再用钡离子检验硫酸根离子，所以试剂1是浓硝酸，试剂2是硝酸钡溶液，浓硝酸和Aa2S反应生成红棕色NO2，反应现象为：黑色沉淀溶解，有红棕色刺激性气味的气体生成；②已知Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液[Ag（NH3）2OH]，而Ag2S和Ag均不能，参考步骤ⅰ，取少量洗涤后的黑色沉淀，加入浓氨水，充分振荡后过滤，向滤液中滴加足量盐酸，根据是否有白色沉淀生成判断沉淀中是否有Ag2O，步骤ⅰ用盐酸与银氨溶液的反应方程式为：Ag（NH3）2OH＋3HCl===AgCl↓＋2NH4Cl＋H2O；（3）①根据控制变量法的原理，将pH＝4的0.1 mol·L－1AgNO3溶液替换为pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3溶液；②由题意，pH＝4的0.1 mol·L－1 AgNO3溶液的氧化性强于pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3溶液，氧化性越强电压差越大，则a>b。
答案：（1）Ag＋＋H2O⇌AgOH＋H＋ （2）①浓硝酸 Ba（NO3）2溶液 黑色沉淀溶解，有红棕色刺激性气味的气体生成 ②加入浓氨水，充分振荡后过滤，向滤液中滴加足量盐酸 Ag（NH3）2OH＋3HCl===AgCl↓＋2NH4Cl＋H2O （3）①pH＝4的0.1 mol·L－1 NaNO3 ②a>b
[例4] 解析：（1）a的作用是平衡压强，防止圆底烧瓶中压强过大，引起爆炸。仪器d的名称是直形冷凝管。
（2）检查装置气密性时在b和f中加水，使水浸没a和e的末端，从而形成密闭体系。
（3）①此实验是利用高氯酸（高沸点酸）将样品中的氟元素转化为HF（低沸点酸）蒸出。硝酸和盐酸易挥发，A、B项错误；硫酸和磷酸沸点高，难挥发，C、D正确。
答案：（1）平衡压强 直形冷凝管 （2）在b和f中加水，水浸没导管a和e末端 （3）①CD ②不受影响 ③充分吸收HF气体，防止其挥发损失 （4）5.7(c1V1-c2V2)m% （5）寻找最佳实验条件
[练4] 解析：（1）静置，取上层清液继续滴加NaCl溶液，若溶液不变浑浊，则NaCl已足量；反之，NaCl不足。（2）根据信息，步骤2的反应物主要有Al、AgCl、Na2CO3，生成物主要有Al（OH）3、Ag、CO2，先根据电子守恒有2Al＋6AgCl―→2Al（OH）3＋6Ag，再根据电荷守恒有2Al＋6AgCl＋3CO32-―→2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑，最后根据原子守恒得2Al＋6AgCl＋3CO32-＋3H2O===2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑。
（3）先设计制备思路：
AgCl、AgAgClAlCl3溶液
然后用详尽的文字描述操作过程。
解析：（4）①根据配制一定物质的量浓度的溶液及提供的仪器还缺少100 mL容量瓶、胶头滴管（定容）。②NH4SCN标准溶液略过量时为滴定终点，SCN－与Fe3＋反应溶液显红色。③根据离子反应“Ag＋＋SCN－===AgSCN↓”得，硝酸银的质量分数为[0.029 L×0.1 mol·L－1×100mL25mL×170 g·mol－1]/2.000 g×100%＝98.60%。
答案：（1）静置，取上层清液继续滴加NaCl溶液，若溶液不变浑浊，则NaCl已足量
（2）2Al＋6AgCl＋3CO32-＋3H2O===2Al（OH）3＋6Ag＋6Cl－＋3CO2↑
（3）加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀硝酸，充分反应后，过滤；将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；用冰水洗涤、干燥
（4）①100 mL容量瓶、胶头滴管 ②溶液变为红色，且半分钟不再改变 ③98.60%
本讲真题研练
1．解析：（1）利用固体配制一定物质的量浓度的溶液时需要用托盘天平称量固体，用烧杯溶解固体，用量筒量取蒸馏水。（2）根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCO3-===Fe（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SO42-===CaSO4↓，可排除HCO3-、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而NO在酸性溶液中具有氧化性，可排除NO3-。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中电解质较合适。（3）电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电极）溶液中。（4）由题意知负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加0.02 mol·L－1时，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04 mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.09 mol·L－1。（5）石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋>Fe2＋，还原性：Fe>Fe2＋。（6）该活化反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变血红色，则说明活化反应已完成。
答案：（1）烧杯、量筒、托盘天平
（2）KCl
（3）石墨
（4）0.09 mol·L－1
（5）Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe
（6）取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色
2．解析：（1）三颈烧瓶中盛放1.5 mL甲苯和100 mL水的混合物，加热时三颈烧瓶内液体体积不能超过烧瓶容积的2/3，不能少于1/3，故选用规格为250 mL的三颈烧瓶最适宜。
（2）三颈烧瓶上装有的冷凝管起到冷凝回流的作用，由于球形冷凝管比直形冷凝管冷凝效果好，故选用球形冷凝管；甲苯为不溶于水的油状液体，苯甲酸钾易溶于水，故当回流液体中不再出现油珠时，说明甲苯完全被高锰酸钾氧化为苯甲酸钾。
（3）亚硫酸氢钠具有较强的还原性，从球形冷凝管上口加入饱和亚硫酸氢钠溶液可以还原三颈烧瓶中剩余的高锰酸钾，防止后面加入的盐酸被高锰酸钾氧化（2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O），产生氯气；若在酸性条件下用草酸代替亚硫酸氢钠，则草酸被氧化为CO2， MnO4-被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒可得反应的离子方程式为2MnO4-＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。
（4）三颈烧瓶中高锰酸钾被甲苯还原为难溶于水的MnO2，故趁热过滤得到的滤渣为MnO2。
（5）据表格信息可知苯甲酸晶体在100 ℃左右开始升华，故干燥苯甲酸晶体时，温度不宜过高。
（6）由苯甲酸与KOH按照物质的量之比1∶1发生反应可知，25.00 mL粗产品溶液中n（苯甲酸）＝n（KOH）＝0.010 00 mol·L－1×0.021 5 L＝2.15×10－4 mol，则0.122 g粗产品中含有苯甲酸的质量为2.15×10－4 mol×4×122 g·mol－1＝8.6×10－4×122 g，纯度为8.6×10-4×122g0.122g×100%＝86.0%。1.5 mL甲苯理论上获得的苯甲酸的质量为1.5 mL×0.867 g·mL－192g·mol－1×122 g·mol－1≈1.72 g，1.0 g苯甲酸粗品中苯甲酸的质量为1.0 g×86.0%＝0.86 g，则产率为0.86g1.72g×100%＝50%。
（7）由于苯甲酸的溶解度受温度影响较大，故可以通过重结晶的方法提高苯甲酸的产率。
答案：（1）B
（2）球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化
（3）除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气 2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
（4）MnO2 （5）苯甲酸升华而损失 （6）86.0% C
（7）重结晶
3．解析：本题考查化学实验，考查的化学学科核心素养是科学探究与创新意识。（1）装置A中a的作用是平衡气压，使浓盐酸能够顺利滴下。该实验过程中有毒性较大的氯气参与反应，故装置C中盛放NaOH溶液，用于吸收有毒气体氯气，防止其逸出污染空气。酸性条件下，ClO－与Cl－发生氧化还原反应（归中反应）生成氯气，故装置A中制备Cl2的化学方程式是Ca（ClO）2＋4HCl===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O。（2）盐酸具有挥发性，则用浓盐酸制备的Cl2中含有HCl杂质，该杂质进入装置B中会使溶液碱性减弱，而溶液碱性减弱时MnO易发生歧化反应生成MnO和MnO2，又HCl还可还原装置B中生成的KMnO4，导致产物损失，改进的方法是在装置A和装置B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶，以除去Cl2中的HCl杂质。（3）KMnO4具有强氧化性，可腐蚀橡胶管，因此KMnO4溶液应采用酸式滴定管盛装。滴定管的构造特点是0刻度在上，最大刻度在下，最大刻度线下仍然存在一定容积，因此滴定管起始读数为15.00 mL时，滴定管中KMnO4溶液的实际体积大于35.00 mL（即50. 00 mL－15. 00 mL），C项正确。
（4）设FeC2O4·2H2O、Fe2（C2O4）3、H2C2O4·2H2O的物质的量分别为x、y、z，则由实验步骤Ⅰ和实验步骤Ⅱ反应过程中得失电子守恒可列等式：
3x/5＋6y/5＋2z/5＝cV1×10－3 mol①、x/5＋2y/5 ＝cV2×10－3 mol②，联立①②两式，解得z＝52c（V1－3V2）×10－3 mol，则样品中所含H2C2O4·2H2O的质量分数为z×126g·mol－1m g×100%＝0.315c(V1-3V2)m ×100%。当V1V2＝3时，则3x5+6y5+2z5x5+2y5＝3，z＝0，但y不一定等于0，故A项错误；由上述分析知样品中H2C2O4·2H2O的质量分数为0.315c(V1-3V2)m ×100%，则V1V2越大，样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高，B项正确；若实验步骤Ⅰ中滴入的高锰酸钾溶液不足，则实验步骤Ⅰ所得混合液中残留C2O42-，实验步骤Ⅱ中消耗高锰酸钾溶液偏多，测得样品中Fe元素含量偏高，C项错误；结合上述分析知Fe元素的质量分数为56×5cV2×10-3m ×100%，若所用高锰酸钾溶液实际浓度偏低，则得到的V2偏大，测得样品中Fe元素含量偏高，D项正确。
答案：（1）平衡气压，使浓盐酸顺利滴下 NaOH溶液 Ca（ClO）2＋4HCl===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O
（2）在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶
（3）酸式 C
（4）×100% B、D
4．解析：本题考查硫代硫酸钠晶体的制备，意在考查考生的综合实验能力。（1）单向阀的结构特点是只能允许流体从一端流向另外一端，不能倒流，故可起到防止倒吸的作用。Na2CO3、Na2S水解显碱性，若pH过高，Na2CO3、Na2S水解过多，会导致反应混合液中的Na2CO3、Na2S与SO2反应不充分；若pH过低，则生成的Na2S2O3会转化为S和SO2，致使产物损失。（2）蒸发太快，则结晶速率快，不能得到大晶体颗粒，A项错误；蒸发浓缩溶液时，表面出现晶膜时即可停止加热，B项正确；由题给已知信息知Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇，50 ℃时开始失去结晶水，故可往冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇以提高产率，C项正确；若选用冷的Na2CO3，溶液作洗涤剂会引入新的杂质，故不能采用冷的Na2CO3溶液进行洗涤，D项错误。（3）①滴定管在使用时应先检验是否漏液，确定不漏液后先用蒸馏水洗涤，然后用滴定液润洗2至3次；再装液，且液面高于零刻度；然后排出滴定管尖嘴处的气泡；再通过放出滴定管中的液体，调整液体液面至零刻度或零刻度以下；最后记录起始读数。②碘具有挥发性，盖上碘量瓶的瓶塞，可减少碘的损失。③若产品Na2S2O3·5H2O中混有Na2SO3或Na2S2O3·xH2O（x<5），则消耗的碘增多，测定结果偏大。
答案：（1）防止倒吸 pH过高，Na2CO3、Na2S反应不充分；pH过低，导致Na2S2O3转化为S和SO2
（2） BC
（3）①F B E C G ②防止碘挥发损失 ③Na2SO3；失去部分结晶水的Na2S2O3·5H2O
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