第十九题 综合实验探究
1． (2012·山东理综，30)实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4，
主要流程如下：
(1)为使Mg2、Al3同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入________(填“A”或
＋
＋
“B”)，再滴加另一反应物。
(2)如下图所示，过滤操作中的一处错误是____________________________________。
(3)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是__________。高温焙烧时，用于盛放固体的仪器名称是__________。
(4)无水AlCl3(183 ℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。
装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是___________________________。 F中试剂的作用是________________。用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为________________。 答案 (1)B
(2)漏斗下端尖嘴未紧贴烧杯内壁
(3)AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液) 坩埚
(4)除去HCl 吸收水蒸气(或防止水蒸汽进入E) 碱石灰(或NaOH与CaO混合物) 2． 氯化铁是实验室中的重要试剂。某同学用m g含有铁锈(Fe2O3)的废铁屑来制取
FeCl3·6H2O晶体，同时测定废铁屑中铁的质量分数。 为此设计了如图装置(夹持装置略，气密性已检验)：
1
操作步骤如下：
Ⅰ.打开弹簧夹K1，关闭弹簧夹K2，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸。
Ⅱ.当??时，关闭弹簧夹K1，打开弹簧夹K2，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a。 Ⅲ.将烧杯中溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到FeCl3·6H2O晶体。 请回答：
(1)A中发生的置换反应的化学方程式是______________________________________。 (2)操作Ⅱ中“??”的内容是______________________________________________， 烧杯中的现象是__________________________________________________________， 烧杯中相应的离子方程式和化学方程式是___________________、__________________。 (3)操作Ⅲ不采用直接加热制FeCl3·6H2O晶体的原因是
________________________________________________________________________。 (用简要文字并结合离子方程式解释)。
(4)测得B中所得的气体是V mL(标准状况下)，由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是V
，该数值比实际数值偏低，若实验过程中操作无误，偏低的原因是 400m
________________________________________________________________________。 (5)为了准确测定铁的质量分数，另取m g废铁屑和某种常见的还原性气体在加热条件下充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是w g。由此求出铁的准确质量分数是________(用含m和w的式子表示)。 答案 (1)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
(2)A中固体完全消失 浅绿色溶液逐渐变黄，有气泡产生 2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O 2H2O2=====2H2O＋O2↑
＋
＋
＋
FeCl3
(3)Fe3＋3H2O
＋＋
Fe(OH)3＋3H，加热会促进FeCl3水解，产生Fe(OH)3沉淀
＋
(4)Fe3和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少
160?m－w?m－
4810w－7m
(5)×100%或×100%
m3m
解析 (1)装置A中发生的化学反应是铁与盐酸的反应和氧化铁与盐酸的反应，其中前者为置换反应。(2)装置A中反应完全的现象是固体溶解；装置A中反应后的溶液溶质成分是FeCl2，与过氧化氢混合后，被氧化为黄色的FeCl3，同时在氯化铁的催化作用下过氧化氢分解产生氧气。(3)氯化铁在水溶液中水解，加热可促进其水解。(4)盐酸与氧化铁反应生成的Fe3会与Fe反应，这部分单质铁没有生成氢气，导致测得的结果偏
＋
2
1m－w
低。(5)减少的质量为杂质Fe2O3中O的质量，故Fe2O3的物质的量为×，即混合
316
10w－7m1m－w
物中单质铁的质量为m－××160＝。
31633． 某实验小组的同学在获得了如下资料的情况下，利用下面的装置来探究二氧化氮与碳酸
氢钠溶液反应的产物及反应的机理。
资料：①亚硝酸是一种弱酸，酸性较碳酸酸性强。
②亚硝酸不稳定，很易分解：3HNO2===HNO3＋2NO↑＋H2O。 实验步骤如下： ①检查装置气密性。
②在U形管中盛满蒸馏水，从b处通入二氧化氮气体，在U形管的B处得到无色气体，打开分液漏斗活塞，使少量气体进入分液漏斗，在分液漏斗中看到有红棕色气体。 ③在U形管中盛满饱和碳酸氢钠溶液，从b处通入二氧化氮气体，在U形管的B处也得到无色气体，打开分液漏斗活塞，使少量气体进入分液漏斗，在分液漏斗中却看不到红棕色气体。
④将③中B处无色气体通过导管b通入足量澄清石灰水中有白色沉淀生成。 ⑤将U形管中盛满氢氧化钠溶液，从b处通入二氧化氮时在B处得不到任何气体。 请回答下列各题：
(1)检查装置气密性的方法为________________________________________________。 (2)在②中B处得到的无色气体是__________；用两个化学方程式表示二氧化氮与水反应的化学反应机理：________________________________________________________。 (3)在③中B处得到的无色气体(单一纯净)是________；只得到该无色气体的原因是 ________________________________________________________________________。 (4)取出③中得到的溶液，加入足量稀盐酸，预测可观察到的现象________________。 (5)写出⑤中发生的化学反应方程式_________________________________________。 答案 (1)关闭分液漏斗的活塞，夹紧止水夹b，从长颈漏斗加水，长颈漏斗中有一段水柱不下降，证明气密性良好
(2)NO 2NO2＋H2O===HNO2＋HNO3、3HNO2===HNO3＋2NO↑＋H2O
(3)CO2 NO2与水反应生成HNO2和HNO3，二者都比碳酸的酸性强，因而与NaHCO3反应生成CO2
(4)产生无色气体，在空气中变为红棕色
3
(5)2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
解析 解答该题的关键是能及时迁移应用资料卡中的信息，结合已掌握的氮及其化合物的性质，合理解释每步实验现象。①带有长颈漏斗的装置检查气密性，一般都采用“液差法”，首先应注意密封一端。②说明NO2与水反应生成NO，印证3NO2＋H2O===2HNO3＋NO的存在。③，④说明NO2与NaHCO3溶液反应，气体产物只有CO2，
H2O?HNO3NaHCO3
没有NO，从而否定NO2――→?――→CO2的常规认识，再根据资料卡中的信息，
?NO
预测可能是NO2与水反应生成HNO3和HNO2，生成的HNO2立即与NaHCO3反应生成了稳定的NaNO2，不能分解产生NO。⑤更进一步验证了上述推测的正确性。 4． 氮及其化合物在生产、生活中有重要的作用。
(1)NH3是制碱工业中不可缺少的重要物质。继侯德榜“联合制碱法”后，上世纪50年代某些化工专家开始研究有机胺制碱法，其工艺流程如下：
已知：NR3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3＋NR3·HCl， NR3＋HCl===NR3·HCl，且NR3·HCl易溶于有机溶剂。 ①操作Ⅰ名称为__________；
②某实验小组同学查阅资料知，有机溶剂和有机胺的沸点差别较大，现欲将A中各成分进行分离，请写出除了导管、酒精灯、牛角管、锥形瓶外，该分离操作所需的玻璃仪器名称____________________________________________________________________； (2)N2在化工生产、农业、医疗、航天航空等领域用途广泛。现提供以下装置(连接仪器略去)：
4
①某化学兴趣小组甲同学欲用加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2，应该选择的发生装置是____________，在添加药品、制取气体前必须进行的操作是
________________________________________________________________________。 ②在加热条件下，用NH3还原CuO可制得N2，同时获得铜粉，此反应的化学反应方程式是____________________________________________________________________。 乙同学用此法制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料。按气流从左到右的方式，整套装置的连接顺序是______________(填写字母序号)；最后一个装置中试剂的作用是__________________________________________________________。 答案 (1)①分液 ②蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管(或直形冷凝管)
(2)①A 检查气密性 ②3CuO＋2NH3=====N2＋3Cu＋3H2O DEBC 干燥N2并除去其中的NH3
解析 (1)操作Ⅰ是分离两种互不相溶的液体，显然是分液，分离两种互溶但沸点差别较大的液体使用蒸馏。
(2)①制取N2是固液加热制取装置，故选A。②用浓氨水与生石灰制NH3，选用装置D，注意干燥NH3只能用碱石灰，要获取纯净、干燥的N2必须除去未反应的NH3及生成的水蒸气。
5． 碳酸镁晶须是一种新型的吸波隐形材料中的增强材料。
(1)合成该物质的步骤如下：
步骤1：配制0.5 mol·L1MgSO4溶液和0.5 mol·L1NH4HCO3溶液。
－
－
△
步骤2：用量筒量取500 mL NH4HCO3溶液于1 000 mL四口烧瓶中，开启搅拌器。温度控制在50 ℃。
步骤3：将250 mL MgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中，1 min内滴加完后，用氨水调节溶液pH到9.5。
步骤4：放置1 h后，过滤、洗涤。
步骤5：在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，得碳酸镁晶须产品(MgCO3·nH2O n＝1～5)。
回答下列问题：
①步骤3中加氨水后的离子方程式__________________________________________。 ②步骤4为加快过滤速度，常用____________(填过滤方法)。
5
(2)测定合成的MgCO3·nH2O中的n值。称量1.000 g碳酸镁晶须，放入如图所示的广口 瓶中加入水滴入稀硫酸与晶须反应，生成的CO2被NaOH溶液吸收，在室温下反应 4～5 h，反应后期将温度升到30 ℃，最后的烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定，测得CO2的总量；重复上述操作2次。
①图中气球的作用是______________________________________________________。 ②上述反应后期要升温到30℃，主要目的是__________________________________。 ③设3次实验测得每1.000 g碳酸镁晶须与稀硫酸反应产生的CO2平均值为a mol，则n值为________(用含a的表达式表示)。
(3)称取100 g上述晶须产品进行热重分析，热重曲线如图。则该条件下合成的晶须中，n＝________(选填1、2、3、4、5)。
答案 (1)①NH3·H2O＋Mg2＋HCO3===MgCO3↓＋NH4＋H2O
＋
－
＋
②减压过滤(或抽滤)
(2)①暂时储存CO2，有利于CO2被NaOH溶液吸收，且能保持装置中压强相对稳定 ②使溶解在水中的CO2逸出，便于吸收 ③(1－84a)/18a (3)1
解析 (1)①加入氨水促进HCO3离子的电离，适当增大CO23离子的浓度。
－
－
②加快过滤的方法只能是减压过滤。
(2)①开始时产生的CO2速率大于NaOH溶液吸收CO2的速率，气球逐渐胀大，暂时储存CO2，避免产生的CO2使内部压强过大，造成泄露；后期CO2被NaOH吸收时，气球逐渐变小。②升高温度，气体的溶解度减小。 ③找出关系：MgCO3·nH2O～CO2
84＋18n 1
1
a 得n＝(1－84a)/18a
(3)从图中看，剩余质量为82.3 g时，即为失去的结晶水的质量，剩余39.2 g时，减少的质量为分解出的CO2的质量，列式：100×18n/(84＋18n)＝100－82.3，得n≈1。
6