2021高考化学一轮复习第十章第7课时物质制备型综合实验教案鲁科版

-1-第7课时物质制备型综合实验[课型标签:实验课提能课]考点一无机物的制备1.无机物制备的三大原则(1)选择最佳反应途径如用铝制取氢氧化铝:2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑、Al2(SO4)3+6Na[Al(OH)4]8Al(OH)3↓+3Na2SO4,当n(Al3+)∶n([Al(OH)4]-)=1∶3时,Al(OH)3产率最高。(2)选择最佳原料如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝,应选用氨水,而不能选用强碱氢氧化钠溶液;用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜,应选用氢氧化钠溶液,而不能选用氨水(氢氧化铜可溶解在氨水中)等。(3)选择适宜操作方法如实验室制备氢氧化亚铁时,因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁,更要注意隔绝空气。2.物质制备类化工流程题的解题策略(1)熟悉常用的操作方法及其作用①对原料进行预处理的常用方法及其作用酸浸与酸接触反应或溶解,使可溶性金属进入溶液,不溶物通过过滤除去灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构,使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土②常用的控制反应条件的方法-2-a.调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:ⅰ.能与H+反应,使溶液pH增大;ⅱ.不引入新杂质。例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。b.控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。c.趁热过滤。防止某物质降温时会析出。d.冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。(2)识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物),箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物),返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。3.气体的制备、净化、收集(1)常见气体制备装置反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥;②试管口略低于试管底;③加热时先均匀加热再固定加热固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等①烧瓶加热时要垫石棉网;②反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片(或沸石)固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下;②启普发生器只适用于块状固体和液体反应,且气体不溶于水;③使用分液漏斗既可以增强气密性,又可控制液体流速-3-(2)气体的收集装置(3)气体的定量测定装置(4)可作为冷凝或冷却的装置(5)防倒吸装置(6)涉气类制备实验操作流程仪器连接→检查气密性→填装药品→防倒吸、防氧化措施→实验过程→仪器拆卸(7)涉气类制备实验先后顺序①装配仪器时:先下后上,先左后右。-4-②加入试剂时:先固后液。③实验开始时:先检查装置气密性,再加药品,后点燃酒精灯。④净化气体时:一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、无味的气体,最后除水蒸气。⑤防倒吸实验:往往是最后停止加热或停止通气。⑥防氧化实验:往往是最后停止通气。题型一以陌生无机物制备为主线的综合实验题[典例1](2016·全国Ⅲ卷)过氧化钙微溶于水,溶于酸,可用作分析试剂,医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题:(一)碳酸钙的制备(1)步骤①加入氨水的目的是。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大,有利于。(2)如图是某学生的过滤操作示意图,其操作不规范的是(填标号)。a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b.玻璃棒用作引流c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁d.滤纸边缘高出漏斗e.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度(二)过氧化钙的制备CaCO3滤液白色结晶(3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此时溶液呈性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸,趁热过滤。将溶液煮沸的作用是。(4)步骤③中反应的化学方程式为,-5-该反应需要在冰浴下进行,原因是。(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是。(6)制备过氧化钙的另一种方法是:将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是,产品的缺点是。解析:(1)石灰石与盐酸反应后的溶液中含有Ca2+、Fe3+、H+,因此加入氨水的目的是调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀;沉淀颗粒较大时,滤纸的微孔不易堵塞,有利于过滤分离。(2)过滤时,漏斗下口的尖端应与烧杯内壁紧贴;滤纸边缘应低于漏斗边缘;用玻璃棒搅动漏斗中的混合物,易戳破滤纸使过滤失败,故a、d、e均不规范。(3)有少量固体存在,说明盐酸无剩余,由于CO2能溶于水,故此时的溶液呈酸性,煮沸的目的是除去溶液中的CO2,以防止与③中的氨水反应。(4)CaCl2、NH3·H2O、H2O2反应生成CaO2、NH4Cl和H2O,由此结合原子守恒可写出该反应的化学方程式;温度过高时双氧水易分解,使H2O2利用率降低。(5)将CaO2用乙醇洗涤的目的是除去晶体表面的水分。(6)用CaCO3煅烧后的产物CaO,直接与H2O2反应制取CaO2,与(二)的步骤相比,其步骤少一步,工艺更简单,操作更方便,但其中的CaCO3没有除去,故产品的纯度较低。答案:(1)调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀过滤分离(2)ade(3)酸除去溶液中的CO2(4)CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl温度过高时双氧水易分解(5)除去结晶表面水分(6)工艺简单、操作方便纯度较低[对点精练1](2019·四川攀枝花统考)氯化亚铜(CuCl)可用作催化剂、杀菌剂、媒染剂、脱色剂。CuCl是一种白色粉末,微溶于水、不溶于乙醇,在潮湿的空气中易被氧化。实验室采用如图装置和下列步骤制备氯化亚铜。-6-步骤1:在三颈烧瓶中加入20%盐酸、食盐、铜屑,加热至60～70℃,开动搅拌器,同时从c口缓慢通入氧气,制得Na[CuCl2]溶液。步骤2:反应完全后,冷却,过滤,滤液用适量的水稀释,析出CuCl。步骤3:过滤,分别用盐酸、乙醇洗涤滤出的固体。步骤4:在真空干燥器中60～70℃干燥2h,冷却后得到产品。回答下列问题:(1)质量分数为20%的盐酸密度为1.1g/cm3,物质的量浓度为。(2)步骤1中制得Na[CuCl2]的化学方程式为。(3)根据步骤2中用水稀释滤液能得到CuCl推测,滤液中存在的平衡是。(4)析出的CuCl晶体不用水而用盐酸、乙醇分别洗涤的目的是。(5)测定产品中氯化亚铜的质量分数,实验过程如下:准确称取制备的氯化亚铜产品0.25g,将其置于足量的FeCl3溶液中,待样品全部溶解后,加入适量稀硫酸,用0.10mol/L的硫酸铈[Ce(SO4)2]标准溶液滴定到终点,消耗硫酸铈溶液24.50mL,反应中Ce4+被还原为Ce3+。(已知:CuCl+FeCl3CuCl2+FeCl2)①硫酸铈标准溶液应盛放在(填“酸”或“碱”)式滴定管中。②产品中氯化亚铜的质量分数为。解析:(1)根据物质的量浓度与质量分数换算关系可得该溶液的物质的量浓度为c=1000wM=10001.120%36.5mol/L≈6.0mol/L。(2)根据步骤1所述可知,NaCl、HCl、Cu、O2在加热时反应产生Na[CuCl2],同时产生H2O,根据原子守恒、电子守恒,可得反应的化学方程式为4HCl(浓)+4NaCl+4Cu+O24Na[CuCl2]+2H2O。(3)步骤2操作是反应完全后,冷却,过滤,滤液用适量的水稀释,析出CuCl,说明[CuCl2]-在溶液中存在电离平衡,即[CuCl2]-(aq)CuCl(s)+Cl-(aq),加水稀释,平衡正向移动,[CuCl2]-转化为CuCl沉淀。(4)析出的CuCl晶体不用水而用盐酸、乙醇洗涤,是因为用盐酸洗涤可以减小溶解导致的损失;用乙醇洗涤是利用乙醇容易挥发的特性,可以使晶体迅速干燥,避免CuCl被氧化。-7-(5)①硫酸铈是强酸弱碱盐,水解使溶液显酸性,所以应该盛放在酸式滴定管中;②根据反应前后电子转移数目相等,可得关系式CuCl～FeCl2～Ce(SO4)2,n(CuCl)=n[Ce(SO4)2]=0.10mol/L×0.0245L=0.00245mol,所以产品中氯化亚铜的质量分数为(CuCl)()mm样品=0.00245mol99.5g/mol0.25g×100%=97.51%。答案:(1)6.0mol/L(2)4HCl(浓)+4NaCl+4Cu+O24Na[CuCl2]+2H2O(3)[CuCl2]-(aq)CuCl(s)+Cl-(aq)(4)用盐酸洗涤可以减小溶解导致的损失;用乙醇洗涤可以使晶体迅速干燥,避免CuCl被氧化(5)①酸②97.51%题型二以物质制备为载体的化工流程类综合实验题[典例2](2016·四川卷)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。[资料查阅][实验探究]该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。请回答下列问题:(1)仪器X的名称是。(2)实验操作的先后顺序是a→→e(填操作的编号)。a.检查装置的气密性后加入药品b.熄灭酒精灯,冷却c.在“气体入口”处通入干燥HCld.点燃酒精灯,加热e.停止通入HCl,然后通入N2(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是。(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是。[探究反思]-8-(5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:①若杂质是CuCl2,则产生的原因是。②若杂质是CuO,则产生的原因是。解析:(1)根据仪器X的构造特点知,其名称为干燥管。(2)加热CuCl2·2H2O制备CuCl,为防止生成的CuCl被空气中的氧气氧化和Cu2+水解,必须要先通入干燥的HCl气体赶走装置中的空气再加热,且要在HCl气流中加热制备,反应结束后先熄灭酒精灯,继续通入HCl,最后通入氮气直至装置冷却,所以操作顺序为:a→c→d→b→e。(3)B中物质由白色变为蓝色,说明有水生成,产物中还有Cl2,所以C中湿润蓝色石蕊试纸先逐渐变为红色,后褪色。(4)D中是Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,反应的离子方程式为:Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。(5)①根据题给信息知,若杂质是CuCl2,说明CuCl2没有反应完全,原因为加热时间不足或温度偏低。②若杂质是氧化铜,说明CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2,进一步分解生成CuO,原因是通入HCl的量不足。答案:(1)干燥管(2)cdb(3)先变红,后褪色(4)Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O(5)①加热时间不足或温度偏低②通入HCl的量不足[对点精练2](2019·陕西宝鸡中学一模)五水硫代硫酸钠(化学式为Na2S2O3·5H2O)不溶于乙醇,易溶于水,可用于鞣制皮革、矿石提银、水产养殖、医疗解毒等,工业上常用Na2S、Na2CO3为原料制备,其生产流程如图所示,回答下列问题。(1)五水硫代硫酸钠中硫元素的化合价为。常温下,Na2S溶液的pH(填“”“”或“=”)7。(2)溶解原料的蒸馏水需加热煮沸一段时间后待用,其目的是。(3)Na2S和Na2CO3按物质的量比2∶1投料后加热,将SO2缓缓通入溶液中,即可获得Na2S2O3,反应的化学方程式为。(4)上述制备实验一般须控制在碱性环境下进行,若在酸性条件下产品会发黄,用离子方程式表示其可能的原因:。-9-(5)充分反应后趁热过滤,将滤液水浴加热浓缩,冷却析出后用乙醇洗涤表面,即可获得纯净的无色透明晶体。趁热过滤和用乙醇洗涤的目的是。(6)为测定产品中Na2S2O3·5H2O的纯度