第4讲 化学实验中的综合探究与创新突破\n探究突破一探究突破二探究突破三真题演练\n探究突破一以物质制备为载体的实验综合\n[例1]过氧化锶(SrO2)通常用作分析试剂、氧化剂、漂白剂等。制备原理为Sr＋O2SrO2。某兴趣小组利用下列装置在实验室中模拟制备过氧化锶。\n(1)选择必要仪器制备过氧化锶(气流按从左到右的流向)：___________(填字母)。(2)该实验制备氧气的化学方程式为____________________________。(3)连接好装置进行实验，实验步骤如下，正确的操作顺序为___________(填序号)。①打开分液漏斗活塞，将水滴入烧瓶中②在相应装置中装入药品③检查装置气密性④加热⑤停止加热⑥关闭分液漏斗活塞A→B→E→B2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑③②①④⑤⑥解析：(1)根据反应原理，需要制备氧气。由于锶是活泼金属，能与水发生反应，因此需要预先除去氧气中的水蒸气，然后通入玻璃管中与锶发生反应，同时防止空气中的水和二氧化碳进入E装置，因此装置的连接顺序是A→B→E→B。(3)由于有气体参加反应，所以首先要检查装置的气密性，然后加入药品。打开分液漏斗活塞，排尽装置内的空气，对玻璃管进行加热，发生反应，反应完全后，停止加热，关闭分液漏斗活塞，故实验操作的顺序是③②①④⑤⑥。\n(4)利用反应Sr2＋＋H2O2＋2NH3＋8H2O===SrO2·8H2O↓＋2N制备过氧化锶，装置如下：①仪器X的作用是___________。②氨气在该反应中所起的作用是_________________________________。③实验结束后，得到SrO2·8H2O的操作为_____________________。防倒吸中和生成的氢离子，促进反应正向进行过滤、洗涤、干燥\n解析：(4)①氨气极易溶于水，因此仪器X的作用是防倒吸。②根据反应原理Sr2＋＋H2O2===SrO2＋2H＋，通入氨气可中和H＋，促进反应的正向进行。\n(5)设计实验证明SrO2的氧化性比FeCl3的氧化性强：_____________________________________________________________________________________________________________________。在盐酸酸化的氯化亚铁溶液中滴加硫氰化钾溶液，无明显现象，再向其中加入少量过氧化锶，溶液变为红色，证明SrO2的氧化性比FeCl3的强\n思维建模\n[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______________。FeCl3溶液溶液显紫色\n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。\n(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SO2b．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__________________。a、b减少环己醇蒸出分液漏斗、烧杯\n解析：(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。\n(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ag环己烯样品中加入定量制得的bmolBr2，与环己烯充分反应后，剩余的Br2与足量KI作用生成I2，用cmol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定，终点时消耗Na2S2O3标准溶液VmL(以上数据均已扣除干扰因素)。测定过程中，发生的反应如下：①②Br2＋2KI===I2＋2KBr③I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6通冷凝水，加热\n解析：(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。\n(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淀粉溶液×100%b、c\n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)＝n(Na2S2O3)＝cV×10－3mol，则与环己烯反应的n′(Br2)＝mol，则n()＝n′(Br2)＝mol，故样品中环己烯的质量分数为×100%＝×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。\n【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。\n(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。\n2．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。\n3．有机综合类的一般分析流程\n探究突破二以流程分析为载体的实验综合\n[例2]连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种淡黄色粉末，易溶于水，不溶于乙醇。在实验室制备连二亚硫酸钠流程如下：\n(1)反应Ⅰ是制备SO2，下图装置可制取纯净干燥的SO2：①按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→__________→f，装置D的作用是________。②装置A中反应的化学方程式为__________________________________。d→e→c→b防止倒吸Cu＋2H2SO4(浓)SO2↑＋CuSO4＋2H2O\n解析：(1)①铜和浓硫酸在加热条件下反应制取二氧化硫，生成的二氧化硫中含有水蒸气，需要干燥；二氧化硫的密度比空气大，可以与水反应，应使用向上排空气法收集，收集时气体应长进短出，二氧化硫有毒，不能排放到空气中需要尾气处理，吸收尾气时，需要安装防倒吸装置，则按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→d→e→c→b→f；二氧化硫被氢氧化钠吸收，使装置内压减小，易发生倒吸，则D为防倒吸装置；②铜和浓硫酸在加热条件下反应，化学方程式为：Cu＋2H2SO4(浓)SO2↑＋CuSO4＋2H2O；\n(2)反应Ⅱ所用实验装置如图所示(部分装置省略)。①通SO2之前先强力搅拌，将锌粉和水制成悬浊液，其目的是_______________________；控制反应温度的方法是________________。②反应Ⅱ的离子方程式为________________________________________。(3)“滤渣”经洗涤、灼烧，可得到一种工业产品是______(填化学式)；加入适量饱和食盐水的目的是_____________________。(4)产品Na2S2O4·2H2O久置空气中易被氧化，其氧化产物可能是________________________________________(写2种)。加快SO2与Zn的反应速率水浴加热ZnO减小Na2S2O4的溶解度Na2SO3、NaHSO3、Na2SO4或NaHSO4(任写2种)\n解析：(2)①SO2与Zn粉直接接触反应，接触面积太小，通SO2之前先强力搅拌，将锌粉和水制成悬浊液，可增大SO2与Zn粉反应时的接触面积，从而加快SO2与Zn的反应速率；由流程图示，反应Ⅱ的反应温度为35℃，火焰温度太高不易控制，不能用酒精灯直接加热，应使用水浴加热的方法来控制温度；②二氧化硫与锌粉和氢氧化钠反应生成氢氧化锌和Na2S2O4，离子方程式为：；(3)由(2)②可得过滤得到的“滤渣”为氢氧化锌，洗涤、灼烧，氢氧化锌分解为氧化锌(ZnO)；Na2S2O4易溶于水，冷却结晶过程中，加入适量饱和食盐水，可降低其溶解度加快结晶速度；(4)产品Na2S2O4·2H2O中硫的化合价为＋3价，被氧化时硫的化合价升高，可能变为＋4价或＋6价，则可能的产物有Na2SO3、NaHSO3、Na2SO4或NaHSO4(任写2种)。\n[练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：\n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)。碱煮水洗加快反应热水浴C\n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。\n(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__________________。将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，不引入杂质防止Fe3＋水解加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)NH4Fe(SO4)2·12H2O\n解析：(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1mol，加热到150℃，失去1.5mol(即27g)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。\n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。\n2．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。\n探究突破三以组成含量为载体的实验综合\n[例3]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。平衡压强直形冷凝管在b和f中加水，水浸没导管a和e末端\n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。\n(3)c中加入一定体积高氯酸和mg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________________________________。CD不受影响充分吸收HF气体，防止其挥发损失\n解析：(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。\n(4)向馏出液中加入V1mLc1mol·L－1La(NO3)3溶液，得到LaF3沉淀，再用c2mol·L－1EDTA标准溶液滴定剩余La3＋(La3＋与EDTA按1∶1配合)，消耗EDTA标准溶液V2mL，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0.084g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____________________。%寻找最佳实验条件\n[练3]三氯氧磷(POCl3)常用作半导体掺杂剂及光导纤维原料，实验室制备POCl3并测定产品含量的实验过程如下：Ⅰ.制备POCl3采用氧气氧化液态PCl3法制取POCl3，实验装置(加热及夹持仪器略)如图所示：\n已知：①Ag＋＋SCN－===AgSCN↓；Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN)；磷酸银溶于硝酸。②PCl3和POCl3的相关信息如下表：物质熔点/℃沸点/℃相对分子质量性质PCl3－112.076.0137.5两者互溶，均为无色液体，遇水均剧烈反应生成含氧酸和氯化氢POCl32.0106.0153.5(1)POCl3遇水反应的化学方程式为____________________________。(2)装置B的作用除干燥O2外，还有：____________________。(3)反应温度要控制在60～65℃，原因是______________________________________________________。POCl3＋3H2O===H3PO4＋3HCl平衡压强、观察O2的流速温度过低，反应速率太慢；温度过高，PCl3易挥发，利用率低\nⅡ.测定POCl3产品的含量实验步骤：①制备POCl3实验结束后，待三颈烧瓶中的液体冷却至室温，准确称取30.7gPOCl3产品，置于盛有60.00mL蒸馏水的水解瓶中摇动至完全水解，将水解液配成100.00mL溶液。②取10.00mL溶液于锥形瓶中，加入10.00mL3.2mol·L－1AgNO3标准溶液。③加入少许硝基苯用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。④以NH4Fe(SO4)2为指示剂，用0.2mol·L－1KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液，达到滴定终点时共用去10.00mLKSCN溶液。(4)步骤③中加入硝基苯的作用是_________________________________________________。(5)产品中POCl3的质量分数为________(保留四位有效数字)。防止在滴加KSCN溶液时，将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀52.75%\n解析：(5)滴定过程中消耗KSCN为10.00×10－3L×0.2mol·L－1＝0.002mol，AgNO3的物质的量为10.00×10－3L×3.2mol·L－1＝0.032mol；POCl3＋3H2O＋6AgNO3===Ag3PO4↓＋3AgCl↓＋6HNO3，AgNO3＋KSCN===AgSCN↓＋KNO3，设10mL溶液中溶解了xmolPOCl3；POCl3～6AgNO3KSCN～AgNO31611x6x0.0020.0020．002＋6x＝0.032得x＝0.005，则100mL溶液中溶解了0.05molPOCl3，POCl3的质量百分含量为×100%≈52.75%。\n解题流程\n【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。\n(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。\n2．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0.1g，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。\n真题演练•素养通关\n1.[全国乙卷·27]氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域有着重要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示)：Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中。剧烈搅拌下，分批缓慢加入KMnO4粉末。塞好瓶口。Ⅱ.转至油浴中，35℃搅拌1小时，缓慢滴加一定量的蒸馏水，升温至98℃并保持1小时。Ⅲ.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。Ⅳ.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。Ⅵ.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。\n回答下列问题：(1)装置图中，仪器a、c的名称分别是________、________，仪器b的进水口是____(填字母)。(2)步骤Ⅰ中，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是________________________。(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴，不使用热水浴，原因是________________________________。滴液漏斗三颈瓶d反应放热，防止反应过快加热温度接近水的沸点，油浴更易控温解析：(1)结合图示装置可知仪器a、c分别为滴液漏斗和三颈烧瓶。仪器b为球形冷凝管，为使冷却水充满冷凝管，需从d口进水，e口出水。(2)结合步骤Ⅰ可知粉末与石墨粉的反应为放热反应，分批缓慢加入KMnO4粉末，并将三颈烧瓶置于冰水浴中降温，能防止反应过快。(3)步骤Ⅱ中加热温度为98℃，温度接近水的沸点，且持续时间较长，油浴更容易控温，故选择油浴更适宜。\n(4)步骤Ⅲ中，H2O2的作用是_________________________________________(以离子方程式表示)。(5)步骤Ⅳ中，洗涤是否完成，可通过检测洗出液中是否存在来判断。检测的方法是_______________________________________。(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl－是否洗净，其理由是______________________________________________。＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑取少量洗出液，滴加BaCl2，没有白色沉淀生成H＋与Cl－电荷平衡，洗出液接近中性时，可认为Cl－洗净\n解析：(4)结合步骤Ⅲ的实验现象可知加入的H2O2用于除去过量的KMnO4，其反应的离子方程式为＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑。(5)检验洗出液中是否含有时，可取少量洗出液，滴加BaCl2溶液，若溶液中没有白色沉淀生成，即可说明没有BaSO4生成，即已洗涤干净。(6)步骤Ⅴ中用蒸馏水洗涤沉淀时，洗涤液中H＋与OH－、Cl－电荷平衡，当洗出液接近中性时，可认为Cl－已洗净，故实验可用pH试纸检验Cl－是否洗涤干净。\n2．[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0.10mol·L－1FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、____________________(从下列图中选择，写出名称)。烧杯、量筒、托盘天平\n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。\n(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＋4.07HC4.61Na＋5.19N7.40Ca2＋6.59Cl－7.91K＋7.62S8.27KCl解析：(2)根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及===Fe(OH)3↓＋3CO2↑、===CaSO4↓，可排除、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而在酸性溶液中具有氧化性，可排除。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。\n(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0.02mol·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_________________________________________。石墨0.09mol·L－1Fe3＋＋e－===Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋Fe3＋Fe取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色\n解析：(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0.02mol·L－1时，石墨电极溶液中c(Fe2＋)增加0.04mol·L－1，故此时石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝0.09mol·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。\n3．[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：\n名称相对分子质量熔点/℃沸点/℃密度/(g·mL－1)溶解性甲苯92－95110.60.867不溶于水，易溶于乙醇苯甲酸122122.4(100℃左右开始升华)248——微溶于冷水，易溶于乙醇、热水\n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1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)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1.0g。(3)纯度测定：称取0.122g粗产品，配成乙醇溶液，于100mL容量瓶中定容。每次移取25.00mL溶液，用0.01000mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。\n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．100mLB．250mLC．500mLD．1000mL(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_________________________________________________。B球形无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O\n解析：(1)三颈烧瓶中盛放1.5mL甲苯和100mL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，不能少于，故选用规格为250mL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＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。\n(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。MnO2苯甲酸升华而损失86.0%C重结晶\n解析(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，25.00mL粗产品溶液中n(苯甲酸)＝n(KOH)＝0.01000mol·L－1×0.0215L＝2.15×10－4mol，则0.122g粗产品中含有苯甲酸的质量为2.15×10－4mol×4×122g·mol－1＝8.6×10－4×122g，纯度为×100%＝86.0%。1.5mL甲苯理论上获得的苯甲酸的质量为×122g·mol－1≈1.72g，1.0g苯甲酸粗品中苯甲酸的质量为1.0g×86.0%＝0.86g，则产率为×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。\n4．[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：3Mn＋2H2O===2Mn＋MnO2↓＋4OH－\n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50.00mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始读数为15.00mL，此时滴定管中KMnO4溶液的实际体积为_____(填标号)。A．15.00mLB．35.00mLC．大于35.00mLD．小于15.00mL平衡气压，使浓盐酸顺利滴下NaOH溶液Ca(ClO)2＋4HCl===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶酸式C\n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，而溶液碱性减弱时易发生歧化反应生成和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15.00mL时，滴定管中KMnO4溶液的实际体积大于35.00mL(即50.00mL－15.00mL)，C项正确。\n(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mg样品于锥形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加热至75℃。用cmol·L－1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL。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30s内不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL。样品中所含H2C2O4·2H2O(M＝126g·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．＝3时，样品中一定不含杂质B．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×100%B、D\n解析：(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：＝cV1×10－3mol①、＝cV2×10－3mol②，联立①②两式，解得z＝c(V1－3V2)×10－3mol，则样品中所含H2C2O4·2H2O的质量分数为z××100%＝×100%。当＝3时，则＝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×100%，则越大，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，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×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。
