高考化学复习专练四 实验方案的设计与探究类综合实验题

专练四实验方案的设计与探究类综合实验题命题角度化学实验基本操作(仪器的选用、分离提纯)、实验条件的控制、实验方案的设计与完善、实验步骤的分析与评价、化学实验探究等，难度较大。

解题策略综合实验题的解题策略是“化整为零”，即把一道实验综合题分解成几个相对独立而又相互关联的小实验，由各个小实验的操作步骤和各个小实验之间的联系确定操作的先后顺序。

可归纳如下江苏综合实验比较重视实验过程中步骤的分析和实验方案的完善，在平时练习中要多加总结。

题型狂练1．(2013·苏锡常镇质检)某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。

实验Ⅰ：制取NaClO2晶体已知：NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出晶体是NaClO2·3H2O，高于38 ℃时析出晶体是NaClO2，高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

现利用下图所示装置进行实验。

(1)装置③的作用是_________________________________________________。

(2)装置②中产生ClO2的化学方程式为_________________________________。

装置④中制备NaClO2的化学方程式为_________________________________。

(3)从装置④反应后的溶液获得NaClO 2晶体的操作步骤为：①减压，55 ℃蒸发结晶；②趁热过滤；③____________；④低于60 ℃干燥，得到成品。

实验Ⅱ：测定某亚氯酸钠样品的纯度。

设计如下实验方案，并进行实验：①准确称取所得亚氯酸钠样品m g 于烧杯中，加入适量的蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(已知：ClO －2＋4I －＋4H ＋===2H 2O ＋2I 2＋Cl －)；将所得混合液配成250 mL 待测溶液。

②移取25.00 mL 待测溶液于锥形瓶中，加几滴淀粉溶液，用c mol·L －1Na 2S 2O 3标准液滴定，至滴定终点。

重复2次，测得平均值为V mL(已知：I 2＋2S 2O 2－3===2I－＋S 4O 2－6)。

(4)达到滴定终点时的现象为_________________________________________。

(5)该样品中NaClO 2的质量分数为________(用含m 、c 、V 的代数式表示)。

(6)在滴定操作正确无误的情况下，此实验测得结果偏高，原因用离子方程式表示为______________________________________________________________。

解析 (1)当试管④中的液体倒吸至装臵③时，由于插入③中的导管较短，故液体不可能再倒吸至装臵②中，所以③的作用作为安全瓶用。

(2)NiClO 3氧化Na 2SO 3生成ClO 2和Na 2SO 4。

ClO 2在碱性条件下氧化H 2O 2生成O 2。

(3)饱和NaClO 2在不同温度下，得不同的晶体。

由题意知，想获得NaClO 2晶体，温度需要控制在38～60 ℃。

(4)淀粉遇I 2显蓝色，加入Na 2S 2O 3消耗I 2，当I 2完全反应时，溶液的蓝色褪去。

(5)找出反应之间的关系：NaClO 2～2I 2～4Na 2S 2O 390．5 4m (NaClO 2) cV ×10－3NaClO 2的质量分数＝10 m (NaClO 2)m ×100%＝90.5 cV 4m %。

(6)结果偏高，说明I 2的量多了，则可能是在滴定过程中，空气中的O 2将I －氧化成了I 2。

答案 (1)防止倒吸 (2)2NaClO 3＋Na 2SO 3＋H 2SO 4===2ClO 2↑＋2Na 2SO 4＋H 2O 2NaOH ＋2ClO 2＋H 2O 2===2NaClO 2＋2H 2O ＋O 2↑ (3)用38～60 ℃的温水洗涤(4)溶液由蓝色变为无色且半分钟不变色(5)90.5 cV4m%(6)4I－＋O2＋4H＋===2I2＋2H2O2．硅藻土是由硅藻死亡后的遗骸沉积形成的，主要成分是SiO2和有机质，并含有少量的Al2O3、Fe2O3、MgO等杂质。

下图是生产精制硅藻土并获得Al(OH)3的工艺流程。

(1)粗硅藻土高温煅烧的目的是____________________________________。

(2)写出反应Ⅲ中生成Al(OH)3沉淀的化学方程式：______________________；氢氧化铝常用做阻燃剂，其原因是____________________________________ ____________________________________。

(3)实验室用酸碱滴定法测定硅藻土中硅含量的步骤如下：步骤1：准确称取样品a g，加入适量KOH固体，在高温下充分灼烧，冷却，加水溶解。

步骤2：将所得溶液完全转移至塑料烧杯中，加入硝酸至强碱性，得硅酸浊液。

步骤3：向硅酸浊液中加入NH4F溶液、饱和KCl溶液，得K2SiF6沉淀，用塑料漏斗过滤并洗涤。

步骤4：将K2SiF6转移至另一烧杯中，加入一定量蒸馏水，采用70 ℃水浴加热使其充分水解(K2SiF6＋3H2O===H2SiO3＋4HF＋2KF)。

步骤5：向上述水解液中加入数滴酚酞，趁热用浓度为c mol·L－1NaOH的标准溶液滴定至终点，消耗NaOH标准溶液V mL。

①步骤1中高温灼烧实验所需的仪器除三角架、泥三角、酒精喷灯外还有________。

a．蒸发皿b．表面皿c．瓷坩埚d．铁坩埚②实验中使用塑料烧杯和塑料漏斗的原因是__________________________。

③步骤3中采用饱和KCl溶液洗涤沉淀，其目的是________________________________________________________________________。

④步骤5中滴定终点的现象是______________________________________。

⑤样品中SiO2的质量分数可用公式“w(SiO2)＝15cV×10－3a×100%”进行计算。

由此分析步骤5中滴定反应的离子方程式为________________________ ________________________________________________。

解析(1)高温煅烧可使有机质和碳质转化为CO2而除去。

(2)①反应Ⅲ是过量CO2通入NaAlO2溶液的过程，注意产物是NaHCO3，不能写成Na2CO3，因为CO2是过量的；②氢氧化铝分解吸收热量，生成的氧化铝是高熔点的物质，能有效隔绝空气、产生的水蒸气也能隔绝空气。

(3)①灼烧应选择坩埚，瓷坩埚中SiO2易被KOH腐蚀，故选择铁坩埚；②HF腐蚀玻璃仪器，故与HF接触的仪器都应使用塑料材质的；③见参考答案；④这是NaOH溶液滴定酸性溶液的实验，故滴定终点为NaOH过量半滴的时刻，即溶液呈弱碱性，酚酞显粉红色；⑤HF是弱碱，写离子方程式时不能拆开书写。

答案(1)除去有机质和碳质(2)NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3氢氧化铝分解吸收热量，且生成高熔点的氧化铝覆盖在表面(3)①d②实验中产生的HF能与玻璃仪器中的SiO2等物质反应③洗去沉淀表面的HF等杂质；增大K＋浓度，减少K2SiF6的损失④最后一滴滴入后溶液由无色变为粉红色，且30 s内不褪色⑤HF＋OH－===F－＋H2O3．(2013·苏北四市联考)过氧化镁(MgO2)易溶于稀酸，溶于酸后产生过氧化氢，在医学上可作为解酸剂等。

过氧化镁产品中常会混有少量MgO，实验室可通过多种方案测定样品中过氧化镁的含量。

(1)某研究小组拟用下图装置测定一定质量的样品中过氧化镁的含量。

①实验前需进行的操作是________________，稀盐酸中加入少量FeCl3溶液的作用是_________________________________________。

②用恒压分液漏斗的优点有：使分液漏斗中的溶液顺利滴下；_________________________________________。

③实验终了时，待恢复至室温，先____________，再平视刻度线读数。

(2)实验室还可通过下列两种方案测定样品中过氧化镁的含量：方案Ⅰ：取a g 样品，加入足量稀盐酸，充分反应后再加入NaOH 溶液至Mg 2＋沉淀完全，过滤、洗涤后，将滤渣充分灼烧，最终得到b g 固体。

方案Ⅱ：称取0.1 g 样品置于碘量瓶中，加入15 mL 0.6 mol·L －1KI 溶液和足量盐酸，摇匀后在暗处静置5 min ，然后用0.1 mol·L －1 Na 2S 2O 3溶液滴定，滴定到终点时共消耗V mL Na 2S 2O 3溶液。

(已知：I 2＋2Na 2S 2O 3===Na 2S 4O 6＋2NaI) ①已知常温下K sp [Mg(OH)2]＝1.0×10－11。

为使方案Ⅰ中Mg 2＋完全沉淀[即溶液中c (Mg 2＋)≤10－5mol·L －1]，溶液的pH 至少应调至________。

方案Ⅰ中过氧化镁的质量分数为________(用含a 、b 的表达式表示)。

②方案Ⅱ中滴定前需加入少量________做指示剂；样品中过氧化镁的质量分数为________(用含V 的表达式表示)。

解析 本实验要求精确控制气体体积的测量，排除压力和体积的干扰因素，考查的问题全部围绕这个中心进行。

加入催化剂帮助过氧化物彻底分解产生气体、滴入的液体占据的体积用恒压漏斗加以解决、读数时将液面齐平使得气体压力与大气压一致，这些操作都保证了测量的准确性。

(1)①由于实验要求控制气体体积测量，所以实验前需进行的操作是检查装臵的气密性，根据题设条件“过氧化镁(MgO 2)易溶于稀酸，溶于酸后产生过氧化氢”，所以稀盐酸中加入少量FeCl 3溶液的作用是用做催化剂，催化H 2O 2的分解。

②用恒压分液漏斗的优点有：使分液漏斗中的溶液顺利滴下；消除滴入溶液的体积对所测气体体积的影响；③实验终了时，待恢复至室温，读数前要保持在同一压强下读数，所以先将右侧刻度管缓缓向下移动直到两侧液面相平，再平视刻度线读数。

(2)①方案Ⅰ利用固体前后质量差就是过氧化镁中的一个氧原子进行计算。

为使方案Ⅰ中Mg 2＋完全沉淀[即溶液中c (Mg 2＋)≤10－5mol·L －1)]，则根据常温下K sp [Mg(OH)2]＝1×10－11，可以计算出pH ＝11，过氧化镁的质量分数＝56(a －b )16a＝7(a －b )2a 。