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专题 12 综合实验设计与评价
1．了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。了解实验探究的一般过程；
2．了解化学实验的绿色化和安全性要求，树立绿色化学思想，形成环境保护的意识；能
识别化学品安全使用标识。了解实验室一般事故的预防和处理方法；
3．了解中学化学实验室常用仪器的主要用途和使用方法。初步掌握天平、酸碱滴定管等
仪器的使用方法。初步了解中和滴定的原理和方法；
4．了解对物质进行定性研究和定量分析的基本方法；
5．了解常见气体和一些简单化合物的制备原理和方法；
6．认识反应条件控制在化学实验研究中的意义，初步掌握控制反应条件的方法。
考纲 7．掌握一定溶质质量分数、物质的量浓度溶液的配制方法。初步掌握测定溶液 pH的方
法；
8．能根据物质的特性，运用过滤、蒸发、蒸馏、结晶、萃取等方法分离和提纯常见的物
质。了解层析是一种分离和提纯物质的方法；
9．能对常见的物质进行检验和分析。初步了解常见物质的组成和结构的检测方法，并初
步掌握其操作技能；
10．能发现生产、生活和化学实验研究中有意义的化学问题。
11．能绘制和识别简单的实验仪器装置图。能根据具体情况设计解决化学问题的实验方
案，并能对设计的实验方案进行分析、比较、优化和改进；
12．能通过化学实验收集有关数据和事实，并科学地进行分析和处理。
通过近几年的高考实验研究发现，以物质的制备流程、物质的性质探究为载体，考查化
学实验的设计及评价能力已成为高考实验的首选。近年高考综合实验试题往往是在教材
实验、演示实验或考生已有实验知识的基础上进行改进，创设新情镜，提出新问题，考
查考生的创新意识和对实验过程的评价能力。主要体现在以下几个方面：(1)根据题干给
考情预测
予的新信息，预测实验现象等。(2)药品使用创新、仪器功能拓展、实验操作改变创新和
实验操作新途径开辟等。(3)面对新情境，能够正确提取并处理信息(准确提炼规律、严密
推理分析、做出合理解释等)。(4)面对新问题，能够全面深入思考，合理优化结构，准确
深刻评价等。
核心素养 科学探究与创新意识 科学态度与社会责任高频考点一 常见物质的制备
1．物质制备的基本过程
(1)明确物质制备原理：进行物质制备实验设计前必须先认真审题，明确要制备的物质，弄清题目有哪些
新信息，综合学过的知识，通过类比、分析、迁移，从而明确制备原理。
(2)选择实验仪器与实验试剂：根据制备的物质的性质、需要的反应条件，选择合理的实验仪器和试剂。
例如：制备的物质具有强烈的腐蚀性，就不能选用橡胶管连接实验仪器；若反应条件是加热，且温度不超过
100 ℃，就可以选择水浴加热装置。
(3)设计物质制备步骤：根据物质制备的原理以及所选用的实验仪器和试剂，设计出合理的实验装置和实
验操作步骤，实验步骤应完整、简明。考生应该具备识别典型的实验仪器装置图的能力，这是评价实验方案的
能力之一。
(4)检验制备物质的纯度：采用可行的方法对制备的物质进行检验，确定实验是否成功。
2．物质制备与提纯的思维流程3．制备实验方案设计的基本思路
4．有气体参加的反应实验方案设计(装置连接)的基本思路
【典例剖析】
【例1】(2022•山东卷)实验室利用FeCl ∙4HO和亚硫酰氯(SOCl )制备无水FeCl 的装置如图所示(加热及夹
2 2 2 2
持装置略)。已知SOCl 沸点为76℃，遇水极易反应生成两种酸性气体。回答下列问题：
2(1)实验开始先通N。一段时间后，先加热装置_______(填“a”或“b”)。装置b内发生反应的化学方程式
2
为_______。装置c、d共同起到的作用是_______。
(2)现有含少量杂质的FeCl ∙ nHO，为测定n值进行如下实验：
2 2
实验Ⅰ：称取mg样品，用足量稀硫酸溶解后，用cmol·L-1KCr O 标准溶液滴定 达终点时消耗
1 2 2 7
(滴定过程中Cr O2-转化为Cr3+， 不反应)。
2 7
实验Ⅱ：另取mg样品，利用上述装置与足量SOCl 反应后，固体质量为mg。
1 2 2
则 _______；下列情况会导致n测量值偏小的是_______(填标号)。
A．样品中含少量 杂质
B．样品与SOCl 反应时失水不充分
2
C．实验Ⅰ中，称重后样品发生了潮解
D．滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成
(3)用上述装置、根据反应TiO+CCl =TiCl +CO 制备TiCl 。已知TiCl 与CCl 分子结构相似，与CCl 互
2 4 4 2 4 4 4 4
溶，但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl 、CCl 混合物进行蒸榴提纯(加热及夹持装置略)，安装
4 4
顺序为①⑨⑧_______(填序号)，先馏出的物质为_______。【答案】(1) a FeCl ∙4HO+4SOCl FeCl +4SO↑+8HCl↑ 冷凝回流SOCl
2 2 2 2 2 2
(2) AB (3) ⑥⑩③⑤ CCl
4
【解析】SOCl 与HO反应生成两种酸性气体，FeCl ∙4HO与SOCl 制备无水FeCl 的反应原理为：SOCl
2 2 2 2 2 2 2
吸收FeCl ∙4HO受热失去的结晶水生成SO 和HCl，HCl可抑制FeCl 的水解，从而制得无水FeCl 。(1)实验开
2 2 2 2 2
始时先通N，排尽装置中的空气，一段时间后，先加热装置a，产生SOCl 气体充满b装置后再加热b装置，
2 2
装置b中发生反应的化学方程式为FeCl ∙4HO+4SOCl FeCl +4SO↑+8HCl↑；装置c、d的共同作用是冷凝回
2 2 2 2 2
流SOCl ；(2)滴定过程中Cr O2-将Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原成Cr3+，反应的离子方程式为6Fe2++ CrO2-
2 2 7 2 7
+14H+=6Fe3++2Cr3++7H O，则mg样品中n(FeCl )=6n(CrO2-)=6cV×10-3mol；mg样品中结晶水的质量为(m-
2 1 2 2 7 1 1
m)g，结晶水物质的量为 mol，n(FeCl )：n(H O)=1：n=(6cV×10-3mol)： mol，解得n=
2 2 2
；A项，样品中含少量FeO杂质，溶于稀硫酸后生成Fe2+，导致消耗的KCr O 溶液的体积V偏
2 2 7
大，使n的测量值偏小，A项选；B项，样品与SOCl 反应时失水不充分，则m 偏大，使n的测量值偏小，B
2 2
项选；C项，实验I称重后，样品发生了潮解，样品的质量不变，消耗的KCr O 溶液的体积V不变，使n的
2 2 7
测量值不变，C项不选；D项，滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成，导致消耗的KCr O 溶液的体
2 2 7
积V偏小，使n的测量值偏大，D项不选；故选AB。(3)组装蒸馏装置对TiCl 、CCl 混合物进行蒸馏提纯，按
4 4
由下而上、从左到右的顺序组装，安装顺序为①⑨⑧，然后连接冷凝管，蒸馏装置中应选择直形冷凝管⑥、不
选用球形冷凝管⑦，接着连接尾接管⑩，TiCl 极易水解，为防止外界水蒸气进入，最后连接③⑤，安装顺序
4
为①⑨⑧⑥⑩③⑤；由于TiCl 、CCl 分子结构相似，TiCl 的相对分子质量大于CCl ，TiCl 分子间的范德华力
4 4 4 4 4
较大，TiCl 的沸点高于CCl ，故先蒸出的物质为CCl 。
4 4 4【例2】(2022•全国乙卷)二草酸合铜(Ⅱ)酸钾(K Cu [(C O)])可用于无机合成、功能材料制备。实验室制备
2 2 4 2
二草酸合铜(Ⅱ)酸钾可采用如下步骤：
Ⅰ.取已知浓度的CuSO 溶液，搅拌下滴加足量 溶液，产生浅蓝色沉淀。加热，沉淀转变成黑色，
4
过滤。
Ⅱ.向草酸(H C O)溶液中加入适量KCO 固体，制得KHC O 和KC O 混合溶液。
2 2 4 2 3 2 4 2 2 4
Ⅲ.将Ⅱ的混合溶液加热至80-85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁热过滤。
Ⅳ.将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩，经一系列操作后，干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体，进行表征和分
析。
回答下列问题：
(1)由CuSO ·5H O配制Ⅰ中的CuSO 溶液，下列仪器中不需要的是________(填仪器名称)。
4 2 4
(2)长期存放的CuSO ·5H O中，会出现少量白色固体，原因是________。
4 2
(3)Ⅰ中的黑色沉淀是________(写化学式)。
(4)Ⅱ中原料配比为n(H C O)：n(K CO)=1.5：1，写出反应的化学方程式________。
2 2 4 2 3
(5)Ⅱ中，为防止反应过于剧烈而引起喷溅，加入KCO 应采取________的方法。
2 3
(6)Ⅲ中应采用________进行加热。
(7)Ⅳ中“一系列操作”包括________。
【答案】(1)分液漏斗和球形冷凝管
(2) CuSO ·5H O风化失去结晶水生成无水硫酸铜
4 2
(3)CuO
(4)3H C O+2K CO=2KHC O+K C O+2H O+2CO↑
2 2 4 2 3 2 4 2 2 4 2 2
(5)分批加入并搅拌
(6)水浴
(7)冷却结晶、过滤、洗涤
【解析】取已知浓度的CuSO 溶液，搅拌下滴加足量NaOH溶液，产生浅蓝色沉淀氢氧化铜，加热，氢
4
氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀，过滤，向草酸(H C O)溶液中加入适量KCO 固体，制得KHC O 和
2 2 4 2 3 2 4KC O 混合溶液，将KHC O 和KC O 混合溶液加热至80-85℃，加入氧化铜固体，全部溶解后，趁热过滤，
2 2 4 2 4 2 2 4
将滤液用蒸汽浴加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体。(1)由CuSO ·5H O
4 2
固体配制硫酸铜溶液，需用天平称量一定质量的CuSO ·5H O固体，将称量好的固体放入烧杯中，用量筒量取
4 2
一定体积的水溶解CuSO ·5H O，因此用不到的仪器有分液漏斗和球形冷凝管。(2)CuSO ·5H O含结晶水，长
4 2 4 2
期放置会风化失去结晶水，生成无水硫酸铜，无水硫酸铜为白色固体。(3)硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应生
成蓝色的氢氧化铜沉淀，加热，氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀。(4)草酸和碳酸钾以物质的量之比为
1.5：1发生非氧化还原反应生成KHC O、KC O、CO 和水，依据原子守恒可知，反应的化学方程式为：
2 4 2 2 4 2
3HC O+2K CO=2KHC O+K C O+2H O+2CO↑。(5)为防止草酸和碳酸钾反应时反应剧烈，造成液体喷溅，
2 2 4 2 3 2 4 2 2 4 2 2
可减缓反应速率，将碳酸钾进行分批加入并搅拌。(6)Ⅲ中将混合溶液加热至80-85℃，应采取水浴加热，使液
体受热均匀。(7)从溶液获得晶体的一般方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，因此将Ⅲ的滤液用
蒸汽浴加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体。
【变式探究】
1．(2023·陕西省长安一中高三第二次质量检测)利用Cl 氧化KMnO 制备KMnO 的装置如下图所示(夹持
2 2 4 4
装置略)：
已知：锰酸钾(K MnO )在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：3MnO 2-+2H O
2 4 4 2
=MnO↓+2MnO-+ 4OH-。下列说法不正确的( )
2 4
A．向仪器a中加入水，盖好玻璃塞关闭止水夹，打开仪器a玻璃旋塞向烧瓶滴加水，若水一段时间不能
滴下，则气密性良好
B．装置A中发生反应的化学方程式为Ca(ClO) +4HCl=CaCl +2Cl↑+2H O
2 2 2 2
C．若去掉装置B，可能会导致KMnO 产率降低
4
D．装置D中的作用是除去过量的氯气，以免污染环境
【答案】A【解析】A项，仪器a为恒压滴液漏斗，无论装置气密性是否良好，打开活塞，液体都能顺利流下，不能
检查装置的气密性，A错误；B项，装置A中的漂白粉，与浓盐酸反应，方程式为：
Ca(ClO) +4HCl=CaCl +2Cl↑+2H O，B正确；C项，装置B中饱和食盐水是为了除去Cl 中的HCl，若去掉装
2 2 2 2 2
置B，溶液在酸性条件下，会使KMnO 产率降低 ，C正确；D项，Cl 有毒，会污染空气，用NaOH溶液进行
4 2
尾气处理，D正确； 故选A。
2．(2022•海南省选择性考试)磷酸氢二铵[(NH )HPO ]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收氨气制
4 2 4
备(NH )HPO ，装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。
4 2 4
回答问题：
(1)实验室用NH Cl (s)和Ca(OH) (s)制备氨气的化学方程式为_______。
4 2
(2)现有浓HPO 质量分数为85%，密度为1.7g/mL。若实验需100mL1.7mol/L的HPO 溶液，则需浓
3 4 3 4
HPO _______mL(保留一位小数)。
3 4
(3)装置中活塞 的作用为_______。实验过程中，当出现_______现象时，应及时关闭 ，打开 。
(4)当溶液pH为8.0~9.0时，停止通NH ，即可制得(NH )HPO 溶液。若继续通入NH ，当 时，溶
3 4 2 4 3
液中OH-、_______和_______(填离子符号)浓度明显增加。
(5)若本实验不选用pH传感器，还可选用_______作指示剂，当溶液颜色由_______变为_______时，停止
通NH 。
3
【答案】(1) 2NHCl+Ca(OH) CaCl +2H O+2NH ↑
4 2 2 2 3
(2)11.5 (3)平衡气压防倒吸 倒吸
(4) NH + PO 3- (5)酚酞 无 浅红
4 4
【解析】本实验的实验目的为制备磷酸二氢铵[(NH )HPO ]，实验原理为2NH +H PO =[(NH )HPO ]，结
4 2 4 3 3 4 4 2 4
合相关实验基础知识分析解答问题。(1)实验室用NH Cl(s)和Ca(OH) (s)在加热的条件下制备氨气，反应的化学
4 2方程式为2NH Cl+Ca(OH) CaCl +2H O+2NH ↑；(2)根据公式 可得，浓HPO 的浓度
4 2 2 2 3 3 4
，溶液稀释前后溶质的物质的量不变，因此配制100mL
1.7mol/L的HPO 溶液，需要浓HPO 的体积V= ；(3)由于NH 极易溶于
3 4 3 4 3
水，因此可选择打开活塞K 以平衡气压，防止发生倒吸，所以实验过程中，当出现倒吸现象时，应及时关闭
2
K，打开K；(4)继续通入NH ，(NH )HPO 继续反应生成(NH )PO ，当pH＞10.0时，溶液中OH-、NH + 、
1 2 3 4 2 4 4 3 4 4
PO 3-的浓度明显增加；(5)由(4)小问可知，当pH为8.0~9.0时，可制得(NH )HPO ，说明(NH )HPO 溶液显碱
4 4 2 4 4 2 4
性，因此若不选用pH传感器，还可以选用酚酞作指示剂，当溶液颜色由无色变为浅红时，停止通入NH ，即
3
可制得(NH )HPO 溶液。
4 2 4
3．(2022·山西省临汾市高考考前适应性训练)亚硝酰氯( NOCl)是重要的有机合成试剂，可由NO与Cl 在
2
常温下合成。某学习小组在实验室利用如图装置制备亚硝酰氯。
已知：①亚硝酰氯易水解，能与O 反应；
2
②沸点：NOCl为-5.5℃，Cl 为-34℃，NO为-152℃；
2
③常温下，2NO + Cl =2NOCl NO + Cl =2NOCl。
2 2 2 2 2
请回答下列问题：
(1)NOCl中N元素的化合价为_______ ；NOCl水解生成两种酸，其化学方程式为
___________________________________。
(2)实验所需的NO在A装置中制得，反应的离子方程式为_____________________。
(3)装置B中所盛试剂为_______其作用是____________________________。
(4)实验开始时，先关闭K，打开K、K，从a处通一段时间氩气，其目的是_______。 然后在a处接废
3 2 4
气处理装置，关闭K、K，打开K，再打开分液漏斗的活塞，滴加酸性FeSO 溶液，当观察到D中_______时，
1 4 3 4
关闭K，打开K、K ，通干燥纯净的Cl。
2 1 4 2(5)为收集产物和分离未反应的两种原料， E、F装置采用不同温度的低温浴槽，其中装置E的温度T区
间应控制在_______，装置F 的U形管中收集到的是_______。
【答案】(1) +3 NOCl+H O=HCl+HNO
2 2
(2)Fe2++NO- +2H+=Fe3++NO↑+HO
2 2
(3) 水 将NO 转化为NO
2
(4) 将E、F装置中的空气排出，防止亚硝酰氯水解和被氧气氧化 红棕色气体消失
(5) -34℃≤T＜-5.5℃ Cl
2
【解析】用NaNO 和硫酸酸化的FeSO 反应制取NO，通过装置B将杂质NO 转化为NO，再通过浓硫酸
2 4 2
干燥NO，在D中和通入的氯气反应生成NOCl，在装置E中收集NOCl，在装置F中收集未反应的氯气，G中
的氯化钙可以吸收空气中的水蒸气以防止NOCl水解，最后进行尾气处理。(1)NOCl中N的非金属性最弱，为
正价，O和Cl均为负价，O为-2价，Cl为-1价，所以N元素的化合价为+3价；NOCl水解生成两种酸，分别
为盐酸和亚硝酸，其化学方程式为：NOCl+HO=HCl+HNO 。(2)在装置A中，NaNO 和硫酸酸化的FeSO 发
2 2 2 4
生氧化还原反应，NaNO 被Fe2+还原为NO，Fe2+被氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：Fe2++ NO -+2H+=Fe3+
2 2
+NO↑+HO。(3)装置A中生成了NO，NO容易被空气中的氧气氧化为NO ，装置A的液面上方有空气，空气
2 2
中的氧气能将NO氧化为NO ，所以装置B中装有水，可以将NO 转化为NO：3NO +H O=2HNO +NO。(4)亚
2 2 2 2 3
硝酰氯易水解，能与O 反应，实验开始时，先关闭K，打开K、K，从a处通一段时间氩气，其目的是将装
2 3 2 4
置E、F中的空气排出，以免生成的NOCl和空气中的水蒸气、氧气反应。 然后在a处接废气处理装置，关闭
K、K，打开K，再打开分液漏斗的活塞，滴加酸性FeSO 溶液，装置A产生的NO气体进入B中，混有的
1 4 3 4
NO 被B中的水转化为NO，但装置B、C的液面上方有空气，NO会被氧化为NO ，装置D中的空气也能将
2 2
NO氧化为NO ，所以在D中能观察到红棕色的气体，A装置中不断产生的NO将生成的NO 从K 排出，当观
2 2 2
察到D中红棕色消失时，D中充满了纯净的NO， 此时关闭K，打开K、K ，通干燥纯净的Cl 和NO反应。
2 1 4 2
(5)为收集产物NOCl和分离未反应的两种原料NO和Cl，根据三种物质的沸点，控制装置E的温度-34℃≤T
2
＜-5.5℃，可收集NOCl，装置F的温度要低于-34℃，可将未反应的原料氯气冷凝。
1．仪器的连接顺序：2．无机物制备实验题的解题模型
3．有机制备实验题的解题思路
根据题给信息， 有机物制备中一般会给出相应的信息，通常会以表格的形式给出，表格中的数据主要
初步判定物质性 是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解性，在分析这些数据时要多进行横向和纵
质 向的比较。密度主要是与水比较，沸点主要是表中各物质间的比较，溶解性主要是判
断溶还是不溶。主要是根据这些数据选择分离、提纯的方法
注意仪器名称和 所给的装置图中有一些不常见的仪器，要明确这些仪器的作用，特别是无机制备实验
作用 中不常见的三颈烧瓶、球形冷凝管等
关注有机反应条 大多数有机反应副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，要注
件 意控制反应条件，尽可能选择步骤少、副产物少的反应(由于副产物多，需要进行除
杂、净化)。另外，若为两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些廉价的有机物，
以提高另一种有机物的转化率和生成物的产率
高频考点二 化学实验条件的控制
1．化学实验条件的控制方法
2．高考中常见实验条件的控制
常见的操作 思考方向
加过量试剂 使反应完全进行(或增大产率、提高转化率)
加氧化剂(如HO) 氧化还原性物质，生成目标产物或除去某种离子
2 2
通入 N 或其他惰 除去装置中的空气，排除氧气的干扰
2性气体
末端放置干燥管 防止空气中的水蒸气或二氧化碳干扰实验
①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉
淀)
调节溶液的pH ②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
①防止副反应的发生
②使化学平衡移动；控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)
控制温度 ④控制反应速率；使催化剂达到最大活性
(水浴、冰浴、油 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点而挥发
浴)
⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源消耗，
降低对设备的要求
①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，同时防止晶体在洗涤过
程中的溶解损耗
洗涤晶体 ③用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解
度、有利于析出，减少损耗等
④洗涤沉淀的方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下
后，重复以上操作2~3次
①过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等
分离、提纯
②从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
【典例剖析】
【例1】(2022•全国甲卷)硫化钠可广泛用于染料、医药行业。工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰
及重金属硫化物等杂质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用95%乙醇重结晶纯化
硫化钠粗品。回答下列问题：
(1)工业上常用芒硝(Na SO ·10H O)和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生成CO，该反应的化学方程式为
2 4 2
_______。
(2)溶解回流装置如图所示，回流前无需加入沸石，其原因是_______。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜
超过冷凝管高度的1/3.若气雾上升过高，可采取的措施是_______。(3)回流时间不宜过长，原因是_______。回流结束后，需进行的操作有①停止加热 ②关闭冷凝水
③移去水浴，正确的顺序为_______(填标号)。
A．①②③ B．③①② C．②①③ D．①③②
(4)该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是_______。过滤除去的杂质为
_______。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是_______。
(5)滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量_______洗涤，干燥，得到NaS·xHO。
2 2
【答案】(1)Na SO ·10H O+4C NaS+4CO↑+10H O
2 4 2 2 2
(2) 硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质，这些杂质可以直接作沸石 降低温
度
(3) 硫化钠易溶于热乙醇，若回流时间过长，NaS会直接析出在冷凝管上，使提纯率较低，同时易造成冷
2
凝管下端堵塞，圆底烧瓶内气压过大，发生爆炸 D
(4) 防止滤液冷却 重金属硫化物 温度逐渐恢复至室温
(5)冷水
【解析】本实验的实验目的为制备硫化钠并用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品，工业上常用芒硝
(Na SO ·10H O)和煤粉在高温下生产硫化钠，反应原理为：NaSO ·10H O+4C NaS+4CO↑+10H O，结合
2 4 2 2 4 2 2 2
硫化钠的性质解答问题。(1)工业上常用芒硝(Na SO ·10H O)和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生产CO，根据
2 4 2
得失电子守恒，反应的化学方程式为：NaSO ·10H O+4C NaS+4CO↑+10H O；(2)由题干信息，生产的硫
2 4 2 2 2化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质，这些杂质可以直接作沸石，因此回流前无需加入沸石，
若气流上升过高，可直接降低降低温度，使气压降低；(3)硫化钠易溶于热乙醇，若回流时间过长，NaS会直
2
接析出在冷凝管上，使提纯率较低，同时易造成冷凝管下端堵塞，圆底烧瓶内气压过大，发生爆炸；回流结束
后，先停止加热，再移去水浴后再关闭冷凝水，故正确的顺序为①③②，故选D。(4)硫化钠易溶于热乙醇，
使用锥形瓶可有效防止滤液冷却，重金属硫化物难溶于乙醇，故过滤除去的杂质为重金属硫化物，由于硫化钠
易溶于热乙醇，过滤后温度逐渐恢复至室温，滤纸上便会析出大量晶体；(5)乙醇与水互溶，硫化钠易溶于热
乙醇，因此将滤液冷却、结晶、过滤后，晶体可用少量冷水洗涤，再干燥，即可得到NaS·xHO。
2 2
【例2】(2022•湖北省选择性考试)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42℃，易吸潮)可通过市售
85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于21℃易形成
2HPO ·H O (熔点为30℃)，高于 则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实
3 4 2
验装置如下(夹持装置略)：
回答下列问题：
(1)A的名称是___________。B的进水口为___________(填“a”或“b”)。
(2)P O 的作用是___________。
2 5
(3)空气流入毛细管的主要作用是防止_________，还具有搅拌和加速水逸出的作用。
(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是___________。
(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入___________促进其结晶。
(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为________(填标号)。
A．＜20℃ B．30~35℃ C．42~100℃
(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是___________。
【答案】(1) 圆底烧瓶 b (2)干燥气体
(3)溶液沿毛细管上升 (4)使溶液受热均匀
(5)磷酸晶体 (6)C (7)磷酸可与水分子间形成氢键
【解析】空气通过氯化钙除水，经过安全瓶后通过浓硫酸除水，然后通过五氧化二磷，干燥的空气流入毛
细管对烧瓶中的溶液进行搅拌，同时还具有加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用，将85%磷酸溶液进行
减压蒸馏除水、结晶除杂得到纯磷酸。 (1)由仪器构造可知，仪器A为圆底烧瓶，仪器B为直形冷凝管，泠凝水应从b口近、a口出，形成逆流冷却，使冷却效果更好。(2)纯磷酸制备过程中要严格控制温度和水分，因此
五氧化二磷的作用为干燥气体。(3)空气流入毛细管可以对烧瓶中的溶液进行搅拌，使受热均匀，同时还具有
加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用。(4)升高温度能提高除水速度，而纯磷酸制备过程中要严格控制
温度，水浴加热可以避免直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，使溶液受热均匀。(5)过饱和溶液暂时
处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过
饱和溶液中加入磷酸晶体促进其结晶。(6)纯磷酸纯化过程中，温度低于21℃易形成2HPO ·H O (熔点为
3 4 2
30℃)，高于1000℃则发生分子间脱水生成焦磷酸，纯磷酸的熔点为42℃，因此过滤磷酸晶体时，除了需要干
燥的环境外，还需要控制温度为42 100℃，答案选C。(7)磷酸的结构式为： ，分子中含羟基，可
∼
与水分子间形成氢键，因此磷酸中少量的水极难除去。
【变式探究】
1．(2023届·浙江省浙里卷天下高三开学测试)下列说法不正确的是( )
A．在酸性KCr O 溶液中，若加入 ，溶液由橙色变成黄色；若加入NaSO ，溶液则变成绿色
2 2 7 2 3
B．用KCr O 标准液润洗酸式滴定管后，应将润洗液从酸式滴定管下口放出
2 2 7
C．酸或碱对酯的水解都有催化作用，在其他条件相同时，等量的酯在酸或碱催化下，水解效果差别不大
D．为增强高锰酸钾的氧化性常对其进行酸化，酸化时常使用稀硫酸而不采用盐酸或硝酸
【答案】C
【解析】A项，在水溶液中橙红色的Cr O2-与黄色的CrO2-有下列平衡关系：Cr O2-+H O 2CrO2-
2 7 4 2 7 2 4
+2H+，KCr O 溶液呈橙色，加入少量NaOH固体，中和氢离子，氢离子浓度降低，平衡向右移动，溶液呈黄
2 2 7
色；若将NaOH溶液改成NaSO 溶液，KCr O 与NaSO 溶液发生氧化还原反应生成Cr3+，溶液变成绿色，A
2 3 2 2 7 2 3
正确；B项，用 KCr O 标准液润洗酸式滴定管后，应将润洗液从酸式滴定管下口放出，B正确；C项，酸或
2 2 7
碱对酯的水解都有催化作用，在其他条件相同时，等量的酯在酸催化下，生成酸和醇，为可逆反应，而等量的
酯在碱催化下，生成盐和醇，为不可逆反应，水解效果更彻底，C错误；D项，为增强高锰酸钾的氧化性常对
其进行酸化，酸化时常使用稳定的稀硫酸而不采用具有还原性的盐酸或具有氧化性的硝酸，D正确；故选C。
2．(2022·四川省成都市高三模拟)实验室在非水体系中合成CrCl (THF) [化学名称为三氯三(四氢呋喃)合
3 3
铬(Ⅲ)]的原理为CrCl +3THF CrCl (THF) 。相关物质性质见下表：
3 3 3物质 摩尔质量 熔点 (℃) 沸点 (℃) 密度 (g·cm-3)
THF(四氢呋喃) 72 -108 66 0.89
CrCl 158.5 83
3
CrCl (THF) 374.5 143
3 3
实验步骤如下：
①按图所示组装仪器。
②填装反应物：称取6.340 g(0.04 mol)无水CrCl 和0.20 g锌粉放入纸质反应管(用滤纸制作)内，双颈烧瓶
3
中加入100 mL无水THF(四氢呋喃，过量)。
③合成CrCl (THF) ：先通入一段时间N 后，然后在球形冷凝管中通入冷却水，加热THF至沸腾，THF蒸
3 3 2
气通过联接管进入提取管中，在冷凝管中冷凝回流到纸质反应管中进行反应，当纸质反应管中的液面高于虹吸
管最高处时，发生虹吸现象，纸质管中的液体流入双颈烧瓶，从而实现了 THF与CrCl 的连续反应及产物的
3
连续萃取。
④分离CrCl (THF) ：回流2.5 h，再通入N 冷却至室温。取下双颈烧瓶，在通风橱中蒸发THF至有较多
3 3 2
固体析出，冷却、抽滤、干燥称量，得产品6.290 g。
请回答：
(1)步骤①后需进行的实验操作是___________，步骤③中冷却水进水口是___________(填“a”或“b”)。
(2)CrCl 和CrCl (THF) 在 THF的溶解性分别为___________、___________(填“溶”或“不溶”)。
3 3 3
(3)步骤③通入N 的目的可能是___________。
2(4)该实验中THF的作用是___________。
(5)该实验过程用电热套加热，不可用明火直接加热的原因是___________。
(6)本实验制得产品CrCl (THF) 的产率为___________(保留3位有效数字)。
3 3
【答案】(1) 检查装置的气密性 a (2) 不溶 溶
(3)排尽装置内的空气，防止空气中水蒸气对产物造成影响
(4)反应物和萃取剂 (5)THF易挥发、易燃，遇明火可能发生爆炸
(6)42.0%
【解析】(1)实验仪器连接好后，首先需要检查装置气密性；冷却水是下面进上面出，这样冷凝效果最好，
应该从a口进；(2)由实验步骤③中实验原理可知，四氢呋喃在圆底烧瓶和纸质反应器中循环，只有CrCl 不溶
3
于四氢呋喃、CrCl (THF) 溶于四氢呋喃方能实现四氢呋喃与CrCl 的连续反应及产物的连续萃取，故CrCl 和
3 3 3 3
CrCl (THF) 在THF的溶解性分别为不溶、溶；(3)根据题意，该实验要在在非水体系中合成CrCl (THF) ，因此
3 3 3 3
实验开始之前需先通入一段时间N，排除装置内的空气，防止空气中的水蒸气对产物造成影响；(4)由题目中
2
的信息可知，THF是反应物之一，另外通过第2问的分析可知，THF是萃取剂；(5)由题中表格信息可知THF
沸点较低，且可以燃烧，故不可以用明火直接加热的原因是THF易挥发，易燃，遇明火可能发生爆炸；(6)由
题可知四氢呋喃过量，假设理论上生成CrCl (THF) 的质量为 ，则根据反应原理有：
3 3
则有 ，所以本实验制备产品CrCl (THF) 的产率为 。
3 3
3．连二亚硫酸钠(Na SO)俗称保险粉，可以用作染色工艺的还原剂，纸浆、肥皂等的漂白剂。NaSO 易
2 2 4 2 2 4
溶于水，难溶于甲醇，在碱性介质中较稳定，在潮湿空气中易被氧化生成两种常见的酸式盐。锌粉法制备
NaSO 的工艺流程如图所示：
2 2 4
回答下列问题：
(1)保险粉水溶液有极强的还原性，在空气中被氧化生成NaHSO 的离子方程式为 。
3
(2)下列说法错误的是________。
A．将锌粉投入水中形成悬浮液主要是为了加快反应速率B．向NaSO 溶液中加NaCl溶液或固体对NaSO 的产率无明显影响
2 2 4 2 2 4
C．洗涤NaSO·2H O时用冰水效果好于常温蒸馏水
2 2 4 2
D．该流程中涉及化合反应、分解反应、复分解反应，不涉及氧化还原反应
(3)步骤II需要控制温度在35℃的原因是__________________________已知pH>11时，Zn(OH) 转化为
2
ZnO-，为了使Zn2+沉淀完全，则加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH范围是______________(25℃时
2
K [Zn(OH) ]=1.0×10-17，35℃时K 与K 的变化可忽略)｡
sp 2 sp w
(4) “后续处理”过程中主要包括“过滤、洗涤、干燥”， 洗涤方法：在无氧环境中，_________________；
干燥步骤如图所示，选用此装置的目的是_______________________。
(5) 为测定所制保险粉的纯度，取a g产品溶于适量NaOH溶液，加入亚甲基蓝指示剂，用c mol·L-1的
K[Fe(CN) ]标准溶液滴定，至终点时消耗K[Fe(CN) ]标准溶液V mL。已知：[Fe(CN) ]3-被还原为[Fe(CN) ]4-，
3 6 3 6 6 6
SO2-被氧化为SO 2。产品中NaSO 的质量分数为___________________(列出计算式)。
2 4 3 2 2 4
【答案】(1)2S O 2-+O +2H O ==4HSO - (2)BD
2 4 2 2 3
(3) 温度低于35℃，反应速率太慢，温度太高，NaSO 容易分解(1分) [8-11)
2 2 4
(4) 加入甲醇溶液至浸没晶体，待甲醇溶液顺利流下后，重复2～3次即可
抽除空气，避免保险粉被氧化，减压，有利于脱去甲醇
(5)
【解析】由流程图可知，锌粉与二氧化硫反应生成ZnS O，向ZnS O 溶液中加入氢氧化钠溶液，两者反
2 4 2 4
应生成氢氧化锌沉淀和NaSO，过滤后，向NaSO 溶液中加入NaCl固体降低NaSO 溶解度，析出
2 2 4 2 2 4 2 2 4
NaSO·2H O晶体，过滤后，使NaSO·2H O晶体脱去结晶水生成NaSO。(1)保险粉水溶液有极强的还原性，
2 2 4 2 2 2 4 2 2 2 4
在空气中被氧化生成NaHSO，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得该反应的离子方程式为2SO 2-
3 2 4
+O +2H O ==4HSO -。 (2)A项，将锌粉投入水中形成悬浮液可增大与二氧化硫的接触面积，加快反应速率，
2 2 3
故A正确；B项，加NaCl固体和冷却搅拌都有利于溶解平衡逆向移动，可析出更多的NaSO·2H O，若使用
2 2 4 2
NaCl溶液，会降低钠离子浓度使析出的NaSO·2H O减少，NaSO 产率降低，故B错误；C项，用冰水洗涤
2 2 4 2 2 2 4
可减少NaSO·2H O的损失，故C正确；D项，锌粉与二氧化硫的反应是化合反应，反应中元素有化合价变
2 2 4 2
化，也是氧化还原反应，ZnS O 溶液与NaOH 溶液的反应是复分解反应，加热NaSO·2H O的反应是分解反
2 4 2 2 4 2应，故D错误；故选BD。(3)温度低于35℃，反应速率太慢，温度太高，NaSO 容易分解，所以步骤②需要
2 2 4
控制温度在35℃。Zn2+沉淀完全，即c(Zn2+)≤10-5，c(Zn2+)=10-5时，1.0×10-17=10-5×c2(OH-)，解得：c(OH-)=10-6，
c(H+)= =10-8，pH=8。当c(Zn2+)＜10-5时，OH-浓度比10-6大，碱性更强，pH＞8，当pH>11时，Zn(OH)
2
转化为ZnO2-，所以，为了使Zn2+沉淀完全，需控制pH范围在[8-11)；增大c(Na+)，使平衡NaSO(s)
2 2 2 4
2Na+(aq)+ SO2-(aq)逆向移动，便于NaSO 晶体析出； (4)结合NaSO 在空气中极易被氧化，不溶于甲醇，
2 4 2 2 4 2 2 4
易溶于水，遇水迅速分解为亚硫酸氢钠和硫代硫酸钠，在碱性介质中较稳定的性质，步骤IV保险粉的洗涤方
法：在无氧环境中，加入甲醇溶液至浸没晶体，待甲醇溶液顺利流下后，重复2～3次即可；如图为减压干燥
装置，可以抽除空气，避免保险粉被氧化；也可以减压，有利于脱去甲醇； (5)根据题干信息“[Fe(CN) ]3-被
6
还原为[Fe(CN) ]4-，SO2-被氧化为SO 2-”可知，Fe元素化合价降低1价，S元素化合价从+3升高到+4价，
6 2 4 3
SO2-共升高2价，结合电子转移数守恒可知，[Fe(CN) ]3-与SO2-的化学计量数之比为2:1，所以参与反应的两
2 4 6 2 4
者物质的量之比也为2:1，因n(S O2-)= n([Fe(CN) ]3-)= mol，所以NaSO 的质量为
2 4 6 2 2 4
= g，所以其在产品中的质量分数为
。
3．(2021•湖北选择性考试)超酸是一类比纯硫酸更强的酸，石油重整中用作高效催化剂。某实验小组对超
酸HSbF 的制备及性质进行了探究。由三氯化锑(SbCl )制备HSbF 的反应如下：
6 3 6
80℃
SbCl ＋Cl SbCl SbCl ＋5HF＝HSbF ＋5HCl
3 2 5 5 6
制备SbCl 的初始实验装置如图(毛细管连通大气，减压时可吸入极少量空气，防止液体暴沸；夹持、加热
5
及搅拌装置略)。
相关性质如下表：
物质 熔点 沸点 性质
SbCl 73.4 ℃ 220.3 ℃ 极易水解
3SbCl 3.5 ℃ 140 ℃分解，79 ℃/2.9kPa 极易水解
5
回答下列问题：
(1)实验装置中两个冷凝管 (填“能”或“不能”)交换使用。
(2)试剂X的作用为 、 。
(3)反应完成后，关闭活塞a、打开活塞b，减压转移 (填仪器名称)中生成的至双口烧瓶中。
用真空泵抽气减压蒸馏前，必须关闭的活塞是(填“a”或“b”)；用减压蒸馏而不用常压蒸馏的主要原因是
。
(4)实验小组在由SbCl 制备HSbF 时，没有选择玻璃仪器，其原因为 。(写化学反应方程
5 6
式)
(5)为更好地理解超酸的强酸性，实验小组查阅相关资料了解得：弱酸在强酸性溶剂中表现出碱的性质，
如冰醋酸与纯硫酸之间的化学反应方程式为
CHCOOH＋HSO ＝[CHC(OH) ][HSO ]
3 2 4 3 2 4
以此类推，HSO 与HSbF 之间的化学反应方程式为 。
2 4 6
(6)实验小组在探究实验中发现蜡烛可以溶解于中，同时放出氢气。已知烷烃分子中碳氢键的活性大小顺
序为：甲基(－CH)＜亚甲基(－CH －)＜次甲基( )。写出 2-甲基丙烷与反应的离子方程式
3 2
。
【答案】(1)不能
(2)吸收氯气，防止污染空气 防止空气中的水蒸气进入三口烧瓶使SbCl 、SbCl 水解
3 5
(3)三口烧瓶 b 防止SbCl 分解
5
(4)SiO＋4HF＝SiF↑＋2HO
2 4 2
(5)H SO ＋HSbF ＝[H SO ][SbF ]
2 4 6 3 4 6(6)
【解析】(1)与直形冷凝管相比，球形冷凝管的冷却面积大，冷却效果好；但是，由于球形冷凝管的内芯
管为球泡状，容易在球部积留蒸馏液，故不适宜用于倾斜式蒸馏装置(不用于冷凝蒸馏的蒸气)，多用于垂直冷
凝回馏装置(制备物质)，故实验装置中两个冷凝管不能交换使用。(2)根据表中提供信息，SbCl ，SbCl 极易水
3 5
解，知试剂X的作用是防止空中水蒸气进入三口烧瓶，同时吸收氯气，防止污染空气。(3)由实验装置知，反
应完成后，关闭活塞a，打开活塞b，减压转移三口烧瓶中生成的SbCl 至双口烧瓶中。减压蒸馏前，必须关闭
5
活塞b，以保证装置密封，便于后续抽真空。根据表中提供信息知，SbCl 容易分解，用减压蒸馏而不用常压
5
蒸馏，可以防止温度过高，而使SbCl 分解。(4)由SbCl 制备HSbF 时，需要用到HF，而HF可与玻璃中二氧
5 5 6
化硅反应，故不能选择玻璃仪器。(5)硫酸与超强酸反应时，表现出碱的性质，即结合氢离子，即 HSO ＋
2 4
HSbF ＝[H SO ][SbF ]。(6)2-甲基丙烷的结构简式为(CH)CH，根据题目信息知，CH上氢容易参与反应，电
6 3 4 6 3 3
离 出 氢 阴 离 子 ， 与 超 强 酸 电 离 的 阳 离 子 结 合 生 成 氢 气 。 主 要 离 子 方 程 式 为
。
条件控制实验题的解题模型
高频考点三 化学实验方案的设计与评价
1．化学实验方案的设计
(1)物质制备型实验方案的设计
应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，
污染物少。
设计的基本流程为根据目标产物→确定可能原理→设计可能实验方案→优化实验方案→选择原料→设计反
应装置(方法、仪器等)→实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)→分离提纯产品。
(2)性质探究型实验方案的设计
主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。
设计的基本流程为根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→
归纳分析→合理推断、得出结论。
(3)性质验证型实验方案的设计
主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安
全可行。
设计的基本流程为根据物质的性质→设计可能实验方案→优化实验方案→实施实验(原理、方法、步骤、
仪器、药品、操作要点等)→观察现象、记录数据→综合分析、得出结论。
2．化学实验方案的评价
(1)从“可行性”方面
①实验原理是否正确、可行；
②实验操作是否安全、合理；
③实验步骤是否简单、方便；
④实验效果是否明显等。
(2)从“绿色化学”方面
①反应原料是否易得、安全、无毒；
②反应速率是否较快；
③原料利用率以及合成物质的产率是否较高；
④合成过程是否造成环境污染。
(3)从“安全性”方面
①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；
②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸，如H 还原CuO应先通H，气体点燃先验纯等；
2 2
③防氧化，如H 还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等；
2
④防吸水，如实验中取用、制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要的防吸水措施，以保证达到实验目
的。
(4)从“规范性”方面
①冷凝回流。有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回
流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等；
②易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；
③仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序拆卸；
④其他，如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。
3．化学实验方案设计与评价考查内容【典例剖析】
【例1】(2021•全国甲卷)胆矾(CuSO ·5H O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO (杂
4 2
质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有_______(填标
号)。
A．烧杯 B．容量瓶 C．蒸发皿 D．移液管
(2)将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为_______，与直接用废铜和浓硫酸反
应相比，该方法的优点是_______。
(3)待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量HO，冷却后用NH ·H O调pH为3.5～4，再煮沸
2 2 3 2
10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、_______、乙醇洗涤、_______，得到胆矾。
其中，控制溶液pH为3.5～4的目的是_______，煮沸10min的作用是_______。
(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m，加入胆矾后总质量为m，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，
1 2
置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的
3
个数为_______(写表达式)。
(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是_______(填标号)。
①胆矾未充分干燥 ②坩埚未置于干燥器中冷却 ③加热时有少胆矾迸溅出来
【答案】(1)A、C
(2)CuO+HSO CuSO +H O 不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)
2 4 4 2
(3)过滤 干燥 除尽铁，抑制硫酸铜水解 破坏氢氧化铁胶体，易于过滤
(4) (5)①③
【解析】(1)制备胆矾时，根据题干信息可知，需进行溶解、过滤、结晶操作，用到的实验仪器除量筒、
酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有烧杯和蒸发皿，A、C符合题意；(2)将CuO加入到适量的稀硫
酸中，加热，其主要反应的化学方程式为CuO+HSO CuSO +H O；直接用废铜和浓硫酸反应生成硫酸铜与
2 4 4 2
二氧化硫和水，与这种方法相比，将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热制备胆矾的实验方案具有的优点是：
不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(硫酸利用率高)；(3) 硫酸铜溶液制硫酸铜晶体，操作步骤有加
热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥；CuO中含氧化铁杂质，溶于硫酸后会形成铁离子，为使铁元素
以氢氧化铁形成沉淀完全，需控制溶液pH为3.5～4，酸性环境同时还可抑制铜离子发生水解；操作过程中可
能会生成氢氧化铁胶体，所以煮沸10min，目的是破坏氢氧化铁胶体，使其沉淀，易于过滤；(4) 称量干燥坩
埚的质量为m，加入胆矾后总质量为m，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，
1 2重复上述操作，最终总质量恒定为m。则水的质量是(m －m)g，所以胆矾(CuSO •nH O)中n值的表达式为
3 2 3 4 2
=n：1，解得n＝ ；(5) ①胆矾未充分干燥，捯饬所测m 偏大，根据n=
2
可知，最终会导致结晶水数目定值偏高，符合题意；②坩埚未置于干燥器中冷却，部分白色硫
酸铜会与空气中水蒸气结合重新生成胆矾，导致所测m 偏大，根据n= 可知，最终会导致结晶水
3
数目定值偏低，不符合题意；③加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，会使m 数值偏小，根据n=
3
可知，最终会导致结晶水数目定值偏高，符合题意；故①③符合题意。
【例2】 (2022•北京卷)煤中硫的存在形态分为有机硫和无机硫(CaSO、硫化物及微量单质硫等)。库仑滴定
4
法是常用的快捷检测煤中全硫含量的方法。其主要过程如下图所示。
已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O、CO、HO、N、SO 。
2 2 2 2 2
(1)煤样需研磨成细小粉末，其目的是___________。
(2)高温下，煤中CaSO 完全转化为SO ，该反应的化学方程式为___________。
4 2
(3)通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。
已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中 保持定值时，电解池不工作。待
测气体进入电解池后，SO 溶解并将I-还原，测硫仪便立即自动进行电解到 又回到原定值，测定结束，
2 3
通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。①SO 在电解池中发生反应的离子方程式为___________。
2
②测硫仪工作时电解池的阳极反应式为___________。
(4)煤样为 ，电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为___________。
已知：电解中转移 电子所消耗的电量为96500库仑。
(5)条件控制和误差分析。
①测定过程中，需控制电解质溶液 ，当 时，非电解生成的I-使得测得的全硫含量偏小，生成I-
3 3
的离子方程式为___________。
②测定过程中，管式炉内壁上有SO 残留，测得全硫量结果为___________。(填“偏大”或“偏小”)
3
【答案】(1)与空气的接触面积增大，反应更加充分
(2)2CaSO 2CaO+2SO↑+O ↑
4 2 2
(3) SO +I -+H O=3I—+SO2-+4H+ 3I——2e—=I -
2 3 2 4 3
(4)
(5) I+I—= I- 偏低
2 3
【解析】(1)煤样研磨成细小粉末后固体表面积增大，与空气的接触面积增大，反应更加充分；(2)由题意
可知，在催化剂作用下，硫酸钙高温分解生成氧化钙、二氧化硫和水，反应的化学方程式为2CaSO
4
2CaO+2SO↑+O ↑；(3)①由题意可知，二氧化硫在电解池中与溶液中I-反应生成碘离子、硫酸根离子和氢离子，
2 2 3
离子方程式为SO + I-+H O=3I—+SO2-+4H+；②由题意可知，测硫仪工作时电解池工作时，碘离子在阳极失去
2 3 2 4
电子发生氧化反应生成碘三离子，电极反应式为3I——2e—= I-；(4)由题意可得如下关系：S—SO — I-—2e—，
3 2 3
电解消耗的电量为x库仑，则煤样中硫的质量分数为 ×100%= ；(5)①当pH<1时，非电解生成的碘三离子使得测得的全硫含量偏小说明碘离子与电解生成的碘反应生成碘三离子，导致消耗二氧化硫的
量偏小，反应的离子方程式为I+I—=I -；②测定过程中，管式炉内壁上有三氧化硫残留说明硫元素没有全部
2 3
转化为二氧化硫，会使二氧化硫与碘三离子反应生成的碘离子偏小，电解时转移电子数目偏小，导致测得全硫
量结果偏低。
【变式探究】
1．某学习小组通过如图所示装置探究MnO 与FeCl ·6H O能否反应产生Cl。
2 3 2 2
已知：FeCl 在37 ℃熔化，100 ℃挥发。
3
实验一：点燃酒精灯，加热混合物。观察到的现象有①装置a中部分固体溶解，上方出现白雾；②稍后产
生黄色气体，管壁附着黄色液滴；③装置b中溶液变蓝。
实验二：该小组继续研究现象②中黄色气体的成分。实验如下：加热FeCl ·6H O，产生白雾和黄色气体。
3 2
(1)至此该小组大胆预测现象②中黄色气体含有________。
实验三：为进一步确认黄色气体是否含有Cl，该小组在保持原有装置的基础上稍加变动即证实了Cl 的存
2 2
在。
(2)该小组的方法是__________________________________________。
【答案】(1)FeCl (2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液
3
【解析】(1)根据FeCl 的熔点和挥发温度，加热单一的物质FeCl ·6H O也产生黄色气体，则黄色气体含有
3 3 2
挥发的FeCl 。(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液，若黄色气体中含有Cl，则可以氧化Br－。
3 2
2．实验小组研究Ag S的生成与转化。
2
已知：i. AgCl(s) + 3Cl-(aq) AgCl 3- (aq)
4
ii.常温下一些盐在水中的溶解度及颜色如下表：
盐 AgCl Ag S Ag SO Ag SO CuS
2 2 3 2 4
溶解度/g 1.5×10-4 1.3×10-16 4.6×10-4 0.796 1.08×10-17
颜色 白色 黑色 白色 白色 黑色
(1)证明AgCl能够转化为Ag S，实验如下：
2
① AgNO 溶液是溶液_______(填“a”或“b”)，另一溶液是NaCl溶液。
3② 现象a是_______。
(2)研究CuCl 溶液能否使Ag S转化为AgCl，实验如下：
2 2
① 白色固体含AgCl，结合平衡移动原理解释加水稀释产生白色固体的原因：_______。
② 小组同学对Ag S转化为AgCl的原因提出假设：
2
假设一：S2-可与Cu2+形成CuS，从而降低c(S2-) ，加入Cu2+是使Ag S发生转化的主要原因；
2
假设二：Ag+可与Cl-形成AgCl 3-，从而降低c(Ag+)，加入Cl-是使Ag S发生转化的主要原因。
4 2
……
小组同学设计对比实验，证明假设二不合理，实验操作和现象是_______。
(3)有文献表明，HNO 能使Ag S转化为Ag SO ，实验如下：
3 2 2 3
① 加入浓氨水，溶解白色固体a的目的是_______。
② 检验白色固体b中含有亚硫酸根的实验操作和现象是_______。
(4)综合上述实验，溶解度较大的银盐转化为Ag S较容易；而使Ag S转化为溶解度较大的银盐，可采取
2 2
的措施有_______。
【答案】(1)①b ②白色沉淀变为黑色沉淀
(2)①加水稀释使平衡AgCl(s) + 3Cl-(aq) AgCl 3- (aq)逆向移动，生成白色沉淀
4
②用2mL 4mol/L NaCl溶液浸泡Ag S沉淀，取上层清液，加水稀释，未见白色沉淀产生
2
(3)①使白色沉淀a中的SO 2-进入溶液中，以便后续检验 ②向白色固体b中加入足量盐酸，沉淀部分
3
溶解
(4)加入合适的试剂，使之转化为更难溶的硫化物；加入合适的氧化剂，将S2-氧化
【解析】(1)证明AgCl能够转化为Ag S，① 由上图可知，应是向氯化钠溶液中滴加AgNO 溶液至白色沉
2 3
淀不再生成，证明氯离子沉淀完全，然后再向白色沉淀的溶液中滴加硫化钠溶液，则溶液中白色沉淀转化成了
黑色沉淀，证明有硫化银生成；b溶液应为AgNO 溶液；(2)研究CuCl 溶液能否使Ag S转化为AgCl， ① 白
3 2 2
色固体含AgCl，已知：i. AgCl(s) + 3Cl-(aq) AgCl 3- (aq)，用2ml2mol/LCuCl 溶液来浸泡硫化银固体，因
4 2
为氯离子浓度较大，会有一些硫化银转化为氯化银，而氯化银又继续和氯离子反应生成更稳定的AgCl 3- (aq)
4
离子，所以过滤后，上层清液里含有AgCl 3- (aq)离子，加水稀释，使AgCl(s) + 3Cl-(aq) AgCl 3- (aq)逆
4 4向移动，有氯化银白色沉淀生成；②小组同学对Ag S转化为AgCl的原因提出假设：认为Ag+可与Cl-形成
2
AgCl 3-，从而降低c(Ag+)，加入Cl-是使Ag S发生转化的主要原因是不合理的，因此做了对比实验，增大氯离
4 2
子的浓度，再取上层清液加水稀释没有看到白色沉淀出现，认为假设二不合理；(3)有文献表明，HNO 能使
3
Ag S转化为Ag SO ，①用硝酸浸泡硫化银固体，因为硝酸具有强氧化性，所以可把硫化银氧化，生成亚硫酸
2 2 3
银白色沉淀，加浓氨水后，亚硫酸银和氨水反应转化为银氨溶液，又向溶液中加入过量的硝酸钡溶液，会生成
白色的亚硫酸钡沉淀，所以加入浓氨水，使白色沉淀a中的SO 2-进入溶液中，以便后续检验，②若白色固体b
3
中含有亚硫酸根，则向白色固体b中加入足量盐酸，沉淀部分溶解，证明含有亚硫酸根离子；(4)综合上述实
验，可以得出以下结论：溶解度较大的银盐转化为Ag S较容易；而使Ag S转化为溶解度较大的银盐不容易，
2 2
如果要使Ag S转化为溶解度较大的银盐可采取加入加入合适的试剂，使之转化为更难溶的硫化物；或者加入
2
合适的氧化剂，将S2-氧化。
3．某兴趣小组欲探究反应2Fe2++I 2Fe3++2I-，设计如下实验：
2
(1)I、Ⅱ均未检验出Fe3+，检验有无Fe3+的试剂是___________。
(2)经检验，Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+。对Fe3+产生的原因作出如下假设：
假设a：Fe2+被空气氧化，离子方程式为___________；
假设b：Fe2+被酸性溶液中NO -氧化；
3
假设c：Fe2+被 氧化。
小组同学通过进一步实验证实了a、b不是产生Fe3+的主要原因，又查阅资料得知2Fe2+ +I 2Fe3++2I-
2
的反应限度小、产生的c(Fe3+)低，故推测c(Fe3+)增大是因为向Ⅱ的浅黄色溶液中加入AgNO 溶液后，
3
___________，促使该平衡正向移动。
(3)上述推测虽然合理，但Ⅳ中灰黑色浑浊中只检验出少量AgI，主要成分是Ag。小组同学查阅资料得知
新制的AgI见光分解速率较慢，故又对Ⅱ→Ⅲ过程中产生Fe3+的原因提出了假设d：___________，该反应的离
子方程式为___________，并设计实验证明该假设合理，实验方案为___________。
(4)经测定，Ⅲ→Ⅳ的过程中温度几乎无变化，c(Ag+)随反应时间的变化如题图所示。若在实验开始时，先
向Ⅲ的溶液中加入几滴Fe (SO ) 溶液，c(Ag+)随反应时间的变化与题图相同。则Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的
2 4 3
原因可能是___________。【答案】(1)KSCN溶液(苯酚溶液不得分，其它合理答案给分)
(2)4Fe2++4H++O =4Fe3++2H O Ag+与I-生成了沉淀，降低了的浓度
2 2
(3)可能由氧化产生 Fe2++Ag+= Fe3++Ag 向1 mL0.1mol/L FeSO 溶液中加入1 mL0.1mol/LAgNO 溶
4 3
液，出现灰黑色固体后，取上清液于试管中，再向试管中加入硫氰化钾溶液，若溶液变红，则证明假设成立
(4)反应生成的Ag作催化剂，加快了反应速率。(答到催化作用就给分)
【解析】(1)检验Fe3+的试剂为KSCN溶液；(2)Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+，若是亚铁离子被空气氧化，
离子方程式为：4Fe2++4H++O =4Fe3++2H O；Ⅱ中存在2Fe2+ +I 2Fe3++2I-，加入AgNO 溶液后，阴离子
2 2 2 3
与碘离子产生黄色沉淀，碘离子浓度降低，使上述平衡正向移动，产生了三价铁离子；(3)Ⅳ中灰黑色浑浊中
只检验出少量AgI，主要成分是Ag，说明银离子被还原，则一定有微粒被氧化，故产生Fe3+的原因可能是银离
子将亚铁离子氧化所得，反应的离子方程式为：，Fe2++Ag+= Fe3++Ag，若用实验证明银离子能否氧化亚铁离子，
可设计实验方案：向1 mL0.1mol/L FeSO 溶液中加入1 mL0.1mol/LAgNO 溶液，出现灰黑色固体后，取上清液
4 3
于试管中，再向试管中加入硫氰化钾溶液，若溶液变红，则证明假设成立；(4)Ⅲ→Ⅳ的过程中，温度几乎不
变，发生反应Fe2++Ag+= Fe3++Ag，实验开始时，向Ⅲ中加入几滴Fe (SO ) 溶液，仍能迅速出现灰黑色沉淀，
2 4 3
且c(Ag+)变化图像与未加Fe (SO ) 相同，说明三价铁不能催化该反应，且单质银为该反应催化剂，反应初期，
2 4 3
由于催化剂能加快反应速率，催化剂是影响反应速率的主要因素，故反应速率快，故答案为：反应生成的Ag
作催化剂，加快了反应速率。
实验方案设计的四个要求高频考点四 探究型实验方案
1．探究型实验的常见类型
(1)对未知产物的探究
通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究
型实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。例如：
①常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。
②常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。
③熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。
(2)物质性质的探究
①在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规
律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。
②无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元
素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验
证型实验，使复杂问题简单化。
2．探究型实验的基本程序
解答探究型实验题的基本程序可用以下流程图表示：
(1)提出问题
要提出问题，首先得发现问题，对题给信息进行对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。此外，实验
中出现的特殊现象也是发现问题、提出问题的重要契机。
(2)提出猜想
所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能(这就是
猜想)，只能通过实验进行验证。
(3)设计验证方案提出猜想后，就要结合题给条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设
计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。
(4)观察实验现象，得出结论
根据设计的实验方案，结合实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。
【典例剖析】
【例1】(2021•广东选择性考试)含氯物质在生产生活中有重要作用。1774年，舍勒在研究软锰矿(主要成分
是MnO )的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组
2
成的单质，并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。
(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl 的化学方程式为_______。
2
(2)实验室制取干燥Cl 时，净化与收集Cl 所需装置的接口连接顺序为_______。
2 2
(3)某氯水久置后不能使品红溶液褪色，可推测氯水中_______已分解。检验此久置氯水中Cl-存在的操作及
现象是_______。
(4)某合作学习小组进行以下实验探究。
①实验任务。通过测定溶液电导率，探究温度对AgCl溶解度的影响。
②查阅资料。电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时，强电解质稀溶液的电导率随溶液
中离子浓度的增大而增大；离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大。25℃时，K (AgCl)=1.8×10-
sp
10。
③提出猜想。
猜想a：较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。
猜想b：AgCl在水中的溶解度s(45℃)＞s(35℃)＞s(25℃)。
④设计实验、验证猜想。取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液)，在设定的测试温度下，
进行表中实验1~3，记录数据。
实验序
试样 测试温度/℃ 电导率/
号
1 Ⅰ：25℃的AgCl饱和溶液 25 A
1
2 Ⅱ：35℃的AgCl饱和溶液 35 A
23 Ⅲ：45℃的AgCl饱和溶液 45 A
3
⑤数据分析、交流讨论。25℃的AgCl饱和溶液中，c(Cl-)= ______________mol·L－1。
实验结果为A＞A＞A。小组同学认为，此结果可以证明③中的猜想 成立，但不足以证明猜想 成立。
3 2 1
结合②中信息，猜想 不足以成立的理由有_______。
⑥优化实验。小组同学为进一步验证猜想 ，在实验1~3的基础上完善方案，进行实验4和5。请在答题
卡上完成表中内容。
实验序号 试样 测试温度/℃ 电导率/
4 Ⅰ _______ B
1
5 _______ _______ B
2
⑦实验总结。根据实验1~5的结果，并结合②中信息，小组同学认为猜想 也成立。猜想 成立的判断依
据是_______。
【答案】(1)MnO +4HCl(浓) MnCl +Cl↑+2H O (2) c-d-b-a-e
2 2 2 2
(3)HClO 向溶液中加入过量稀硝酸，防止溶液中含有CO2-、HCO -等，再加入少量AgNO 溶液，若有
3 3 3
白色沉淀生成，则证明原溶液中含有Cl-
(4)⑤1.34×10-5 测试温度不同，根据电导率结果无法判断不同温度下饱和溶液的溶解度 ⑥ 45℃
II 45℃ ⑦A>B >B
3 2 1
【解析】(1)实验室通常采用浓盐酸和MnO 制取Cl，化学方程式为：MnO +4HCl(浓)
2 2 2
MnCl +Cl↑+2H O；(2)根据化学方程式可知，制取的氯气中混有氯化氢、水蒸气，氯气有毒，必须进行尾气处
2 2 2
理，因此使用饱和食盐水吸收氯化氢气体，浓硫酸除去水蒸气，最后用NaOH溶液吸收尾气，因此接口连接顺
序为c-d-b-a-e；(3)久置后不能使品红溶液褪色，说明HClO已分解；检验Cl-的方法为向溶液中加入过量稀硝
酸，防止溶液中含有CO2-、HCO -等，再加入少量AgNO 溶液，若有白色沉淀生成，则证明原溶液中含有
3 3 3
Cl-；(4)⑤25℃时， K (AgCl)=c(Ag＋) ×c(Cl-)，根据沉淀溶解平衡可知，饱和的AgCl溶液中c(Ag＋) =c(Cl-)，
sp
所以有 = =1.34×10-5 mol·L－1；实验1~3中，不同的饱和溶液浓度不同且测
试温度不同，根据资料显示离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大，所以根据实验1~3无法判断
温度较高的饱和溶液离子浓度大，进而不能得出溶解度关系；⑥如果要判断AgCl在水中的溶解度随温度的变
化情况，可以设计不相同温度下的饱和溶液在相同温度下测试，如果温度较高下的饱和溶液电导率比温度较低
的饱和溶液电导率高，则可以得出温度升高饱和溶液中离子浓度高。所以可以设计试样Ⅰ在45℃下测试与实
验3比较；设计试样II在45℃下测试与实验3比较；⑦猜想b成立的判断依据是A>B >B 。
3 2 1【例2】(2022·北京市101中学三模)实验小组同学为探究Fe2+性质，进行如下实验。
【实验Ⅰ】向2mL0.1mol·L-1 FeSO 溶液滴中几滴0.1mol·L-1KSCN溶液，无明显现象，再滴加几滴
4
3%H O 溶液(用HSO 酸化至 )，溶液颜色变红。
2 2 2 4
(1)甲同学通过上述实验分析Fe2+具有_______(填“氧化”或“还原”)性。
乙同学查阅资料发现Fe2+与 可发生反应，生成无色的配合物。为证实该性质，利用进行如下实验。
(2) FeCO 的制备：用过量NH HCO 溶液与FeSO 溶液反应得到FeCO，离子方程式为_______。
3 4 3 4 3
【实验Ⅱ】验证Fe2+与SCN-发生反应
(3)实验b的目的是_______。
(4)从沉淀溶解平衡角度解释实验a和b最终溶液颜色不同的原因是_______。
丙同学设计实验进一步证明Fe2+可与SCN-反应。
【实验Ⅲ】
(5)上述实验中，d为c的对照实验。
①X为_______。②实验能够证实Fe2+可与SCN-反应，则应观察到的现象是_______。
(6)实验Ⅲ中若未加适量水稀释，则无法通过现象得出结论。推测加水稀释的目的可能有：使后续实验颜
色变化易于观察；降低c Fe3+)，_______。
【答案】(1)还原
(2) Fe2++2HCO-=FeCO ↓+CO ↑+H O
3 3 2 2
(3)通过实验b排除了FeCO 溶解产生的Fe2+对实验的影响
3
(4)SCN-与FeCO 溶解电离产生的Fe2+结合，沉淀溶液平衡正向移动，溶液中的Fe2+(包括Fe2+与SCN-生成
3
物)浓度增大，与酸性HO 反应产生的Fe3+增大，Fe3+与SCN-生成物浓度增大，溶液红色加深
2 2
(5) H SO 溶液红色更浅
2 4
(6)使Fe3++3SCN- Fe(SCN) 平衡逆向移动
3
【解析】(1)向2 m⇌L0.1 mol•L-1FeSO
4
溶液中滴加几滴0.1 mol•L-1KSCN溶液，无明显现象，再滴加几滴
3%H O 溶液(用HSO 酸化至pH=1)，溶液颜色变红，说明Fe2+能够被酸性HO 溶液氧化为Fe3+，Fe3+遇SCN-
2 2 2 4 2 2
溶液变为血红色，这证明Fe2+具有还原性；(2)用过量NH HCO 溶液与FeSO 溶液反应得到FeCO，同时反应
4 3 4 3
产生(NH )SO 、HO、CO，该反应的离子方程式为：Fe2++2HCO-=FeCO ↓+CO ↑+H O；(3)通过对实验进行对
4 2 4 2 2 3 3 2 2
比可知：实验b排除了加水稀释对沉淀溶解平衡移动的影响；(4)FeCO 是难溶性物质，在溶液中存在沉淀溶解
3
平衡：FeCO(s) Fe2+(aq)+CO 2-(aq)，溶液中含有Fe2+浓度较小，向其中滴加酸性HO，发生反应2Fe2++2H+
3 3 2 2
+H O=2Fe3++2H⇌O，反应产生的Fe3+浓度较小，因此加入KSCN溶液时，发生反应Fe3++3SCN-=Fe(SCN) ，溶
2 2 2 3
液变为浅红色，而向FeCO 沉淀中加入等体积4 mol/LKSCN溶液，FeCO 溶解电离产生的Fe2+与SCN-结合，
3 3
使FeCO 溶解电离程度增大，溶液中Fe2+及Fe2+与SCN-结合物与酸性HO 反应产生的Fe3+浓度较大，溶液中
3 2 2
Fe3++3SCN- Fe(SCN) 平衡正向移动，c[Fe(SCN) ]增大，因而溶液红色比实验b加深；(5)①因为要探究Fe2+与
3 3
SCN-的反应⇌，对照实验也应该加入相同阴离子(SO 2-)的溶液，因此X为HSO ；②Fe2+与SCN-反应，降低了溶
4 2 4
液中c(SCN-)，使Fe3++3SCN- Fe(SCN) 平衡逆向移动，溶液中c[Fe(SCN) ]减小，因而应该观察到的实验现象
3 3
是溶液红色变浅；(6)加水稀释⇌的目的可能有：使后续实验颜色变化易于观察；降低c(Fe3+)，使Fe3++3SCN-
Fe(SCN) 平衡逆向移动，溶液中c[Fe(SCN) ]减小，因而溶液红色变浅。
3 3
⇌ 【变式探究】
1．(2023·广东省深圳市红岭中学高三期中）某化学实验小组探究SO 与FeCl 溶液的反应。
2 3
实验一：用如图所示实验装置制备SO ，并将足量SO 通入FeCl 溶液中，溶液迅速变为血红色；停止通
2 2 3
入气体，将血红色溶液密闭放置5小时后，溶液变为浅绿色。(1)制备SO 的化学反应方程式为_____。
2
(2)仪器a的名称为_____。
(3)某同学取适量酸性KMnO 于试管中，滴入几滴血红色溶液，溶液的紫色褪去，据此推断血红色溶液中
4
含有Fe2+。乙同学认为此结论不正确，理由是____。
实验二：探究血红色溶液产生的原因，实验过程如表：
实验序号 假设 实验内容 结论
① c(H+)增大 取上述血红色溶液，滴入Y溶液，溶液又变黄色 假设不成立
c(HSO )或 在FeCl 溶液中，滴入1mol/LNaHSO 溶液，溶液
② 2 3 3 3 假设不成立
c(SO )增大 呈血红色，再逐滴滴入HCl溶液，出现_____现象
2
c(HSO -)或
③ 3 在FeCl 溶液中加入NaSO 溶液，立即变为血红色 假设成立
c(SO 2-)增大 3 2 3
3
(4)实验①中，Y是____(填化学式)；实验②中现象是_____。
(5)为了进一步探究血红色物质产生的主要原因，又进行了以下实验：(已知吸光度越大，溶液颜色越深)。
在0.5mL1mol/L的FeCl 溶液中，加入浓度相同的NaSO 溶液VmL，NaHSO 溶液VmL并混合均匀，改
3 2 3 1 3 2
变V、V 的值并维持V+V =4.0进行多组实验，测得混合溶液的吸光度与 出的关系如图所示。
1 2 1 2
①维持V+V =4.0的目的是____。
1 2
②该实验得出的结论是____。【答案】(1)Na SO +H SO =Na SO +SO↑+H O
2 3 2 4 2 4 2 2
(2)球形干燥管
(3)不正确；溶液中的SO2，SO 2-、HSO -、Cl−都能使高锰酸钾褪色
3 3
(4) HCl 变黄
(5) 使Fe3+的浓度保特不变 Fe3+主要和SO 2=形成络合物使溶液变成血红色
3
【解析】二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸在溶液中部分电离，亚硫酸溶液中存在的分子有亚硫酸、
二氧化硫，存在的离子有氢离子、亚硫酸氢根、亚硫酸根，实验一用亚硫酸钠固体和70%的硫酸溶液反应制备
二氧化硫气体，将二氧化硫通入氯化铁溶液中探究溶液颜色的变化，实验二探究溶液中的微粒对溶液产生血红
色的影响。(1）由实验装置图可知，制备二氧化硫的反应为亚硫酸钠固体和70%硫酸反应生成硫酸钠、二氧化
硫气体和水，反应的化学方程式为NaSO +H SO =Na SO +SO↑+H O；(2）由实验装置图可知，仪器a的为球
2 3 2 4 2 4 2 2
形干燥管；(3）血红色溶液中含有的氯离子和可能存在的二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢根。氯离子、二氧化硫、
亚硫酸、亚硫酸根也能与酸性高锰酸钾溶液反应使溶液褪色，则将溶液滴入适量的酸性高锰酸钾溶液中，溶液
的紫色褪去不能说明溶液中含有亚铁离子；(4）由假设可知，实验①探究溶液中氢离子浓度对血红色产生的影
响，由变量唯一化原则可知，向血红色溶液中滴入的酸Y为盐酸；实验②探究二氧化硫和亚硫酸浓度对血红
色产生的影响，由实验结论可知，加入的盐酸与亚硫酸钠溶液反应生成的二氧化硫和亚硫酸对实验无影响，则
反应的实验现象应与实验①相同，溶液又变为黄色；(5）①由变量唯一化原则可知，探究亚硫酸氢根或亚硫酸
根浓度对血红色产生的影响时，应保持溶液总体积不变达到溶液中铁离子浓度不变的目的；②由图可知，混合
溶液中亚硫酸氢根离子的体积分数越大，吸光度越小说明产生血红色的原因是铁离子和亚硫酸根离子形成络合
物使溶液变成血红色。
2．(2023·广东省百校高三联考）为更好地利用化学变化中的物质变化和能量变化，在化学研究和工业生
产中还需要关注化学反应的快慢和进行程度等。
(1)研究小组向4.5mL1mol·L-1KCl溶液中加入0.50mL0.2mol·L-1 AgNO 溶液，产生AgCl沉淀，静置，得到
3
AgCl滤液；在AgCl滤液中放入5cm长的镁条后，立即有无色气泡产生，气体可燃，滤液中逐渐出现白色浑浊。
【发现问题】对比发现，Mg+AgCl滤液反应比Mg+HO反应速率快。研究小组对此实验现象产生的原因
2
进行了探究。
【查阅资料】Cl-类体积较小的阴离子，能够“钻入” Mg(OH) 膜，达到使其溶解的效果，称作“离子钻
2
入效应”，
【提出猜想】
猜想一：Cl-钻入Mg(OH) 膜形成孔径，增大了Mg和HO的接触面积，加快了Mg+HO的反应速率；
2 2 2
猜想二：在“离子钻入效应”基础上， 置换Ag+形成许多微小的Mg-Ag原电池，使Mg+HO反应速率
2进一步加快。
【实验设计】用砂纸擦去镁条表面氧化膜，取表面积和质量相同的镁条(5cm)，用浓度分别为1
mol·L-1KCl、0.2 mol·L-1 AgNO、0.2 mol·L-1 KNO 溶液，按照下表进行系列实验，若有沉淀，先将沉淀过滤
3 3
后，将滤液加入装Mg条的试管，并观察Mg条表面实验现象。
实验序 V(KCl) V(AgNO ) V(KNO ) V(H O)
3 3 2 实验现象
号
微小气泡附
1 / / / 5.00
着
大量气泡放
2 4.50 0.50 / /
出
少量气泡放
3 4.50 / / 0.50
出
少量气泡放
4 a / b /
出
①根据表中信息，补充数据：a=_______，b=_______。
②由实验1和实验3对比可知： 有加快Mg+HO反应速率的作用。
2
③由实验_______和实验_______对比可知：Ag+有加快Mg+HO反应速率的作用。
2
【实验结论】猜想一和猜想二成立。
(2)为了进一步证明 原电池能加快Mg+HO+ Cl-体系中Mg+HO的反应速率，研究小组利用数字化
2 2
实验进行了验证。
【实验设计】选取实验2和实验4两个实验方案，将各实验Mg条、溶液量等比例放大至30cm， ，
采集两个实验的 时间、温度-时间变化数据(先采集约10s时溶液的 时间、温度-时间数据，再投入Mg
条继续采集 时间、温度-时间数据)。实验数据如图所示：④由初始 数据可知，曲线_______(填“a”或“b”)表示实验2的pH-时间变化曲线，请你解释原因
_______。
⑤在 左右，两实验的 变化都明显趋于平缓的原因_______。
⑥“温度-时间”曲线分析：两种溶液的初始温度一致，投入镁条后，实验2温度增幅明显大于实验4，说
明相同反应时间内，_______(填“实验2”或“实验4”)放热更多，因此速率更快。
【实验结论2】结合pH-时间、温度-时间曲线可知，Mg-Ag原电池能加快Mg+HO+ Cl-体系中Mg+HO的
2 2
反应速率。
【答案】(1) 4.50 0.50 2 4
(2) a 实验2溶液中存在Ag+，Ag+水解使溶液呈酸性，初始阶段溶液pH＜7 大量的氢氧化镁沉淀覆盖
在镁条表面，阻碍了Mg和HO反应的继续进行 实验2
2
【解析】(1）①两种猜想均有“离子钻入效应”，因此除实验1为对照实验不需要加Cl-之外，实验中都
需要有Cl-，故实验4需要加KCl，为了保持Cl-浓度相同，a=4.50；由表格可知，实验2、3加入的溶液总体积
为5mL，为了保证体积相同，b=0.50；③由表格数据可知，实验2加入AgNO，产生气泡较多，实验4加
3
KNO，产生气泡较少，说明NO -对实验没有影响，是Ag+加快了反应速率；(2）④实验2加入AgNO，Ag+水
3 3 3
解生成H+，导致溶液显酸性，初始的pH＜7，因此a曲线是实验2的pH-时间变化曲线；⑤随着反应的进行，
Mg与HO反应生成的Mg(OH) 逐渐增多，Mg(OH) 难溶于水，附着在Mg的表面阻碍Mg与HO的进一步反
2 2 2 2
应，因此pH=11左右，两实验的pH变化都明显趋于平缓；⑥由图像可知，实验2的曲线a温度的增幅明显大
于实验4的曲线b，因此相同时间内实验2放热更多，反应速率更快。
3．(2023·广东省韶关市高三调研考试)某学习小组对Cu与HNO 的反应进行了研究。
3
(1)铜与稀硝酸反应的化学方程式是_______。
(2)利用下图装置完成Cu与HNO 制取氮氧化物的反应。实验可观察到装置B中液面上方为无色气体，C
3
中液面上为红棕色气体。①盛稀硝酸的仪器名称_______。
②为排尽整套装置内的空气，先打开弹簧夹，通入_______(填化学式)，一段时间后关闭弹簧夹。
③C中液面上为红棕色气体，其原因是_______(用化学方程式表示)。
(3)下图是学习小组在做铜与硝酸反应的实验时的操作和现象。图中溶液A遇铜片立即产生气泡，而相同
条件下 稀硝酸(溶液B)遇铜片短时间内无明显变化，一段时间后才有少量气泡产生。分析溶液A的成
分后，学习小组探究溶液A与铜片能够立即发生反应的原因。
①假设1：_______(填化学式)对该反应有催化作用。
实验验证：向溶液B中加入少量硝酸铜固体，溶液呈浅蓝色，放入铜片，没有明显变化。
结论：假设1不成立。
②假设2：NO 对该反应有催化作用。
2
方案1：向放有铜片的溶液B中通入少量NO ，铜片表面立即产生气泡，反应持续进行。有同学认为应补
2
充对比实验：另取一份放有铜片的溶液B，向其中加入数滴5mol·L—1硝酸，无明显变化。补充该实验的目的是
_______。
方案2：向A中鼓入N 数分钟得溶液C．相同条件下，铜片与A、C溶液的反应速率分别为 、 ，
2
当 _______ 。(填“>”、“=”、“＜”)时，实验能够证明假设2成立。
③经检验，A溶液中还含有少量亚硝酸HNO。
2
设计实验证明HNO 也对该反应有催化作用。操作和预期现象是：向含有铜片的B溶液中_______。
2最后结论：NO 和HNO 对铜与硝酸的反应都有催化作用。
2 2
【答案】(1)3Cu+8HNO (稀)=3Cu(NO)+2NO↑+4HO
3 3 2 2
(2)分液漏斗或滴液漏斗 N、CO、稀有气体等 NO+2HNO (浓)=3NO+H O
2 2 3 2 2
(3) Cu2+或Cu(NO ) 排除通NO 带来的硝酸浓度增大的影响 > 加入少量的固体NaNO ，B
3 2 2 2
中铜片上立即生成气泡，反应持续进行
【解析】(1)稀硝酸是氧化剂，铜是还原剂，铜和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，配平后方程式
为3Cu+8HNO (稀)=3Cu(NO)+2NO↑+4HO；(2)装置A中稀硝酸和铜反应生成NO，装置B除去NO中的硝
3 3 2 2
酸，装置C中NO和浓硝酸反应生成了NO ，装置D除去尾气，避免污染空气。①根据装置图，可得盛稀硝酸
2
的仪器名称为分液漏斗或滴液漏斗；②为了排除装置内的空气，需要通入不与产生气体反应的气体，可通入
N、CO、稀有气体等；③根据装置B中为无色气体，可知通入C中的气体为NO，装置C中液面上为红棕色
2 2
气体，可知NO和浓硝酸反应生成了NO ，所以方程式为NO+2HNO (浓)=3NO+H O；(3)①由验证性实验加
2 3 2 2
少量硝酸铜固体可得，该假设是探究Cu2+或Cu(NO ) 对该反应有催化作用；②因为NO 会和水反应产生硝酸，
3 2 2
致使硝酸浓度增大，避免浓度对反应的影响，故需增加对照实验；向A中鼓入N 数分钟，使得溶液中NO 的
2 2
浓度下降，得溶液C，当 > 时，实验能够证明假设2成立；③欲设计实验证明HNO 也对该反应有催
2
化作用，只需证明往含有铜片的B溶液中加入少量的固体NaNO 比没加的速率快就行。
2
猜想型实验题的解题模型
高频考点五 定量实验
1．常见的定量测定型实验题包括混合物成分的测定、物质纯度的测定以及化学式的确定等。该类试题常
涉及物质的称量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的配制等实验操作。
2．定量测定数据测定的常用方法(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。量气装置的设计：
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。
(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。
3．测定实验中要有数据的采集处理意识
(1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电
子天平，可精确到0.000 1 g。
(2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到 0.1 mL，准确度要求高的定量实验如中
和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量
浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。
(3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体
前后的质量，计算其减小值；另一种方法是称吸收装置吸收气体前后的质量，计算其增大值。
(4)用pH试纸或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中H＋或OH－的物质的量
浓度。为了数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等，必要时可以进
行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。例如：中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做 2～3
次滴定，取体积的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃，
因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。
3．实验数据处理时的“五看”
一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为 0.1 g，若精度值超过了这个范
围，说明所得数据是无效的；二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；
三看反应是否完全，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；
四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、压强一致的情况下才能进行比较、
运算；
五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。
4．定量实验试题中，如何减小误差的措施是必考点，常见的措施：
①定量仪器的使用(特别是读数，如量气装置读数时要保证液面相平)；
②减少固体产物的损失或除去杂质，如洗涤沉淀以及选用合适的洗涤剂(沉淀完全及如何洗涤沉淀)；
③保证气体产物全部被吸收，如向装置中通入足量惰性气体将气体产物赶出等；
④沉淀剂的选用，如选用氢氧化钡效果比选用氢氧化钙效果好(因为碳酸钡的相对分子质量比碳酸钙大，
称量误差对结果造成影响小)；
⑤防止其他气体物质的干扰，如防止固体产物吸收空气中的二氧化碳和水等；
⑥恒压漏斗的使用；
⑦许多实验中的数据处理，都是对多次测定结果求取平均值，但对于“离群”数据(指与其他测定数据有
很大差异的数据)要舍弃，因为数据离群的原因可能是在操作中出现了较大的失误。
【典例剖析】
【例1】(2021•山东卷)六氯化钨(WCl )可用作有机合成催化剂，熔点为283℃，沸点为340℃，易溶于
6
CS，极易水解。实验室中，先将三氧化钨(WO)还原为金属钨(W)再制备WCl，装置如图所示(夹持装置略)。
2 3 6
回答下列问题：
(1)检查装置气密性并加入WO。先通N，其目的是________________________；一段时间后，加热管式
3 2
炉，改通H，对B处逸出的H 进行后续处理。仪器A的名称为________，证明WO 已被完全还原的现象是
2 2 3________________________________。
(2)WO 完全还原后，进行的操作为：①冷却，停止通H；②以干燥的接收装置替换E；③在B处加装盛
3 2
有碱石灰的干燥管；④……；⑤加热，通Cl；⑥……。碱石灰的作用是___________________；操作④是
2
________，目的是_______________________。
(3)利用碘量法测定WCl 产品纯度，实验如下：
6
①称量：将足量CS(易挥发)加入干燥的称量瓶中，盖紧称重为mg；开盖并计时1分钟，盖紧称重为
2 1
mg；再开盖加入待测样品并计时1分钟，盖紧称重为mg，则样品质量为_________g(不考虑空气中水蒸气的
2 3
干扰)。
②滴定：先将WCl 转化为可溶的NaWO，通过IO -离子交换柱发生反应：WO2-
6 2 4 3 4
+Ba(IO )=BaWO +2IO -；交换结束后，向所得含IO -的溶液中加入适量酸化的KI溶液，发生反应：IO -+5I-
3 2 4 3 3 3
+6H+=3I +3H O；反应完全后，用NaSO 标准溶液滴定，发生反应：I+2S O2-=2I-+S O2-。滴定达终点时消耗
2 2 2 2 3 2 2 3 4 6
cmol•L-1的NaSO 溶液VmL，则样品中WCl(摩尔质量为Mg•mol-1)的质量分数为________________。称量时，
2 2 3 6
若加入待测样品后，开盖时间超过1分钟，则滴定时消耗NaSO 溶液的体积将______ (填“偏大”“偏小”
2 2 3
或“不变”)，样品中WCl 质量分数的测定值将_____ (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
6
【答案】(1)排除装置中的空气 直形冷凝管 淡黄色固体变为银白色
(2)吸收多余氯气，防止污染空气；防止空气中的水蒸气进入E 再次通入N 排除装置中的H
2 2
(3)①( m +m- 2m ) ② % 不变 偏大
3 1 2
【解析】(1)用H 还原WO 制备W，装置中不能有空气，所以先通N，其目的是排除装置中的空气；由
2 3 2
仪器构造可知仪器A的名称为直形冷凝管；WO 为淡黄色固体，被还原后生成W为银白色，所以能证明WO
3 3
已被完全还原的现象是淡黄色固体变为银白色；(2) 由信息可知WCl 极易水解，W与Cl 反应制取WCl 时，
6 2 6
要在B处加装盛有碱石灰的干燥管，防止空气中的水蒸气进入E中，所以碱石灰的作用其一是吸收多余氯气，
防止污染空气；其二是防止空气中的水蒸气进入E；在操作⑤加热，通Cl 之前，装置中有多余的H，需要除
2 2
去，所以操作④是再次通入N，目的是排除装置中的H；(3) ①根据分析，称量时加入足量的CS，盖紧称重
2 2 2
为mg，由于CS 易挥发，开盖时要挥发出来，称量的质量要减少，开盖并计时1分钟，盖紧称重mg，则挥
1 2 2
发出的CS 的质量为(m - m )g，再开盖加入待测样品并计时1分钟，又挥发出(m - m )g的CS，盖紧称重为
2 1 2 1 2 2
mg，则样品质量为：mg+2(m- m )g-m g=( m +m- 2m )g；②滴定时，根据关系式：WO2-~2IO -~6I ~12
3 3 1 2 1 3 1 2 4 3 2
SO2-，样品中n(WCl )=n(WO 2-)= n(S O2-)= cV 10-3mol，m(WCl )= cV 10-3mol Mg/mol= g，
2 3 6 4 2 3 6则样品中WCl 的质量分数为： 100%= %；根据测定原理，称量时，
6
若加入待测样品后，开盖时间超过1分钟，挥发的CS 的质量增大，m 偏小，但WCl 的质量不变，则滴定时
2 3 6
消耗NaSO 溶液的体积将不变，样品中WCl 质量分数的测定值将偏大。
2 2 3 6
【例2】(2022•河北省选择性考试)某研究小组为了更准确检测香菇中添加剂亚硫酸盐的含量，设计实验如下：
①三颈烧瓶中加入 香菇样品和 水；锥形瓶中加入 水、 淀粉溶液，并预加
的碘标准溶液，搅拌。
②以 流速通氮气，再加入过量磷酸，加热并保持微沸，同时用碘标准溶液滴定，至终点时滴定
消耗了 碘标准溶液。
③做空白实验，消耗了 碘标准溶液。
④用适量NaSO 替代香菇样品，重复上述步骤，测得SO 的平均回收率为95%。
2 3 2
已知： ，
回答下列问题：
(1)装置图中仪器a、b的名称分别为_______、_______。
(2)三颈烧瓶适宜的规格为_______(填标号)。
A． B． C．
(3)解释加入HPO ，能够生成SO 的原因：_______。
3 4 2
(4)滴定管在使用前需要_______、洗涤、润洗；滴定终点时溶液的颜色为_______；滴定反应的离子方程式
为_______。
(5)若先加磷酸再通氮气，会使测定结果_______(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(6)该样品中亚硫酸盐含量为_______ mg•kg -1 (以SO 计，结果保留三位有效数字)。
2【答案】(1) (球形)冷凝管 (恒压)滴液漏斗 (2)C
(3)加入HPO 后，溶液中存在化学平衡HSO SO +H O，SO 的溶解度随着温度升高而减小，SO 逸
3 4 2 3 2 2 2 2
出后，促进了化学平衡HSO SO +H O向右移动
2 3 2 2
(4)检验其是否漏水 蓝色 加入HPO 后，溶液中存在化学平衡HSO SO +H O，
3 4 2 3 2 2
SO 的溶解度随着温度升高而减小，SO 逸出后，促进了化学平衡HSO SO +H O向右移动
2 2 2 3 2 2
(5)偏低 (6)80.8
【解析】由题中信息可知，检测香菇中添加剂亚硫酸盐的含量的原理是：用过量的磷酸与其中的亚硫酸盐
反应生成SO ，用氮气将SO 排入到锥形瓶中被水吸收，最后用碘标准溶液滴定，测出样品中亚硫酸盐含量。
2 2
(1)根据仪器a、b的结构可知，装置图中仪器a、b的名称分别为球形冷凝管和恒压滴液漏斗；(2)三颈烧瓶中加
入10.00g香菇样品和400 mL水，向其中加入HPO 的体积不超过10 mL。在加热时，三颈烧瓶中的液体不能
3 4
超过其容积的 ，因此，三颈烧瓶适宜的规格为1000 mL 选C。(3)虽然K (H PO )=7.1×10-3＜K (H SO )
a1 3 4 a1 2 3
=1.3×10-2，但是HPO 为难挥发性的酸，而HSO 易分解为SO 和水，SO 的溶解度随着温度升高而减小，SO
3 4 2 3 2 2 2
逸出后，促进了化学平衡HSO SO +H O向右移动，因此，加入HPO 能够生成SO 的原因是：加入
2 3 2 2 3 4 2
HPO 后，溶液中存在化学平衡HSO SO +H O，SO 的溶解度随着温度升高而减小，SO 逸出后，促进
3 4 2 3 2 2 2 2
了化学平衡HSO SO +H O向右移动；(4)滴定管在使用前需要检验其是否漏水、洗涤、润洗；滴定前，
2 3 2 2
溶液中的碘被SO 还原为碘离子，溶液的颜色为无色，滴加终点时，过量的1滴或半滴标准碘液使淀粉溶液变
2
为蓝色且半分钟点之内不变色，因此，滴定终点时溶液为蓝色；滴定反应的离子方程式为I+ SO +2H O=2I—
2 2 2
+4H++SO2-；(5)若先加磷酸再通氮气，则不能将装置中的空气及时排出，有部分亚硫酸盐和SO 被装置中的氧
4 2
气氧化，碘的标准液的消耗量将减少，因此会使测定结果偏低。(6)实验中SO 消耗的标准碘液的体积为0.30
2
mL+1.00 mL=1.30 mL，减去空白实验消耗的0.10 mL，则实际消耗标准碘液的体积为1.20mL，根据反应I+
2
SO +2H O=2I—+4H++ SO 2-可以计算出n(SO )= n(I )= 1.20mL×10-3L·mL-1×0.010 00 mol· L-1=1.20 10-5 mol，由于
2 2 4 2 2
SO 的平均回收率为95%，则实际生成的n(SO )= ，则根据S元素守恒可知，该
2 2
样品中亚硫酸盐含量为 mg•kg -1。
【变式探究】1．(2020•山东卷)某同学利用Cl 氧化KMnO 制备KMnO 的装置如下图所示(夹持装置略)：
2 2 4 4
已知：锰酸钾(K MnO )在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：
2 4
3MnO 2-+2H O=2MnO -+MnO↓+4OH-
4 2 4 2
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Cl 的化学
2
方程为______________。
(2)上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO 产率降低，改进的方法是________________。
4
(3)KMnO 常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO 溶液加入___________(填“酸式”或“碱式”)
4 4
滴定管中；在规格为50.00mL的滴定管中，若KMnO 溶液起始读数为15.00mL，此时滴定管中KMnO 溶液的
4 4
实际体积为______________(填标号)。
A.15.00 mL B.35.00mL C.大于35.00mL D.小于15.00m1
(4)某FeC O﹒2HO样品中可能含有的杂质为Fe (C O)、HC O﹒2HO，采用KMnO 滴定法测定该样品
2 4 2 2 2 4 3 2 2 4 2 4
的组成，实验步骤如下:
Ⅰ.取mg样品于锥形瓶中，加入稀HSO 溶解，水浴加热至75℃。用 c mol﹒L-1的KMnO 溶液趁热滴定至
2 4 4
溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO 溶液VmL。
4 1
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HSO 酸化后，在75℃继续用KMnO 溶液
2 4 4
滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，又消耗KMnO 溶液VmL。样品中所含HC O·2H O(M=126 g·mol-1 )
4 2 2 2 4 2
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. 时，样品中一定不含杂质B. 越大，样品中HC O·2H O含量一定越高
2 2 4 2
C.若步骤I中滴入KMnO 溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低
4
D.若所用KMnO 溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高
4
【答案】(1)平衡气压，使浓盐酸顺利滴下 NaOH溶液
Ca(ClO) +4HCl=CaCl +2Cl↑+2H O
2 2 2 2
(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) BD
【解析】(1)装置A为恒压分液漏斗，它的作用是平衡气压，使浓盐酸顺利滴下，C的作用是吸收反应不完
的Cl，可用NaOH溶液吸收，Ca(ClO) 和浓盐酸在A中发生归中反应产生Cl，反应的化学方程式为
2 2 2
Ca(ClO) +4HCl=CaCl +2Cl↑+2H O；(2)锰酸钾在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生3MnO 2-
2 2 2 2 4
+2H O=2MnO -+MnO↓+4OH-，一部分MnO 2-转化为了MnO ，导致最终KMnO 的产率低，而浓盐酸易挥发，
2 4 2 4 2 4
直接导致B中NaOH溶液的浓度减小，故改进措施是在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶吸收挥发
出来的HCl；(3)高锰酸钾有强氧化性，强氧化性溶液加入酸式滴定管，滴定管的“0”刻度在上，规格为
50.00mL的滴定管中实际的体积大于(50.00-15.00)mL，即大于35.00mL；(4)设FeC O·2H O的物质的量为
2 4 2
xmol，Fe (C O) 的物质的量为ymol，HC O·2H O的物质的量为zmol，步骤I中草酸根和Fe2+均被氧化，结
2 2 4 3 2 2 4 2
合得失电子守恒有：2KMnO ~5H C O(C O2-)，KMnO ~5Fe2+，所以 ，步骤II中
4 2 2 4 2 4 4
Fe2+被氧化，由KMnO ~5Fe2+可知， ，联立二个方程解得：z=2.5(cV-3V )×10-3，所以
4 1 2
HC O·2H O的质量分数= = 。关于样品组成分析
2 2 4 2
如下：A项， 时，HC O·2H O的质量分数= =0，样品中不含HC O·2H O，
2 2 4 2 2 2 4 2由 和 可知，y≠0，样品中含Fe (C O) 杂质，A错误；B项，
2 2 4 3
越大，由HC O·2H O的质量分数表达式可知，其含量一定越大，B正确；C项，Fe元素的物质的量=
2 2 4 2
，若步骤I中KMnO 溶液不足，则步骤I中有一部分Fe2+没有被氧化，不影响V
4 2
的大小，则cV×10-3不变，则对于测得Fe元素的含量无影响，C错误；D项，结合C可知：若KMnO 溶液浓
2 4
度偏低，则消耗KMnO 溶液的体积V、V 均偏大，Fe元素的物质的量偏大，则测得样品中Fe元素含量偏高，
4 1 2
D正确。
2．砂质土壤分析中常用KarlFischer法是测定其中微量水含量，该方法原理是I 和SO 反应定量消耗水(假
2 2
设土壤中其他成分不参加反应)，据此回答下列问题：
(1)写出该反应的化学反应方程式：________________________。
步骤①：消耗反应样品中的水
下图是某同学在实验室模拟KarlFischer法的实验装置图：
(2)装置连接的顺序为a__________(填接口字母顺序)；M仪器的名称为__________，其在实验过程中的作
用是__________________________。
(3)操作步骤①：连接装置并检查装置气密性，装入药品，_________________；关闭弹簧夹，打开分液漏
斗活塞；反应结束后，关闭分液漏斗活塞，继续通入N ，取下D装置；步骤②：测定剩余的碘时，向反应后
2
的D装置加入蒸馏水，过滤，充分洗涤滤渣，并合并洗涤液和滤液，将其配成 250.00mL溶液，取25.00mL用
0.20mol·L－1NaSO 标准液滴定剩余的碘单质，已知反应如下：2SO ＋I=S O ＋2I－。
2 2 3 2 2 4
(4)Na SO 标准液应装在________(填“酸式”“碱式”)滴定管中；上述操作中，合并洗涤液和滤液的目
2 2 3
的是________________________________。
(5)滴定实验重复四次得到数据如下：
实验 1 2 3 4
消耗的标准液的体积/mL 18.37 20.05 19.95 20.00
①若实验开始时，向D装置中加入10.00g土壤样品和10.16gI(已知I 过量)，则样品土壤中水的含量为
2 2________%(计算结果保留小数点后一位)。
②若NaSO 标准液已部分氧化变质，则水含量测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
2 2 3
【答案】(1)SO ＋I＋2HO=HSO ＋2HI
2 2 2 2 4
(2)d→e→i→h→g→f→b→(c) 长颈漏斗 平衡内外气压，防止压强过大
(3)打开弹簧夹，通入氮气
(4)碱式 使所剩余的碘单质均进入滤液，测量结果更准确
(5)7.2 偏低
【解析】(1) I 、SO 、HO发生反应，生成HI和HSO ，化学反应方程式为SO ＋I＋2HO=HSO ＋2HI；
2 2 2 2 4 2 2 2 2 4
(2)装置A是制备二氧化硫气体，装置B中的碱石灰可以吸收尾气，并防止外界水蒸气加入装置，应该在整套
装置的最后，D装置应该为二氧化硫与样品反应的装置，进入该装置的二氧化硫需要用浓硫酸(E)干燥，C装
置为安全瓶，因此装置的连接顺序为ACEDB，接口顺序为d→e→i→h→g→f→b→(c)；根据图示，M为长颈漏
斗，在实验过程中，可以起到平衡内外气压，防止压强过大的作用。(3)为了精准测定样品中的水含量，实验
前，需通 N 以排尽装置内的空气，所以需打开弹簧夹，通入氮气。答案为：打开弹簧夹，通入氮气；
2
(4)Na SO 水解显碱性，标准液应装在碱式滴定管中；因为洗涤液中也溶有一定量的碘，所以合并洗涤液和滤
2 2 3
液的目的是使所剩余的碘单质均进入滤液，测量结果更准确。答案为：碱式；使所剩余的碘单质均进入滤液，
测量结果更准确；(5)①实验开始时，向D装置中加入10.00 g土壤样品和10.16 g I (已知I 过量)，n(I)＝
2 2 2
＝0.04 mol，向反应后的D装置加入蒸馏水，过滤，充分洗涤，并合并洗涤液和滤液，将其配成
250.00 mL溶液，取25.00 mL 用0.20 mol·L－1 Na SO 标准液滴定剩余碘单质，根据实验数据可知，实验①的
2 2 3
误差较大，删除该数值，②③④实验消耗NaSO 溶液的平均值＝ mL＝20.00 mL，根据
2 2 3
2SO2-＋I=S O2-＋2I－，消耗碘单质物质的量＝n(Na SO)× × ＝ ×0.020 0 L×0.20 mol·L－1×10＝
2 3 2 4 6 2 2 3
0.02 mol，即剩余I 物质的量＝0.02 mol，从而得出与二氧化硫反应的碘单质物质的量＝0.04 mol－0.02 mol＝
2
0.02 mol，消耗水为0.04 mol，土壤样品中水的含量＝ ×100%＝7.2%。②若NaSO 标准液
2 2 3
已部分氧化变质，滴定过程中消耗的硫代硫酸钠溶液体积增大，测定剩余碘单质物质的量增大，则与二氧化硫
反应的碘单质减少，反应的水的物质的量减小，计算得到水的含量偏低。
3．(2023·内蒙古达拉特旗第一中学高三开学考试)酸碱中和滴定是一种重要的化学分析手段，回答下列问
题：
I.某班学生通过实验测定酸碱滴定曲线，实验用品包括0.1mol/LHCl溶液、0.1mol/LNaOH溶液、蒸馏水、
pH计、酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管架(铁架台和蝴蝶夹)、锥形瓶。甲、乙、丙3组同学用锥形瓶取体积
为20.00mL的溶液，且所用的试剂完全相同，根据实验所得的数据绘制的曲线分别如图中a、b、c所示。(1)滴定时选用的滴定管为____(选填“酸式”或“碱式”)滴定管，在装入标准溶液前需要对滴定管进行的
操作为____。
(2)在图中的三条滴定曲线中，较为准确的是____。
II.在实际操作过程中，由于甲基橙指示剂的变色不敏锐，难以判断滴定终点，需在其中加入少量的“惰性
染料”靛蓝二磺酸钠，其固定颜色与甲基橙的可变颜色进行叠加(变色范围不变)，形成“酸色”为紫色、过渡
色为浅灰色、“碱色”为绿色的混合指示剂。已知室温下0.10mol/LNH Cl溶液的，若以甲基橙－靛蓝二磺酸
4
钠为指示剂，用0.20mol/L盐酸滴定20.00mL同浓度的氨水，则：
(3)NH Cl溶液显酸性的原因是____(用离子方程式表示)。
4
(4)判断滴定终点的现象是____。
(5)若多组实验中所用盐酸的体积均略大于20.00mL，原因是____。
【答案】(1) 碱式 检验是否漏水、使用蒸馏水清洗、使用标准溶液润洗
(2)a (3)NH ++H O NH •H O+H+
4 2 3 2
(4)滴入最后一滴盐酸时，锥形瓶中液体由绿色变为浅灰色，且30s内不褪色
(5)指示剂的变色点4.4略小于反应的终点5.1，滴入的盐酸总是稍微过量
【解析】该实验用NaOH溶液滴定HCl溶液，则锥形瓶内装的是HCl溶液，则滴定管装的是NaOH溶液，
实验开始前需对碱式滴定管检漏以及润洗。(1)由图可知起点溶液pH<7，说明锥形瓶内装的是HCl溶液，则滴
定管装的是NaOH溶液，所用的滴定管应为碱式滴定管，在装入标准溶液前需要对滴定管进行的操作为检验是
否漏水、使用蒸馏水清洗、使用标准溶液润洗；(2)NaOH溶液滴定HCl溶液，到达滴定终点时溶液pH发生突
变，均为一元强电解质，则到达滴定终点时消耗NaOH溶液体积为20.00mL，此时pH=7，图a符合滴定曲线，
故答案为a；(3)NH Cl溶液中铵根发生水解反应使溶液显酸性，水解方程式为：NH ++H O
4 4 2
NH •H O+H+；(4)甲基橙－靛蓝二磺酸钠为指示剂在碱性溶液中呈绿色，在酸性溶液中为紫色，过渡色为浅灰
3 2
色，用盐酸滴定同浓度的氨水，则判断滴定终点的现象是：滴入最后一滴盐酸时，锥形瓶中液体由绿色变为浅
灰色，且30s内不褪色；(5)甲基橙－靛蓝二磺酸钠为指示剂的变色点为pH=4.4，而盐酸与氨水在滴定终点时
pH=5.1，因此需多加稀盐酸，则多组实验中所用盐酸的体积均略大于20.00mL，原因是指示剂的变色点4.4略
小于反应的终点5.1，滴入的盐酸总是稍微过量。滴定法测定的一般思路
分析滴定反应原理→确定各步反应的化学计量数关系→找出已知量相应的物质与待求量相应物质间的关系
式→列比例求未知量。
