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大题优练 1 无机制备类实验设计
优 选 例 题
例1：2020年初，突如其来的新型冠状肺炎在全世界肆虐，依据研究，含氯消毒剂可以有效灭活新冠病毒，
为阻断疫情做出了巨大贡献。二氧化氯(ClO )就是其中一种高效消毒灭菌剂。氯酸钠还原法是目前使用较
2
为广泛的ClO 制备方法，其中一种是用NaClO 与 在催化剂、 时，发生反应得到ClO ，下
2 3 2
图装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放进行了研究。
已知：①ClO 的浓度较大时易分解爆炸，一般用CO 或空气稀释到 以下，实验室也常用稳定剂吸收
2 2
ClO ，生成NaClO，使用时加酸只释放出ClO 一种气体；
2 2 2
②ClO 与 反应的离子方程式为： ；
2
③有关物质沸点如下表：物质 ClO
2
沸点
请回答：
(1)仪器d的名称是_______，仪器b的作用是_______。
(2)反应中甲醇被氧化为甲酸，写出制备ClO 的化学方程式_______。
2
(3)在ClO 释放实验中，发生的离子反应方程式是_______。
2
(4)根据反应条件判断制备装置甲中需改进的一项措施是_______。
(5)NaOH吸收ClO 尾气，生成物质的量为1∶1的两种阴离子，一种为ClO，则另一种为_______。
2
(6)自来水厂用碘量法检测水中ClO 的浓度，其实验操作如下：取 的水样，加入足量的碘化钾，
2
再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液。再用 标准溶液滴定碘单质
，达到滴定终点时用去 标准溶液，测得该水样中ClO 的含量
2
为_______ (保留一位小数)。
【答案】（1）分液漏斗 导出ClO 气体，冷凝回流
2
（2） =====
（3）
（4）水浴加热
（5）
（6）135.0
【解析】装置甲中甲醇、NaClO 、硫酸反应生成ClO ，加入氢氧化钠后硫酸被中和反应即停止，稳定剂
3 2用于吸收ClO ，加入盐酸释放ClO ，淀粉碘化钾溶液用于检验ClO ，氢氧化钠溶液用于尾气吸收。(1)仪器d
2 2 2
的名称是分液漏斗；b是球形冷凝管，由于甲醇易挥发，则作用是对甲中的甲醇蒸汽具有冷凝回流的作用，
同时让产生的气体逸出：(2)甲醇被氧化为甲酸 还原生成 ，硫酸生成硫酸钠，
反应方程式为 ===== ；(3)稳定剂吸收
，生成 NaClO ，加盐酸后 发生歧化反应释放 ，发生的离子反应方程式是：
2
；(4)生成的 要在 反应，温度不能过高，裝置甲直接加热，
无法控制温度，故用水浴加热；(5) 吸收 尾气，生成物质的量之比为1∶1的两种阴离子，一种为
，氯元素由 价得电子降低到 价，那么还有一部分氯元素由 价失电子升高到 价，则另一种
为 ；(6)根据题目信息， ， 的物质的量为 ，故
的物质的量为0.0004mol，质量为： ，水样中 的含
量为 。
模 拟 优 练
1．次硫酸氢钠甲醛(NaHSO·HCHO·2H O)在印染、医药以及原子能工业中应用广泛。以 NaSO 、SO 、
2 2 2 3 2
HCHO和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：步骤1：如图1所示，在烧瓶中加入一定量NaSO 和水，搅拌溶解，缓慢通入SO ，制得NaHSO 溶液。
2 3 2 3
步骤2：将装置A中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在 95~100℃下，
反应约3h，冷却至室温，抽滤。
步骤3：将滤液经系列操作得到次硫酸氢钠甲醛晶体。
(1)A中多孔球泡的作用是___________________。
(2)①步骤2中，反应生成的Zn(OH) 会覆盖在锌粉表面阻止反应进行，防止该现象发生的措施是_______。
2
②写出制备NaHSO·HCHO·2H O反应的化学方程式：________________。
2 2
(3)ZnSO 的溶解度随温度的变化如图2所示，请补充完整由副产品Zn(OH) 获得ZnSO·7H O的实验方案：
4 2 4 2
将副产品Zn(OH) 置于烧杯中，_______(实验中可选用的试剂：稀硫酸、无水乙醇)。
2
(4)通过下列方法测定产品纯度：准确称取2.000g NaHSO ·HCHO·2H O样品，完全溶于水配成100.00mL
2 2
溶液，取20.00mL于碘量瓶中，加入50.00mL 0.09000mol·L−1 I 标准溶液，振荡，于暗处充分反应。以淀粉溶
2
液为指示剂，用0.1000mol·L−1 Na SO 标准溶液滴定至终点，消耗NaSO 溶液10.00mL。测定过程中发生下
2 2 3 2 2 3
列反应：NaHSO·HCHO·2H O+2I =NaHSO +4HI+HCHO，2SO+I =S O+2I−。
2 2 2 4 2 2 4计算NaHSO·HCHO·2H O样品的纯度(写出计算过程)_______。
2 2
【答案】（1）增大接触面积，使SO 充分反应
2
（2）快速搅拌
（3）加入适量稀硫酸使沉淀溶解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，控制温度在 20℃~39℃之间，使
ZnSO·7H O析出，用乙醇进行洗涤，干燥后得到ZnSO·7H O晶体
4 2 4 2
（4）15.4%
【解析】步骤1：在烧瓶中加入一定量NaSO 和水，搅拌溶解，缓慢通入SO ，NaSO 、HO、SO 反应
2 3 2 2 3 2 2
生成NaHSO ，A中多孔球泡的是为了增大接触面积，使SO 充分反应；步骤2：将装置A中导气管换成橡皮
3 2
塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在 95~100℃下，反应约3h，NaHSO 溶液、锌粉和甲醛
3
反 应 生 成 NaHSO·HCHO·2H O 和 Zn(OH) ， 化 学 方 程 式 为
2 2 2
。(1)A中多孔球泡的作用是可以增大接触面
积，使SO 充分反应；(2)①通过快速搅拌可防止Zn(OH) 会覆盖在锌粉的表面；②NaHSO 溶液、锌粉和甲
2 2 3
醛 反 应 生 成 NaHSO·HCHO·2H O 和 Zn(OH) ， 化 学 方 程 式 为
2 2 2
；(3)由副产品Zn(OH) 获得ZnSO·7H O的
2 4 2
实验方案：将副产品Zn(OH) 置于烧杯中，加入适量稀硫酸使沉淀溶解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，控制温
2
度在 20℃~39℃之间，使 ZnSO·7H O 析出，用乙醇进行洗涤，干燥后得到 ZnSO·7H O 晶体。(4)用
4 2 4 2
0.1000mol·L−1 NaSO 标准溶液滴定至终点，消耗NaSO 溶液10.00mL，根据离子方程式2SO+I =S O+2I−可
2 2 3 2 2 3 2 2 4
知，与NaHSO·HCHO·2H O反应后剩余的I 的物质的量为 ，反应前加入
2 2 2
50.00mL 0.09000mol·L−1 I 标准溶液，由此可计算出与 NaHSO·HCHO·2H O 反应消耗 I 的物质的量为
2 2 2 2
，根据化学方程式NaHSO·HCHO·2H O+2I =NaHSO +4HI+
2 2 2 4
HCHO ， 算 出 NaHSO·HCHO·2H O 的 物 质 的 量 为 ， 其 纯 度 为
2 2，总计算过程为
。
2．随着科学的发展，可逐步合成很多重要的化工产品，如用作照相定影剂的硫代硫酸钠(俗称大苏打)；用于
填充汽车安全气囊的叠氮化钠(NaN )。某化学兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体和NaN
3 3。
I．制备硫代硫酸钠晶体。
查阅资料：NaSO 易溶于水，向NaCO 和NaS混合溶液中通入SO 可制得NaSO 。实验装置如图所示
2 2 3 2 3 2 2 2 2 3
(省略夹持装置)：
(1)组装好仪器后，接下来应该进行的实验操作是_______，然后加入试剂。仪器a的名称是_______：装置
E中的试剂是_______(填标号)。
A．稀HSO B．NaOH溶液 C．饱和NaHSO 溶液
2 4 3
(2)已知五水合硫代硫酸钠的溶解度随温度升高显著增大。待NaS和NaCO 完全消耗后，结束反应。过滤
2 2 3
C中混合物，滤液经_______(填操作名称)、过滤、洗涤、干燥，得到产品。
(3)装置B和D的作用是_______。
(4)Na SO 在空气中易被氧化而变质，请设计实验检验NaSO 晶体中是否含有NaSO _______。
2 2 3 2 2 3 2 4
II．实验室利用如图装置(省略夹持装置)模拟工业级NaN 的制备。
3
已知：2NaNH +N O============NaN +NaOH+NH
2 2 3 3(1)装置B中盛放的药品为_______。
(2)实验中使用油浴加热的优点是_______。
(3)氨气与熔融的钠反应生成NaNH 的化学方程式为_______。
2
(4)N O可由NH NO (熔点为169.6℃)在240°C下分解制得，应选择的气体发生装置是_______。
2 4 3
【答案】I．（1）检查装置气密性 分液漏斗 B
（2）蒸发浓缩，冷却结晶
（3）防止倒吸
（4）取少量固体溶于水，加入氯化钡溶液，若生成沉淀，则含有硫酸钠
II．（1）碱石灰
（2）油浴可以在210℃～220℃下进行，且使反应物受热均匀
（3）2Na+2NH =2NaNH +H
3 2 2
（4）D
【解析】I中分析实验装置图可知A是制备SO 的装置，B，D为安全瓶，C为制备NaSO 的装置，E的
2 2 2 3
作用是吸收未反应SO 和C装置中生成的CO 。Ⅰ．(1)组装好仪器后，接下来应该进行的实验操作是检查装
2 2
置气密性，然后加入试剂。仪器a的名称是分液漏斗。二氧化硫有毒，需要尾气处理，且反应中还有二氧化
碳生成，澄清石灰水浓度太低，则E中的试剂最好是氢氧化钠溶液，作用是吸收多余的SO 和C装置中生成
2的CO 气体。(2)由于五水合硫代硫酸钠的溶解度随温度升高显著增大。待 NaS和NaCO 完全消耗后，结束
2 2 2 3
反应。过滤C中混合物，滤液经蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。(3)B和D为安全瓶，
防止倒吸。(4)取少量固体溶于水，加入氯化钡溶液，若生成沉淀，则含有硫酸钠。Ⅱ．(1)生成的氨气中含有
水蒸气，需要干燥，则装置B中盛放的药品为碱石灰。(2)由于制备NaN 的反应需要在210℃～220℃下进行，
3
水浴不能达到这样的温度，所以实验中使用油浴而不用水浴。(3)氨气与熔融的钠反应生成NaNH ，根据原子
2
守恒可知还有氢气生成，反应的化学方程式为2Na+2NH =2NaNH +H 。(4)N O可由NH NO (熔点为169.6℃)
3 2 2 2 4 3
在240℃下分解制得，由于在该温度下硝酸铵已熔化，同时为避免液体倒流引起试管炸裂，因此选择的气体
发生装置是装置D。
3．三氯化硼可用以制造高纯硼、有机合成用催化剂、硅酸盐分解时的助熔剂、可对钢铁进行硼化，半导体的
掺杂源，合金精制中作为除氧剂、氮化物和碳化物的添加剂，还可用来制造氮化硼及硼烷化合物等，是一
种重要的化工原料。查阅资料可知：①BCl 的熔点为-107.3℃，沸点为12.5℃，与水(包括水蒸气)能剧烈
3
反应生成硼酸(H BO)和白雾；②硼与铝的性质相似，与强酸或强碱溶液均能反应，与HCl气体也能反应。
3 3
据此，某同学设计了三氯化硼的制备装置如图。
请回答下列问题：
(1)A装置可用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为_________________。
(2)为了完成三氯化硼的制备，装置从左到右的连接顺序为_____________(根据需要，仪器可不用，也可重
复使用)。
(3)装置C的作用为___________________。
(4)连接好仪器、装入药品前，应进行的操作是_____________。完成上述操作，并装入药品后，首先应进
行的操作是___________________。
(5) 装 置 中 的 浓 硫 酸 是 为 了 防 止 某 副 反 应 发 生 ， 写 出 该 反 应 的 化 学 方 程 式
___________________________________。(6)实验结束后，取E中溶液适量于试管中，滴加几滴酚酞试液，现象为_______________，产生该现象的
原因为_______________________________。
【答案】（1）Ca(ClO) +4HCl(浓)=CaCl +2Cl↑+2H O
2 2 2 2
（2）ACFDBFE
（3）除去Cl 中混有的HCl气体，防止其与硼发生副反应(生成H 与Cl 混合共热有爆炸危险)
2 2 2
（4）检查装置气密性 打开分液漏斗活塞，通一段时间Cl
2
（5）BCl +3H O=HBO+3HCl↑
3 2 3 3
（6）溶液先变红后褪色 NaOH溶液呈碱性使酚酞变红，NaClO有漂白性使酚酞褪色
【解析】根据装置制备 BCl ：由 A 中用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为
3
Ca(ClO) +4HCl(浓)=CaCl +2Cl↑+2H O，制得的氯气混有HCl和水蒸气，由C中饱和食盐水吸收HCl气体，
2 2 2 2
由F中浓硫酸吸水干燥，发生反应前先通入一段时间的氯气，排尽装置中的空气，干燥纯净的氯气与硼粉在
D中发发生反应，用B中冰水冷凝产物BCl 并收集，E中NaOH吸收尾气，防止污染空气，三氯化硼与水能
3
剧烈反应生成硼酸（HBO ）和HCl：BCl +3H O=HBO+3HCl↑，为防止E中的水蒸气进入B装置，在B和
3 3 3 2 3 3
E 之间连接一个 F 干燥装置，（1）用漂白粉固体与浓盐酸反应制氯气，反应的化学方程式为
Ca(ClO) +4HCl(浓)=CaCl +2Cl↑+2H O；(2)根据分析，A制备氯气，C中饱和食盐水吸收HCl气体，F中浓硫
2 2 2 2
酸吸水干燥，为保证除杂充分，导气管均长进短出，干燥纯净的氯气与硼粉在 D中发发生反应，用B中冰水
冷凝产物BCl 并收集，E中NaOH吸收尾气，防止污染空气，为防止E中的水蒸气进入B装置，在B和E之
3
间连接一个F干燥装置，故连接顺序为：ACFDBFE；(3)装置C中为饱和食盐水，作用为除去Cl 中混有的
2
HCl气体，防止其与硼发生副反应(生成H 与Cl 混合共热有爆炸危险)；(4)装入药品前，应检查装置气密性，
2 2
装入药品后，先打开分液漏斗活塞，通入一段时间的氯气，排尽装置中的空气；(5)三氯化硼与水能剧烈反应
生成 硼酸 (H BO)和白雾 ，白雾 为 HCl ，反应为： BCl +3H O=HBO+3HCl↑ ；(6)E 中发生反应
3 3 3 2 3 3
Cl+2NaOH=NaClO+NaCl+H O，溶液中存在具有漂白性的NaClO和过量的NaOH，滴加几滴酚酞试液，溶液
2 2
先变红后褪色，原因是NaOH溶液呈碱性使酚酞变红，NaClO有漂白性使酚酞褪色。
4．As O 为白色霜状粉末，俗称砒霜，为剧毒物质，对人的致死量为 0.1g，法医学中可采用马氏(Marsh)试砷
2 3
法验证砒霜中毒。某实验室使用马氏试砷法检验某待测试样中As O 的含量，如图所示。马氏试砷法的原
2 3
理是将Zn、盐酸和待测试样混合，若试样中含砒霜，则可反应生成 AsH ，将其导入硬质玻璃试管中，在
3
250℃~300℃时AsH 分解，会在玻璃管壁上生成黑色的“砷镜”。
3
已知：AsH 是一种有大蒜味的有毒气体，易自燃，As的熔点为817℃，在6149℃时升华。
3(1)仪器B的名称为__________。
(2)AsH 的还原性极强，能与大多数无机氧化剂反应，例如与 AgNO 溶液反应可生成As O 和一种黑色沉
3 3 2 3
淀，相关化学方程式为： 。
(3) 若 试 样 中 含 有 砒 霜 ， 则 仪 器 B 中 发 生 的 用 锌 还 原 砒 霜 反 应 的 离 子 方 程 式 为
_____________________________________。
(4)打开仪器A的活塞前，应先打开K 、K 通一段时间H ，其目的是__________________，反应过程中还
1 2 2
应继续通入H，但流速不应过快，原因是___________________________。
2
(5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是_____________________。
(6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是_____________________。
(7)若实验时试样质量为10.00g，当实验结束时，AsH 传感器未检测出AsH ，玻璃管中收集到0.020mg
3 3
As，则试样(假设试样中的含砷化合物只有As O)中As O 的含量为___mg/100g(结果取三位有效数字)。
2 3 2 3
【答案】（1）三颈烧瓶(或三口烧瓶)
（2）2AsH +12AgNO +3H O=As O+12HNO +12Ag↓
3 3 2 2 3 3
（3）6Zn+As O+12H+=6Zn2++2AsH ↑+3H O
2 3 3 2
（4）排净装置内的空气，防止AsH 发生自燃 将AsH 全部带入玻璃管中反应，并防止流速过快导致
3 3
AsH 没有完全分解(或损耗)
3
（5）接收D中储存尾气时排出的水
（6）防止As升华，不易形成砷镜
（7）0.264【解析】(1)仪器B的名称为三颈圆底烧瓶(或三口烧瓶)；(2)AsH 的还原性极强，能与大多数无机氧化剂
3
反应，例如与AgNO 溶液反应可生成As O 和一种黑色沉淀，As的化合价升高，则Ag化合价降低，黑色沉
3 2 3
淀为：Ag。相关化学方程式为：2AsH +12AgNO +3H O=As O+12HNO +12Ag↓；(3) 在酸性溶液中，锌还原
3 3 2 2 3 3
砒霜，锌氧化为锌离子，As O 还原为AsH ，反应的离子方程式为：6Zn+As O+12H+=6Zn2++2AsH ↑+3H O；
2 3 3 2 3 3 2
(4)打开仪器A的活塞前，应先打开K 、K 通一段时间H ，其目的是排净装置内的空气，防止AsH 发生自燃。
1 2 2 3
反应过程中还应继续通入H ，但流速不应过快，原因是：将AsH 全部带入玻璃管中反应，并防止流速过快
2 3
导致AsH 没有完全分解(或损耗)；(5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是接收D中储存尾气时排出的
3
水；(6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是防止As升华，不易形成砷镜；(7)实验所用试样为
10.00g当实验结束时，AsH 传感器未检测出AsH ，说明AsH 全部在玻璃管中受热分解为0.020mg As，则试
3 3 3
样中As O 的含量为 =0.264mg/100g。
2 3
5．醋酸亚铬水合物[Cr(CH COO) ]·2H O是一种氧气吸收剂，为红棕色晶体，易被氧化，难溶于冷水，易溶
3 2 2 2
于酸。其制备装置及步骤如下：
①检查装置气密性后，往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl 溶液。
3
②关闭K，打开K，旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。
2 1
③待三颈烧瓶内的溶液由深绿色(Cr3+)变为亮蓝色(Cr2+)时，将溶液转移至装置乙中，当出现大量红棕色晶
体时，关闭分液漏斗的旋塞。
④将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥，称量得到3.76g [Cr(CH COO) ]·2H O
3 2 2 2
(1)三颈烧瓶中的Zn与盐酸生成H 的作用____________，还发生的另一个反应的离子方程式为_______。
2
(2)实现步骤③中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为______________，当乙中析出红棕色沉淀，为使
沉淀充分析出并分离，需采用的操作是___________、_______、洗涤、干燥。(3)装置丙中导管口水封的目的是______________。
(4)铬的离子会污染水，常温下要除去上述实验中多余的Cr2+，最好往废液中通入足量的空气，再加入碱液，
调节pH至少为___才能使铬的离子沉淀完全。[已知Cr(OH) 的溶度积为1×10−32]
3
(5)若实验所取用的CrCl 溶液中含溶质6.34g，则[Cr(CH COO) ]·2H O(相对分子质量为376)的产率是____。
3 3 2 2 2
【答案】（1）排除装置中的空气 2Cr3++Zn=2Cr2++Zn2+
（2）关闭k，打开k 冷却 过滤
1 2
（3）防止空气进入装置乙中氧化Cr2+
（4）5
（5）50%
【解析】（1）产品易被氧化，因此生成H 的作用是排除装置中空气，防止醋酸亚铬水合物被氧化；锌为
2
活泼金属，与Cr3+发生：Zn+2Cr3+=Zn2++2Cr2+；（2）实现步骤③中溶液自动转移至装置乙中，利用三颈烧瓶
的压强大，把液体压入装置乙中，即打开k ，关闭k ；根据信息，醋酸亚铬水合物难溶于冷水，因此采用操
2 1
作是冷却、过滤、洗涤、干燥；（3）醋酸亚铬水合物易被氧化，因此装置丙中导管口水封的目的是防止空气
进 入 装 置 乙 中 氧 化 Cr2+ ； （ 4 ） Cr3+ 完 全 转 化 成 沉 淀 ， c(Cr3+)≤10−5mol/L ， 因 此 有 c(OH−)≥
=10−9
mol·L−1 ， 即 pH 至 少 为 5 ， 才 能 使 Cr3+ 全 部 转 化 成 沉 淀 ； （ 5 ） CrCl 的 物 质 的 量 为 6.34g/
3
158.5g·mol−1=0.04mol，根据 Cr 元素守恒，[Cr(CH COO) ]·2H O 的物质的量为 0.04mol/2=0.02mol，
3 2 2 2
[Cr(CH COO) ]·2H O的质量为0.02mol×376g·mol−1=7.52g，即产率为3.76g/7.52g×100%=50%。
3 2 2 2
