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培优训练12：定量分析类综合实验
1.PCl 是磷的常见氯化物，可用于半导体生产的外延、扩散工序。有关物质的部分
3
性质如下：
熔点/℃ 沸点/℃ 密度/ g·mL－1 其他
2P＋3Cl (少量)=====2PCl ；
黄磷 44.1 280.5 1.82 2 3
2P＋5Cl (过量)=====2PCl
2 5
遇水生成H PO 和HCl，遇O
PCl －112 75.5 1.574 3 3 2
3 生成POCl
3
(一)制备
如图是实验室制备PCl 的装置(部分仪器已省略)。
3
(1)仪器乙的名称是________；其中，与自来水进水管连接的接口编号是________。
(填“a”或“b”)
(2)实验室制备Cl 的离子方程式_________________________________________。
2
实验过程中，为减少PCl 的生成，应控制____________。
5
(3)碱石灰的作用：一是防止空气中的水蒸气进入而使PCl 水解，影响产品的纯度
3
二是____________________________________________________________。
(4)向仪器甲中通入干燥Cl 之前，应先通入一段时间CO 排尽装置中的空气，其目
2 2
的是________。
(二)分析
测定产品中PCl 纯度的方法如下：迅速称取 4.100 g产品，水解完全后配成 500
3
mL溶液，取出25.00 mL加入过量的0.100 0 mol·L－1 20.00 mL碘溶液，充分反应
后再用0.100 0 mol·L－1 Na S O 溶液滴定过量的碘，终点时消耗12.00 mL Na S O
2 2 3 2 2 3
溶液。
已知：H PO ＋H O＋I ===H PO ＋2HI；I ＋2Na S O ===2NaI＋Na S O ；假设测定
3 3 2 2 3 4 2 2 2 3 2 4 6
过程中没有其他反应。(5)根据上述数据，该产品中PCl (相对分子质量为137.5)的质量分数为________。
3
若滴定终点时俯视读数，则 PCl 的质量分数________(填“偏大”“偏小”或
3
“无影响”)。
(三)探究
(6)设计实验证明PCl 具有还原性：____________________________________
3
_____________________________________________________________________
。
(限选试剂有：蒸馏水、稀盐酸、碘水、淀粉)
解析 (1)仪器乙为冷凝管，用于冷凝蒸馏产物，为了使冷凝效果最好，进水口为
b，故答案为：冷凝管；b；
(2)实验室用二氧化锰和浓盐酸加热或高锰酸钾和浓盐酸制备氯气，方程式为：
MnO ＋4H＋＋2Cl－=====Mn2＋＋Cl ↑＋2H O(或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2
2 2 2
＋＋5Cl ↑＋8H O)；实验过程中，为减少PCl 的生成，应控制氯气的通入速率；故
2 2 5
答案为：MnO ＋4H＋＋2Cl－=====Mn2＋＋Cl ↑＋2H O(或2MnO＋16 H＋＋10Cl－
2 2 2
===2Mn2＋＋5Cl ↑＋8H O)；氯气的通入速率；
2 2
(3)氯气有毒，污染空气，碱石灰吸收多余氯气防止污染空气，防止空气中的水蒸气
进入影响产品纯度，故答案为：碱石灰吸收多余氯气，防止污染空气；
(4)由于PCl 遇O 会生成POCl ，遇水生成H PO 和HCl，通入一段时间的CO 可
3 2 3 3 3 2
以排尽装置中的空气，防止生成的PCl 与空气中的O 和水反应；通入二氧化碳赶
3 2
净空气，避免水和氧气与三氯化磷发生反应，故答案为：排净装置中的空气，防止
空气中的水分和氧气与PCl 反应；
3
(5)0.100 0 mol·L－1碘溶液20.00 mL中含有碘单质的物质的量为：0.100 0 mol·L－
1×0.020 L＝0.002 mol，根据反应I ＋2Na S O ===2NaI＋Na S O 可知，与磷酸反
2 2 2 3 2 4 6
应消耗的碘单质的物质的量为：0.002 mol－0.100 0 mol·L－1×0.012 L×1/2＝0.001
4 mol，再由H PO ＋H O＋I ===H PO ＋2HI可知，25 mL三氯化磷水解后的溶液
3 3 2 2 3 4
中含有的H PO 的物质的量为：n(H PO )＝n(I )＝0.001 4 mol，500 mL该溶液中含
3 3 3 3 2
有H PO 的物质的量为：0.001 4 mol×500 mL/25 mL＝0.028 mol，所以4.100 g产
3 3
品中含有的三氯化磷的物质的量为 0.028 mol，该产品中 PCl 的质量分数为：
3
×100%≈93.9%；若滴定终点时俯视读数，读出的标准液硫代硫酸钠溶液体积偏
小，计算出的H PO 消耗的碘单质的物质的量偏大，三氯化磷的物质的量偏大，三
3 3氯化磷的质量分数偏大，故答案为：93.9%；偏大；
(6)设计实验证明PCl 具有还原性的方案为：向碘水中加入PCl ，碘水褪色；故答案
3 3
为：向碘水中加入PCl ，碘水褪色。
3
答案 (1)冷凝管(或冷凝器) b
(2)MnO ＋4H＋＋2Cl－=====Mn2＋＋Cl ↑＋2H O(或 2MnO＋16H＋＋10Cl－
2 2 2
===2Mn2＋＋5Cl ↑＋8H O) 氯气通入的速率(或流量)
2 2
(3)吸收多余的Cl ，防止污染环境
2
(4)排净装置中的空气，防止O 和水与PCl 反应
2 3
(5)93.9% 偏大
(6)向碘水中加入PCl ，碘水褪色
3
2.(2018·山西省实验中学高三质量检测，19)在一定条件下，二氧化硫和氧气发生
如下反应：2SO (g)＋O (g) 2SO (g) ΔH<0。查阅资料知 SO 的熔点为
2 2 3 3
16.83 ℃，沸点是44.8 ℃。某化学学习小组欲通过实验测定上述反应中SO 的转化
2
率，他们设计了如下实验。
请根据要求回答问题：
(1)各装置接口的连接顺序是a→________________________________________。
(2)装置Ⅳ烧杯中盛放冰水的作用是_____________________________________。
(3) 装 置 Ⅰ 所 用 硫 酸 ， 一 般 选 用 浓 度 为 70% ～ 80% 的 硫 酸 ， 原 因 是
____________________________________________________________________。
(4)当装置Ⅰ中反应结束时，要打开止水夹继续通入O 一段时间，继续通入O 的目
2 2
的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)称量a g Na SO 粉末与足量硫酸反应，实验结束后称得装置Ⅳ增重b g，列式表
2 3
示该实验中SO 的转化率_________________________________________。
2
解析 (1)Ⅰ是制备二氧化硫，Ⅱ是氧化二氧化硫，Ⅳ是收集三氧化硫，Ⅲ是吸收
尾 气 ， 为 测 定 SO 转 化 为 SO 的 转 化 率 ， 仪 器 的 连 接 顺 序 是
2 3
a→h→i→b→c→f→g→d→e。(2)由于SO 的熔点为16.83 ℃，沸点是44.8 ℃，所以
3
装置Ⅳ烧杯中盛放冰水的作用是使SO 冷凝以便从气相中分离出来；(3)由于硫酸
3
浓度过大时主要以分子形式存在，反应较慢；硫酸浓度过小时生成的 SO 会部分
2
溶解在稀硫酸中，故制备二氧化硫气体时一般选用浓度为70%～80%的硫酸与亚
硫酸钠固体加热反应； (4)当装置Ⅰ中反应结束时，继续通入O 一段时间，目的是
2
将装置中的SO 全部转移到装置Ⅱ中发生反应，将SO 全部转移到装置Ⅳ中冷凝
2 3
为固体，提高测量SO 转化率的准确性；(5)称量a g Na SO 粉末与足量硫酸反应，
2 2 3
实验结束后称得装置Ⅳ增重b g，由硫元素守恒可知，SO 的转化率＝b g÷
2
80 g/mol÷(a g÷126 g/mol)＝×100%。
答案 (1)h→i→b→c→f→g→d→e
(2)使SO 冷凝以便从气相中分离出来
3
(3)硫酸浓度过大时主要以分子形式存在，反应较慢；硫酸浓度过小时生成的 SO
2
会部分溶解在稀硫酸中
(4)将装置中的SO 全部赶入装置Ⅱ中发生反应，将SO 全部赶入装置Ⅳ中冷凝为
2 3
固体，提高测量SO 转化率的准确性
2
(5)×100%
3.(2018·河南洛阳二模，26)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。
(3)c中加入一定体积高氯酸和m g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________(填序号)。
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SiF (易水解)气体生成。若有SiF 生成，实
4 4
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____________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)向馏出液中加入V mL c mol·L－1La(NO ) 溶液，得到LaF 沉淀，再用c mol·L－
1 1 3 3 3 2
1 EDTA标准溶液滴定剩余 La3＋(La3＋与EDTA按1∶1配合)，消耗EDTA标准溶
液V mL，则氟化稀土样品中氟的质量分数为________。
2
(5)用样品进行实验前，需要用0.084 g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________________________。
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。
(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项正确。
②实验中除有HF气体外，可能还有少量SiF (易水解)气体生成，若有SiF 生成，
4 4
SiF 易水解，与NaOH溶液反应也生成NaF，不影响实验结果。
4
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，原因是充分吸收HF气体，防止其挥发损失。
(5)用样品进行实验前，需要用0.084 g氟化钠代替样品进行实验，改变条件(高氯酸的用量、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
目的是通过做对比实验，寻找最佳的实验条件。
答案 (1)平衡压强 直形冷凝管
(2)在b和f中加水，水浸没导管a和e末端
(3)①CD ②不受影响
③充分吸收HF气体，防止其挥发损失
(4)%
(5)寻找最佳实验条件
4.(2019·平度一中高三阶段性质量检测，28)Cu SO ·CuSO ·2H O是一种深红色固
2 3 3 2
体(以下用M表示)。某学习小组拟测定胆矾样品的纯度，并以其为原料制备M。
已知：①M不溶于水和乙醇，100℃时发生分解反应；
②M 可 由 胆 矾 和 SO 为 原 料 制 备 ， 反 应 原 理 为 3Cu2 ＋ ＋ 6H O ＋
2 2
3SO =====Cu SO ·CuSO ·2H O↓＋8H＋＋SO。
2 2 3 3 2
Ⅰ.测定胆矾样品的纯度。
(1)取 g胆矾样品溶于蒸馏水配制成250 mL溶液，从中取25.00 mL于锥形瓶中
w
加入指示剂，用c mol·L－1EDTA(简写成Na Y)标准溶液滴定至终点(滴定原理：
4
Cu2＋＋Y4－===CuY2－)，测得消耗了V mL EDTA标准溶液。则该胆矾样品的纯度为
________%(用含c、V、 的代数式表示)。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶
w
液润洗，测得的结果会__________ (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
Ⅱ.制备M实验装置如下图所示：
(2)实验室用70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下制备SO 。上图A处的气体发生装
2
置可从下图装置中选择，最合适的是________(填字母)。(3)装置D中的试剂是________。装置B中水浴加热的优点是__________。
(4)实验完毕冷却至室温后，从锥形瓶中分离产品的操作包括：________、水洗、乙
醇洗、常温干燥，得产品 Cu SO ·CuSO ·2H O。检验产品已水洗完全的操作是
2 3 3 2
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
解析 (1)Cu2＋～Y4－，故胆矾样品的纯度＝×100%＝%。如果滴定管装液前没有
用EDTA标准溶液润洗，EDTA标准溶液在滴定管中会被稀释，使滴定消耗的
EDTA标准溶液体积偏大，结果偏高。
(2)70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下反应生成SO ，应选择固液不加热制气装置，
2
即装置a。
(3)装置D用于吸收未反应的SO ，其中盛装的试剂可以是NaOH溶液、Na CO 溶
2 2 3
液、NaHCO 溶液或Na SO 溶液等。装置B中水浴加热的优点是受热均匀，容易控
3 2 3
制温度范围，可防止温度过高导致产品分解。
(4)用过滤的方法分离固体和溶液。水洗的目的是除去产品表面的可溶性杂质，通
过检验洗涤液中是否存在SO或H＋来判断水洗是否完全。
答案 (1) 偏高 (2)a
(3)NaOH溶液(其他合理答案也可) 受热均匀，容易控制温度范围，可防止温度过
高导致产品分解
(4)过滤 取最后一次洗涤液少许于试管中，加入盐酸酸化的BaCl 溶液，若无沉淀
2
生成，则产品已水洗完全(也可检验最后一次洗涤液中的H＋)
5.黄铜矿是工业炼铜的主要原料，主要成分为CuFeS ，含少量脉石。为测定该黄铜
2
矿的纯度，某同学设计了如下实验：现用电子天平称取研细的黄铜矿样品1.150 g，在空气存在下进行煅烧，生成Cu、
Fe O 和SO 气体，实验后取d中溶液的置于锥形瓶中，用0.05 mol·L－1标准碘溶
3 4 2
液进行滴定，消耗标准碘溶液20.00 mL。请回答下列问题：
(1) 将 样 品 研 细 后 再 进 行 反 应 ， 其 目 的 是
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
，
标准碘溶液应盛放在________(填“碱式”或“酸式”)滴定管中。
(2)装置a的作用是________。
A.除去空气中的二氧化碳
B.除去空气中的水蒸气
C.有利于气体混合
D.有利于观察、控制空气流速
(3)若去掉c装置，会使测定结果________(填“偏低”“偏高”或“无影响”)，写
出 影 响 测 定 结 果 的 化 学 方 程 式
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(4)上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是
_____________________________________________________________________
。
(5)通过计算可知，该黄铜矿的纯度为________。
(6)假设实验操作均正确，测得的黄铜矿纯度仍然偏低，可能的原因主要有
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。解析 (1)将样品研细的目的是与O 充分接触，使之燃烧充分，加快燃烧速率。因
2
碘溶液腐蚀橡胶，故应放入酸式滴定管中。
(2)a中浓H SO 能吸水，且可通过a装置观察气泡，控制空气流速。
2 4
(3)铜网的作用是除去过量的O ，防止O 将SO 氧化。同时O 也有可能将I－氧化
2 2 2 2
成I ，I 继续氧化SO ，故去掉c消耗碘溶液会小于20.00 mL，使测定结果偏低。
2 2 2
(4)空气能将反应生成的SO 全部赶入d中，使测定结果准确。
2
(5)令黄铜矿的纯度为x，由SO ＋I ＋2H O===H SO ＋2HI和硫元素守恒得：
2 2 2 2 4
CuFeS ～ 2SO ～2I
2 2 2
184 g 2 mol
1.150x g 0.05 mol·L－1×20.00×10－3 L×10
＝
x＝80%。
(6)若滴定时消耗的I 少，则滴定的SO 少，测得纯度较低，原因可能是反应速率快
2 2
SO 未被水完全吸收，或H SO 被过量O 氧化等。
2 2 3 2
答案 (1)增大与空气的接触面积，加快反应速率，且充分燃烧 酸式
(2)BD
(3)偏低 2SO ＋O ＋2H O===2H SO 、O ＋4I－＋4H＋===2I ＋2H O
2 2 2 2 4 2 2 2
(4)使反应生成的SO 全部进入d中，使测定结果准确
2
(5)80%
(6)反应速率快，用水吸收SO 不充分，H SO 被过量的O 氧化
2 2 3 2
6.(2018·南昌NCS项目三模，26)磷化铝(AlP)通常可作为一种广谱性熏蒸杀虫剂，
吸水后会立即产生高毒性PH 气体(沸点为－87.7 ℃，还原性强)。某化学兴趣小组
3
的同学用下述方法测定粮食中残留的磷化物的含量，实验装置如图所示。
在 C 中加入 100 g 原粮，E 中加入 20.00 mL 1.50×10－3 mol·L－1 KMnO 溶液
4
(H SO 酸化)，往C中加入足量的水，充分反应后，用亚硫酸钠标准溶液滴定E中
2 4过量的KMnO 溶液。
4
回答下列问题：
(1)仪器D的名称是________。
(2)AlP与水反应的化学方程式为____________________________________。
(3)装置A中盛装酸性KMnO 溶液的作用是除去空气中的还原性气体，装置 B中
4
盛有焦性没食子酸的碱性溶液，其作用是_________________________________。
(4)通入空气的作用是__________________________________________________。
(5)装置E中PH 被氧化成磷酸，则装置E中发生反应的氧化剂和还原剂的物质的
3
量之比为_____________________________________________________________。
(6)收集装置E中的吸收液，加水稀释至250 mL，取25.00 mL于锥形瓶中，用
4.0×10－4 mol·L－1的Na SO 标准溶液滴定剩余的KMnO 溶液，消耗Na SO 标准
2 3 4 2 3
溶 液 15.00 mL ， Na SO 与 KMnO 溶 液 反 应 的 离 子 方 程 式 为
2 3 4
_____________________________________________________________________，
则 该 原 粮 中 磷 化 物 ( 以 PH 计 ) 的 含 量 为
3
_____________________________________
mg·kg－1(写计算表达式和计算结果)。
解析 (1)仪器D为直形冷凝管。(2)AlP与H O反应生成PH 和Al(OH) 。(3)装置B
2 3 3
中焦性没食子酸的碱性溶液的作用是吸收空气中的 O ，避免O 进入装置C中将
2 2
PH 氧化。(4)要准确测定PH 的含量，需要用酸化的KMnO 溶液将其全部吸收，通
3 3 4
入空气的作用是保证生成的 PH 全部被酸性 KMnO 溶液吸收。(5)PH 被酸性
3 4 3
KMnO 溶液氧化成磷酸，KMnO 在酸性条件下被还原为Mn2＋，根据反应前后元
4 4
素化合价的变化可写出并配平该反应的离子方程式为 5PH ＋8MnO＋24H＋
3
===5H PO ＋8Mn2＋＋12H O，其中MnO为氧化剂，PH 为还原剂，二者物质的量
3 4 2 3
之比为8∶5。(6)与酸性KMnO 溶液反应时，Na SO 被氧化成Na SO ，KMnO 在
4 2 3 2 4 4
酸性条件下被还原为Mn2＋，根据元素化合价变化可写出并配平该反应的离子方
程式为5SO＋2MnO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H O。滴定时消耗Na SO 的物质的
2 2 3
量为 15.00×10－3×4.0×10－4mol，对应消耗 KMnO 的物质的量为(15.00×10－
4
3×4.0×10－4×)mol，则与 PH 反应的 KMnO 的物质的量为 (20.00×10－
3 4
3×1.50×10－3－15.00×10－3×4.0×10－4××)mol＝6×
10－6mol，结合关系式5PH ～8MnO可求出该原粮中磷化物(以PH 计)的含量为
3 3mg·kg－1＝1.275 mg·kg－1。
答案 (1)直形冷凝管(或冷凝管) (2)AlP＋3H O===PH ↑＋Al(OH) (3)吸收空
2 3 3
气中的O (4)保证生成的PH 全部被酸性KMnO 溶液吸收 (5)8∶5
2 3 4
(6)5SO＋2MnO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H O
2
[(20.00×10－3×1.50×10－3－15.00×10－3×4.0×10－4×)××34×103]÷(100×10－
3)mg·kg－1＝1.275
