重視反應(yīng)條件 把握原理細(xì)節(jié)
——例析如何解答選考化學(xué)實(shí)驗(yàn)大題

廖旭杲

(浙江省寧波市鄞州中學(xué) 315104)

1 溫度不同，反應(yīng)不同

例1(2020年1月·浙江選考·第30題·10分)碘化鋰(LiI)在能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，某興趣小組制備LiI·3H2O和LiI，流程如圖1所示.

圖1

已知：

a．LiI·3H2O在75～80℃轉(zhuǎn)變成LiI·2H2O，80～120℃轉(zhuǎn)變成LiI·H2O，300℃以上轉(zhuǎn)變成無(wú)水LiI.

b．LiI易溶于水，溶解度隨溫度升高而增大.

c．LiI在空氣中受熱易被氧化.

請(qǐng)回答：

(1) 步驟Ⅱ，調(diào)pH=7，為避免引入新的雜質(zhì)，適宜加入的試劑為_(kāi)___.

(2) 步驟Ⅲ，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等多步操作.

下列說(shuō)法正確的是____.

A．為得到較大的LiI·3H2O晶體顆粒，宜用冰水浴快速冷卻結(jié)晶

B．為加快過(guò)濾速度，得到較干燥的晶體，可進(jìn)行抽濾

C．宜用熱水洗滌

D．可在80℃鼓風(fēng)干燥

(3) 步驟Ⅳ，脫水方案為：將所得LiI·3H2O置入坩堝中，300℃加熱，得LiI樣品.用沉淀滴定法分別測(cè)定所得LiI·3H2O、LiI樣品純度，測(cè)定過(guò)程如下：稱取一定量樣品，溶解，定容于容量瓶，將容量瓶中的溶液倒入燒杯，用移液管定量移取燒杯中的溶液加入錐形瓶，調(diào)pH=6，用滴定管中的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，根據(jù)消耗的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液體積計(jì)算，得LiI·3H2O、LiI的純度分別為99.96%、95.38%.LiI純度偏低.

①上述測(cè)定過(guò)程提及的下列儀器，在使用前一定不能潤(rùn)洗的是____.

A．容量瓶 B．燒杯 C．錐形瓶 D．滴定管

②測(cè)定過(guò)程中使用到移液管，選出其正確操作并按序列出字母：蒸餾水洗滌→待轉(zhuǎn)移溶液潤(rùn)洗→(____)→(____)→(____)→(____)→洗凈，放回管架.

a．移液管尖與錐形瓶?jī)?nèi)壁接觸，邊吹氣邊放液

b．放液完畢，停留數(shù)秒，取出移液管

c．移液管尖與錐形瓶?jī)?nèi)壁接觸，松開(kāi)食指放液

d．洗耳球吸溶液至移液管標(biāo)線以上，食指堵住管口

e．放液完畢，抖動(dòng)數(shù)下，取出移液管

f．放液至凹液面最低處與移液管標(biāo)線相切，按緊管口

③LiI純度偏低，可能的主要雜質(zhì)是____.

圖2

(4) 步驟Ⅳ，采用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案(裝置如圖2所示)，可以提高LiI純度.

①設(shè)備X的名稱是____.

②請(qǐng)說(shuō)明采用該方案可以提高LiI純度的理由____.

(2) 根據(jù)提供的LiI·3H2O的性質(zhì)進(jìn)行分析；

A.用冰水浴快速冷卻結(jié)晶得到的是較小顆粒的晶體，故A錯(cuò)誤；為得到較大的LiI·3H2O晶體顆粒，宜將熱溶液在常溫條件下靜置，使之緩慢冷卻，方可得到均勻而較大的晶體.

B.抽濾可以加快過(guò)濾速度，得到較干燥的晶體，故B正確；

C. LiI易溶于水，溶解度隨溫度升高而增大，故C錯(cuò)誤；

D. LiI·3H2O在75～80℃轉(zhuǎn)變成LiI·2H2O，80～120℃轉(zhuǎn)變成LiI·H2O，故D錯(cuò)誤

(3)①潤(rùn)洗容量瓶會(huì)使?jié)舛绕?；?rùn)洗錐形瓶消耗更多的待測(cè)液，測(cè)定的待測(cè)液濃度偏大；②移液管的正確使用步驟為：蒸餾水洗滌→待轉(zhuǎn)移溶液潤(rùn)洗→洗耳球吸溶液至移液管標(biāo)線以上，食指堵住管口→放液至凹液面最低處與移液管標(biāo)線相切，按緊管口→移液管尖與錐形瓶?jī)?nèi)壁接觸，松開(kāi)食指放液設(shè)備→放液完畢，停留數(shù)秒，取出移液管→洗凈，放回管架；③LiI在空氣中受熱易被氧化生成Li2O；

(4)①因LiI在空氣中加熱易被氧化，故需要將空氣抽出；設(shè)備X的作用是將儀器內(nèi)的空氣抽出，其名稱為抽氣泵；②該方案抽出空氣且瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)較低，一者抽除空氣，避免LiI被氧化；二者減壓，水的沸點(diǎn)降低，有利脫水.

參考答案：(1)LiOH (2)B (3)①AC ②d f c b ③Li2O (4)①抽氣泵 ②抽除空氣，避免LiI被氧化；減壓，有利脫水

2 酸度不同，反應(yīng)不同

例2(2021年1月·浙江選考·第30題·10分) 某興趣小組用鉻鐵礦[Fe(CrO2)2制備K2Cr2O7晶體，流程如圖3所示.

圖3

相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化如圖4所示.

圖4

請(qǐng)回答：

(1)步驟Ⅰ，將鉻鐵礦粉碎有利于加快高溫氧化的速率，其理由是____.

(2)下列說(shuō)法正確的是( ).

A．步驟Ⅱ，低溫可提高浸取率

B．步驟Ⅱ，過(guò)濾可除去NaFeO2水解產(chǎn)生的Fe(OH)3

C．步驟Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2Cr2O7

D．步驟Ⅳ，所得濾渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3

(3)步驟Ⅴ，重結(jié)晶前，為了得到雜質(zhì)較少的K2Cr2O7粗產(chǎn)品，從下列選項(xiàng)中選出合理的操作(操作不能重復(fù)使用)并排序：溶解KCl→( )→( )→( )→( )→重結(jié)晶

a．50℃蒸發(fā)溶劑；b．100℃蒸發(fā)溶劑；

c．抽濾；d．冷卻至室溫；

e．蒸發(fā)至溶液岀現(xiàn)晶膜，停止加熱；

f．蒸發(fā)至溶液中岀現(xiàn)大量晶體，停止加熱.

(4)為了測(cè)定K2Cr2O7產(chǎn)品的純度，可采用氧化還原滴定法.

①下列關(guān)于滴定分析的操作，不正確的是( ).

A．用量筒量取25.00 mL待測(cè)液轉(zhuǎn)移至錐形瓶

B．滴定時(shí)要適當(dāng)控制滴定速度

C．滴定時(shí)應(yīng)一直觀察滴定管中溶液體積的變化

D．讀數(shù)時(shí)應(yīng)將滴定管從架上取下，捏住管上端無(wú)刻度處，使滴定管保持垂直

E．平行滴定時(shí)，須重新裝液并調(diào)節(jié)液面至“0”刻度或“0”刻度以下

②在接近終點(diǎn)時(shí)，使用“半滴操作”可提高測(cè)量的準(zhǔn)確度.其方法是：將旋塞稍稍轉(zhuǎn)動(dòng)，使半滴溶液懸于管口，用錐形瓶?jī)?nèi)壁將半滴溶液沾落，____，繼續(xù)搖動(dòng)錐形瓶，觀察顏色變化.(請(qǐng)?jiān)跈M線上補(bǔ)全操作)

(5)該小組用滴定法準(zhǔn)確測(cè)得產(chǎn)品中K2Cr2O7的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.50%.某同學(xué)還用分光光度法測(cè)定產(chǎn)品純度(K2Cr2O7溶液的吸光度與其濃度成正比例)，但測(cè)得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯偏低.分析其原因，發(fā)現(xiàn)配制K2Cr2O7待測(cè)水溶液時(shí)少加了一種試劑.該試劑是，添加該試劑的理由是____.

(1)步驟Ⅰ中將鉻鐵礦粉碎，可增大反應(yīng)物的接觸面積，加快高溫氧化的速率.

(2)A．步驟Ⅱ的主要目的有二：一是讓NaFeO2水解，產(chǎn)生的Fe(OH)3可以通過(guò)過(guò)濾除去，水解反應(yīng)是一吸熱反應(yīng)，所以高溫有利于生成Fe(OH)3；二是溶解Na2CrO4，根據(jù)題中曲線圖可知室溫以上，Na2CrO4的溶解度總體隨著溫度的升高而略微增大，無(wú)疑步驟Ⅱ中應(yīng)用高溫可提高浸取率，A錯(cuò)誤；

D．根據(jù)分析，步驟IV中過(guò)濾所得濾渣主要成分為Na2SO4，同時(shí)，步驟Ⅲ中已用硫酸酸化過(guò)了，不可能還有Na2CO3存在，所以D錯(cuò)誤.

綜上，本小問(wèn)答案選BC.

故答案為：aedc.

(4)①A．量筒屬于粗量器，不能用量筒量取25.00 mL溶液，由于K2Cr2O7具有強(qiáng)氧化性，量取25.00 mL待測(cè)液應(yīng)用酸式滴定管或移液管，A錯(cuò)誤；

B．滴定時(shí)要適當(dāng)控制滴定的速率，確保反應(yīng)物之間充分反應(yīng)，同時(shí)防止滴加過(guò)快使得滴加試劑過(guò)量，B正確；

C．滴定時(shí)眼睛應(yīng)一直觀察錐形瓶中溶液顏色的變化，以便準(zhǔn)確判斷滴定的終點(diǎn)，C錯(cuò)誤；

D．讀數(shù)時(shí)應(yīng)將滴定管從架上取下，捏住管上端無(wú)刻度處，在重力作用下使滴定管保持垂直，平視讀取讀數(shù)，D正確.

E．為了確保每次滴定時(shí)滴定管中的溶液充足，平行滴定時(shí)，須重新裝液并調(diào)節(jié)液面至“0”刻度或“0”刻度以下，并記錄初始讀數(shù)，E正確.

綜上，本小問(wèn)答案選AC.

②在接近終點(diǎn)時(shí)，使用“半滴操作”的方法是：將旋塞稍稍轉(zhuǎn)動(dòng)，使半滴溶液懸于管口，用錐形瓶?jī)?nèi)壁將半滴溶液沾落，再用洗瓶以少量蒸餾水吹洗錐形瓶?jī)?nèi)壁，繼續(xù)搖動(dòng)錐形瓶，觀察顏色變化.

參考答案:(1)增大反應(yīng)物的接觸面積

(2) BC (3) a e d c

(4)①AC ②再用洗瓶以少量蒸餾水吹洗錐形瓶?jī)?nèi)壁

3 量比不同，反應(yīng)不同

例3(2019年4月·浙江選考【加試題】·第31題·10分)某興趣小組在定量分析了鎂渣[含有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3、Al2O3、Fe2O3和SiO2]中Mg含量的基礎(chǔ)上，按如圖5所示流程制備六水合氯化鎂(MgCl2·6H2O).

圖5

相關(guān)信息如下：①700℃只發(fā)生MgCO3和Mg(OH)2的分解反應(yīng).②NH4Cl溶液僅與體系中的MgO反應(yīng)，且反應(yīng)程度不大.③“蒸氨”是將氨從固液混合物中蒸出來(lái)，且須控制合適的蒸出量.

請(qǐng)回答：

(1) 下列說(shuō)法正確的是____.

A．步驟Ⅰ，煅燒樣品的容器可以用坩堝，不能用燒杯和錐形瓶

B．步驟Ⅲ，蒸氨促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，提高M(jìn)gO的溶解量

C．步驟Ⅲ，可以將固液混合物C先過(guò)濾，再蒸氨

D．步驟Ⅳ，固液分離操作可采用常壓過(guò)濾，也可采用減壓過(guò)濾

(2) 步驟Ⅲ，需要搭建合適的裝置，實(shí)現(xiàn)蒸氨、吸收和指示于一體(用硫酸溶液吸收氨氣).

①選擇必須的儀器(如圖6所示)，并按連接順序排列(填寫(xiě)代表儀器的字母，不考慮夾持和橡皮管連接)：熱源→____.

圖6

②為了指示蒸氨操作完成，在一定量硫酸溶液中加指示劑.請(qǐng)給出指示劑并說(shuō)明蒸氨可以停止時(shí)的現(xiàn)象____.

(3) 溶液F經(jīng)鹽酸酸化、蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌和低溫干燥得到產(chǎn)品.取少量產(chǎn)品溶于水后發(fā)現(xiàn)溶液呈堿性.

①含有的雜質(zhì)是____.

②從操作上分析引入雜質(zhì)的原因是____.

(4) 有同學(xué)采用鹽酸代替步驟Ⅱ中的NH4Cl溶液處理固體B，然后除雜，制備MgCl2溶液.已知金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍見(jiàn)表1所示.

表1

請(qǐng)給出合理的操作排序(從下列操作中選取，按先后次序列出字母，操作可重復(fù)使用)：固體B→a→( )→( )→( )→( )→( )→( )→MgCl2溶液→產(chǎn)品.

a．用鹽酸溶解 b．調(diào)pH=3.0

c．調(diào)pH=5.0 d．調(diào)pH=8.5

e．調(diào)pH=11.0 f．過(guò)濾g．洗滌

解析題中流程“翻譯”如圖7所示.

圖7

(1)A項(xiàng)，步驟Ⅰ，煅燒時(shí)溫度控制在700℃，盛裝樣品的容器可以用坩堝，不能用燒杯和錐形瓶，正確；

D項(xiàng)，步驟Ⅳ，固液分離操作可采用常壓過(guò)濾，也可采用減壓過(guò)濾，正確.

所以該小題正確的選項(xiàng)是ABD.

圖8

(2)選擇的儀器為a、d、f、c，如圖8所示(未考慮夾持和橡皮管連接)：其中球形干燥器可防止倒吸，吸收過(guò)程中可加入甲基橙作指示劑，起初硫酸溶液呈紅色，等吸收較多氨氣后，溶液中c(H+)下降，呈橙色時(shí)，說(shuō)明蒸氨可以停止，不宜繼續(xù)吸收NH3至溶液呈黃色，因?yàn)轭}示信息③：“蒸氨”須控制合適的蒸出量，需留一定量的NH3在體系內(nèi).疑問(wèn)：選用甲基橙作指示劑，甲基紅可以嗎？

(3)溶液F經(jīng)鹽酸酸化、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過(guò)程中容易因過(guò)度蒸發(fā)導(dǎo)致發(fā)生水解反應(yīng)：

所以MgCl2·6H2O中含有的雜質(zhì)是堿式氯化鎂或氫氧化鎂.

(4)固體B(MgO、CaCO3、Al2O3、Fe2O3和SiO2)用鹽酸溶解后溶液中成分有：MgCl2、CaCl2、AlCl3、FeCl3，還有不溶物SiO2.合理的操作排序見(jiàn)表2.

表2

因題給操作僅5步，所以在過(guò)濾除去Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2時(shí)沒(méi)有洗滌，這里避免了MgCl2、CaCl2混合溶液中又引入了少量Fe3+、Al3+，當(dāng)然表面看似乎有些Mg2+因吸附而損失，殊不知，微調(diào)pH=5.0時(shí)使用的往往是難溶性的含鎂化合物，如MgO、Mg(OH)2等，所以洗滌一步不需要.至于得到Mg(OH)2后的洗滌則必不可少，因?yàn)閯倓偵傻某恋硗市鯛?，具有大的比表面積，吸附性極強(qiáng)，需將其上吸附的Ca2+洗去，當(dāng)然洗滌過(guò)程中會(huì)有少量的Mg(OH)2因溶解而損耗，但兩害相權(quán)取其輕.

參考答案:

(1)ABD

(2)①a→d→f→c

②甲基橙，顏色由紅色變橙色

(3)①堿式氯化鎂(氫氧化鎂)

②過(guò)度蒸發(fā)導(dǎo)致氯化鎂水解

(4)c→f→e→f→g→a

綜觀近年浙江省的化學(xué)選考實(shí)驗(yàn)大題，背景以無(wú)機(jī)物制備及分析居多，考察化學(xué)反應(yīng)原理的理解，考量實(shí)驗(yàn)操作(裝置)細(xì)節(jié)的把握，其風(fēng)格一以貫之.只不過(guò)近年的試題均滲透了條件不同，反應(yīng)不同，引導(dǎo)高中教學(xué)強(qiáng)調(diào)反應(yīng)總是在一定的條件下發(fā)生的，除了以上例舉的溫度的改變、酸度(介質(zhì))的不同、量比(濃度)的變化均導(dǎo)致不同的反應(yīng)外，還有催化劑、壓力、物態(tài)、溶劑等因素均可影響反應(yīng)的進(jìn)行.化學(xué)學(xué)習(xí)，必須重視反應(yīng)條件，方能體悟化學(xué)之理，習(xí)得操作之妙，長(zhǎng)此以往，終身受益.