1、专题三：无机综合应用二（实验装置为背景）【例题】2006 年天津卷 28晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si3HCl SiHCl3H 2SiHCl3 与过量 H2 在 10001100 反应制得纯硅已知 SiHCl3，能与 H2O 强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：（1）第 步制备粗硅的化学反应方程式为 。（2）粗硅与 HCl 反应完全后，经冷凝得到的 SiHCl3（沸点 33.0）中含有少量SiCl4（沸点 57.6）和 HCl（沸点84.7） ，提纯 SiHCl3 采用的方法为 。（
2、3）用 SiHCl3 与过量 H2 反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：装置 B 中的试剂是 。装置 C 中的烧瓶需要加热，其目的是 _。反应一段时间后，装置 D 中观察到的现象是 ，装置 D 不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置 D 中发生反应的化学方程式为 。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是 。a碘水 b氯水 cNaOH 溶液 dKSCN 溶液 eNa 2SO3 溶液【分析】本题主要考查了：反应原理（方程式的书写） 、物质的分离提纯、反应
3、条件的控制、物质（Fe）的检验。要求考生具有从信息中提取实质性的内容与已有知识进行整合重组的能力。A B C D第（1）小题，高温下 C 参与的还原反应的产物是 CO 而非 CO2，所以粗硅的制备原理是：SiO 22C Si2CO第（2）小题，对沸点不同的液态混合物分离提纯的方法一般选择分馏（或蒸馏）第（3）小题，从装置的图和题目信息可知 A 装置是制备氢气，但因含有 H2O(g)不能直接还原 SiHCl3，所以必须进行洗气干燥，所以装置 B 中的试剂应该是浓硫酸；而 SiHCl3与 H2 的反应制得纯硅 SiHCl3H 2 Si3HCl，其温度高达 10001100，只能在装置D 石英管中进
4、行，因为在此反应温度下，普通玻璃会软化。显然，装置 C 是使液态的SiHCl3 气化，并与 H2 充分混合。由于硅在高温下易与空气中的氧气反应，所以，实验要取得成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及排尽装置中的空气。第（4）小题，微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解后溶液中的 Fe 主要以 Fe2+离子的形式存在，检验的方法一般是将其氧化成 Fe3+用 KSCN 试液检验。该装置产生的尾气主要成分是什么？处理时应注意什么？（HCl、H 2；应注意降温、防倒吸以及循环利用）答案：（1）SiO 22C Si2CO（2）分馏（或蒸馏） （3） 浓硫酸 使滴入烧瓶中的 SiHCI3 气化
5、 有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3H 2 Si3HCl排尽装置中的空气bd【拓展】实验装置类试题背景主要是物质的制备，与无机工艺流程题类型相似，命题的主要框架都是：原料预处理（除杂、净化）主反应分离提纯产物；区别在于：装置类试题主要以实验装置图为情景信息，而工艺流程以文字为情景信息。2008 年广东卷 23 题便可看成是上述例题（2006 年天津卷 28 题）的变式。实验装置类试题主要考查以下四方面的问题：（1）对操作原理的认识（解决实验操作的理论依据问题）（2）对操作方法的认识（解决如何操作的问题） 。（3）对操作目的的认识（解决为何要安排这样的操作问题） 。（4）
6、对错误操作造成后果的认识（解决为何要这样操作的问题） 。（5）实验数据处理能力从考查的内容看，仍然会涉及基本仪器的使用、实验基本操作、物质的分离和提纯、物质的检验与鉴别、物质的制备、实验方案设计和实验安全问题等，更加突出对实验操作能力和实验设计能力的考查，而且经常以综合实验题的形式出现，同时会与元素化合物、化学概念和理论等知识有机地联系在一起。实验装置类试题通常是有气体参加反应的装置，在复习时要特别注意以下几个知识点的落实：（1）实验装置的安全原则（内外压平衡、气流通畅） ；（2）如何检查装置的气密性；（3）倒吸形成的原因和防止倒吸的措施；（4）尾气处理的方法。例如：2009 年广东卷 19
7、改某试验小组利用如下装置(部分固定装置略 )制备氮化钙(Ca 3N2)，并探究其实验式。思考：装置的每一部分是什么作用？（1）按图连接好实验装置。检查装置的气密性，方法是_ _。（2）反应过程中末端导管必须插入试管 A 的水中，目的是 _ _。（3）制备氮化钙的操作步骤是：打开活塞 K 并通入 N2；点燃酒精灯，进行反应；反应结束后， _ ；拆除装置，取出产物。（4）数据记录如下：空瓷舟质量 m0 /g 瓷舟与钙的质量 m1 /g 瓷舟与产物的质量 m2 /g1480 1508 1515计算得到实验式 CaxN2,其中 x= 。若通入的 N2 中混有少量 O2，请比较 x 与 3 的大小：_。
8、答案： （1）关闭活塞 K，微热反应管，试管 A 中有气泡冒出，停止加热，冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变，则说明装置的气密性良好。（2）防止反应过程中空气进入反应管；便于观察 N2 流速。（3）熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通 N2 并关闭活塞 K。（4）2.8 x3【练习】1某校化学小组学生利用下图所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取 FeCl36H2O 晶体。 （图中夹持及尾气处理装置均已略去） 装置 B 中发生反应的化学方程式是 _。 装置 E 中的现象是_。 停止反应，待 B 管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。简述检验滤液中 Fe3
9、+的操作方法_。 该小组学生利用上述滤液制取 FeCl36H2O 晶体，设计流程如下： 步骤 I 中通入 Cl2 的作用是_。 步骤 II 从 FeCl3 稀溶液中得到 FeCl36H2O 晶体的主要操作包括：_。 该流程中需保持盐酸过量，主要原因是（结合离子方程式简要说明）_。2 （2010 上海卷 26 改）CaCO 3 广泛存在于自然界，是一种重要的 化工原料。大理石主要成分为 CaCO3，另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备 CO2 气体。下列装置可用于 CO2 气体的提纯和干燥。完成下列填空：（1）用浓盐酸配制 1:1（体积比）的稀盐酸（约 6 molL-1） ，需
10、要的玻璃仪器有 _。（2）上述装置中，A 是 溶液，其作用是 。（3）上述装置中，B 物质是 。（4）一次性饭盒中石蜡和 CaCO3 在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：剪碎、称重浸泡溶解过滤残渣烘干冷却、称重恒重从物质分类的角度分析，石蜡属于有机物中的 类，为了将石蜡从饭盒中溶出，应选用下列试剂中的 。a氯化钠溶液 b稀醋酸 c稀硫酸 d 正已烷饭盒中的碳酸钙常用稀醋酸将其溶出，试写出其反应的离子方程式。3 （2009 理综全国卷 II 28 改）已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用示意图中的装置可以实现和验证该反应。加 热 A 加 热 B
11、 C D 冰 水 E 水 回答下列问题：（1）试写出氨与灼热的氧化铜反应的化学方程式 。（2）A 中加入的物质是 ，B 中加入的物质的作用是 。（3）实验时在 C 中观察到得现象是 。（4）实验时冰水的作用是 。检验实验后试管 D 中物质的方法和现象是_。试管 E 中收集到的气体是 。4 （2010 福建卷 25 改）工业上常用铁质容器盛装冷浓酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10 分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是 。（2）另称取铁钉 6.0g 放入 15.0mL 浓硫酸
12、中，加热，充分应后得到溶液 X 并收集到气体 Y。甲同学认为 X 中除 Fe3+外还可能含有 Fe2+。若要确认其中存在 Fe2+，需要进行的实验操作、现象和结论是 _。乙同学认为气体 Y 中除含有 SO2、H 2 外，还可能含有 CO2 气体。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略） 。认为气体 Y 中还含有 CO2 的理由是 （用化学方程式表示） 。装置 A 中试剂的作用是 。为确认 CO2 的存在，需在装置中添加 M 于 （选填序号） 。aA 之前 bA-B 间 cB-C 间 dC-D 间能说明气体 Y 中含有 H2 的实验现象是 。5 （2008 年天津卷 10）化学实验室制取氯
13、化氢气体的方法之一是将浓硫酸滴入浓盐酸中。请从下图中挑选所需仪器，在方框内画出用该方法制备、收集干燥氯化氢气体的装置简图，并在图中标明所用试剂。 （仪器可重复使用，固定装置不必画出）试管 圆底烧瓶 集气瓶 烧杯 普通漏斗 量筒 分液漏斗 长颈漏斗 导管 橡胶塞 胶皮管实验室制备少量硫酸亚铁晶体的实验步骤如下：取过量洁净的铁屑，加入20%30%的稀硫酸溶液，在 5080水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤，滤液移至试管中，用橡胶塞塞紧试管口，静置、冷却一段时间后收集产品。（1）写出该实验制备硫酸亚铁的化学方程式： 。（2）硫酸溶液过稀会导致 。（3）采用水浴加热的优点是 。（4）反应时铁屑过
14、量的目的是（用离子方程式表示） 。（5）溶液须趁热过滤的原因是 。塞紧试管口的目的是 。（6）静置冷却一段时间后，在试管中观察到的现象是 。6 （2010 年江苏卷 15 改）高纯 MnCO3 是制备高性能磁性材料的主要原料。实验室以MnO2 为原料制备少量高纯 MnCO3 的操作步骤如下：I、制备 MnSO4 溶液：在烧瓶中（装置见右图）加入一定量MnO2 和水，搅拌，通入 SO2和 N2 混合气体，反应 3h。停止通入 SO2，继续反应片刻，过滤。（1）烧瓶中进行反应的化学方程式为（2）烧杯中石灰乳的作用是 。（3）反应过程中，为使 SO2 尽可能转化完全，可采取的合理措施有 _（写 2
15、条即可） 。（4）若实验中将 N2 换成空气，可能出现的问题是 。II、制备高纯 MnCO3 固体：往制得的 MnSO4 溶液边搅拌边加入 Na2CO3，并控制溶液 PH7.7，充分反应后过滤，用少量水洗涤 23 次，再用少量 C2H5OH 洗涤后，低于 100干燥即得高纯 MnCO3 固体。（5）检验 MnCO3 固体是否洗涤干净的操作、可能的现象和结论是：（6）MnCO 3 固体需要在低于 100干燥的原因可能是 。【答案】1 3Fe + 4H 2O Fe3O4 + 4H2 黑色固体变红，右端管壁有水珠 取少量滤液，滴入几滴 KSCN 溶液，观察溶液是否变红色 将 Fe2+氧化成 Fe3+
16、 加热浓缩、冷却结晶、过滤 Fe 3+ 3H2O Fe(OH)3 + 3H+，过量盐酸抑制 FeCl3 水解2 （1）烧杯、玻璃棒、量筒；（2）NaHCO 3；吸收 HCl 气体或吸收酸性气体 ；（3）无水 CaCl2 或硅胶或 P2O5 固体；（4）烃 d（提示：石蜡属于有机物，易溶于有机溶剂） CaCO 3+2CH3COOH=2CH3COO +Ca2+H2O+CO2 3（1）2NH 33CuO N23H 2O3Cu。（2）固体 NH4Cl 和 Ca(OH)2；除去 NH3 流中的水蒸气。（3）黑色粉末部分逐渐变为红色； （4）使生成的水蒸气冷却并吸收过量的氨气。用红色石蕊试纸检验，试纸变蓝
17、；用无水硫酸铜检验，无水硫酸铜变蓝。氮气。4 （1）铁钉表面被钝化（或其他合理答案）（2）取少量溶液 X 于试管中，滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，则说明溶液中含有 Fe2+C+2H 2SO4（浓） CO2+2SO2+2H 2O 除去混合气体中的 SO2 c D 中固体由黑变红和 E 中固体由白变蓝5 （1）Fe+H 2SO4（稀） FeSO4+H2 ；（2）反应速率慢 不利于晶体析出（3）水浴加热受热均匀，温度容易控制。（4）Fe 3+2Fe3Fe 2+ ；（5）减少 FeSO4 的损失 ； 防止空气进入试管将 Fe2+氧化为 Fe3+（6）有浅绿色晶体析出6 （1）MnO 2+SO2=MnSO4 或 2342MnOHSnO（2）吸收多余的 SO2，防止污染大气。（3）控制适当的温度、缓慢通入混合气体（或其它合理答案均可）（4）空气中的 O2 氧化 H2SO3 生成 H2SO4，降低 SO2 的利用率。（5）取少量最后一次的洗涤液于试管中，加入过量硝酸酸化后，滴入几滴 BaCl2 溶液，若产生白色沉淀，则 MnCO3 固体未洗涤干净，若不产生白色沉淀，则 MnCO3 固体已经洗涤干净。 （凡合理答案均可）（6）高于 100时 MnCO3 可能会受热发生分解反应。 （提示：不溶性碳酸盐受热均易分解）
