專題5化學實驗基礎(chǔ)第2講 化學實驗方案的設(shè)計與評價提能力

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1、 高考第二輪復習高分專題訓練 1．[雙選題]用以下三種途徑來制取相同質(zhì)量的硝酸銅：①銅與濃硝酸反應；②銅與稀硝酸反應；③銅與氧氣反應生成CuO，CuO再與稀硝酸反應。下列有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．所消耗的硝酸的量：②>①>③ B．對環(huán)境造成的危害，③最小 C．因銅與濃硝酸作用最快，故制取硝酸銅的最佳方案是① D．三種途徑所消耗的銅的質(zhì)量相等 解析：法①消耗的HNO3多，且產(chǎn)生的污染性氣體也多，最佳方案應是③。 答案：AC 2．某課外實驗小組設(shè)計的下列實驗不合理的是(　　) 解析：NO2能與水發(fā)生反應，不能用排水法收集，選項C錯誤。 答案：C

2、 3．下列化學實驗裝置或操作正確的是(　　) 解析：濃H2SO4稀釋不能在容量瓶中進行，更不能將濃H2SO4倒入水中，A項錯；蒸餾時溫度計水銀球應在蒸餾燒瓶支管口處，B項錯；收集比空氣重的NO2氣體應長進短出，C項錯。 答案：D 4．用如圖裝置制取、提純、收集表中的四種氣體(a、b、c表示相應儀器中加入的試劑)，其中可行的是(　　) 氣體 a b c A NO2 濃硝酸 銅片 NaOH溶液 B SO2 濃硫酸 Cu NaOH溶液 C NH3 濃氨水 生石灰 堿石灰 D CO2 稀鹽酸 CaCO3 濃硫酸 解析：A項和B項生

3、成的氣體均會被NaOH溶液吸收，C項NH3應用向下排空氣法收集． 答案：D 5．下圖表示從固體混合物中分離X的兩種方案，請根據(jù)方案1和方案2指出下列說法合理的是(　　) A．可以選用方案1分離碳酸氫鈉中含有的氯化銨 B．方案1中殘留物應該具有的性質(zhì)是受熱易揮發(fā) C．方案2中加入的試劑一定能夠與除X外的物質(zhì)發(fā)生化學反應 D．方案2中加入NaOH溶液可以分離出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3 解析：碳酸氫鈉加熱分解，A錯誤；加熱后留下的殘留物一定是固體或難揮發(fā)的液體，B錯誤；加入的試劑可以是水且不一定發(fā)生化學反應，C錯誤；二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的硅酸鈉，進

4、而分離出氧化鐵，D正確。 答案：D (限時45分鐘，滿分100分) 一、選擇題(本題包括7小題，每小題6分，共42分) 1．[雙選題]下列化學實驗事實及其解釋都正確的是(　　) A．向KMnO4溶液中滴加鹽酸，KMnO4溶液的氧化能力增強。說明鹽酸具有氧化性 B．向澄清的AlCl3稀溶液中加入NaOH濃溶液，振蕩，溶液仍為澄清。說明該兩種溶液混合是物理變化 C．向FeCl3溶液中加入過量Cu粉，振蕩、靜置，溶液由黃色變?yōu)榫G色。說明Fe3＋具有氧化性 D．向CaCl2溶液中滴入少量Na2CO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀。說明CaCO3難溶于水 解析：向KMnO4溶液中滴加鹽酸后其氧

5、化能力增強的原因是溶液呈酸性；AlCl3與足量的NaOH溶液反應生成NaAlO2，屬于化學變化；向FeCl3溶液中加入過量Cu粉生成綠色的FeCl2和CuCl2的混合溶液。 答案：CD 2．大膽、科學的假設(shè)與猜想是科學探究的先導和價值所在。在下列假設(shè)(猜想)引導下的探究肯定沒有意義的是(　　) A．探究SO2與Na2O2反應可能有Na2SO4生成 B．探究Na與水的反應可能有O2生成 C．探究濃硫酸與銅在一定條件下反應產(chǎn)生的黑色物質(zhì)中可能有CuS D．探究向滴有酚酞試液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞紅色褪去的現(xiàn)象是溶液的酸堿性改變所致，還是HClO的漂白性所致 解析：因為H2O

6、中O若變成O2，則氧元素價態(tài)升高，水是還原劑，但單質(zhì)鈉只能作還原劑。 答案：B 3．下列實驗方案設(shè)計正確的是(　　) A．分解高錳酸鉀制取氧氣后，殘留在試管內(nèi)壁上的黑色物質(zhì)可用稀鹽酸洗滌 B．失去標簽的AgNO3溶液、稀鹽酸、NaOH溶液、AlCl3溶液可選用(NH4)2CO3溶液作鑒別試劑 C．用銅絲代替鉑絲做焰色反應 D．在裂化汽油中加入酸性高錳酸鉀，振蕩后若紫色褪去即可證明其中含甲苯等苯的同系物 解析：加入(NH4)2CO3溶液時，AgNO3溶液中產(chǎn)生白色沉淀，稀鹽酸中產(chǎn)生無色無味氣體，NaOH溶液中產(chǎn)生無色有刺激性氣味的氣體，AlCl3溶液中既有白色沉淀又有無色無味氣體產(chǎn)

7、生。高錳酸鉀分解后殘留的二氧化錳可以用熱的濃鹽酸洗滌，不能用稀鹽酸來清洗。做焰色反應實驗應選用鉑絲，不能選用銅絲，因為銅絲灼燒時會產(chǎn)生明顯的綠色火焰。裂化汽油中含有較多的烯、炔等不飽和烴，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。 答案：B 4．[雙選題]下列實驗現(xiàn)象預測正確的是(　　) A．實驗Ⅰ：振蕩后靜置，上層溶液顏色保持不變 B．實驗Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出現(xiàn)氣泡，且顏色逐漸褪去 C．實驗Ⅲ：微熱稀HNO3 片刻，溶液中有氣泡產(chǎn)生，廣口瓶內(nèi)始終保持無色 D．實驗Ⅳ：繼續(xù)煮沸溶液至紅褐色，停止加熱，當光束通過體系時可產(chǎn)生丁達爾效應 解析：本題考查化學實驗，意在考查考生對化學實驗原理、

8、實驗設(shè)計和實驗結(jié)論的運用能力。實驗Ⅰ：Br2能與NaOH溶液反應，上層溶液顏色褪去，A項錯誤；實驗Ⅱ：濃硫酸使蔗糖脫水炭化，生成的SO2氣體能使酸性KMnO4溶液紫色褪去、CO2從溶液中逸出，B項正確；實驗Ⅲ：銅與稀HNO3微熱，反應生成NO，在廣口瓶中NO與O2接觸生成紅棕色的NO2，C項錯誤；實驗Ⅳ：Fe(OH)3膠體可產(chǎn)生丁達爾效應，D項正確。 答案：BD 5．下列有關(guān)化學實驗圖像表現(xiàn)的內(nèi)容錯誤的是(　　) A．銅鋅原電池　　　　　 B．轉(zhuǎn)移溶液 C．氨的制取裝置 D．模擬鐵銹蝕裝置 解析：由A項兩燒杯中的溶液可推知：盛放硫酸鋅溶液的燒杯中的電極應為鋅棒，盛放硫酸

9、銅溶液的燒杯中的電極應為銅棒。由原電池原理判斷：鋅棒應為負極，銅棒應為正極，故A不正確。 答案：A 6．下列相關(guān)實驗不能達到預期目的的是(　　) 相關(guān)實驗 預期目的 A 相同溫度下，等質(zhì)量的大理石塊、大理石粉末分別與等體積、等濃度的鹽酸反應 探究接觸面積對化學反應速率的影響 B 把裝有顏色相同的NO2和N2O4混合氣的兩支試管(密封)分別浸入冷水和熱水中 探究溫度對化學平衡的影響 C 在蔗糖中加入稀硫酸，水浴加熱，再加入新制的氫氧化銅并加熱 探究蔗糖水解產(chǎn)物具有還原性 D 兩支試管中裝有等體積、等濃度H2O2溶液，向其中一支試管中加入CuSO4溶液 探究Cu

10、SO4溶液對H2O2分解速率的影響 解析： C項，蔗糖中加入稀H2SO4，水浴加熱后應加入NaOH中和過量的稀H2SO4，再加新制的Cu(OH)2并加熱。 答案：C 7．用下圖裝置測定水中氫、氧元素的質(zhì)量比，其方法是分別測定通氫氣前后玻璃管的質(zhì)量差和U形管的質(zhì)量差，實驗測得m(H)∶m(O)>1∶8。下列對導致這一結(jié)果的原因的分析中，一定錯誤的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ裝置之間缺少干燥裝置 B．Ⅲ裝置后缺少干燥裝置 C．Ⅱ裝置中玻璃管內(nèi)有水冷凝 D．CuO沒有全部被還原 解析：用H2還原CuO時，裝置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而裝置Ⅱ中玻璃管通H2前后的質(zhì)量差為反應時

11、消耗CuO中氧的質(zhì)量，即生成水中氧元素的質(zhì)量，而m(水)－m(氧)＝m(氫)。當Zn和稀H2SO4反應產(chǎn)生的H2不干燥[m(水)偏大]，裝置Ⅲ后不加干燥裝置，使Ⅲ中CaCl2吸收空氣中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管內(nèi)有水冷凝[m(氧)偏小]，都會造成測得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的組成與CuO是否完全反應無關(guān)，只與通H2前后玻璃管的質(zhì)量差和生成的水有關(guān)。 答案：D 二、非選擇題(本題包括4小題，共58分) 8．(16分)地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和 KNO3溶液反應，探究脫氮原理及相關(guān)因素對脫氮速率的影

12、響。 (1)實驗前：①先用0.1mol·L－1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是________，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO3溶液的pH調(diào)至2.5；③為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入________(寫化學式)。 (2)下圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中，測出的溶液中相關(guān)離子濃度、pH隨時間的變化關(guān)系(部分副反應產(chǎn)物曲線略去)。請根據(jù)圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式________________________。 t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH的濃度在增大，F(xiàn)e2＋的濃度卻沒有增大，可能的原因是____________________

13、____。 (3)該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設(shè)， 請你完成假設(shè)二和假設(shè)三： 假設(shè)一：溶液的pH； 假設(shè)二：________________； 假設(shè)三：________________； …… (4)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，寫出實驗步驟及結(jié)論。 (已知：溶液中的NO濃度可用離子色譜儀測定) 實驗步驟及結(jié)論： 解析：本題主要考查化學實驗，意在考查考生對圖像的分析能力和實驗設(shè)計能力。(1)鐵的表面被空氣氧化形成氧化膜，需加酸除去；為防止空氣中的O2對脫氧的影響，可向溶液中通入N2或稀有氣體等。(2)由圖可知，鐵和KNO3反應生成Fe2＋和NH.(4)探

14、究溶液的pH對反應速率的影響，可設(shè)計實驗，使其他量保持不變，僅改變?nèi)芤褐衏(H＋)即可。 答案：(1)去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)　　N2 (2)4Fe＋NO＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋3H2O　　生成的Fe2＋水解(或和溶液中的OH－結(jié)合) (3)溫度　　鐵粉顆粒大小 (4)　 實驗步驟及結(jié)論： ①分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中； ②調(diào)節(jié)溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2； ③分別向上述溶液中加入足量等質(zhì)量的同種Fe粉； ④用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中 NO 的濃度，若pH不同的KNO3溶液中，測出的NO 濃度不同，表明pH對

15、脫氮速率有影響，否則無影響。 (本題屬于開放性試題，合理答案均可) 9．(15分)[問題提出] 教材中在檢驗Cu與稀硝酸反應的還原產(chǎn)物時，實驗直接在試管中進行，由于試管中有空氣，開始往往看到的是紅棕色氣體，導致實驗現(xiàn)象與實驗原理無法吻合。某?；瘜W活動小組對這一實驗進行了研究，并提出改進措施。 [研究目的與要求] (1)克服教材實驗的缺點，并能證明Cu與稀硝酸反應生成的是NO。NO不溶于水，可以與O2反應產(chǎn)生紅棕色的NO2 (2〉改進后的實驗必須達到的要求：節(jié)約藥品、操作簡便、現(xiàn)象明顯、減少污染。 [實驗過程] 實驗方案一： (1)按圖1所示接好儀器 檢查裝置氣密性的方法是

16、_____________________________ ________________________________________________________________________。 (2)根據(jù)你對裝置和研究目的的理解，請補充制取NO并驗證NO不溶于水的實驗操作： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (

17、3)驗證NO和O2生成NO2的實驗操作和現(xiàn)象是_________________________________ ________________________________________________________________________。 實驗方案二： (4)按圖2所示連接裝置，檢查氣密性后，在干燥管內(nèi)加入3.2g 銅片，在燒杯中加入適量經(jīng)過預熱的稀硝酸。 (5)打開止水夾，用注射器快速抽空干燥管內(nèi)的空氣，使稀硝酸充滿整個干燥管，然后關(guān)閉止水夾。觀察到的現(xiàn)象是__________________________________________________ _

18、_______________________________________________________________________。 (6)反應停止后，打開止水夾，用注射器將抽取的空氣慢慢推入干燥管內(nèi)，發(fā)現(xiàn)干燥管內(nèi)的氣體變成紅棕色，且液面緩緩上升，Cu和稀硝酸反應繼續(xù)進行。不斷充入O2，直至加入的3.2 g Cu完全反應，則共消耗的氧氣在標準狀況下的體積為________L。 解析：題干已經(jīng)指出教材實驗的不足，并提出了改進實驗方案的要求，要克服教材實驗的缺點，必須使反應在無O2的環(huán)境中進行。 實驗方案一： (1)根據(jù)實驗裝置圖1可以確定檢查裝置氣密性的方法是關(guān)閉活塞，從U形

19、管的右端加水使兩邊產(chǎn)生液面差，靜置一會，觀察液面差是否縮小。 (2)連接好裝置，打開活塞，從U形管的右端快速注入稀硝酸，直到左端完全充滿液體，關(guān)閉活塞，會發(fā)現(xiàn)U形管中液面左降右升，這就證明了生成的NO不溶于水。 (3)打開分液漏斗的活塞，在壓力作用下，NO會進入分液漏斗內(nèi)，與分液漏斗中的空氣反應生成紅棕色氣體NO2。因此驗證NO和O2反應生成NO2的實驗操作和現(xiàn)象是將活塞慢慢打開，觀察到分液漏斗內(nèi)有紅棕色氣體出現(xiàn)。 實驗方案二： (5)根據(jù)操作和裝置知反應時銅片表面有氣泡產(chǎn)生，液面下降，溶液變藍等現(xiàn)象。 (6)根據(jù)電子守恒： 2n(O2)＝n(Cu)＝3.2÷64＝0.05(mol

20、)， V(O2)＝0.56 L。 答案：(1)關(guān)閉活塞，從U形管的右端加水，使兩邊產(chǎn)生液面差，靜置一會，觀察液面差是否縮小 (2)連接好裝置，打開活塞，從U形管的右端注入稀硝酸，直到左端完全充滿液體，然后關(guān)閉活塞，觀察現(xiàn)象 (3)將活塞慢慢打開，觀察到分液漏斗內(nèi)有紅棕色氣體生成 (5)干燥管內(nèi)銅片溶解，表面有氣泡產(chǎn)生，干燥管內(nèi)液面逐漸下降，溶液變成藍色，當稀硝酸不與銅片接觸時，液面停止下降 (6)0.56 10．(12分)工業(yè)上可用下列儀器組裝一套裝置來測定黃鐵礦中硫的質(zhì)量分數(shù)(忽略SO2、H2SO3與氧氣的反應)。實驗的正確操作步驟如下： A．連接好裝置，并檢查裝置的

21、氣密性 B．稱取研細的黃鐵礦樣品 C．將2.0 g樣品小心地放入硬質(zhì)玻璃管中 D．以1 L/min的速率鼓入空氣 E．將硬質(zhì)玻璃管中的黃鐵礦樣品加熱到800℃～850℃ F．用300 mL的飽和碘水吸收SO2，發(fā)生的反應是：I2＋SO2＋2H2O===2HI＋H2SO4 G．吸收液用CCl4萃取、分離 H．取20.00 mL G中所得溶液，用0.200 0 mol·L－1的NaOH標準溶液滴定。 試回答： (1)步驟G中所用主要儀器是________，應取________(填“上”或“下”)層溶液進行后續(xù)實驗。 (2)裝置⑤中的作用是____________________

22、_____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)裝置正確的連接順序是________(填編號)。 (4)步驟H中滴定時應選用________作指示劑，可以根據(jù) ________________________________________現(xiàn)象來判斷滴定已經(jīng)達到終點。 (5)假定黃鐵礦中的硫在操作E中已全部轉(zhuǎn)化為SO2，并且被飽和碘水完全吸收，滴定得到的數(shù)據(jù)如下表所示： 滴定 次數(shù) 待測液的 體積/mL N

23、aOH標準溶液的體積/mL 滴定前 滴定后 第一次 20.00 0.00 20.48 第二次 20.00 0.22 20.20 第三次 20.00 0.36 20.38 則黃鐵礦樣品中硫元素的質(zhì)量分數(shù)為________(保留小數(shù)點后1位)。 解析：(1)步驟G是萃取操作，需要用的儀器是分液漏斗，下層為CCl4，應取上層溶液進行后續(xù)實驗。 (2)酸性高錳酸鉀是用來除去空氣中的SO2和其他還原性氣體。 (3)先要用酸性高錳酸鉀溶液來除去空氣中的SO2和其他還原性氣體，然后用堿石灰干燥，再連接發(fā)生裝置，再接玻璃絲，最后吸收SO2。 (4) 用堿來滴定G中所得

24、溶液中的酸，用酚酞作指示劑，滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液變?yōu)闇\紅色，并在半分鐘內(nèi)不褪色。 (5)第一次數(shù)據(jù)與第二、三次數(shù)據(jù)相差較大，舍去，取第二、三次數(shù)據(jù)的平均值可得V(NaOH)＝20.00 mL，n(NaOH)＝c(NaOH)·V(NaOH)＝0.200 0 mol·L－1×20.00×10－3 L＝4×10－3 mol，S～SO2～4H＋4NaOH，n(S)＝n(SO2)＝n(NaOH)＝1×10－3 mol,300 mL吸收液中含有的n(S)＝1×10－3 mol×＝0.015 mol，w(S)＝×100%＝×100%＝24.0%。 答案：(1)分液漏斗　上 (2)除去空氣

25、中的SO2和其他還原性氣體 (3)⑤③②④① (4)酚酞　滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液變?yōu)闇\紅色，并在半分鐘內(nèi)不褪色(本問答甲基橙和對應的現(xiàn)象也給分) (5)24.0% 11．(15分)某中學化學興趣小組想測定飽和氯水的pH，并進行氯水的氧化性和制漂白劑等實驗。他們使用如下圖裝置制取較多量的飽和氯水。 回答： (1)寫出儀器的名稱：A________，B________。 (2)寫出甲、丁裝置中發(fā)生反應的化學方程式， 甲：________________________________________________________________； 丁：______

26、___________________________________________________________。 (3)制取結(jié)束時，氯水已飽和的現(xiàn)象是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)漂白粉在溶液中存在下列平衡： ClO－＋H2OHClO＋OH－，下列措施能提高漂白效果的是________。 A．加水稀釋　B．通入CO2　C．加入適量鹽酸 D．加入少量NaOH　E．加少量白醋 (

27、5)為使制取過程簡便并保證制得的氯水純凈，有同學提出如下建議： ①在乙和丙之間增加下圖中的a裝置，你認為有無必要________(填“有”或“無”)。 ②若撤去乙，直接將甲和丙相連，你認為是否可行？ ________，理由是_____________________________________________________。 ③在丙的長導管下口處，接下圖中的b，可以提高氯氣的吸收效果，原因是 ________________________________________________________________________ ____________________

28、____________________________________________________。 解析：(2)甲中是以加熱方式制氯氣，其方程式為MnO2＋4HCl(濃) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，丁中Cl2與Ca(OH)2反應生成Ca(ClO)2和CaCl2。 (3)氯水的主要成分是氯氣，因此當燒瓶內(nèi)液體及上方氣體為黃綠色時，證明氯氣和H2O反應已達平衡，即飽和狀態(tài)。 (4)根據(jù)平衡移動原理，加入物質(zhì)能中和OH－，平衡右移，HClO濃度增大，漂白效果增強，故可選B、C、E。 (5)因氯氣與H2O反應，通入丙前干燥不必要；撤去乙，HCl溶解于丙，影響氯水pH的測定；接b裝置增大氯氣與水的接觸面積，提高了氯氣的吸收速率。 答案：(1)分液漏斗　燒瓶 (2)MnO2＋4HCl(濃)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 　 2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O (3)液體及液體上方呈黃綠色　(4)B、C、E (5)①無?、诜瘛〈罅康腍Cl被吸收于丙中，影響氯水pH的測定?、墼龃罅寺葰馀c水的接觸面積，提高了氯氣的吸收速率 12