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1、專題二十一 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)
1.[2012·安徽理綜,28]工業(yè)上從廢鉛蓄電池的鉛膏回收鉛的過(guò)程中,可用碳酸鹽溶液與處理后的鉛膏(主要成分為PbSO4)發(fā)生反應(yīng):PbSO4(s)+CO(aq)===PbCO3(s)+SO(aq)。某課題組用PbSO4為原料模擬該過(guò)程,探究上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件及固體產(chǎn)物的成分。
(1)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式:K=________。
(2)室溫時(shí),向兩份相同的PbSO4樣品中分別加入同體積、同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化,在________溶液中PbSO4轉(zhuǎn)化率較大,理由是________________________。
(
2、3)查閱文獻(xiàn):上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛[2PbCO3·Pb(OH)2],它和PbCO3受熱都易分解生成PbO。該課題組對(duì)固體產(chǎn)物(不考慮PbSO4)的成分提出如下假設(shè)。請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三。
假設(shè)一:全部為PbCO3;
假設(shè)二:_____________________________________________
假設(shè)三:______________________________________________。
(4)為驗(yàn)證假設(shè)一是否成立,課題組進(jìn)行如下研究。
①定性研究:請(qǐng)你完成下表中內(nèi)容。
實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫(xiě)出具體操作過(guò)程)
預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
取一定量樣品
3、充分干燥,……
②定量研究:取26.7 mg的干燥樣品,加熱,測(cè)得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如下圖。某同學(xué)由圖中信息得出結(jié)論:假設(shè)一不成立。你是否同意該同學(xué)的結(jié)論,并簡(jiǎn)述理由:________________________。
2.[2012·北京理綜,27]有文獻(xiàn)記載:在強(qiáng)堿性條件下,加熱銀氨溶液可能析出銀鏡。某同學(xué)進(jìn)行如下驗(yàn)證和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
裝置
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
試管中的藥品
現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)Ⅰ
2 mL銀氨溶液和數(shù)滴較濃NaOH溶液
有氣泡產(chǎn)生;一段時(shí)間后,溶液逐漸變黑;試管壁附著有銀鏡
實(shí)驗(yàn)Ⅱ
2 mL銀氨溶液和數(shù)滴濃氨水
有氣泡產(chǎn)生;一段時(shí)間后,溶液無(wú)明顯變化
4、該同學(xué)欲分析實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ的差異,查閱資料:
a.Ag(NH3)+2H2OAg++2NH3·H2O
b.AgOH不穩(wěn)定,極易分解為黑色Ag2O
(1)配制銀氨溶液所需的藥品是________。
(2)經(jīng)檢驗(yàn),實(shí)驗(yàn)Ⅰ的氣體中有NH3,黑色物質(zhì)中有Ag2O。
①用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)NH3,產(chǎn)生的現(xiàn)象是___________
__________________________________________________________。
②產(chǎn)生Ag2O的原因是__________________________________
___________________
5、_______________________________________。
(3)該同學(xué)對(duì)產(chǎn)生銀鏡的原因提出假設(shè):可能是NaOH還原Ag2O。實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象:向AgNO3溶液中加入________,出現(xiàn)黑色沉淀;水浴加熱,未出現(xiàn)銀鏡。
(4)重新假設(shè):在NaOH存在下,可能是NH3還原Ag2O。用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)象:出現(xiàn)銀鏡。在虛線框內(nèi)畫(huà)出用生石灰和濃氨水制取NH3的裝置簡(jiǎn)圖(夾持儀器略)。
(5)該同學(xué)認(rèn)為在(4)的實(shí)驗(yàn)中會(huì)有Ag(NH3)2OH生成。由此又提出假設(shè):在NaOH存在下,可能是Ag(NH3)2OH也參與了NH3還原Ag2O的反應(yīng)。進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
①有部
6、分Ag2O溶解在氨水中,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是
__________________________________________________________。
②實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)假設(shè)成立,依據(jù)的現(xiàn)象是____________________
_________________________________________________________。
(6)用HNO3清洗試管壁上的Ag,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________
_________________________________________________________。
3.[2012·重慶理綜,27]氯
7、離子插層鎂鋁水滑石[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]是一種新型離子交換材料,其在高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣?,F(xiàn)用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定其化學(xué)式(固定裝置略去)。
(1)Mg2Al(OH)6Cl·xH2O熱分解的化學(xué)方程式為_(kāi)______________
_________________________________________________________。
(2)若只通過(guò)測(cè)定裝置C、D的增重來(lái)確定x,則裝置的連接順序?yàn)開(kāi)_______(按氣流方向,用接口字母表示),其中C的作用是________。裝置連接后,首先要進(jìn)行的操作的名稱是_______
8、_。
(3)加熱前先通N2排盡裝置中的空氣,稱取C、D的初始質(zhì)量后,再持續(xù)通入N2的作用是__________________、________________等。
(4)完全分解后測(cè)得C增重3.65 g、D增重9.90 g,則x=________。若取消冷卻玻管B后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)定的x值將________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)上述水滑石在空氣中放置時(shí)易發(fā)生反應(yīng)生成[Mg2Al(OH)6Cl1-2x(CO3)y·zH2O],該生成物能發(fā)生類似的熱分解反應(yīng)?,F(xiàn)以此物質(zhì)為樣品,用(2)中連接的裝置和試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定z,除測(cè)定D的增重外,至少還需測(cè)定_________________
9、_____________________________
__________________________________________________________。
專題二十一 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 解析
1.答案:(1)
(2)Na2CO3 Na2CO3溶液中的c(CO)大
(3)全部為2PbCO3·Pb(OH)2 PbCO3與2PbCO3·Pb(OH)2
(4)①
實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫(xiě)具體操作過(guò)程)
預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
充分加熱樣品,將產(chǎn)生的氣體通入盛有無(wú)水硫酸銅的干燥管
若無(wú)水硫酸銅不變藍(lán)色,則假設(shè)一成立;若無(wú)水硫酸銅變藍(lán),則假設(shè)一不成立。
②同
10、意,若全部為PbCO3時(shí),26.7 mg完全分解后最終固體質(zhì)量應(yīng)為22.3 mg(或:不同意,實(shí)驗(yàn)最終得到固體的質(zhì)量與全部為PbCO3分解所得固體質(zhì)量相差不大,可能是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差引起的)
(本題屬于開(kāi)放性試題,合理答案均可)
解析:(1)根據(jù)反應(yīng)方程式容易寫(xiě)出反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式:K=。(2)HCO難電離,相同濃度時(shí),Na2CO3溶液中CO濃度遠(yuǎn)大于NaHCO3溶液中CO的濃度,CO濃度越大,越有利于PbSO4的轉(zhuǎn)化。(3)根據(jù)信息及假設(shè)一,不難得出假設(shè)二和假設(shè)三分別為:全部為2PbCO3·Pb(OH)2、PbCO3與2PbCO3·Pb(OH)2的混合物。(4)若全部為PbCO3,
11、則根據(jù)PbCO3PbO+CO2↑,26.7 mg全部分解得到的m(PbO)=×223 g·mol-1=22.3 mg,而實(shí)際質(zhì)量為22.4 mg,因此假設(shè)一不成立。若考慮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差,22.3 mg與22.4 mg相差不大,所以也可認(rèn)為假設(shè)一成立。
2. 答案:(1)AgNO3溶液和氨水
(2)①試紙變藍(lán)
②在NaOH存在下,加熱促進(jìn)NH3·H2O分解,逸出NH3,促使Ag(NH3)+2H2OAg++2NH3·H2O平衡正向移動(dòng),c(Ag+)增大,Ag+與OH-反應(yīng)立即轉(zhuǎn)化為Ag2O:2OH-+2Ag+===Ag2O↓+H2O
(3)過(guò)量NaOH溶液
(4)
(5)
12、①Ag2O+4NH3·H2O===2Ag(NH3)2OH+3H2O
②與溶液接觸的試管壁上析出銀鏡
(6)Ag+2HNO3(濃)===AgNO3+NO2↑+H2O
解析:(1)實(shí)驗(yàn)室是用AgNO3溶液和氨水配制銀氨溶液。(2)由信息b可知Ag2O是由AgOH分解得到的,結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件加熱、NaOH溶液分析信息a中化學(xué)平衡移動(dòng)。(3)既然假設(shè)NaOH還原Ag2O,那么溶液中必然要存在NaOH,所以向AgNO3溶液中應(yīng)該加入過(guò)量的NaOH溶液,才可能驗(yàn)證假設(shè)是否成立。(4)實(shí)驗(yàn)室用生石灰和濃氨水制取NH3的裝置應(yīng)該是固液不加熱的裝置。(5)依據(jù)題意Ag2O溶解在氨水中應(yīng)該形成Ag(NH3)2O
13、H;假設(shè)成立必然會(huì)在試管上形成銀鏡。
3.答案:(1)2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]4MgO+Al2O3+2HCl↑+(5+2x)H2O↑
(2)a→e→d→b 吸收HCl氣體 檢查裝置的氣密性
(3)將分解產(chǎn)生的氣體全部帶入裝置C、D中完全吸收 防止產(chǎn)生倒吸(合理答案均給分)
(4)3 偏低
(5)裝置C的增重及樣品質(zhì)量(或樣品質(zhì)量及樣品分解后殘余物質(zhì)量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質(zhì)量)
解析:(1)根據(jù)題給信息:高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣,可寫(xiě)出其化學(xué)方程式:2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]4MgO+Al2O3+2HCl↑+(
14、5+2x)H2O↑;
(2)裝置C的作用是吸收反應(yīng)生成的HCl氣體,裝置D的作用是吸收水蒸氣,應(yīng)該首先通過(guò)D裝置吸收水蒸氣,后通過(guò)C裝置吸收HCl;將氣體通過(guò)洗氣瓶進(jìn)行洗氣時(shí),應(yīng)該從長(zhǎng)導(dǎo)管一側(cè)通入氣體,故其連接順序是a→e→d→b;連接好裝置后首先應(yīng)該檢查裝置的氣密性;
(3)因?yàn)榧訜岷蟮难b置中含有殘留的HCl和水蒸氣,為了避免引起實(shí)驗(yàn)誤差,保證反應(yīng)產(chǎn)生的氣體全部被裝置C、D吸收,所以要通入N2排出裝置內(nèi)殘留的氣體,同時(shí)也是為了防止產(chǎn)生倒吸;
(4)2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]4MgO+Al2O3+
2HCl↑+(5+2x)H2O↑
73 18×(5+2x)
3.65 g 9.9 g
=
解得:x=3
若沒(méi)有冷卻玻璃管,由于氣體濕度高,裝置D不能將水蒸氣充分吸收從而造成結(jié)果偏低。
(5)由于化學(xué)式中出現(xiàn)了兩個(gè)未知數(shù),所以必須要測(cè)量3個(gè)數(shù)據(jù),列二元一次方程組進(jìn)行求解,所以除測(cè)定D的增重外,至少還需測(cè)定兩個(gè)數(shù)據(jù):裝置C的增重及樣品質(zhì)量(或樣品質(zhì)量及樣品分解后殘余物質(zhì)量或裝置C的增重及樣品分解后殘余物質(zhì)量)。