配套K12版高考化学一轮复习 第10章 化学实验 第32讲 化学实验方案的设计与评价练习 鲁科版文档格式.docx
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L-1Na2CO3溶液,立即产生大量气泡并有红褐色沉淀产生。
有同学提出沉淀中可能含有碳酸盐。
将沉淀过滤、洗涤后取样,________证明沉淀中含有碳酸盐。
②向1mL1.0mol·
L-1Na2SO3溶液,溶液由黄色变为红色,无丁达尔效应,继续滴加Na2SO3溶液,最终得到红褐色沉淀。
经检验沉淀中除Fe(OH)3外还含有FeSO3。
产生FeSO3的原因是___________________。
(3)比较
(1)和
(2),制备Fe(OH)3的合理方法是____________________________
_______________________________________________(注明试剂和用量)。
(4)FeSO4溶液仅与一种试剂反应也可制Fe(OH)3,该试剂的化学式是________(写出一种即可)。
解析:
(1)①氯化铁与氢氧化钠反应生成红褐色沉淀,反应的离子方程式是Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓;
②NaOH浓度较小时,与FeCl3反应后的上层清液中几乎不含有Fe3+、FeO
,增大NaOH浓度后,促进Fe(OH)3电离为FeO
,故当c(NaOH)≥6.0mol·
L-1时,其与FeCl3反应后的上层清液中含有FeO
,实验Ⅱ中,加入过量H2SO4,结合Fe3++3OH-Fe(OH)3H++FeO
+H2O可知,有
Fe3+生成,则加入KSCN溶液后,混合溶液变红。
(2)①碳酸盐与盐酸反应有CO2生成,证明沉淀中含有碳酸盐;
L-1Na2SO3溶液发生氧化还原反应:
2Fe3++SO
+H2O2Fe2++SO
+2H+,继续滴加Na2SO3溶液:
Fe2++SO
FeSO3↓。
(3)
(2)方法容易引入杂质,
(1)中NaOH浓度过大时,Fe3+的利用率不高,因此制备Fe(OH)3的合理方法是选用1mL1.0mol·
L-1FeCl3溶液与
3mL浓度小于6.0mol·
L-1的NaOH溶液。
(4)Na2O2具有氧化性,能够将亚铁离子氧化为铁离子,同时生成的溶液具有碱性,可制得Fe(OH)3,FeSO4溶液与NaClO反应也可制Fe(OH)3。
答案:
(1)①Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
②FeO
+4H+===Fe3++2H2O,Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
(2)①加入少量稀盐酸,有无色气泡产生
②2Fe3++SO
+H2O===2Fe2++SO
+2H+、Fe2++SO
===FeSO3↓(文字描述也可)
(3)1mL1.0mol·
L-1FeCl3溶液与3mL浓度小于6.0mol·
L-1的NaOH溶液
(4)Na2O2、NaClO等
2.(2017·
广州测评)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是一种用途广泛的化工原料。
有关资料及制取步骤如下:
①氨基甲酸铵在常温下、干燥的空气中稳定,遇水或潮湿空气则生成碳酸铵或碳酸氢铵。
②制备氨基甲酸铵的原理为2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) ΔH<
③按图中装置进行制备实验:
步骤1:
检查装置的气密性。
步骤2:
在相应仪器中装入药品,其中在三颈烧瓶中加入足量的氢氧化钠固体,恒压滴液漏斗中装入浓氨水。
步骤3:
滴加浓氨水并搅拌,调节反应速率,在反应器中得到产品。
请回答下列问题:
(1)干燥管中盛放的药品是________。
(2)对比碳酸盐和酸反应制CO2,该实验利用干冰升华产生CO2气体的优点有________、________。
(3)以恒压滴液漏斗代替分液漏斗的目的是_____________________________。
(4)浓硫酸的作用:
________________________________________。
(5)取部分因变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.782g,用足量石灰水充分处理后,使碳元素完全转化为碳酸钙,过滤、洗涤、干燥,测得质量为1.000g。
则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为________。
(1)为防止副反应的发生,制备氨基甲酸铵的原料氨气必须进行干燥。
因为氨气是碱性气体,所以干燥氨气应该用碱石灰。
(2)用碳酸盐和酸反应制CO2,生成的CO2必须进行净化和干燥处理,而直接利用干冰制备CO2,不需要净化和干燥;
又因为干冰升华变为CO2气体是吸热反应,可以提供低温环境,使平衡正向移动,可以提高转化率。
(3)恒压滴液漏斗代替分液漏斗可以平衡内外压强,使氨水顺利滴下。
(4)氨气是碱性气体,浓硫酸是强酸,且具有吸水性,所以浓硫酸起到吸收多余的氨气,同时防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解的作用。
(5)产物是碳酸钙,其物质的量为1.000g÷
100g/mol=0.01mol。
设样品中氨基甲酸铵物质的量为xmol,碳酸氢铵物质的量为ymol,依据碳原子守恒得到:
x+y=0.01,又因为78x+79y=0.782,解得x=0.008,y=0.002,则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为0.008mol÷
0.01mol×
100%=80%。
(1)碱石灰
(2)不需要干燥 提供低温环境,提高转化率
(3)使氨水顺利滴下
(4)吸收多余氨气;
防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解
(5)0.80或80%
3.(2017·
潍坊期末)硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]是分析化学中的重要试剂,在隔绝空气加热至500℃时能完全分解,分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等。
某化学小组选用如图所示装置进行实验(夹持装置略),探究此反应产物。
(1)甲同学根据可能生成的气体产物,设计下列实验:
操作步骤
实验现象
结论或解释
①按________的顺序组装仪器并进行实验
②__________
气体产物中既有H2O,也有NH3
③按A、C、D、E的顺序组装仪器并进行实验,其中装置C的作用是________
C中无明显现象,D中生成白色沉淀
④D中发生反应的离子方程式为________
(2)乙同学称取14.20g硫酸亚铁铵固体,隔绝空气加热至500℃时使其完全分解,冷却后称得固体质量为4.00g,则所得固体产物的化学式为________(硫酸亚铁铵的摩尔质量为284g·
mol-1)。
(3)实验证明:
(NH4)2Fe(SO4)2受热分解除上述产物外,还有N2生成,试写出硫酸亚铁铵在隔绝空气的条件下加热至500℃时的分解反应方程式:
___________
(1)实验验证分解产物中含有氨气和水蒸气,选择装置A先通入氮气排净装置中的空气,加热分解硫酸亚铁铵,分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等,通过装置F中无水硫酸铜检验生成的水,再通过装置E中的足量NaOH浓溶液除去水蒸气、硫的氧化物,通过装置B检验氨气,通入后溶液变红色说明生成气体中含氨气,所选用装置的正确连接顺序为AFEB。
③装置C中含有HCl可以吸收生成的NH3,BaCl2溶液可以检验是否含有SO3,以避免对SO2检验的干扰。
D中产生白色沉淀,是(NH4)2Fe(SO4)2受热分解生成的SO2被H2O2氧化后与BaCl2生成BaSO4沉淀,离子方程式为SO2+H2O2+Ba2+===BaSO4↓+2H+。
(2)14.20g(NH4)2Fe(SO4)2中Fe的物质的量为
=0.05mol,Fe的质量为0.05mol×
56g·
mol-1=2.80g,则分解后固体中n(O)=
=0.075mol,Fe、O的物质的量之比为0.05mol∶0.075mol=2∶3,则固体产物为Fe2O3。
(3)实验证明(NH4)2Fe(SO4)2受热分解生成氨气、二氧化硫、氧化铁、水,还有N2产生,结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为2(NH4)2Fe(SO4)2
Fe2O3+4SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O。
(1)①A、F、E、B ②F中无水硫酸铜变蓝,B中溶液变红 ③吸收NH3,验证是否含有SO3 ④SO2+H2O2+Ba2+===BaSO4↓+2H+
(2)Fe2O3
(3)2(NH4)2Fe(SO4)2
Fe2O3+2NH3↑+N2↑+5H2O+4SO2↑
4.(2017·
山东青岛质检)氯化铁可用作金属蚀刻、有机合成的催化剂,研究其制备及性质是一个重要的课题。
(1)氯化铁晶体的制备:
①实验过程中装置乙发生反应的离子方程式有________________________,装置丙的作用为________。
②为顺利达到实验目的,上述装置中弹簧夹打开和关闭的顺序为____________。
③反应结束后,将乙中溶液边加入________________,边进行加热浓缩、________、过滤、洗涤、干燥即得到产品。
(2)氯化铁的性质探究:
某兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧,在试管底部得到固体。
为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。
(查阅文献知:
①FeCl3溶液浓度越大,水解程度越小;
②氯化铁的熔点为306℃、沸点为315℃,易升华,气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2;
③FeCl2的熔点为670℃)
解释原因
打开K,充入氮气
D中有气泡产生
①充入N2的原因是________
关闭K,加热至600℃,充分灼烧固体
B中出现棕黄色固体
②产生现象的原因是________
实验结束,振荡C静置
③
④________________(用相关的方程式说明)
⑤结合以上实验和文献资料,该固体可以确定的成分有________
(1)②弄清反应的原理才能正确地打开或关闭各弹簧夹。
从所给装置和药品看,要先在乙中制备FeCl2:
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,然后再将甲中产生的Cl2通入乙中制备FeCl3:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3。
制备FeCl2时,产生的H2无法用NaOH溶液吸收,因此要关闭弹簧夹3,打开弹簧夹2,同时还要关闭弹簧夹1,当铁屑完全溶解后,FeCl2制备完成,需要通入Cl2,此时应打开弹簧夹1,同时关闭弹簧夹2,打开弹簧夹3,以吸收未反应的Cl2。
③FeCl3易水解,因此不能将乙中的FeCl3溶液直接加热浓缩,而要先加入一定量的浓盐酸以抑制Fe3+的水解。
(2)②加热至600℃时,已远超FeCl3的沸点,此时FeCl3变为气态,同时部分发生分解,B中出现的棕黄色固体就是凝华后得到的FeCl3固体。
③FeCl3受热分解生成FeCl2和Cl2,Cl2进入C装置与NaBr反应生成Br2,振荡后Br2溶于CCl4,静置,液体分两层,下层是橙红色的Br2的CCl4溶液,上层是无色的NaCl溶液。
⑤本实验的固体是兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧得到的,由探究实验可知原固体中一定有FeCl3和FeCl2,而根据查阅文献获得的信息①可知,即使是饱和FeCl3溶液,也是有FeCl3发生水解的,只是程度小而已,这样在蒸干后得到的固体中就会有少量Fe(OH)3,再灼烧,Fe(OH)3分解为Fe2O3,所以原固体中可以确定的成分有FeCl3、FeCl2、Fe2O3。
(1)①Fe+2H+===Fe2++H2↑、Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl- 吸收多余的氯气
②关闭弹簧夹1和3,打开弹簧夹2,待铁屑完全溶解后打开弹簧夹1和3,关闭弹簧夹2
③浓盐酸 冷却结晶
(2)①排出装置内的空气 ②FeCl3易升华 ③溶液分层,上层接近无色,下层橙红色 ④2FeCl3
2FeCl2+Cl2、2Br-+Cl2===Br2+2Cl- ⑤FeCl3、FeCl2、Fe2O3
5.(2017·
海淀区期末)为探究FeCl3溶液中的离子平衡和离子反应,某小组同学进行了如下实验。
(1)配制50mL1.0mol·
L-1的FeCl3溶液,测其pH约为0.7;
即c(H+)=0.2mol·
L-1。
①用化学用语解释FeCl3溶液呈酸性的原因:
_________________________
_________________________________________________________________。
②下列实验方案中,能使FeCl3溶液pH升高的是________(填字母序号)。
a.加水稀释 b.加入FeCl3固体
c.滴加浓KSCN溶液d.加入NaHCO3固体
(2)小组同学利用上述FeCl3溶液探究其与足量锌粉的反应。
实验操作及现象如下:
操作
现象
向反应瓶中加入6.5g锌粉,然后加入50mL1.0mol·
L-1的FeCl3溶液,搅拌
溶液温度迅速上升,稍后出现红褐色沉淀,同时出现少量气泡;
反应一段时间后静置,上层溶液为浅绿色,反应瓶底部有黑色固体
收集检验反应过程中产生的气体
集气管口靠近火焰,有爆鸣声
已知:
Zn的性质与Al相似,能发生反应:
Zn+2NaOH===Na2ZnO2+H2↑
①结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因:
_____________。
②用离子方程式解释反应后溶液为浅绿色的原因:
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
③分离出黑色固体,经下列实验证实了其中含有的主要物质。
i.黑色固体可以被磁铁吸引;
ii.向黑色固体中加入足量的NaOH溶液,产生气泡;
iii.将ii中剩余固体用蒸馏水洗涤后,加入稀盐酸,产生大量气泡;
iv.向iii反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无变化。
a.黑色固体中一定含有的物质是________。
b.小组同学认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有Fe3O4,理由是_____________________________________________________________________
(3)为进一步探究上述1.0mol·
L-1FeCl3溶液中Fe3+和H+氧化性的相对强弱,补充实验并观察到反应开始时现象如下:
将5mL1.0mol·
L-1的FeCl3溶液与0.65g锌粉混合
溶液温度迅速上升,开始时几乎没有气泡
将________与0.65g锌粉混合
溶液中立即产生大量气泡
小组同学得出结论:
在1.0mol·
L-1FeCl3溶液中,Fe3+的氧化性比H+更强。
(1)①FeCl3是强酸弱碱盐,FeCl3水解使FeCl3溶液显酸性,离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+。
②加水稀释,铁离子的浓度减小,水解生成的氢离子的浓度减小,pH升高,a正确;
加入FeCl3固体,铁离子的浓度增大,水解生成的氢离子的浓度增大,pH降低,b错;
滴加浓KSCN溶液,铁离子可与硫氰根离子结合为Fe(SCN)3,使铁离子的浓度减小,水解生成的氢离子的浓度减小,pH升高,c正确;
加入NaHCO3固体,碳酸氢根离子可与铁离子水解生成的氢离子反应,使氢离子浓度降低,pH升高,d正确。
(2)①锌可与铁离子水解生成的氢离子反应生成氢气,使氢离子浓度减小,同时,溶液温度升高,都会促进Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+正向移动,出现红褐色Fe(OH)3沉淀;
②锌可与溶液中的FeCl3发生氧化还原反应生成FeCl2,FeCl2的水溶液为浅绿色,反应的离子方程式为2Fe3++Zn===2Fe2++Zn2+;
③黑色固体可以被磁铁吸引,说明可能含有Fe或Fe3O4,由已知信息可知,Zn的性质与Al的性质相似,可与NaOH溶液反应生成氢气,所以向黑色固体中加入足量的NaOH溶液,产生气泡,说明黑色固体肯定有Zn,由于加入足量的NaOH溶液,则Zn在这一过程中已反应完,ii中剩余固体中已无Zn,将ii中剩余固体用蒸馏水洗涤后,加入稀盐酸,产生大量的气泡,说明黑色固体中肯定有Fe,故黑色固体中一定有的物质是Zn和Fe。
(3)该物质与锌粉混合可产生大量的气泡,说明加入的物质应为盐酸,由于1.0mol·
L-1的FeCl3溶液的pH=0.7,氢离子浓度为0.2mol·
L-1,所以加入盐酸的浓度也应为0.2mol·
L-1,或pH=0.7。
(1)①Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
②acd
(2)①溶液温度升高,反应过程中出现H2使溶液中c(H+)降低,都会促进Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+正向移动,出现红褐色Fe(OH)3沉淀
②2Fe3++Zn===2Fe2++Zn2+
③a.Fe和Zn
b.iii中,若存在Fe3O4,稀盐酸与Fe3O4反应产生的Fe3+可与Fe继续反应生成Fe2+,导致在iv中检测不到Fe3+,与没有Fe3O4得到的iv中现象相同
(3)5mL0.2mol·
L-1(或pH=0.7)的盐酸(可不考虑Cl-对反应的影响)
6.(2017·
大连双基测试)某学习小组在通过反应:
Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O研究反应速率的影响因素后,对Na2S2O3产生了兴趣,查资料知Na2S2O3的名称为硫代硫酸钠,可视为1个S原子取代了Na2SO4中的1个O原子。
该实验小组运用类比学习的思想预测了Na2S2O3的某些性质,并通过实验探究了自己的预测。
[提出假设]
(1)部分学生认为Na2S2O3与Na2SO4结构相似,化学性质也相似,因此室温时Na2S2O3溶液的pH________(填“>
”“<
”或“=”)7。
(2)部分学生由S元素化合价推测Na2S2O3与Na2SO3性质相似,均具有较强的________。
[实验探究]
取适量Na2S2O3晶体,溶于水中制成Na2S2O3溶液,进行如下探究(填写表中空格)。
实验操作
现象解释
(用离子方程式表示)
探究①
(3)________
溶液pH=8
(4)________
探究②
向新制氯水(pH<
2)中滴加少量Na2S2O3溶液
氯水颜色变浅
(5)________
[实验结论]
(6)探究①______________________________________________________。
(7)探究②___________________________________________________。
[问题讨论]
(8)甲同学向“探究②”反应后的溶液中滴加硝酸银溶液,观察到有白色沉淀产生,并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化。
你认为该方案是否正确并说明理由:
(9)请你重新设计一个实验方案,证明Na2S2O3被氯水氧化。
你的方案是_____________________________________________________________________
(1)Na2S2O3与Na2SO4结构相似,化学性质也相似,Na2SO4溶液是中性的,则Na2S2O3溶液也呈中性,猜测pH=7。
(2)Na2S2O3与Na2SO3中S元素化合价分别是+2价和+4价,低价态的元素具有还原性。
(3)实验操作是测定溶液的pH,测定方法是用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部,迅速将试纸颜色与标准比色卡对照以确定溶液的pH。
(4)pH=8,溶液显碱性的原因是盐类水解,离子方程式是S2O
+H2OHS2O
+OH-。
(5)向新制氯水(pH<
2)中滴加少量Na2S2O3溶液,氯水颜色变浅,发生了氧化还原反应,氯气是氧化剂,硫代硫酸钠是还原剂,方程式是S2O
+4Cl2+5H2O===2SO
+8Cl-+10H+。
(6)实验探究①的结论是硫代硫酸钠溶液呈碱性。
(7)实验探究②硫代硫酸钠和氯水发生氧化还原反应,氯水是氧化剂,硫代硫酸钠是还原剂,结论是硫代硫酸钠具有还原性。
(8)因为即使氯水不跟硫代硫酸钠反应,也存在Cl-,加入硝酸银溶液,也产生白色沉淀,不能说明氯水氧化硫代硫酸钠。
(9)证明硫代硫酸钠被氧化,可以从生成物有SO
来鉴定,所以设计的方案是硫酸根离子的鉴别,方案:
取少量反应后的溶液,向其中滴入氯化钡溶液,若观察到有白色沉淀产生,则说明Na2S2O3能被氯水氧化。
(1)=
(2)还原性
(3)用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部,将试纸颜色与标准比色卡对照
(4)S2O
+OH-
(5)S2O
+8Cl-+10H+
(6)Na2S2O3溶液呈碱性
(7)Na2S2O3具有还原性
(8)不正确,因氯水中含有Cl-,也会生成AgCl沉淀
(9)取少量反应后的溶液,向其中滴入氯化钡溶液,若观察到有白色沉淀产生,则说明Na2S2O3被氯水氧化
7.漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。
实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品,其中肯定存在CaCl2,请设计实验,探究该样品中可能存在的其他固体物质。
(1)提出合理假设。
假设1:
该漂白粉未变质,只含有________;
假设2:
该漂白粉全部变质,
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