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探究实验练习题
探究实验练习题
【基础达标】
1.【2014马鞍山期末】(15分)
王老师在用酒精喷灯做“铁与水蒸气反应”后,该校高一化学研究性小组同学对得到的黑色固体物质进行了如下实验:
(1)甲同学认为:
该黑色固体为四氧化三铁。
请写出黑色固体溶于稀盐酸的化学方程式______;
(2)乙同学提出:
根据上述实验现象甲同学的观点不可靠,理由是______;
(3)深红色溶液C放置一段时间后,发现红色褪去。
关于溶液褪色的原因,同学们纷纷猜想:
假设一:
氯水有强氧化性,将溶液中的SCN—氧化;
假设二:
空气中有还原性物质,将______;
假设三:
氯水有极强的氧化性,将______;
基于假设一,为验证合理与否,可选用试剂:
浓硫酸、1.0mol•L—1HNO3、1.0mol•L—1盐酸、1.0mol•L—1NaOH、0.lmol?
L—1FeC13、0.lmol•L—1CuSO4、20%KSCN、蒸馏水。
(4)乙同学用酒精灯加热做铁与水蒸气反应的实验,也得到了黑色固体,它不能被磁铁吸引,当加入盐酸溶解该固体时,溶液呈浅绿色,再滴加KSCN溶液不变色。
由此她认为生成该固体的化学方程式为______。
【答案】
(1)Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O(2分)
(2)该黑色固体不一定仅仅是Fe3O4,当黑色固体为Fe3O4和FeO或Fe3O4和Fe或Fe3O4、FeO和Fe时,也都有上述现象(3分,视回答合理程度酌情给分)
(3)溶液中的Fe3+还原为Fe2+ (2分)溶液中的+3价铁氧化为更高的价态(2分,回答合理均可得分)
(4)
(2分)
【解析】
(1)四氧化三铁可以写作Fe2O3?
FeO,所以四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式为Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O。
(2)由于该黑色固体不一定仅仅是Fe3O4,当黑色固体为Fe3O4和FeO或Fe3O4和Fe或Fe3O4、FeO和Fe时,也都有上述现象,因此结论是不准确的。
(3)溶液显红色是由于铁离子与KSCN溶液反应形成的。
如果红色逐渐褪去,则可能的原因是氯水有强氧化性,将溶液中的SCN—氧化;或者空气中有还原性物质,将溶液中的Fe3+还原为Fe2+;或者氯水有极强的氧化性,将溶液中的+3价铁氧化为更高的价态。
如果是由于氯水有强氧化性,将溶液中的SCN—氧化,则可以向反应后的溶液中继续加入足量的KSCN溶液,如果溶液变红色,这说明假设1是正确的。
或者取少量褪色后溶液,加入0.1mol•L—1FeCl3溶液,如果溶液不变红色,则假设1是正确的。
(4)不能被磁铁吸引,说明没有铁。
当加入盐酸溶解该固体时,溶液呈浅绿色,再滴加KSCN溶液不变色,这说明溶液中含有的是亚铁离子,而不是铁离子,因此黑色固体是氧化亚铁,所以铁与水蒸气反应的化学方程式为
考点:
考查铁与水蒸气反应生成物判断的实验探究、实验方案设计与评价、离子检验
2.【2015南开中学模拟】(17分)
某化学活动小组设计如下图所示(部分夹持装置已略去)实验装置,以探究潮湿的Cl2与Na2CO3反应得到的固体物质。
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式:
(2)写出试剂Y的名称:
______。
(3)已知:
通入一定量的氯气后,测得D中只有一种常温下为黄红色的气体,其为含氯氧化物。
可以确定的是C中含有的氯盐只有一种,且含有NaHCO3,现对C成分进行猜想和探究。
①提出合理假设:
假设一:
存在两种成分:
NaHCO3和______假设二:
存在三种成分:
NaHCO3和______、______。
②设计方案,进行实验。
请写出实验步骤以及预期现象和结论(可不填满)。
限选实验试剂和仪器:
蒸馏水、稀硝酸、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。
(4)己知C中有0.1molCl2参加反应。
若假设一成立,可推知C中反应的化学方程式为______。
(5)常温下Na2CO3和NaHCO3均为0.1mol/L的混合溶液中,c(OH﹣)-c(H+)=______(用含碳元素的粒子浓度表示),在该溶液中滴加稀盐酸至中性时,溶液中溶质的成分有______。
【答案】10(共17分)
(1)4H+ +2Cl- +MnO2=Mn2+ +Cl2↑+2H2O(2分)
(2)饱和食盐水(2分)
(3)NaCl;NaCl、Na2CO3 (各1分);BaCl2溶液(2分);AgNO3溶液(2分)
(4)2Cl2+2Na2CO3 +H2O=2NaHCO3 +2NaCl+Cl2O(2分)
(5)1/2c(HCO3-)+3/2c(H2CO3)-1/2c(CO32-)(2分);NaCl、NaHCO3 、CO2(或H2CO3)(2分)
【解析】
(1)本题探究的是氯气和碳酸钠反应,所以A装置为氯气的制备装置,所以发生的离子方程式为:
4H+ +2Cl- +MnO2=Mn2+ +Cl2↑+2H2O。
(2)浓盐酸易挥发,所以氯气中混有HCl气体,B装置为除杂装置,试剂选用饱和食盐水溶液。
(3)①根据题意,反应所得的C中只有一种氯盐,还含有NaHCO3,所以该氯盐是NaCl,所以假设一为NaHCO3和NaCl,假设二的三种成分分别为NaHCO3 、NaCl、Na2CO3 。
②设计方案验证假设,则应该证明NaCl、Na2CO3 的存在,即证明Cl-、CO32-的存在。
根据实验步骤,步骤2为碳酸根的检验,因此可选用试剂BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,说明有碳酸钠,无明显现象则没有碳酸钠;步骤3为检验氯离子,因此选用试剂AgNO3溶液,若白色沉淀产生变浑浊则存在氯化钠,若无明显现象,则无氯化钠,再结合步骤2讨论假设成立。
(4)若假设一成立,则生成物为氯化钠和碳酸氢钠,所以必然有H2O参加反应,同时生成了黄红色的气体,所以该气体为氯的氧化物Cl2O,发生了氧化还原反应,方程式为:
2Cl2+2Na2CO3 +H2O=2NaHCO3 +2NaCl+Cl2O。
(5)根据电荷守恒,相同条件下浓度均为0.1mol/LNa2CO3和NaHCO3的混合溶液有电荷守恒式:
c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-),若不考虑弱离子水解,则c(Na+)=0.3mol/L,c(CO32-)=c(HCO3-)=0.1mol/L,所以c(Na+)=3/2[c(CO32-)前+c(HCO3-)前];由于CO32- 、HCO3-均发生水解产生了H2CO3 ,所以水解以后c(Na+)=3/2[c(CO32-)前+c(HCO3-)前]=3/2[c(CO32-)+c(HCO3-)+C(H2CO3)];把此式带入到电荷守恒式得3/2[c(CO32-)+c(HCO3-)+C(H2CO3)]+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-),移项得c(OH﹣)-c(H+)=3/2[c(CO32-)+c(HCO3-)+C(H2CO3)]-2c(CO32- )-c(HCO3-)=1/2c(HCO3-)+3/2c(H2CO3)-1/2c(CO32-)。
在该溶液中滴加稀盐酸至中性时,溶液中溶质的成分有NaCl、NaHCO3 、CO2 。
考点:
本题考查的是实验探究、氧化还原反应方程式的配平、离子检验、离子浓度大小比较等。
【能力提升】
1.【2010•课标全国卷,28】
某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有______;
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是______;
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是______;
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有______(答两种);
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。
将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
①请完成此实验设计,其中:
V1=______,V6=______,V9=______。
②反应一段时间后,实验A中的金属呈______色,实验E中的金属呈______色;
③该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。
请分析氢气生成速率下降的主要原因。
【答案】
(1)CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn可形成Cu-Zn原电池,加快了氢气产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等(答两种即可)
(5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积而使反应速率下降
【解析】
(1)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应:
CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。
(2)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了Cu-Zn原电池,大大加快了生成氢气的反应速率。
(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池,都可以加快生成氢气的反应速率,故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。
(4)要加快生成氢气的反应速率,还可以采取如下措施:
升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。
(5)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响,故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同,则硫酸溶液的体积均取30mL,根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL,可以求得V6=10mL,V8=19.5mL,V9=17.5mL,V10=15mL。
当溶液中没有铜析出时,故显示的是锌的颜色:
灰黑色,E中析出较多的铜,则显示了铜晶体的颜色:
暗红色。
由于析出的铜的量较多,会覆盖在锌的表面,使得锌与稀硫酸接触面积大大减小,故反应速率反而减慢了。
2.MnO2是中学化学中常见的一种试剂,可作氧化剂和催化剂。
某兴趣小组通过实验对MnO2的性质进行了一系列的研究。
(1)欲探究MnO2的催化效果,需要用30%的H2O2溶液(密度近似为1g•cm-3)配制浓度为3%的H2O2溶液(密度近似为1g•cm-3)100mL。
简述其配制方法:
______。
(2)该小组设计了如下4个方案以验证MnO2的氧化性,可行的是______。
A.把MnO2固体加入到FeSO4溶液中,再加入KSCN溶液,观察溶液是否变血红
B.把MnO2固体加入到FeCl3溶液中,再加入KSCN溶液,观察溶液是否变血红
C.把MnO2固体加入到Na2SO3溶液中,再加入BaCl2溶液,观察是否有白色沉淀生成
D.把MnO2固体加入到稀盐酸中,观察是否有黄绿色气体生成
(3)该小组为研究在不同酸碱性的溶液中MnO2的氧化能力,他们控制KI溶液的浓度和MnO2固体的质量相同,恒定实验温度在298K,设计如下对比实验:
从上述对比实验中,可以得出的结论是______。
写出在酸性条件下,MnO2氧化I-的离子方程式______。
(4)利用二氧化锰的氧化性,让其与浓盐酸反应制取氯气,下列仪器可作为该反应的反应容器的是______(填序号)。
【答案】
(1)用量筒量取10.0mL30%的H2O2溶液放入烧杯中,再加入90mL水,搅拌均匀
(2)A
(3)酸性越强,MnO2氧化性越强 MnO2+2I-+4H+===Mn2++I2+2H2O
(4)AD
【解析】
(1)需30%的H2O2溶液100mL×3%÷30%=10mL,质量为10g,需水90g,即90mL。
(2)B项MnO2固体不可能将FeCl3氧化,加入KSCN溶液也无实际意义;C项无论Na2SO3是否被氧化,都能生成白色沉淀;D项MnO2不能将稀盐酸氧化。
(3)根据信息,棕褐色应该是I2溶液的颜色,因而MnO2将I-氧化为单质,本身被还原为Mn2+,据此可写出相应的离子方程式。
(4)C为容量瓶,不能加热;B为烧杯,无法将制得的氯气导入集气瓶。
【终极闯关】
1.【2015福建理综化学】(15分)某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。
实验一制取氯酸钾和氯水
利用右图所示的实验装置进行实验。
(1)制取实验结束后,取出B中试管冷却结晶、过滤、洗涤。
该实验操作过程需要的玻璃仪器有______。
(2)若对调B和C装置的位置,_____(填“能”或“不能”)提高B中氯酸钾的产率。
实验二氯酸钾与碘化钾反应的探究
(3)在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3 。
该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行):
①系列a实验的实验目的是_____。
②设计1号试管实验的作用是_____。
③若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,则此反应的离子方程式为_____。
实验三测定饱和氯水中氯元素的总量
(4)该小组设计的实验方案为:
使用右图装置,加热15.0ml饱和氯水试样,测定产生气体的体积。
此方案不可行的主要原因是_____。
(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)
(5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操
作过程的细节):
_____资料:
i.次氯酸会破坏酸碱指示剂;
ii.次氯酸或氯水可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl-。
【答案】(15分)
(1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可);
(2)能;
(3)①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响;②硫酸浓度为0的对照实验;③ClO3-+6I-+6H+=Cl-+3I2+3H2O
(4)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)。
(5)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)。
【解析】
(1)制取实验结束后,取出B中试管冷却结晶、过滤、洗涤。
根据进行该实验操作过程使用的仪器可知:
在该实验操作过程需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管;
(2)Cl2与热的KOH溶液发生反应产生氯酸钾和氯化钾及水,与冷的KOH发生反应产生的在KCl、KClO和水。
因此若对调B和C装置的位置,可以除去Cl2中的混有的杂质HCl气体,减少氯气溶解对反应造成的溶液显酸性的不利影响,故能提高B中氯酸钾的产率。
(3)①根据表格数据可知:
KI、KClO3的物质的量不变,改变的只有硫酸的体积和水的多少,二者的和相等,及硫酸的浓度不同,而溶液的体积相同。
可见该实验研究的目的就是研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响;②设计1号试管实验的作用是硫酸溶液没有加入,即硫酸的浓度是0,可以进行对照实验,比较硫酸不同浓度的影响。
③若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色,证明产生了I2;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,根据氧化还原反应中电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得该反应的离子方程式为ClO3-+6I-+6H+=Cl-+3I2+3H2O。
(4)该小组设计的实验方案为:
使用右图装置,加热15.0ml饱和氯水试样,测定产生气体的体积。
此方案不可行,主要原因是在溶液中存在Cl2的重新溶解及HClO分解产生HCl和氧气等。
(5)由于次氯酸会破坏酸碱指示剂,因此实验设计时不用酸碱指示剂,可以利用氯水的强氧化性,向该溶液中加入足量的足量的H2O2溶液,发生氧化还原反应产生Cl-,H2O2被氧化变为O2,然后加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,发生沉淀反应形成AgCl沉淀,称量沉淀质量可根据物质的元素组成确定其中含有的氯元素的质量。
2.【2015安徽理综化学】(14分)
某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol•L-1的Ba(NO3)2溶液中,得到了BaSO4沉淀,为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2,该小组突出了如下假设:
假设一:
溶液中的NO3-
假设二:
溶液中溶解的O2
(1)验证假设一
该小组涉及实验验证了假设一,请在下表空白处填写相关实验现象
(2)为深入研究该反应,该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入SO2体积的变化曲线入下图
实验1中溶液pH变小的原因是_____;V1时,实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)_____。
(3)验证假设二
请设计实验验证假设二,写出实验步骤,预期现象和结论(不要求写具体操作过程)。
(4)若假设二成立,请预测:
在相同条件下,分别通入足量的O2和KNO3,氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计),充分反映后两溶液的pH前者_____(填大于或小于)后者,理由是_____
【答案】
(1)无明显现象、有白色沉淀生成
(2)SO2溶于水后生成H2SO3 ;
3SO2+2NO3-+2H2O=3SO42-+4H++2NO;
(3)
(4)小于,反应的离子方程式表明,足量的O2和NO3-分别氧化相同的H2SO3,生成的H+的物质的量前者多余后者
【解析】
(1)根据强酸制弱酸的原理,亚硫酸是弱酸不能制备盐酸,故实验1无现象,SO2溶于水后生成H2SO3,亚硫酸显酸性,电离出H+,和NO3-结合生成硝酸,具有强氧化性,将SO32-氧化成SO42-,故生成白色的BaSO4沉淀;
(2)SO2溶于水后生成H2SO3,亚硫酸显酸性,故pH值减小;3SO2+2NO3-+2H2O=3SO42-+4H++2NO;
(3)
(4)小于,反应的离子方程式表明,足量的O2和NO3-分别氧化相同的H2SO3,生成的H+的物质的量前者多余后者(其它合理答案也正确)。
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