高考化学二轮复习简易通 上篇 专题四 第13讲 化学实验方案的设计与评价训练试题.docx
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高考化学二轮复习简易通上篇专题四第13讲化学实验方案的设计与评价训练试题
第13讲化学实验方案的设计与评价
(时间:
45分钟 分值:
100分)
(共6个题,共100分)
1.(2013·福建理综,25)(16分)固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。
某学习小组以Mg(NO3)2为研究对象,拟通过实验探究其热分解的产物,提出如下4种猜想:
甲:
Mg(NO2)2、NO2、O2
乙:
MgO、NO2、O2
丙:
Mg3N2、O2
丁:
MgO、NO2、N2
(1)实验小组成员经讨论认定猜想丁不成立,理由是________________________________________________________________。
查阅资料得知:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
针对甲、乙、丙猜想,设计如下图所示的实验装置(图中加热、夹持仪器等均省略):
(2)实验过程
①仪器连接后,放入固体试剂之前,关闭k,微热硬质玻璃管(A),观察到E中有气泡连续放出,表明__________。
②称取Mg(NO3)2固体3.7g置于A中,加热前通入N2以驱尽装置内的空气,其目的是________;关闭k,用酒精灯加热时,正确操作是先________,然后固定在管中固体部位下加热。
③观察到A中有红棕色气体出现,C、D中未见明显变化。
④待样品完全分解,A装置冷却至室温、称量,测得剩余固体的质量为1.0g。
⑤取少量剩余固体于试管中,加入适量水,未见明显现象。
(3)实验结果分析讨论
①根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想______是正确的。
②根据D中无明显现象,一位同学认为不能确认分解产物中有O2,因为若有O2,D中将发生氧化还原反应:
______________(填写化学方程式),溶液颜色会褪去;小组讨论认定分解产物中有O2存在,未检测到的原因是____________
_________________________________________________________________。
③小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善,需改进装置进一步探究。
解析
(1)丁产物中只有N的化合价降低,没有化合价升高的,不符合电子守恒规律。
(2)在做有关气体多步连续实验时,首先应检查装置的气密性,还要考虑装置中的空气对产物的生成及检验是否会产生影响,若有干扰必须先排净干扰气体。
对玻璃加热时要先均匀预热,再集中加热。
(3)①不可能是甲,因为甲中Mg(NO2)2可溶于水。
不可能是丙,因为丙中Mg3N2能与水反应产生NH3和Mg(OH)2沉淀。
只能是乙,Mg(NO3)2 ~ MgO
14840
3.7gm
m=40×
=1.0g
氧化镁难溶于水,且符合质量变化。
②Na2SO3具有还原性,能被O2氧化;NO2和O2可被NaOH共同吸收。
答案
(1)不符合氧化还原反应原理(或其他合理答案)
(2)①装置气密性良好 ②避免对产物O2的检验产生干扰(或其他合理答案)移动酒精灯预热硬质玻璃管
(3)①乙 ②2Na2SO3+O2===2Na2SO4 O2在通过装置B时已参与反应(或其他合理答案)
2.(2013·广东深圳月考)(17分)某小组的同学对放置已久的过氧化钠的成分进行探究,请回答下列问题:
(1)反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑的还原剂是________(写化学式);反应2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2中,每生成1molO2转移________mol电子。
(2)进行探究:
①提出假设。
假设1:
全部是Na2O2
假设2:
全部是Na2CO3
假设3:
________________
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、1mol·L-1H2SO4溶液、澄清石灰水、淀粉-KI溶液、酚酞溶液、火柴、试管、小烧杯、胶头滴管。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1:
取少量固体样品于试管中,滴加足量1mol·L-1H2SO4溶液,然后将内壁附有澄清石灰水的烧杯罩于试管口
若澄清石灰水未见浑浊,则假设1成立;
若澄清石灰水变浑浊,则_____________________________________
步骤2:
步骤3:
解析
(1)Na2O2与H2O反应时,Na2O2既是氧化剂又是还原剂;Na2O2与CO2反应时,每生成1molO2转移2mol电子。
(2)Na2O2在空气中与CO2和H2O反应分别生成Na2CO3、NaOH,NaOH在空气中与CO2反应最终也生成Na2CO3,所以不可能有NaOH,故有三种假设情况。
答案
(1)Na2O2 2
(2)①Na2O2与Na2CO3的混合物
②假设2或假设3成立 步骤2:
另取少量固体样品于试管中,滴加适量蒸馏水,将带火星的火柴放在试管口 若带火星的火柴复燃,则假设3成立;若带火星的火柴不复燃,则假设2成立
3.(2013·山东理综,30)(18分)TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。
(1)实验室利用反应TiO2(s)+CCl4(g)
TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下制备TiCl4,实验装置示意图如下:
有关物质性质如下表:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。
装置E中的试剂是________。
反应开始前依次进行如下操作:
组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括:
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。
正确的顺序为________(填序号)。
欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是________。
(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括:
酸溶 FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)
水解 TiOSO4(aq)+2H2O(l)
H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
简要工艺流程如下:
①试剂A为________。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度过高会导致产品TiO2产率降低,原因是______________________________________________
_________________________________________________________________。
②取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,再加H2O2后出现微红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2也会发黄,发黄的杂质是____________________(填化学式)。
解析
(1)注意审题,该反应是在无水无氧条件下制备的;安装完装置,首先检查气密性,然后装入药品。
根据反应条件,N2必须进行干燥处理(干燥管)。
然后通过N2排除系统内的空气(O2),点燃酒精灯,使反应发生。
为了防止倒吸,反应结束后,应先熄灭酒精灯,再冷却到室温,最后停止通N2。
在D中冷凝的液体有CCl4和TiCl4,根据沸点不同,可采用分馏的方法分离。
(2)①加入H2SO4,除发生FeTiO3酸溶外,还发生反应Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,为了使Fe3+转化成Fe2+,所以应加入Fe粉(A),钛液中含有FeSO4和TiOSO4,考虑到温度越高,TiOSO4的水解程度越大,造成TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀,在过滤时,造成钛损失。
②由于Fe2+不可能全部结晶生成绿矾,造成H2TiO3中含Fe2+,滴入H2O2发生反应2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O,所以当加入KSCN后,显红色,由于在H2TiO3中含Fe2+,所以煅烧后会发生反应生成Fe2O3,造成TiO2发黄。
答案
(1)干燥管 浓H2SO4 检查气密性 ②③① 分馏(或蒸馏)
(2)①Fe 温度过高会导致TiOSO4提前水解,产生H2TiO3沉淀 ②Fe2+ Fe2O3
4.(2013·安徽理综,28)(16分)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72-转化为Cr3+。
某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。
为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验编号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O72-浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=________mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:
Fe2+起催化作用:
假设二:
________;
假设三:
________;
……
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。
溶液中Cr2O72-的浓度可用仪器测定)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
解析
(1)根据题意要求,调节不同初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,由此可知实验③改变的是草酸溶液用量,但应保持溶液总体积不变。
(2)草酸中碳的化合价为+3价,与强氧化性物质K2Cr2O7反应后,草酸应被氧化为CO2。
(3)根据实验①、②的曲线对比,在相同草酸用量不同pH时,反应速率不同,所以pH对该反应有一定的影响;在0~t1时间段内,v(Cr2O72-)=
mol·L-1·min-1,由Δc(Cr3+)=2Δc(Cr2O72-)所以v(Cr3+)=
mol·L-1·min-1。
(4)根据铁明矾组成离子可知,起催化作用的离子可能为Fe2+、Al3+、SO42-。
(5)可通过在其他条件不变时,加入等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O替代实验中的铁明矾,此时溶液中不存在Fe2+,但仍存在SO42-和Al3+,通过测定c(Cr2O72-)看是否仍然有催化效果来判断。
答案
(1)
实验编号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
3
20
20
(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响
(4)Al3+起催化作用 SO42-起催化作用
(5)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他条件与实验①相同,进行对比实验
反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2O72-)大于实验①中的c(Cr2O72-)则假设一成立,若两溶液中的c(Cr2O72-)相同,则假设一不成立
(本题属于开放性试题合理答案均可)
5.(2013·潮州质检)(16分)某化学课外活动小组通过实验探究NO2的性质。
已知:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O。
任务1:
利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2均为止水夹,夹持装置已略去)。
(1)E装置中制取NO2的化学反应方程式是_____________________________
_________________________________________________________________。
(2)若NO2能够被NH3还原,预期在C装置中观察到的现象是_________________________________________________________________。
(3)实验过程中,未能观察到C装置中的预期现象。
该小组同学从反应原理的角度分析了原因,认为有以下三种可能:
①NH3还原性较弱,不能将NO2还原;
②在此条件下,NO2的转化率极低;
③______________________________________________________________。
(4)此实验装置中一个明显的缺陷是___________________________________。
任务2:
探究NO2能否与Na2O2发生氧化还原反应。
(5)实验前,该小组同学提出三种假设。
假设1:
二者不反应;
假设2:
NO2能被Na2O2氧化;
假设3:
___________________________________________________________。
(6)
为了验证假设2,该小组同学选用任务1中的B、D、E装置,将B中的药品更换成Na2O2,另选F装置(如图所示),重新组装进行实验。
①装置的合理连接顺序是(某些装置可以重复使用)________。
②实验过程中,B装置中的粉末由淡黄色逐渐变成白色。
经检验,该白色物质为纯净物,且无其他物质生成。
推测B装置中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析
(1)E中浓硝酸与铜片发生反应生成NO2:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
(2)装置A用于制备NH3,NH3被碱石灰干燥后进入装置C中,装置E中生成的NO2经无水CaCl2干燥后也进入装置C中,由于NO2具有氧化性,NH3具有还原性,若NO2能被NH3还原,则在装置C中发生的反应为6NO2+8NH3===7N2+12H2O,随着红棕色的NO2被消耗,装置C中混合气体的颜色逐渐变浅。
(3)该同学是从反应原理探究NO2与NH3的反应,若在实验过程中,未能观察到C装置中的预期现象,需从二者是否能发生反应、能反应但NO2的转化率很低或者能反应但反应速率很小,短时间内NO2的消耗量很少,短时间内看不到明显的现象。
(4)由于多余的NH3、NO2会从装置C中竖放的玻璃管中逸出,从而会对环境造成影响,所以该实验需在装置C中竖放的玻璃管处连接一个尾气处理装置。
(5)根据价态分析,NO2中氮元素处于中间价态,既有氧化性,又有还原性,Na2O2中的O元素也是处于中间价态,也具有氧化性和还原性,所以假设3应该是NO2能被Na2O2还原(或NO2能氧化Na2O2)。
(6)①选择E装置制备NO2,选择D装置干燥NO2,选择B装置盛放Na2O2,选择F装置进行尾气处理,为防止F装置中的少量水蒸气对反应产生干扰,最好在B、F装置之间再加装D装置,故装置连接顺序为E→D→B→D→F。
②假设2是NO2能被Na2O2氧化,根据B装置中的实验现象“粉末由淡黄色逐渐变成白色”,说明Na2O2与NO2发生了反应,NO2为还原剂,分子中N元素的化合价升高至+5,反应产物又只有一种,推知为NaNO3,推测B装置中发生反应的化学方程式为2NO2+Na2O2===2NaNO3。
答案
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)C装置中混合气体的颜色变浅 (3)在此条件下,该反应的化学反应速率极小 (4)缺少尾气吸收装置
(5)NO2能被Na2O2还原(其他合理答案也可)
(6)①EDBDF ②2NO2+Na2O2===2NaNO3
6.(2013·广东肇庆二模,33)(17分)利用Y形管与其他仪器组合可以进行许多实验(固定装置略)。
分析并回答下列问题:
(1)实验目的:
验证SO2的氧化性。
将胶头滴管中浓硫酸分别滴入Y形管的两个支管中,所产生的两种气体相遇发生反应;SO2+2H2S===3S↓+2H2O,则在支管交叉处实验现象为________________,硫化亚铁处加水的目的是________________________。
(2)实验目的;探究SO2与BaCl2反应生成沉淀的条件。
SO2通入BaCl2溶液并不产生沉淀,再通入另一种气体后就产生白色沉淀。
常温下,若由右侧Y形管产生另一种气体,则在其左右支管应放置的药品是________和________,导气管A的作用是________________________。
(3)实验目的:
铁镁合金中铁含量的测定。
①读取量气管中数据时,若发现水准管中的液面高于量气管中液面,应采取的措施是________________________________________________________。
②若称得铁镁合金的质量为0.080g,量气管中初读数为1.00mL,未读数为45.80mL(已折算为标准状况),则合金中铁的百分含量为________(精确到0.01%)。
解析
(2)BaCl2溶液中通入SO2和碱性气体(或氧化性气体)可以生成沉淀,在右侧Y形管加入浓氨水、生石灰(或碱石灰或NaOH固体)。
(3)①读取量气管中数据时,应保持水准管中的液面和量气管中液面相平。
②设铁为xg,镁为yg,则x+y=0.08,
+
=
,解得x=0.056,y=0.024,故铁的百分含量为
×100%=70.00%。
答案
(1)管壁内有淡黄色固体生成 稀释浓硫酸,防止硫化氢被氧化
(2)浓氨水 生石灰(或碱石灰、固体NaOH) 保持集气瓶内外气压平衡,以便左右两边产生的气体顺利导入
(3)①放低(或移动)水准管位置,使水准管、量气管内液面相平 ②70.00%
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