专题二十三 化学实验方案的设计与评价.docx
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专题二十三化学实验方案的设计与评价
专题二十三化学实验方案的设计与评价
考点一 制备实验方案的设计与评价
1.(2013·安徽理综,8,6分)实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置
如图所示(省略夹持和净化装置)。
仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验,
最合理的选项是( )
选项
a中的物质
b中的物质
c中收集的气体
d中的物质
A
浓氨水
CaO
NH3
H2O
B
浓硫酸
Na2SO3
SO2
NaOH溶液
C
稀硝酸
Cu
NO2
H2O
D
浓盐酸
MnO2
Cl2
NaOH溶液
答案 B
2.(2011·上海化学,10,3分)草酸晶体(H2C2O4·2H2O)100℃开始失水,101.5℃熔化,150℃左右分解产生H2O、CO和CO2。
用加热草酸晶体的方法获取某些气体,应该选择的气体发生装置是(图中加热装置已略去)( )
答案 D
3.(2015·广东理综,33,17分)NH3及其盐都是重要的化工原料。
(1)用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3,反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为________。
(2)按
下图装置进行NH3性质实验。
①先打开旋塞1,B瓶中的现象是________,原因是________,稳定后,关闭旋塞1。
②再打开旋塞2,B瓶中的现象是______________________________________。
(3)设计实验,探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
限选试剂与仪器:
固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽(可控制温度)
①实验目的:
探究________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
②设计实验方案,拟定实验表格,完整体现实验方案(列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据,数据用字母表示;表中“V(溶液)”表示所配制溶液的体积)。
物理量
实验序号
V(溶液)/mL
……
1
100
……
2
100
……
③按实验序号1所拟数据进行实验,若读取的待测物理量的数值为Y,则NH4Cl水解反应的平衡转化率为________(只列出
算式,忽略水自身电离的影响)。
答案
(1)A C G
(2)①产生白色的烟 氯化氢与氨气反应生成了氯化铵小颗粒,氯化铵小颗粒形成白烟
②烧杯中的石蕊溶液会倒流进入到B瓶中且呈红色
(3)①温度
②
物理量
实验序号
V(溶液)/mL
NH4Cl质量(g)
pH
温度(℃)
……
1
100
m
Y
T1
……
2
100
m
Z
T2
……
③
4.(2015·江苏化学,19,15分)实验室用下图所示装置制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。
已知K2FeO4具有下列性质:
①可溶于水、微溶于浓KOH溶液,②在0℃~5℃、强碱性溶液中比较稳定,③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解,④在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。
(1)装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2,其离子方程式为___________________________________________________________________,
将制备的Cl2通过装置B可除去________________(填化学式)。
(2)Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。
在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下,控制反应在0℃~5℃进行,实验中可采取的措施是________、________。
(3)制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液的混合方式为________。
(4)提纯K2FeO4粗产品[含有Fe(OH)3、KCl等杂质]的实验方案为:
将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol·L-1KOH溶液中,________________________________________(实验中须使用的试剂有:
饱和KOH溶液,乙醇;除常用仪器外须使用的仪器有:
砂芯漏斗,真空干燥箱)。
答案
(1)2MnO
+16H++10Cl-===2Mn2++5Cl2↑+8H2O HCl
(2)缓慢滴加盐酸 装置C加冰水浴
(3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中
(4)用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤2~3次后,在真空干燥箱中干燥
5.(2014·福建理综,25,15分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧
化剂之一。
某研究小组进行如下实验:
实验一 焦亚硫酸钠的制取
采用下图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。
装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为:
Na2SO3+SO2===Na2S2O5
(1)装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为__________________________________。
(2)要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是________________。
(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最合理装置(夹持仪器已略去)为________(填序号)。
实验二 焦亚硫酸钠的性质
Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。
(4)证明NaHSO3溶液
中HSO
的电离程度大于水解程度,可采用的实验方法是________(填序号)。
a.测定溶液的pHb.加入Ba(OH)2溶液
c.加入盐酸d.加入品红溶液
e.用蓝色石蕊试纸检测
(5)检验Na2S2O5晶体在空气中已被氧化的实验方案是___________________
_____________________________________________________。
实验三 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定
(6)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。
测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)的方案如下:
(已知:
滴定时反应的化学方程式为SO2+I2+2H2O===H2SO4+2HI)
①按上述方案实验,消耗标准I2溶液25.00mL,该次实验测得样品中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)为__________g·L-1。
②在上述实验过程中,若有部分HI被空气氧化,则测定结果________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
答案
(1)Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O(或Na2SO3+2H2SO4===2NaHSO4+SO2↑+H2O)
(2)过滤
(3)d (4)a、e
(5)取少量Na2S2O5晶体于试管中,加适量水溶解,滴加足量盐酸,振荡,再滴入氯化钡溶液,有白色沉淀生成
(6)①0.16 ②偏低
考点二 探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价
1.(2015·广东理综,22,6分)下列实验操作、现象和结论均正确的是(双选)( )
选项
实验操作
现象
结论
A
分别加热Na2CO3和NaHCO3固体
试管内壁均有水珠
两种物质均受热分解
B
向稀的苯酚水溶液中滴加饱和溴水
生成白色沉淀
产物三溴苯酚不溶于水
C
向含I-的无色溶液中滴加少量新制氯水,再滴加淀粉溶液
加入淀粉后溶液变成蓝色
氧化性:
Cl2>I2
D
向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液,再滴加H2O2溶液
加入H2O2后溶液变成血红色
Fe2+既有氧化性又有还原性
答案 BC
2.(2014·课标全国卷Ⅰ,13,6分)利用如图所示装置进行下列实验,能得出相应实验结论的是( )
选项
①
②
③
实验结论
A
稀硫酸
Na2S
AgNO3与AgCl的浊液
Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2S)
B
浓硫酸
蔗糖
溴水
浓硫酸具有脱水性、氧化性
C
稀盐酸
Na2SO3
Ba(NO3)2溶液
SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀
D
浓硝酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
酸性:
硝酸>碳酸>硅酸
答案 B
3.(2012·江苏化学,13,4分)下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是( )
选项
实验操作
实验现象
结论
A
向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液
体析出
蛋白质均发生变性
B
向溶液X中先滴加稀硝酸,再滴加Ba(NO3)
2溶液
出现白色沉淀
溶液X中一定含有SO
C
向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体
出现白色沉淀
H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强
D
向浓度均为0.1mol·L-1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液
出现黄色沉淀
Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)
答案 D
4.(2015·课标全国卷Ⅰ,26,14分)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.4×10-2,K2=5.4×10-5。
草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。
草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色,熔点为101℃,易溶于水,受热脱水、升华,170℃以上分解。
回答下列问题:
(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。
装置C中可观察到的现象是______________________________________________
__________________________________________________________________,
由此可知草酸晶体分解的产物中有________。
装置B的主要作用是__________________________________________________________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、________。
装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)设计实验证明:
①草酸的酸性比碳酸的强____________________________________________。
②草酸为二元酸____________________________________________________。
答案
(1)有气泡逸出,澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO(氧化铜)
②前面澄清石灰水无现象,H中黑色粉末变红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生
②用NaOH标准溶液滴定草酸,消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
5.(2015·北京理综,28,15分)为探讨化学平衡与氧化还原反应规律的联系,某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-
2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。
实验如下:
(1)待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时,再进行实验Ⅱ,目的是使实验Ⅰ的反应达到________。
(2)ⅲ是ⅱ的对比实验,目的是排除ⅱ中________造成的影响。
(3)ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动,Fe2+向Fe3+转化。
用化学平衡移动原理解释原因:
___________________________________________________
__。
(4)根据氧化还原反应的规律,该同学推测ⅰ中Fe2+向Fe3+转化的原因:
外加Ag+使c(I-)降低,导致I-的还原性弱于Fe2+,用下图装置(a,b均为石墨电极)进行实验验证。
①K闭合时,指针向右偏转,b作________极。
②当指针归零(反应达到平衡)后,向U型管左管中滴加0.01mol/LAgNO3溶液,产生的现象证实了其推测。
该现象是________________________________。
(5)按照(4)的原理,该同学用上图装置进行实验,证实ⅱ中Fe2+向Fe3+转化的原因。
①转化的原因是________。
②与(4)实验对比,不同的操作是________。
(6)实验Ⅰ中,还原性:
I->Fe2+;而实验Ⅱ中,还原性Fe2+>I-。
将(3)和(4)、(5)作对比,得出结论是________。
答案
(1)化学平衡状态
(2)因溶液稀释使溶液颜色变化
(3)加入Ag+发生反应:
Ag++I-===AgI↓,c(I-)降低;或增大c(Fe2+),平衡均逆向移动
(4)①正 ②左管产生黄色沉淀,指针向左偏转
(5)①Fe2+浓度增大,还原性增强,使Fe2+还原性强于I- ②向右管中滴加1mol·L-1FeSO4溶液
(6)该反应为可逆反应,在平衡时,通过改变物质的浓度,可以改变物质的氧化、还原能力,并影响平衡移动
6.(2015·安徽理综,28,14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,该小组提出了如下假设:
假设一:
溶液中的NO
假设二:
溶液中溶解的O2
(1)验证假设
该小组设计实验验证了假设一,请在下表空白处填写相关实验现象
实验步骤
实验现象
结论
实验1:
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBaCl2溶液的烧杯中,缓慢通入纯净的SO2气体
________
实验2:
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBa(NO3)2溶液的烧杯中,缓慢通入纯净的SO2气体
________
假设一成立
(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体积的变化曲线如下图
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。
(4)若假设二成立,请预测:
在相同条件下,分别用足量的O2和KNO3,氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计),充分反应后两溶液的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
(2)SO2溶于水后生成H2SO3
3SO2+2NO
+2H2O===3SO
+2NO+4H+(或3H2SO3+2NO
===2NO↑+3SO
+4H++H2O)
(3)
实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程):
实验1:
作为参照实验
实验3:
将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25m
L0.1mol·L-1BaCl2溶液中,若有白色沉淀,表明假设二成立,否则不成立
(4)小于 反应的
离子方程式表明,足量的O2和NO
分别氧化相同量的H2SO3,生成H+的物质的量前者多于后者
(本题部分小题属于开放性试题,合理答案均给分)
7.(2013·四川理综,9,15分)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性,某化学兴趣小组设计了如下实验。
Ⅰ.AgNO3的氧化性
将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中,一段时间后将铁丝取出。
为检验溶液中Fe的氧化产物,将溶液中的Ag+除尽后,进行了如下实验。
可选用的试剂KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。
(1)请完成下表:
操作
现象
结论
取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入KSCN溶液,振荡
____
存在Fe3+
取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入____,振荡
____
存在Fe2+
【实验结论】 Fe的氧化产物为Fe2+和Fe3+
Ⅱ.AgNO3的热稳定性
用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体,产生红棕色气体,在装置D中收集到无色气体。
当反应结束后,试管中残留固体为黑色。
(2)装置B的作用是__________________________________________________。
(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2,其验证方法是________。
(4)【查阅资料】 Ag2O和粉末状的Ag均为黑色;Ag2O可溶于氨水。
【提出设想】 试管中残留的黑色固体可能是:
i.Ag;
ⅱ.Ag2O;ⅲ.Ag和Ag2O
【实验验证】 该小组为验证上述设想,分别取少量黑色固体放入试管中,进行了如下实验。
实验编号
操作
现象
a
加入足量氨水,振荡
黑色固体不溶解
b
加入足量稀硝酸,振荡
黑色固体溶解,并有气体产生
【实验评价】 根
据上述实验,不能确定固体产物成分的实验是____(填实验编号)。
【实验结论】 根据上述实验结果,该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________________。
答案
(1)溶液呈红色 K3[Fe(CN)6]溶液 产生蓝色沉淀
(2)防倒吸
(3)用带火星的木条伸入集气瓶内,木条复燃,证明无色气体为O2
(4)
b Ag、NO2、O2
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