高考特训化学三轮冲刺大题提分大题精做1化学实验方案的设计和评价1.docx
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高考特训化学三轮冲刺大题提分大题精做1化学实验方案的设计和评价1
大题精做一化学实验方案的设计和评价
1.(2018衡水联考)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)是一种白色晶体,是常见的实验药品,可由干燥的NH3和干燥的CO2在任何比例下反应得到每生成1.0g氨基甲酸铵放出2.05kJ的热量。
回答下列问题:
(1)实验室可选用下列装置(I~V)制备干燥的NH3和CO2。
①用装置I、Ⅲ制备并纯化NH3时,接口a与________________(填接口字母)相连,装置I中发生反应的化学方程式为________________________。
②制备并纯化CO2时,按气流从左至右的方向,各接口连接顺序为________________(填接口字母)
(2)一种制备氨基甲酸铵的改进实验装置如下图所示:
①用仪器W代替分液漏斗的优点是________________________;用干冰装置代替
(1)中制备并纯化CO2装置的优点是________________________。
②“薄膜反应器”中发生反应的热化学方程式为________________________;盛浓硫酸的装置的作用是________________________________(列举2点)。
③体系中若有水蒸气,还可能生成的铵盐是________________________(填化学式)。
【解析】根据装置图中各仪器的构造和作用分析解答;由题干信息计算反应热,进而书写热化学方程式。
(1)①为了使气体充分干燥,气体从大口通入,应的化学方程式为:
2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O,故答案为:
d,2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O;②制备并纯化CO2时,先通过饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢,然后通入浓硫酸干燥,所以按气流从左至右的方向,各接口连接顺序为bhgef,故答案为:
bhgef;
(2)①根据图中装置的构造可知,用仪器W代替分液漏斗的优点是:
平衡压强,可使浓氨水一直顺利滴入三颈烧瓶;用干冰装置代替
(1)中制备并纯化CO2装置的优点是:
装置简单,产生的CO2不需净化和干燥,故答案为:
平衡压强,可使浓氨水一直顺利滴入三颈烧瓶;装置简单,产生的CO2不需净化和干燥;②生成1.0g氨基甲酸铵放出2.05kJ的热量,则生成1mol放出的热量为159.90kJ,所以热化学方程式为:
2NH3(g)+CO2(g)===H2NCOOONH4(s)ΔH=-159.90kJ·mol−1;盛浓硫酸的装置的作用是:
吸收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等,故答案为:
2NH3(g)+CO2(g)===
H2NCOOONH4(s)ΔH=-159.90kJ·mol−1;吸收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等;③体系中若有水蒸气,可与二氧化碳反应生成碳酸,碳酸与氨气反应生成盐,所以还可能生成的铵盐是(NH4)2CO3(或NH4HCO3),故答案为:
(NH4)2CO3(或NH4HCO3)。
【答案】
(1)①d2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O②bhgef
(2)①平衡压强,可使浓氨水一直顺利滴入三颈烧瓶装置简单,产生的CO2不需净化和干燥(或气体的温度低有利于提高NH3和CO2的平衡转化率,答案合理即可)
②2NH3(g)+CO2(g)===H2NCOOONH4(s)ΔH=-159.90kJ·mol−1
吸收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等(答出两条合理的优点即可)
③(NH4)2CO3(或NH4HCO3)
1.(2018四川自贡市联考)亚硝酸钠(NaNO2)是一种重要的化工原料,某学习小组通过下述实验制备亚硝酸钠,并测定所制备亚硝酸钠的纯度。
I.利用下列装置制备NaNO2
已知:
①2NO+Na2O2=2NaNO2;②NO能被酸性KMnO4氧化成NO
,MnO
被还原为Mn2+。
请回答下列问题:
(1)利用上图中的装置制备NaNO2,其连接顺序为a→__________(按气流方向,用小写字母表示)。
(2)实验开始时,先通一段时间N2的目的是__________。
(3)装置B中盛放试剂的名称为__________,装置C的作用是__________。
(4)装置E中发生反应的离子方程式为____________________。
Ⅱ.测定上述实验所制备的NaNO2样品(含NaNO3杂质)的纯度。
称量D中所得样品ag溶解后配制成250mL溶液取25.00mL于锥形瓶中,用bmol·L−1酸性高锰酸钾溶液滴定到终点。
重复上述滴定操作两次,测得数据如下表:
第一次
第二次
第三次
酸性高锰酸钾溶液体积/ml
19.98
19.75
20.02
(5)滴定终点的实验现象为_________。
(6)下列实验操作可能导致出现上表中第二次实验数据的是__________(填字母编号)。
a.滴定时有部分酸性高锰酸钾溶液滴在锥形瓶外
b.加入样品溶液前的锥形瓶未经干燥
c.滴定前仰视读数,滴定后俯视读数
(7)最终所得样品中NaNO2的质量分数为__________(用含a、b的关系式表示)。
【解析】
(1)A装置发生铜与浓硝酸的反应生成NO2,通到C装置中,NO2与水反应生成NO,然后进入B装置进行干燥,干燥完进入D装置和Na2O2反应,最后进入E装置进行尾气处理,所以连接顺序为a→d→e→b→c→f(或g)→g(或f)→i,故答案为:
d→e→b→c→f(或g)→g(或f)→i。
(2)实验开始时,先通一段时间N2的目的是:
排除装置中的空气,防止NO被氧化为NO2,故答案为:
排除装置中的空气,防止NO被氧化为NO2。
(3)装置B是干燥NO,应盛放试剂的名称为碱石灰或无水氯化钙,装置C中NO2和水反应生成硝酸和NO,故答案为:
碱石灰或无水氯化钙;将NO2转化为NO。
(4)装置E中发生NO和酸性KMnO4溶液的反应,NO能被酸性KMnO4氧化成NO
,MnO
被还原为Mn2+,反应的离子方程式为:
5NO+3MnO
+4H+===5NO
+3Mn2++2H2O,故答案为:
5NO+3MnO
+4H+===5NO
+3Mn2++2H2O。
(5)NaNO2与酸性高锰酸钾溶液的离子反应为:
5NO
+2MnO
+6H+===5NO
+2Mn2++3H2O,滴定终点的实验现象为:
溶液由无色变为紫色(或紫红色),且半分钟不褪色,故答案为:
溶液由无色变为紫色(或紫红色),且半分钟不褪色。
(6)酸性高锰酸钾溶液应放在酸式滴定管中,NaNO2样品溶液放在锥形瓶中,第二次实验数据(酸性高锰酸钾溶液体积)偏小。
a.滴定时有部分酸性高锰酸钾溶液滴在锥形瓶外,酸性高锰酸钾溶液体积偏大,故a不可能;b.加入样品溶液前的锥形瓶是否干燥对实验没有影响,故b不可能;c.滴定前仰视读数,滴定后俯视读数,读数出现错误,可以导致酸性高锰酸钾溶液体积V(标)偏小,故c可能。
故选c。
(7)第二次实验数据误差较大,故舍去,酸性高锰酸钾溶液的平均体积为:
(19.98mL+20.02mL)/2=20mL,根据方程式:
5NO
+2MnO
+6H+===5NO
+2Mn2++3H2O,
5mol2mol
x20mL×10-3×bmol/L
解得x=0.05bmol,原样品中NaNO2的物质的量为0.5bmol,所以NaNO2的质量分数为(0.5bmol×69g/mol/ag)×100%=34.5b/a×100%,故答案为:
34.5b/a×100%。
【答案】
(1)d→e→b→c→f(或g)→g(或f)→i
(2)排除装置中的空气,防止NO被氧化为NO2
(3)碱石灰或无水氯化钙将NO2转化为NO
(4)5NO+3MnO
+4H+===5NO
+3Mn2++2H2O
(5)溶液由无色变为紫色(或紫红色),且半分钟不褪色
(6)c
(7)34.5b/a×100%
2.(2018广东湛江调研)FeCl3是一种常用的净水剂,化学研究两小组甲、乙分别用如图装置制备无水FeCl3并证明产品中没有FeCl2,已知无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。
I.小组甲拟用下图实验装置来制备无水FeCl3。
(每个虚线框表示一个单元装置)
(1)请用文字描述方法改正以上装管的错误_____________。
II.小组乙用下列装置组装制备无水FeCl3的装置:
(2)A中发生反应的离子方程式为_______________。
(3)装置接口的连接顺序为__________(用a、b、c……i表示):
反应开始前应先点燃____处酒精灯(填“A”或“C”)。
(4)装置B的作用_________________。
(5)如果拆去E和F装置,可能的后果是___________。
(6)证明产品中没有FeCl2的操作____________。
【解析】
(1)洗气或干燥气体时通过洗气瓶的导管必须长进短出,氯化铁易水解,故改正以上装管的错误有:
③中导管改为长进短出,④中试管口加一出气导管或加一个防水蒸气进入和尾气处理装置;
(2)根据装置图,A中浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水,发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl−
Mn2++Cl2↑+2H2O;(3)根据装置图,A是氯气的制备装置,B是氯化铁的生成装置,生成的氯气中含有水蒸气和氯化氢杂质,需要用饱和食盐水和浓硫酸除去,最后未反应的氯气需要除去,防止污染空气,氯化铁易潮解,需要防止外界水蒸气进入装置,因此装置接口的连接顺序为ahidebcf;反应开始前应该首先加热A处酒精灯,用生成的氯气将装置中的空气排出,故答案为:
ahidebcf;A;(4)装置B的作用是防止反应结束后空气中的水蒸气进入D装置中使无水FeCl3潮解,吸收尾气,防止氧气污染空气;(5)如果拆去E和F装置,可能会发生反应Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,在C中加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸;(6)证明产品中没有FeCl2的操作取少量样品于表面皿中,用磁铁把铁吸出,取剩余的固体于试管水中,加蒸馏水溶解,向其中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,溶液中无明显现象,说明产品中没有FeCl2。
【答案】
(1)③中导管改为长进短出,④中试管口加一出气导管或加一个防水蒸气进入和尾气处理装置
(2)MnO2+4H++2Cl−
Mn2++Cl2↑+2H2O
(3)a→hi→fg→de→bA
(4)防止反应结束后空气中的水蒸气进入D装置中使无水FeCl3潮解,吸收尾气,防止氧气污染空气
(5)如果拆去E和F装置,可能会发生反应Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,在C中加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸
(6)取少量样品于表面皿中,用磁铁把铁吸出,取剩余的固体于试管水中,加蒸馏水溶解,向其中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,溶液中无明显现象,说明产品中没有FeCl2
3.(2018山东东营二中期中)亚硝酸钠是一种工业盐,在生产、生活中应用广泛。
现用下图所示装置(夹持装置已省略)及药品,探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。
已知:
①NO+NO2+2OH−===2NO
+H2O②气体液化的温度:
NO2:
21℃、NO:
–152℃
(1)反应前应打开弹簧夹,先通入一段时间氮气,排除装置中的空气,目的是__________。
(2)该实验装置明显缺陷是___________________________。
(3)在关闭弹簧夹,打开分液漏斗活塞,滴入70%硫酸后,A中产生红棕色气体。
①确认A中产生的气体含有NO,依据的现象是____________________________。
②装置B的作用是_______________________________。
(4)通过上述实验探究过程,可得出装置A中反应的化学方程式是_______________。
(5)①水合肼(N2H4·H2O)是一种重要的化工原料,在医药、农业及燃料上都有着广泛的应用。
目前,我国生产水合肼均采用尿素法,即利用NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2]反应制得粗肼(N2H4)。
生成粗肼反应的化学方程式为_______________。
②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应方程式_______。
【解析】
(1)空气中的氧气能氧化NO,所以必须先排尽空气,防止可能生成的NO被完全氧化成NO2,造成对A中反应气体产物检验不完全;
(2)该实验装置明显缺陷是无尾气吸收装置,会导致氮的氧化物直接排放到空气中造成污染;(3)①如果有NO,则经过装置B的冷却后,进入C中的气体,能和氧气反应,生成红棕色气体,即现象是C中出现红棕色气体;②装置B的作用是冷凝使NO2完全液化;(4)装置A中亚硝酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化氮、一氧化氮和水,反应的化学方程式是2NaNO2+H2SO4===Na2SO4+NO2↑
+NO↑+H2O;(5)①NaClO溶液、NaOH溶液与尿素[CO(NH2)2]反应制得粗肼(N2H4),同时生成碳酸钠和氯化钠,故生成粗肼反应的化学方程式为NaClO+CO(NH2)2+2NaOH===N2H4·
H2O+Na2CO3+NaCl;②火箭发射时可用肼(N2H4)为燃料,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的方程式为2N2H4+2NO2===3N2+4H2O。
【答案】
(1)防止可能生成的NO被完全氧化成NO2,造成对A中反应气体产物检验不完全
(2)无尾气吸收装置
(3)C中出现红棕色气体冷凝使NO2完全液化
(4)2NaNO2+H2SO4===Na2SO4+NO2↑+NO↑+H2O
(5)NaClO+CO(NH2)2+2NaOH===N2H4·H2O+Na2CO3+NaCl
2N2H4+2NO2===3N2+4H2O
4.(2018成都第七中学三模)水合草酸亚铁(FeC2O4·xH2O)是生产锂电池的原料。
难溶于水,受热易分解。
某化学兴趣小组对草酸亚铁的一些性质进行探究。
回答下列问题:
(1)将水合草酸亚铁溶于适量盐酸。
分别取2mL此溶液于3支试管中,进行实验。
能证明水合草酸亚铁中存在Fe2+的试剂有____(填代号)。
A.KSCN溶液B.K3[Fe(CN)6]溶液C.酸性KMnO4溶液
(2)为测定水合草酸亚铁中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1g。
将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2g。
按下图连接好装置进行实验。
实验步骤如下:
a.打开K1和K2,缓缓通入N2b.低温加热装置A一段时间
c.停上加热,冷却到室温d.关闭K1和K2,称量A;
e. ,记为m3g
①补充实验步骤e为__________(填实验操作和要求)。
②步骤b至步骤e继续通入N2的目的是___________________。
(3)为探究草酸亚铁的分解产物,将
(2)中已恒重的装置A接入下图所示部分的装置(可重复选用)进行实验。
打开K1和K2,缓缓通入N2,充分加热。
实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物。
①实验装置中,依次连接的合理顺序为A→_______________。
②证明产物有CO生成的现象是________________。
③写出草酸亚铁受热分解的化学方程式________________。
【解析】
(1)A.KSCN溶液加到亚铁盐溶液中没有明显的现象,故A错误;B.K3[Fe(CN)6]溶液与亚铁离子反应生成蓝色沉淀,故B正确;C.酸性KMnO4溶液能够被亚铁离子和草酸跟离子还原褪色,不能说明有一定含有亚铁离子,故C错误;故选B;
(2)①实验过程为:
a.打开K1和K2,缓缓通入N2;b.低温加热装置A一段时间;c.停上加热,冷却到室温;d.关闭K1和K2,称量A;e.重复上述a~d步骤,直至A恒重;②氮气不参加反应,为保护气体,考虑到实验目的是测定水合草酸亚铁中结晶水含量,所以通入氮气有两个目的;将装置A中的水蒸气带走;同时防止FeC2O4被空气氧化;(3)①加热分解草酸亚铁生成一氧化碳和二氧化碳,则实验应验证一氧化碳和二氧化碳,先验证二氧化碳,可用澄清石灰水;然后除去二氧化碳、并检验二氧化碳已除尽;接着验证一氧化碳,可用还原氧化铜实验。
所以连接装置顺序为:
C(验证二氧化碳)→E(除去二氧化碳)→C(验证二氧化碳被除净)→F(干燥气体)→G(验证一氧化碳)→C(验证一氧化碳被氧化成二氧化碳)→H(尾气收集);②证明产物有CO生成的现象是G装置黑色固体变红,其后的C中澄清石灰水变浑浊;③实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物,此黑色化合物为四氧化三铁,因此,加热后草酸亚铁分解,生成物为一氧化碳和二氧化碳和四氧化三铁,该反应的化学方程式为:
3FeC2O4
Fe3O4+4CO↑+2CO2↑。
【答案】
(1)B
(2)重复上述a~d步骤,直至A恒重将装置A中的水蒸气带走;同时防止FeC2O4被空气氧化
(3)C→E→C→F→G→C→H G装置黑色固体变红,其后的C中澄清石灰水变浑浊3FeC2O4
Fe3O4+4CO↑+2CO2↑
5.(2018新课标Ⅱ卷)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。
回答下列问题:
(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。
其光解反应的化学方程式为:
2K3[Fe(C2O4)3]
2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为______________。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是________________________________________。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有___________、___________。
③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是_____________________________。
④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是:
________________。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。
①称量mg样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点。
滴定终点的现象是___________________________。
②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。
加稀H2SO4酸化,用cmol·L−1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液VmL。
该晶体中铁的质量分数的表达式为________________________________。
【解析】
(1)光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]
2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑,反应后有草酸亚铁产生,所以显色反应的化学方程式为3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4。
(2)①装置中的空气在高温下能氧化金属铜,能影响E中的反应,所以反应前通入氮气的目的是隔绝空气排尽装置中的空气;反应中有气体生成,不会全部进入后续装置。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,说明反应中一定产生二氧化碳。
装置E中固体变为红色,说明氧化铜被还原为铜,即有还原性气体CO生成,由此判断热分解产物中一定含有CO2、CO;③为防止倒吸,必须保证装置中保持一定的压力,所以停止实验时应进行的操作是先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气即可。
④要检验Fe2O3存在首先要转化为可溶性铁盐,因此方法是取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3。
(3)①高锰酸钾氧化草酸根离子,其溶液显红色,所以滴定终点的现象是粉红色出现。
②锌把铁离子还原为亚铁离子,酸性高锰酸钾溶液又把亚铁离子氧化为铁离子。
反应中消耗高锰酸钾是0.001cVmol,Mn元素化合价从+7价降低到+2价,所以根据电子得失守恒可知铁离子的物质的量是0.005cVmol,则该晶体中铁的质量分数的表达式为
。
【答案】
(1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4
(2)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置CO2、CO先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3
(3)粉红色出现
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