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培训资料试验设计与评价
化学实验的设计与评价
1.(四川卷26)某固体混合物可能含有MgCO3、Al2(SO4)3、Na2SO4、Ba(NO3)2、AgNO3和CuSO4。
将该混合物进行如下实验,根据所给实验现象完成表格(对于能确定的物质在相应位置写化学式,暂不能确定的物质在相应位置填“无”):
(1)将少许混合物放入水中得到无色溶液和白色沉淀。
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(2)取溶液进行焰色反应,火焰呈黄色;
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(3)取白色沉淀加入稀盐酸,沉淀完全溶解并放出气体。
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(4)通过上述实验仍无法确定的物质是______________。
2.(重庆卷27).(14分)某学习小组用右图装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量.
(1)A中试剂为.
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是.
(3)检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有:
①记录C的液面位置;②将B中剩余固体过滤,洗涤,干燥,称重;③待B中不再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;④由A向B中滴加足量试剂;⑤检查气密性,上述操作的顺序是;(填序号)记录C的液面位置时,除视线平视外,还应.
(4)B中发生反应的化学方程式为。
(5)若实验用铝镁合金的质量为ag,测得氢气体积为bmL(已换算为标准状况),B中剩余固体的质量为cg,则铝的相对原子质量为.
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将.(填“偏大”、“偏小”、“不受影响”)
3.(广东卷19).(11分)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。
工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,提纯工艺路线如下:
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如右图所示:
回答下列问题:
(1)滤渣的主要成分为 。
(2)“趁热过滤”的原因是 。
(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是
(写出1种)。
(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是
。
(5)已知:
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3(s)+10H2O(g);ΔH1=+532.36kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g);ΔH1=+473.63kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式 。
4.(广东卷21).(12分)某种催化剂为铁的氧化物。
化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究:
将适量稀硝酸加入少许样品中,加热溶解;取少许溶液,滴加KSCN溶液后出现红色。
一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。
(1)请指出该结论是否合理并说明理由 。
(2)请完成对铁元素价态的探究:
限选实验仪器与试剂:
烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹:
3mol·L-1H2SO4、3%H2O2、6mol·L-1HNO3、0.01mol·L-1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1mol·L-1KI、20%KSCN、蒸馏水。
1提出合理假设
假设1:
;
假设2:
;
假设3:
。
2设计实验方案证明你的假设(不要在答题卡上作答)
3实验过程
根据②的实验方案,进行实验。
请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。
实验操作
预期现象与结论
步骤1:
步骤2:
步骤3:
…
5.(海南卷16).现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。
已知实验中可能会发生下列反应:
①2Mg+O2
2MgO;②3Mg+N2
Mg3N2;③2Mg+CO2
2MgO+C④Mg+H2O
MgO+H2↑
⑤Mg3N2+6H2O
3Mg(OH)2+2NH3↑。
可供选择的装置和药品如下图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥,装置内所发生的反应是完全的,整套装置的末端与干燥管相连)。
回答下列问题;
(1)在设计实验方案时,除装置A、E外,还应选择的装置(填字母代号)及其目的分别__________________;
(2)连接并检查实验装置的气密性。
实验开始时,打开自来水的开关,将空气从5升的储气瓶压入反应装置,则气流流经导管的顺序是(填字母代号)____________________;
(3)通气后,如果同时点燃A、F装置的酒精灯,对实验结果有何影响?
_______,原因是____________________;
(4)请设计一个实验,验证产物是氮化镁:
_________________________________________
6.(08全国1,13分)取化学式为MZ的黄色粉末状化合物进行如下实验。
将MZ和足量碳粉充分混合,平铺在反应管a中,在b瓶中盛足量澄清石灰水,按图连接仪器。
实验开始时缓级通入氮气,过一段时间后,加热反应管a,观察到管内发生剧烈反应,并有熔融物生成。
同时,b瓶的溶液中出现白色浑浊。
待反应完全后,停止加热,仍继续通氮气,直至反应管冷却。
此时,管中的熔融触物凝固成银白色金属。
根据以上叙述回答问题:
(1)元素Z是 :
(2)停止加热前是否需要先断开a和b的连接处?
为什么?
;
(3)反应管a中发生的所有反应的化学方程式是 ;
(4)本实验的尾气是否需处理?
如需处理,请回答如何处理:
如不需处理,请说明理由。
。
7.(广东,11分)铜在自然界存在于多种矿石中,如:
矿石名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题:
(1)上表所列铜化合物中,铜的质量百分含量最高的是 。
(2)工业上以黄铜矿为原料。
采用火法溶炼工艺生产铜。
该工艺的中间过程会发生反应:
2Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑,反应的氧化剂是 。
(3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是 ;处理该尾气可得到有价值的化学品,写出其中1种酸和1种盐的名称 。
(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质,需进一步采用电解法精制。
请简述粗铜电解得到精铜的大批量:
。
(5)下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 (填字母)。
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主成分是碱酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
B
铜表易形成致密的氧化膜
铜容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
C
铁比铜活泼
例在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ 对;无
8.(2010福建卷)24.硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。
工业上常用菱锌矿生产硫酸锌,菱锌矿的主要成分是ZnCO3,并含少量的Fe2O3、FeCO3MgO、CaO等,生产工艺流程示意如下:
(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是。
(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:
□Fe(OH)2+□____+□_____==□Fe(OH)3+□Cl-
(3)针铁矿(Goethite)是以德国诗人歌德(Go
ethe)名字命名的,组成元素是Fe、O和H,化学式量为89,化学式是_______。
(4)根据下表数据,调节“滤液
2”的pH时,理论上可选用的最大区间为______。
Mg(OH)2
Zn(OH)2
MgCO3
CaCO3
开始沉淀的pH
10.4
6.4
—
—
沉淀完全的pH
12.4
8.0
—
—
开始溶解的pH
—
10.5
—
—
Ksp
5.6×10-12
—
6.8×10-6
2.8×10-9
(5)工业上从“滤液3”制取MgO过程中,合适的反应物是______(选填序号)。
a.大理石粉b.石灰乳c.纯碱溶液d.烧碱溶液
(6)“滤液4”之后的操作依次为______、_______、过滤,洗涤,干燥。
(7)分析图中数据,菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。
化学实验的设计与评价
要求
Ⅰ.根据实验现象,观察、记录、分析或处理数据,得出正确结论。
Ⅱ.根据实验试题要求,设计基本实验方案。
能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
题型
1.物质的制备或性质实验设计。
2.仪器和试剂选择;综合实验方案设计。
3.实验方案的综合对比、评价优劣、合理取舍。
4.既定方案评价及再创新实验考查。
解题思路及方法
1.思考问题的顺序
⑴围绕主要问题思考:
如选择适当的实验路线、方法;所用药品、仪器简单易得;实验过程快速、安全;实验现象明显。
⑵思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题:
如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、FeCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。
⑶思考实验的种类及如何合理地组装仪器,并将实验与课本实验比较、联靠。
如:
涉及到气体的制取和处理,对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为:
气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理。
2.仪器连接的顺序
⑴所用仪器是否恰当,所该仪器是全用还是选用;
⑵仪器是否齐全,如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置;
⑶安装顺序是否合理,如是否遵循“自上而下,从左到右”;气体净化装置中不应先经干燥,后又经过水溶液洗气;
⑷仪器间连接顺序是否正确。
如洗气时“长进短出”,干燥管除杂质时“大进小出”,排水量气时“短进气,长出水”等。
3.实验操作的顺序
⑴连接仪器,根据实验目的,注意事项,安全问题等,按气体流动顺序连接好实验仪器;
⑵检查气密性,在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,然后装入药品。
检查装置气密性的方法要依装置而定;
⑶装药品进行实验操作。
习题
1.(四川卷26.)某固体混合物可能含有MgCO3、Al2(SO4)3、Na2SO4、Ba(NO3)2、AgNO3和CuSO4。
将该混合物进行如下实验,根据所给实验现象完成表格(对于能确定的物质在相应位置写化学式,暂不能确定的物质在相应位置填“无”):
(1)将少许混合物放入水中得到无色溶液和白色沉淀。
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(2)取溶液进行焰色反应,火焰呈黄色;
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(3)取白色沉淀加入稀盐酸,沉淀完全溶解并放出气体。
肯定存在的物质
肯定不存在的物质
理由
(4)通过上述实验仍无法确定的物质是______________。
【解析】本题主要考查离子的检验和共存。
(1)混合物放入水中得到无色溶液,肯定无CuSO4,因为CuSO4溶液是蓝色的。
因为BaCO3、BaSO4、MgCO3等都是不溶于水的白色沉淀,所以无法确定存在哪些物质。
(2)焰色反应呈黄色,说明存在钠盐,即混合物中肯定含有Na2SO4。
不能确定哪种物质肯定不存在。
(3)在
(2)中通过焰色反应,确定混合物中含有Na2SO4,则混合物中一定不含Ba(NO3)2溶液,否则和Na2SO4生成BaSO4,不溶于盐酸;另外混合物中也一定不含AgNO3溶液,否则加入盐酸生成白色AgCl沉淀。
白色沉淀溶于盐酸,并放出气体,则一定为MgCO3。
(4)通过上述试验仍无法确定是否含有Al2(SO4)3。
无
CuSO4
溶液无色,而CuSO4溶液为蓝色
【答案】
Na2SO4
无
钠的焰色反应呈黄色
(1)
(2)
(3)
MgCO3
Ba(NO3)2AgNO3
MgCO3沉淀溶于盐酸,有气体放出;如有Ba(NO3)2,生成的BaSO4沉淀不溶于盐酸;如有AgNO3,生成的沉淀在盐酸中不消失。
(4)Al2(SO4)3
2.(重庆卷27).(14分)某学习小组用题27图装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量.
(1)A中试剂为.
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是.
(3)检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有:
①记录C的液面位置;②将B中剩余固体过滤,洗涤,干燥,称重;③待B中不再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;④由A向B中滴加足量试剂;⑤检查气密性,上述操作的顺序是;(填序号)记录C的液面位置时,除视线平视外,还应.
(4)B中发生反应的化学方程式为.
(5)若实验用铝镁合金的质量为ag,测得氢气体积为bml(已换算为标准状况),B中剩余固体的质量为cg,则铝的相对原子质量为.
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将.(填“偏大”、“偏小”、“不受影响”)
【标准答案】
(1)NaOH溶液.
(2)除去铝镁合金表面的氧化膜.(3)⑤①④③②(2分);
使D和C的液面相平(4)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑或2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
(5)
(6)偏小.
【试题分析】
(1)Mg、Al均可以和酸反应,因此不可以用酸来实验,由于Al可以和碱反应而不和Mg反应,则可以用NaOH与Al反应制得H2,然后用排水法收集H2,以计算Al的量。
(2)由于Al表面容易生成氧化膜,因而要用酸处理。
(3)整个操作过程及原理是:
检查气密性;记录起始液面;加入碱反应;不产生气体后,记录未读数,两将相减即为产生H2的量;最后称得的固体即为Mg的质量。
在读数时要注意D、C液面相平,否则气体将受压,超成读数不准。
(4)B中发生的是Al与碱的反应;(5)(a-c)即为铝的质量,再除以Al的物质的量即为铝的摩尔质量。
而n(Al)可以由产生的H2获得;(6)未洗涤,则超成(a-c)变小,则由(5)的结果得,偏小。
3.(广东卷19).(11分)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。
工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,提纯工艺路线如下:
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示:
回答下列问题:
(1)滤渣的主要成分为 。
(2)“趁热过滤”的原因是 。
(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是 (写出1种)。
(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是 。
(5)已知:
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3(s)+10H2O(g)ΔH1=+532.36kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g)ΔH1=+473.63kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式 。
解析:
(1) 滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3。
(2) “趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3·H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3·10H20晶体,令后续的加热脱水耗时长。
(3) 若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。
(4) 若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是问题:
溶解时有大量沉淀生成,使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质;原因:
“母液”中,含有的离子有Ca2+,Na+,Cl-,SO42-,OH-,CO32-,当多次循环后,使用离子浓度不断增大,溶解时会生成CaSO4,Ca(OH)2,CaCO3等沉淀。
(5) 写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式
Na2CO3·H2O(S)====Na2CO3(s)+H2O(g);H=+58.73kJ/mol
4.(广东卷21).(12分)某种催化剂为铁的氧化物。
化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究:
将适量稀硝酸加入少许样品中,加热溶解;取少许溶液,滴加KSCN溶液后出现红色。
一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。
(1)请指出该结论是否合理并说明理由 。
(2)请完成对铁元素价态的探究:
限选实验仪器与试剂:
烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹:
3mol·L-1H2SO4、3%H2O2、6mol·L-1HNO3、0.01mol·L-1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1mol·L-1Kl、20%KSCN、蒸馏水。
4提出合理假设
假设1:
;
假设2:
;
假设3:
。
5设计实验方案证明你的假设(不要在答题卡上作答)
6实验过程
根据②的实验方案,进行实验。
请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。
实验操作
预期现象与结论
步骤1:
步骤2:
步骤3:
…
解析:
。
(1) 该结论不正确。
稀HNO3有强氧化性,若该铁的价态为+2价,则被氧化为+3价同样可使KSCN溶液变血红色。
(2)①提出合理假设
假设1:
催化剂中铁元素的价态为+3价。
假设2:
催化剂中铁元素的价态为+2价。
假设3:
催化剂中铁元素的价态既有+3价也有+2价。
②设计实验方法证明你的假设
③实验过程
实验操作
预期现象与结论
步骤1:
将适量稀H2SO4加入少许样品于试管中,加热溶解;
溶液呈黄绿色,说明溶液中含Fe2+或Fe3+。
步骤2:
取少量溶液,滴加酸性KMnO4溶液。
若KMnO4溶液的紫红色褪去为无色溶液,则说明催化剂中铁元素的价态含+2价;若不褪色,则说明催化剂中铁元素的价态不含+2价。
步骤3:
另取少量溶液,滴加KSCN溶液。
若溶液变为血红色,则说明催化剂中铁元素的价态含+3价;若溶液无明显变化,则说明催化剂中铁元素的价态不含+3价。
5.(海南卷16).现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。
已知实验中可能会发生下列反应:
①2Mg+O2
2MgO;②3Mg+N2
Mg3N2;③2Mg+CO2
2MgO+C
④Mg+H2O
MgO+H2↑⑤Mg3N2+6H2O
3Mg(OH)2+2NH3↑
可供选择的装置和药品如下图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥,装置内所发生的反应是完全的,整套装置的末端与干燥管相连)。
回答下列问题;
(1)在设计实验方案时,除装置A、E外,还应选择的装置(填字母代号)及其目的分别_______________________;
(2)连接并检查实验装置的气密性。
实验开始时,打开自来水的开关,将空气从5升的储气瓶压入反应装置,则气流流经导管的顺序是(填字母代号)____________________;
(3)通气后,如果同时点燃A、F装置的酒精灯,对实验结果有何影响?
__________,原因是_________;
(4)请设计一个实验,验证产物是氮化镁:
___________________________________________
解析:
16、
(1)B、D、F
选择B,目的:
除去空气中的水蒸气
选择D,目的:
除去空气中的CO2
选择F,目的:
除去空气中的O2
(2)h→g→d→c→k→l→a→b
(3)制得的氮化镁将不纯;因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应。
(4)将产物取少量置于试管中,加入适量水,将润湿的红色石蕊试纸置于试管口,如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝,则说明产物是氮化镁。
6.(08全国1,13分)
取化学式为MZ的黄色粉末状化合物进行如下实验。
将MZ和足量碳粉充分混合,平铺在反应管a中,在b瓶中盛足量澄清石灰水,按图连接仪器。
实验开始时缓级通入氮气,过一段时间后,加热反应管a,观察到管内发生剧烈反应,并有熔融物生成。
同时,b瓶的溶液中出现白色浑浊。
待反应完全后,停止加热,仍继续通氮气,直至反应管冷却。
此时,管中的熔融触物凝固成银白色金属。
根据以上叙述回答问题:
(1)元素Z是 :
(2)停止加热前是否需要先断开a和b的连接处?
为什么?
;
(3)反应管a中发生的所有反应的化学方程式是
;
(4)本实验的尾气是否需处理?
如需处理,请回答如何处理:
如不需处理,请说明理由。
。
7.(广东,11分)
铜在自然界存在于多种矿石中,如:
矿石名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题:
(1)上表所列铜化合物中,铜的质量百分含量最高的是 。
(2)工业上以黄铜矿为原料。
采用火法溶炼工艺生产铜。
该工艺的中间过程会发生反应:
2Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑,反应的氧化剂是 。
(3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是 ;处理该尾气可得到有价值的化学品,写出其中1种酸和1种盐的名称 。
(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质,需进一步采用电解法精制。
请简述粗铜电解得到精铜的大批量:
。
(5)下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 (填字母)。
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主成分是碱酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
B
铜表易形成致密的氧化膜
铜容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
C
铁比铜活泼
例在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈
Ⅰ对;Ⅱ 对;有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错;Ⅱ 对;无
22。
(1)上表所列铜化合物中,铜的质量百分含量最高的是Cu2S
解释:
CuFeS2:
34.8%;Cu5FeS4:
63.5%;Cu2S:
80%;CuCO3·Cu(OH)2:
57.6%
(2) 反应的氧化剂是Cu2O,Cu2S
解释:
Cu2O,Cu2S的Cu由+1被还原为0价,作氧化剂;Cu2S的S有-2价被氧化为+4价,作还原剂。
(3) SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是形成酸雨。
处理该尾气可得到有价值的化学品,写出其中1种酸和1种盐的名称硫酸,硫酸铵。
解释:
处理SO2尾气一般为循环制备硫酸,和用Ca(OH)2或氨水吸收,可得到Ca
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