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1、化学实验方案的设计与评价化学实验方案的设计与评价 专题训练及答案专题训练及答案一、选择题(本题包括 7 小题,每题 6 分,共 42 分)1.(2018朝阳模拟)为证明铝与盐酸的反应是放热反应,下列实验装置可达到实验目的,且方案最佳的是()【解析】选 A。A.铝与盐酸产生的氢气从试管中逸出,锥形瓶内的空气受热压强增大,U 形管中左边红墨水低,右边红墨水高,说明该反应是放热反应,故 A 正确;B.烧杯中产生气泡,反应完成并冷却后导管会产生液柱,也能说明放热,但分析太复杂,不直观,效果不理想,故B错误;C.装置未形成密闭体系,无现象,故C错误;D.铝与盐酸产生的氢气会使红墨水的液面变化,该装置不能
2、说明反应时放出热量,故 D 错误。【加固训练】(2018 重庆模拟)用下图所示装置进行实验,将少量液体逐滴加入固体乙中,试管中试剂为丙,则下表中现象正确的是()选项ABCD甲浓氨水浓硝酸浓盐酸双氧水乙生石灰铜二氧化锰二氧化锰丙试管中现象Al2(SO4)3先沉淀后消失溶液淀粉 KI试管口出现红棕色溶溶液液仍为无色石蕊溶液氢硫酸先变红后褪色溶液出现浑浊【解析】选 D。A.硫酸铝与氨水反应生成氢氧化铝,氢氧化铝与氨水不反应,沉淀不溶解,故A 错误;B.浓硝酸与铜反应生成二氧化氮,二氧化氮与水反应生成一氧化氮,一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,可观察到试管口出现红棕色,硝酸-能氧化 I 生成 I2,溶液
3、显蓝色,故 B 错误;C.浓盐酸与二氧化锰应在加热条件下进行,题中没有加热,不能生成氯气,故 C错误;D.双氧水在二氧化锰的催化作用下生成氧气,氧气能氧化硫化氢生成硫单质,溶液中会出现浑浊,故 D 正确;故选D。2.(2018铁岭模拟)根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验操作中不能达到实验目的的是()-1-【解析】选 D。实验室常用氯化铵和氢氧化钙固体混合加热制备氨气,故 A 正确;二氧化碳从长导管进入,出气是短导管,故 B 正确;从溶液中分离碳酸氢钠固体,可用过滤的方法,故 C 正确;碳酸氢钠不稳定,不能直接加热干燥,可烘干,故 D 错误。3.为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少
4、量 NaCl),准确称量W0g 样品进行实验,下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理(除W0外)的是()选项ABCD实验方法滴定法量气法重量法量气法实验方案将样品配成 100 mL溶液,取 10 mL,加入甲基橙,用标准盐酸滴定将样品与盐酸反应,生成的气体全部被碱石灰吸收样品放入烧瓶中,置于天平上,加入足量盐酸将样品与盐酸反应,气体通过排水量气装置量气测量数据消耗盐酸的体积碱石灰增重减轻的质量排水体积【解析】选 A。A.盐酸滴定 Na2CO3,用甲基橙作指示剂,正确;B.碱石灰既可以吸收 CO2,也可以吸收水分,无法测定 Na2CO3的质量分数,错误;C.CO2挥发能带出水分,根据减轻的
5、质量测定 Na2CO3的质量分数,会产生较大误差,错误;D.CO2能溶于水,则排水体积不等于 CO2的体积,错误。4.(2018曲靖模拟)下列四种分离乙醇、乙酸的方案中最佳的一组是()ABCaNa2CO3饱和溶液Na2CO3固体CaO 固体b乙酸钠乙酸钠乙酸钙-2-c硫酸盐酸盐酸d蒸馏过滤过滤DCaO 固体乙酸钙硫酸蒸馏【解析】选 D。A 项中加入溶液不利于乙醇的蒸出,而且 b 应为 CH3COONa 与 Na2CO3的混合物;B、C 加入盐酸后,得到的均是溶液,不能用过滤的方法。5.某课外实验小组设计的下列实验不合理的是()【解析】选 C。A 项,生成的 H2能将体系中的 O2排出,观察到
6、Fe(OH)2白色沉淀;B 项,脱脂棉燃烧,能说明 Na2O2与水反应-放热;C项,不能用排水法收集NO2气体;D项,NaOH固体溶于水放热,且提供OH,抑制NH3 H2O的电离,能用于制备少量NH3。6.(2018张掖模拟)下列有关实验装置及实验方案的设计正确的是()选项ABCD实验装置探究电离常数Ka1(H2CO3)Ka(HClO)探究 SO2的氧化性和漂白性实验设计收集干燥的 HCl测定化学反应气体速率【解析】选 D。HCl 的密度比空气的大,集气瓶中的导管应该是进气管长、出气管短,A 项错误;生成的气体可能会从长颈漏斗中逸出,且长颈漏斗不能控制滴加速率,故应该用分液漏斗,B项错误;稀硫
7、酸与碳酸钠反应生成的CO2会和烧杯中的次氯酸钠溶液反应生成HClO,但无明显现象,故无法判断Ka1(H2CO3)与Ka(HClO)的大小关系,C 项错误;品红褪色,是 SO2的漂白性所致,与 H2S 反应生成淡黄色固体,是 SO2的氧化性所致,D 项正确。【加固训练】根据下列实验现象,所得结论错误的是()-3-实验ABCD实验现象烧杯中铁表面有气泡,烧杯中铜表面有气泡试管中收集到无色气体结论活动性:AlFeCu铜与浓硝酸的反应产物是NO试管 b 比试管 a 中溶液的红色深增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动长颈漏斗内液面高于烧瓶内液面且保持不变装置气密性良好【解析】选 B。A 项,作正极的金属
8、不活泼,正极上析出氢气,所以能比较金属的活动性,故正确;B 项,铜和浓硝酸生成二氧化氮,二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,故错误;C 项,增大反应物的浓度平衡向正反应方向移动,故正确;D 项,利用压强差能检验装置的气密性,故正确。7.(能力挑战题)实验室在 500 时隔绝空气加热硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2至分解完全并确定分解产物成分的装置如图所示(已知分解的固体产物可能有FeO、Fe2O3和 Fe3O4,气体产物可能有 NH3、N2、H2O、SO3和 SO2)。下列说法正确的是()A.装置用于检验分解产物中是否有水蒸气生成,试剂 X 最好选用碱石灰B.装置用于检验分解产物中是否有
9、SO3气体生成并除去 SO3和 NH3C.取中固体残留物与稀硫酸反应并滴加KSCN,溶液变红,则残留物一定为 Fe2O3D.装置用于检验分解产物中是否有SO2气体生成,装置用于收集生成的 NH3和 N2【解析】选 B。装置的作用是检验分解产物中是否有水蒸气生成,故试剂 X 应选用无水硫酸铜,选项 A 错误;装置用于检验分解产物中是否有SO3气体生成,若有 SO3气体生成,则装置中酸性条件下产生白色沉淀硫酸钡,并用氯化钡和盐酸除去SO3和NH3,选项B正确;中固体残留物中可能还含有FeO,也可能不含有Fe2O3而含有Fe3O4,而不一定只有Fe2O3,选项 C 错误;NH3极易溶于水,若分解产物
10、中有NH3,则 NH3被装置中的溶液所吸收了,装置中不可能收集到 NH3,选项 D错误。二、非选择题(本题包括 3 小题,共 58 分)8.(19 分)(2018重庆模拟)二价铬不稳定,极易被氧气氧化。醋酸亚铬水合物Cr(CH3COO)222H2O,相对分子质量为 376是一种深红色晶体,不溶于冷水和醚,易溶于盐酸,是常用的氧气吸收剂。实验室以锌粒、CrCl3溶液、醋酸钠溶液和盐酸为主要原料制备醋酸亚铬水合物,其装置如图所示:-4-制备过程中发生的化学反应或离子反应:Zn+2HClZnCl2+H2;2+-2CrCl3+Zn2CrCl2+ZnCl2;2Cr+4CH3COO+2H2OCr(CH3C
11、OO)222H2O。请回答下列问题:(1)仪器 A 的名称是_,所盛装的试剂是_。(2)本实验中配制所用溶液的蒸馏水都需事先煮沸,原因是_。(3)仪器 D 的主要作用是_。(4)实验生成 H2后,为使生成的 CrCl2溶液与 CH3COONa 溶液顺利混合,应_(填“打开”或“关闭”,后同)阀门 1、_阀门 2。(5)本实验中锌粒须过量,其原因是_,_。(6)已知其他反应物足量,实验时取用的 CrCl3溶液中含溶质 6.34 g,实验后得干燥纯净的Cr(CH3COO)222H2O 5.64 g,所得产品的产率为_。(7)若使用该装置制备 Fe(OH)2,且能较长时间看到 Fe(OH)2白色沉淀
12、现象。则在仪器A、B、C 中应装入的试剂依次为_、_、_(填化学式)。【解析】先向三颈烧瓶 B 中加入过量的 Zn(产生足量的氢气将空气排出,且产生足够的压力把三颈烧瓶B 中的液体压入三颈烧瓶 C 中,充分还原 CrCl3),关闭阀门 1,打开阀门 2,通过分液漏斗加入稀盐酸,产生的氢气排出三颈烧瓶B、三颈烧瓶 C 及导管中的空气。再滴入 CrCl3溶液使其与 Zn 反应生成 CrCl2;然后打开阀门 1,关闭阀门 2,三颈烧瓶 B 中的液体在氢气的压力下被压入三颈烧瓶C 中,CrCl2与 CH3COONa 反应生成错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。2H2O。(2)二价铬不稳定,极易被氧
13、气氧化,故除用氢气排除装置中的空气(O2)外,配制盐酸、CrCl3溶液和醋酸钠溶液时所用的蒸馏水需要加热除去氧气。(3)为防止装置外的空气(O2)进入装置,右端烧杯盛水起液封作用。(6)根据关系式 2CrCl3Cr(CH3COO)222H2O,理论产品质量为mCr(CH3COO)222H2O=错误！错误！未找到引用源。未找到引用源。错误！错误！-1未找到引用源。未找到引用源。376 gmol=7.52 g,产率为错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。100%=75%。(7)若以相同原理制 Fe(OH)2,分液漏斗中盛放稀硫酸、三颈烧瓶B 中盛放铁粉、三颈烧瓶C 中盛放氢氧化钠溶液,可制得 F
14、e(OH)2。答案:(1)分液漏斗盐酸与 CrCl3溶液(2)除水中溶解的氧气,防止二价铬被氧化(3)盛水,防止空气(O2)进入装置(4)打开关闭(5)与CrCl3充分反应得到CrCl2产生足量的H2,将装置中的空气排尽,将CrCl2溶液压入三颈烧瓶C中,使其与CH3COONa溶液反应(混合)(6)75%(7)H2SO4FeNaOH9.(19 分)(2018安康模拟)一种含铝、锂、钴的新型电子材料,生产中产生的废料数量可观,废料中的铝以金属铝箔的形式存在,钴以 Co2O3CoO 的形式存在,吸附在铝箔的单面或双面,锂混杂于其中。从废料中回收氧化钴(CoO)工艺流程如下:-5-(1)过程中采用
15、NaOH 溶液溶解废料中的 Al,反应的离子方程式为_。(2)过程中加入稀硫酸酸化后,再加入 Na2S2O3溶液浸出钴,则浸出钴的化学反应方程式为(产物中只有一种酸根)_。在实验室模拟工业生产时,也可用盐酸浸出钴,但实际工业生产中不用盐酸,请从氧化还原和环境保护的角度分析不用盐酸浸出钴的主要原因是_。(3)过程得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al(OH)3,碳酸钠溶液在产生Al(OH)3时起重要作用,请写出该反应的离子方程式_。(4)碳酸钠溶液在过程和中所起作用有所不同,请写出在过程中起的作用是_。-【解析】(1)铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为 2Al+2OH+2H2
16、O2Al 错误！未找到引错误！未找到引用源。用源。+3H2;(2)Co3O4和 Na2S2O3在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO4、Na2SO4和 H2O,反应方程式为4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4+3+Na2SO4+11H2O,所以加入 Na2S2O3的作用是还原 Co,盐酸具有还原性,能被 Co2O3CoO 氧化生成有毒的氯气而污染环境,所3+以不能用盐酸;(3)铝离子能与碳酸根离子发生水解相互促进生成氢氧化铝和二氧化碳,水解的离子方程式为2Al+3C错错误！未找到引用源。误！未找到引用源。+3H2O2Al(OH)3+3CO2;(4)碳酸钠溶液在过程中铝离
17、子能与碳酸根离子发生水解相互促进2+生成氢氧化铝和二氧化碳;碳酸钠溶液在过程中调整 pH,提供 C 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。,使 Co 沉淀为 CoCO3。-答案:(1)2Al+2OH+2H2O2Al 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+3H2(2)4Co2O3CoO+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4+Na2SO4+11H2OCo2O3CoO 可氧化盐酸产生 Cl2,污染环境3+(3)2Al+3C 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+3H2O2Al(OH)3+3CO22+(4)调整 pH,提供 C 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。,使 Co 沉淀
18、为 CoCO310.(20分)(能力挑战题)硫化碱法是工业上制备Na2S2O3的方法之一,反应原理为2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2(该反应 H 0)。某研究小组在实验室用硫化碱法制备Na2S2O35H2O 流程如下:(1)吸硫装置如图所示。装置 B 的作用是检验装置 A 中 SO2的吸收效率,B 中试剂是_,表明 SO2吸收效率低的实验现象是B 中溶液_。为了使 SO2尽可能吸收完全,在不改变 A 中溶液浓度、体积的条件下,除了及时搅拌反应物外,还可采取的合理措施是_、_。(写出两条)(2)假设本实验所用的 Na2CO3含少量 NaCl、NaOH,设计实验方案进行检
19、验(室温时 CaCO3饱和溶液的 pH=10.2)。限选试剂及仪器:稀硝酸、AgNO3溶液、CaCl2溶液、Ca(NO3)2溶液、酚酞溶液、蒸馏水、pH 计、烧杯、试管、滴管。序号实验操作-6-预期现象结论取少量样品于试管中,加入适量蒸馏水,充分振荡溶解,另取少量样品于烧杯中,加入适量蒸馏水,充分搅拌溶解,_样品含NaCl样品含 NaOH(3)Na2S2O3溶液是定量实验中的常用试剂,测定其浓度的过程如下:准确称取ag KIO3(相对分子质量:214)固体配成溶液,加入过量KI 固体和 H2SO4溶液,滴加指示剂,用Na2S2O3溶液滴定至终点,-1消耗 Na2S2O3溶液的体积为V mL。则
20、c(Na2S2O3)=_molL(只列出算式,不作运算)。-已知:2S2错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+I2S4错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+2I。(4)某同学第步和第步的操作都很规范,第步滴速太慢,这样测得的 Na2S2O3浓度可能_(填“无影响”“偏低”或“偏高”),原因是_(用离子方程式表示)。【解析】(1)由于 SO2具有还原性、漂白性,因此若装置 B 的作用是检验装置A 中 SO2的吸收效率,则 B 中试剂可以是品红、溴水或 KMnO4溶液,表明 SO2吸收效率低的实验现象是B 中溶液颜色很快褪去。要使 SO2尽可能吸收完全,在不改变 A 中溶液浓度、体积的条件
21、下,除了及时搅拌反应物外,还可采取的合理措施是增大SO2的接触面积、控制 SO2的流速、适当升高温度等。-(2)氯离子的检验可以利用硝酸酸化的硝酸银溶液;由于饱和碳酸钙溶液的pH=10.2,所以检验 OH 时可以先加入氯化钙溶液,然后测量溶液的 pH 进行对比即可。-+(3)a g 碘酸钾的物质的量是错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。mol,则根据反应式 I 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+5I+6H3I2+3H2O、-2S2错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+I2S4错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。+2I 可知:I 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。6S2
22、错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。1 mol 6 mol错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。mol错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。mol6-1所以c(Na2S2O3)=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。molL-1=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。molL。-+(4)由于碘离子易被空气中的氧气氧化:4I+4H+O22I2+2H2O,因此如果第步滴速太慢,则导致消耗的硫代硫酸钠溶液的体积增加,从而导致其浓度偏低。答案:(1)品红(或溴水、KMnO4溶液)颜色很快褪去或指出相应试剂的正确颜色(红色、黄色等)变化也可增大 SO2的接触面积控制 SO2的流速适当升高温度(答其中两条即可)(2)滴加足量稀硝酸,再滴加少量 AgNO3溶液,振荡有白色沉淀生成加入过量 CaCl2溶液,搅拌,静置,用 pH 计测定上层清液 pH有白色沉淀生成,上层清液 pH 大于 10.2(3)错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。或错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。(其他正确答案也可)-+(4)偏低4I+4H+O22I2+2H2O-7-