高考真题化学解析分类汇编专题13 化学实验设计与评价.docx
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高考真题化学解析分类汇编专题13化学实验设计与评价
2014年普通高等学校招生全国统一考试化学试题分类汇编
专题十三化学实验设计与评价
1.(2014·重庆理综化学卷,T9)(15分)中华人民共和国国家标准(GB2760-2011)规定葡萄酒中SO2最大使用量为0.25g·L-1。
某兴趣小组用题9图I装置(夹持装置略)收集某葡萄酒中SO2,并对其含量进行测定。
题9图1
(1)仪器A的名称是,水通入A的进口为。
(2)B中加入300.00mL葡萄酒和适量盐酸,加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应,其化学方程式为。
(3)除去C中过量的H2O2,然后用0.0900mol·L-1NaOH标准溶液进行滴定,滴定前排气泡时,应选择题9图2中的;若滴定终点时溶液的pH=8.8,则选择的指示剂为;若用50mL滴定管进行实验,当滴定管中的液面在刻度“10”处,则管内液体的体积(填序号)(①=10mL,②=40mL,③<10mL,④>40mL)
(4)滴定至终点时,消耗NaOH溶液25.00mL,该葡萄酒中SO2含量为g·L-1
(5)该测定结果比实际值偏高,分析原因并利用现有装置提出改进措施:
【答案】(15分)
(1)冷凝管或冷凝器,b
(2)SO2+H2O2=H2SO4
(3)③;酚酞;④
(4)0.24
(5)原因:
盐酸的挥发;改进措施:
用不挥发的强酸如硫酸代替盐酸,或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比实验,扣除盐酸挥发的影响。
【解析】
(1)装置A的名称为冷凝管或者冷凝器,冷凝管中水流的方向要和馏分的方向是相反的过程,所以应从b端为水的进口;
(2)SO2具有还原性,H2O2具有强氧化性,二者发生氧化还原反应,方程式为H2O2+SO2=H2SO4;
(3)排出气体的方法:
挤压胶管的滚珠,利用碱液将气泡冲出,故答案选③;滴定终点的PH=8.8,溶液显碱性,可以选择无色酚酞作为指示剂;因为滴定管的末端还有一部分液体,所以管内的体积应大于40ml;
(4)消耗的氢氧化钠的物质的量等于0.025L×0.09mol/L=0.00225mol,NaOH和H2SO4反应生成物是Na2SO4。
可知S元素的物质的量等于Na+的一半,即S元素的物质的量是0.001125mol,则SO2的物质的量也是0.001125mol,所以SO2的质量是0.001125mol×64g/mol=0.072g,由此可以计算出SO2的含量是
=0.24g/L;
(5)测定结果比实际值高的原因是消耗了更多的NaOH,说明有酸性杂质。
结合实验过程可知,反应过程中加入的HCl具有挥发性,和SO2一起进入到反应装置中。
可以采取的措施有:
用不挥发性的强酸(比如H2SO4)代替盐酸,或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比试验。
2.(2014·浙江理综化学卷,T28)(14分)葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的营养物质。
葡萄糖酸钙可通过以下反应制得:
C6H12O6(葡萄糖)+Br2+H2O→C6H12O7(葡萄糖酸)+2HBr
2C6H12O7(葡萄糖酸)+CaCO3→Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸钙)+H2O+CO2↑
相关物质的溶解性见下表:
[来源:
学科网ZXXK]
物质名称[来源:
Zxxk.Com]
葡萄糖酸钙
葡萄糖酸
溴化钙
氯化钙
水中的溶解性
可溶于冷水
易溶于热水
可溶
易溶
易溶
乙醇中的溶解性
微溶
微溶
可溶
可溶
实验流程如下:
C6H12O6
溶液悬浊液Ca(C6H11O7)2
请回答下列问题:
⑴第①步中溴水氧化葡萄糖时,下列装置最适合的是________。
制备葡萄糖酸钙的过程中,葡萄糖的氧化也可用其它试剂,下列物质中最适合的是________。
A.新制Cu(OH)2悬浊液B.酸性KMnO4溶液
C.O2/葡萄糖氧化酶D.[Ag(NH3)2]OH溶液
⑵第②步充分反应后CaCO3固体需有剩余,其目的是________;本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3,理由是________。
⑶第③步需趁热过滤,其原因是________。
⑷第④步加入乙醇的作用是________。
⑸第⑥步中,下列洗涤剂最合适的是________。
A.冷水B.热水C.乙醇D.乙醇-水混合溶液
【答案】(14分)
(1)BC
(2)提高葡萄糖的转化率;便于后续分离氧化钙难以与葡萄糖直接反应得到葡萄糖酸钙
(3)葡萄糖酸钙冷却后结晶,如不趁热过滤会损失产品
(4)可降低葡萄糖酸钙的溶解度,有利于葡萄糖酸钙析出
(5)D
【解析】
(1)用溴水氧化葡萄糖时,滴入溴水,要用分液漏斗,用水浴加热的方法容易控制温度,故应选择装置B,制备葡萄糖酸钙的过程中,葡萄糖的氧化也可用O2/葡萄糖氧化酶,这样的好处是无需分离。
(2)第②步充分反应后CaCO3固体有剩余,增加碳酸钙的量可以提高葡萄糖的转化率;氯化钙是可溶于水的物质,使用氯化钙不利于后面物质的分离。
(3)根据物质的溶解度表可以看出第③步需趁热过滤的原因是葡萄糖酸钙冷却后结晶,如不趁热过滤会损失产品。
(4)加入乙醇的目的是降低葡萄糖酸钙的溶解度,有利于葡萄糖酸钙的析出。
(5)葡萄糖酸钙微溶于酒精,故洗涤最合适的溶液是乙醇-水混合溶液。
3.(2014·天津理综化学卷,T9)(18分)Na2S2O3是重要的化工原料,易溶于水,在中性或碱性环境中稳定。
Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
反应原理:
Na2SO3(aq)+S(s)Na2S2O3(aq)
实验步骤:
①称取15gNa2SO3加入圆底烧瓶中,再加入80mL蒸馏水。
另取5g研细的硫粉,用3mL乙醇润湿,加入上述溶液中。
②安装实验装置(如图所示,部分夹持装置
略去),水浴加热,微沸60min。
③趁热过滤,将滤液水浴加热浓缩,冷却析出Na2S2O3·5H2O,经过滤、洗涤、干燥,得到产品。
回答问题:
(1)硫粉在反应前用乙醇润湿的目的是__________________________。
(2)仪器a的名称是________,其作用是____________________。
[来源:
学|科|网Z|X|X|K]
(3)产品中除了有未反应的Na2SO3外,最可能存在的无机杂质是______________。
检验是否存在该杂质的方法是____________________________。
(4)该实验一般控制在碱性环境下进行,否则产品发黄,用离子反应方程式表示其原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.测定产品纯度
准确称取Wg产品,用适量蒸馏水溶解,以淀粉作指示剂,用0.1000mol·L-1碘的标准溶液滴定。
反应原理为2S2O+I2===S4O+2I-
(5)滴定至终点时,溶液颜色的变化:
________________________________。
(6)滴定起始和终点的液面位置如图,则消耗碘的标准溶液体积为__________mL。
产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M)______________。
Ⅲ.Na2S2O3的应用
(7)Na2S2O3还原性较强,在溶液中易被Cl2氧化成SO,常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为____________________________________________。
【答案】(18分)
(1)使硫粉易于分散到溶液中
(2)冷凝管 冷凝回流
(3)Na2SO4 取少量产品溶于过量盐酸,过滤,向滤液中加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则产品中含有Na2SO4
(4)S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O
(5)由无色变蓝色
(6)18.10 ×100%
(7)S2O+4Cl2+5H2O===2SO+8Cl-+10H+
【解析】
(1)硫粉难溶于水,微溶于乙醇,故硫粉用乙醇润湿后易扩散到溶液中。
(2)装置中仪器a是冷凝管,起冷凝回流汽化的反应物的作用。
(3)因反应物Na2SO3易被空气中的氧气氧化成Na2SO4,故可能存在的无机杂质是Na2SO4;检验产品中是否含有Na2SO4,即检验SO是否存在,需要防止SO的干扰,故不能用具有强氧化性的硝酸酸化,而应用盐酸酸化,过滤除去不溶物,再向滤液中滴加氯化钡溶液。
(4)产品发黄,说明产品中含有硫杂质,这是由于在酸性环境中Na2S2O3不稳定,发生歧化反应:
2H++S2O===S↓+SO2↑+H2O所致。
(5)滴定终点时,过量的单质碘使无色的淀粉溶液变蓝,可指示滴定终点。
(6)起始读数为0.00mL,终点读数为18.10mL,所以消耗碘的标准溶液的体积为18.10mL-0.00mL=18.10mL;根据2Na2S2O3·5H2O~2S2O~I2,得n(Na2S2O3·5H2O)=2n(I2)=2×0.1000mol·L-1×18.10×10-3L=3.620×10-3mol,则产品的纯度×100%=×100%。
(7)S2O被Cl2氧化成SO,Cl2被还原为Cl-,首先根据化合价升降总数相等写出S2O+4Cl2→2SO+8Cl-,然后根据原子守恒和电荷守恒写出S2O+4Cl2+5H2O===2SO+8Cl-+10OH-。
4.(2014·四川理综化学卷,T9)(13分)硫代硫酸钠一种重要的化工产品。
某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O).
I.【查阅资料】
(1)Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体,易溶于水,其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。
[来源:
学.科.网]
(2)向Na2CO3和Na2S混合溶液中能入SO2可制得Na2S2O3;所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4.
(3)Na2SO3易被氧化;BaSO3难溶于水,可溶于稀HCl。
II.【制备产品】
实验装置如图所示(省略夹持装置):
实验步骤:
(1)检查装置气密性,按图示加入试剂。
[来源:
学。
科。
网Z。
X。
X。
K]
仪器a的名称是①;E中的试剂是②(选填下列字母编号)。
A。
稀H2SO4B.NaOH溶液C。
饱和NaHSO3溶液
(2)先向C中烧瓶加入Na2S和Na
2CO3混合溶液,再向A中烧瓶滴加H2SO4.
(3)等Na2S和Na2CO3完全消耗后,结束反应。
过滤C中混合物,滤液(填写操作名称)、结晶、过滤、洗涤、干燥,得到产品。
III.【探究与反思】
(1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4,该小组设计了以下实验方案,请将方案补充完整。
(所需试剂从稀HNO3、稀H2SO4、稀HCl、蒸馏水中选择)
取适量产品配成稀溶液,滴加足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,,若沉淀未完全溶解,并有刺激性气味的气体产生,则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4.
(2)为减少装置C中生成Na2SO4的量,在不改变原有装置的基础上对实验步骤
(2)进行了改进,改进后的操作是。
(3)Na2S2O3·5H2O的溶液度随温度升高显著增大,所得产品通过方法提纯。
【答案】(13分)
II
(1)①分液漏斗②B③蒸发
III
(1)过滤,用蒸馏水洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀HCl
(2)先向A中烧瓶滴加浓H2SO4,产生的气体将装置中空气排尽后,再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液。
(3)重结晶
【解析】II
(1)仪器a的名称是分液漏斗,E中的试剂是吸收多余的二氧化硫气体,故选用氢氧化钠。
III.
(1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4,取适量产品配成稀溶液,滴加足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,过滤后,用蒸馏水洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀HCl若沉淀未完全溶解,并有刺激性气味的气体产生,则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4.
(2)为减少装置C中生成Na2SO4的量,在不改变原有装置的基础上对实验步骤
(2)进行了改进,改进后的操作是先向A中烧瓶滴加浓H2SO4,产生的气体将装置中空气排尽后,再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液。
(3)Na2S2O3·5H2O的溶液度随温度升高显著增大,所得产品通过重结晶的方法提纯。
5、(2014·上海单科化学卷,T七)(本题共12分)氯气和氯乙烯都是非常重要的化工产品,年产量均在107t左右。
氯气的实验室制备和氯乙烯的工业生产都有多种不同方法。
完成下列填空:
38.实验室制取纯净的氯气,除了二氧化锰、浓盐酸和浓硫酸。
还需要_________________、
______________________(填写试剂或溶液名称)。
39.实验室用2.00mol/L盐酸和漂粉精[成分为Ca(ClO)2、CaCl2]反应生成氯气、氯化钙和水,若产生2.24L(标准状况)氯气,发生反应的盐酸____________mL
40.实验室通常用向上排空气法收集氯气。
设计一个简单实验,验证所收集的氯气中是否含有空气。
_______________________________________________________________
41.工业上用电石-乙炔法生产氯乙烯的反应如下:
CaO+3C
CaC2+CO
CaC2+2H2O→HC≡CH↑+Ca(OH)2
HC≡CH+HCl
CH2=CHCl
电石-乙炔法的优点是流程简单,产品纯度高,而且不依赖于石油资源。
电石-乙炔法的缺点是:
__________________________、________________________。
42.乙烷和氯气反应可制得ClCH2CH2Cl,ClCH2CH2Cl加热分解得到氯乙烯和氯化氢。
设计一种以乙烯和氯气为原料制取氯乙烯的方案(其他原料自选),用化学方程式表示(不必注明反应条件)
要求:
①反应产生的氯化氢必须用于氯乙烯的制备;②不产生其他度废液。
【答案】(本题共12分)
38.饱和氯化钠溶液、氢氧化钠溶液
39.100
40.用试管收集氯气,收集满后将试管倒立在氢氧化钠溶液中,观察试管内有无残留气体。
41.高耗能会污染环境
42.CH2=CH2+Cl2→ClCH2CH2ClClCH2CH2Cl→CH2=CHCl+HClCH≡CH+HCl→CH2=CHCl
【解析】38.实验室用盐酸制备氯气,氯气中混有氯化氢,得到纯净的氯气,应用饱和氯化钠溶液除去HCl,再用浓硫酸干燥,最后用氢氧化钠溶液进行尾气吸收;
39.反应的方程式为ClO—+Cl—+2H+
=Cl2↑+H2O,n(Cl2)=
=0.1mol,则需要n(HCl)=0.2mol,发生反应的盐酸的体积为V=
=0.1L=100mL;
40.氯气可与氢氧化钠溶液反应,如含有空气,则与氢氧化钠反应后试管内有残留气体;
41.工业在高温下生产电石,用电石生产乙炔,耗能大,由于乙炔与HCl的反应在氯化汞的作用下进行,污染环境;
42.以乙烯和氯气为原料制取氯乙烯,可由乙烯和氯气发生加成反应生成1,2-二氯乙烷,1,2-二氯乙烷发生消去反应生成氯乙烯,生成的氯化氢电解生成氢气和氯气,氢气和乙烯发生加成反应生成乙烷,乙烷和氯气发生取代反应生成1,2-二氯乙烷,涉及反应有CH2=CH2+Cl2→ClCH2CH2Cl、ClCH2CH2Cl→CH2=CHCl+HCl以及CH≡CH+HCl→
CH2=CHCl
6、(2014·上海单科化学卷,T六)(本题共12分)在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打(NaHCO3),并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵
完成下列填空:
33.写出上述制备小苏打的化学方程式。
___________________________________________________________________
34.滤出小苏打后,母液提取氯化铵有两种方法:
①通入氨,冷却、加食盐,过滤
②不通氨,冷却、加食盐,过滤
对两种方法的评价正确的是_____________。
(选填编号)
a.①析出的氯化铵纯度更高b.②析出的氯化铵纯度更高
c.①的滤液可直接循环使用d.②的滤液可直接循环使用
35.提取的NH4Cl中含有少量Fe2+、SO42―。
将产品溶解,加入H2O2,加热至沸,再加入BaCl2溶液,过滤,蒸发结晶,得到工业氯化铵。
加热至沸的目的是____________________________________________________。
滤渣的主要成分是__________________、______________________
36.称取1.840g小苏打样品(含少量NaCl),配置成250mL溶液,取出25.00mL用0.1000mol/L盐酸滴定,消耗盐酸21.50mL。
实验中所需要的定量仪器除滴定管外,还有_____________________________________。
选用甲基橙而不选酚酞作为指示剂的原因是____________________________________。
样品中NaHCO3质量分数为_____________________。
(保留3位小数)
37.将一定质量小苏打样品(含少量NaCl)溶于足量盐酸,蒸干后称量固体质量,也可测定小苏打的含量。
若蒸发过程中有少量液体溅出,则测定结果_______________。
(选填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)
【答案】(本题共12分)
33.NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl
34.ad
35.使Fe3+完全水解为Fe(OH)3;Fe(OH)3BaSO4
36.电子天平250mL容量瓶选用酚酞作为指示剂,不能确定滴定终点;0.982
37.偏高
【解析】33.饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打(NaHCO3),根据质量守恒可知同时生成NH4Cl,反应的方程式为NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl;
34.母液中含有氯化铵,通入氨,冷却、加
食盐,有利于氯化铵的析出,纯度更高,过滤后滤液中含有氨气,不能直接循环使用,而②的滤液可直接循环使用,故答案为:
ad;
35.加热有利于亚铁离子的氧化,且有利于铁离子的水解,再加入BaCl2溶液,得到硫酸钡沉淀,滤渣的主要成分是氢氧化铁、硫酸钡,故答案为:
使亚铁离子快速氧化为三价铁离子,并使氯化铁充分水解,形成氢氧化铁沉淀;氢氧化铁; 硫酸钡;
36.准确称量固体,应用电子天平;碳酸氢钠溶液的PH本来就接近8.2,与酚酞变色的PH接近,变色时的PH和反应终点的PH不好判断;而使用甲基橙容易判断终点,且反应产生的二氧化碳不能全部逸出使溶液偏酸性,因此使用甲基橙的误差小(使用甲基橙易判断滴定终点,误差小),n(HCl)=0.0215L×0.1000mol/L=0.00215mol,则25mL溶液中n(NaHCO3)=0.00215mol,所以样品中m(NaHCO3)=0.00215mol×10×84g/mol=1.806g,ω(NaHCO3)=
=98.2%=0.982;
37.如全被为碳酸氢钠,与盐酸反应后生成氯化钠,质量减小,而如全部为氯化钠时,质量基本不变,可知加热后固体质量越小,碳酸氢钠含量越大,则若蒸发过程中有少量液体溅出,蒸干后所得固体质量偏小,则小苏打含量偏高。
7.(2014·山东理综化学卷,T31)(20分)工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3•5H2O,实验室可用如下装置(略去部分加持仪器)模拟生成过程。
烧瓶C中发生反应如下:
Na2S(aq)+H2O(l)+SO2(g)=Na2SO3(aq)+H2S(aq)(I)
2H2S(aq)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l)(II)
S(s)+Na2SO3(aq)
Na2S2O3(aq)(III)
(1)仪器组装完成后,关闭两端活塞,向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注,若,则整个装置气密性良好。
装置D的作用是。
装置E中为溶液。
(2)为提高产品纯度,应使烧瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反应,则烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为。
(3)装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,其中的液体最好选择。
a.蒸馏水b.饱和Na2SO3溶液
c.饱和NaHSO3溶液d.饱和NaHCO3溶液
实验中,为使SO2缓慢进入烧瓶C,采用的操作是。
已知反应(III)相对较慢,则烧瓶C中反应达到终点的现象是。
反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A,实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器含有。
a.烧杯b.蒸发皿c.试管d.锥形瓶
(4)反应终止后,烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩即可析出Na2S2O3•5H2O,其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。
利用所给试剂设计实验,检测产品中是否存在Na2SO4
,简要说明实验操作,现象和结论:
。
已知Na2S2O3•5H2O遇酸易分解:
S2O32‾+2H+=S↓+SO2↑+H2O
供选择的试剂:
稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液
【答案】(20分)
(1)液柱高度保持不变;防止倒吸;NaOH(合理即得分)
(2)2:
1
(3)c控制滴加硫酸的速度(合理即得分)溶液变澄清(或混浊消失);a、d
(4)取少量产品溶于足量稀盐酸,静置,取上层清液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质。
(合理即得分)
【解析】
(1)装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注,若液柱高度保持不变,则说明装置气密性良好;D瓶的作用相当于安全瓶,防止E瓶中的溶液倒吸;装置E放在最后应该起到尾气处理的作用,因为尾气中含有SO2、H2S等酸性有害气体,所以用碱性溶液(比如NaOH溶液、KOH溶液等)来吸收;
(2)根据烧瓶内发生的三个反应:
Na2S(aq)+H2O(l)+SO2(g)=Na2SO3(aq)+H2S(aq)、2H2S(aq)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l)、S(s)+Na2SO3(aq)
Na2S2O3(aq),可以得出如下关系式:
2Na2S~2H2S~3S~3Na2SO3,2molNa2S完全反应生成2molNa2SO3,所以还需要另外加入1molNa2SO3,则烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为2:
1;
(3)要观察观察SO2的生成速率,第一不能吸收或溶解SO2,第二不能和SO2发生反应,a.蒸馏水(SO2易溶于水),b.饱和Na2SO3溶液(与SO2发生反应),c.饱和NaHSO3溶液(溶解度较小且不发生反应)d.饱和NaHCO3溶液(与SO2发生反应),所以答案选c;SO2是由70%H2SO4和Na2SO3反应制取,所以为了SO2使缓慢进行烧瓶C,采取的操作是控制滴加硫酸的速度;可以直接加热的仪器有:
蒸发皿和试管,垫石棉网加热的仪器有烧杯和锥形瓶。
(4)加入盐酸,Na2S2O3与稀盐酸反应(Na2S2O3+2HCl→2NaCl+S↓+SO2↑+H2O),静置,取上层清液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质。
8.(2014·全国大纲版理综化学卷,T2