专题5化学实验基础第2讲 化学实验方案的设计与评价提能力.docx
《专题5化学实验基础第2讲 化学实验方案的设计与评价提能力.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题5化学实验基础第2讲 化学实验方案的设计与评价提能力.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![专题5化学实验基础第2讲 化学实验方案的设计与评价提能力.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-5/24/eb5e55bf-2b50-49e8-a98a-a3720b4c3cf9/eb5e55bf-2b50-49e8-a98a-a3720b4c3cf91.gif)
专题5化学实验基础第2讲化学实验方案的设计与评价提能力
1.[双选题]用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜:
①铜与浓硝酸反应;②铜与稀硝酸反应;③铜与氧气反应生成CuO,CuO再与稀硝酸反应。
下列有关叙述不正确的是( )
A.所消耗的硝酸的量:
②>①>③
B.对环境造成的危害,③最小
C.因铜与浓硝酸作用最快,故制取硝酸铜的最佳方案是①
D.三种途径所消耗的铜的质量相等
解析:
法①消耗的HNO3多,且产生的污染性气体也多,最佳方案应是③。
答案:
AC
2.某课外实验小组设计的下列实验不合理的是( )
解析:
NO2能与水发生反应,不能用排水法收集,选项C错误。
答案:
C
3.下列化学实验装置或操作正确的是( )
解析:
浓H2SO4稀释不能在容量瓶中进行,更不能将浓H2SO4倒入水中,A项错;蒸馏时温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处,B项错;收集比空气重的NO2气体应长进短出,C项错。
答案:
D
4.用如图装置制取、提纯、收集表中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂),其中可行的是( )
气体
a
b
c
A
NO2
浓硝酸
铜片
NaOH溶液
B
SO2
浓硫酸
Cu
NaOH溶液
C
NH3
浓氨水
生石灰
碱石灰
D
CO2
稀盐酸
CaCO3
浓硫酸
解析:
A项和B项生成的气体均会被NaOH溶液吸收,C项NH3应用向下排空气法收集.
答案:
D
5.下图表示从固体混合物中分离X的两种方案,请根据方案1和方案2指出下列说法合理的是( )
A.可以选用方案1分离碳酸氢钠中含有的氯化铵
B.方案1中残留物应该具有的性质是受热易挥发
C.方案2中加入的试剂一定能够与除X外的物质发生化学反应
D.方案2中加入NaOH溶液可以分离出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3
解析:
碳酸氢钠加热分解,A错误;加热后留下的残留物一定是固体或难挥发的液体,B错误;加入的试剂可以是水且不一定发生化学反应,C错误;二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的硅酸钠,进而分离出氧化铁,D正确。
答案:
D
(限时45分钟,满分100分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.[双选题]下列化学实验事实及其解释都正确的是( )
A.向KMnO4溶液中滴加盐酸,KMnO4溶液的氧化能力增强。
说明盐酸具有氧化性
B.向澄清的AlCl3稀溶液中加入NaOH浓溶液,振荡,溶液仍为澄清。
说明该两种溶液混合是物理变化
C.向FeCl3溶液中加入过量Cu粉,振荡、静置,溶液由黄色变为绿色。
说明Fe3+具有氧化性
D.向CaCl2溶液中滴入少量Na2CO3溶液,产生白色沉淀。
说明CaCO3难溶于水
解析:
向KMnO4溶液中滴加盐酸后其氧化能力增强的原因是溶液呈酸性;AlCl3与足量的NaOH溶液反应生成NaAlO2,属于化学变化;向FeCl3溶液中加入过量Cu粉生成绿色的FeCl2和CuCl2的混合溶液。
答案:
CD
2.大胆、科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。
在下列假设(猜想)引导下的探究肯定没有意义的是( )
A.探究SO2与Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B.探究Na与水的反应可能有O2生成
C.探究浓硫酸与铜在一定条件下反应产生的黑色物质中可能有CuS
D.探究向滴有酚酞试液的NaOH溶液中通入Cl2,酚酞红色褪去的现象是溶液的酸碱性改变所致,还是HClO的漂白性所致
解析:
因为H2O中O若变成O2,则氧元素价态升高,水是还原剂,但单质钠只能作还原剂。
答案:
B
3.下列实验方案设计正确的是( )
A.分解高锰酸钾制取氧气后,残留在试管内壁上的黑色物质可用稀盐酸洗涤
B.失去标签的AgNO3溶液、稀盐酸、NaOH溶液、AlCl3溶液可选用(NH4)2CO3溶液作鉴别试剂
C.用铜丝代替铂丝做焰色反应
D.在裂化汽油中加入酸性高锰酸钾,振荡后若紫色褪去即可证明其中含甲苯等苯的同系物
解析:
加入(NH4)2CO3溶液时,AgNO3溶液中产生白色沉淀,稀盐酸中产生无色无味气体,NaOH溶液中产生无色有刺激性气味的气体,AlCl3溶液中既有白色沉淀又有无色无味气体产生。
高锰酸钾分解后残留的二氧化锰可以用热的浓盐酸洗涤,不能用稀盐酸来清洗。
做焰色反应实验应选用铂丝,不能选用铜丝,因为铜丝灼烧时会产生明显的绿色火焰。
裂化汽油中含有较多的烯、炔等不饱和烃,能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
答案:
B
4.[双选题]下列实验现象预测正确的是( )
A.实验Ⅰ:
振荡后静置,上层溶液颜色保持不变
B.实验Ⅱ:
酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去
C.实验Ⅲ:
微热稀HNO3片刻,溶液中有气泡产生,广口瓶内始终保持无色
D.实验Ⅳ:
继续煮沸溶液至红褐色,停止加热,当光束通过体系时可产生丁达尔效应
解析:
本题考查化学实验,意在考查考生对化学实验原理、实验设计和实验结论的运用能力。
实验Ⅰ:
Br2能与NaOH溶液反应,上层溶液颜色褪去,A项错误;实验Ⅱ:
浓硫酸使蔗糖脱水炭化,生成的SO2气体能使酸性KMnO4溶液紫色褪去、CO2从溶液中逸出,B项正确;实验Ⅲ:
铜与稀HNO3微热,反应生成NO,在广口瓶中NO与O2接触生成红棕色的NO2,C项错误;实验Ⅳ:
Fe(OH)3胶体可产生丁达尔效应,D项正确。
答案:
BD
5.下列有关化学实验图像表现的内容错误的是( )
A.铜锌原电池 B.转移溶液
C.氨的制取装置D.模拟铁锈蚀装置
解析:
由A项两烧杯中的溶液可推知:
盛放硫酸锌溶液的烧杯中的电极应为锌棒,盛放硫酸铜溶液的烧杯中的电极应为铜棒。
由原电池原理判断:
锌棒应为负极,铜棒应为正极,故A不正确。
答案:
A
6.下列相关实验不能达到预期目的的是( )
相关实验
预期目的
A
相同温度下,等质量的大理石块、大理石粉末分别与等体积、等浓度的盐酸反应
探究接触面积对化学反应速率的影响
B
把装有颜色相同的NO2和N2O4混合气的两支试管(密封)分别浸入冷水和热水中
探究温度对化学平衡的影响
C
在蔗糖中加入稀硫酸,水浴加热,再加入新制的氢氧化铜并加热
探究蔗糖水解产物具有还原性
D
两支试管中装有等体积、等浓度H2O2溶液,向其中一支试管中加入CuSO4溶液
探究CuSO4溶液对H2O2分解速率的影响
解析:
C项,蔗糖中加入稀H2SO4,水浴加热后应加入NaOH中和过量的稀H2SO4,再加新制的Cu(OH)2并加热。
答案:
C
7.用下图装置测定水中氢、氧元素的质量比,其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差,实验测得m(H)∶m(O)>1∶8。
下列对导致这一结果的原因的分析中,一定错误的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B.Ⅲ装置后缺少干燥装置
C.Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝
D.CuO没有全部被还原
解析:
用H2还原CuO时,装置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水,而装置Ⅱ中玻璃管通H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量,即生成水中氧元素的质量,而m(水)-m(氧)=m(氢)。
当Zn和稀H2SO4反应产生的H2不干燥[m(水)偏大],装置Ⅲ后不加干燥装置,使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m(水)偏大],Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m(氧)偏小],都会造成测得m(H)∶m(O)>1∶8。
H2O的组成与CuO是否完全反应无关,只与通H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。
答案:
D
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(16分)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。
文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程,利用Fe粉和KNO3溶液反应,探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。
(1)实验前:
①先用0.1mol·L-1H2SO4洗涤Fe粉,其目的是________,然后用蒸馏水洗涤至中性;②将KNO3溶液的pH调至2.5;③为防止空气中的O2对脱氮的影响,应向KNO3溶液中通入________(写化学式)。
(2)下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中,测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。
请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式________________________。
t1时刻后,该反应仍在进行,溶液中NH
的浓度在增大,Fe2+的浓度却没有增大,可能的原因是________________________。
(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设,
请你完成假设二和假设三:
假设一:
溶液的pH;
假设二:
________________;
假设三:
________________;
……
(4)请你设计实验验证上述假设一,写出实验步骤及结论。
(已知:
溶液中的NO
浓度可用离子色谱仪测定)
实验步骤及结论:
解析:
本题主要考查化学实验,意在考查考生对图像的分析能力和实验设计能力。
(1)铁的表面被空气氧化形成氧化膜,需加酸除去;为防止空气中的O2对脱氧的影响,可向溶液中通入N2或稀有气体等。
(2)由图可知,铁和KNO3反应生成Fe2+和NH
.(4)探究溶液的pH对反应速率的影响,可设计实验,使其他量保持不变,仅改变溶液中c(H+)即可。
答案:
(1)去除铁粉表面的氧化物等杂质 N2
(2)4Fe+NO
+10H+===4Fe2++NH
+3H2O 生成的Fe2+水解(或和溶液中的OH-结合)
(3)温度 铁粉颗粒大小
(4)
实验步骤及结论:
①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中;
②调节溶液呈酸性且pH各不相同,并通入N2;
③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe粉;
④用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO
的浓度,若pH不同的KNO3溶液中,测出的NO
浓度不同,表明pH对脱氮速率有影响,否则无影响。
(本题属于开放性试题,合理答案均可)
9.(15分)[问题提出]教材中在检验Cu与稀硝酸反应的还原产物时,实验直接在试管中进行,由于试管中有空气,开始往往看到的是红棕色气体,导致实验现象与实验原理无法吻合。
某校化学活动小组对这一实验进行了研究,并提出改进措施。
[研究目的与要求]
(1)克服教材实验的缺点,并能证明Cu与稀硝酸反应生成的是NO。
NO不溶于水,可以与O2反应产生红棕色的NO2
(2〉改进后的实验必须达到的要求:
节约药品、操作简便、现象明显、减少污染。
[实验过程]
实验方案一:
(1)按图1所示接好仪器检查装置气密性的方法是_____________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据你对装置和研究目的的理解,请补充制取NO并验证NO不溶于水的实验操作:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)验证NO和O2生成NO2的实验操作和现象是_________________________________
________________________________________________________________________。
实验方案二:
(4)按图2所示连接装置,检查气密性后,在干燥管内加入3.2g铜片,在烧杯中加入适量经过预热的稀硝酸。
(5)打开止水夹,用注射器快速抽空干燥管内的空气,使稀硝酸充满整个干燥管,然后关闭止水夹。
观察到的现象是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)反应停止后,打开止水夹,用注射器将抽取的空气慢慢推入干燥管内,发现干燥管内的气体变成红棕色,且液面缓缓上升,Cu和稀硝酸反应继续进行。
不断充入O2,直至加入的3.2gCu完全反应,则共消耗的氧气在标准状况下的体积为________L。
解析:
题干已经指出教材实验的不足,并提出了改进实验方案的要求,要克服教材实验的缺点,必须使反应在无O2的环境中进行。
实验方案一:
(1)根据实验装置图1可以确定检查装置气密性的方法是关闭活塞,从U形管的右端加水使两边产生液面差,静置一会,观察液面差是否缩小。
(2)连接好装置,打开活塞,从U形管的右端快速注入稀硝酸,直到左端完全充满液体,关闭活塞,会发现U形管中液面左降右升,这就证明了生成的NO不溶于水。
(3)打开分液漏斗的活塞,在压力作用下,NO会进入分液漏斗内,与分液漏斗中的空气反应生成红棕色气体NO2。
因此验证NO和O2反应生成NO2的实验操作和现象是将活塞慢慢打开,观察到分液漏斗内有红棕色气体出现。
实验方案二:
(5)根据操作和装置知反应时铜片表面有气泡产生,液面下降,溶液变蓝等现象。
(6)根据电子守恒:
2n(O2)=n(Cu)=3.2÷64=0.05(mol),
V(O2)=0.56L。
答案:
(1)关闭活塞,从U形管的右端加水,使两边产生液面差,静置一会,观察液面差是否缩小
(2)连接好装置,打开活塞,从U形管的右端注入稀硝酸,直到左端完全充满液体,然后关闭活塞,观察现象
(3)将活塞慢慢打开,观察到分液漏斗内有红棕色气体生成
(5)干燥管内铜片溶解,表面有气泡产生,干燥管内液面逐渐下降,溶液变成蓝色,当稀硝酸不与铜片接触时,液面停止下降
(6)0.56
10.(12分)工业上可用下列仪器组装一套装置来测定黄铁矿中硫的质量分数(忽略SO2、H2SO3与氧气的反应)。
实验的正确操作步骤如下:
A.连接好装置,并检查装置的气密性
B.称取研细的黄铁矿样品
C.将2.0g样品小心地放入硬质玻璃管中
D.以1L/min的速率鼓入空气
E.将硬质玻璃管中的黄铁矿样品加热到800℃~850℃
F.用300mL的饱和碘水吸收SO2,发生的反应是:
I2+SO2+2H2O===2HI+H2SO4
G.吸收液用CCl4萃取、分离
H.取20.00mLG中所得溶液,用0.2000mol·L-1的NaOH标准溶液滴定。
试回答:
(1)步骤G中所用主要仪器是________,应取________(填“上”或“下”)层溶液进行后续实验。
(2)装置⑤中的作用是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置正确的连接顺序是________(填编号)。
(4)步骤H中滴定时应选用________作指示剂,可以根据
________________________________________现象来判断滴定已经达到终点。
(5)假定黄铁矿中的硫在操作E中已全部转化为SO2,并且被饱和碘水完全吸收,滴定得到的数据如下表所示:
滴定
次数
待测液的
体积/mL
NaOH标准溶液的体积/mL
滴定前
滴定后
第一次
20.00
0.00
20.48
第二次
20.00
0.22
20.20
第三次
20.00
0.36
20.38
则黄铁矿样品中硫元素的质量分数为________(保留小数点后1位)。
解析:
(1)步骤G是萃取操作,需要用的仪器是分液漏斗,下层为CCl4,应取上层溶液进行后续实验。
(2)酸性高锰酸钾是用来除去空气中的SO2和其他还原性气体。
(3)先要用酸性高锰酸钾溶液来除去空气中的SO2和其他还原性气体,然后用碱石灰干燥,再连接发生装置,再接玻璃丝,最后吸收SO2。
(4)用碱来滴定G中所得溶液中的酸,用酚酞作指示剂,滴入最后一滴NaOH溶液后,溶液变为浅红色,并在半分钟内不褪色。
(5)第一次数据与第二、三次数据相差较大,舍去,取第二、三次数据的平均值可得V(NaOH)=20.00mL,n(NaOH)=c(NaOH)·V(NaOH)=0.2000mol·L-1×20.00×10-3L=4×10-3mol,S~SO2~4H+4NaOH,n(S)=n(SO2)=
n(NaOH)=1×10-3mol,300mL吸收液中含有的n(S)=1×10-3mol×
=0.015mol,w(S)=
×100%=
×100%=24.0%。
答案:
(1)分液漏斗 上
(2)除去空气中的SO2和其他还原性气体
(3)⑤③②④①
(4)酚酞 滴入最后一滴NaOH溶液后,溶液变为浅红色,并在半分钟内不褪色(本问答甲基橙和对应的现象也给分)
(5)24.0%
11.(15分)某中学化学兴趣小组想测定饱和氯水的pH,并进行氯水的氧化性和制漂白剂等实验。
他们使用如下图装置制取较多量的饱和氯水。
回答:
(1)写出仪器的名称:
A________,B________。
(2)写出甲、丁装置中发生反应的化学方程式,
甲:
________________________________________________________________;
丁:
_________________________________________________________________。
(3)制取结束时,氯水已饱和的现象是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)漂白粉在溶液中存在下列平衡:
ClO-+H2O
HClO+OH-,下列措施能提高漂白效果的是________。
A.加水稀释 B.通入CO2 C.加入适量盐酸
D.加入少量NaOH E.加少量白醋
(5)为使制取过程简便并保证制得的氯水纯净,有同学提出如下建议:
①在乙和丙之间增加下图中的a装置,你认为有无必要________(填“有”或“无”)。
②若撤去乙,直接将甲和丙相连,你认为是否可行?
________,理由是_____________________________________________________。
③在丙的长导管下口处,接下图中的b,可以提高氯气的吸收效果,原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(2)甲中是以加热方式制氯气,其方程式为MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,丁中Cl2与Ca(OH)2反应生成Ca(ClO)2和CaCl2。
(3)氯水的主要成分是氯气,因此当烧瓶内液体及上方气体为黄绿色时,证明氯气和H2O反应已达平衡,即饱和状态。
(4)根据平衡移动原理,加入物质能中和OH-,平衡右移,HClO浓度增大,漂白效果增强,故可选B、C、E。
(5)因氯气与H2O反应,通入丙前干燥不必要;撤去乙,HCl溶解于丙,影响氯水pH的测定;接b装置增大氯气与水的接触面积,提高了氯气的吸收速率。
答案:
(1)分液漏斗 烧瓶
(2)MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
(3)液体及液体上方呈黄绿色 (4)B、C、E
(5)①无 ②否 大量的HCl被吸收于丙中,影响氯水pH的测定 ③增大了氯气与水的接触面积,提高了氯气的吸收速率