高考化学 专题二十三 化学实验方案的设计与评价全国通用.docx
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高考化学专题二十三化学实验方案的设计与评价全国通用
专题二十三化学实验方案的设计与评价
考点一 制备实验方案的设计与评价
1．实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置
如图所示（省略夹持和净化装置）。
仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，
最合理的选项是（ ）
选项
a中的物质
b中的物质
c中收集的气体
d中的物质
A
浓氨水
CaO
NH3
H2O
B
浓硫酸
Na2SO3
SO2
NaOH溶液
C
稀硝酸
Cu
NO2
H2O
D
浓盐酸
MnO2
Cl2
NaOH溶液
解析 氨气的密度小，用排空气法收集时应“短进长出”，所以A错误；B合理；稀硝酸与铜反应产生NO，而且不能用排气法收集，若制取NO2，应该用浓硝酸，但尾气NO2不能用水吸收，C不合理；浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气应该加热，不合理。
因此选B。
答案 B
2．草酸晶体（H2C2O4·2H2O）100℃开始失水，101.5℃熔化，150℃左右分解产生H2O、CO和CO2。
用加热草酸晶体的方法获取某些气体，应该选择的气体发生装置是（图中加热装置已略去）（ ）
解析 草酸晶体在分解产生气体之前已熔化，故选D装置。
答案 D
3．NH3及其盐都是重要的化工原料。
（1）用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为________。
（2）按
下图装置进行NH3性质实验。
①先打开旋塞1，B瓶中的现象是________，原因是________，稳定后，关闭旋塞1。
②再打开旋塞2，B瓶中的现象是______________________________________。
（3）设计实验，探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
限选试剂与仪器：
固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽（可控制温度）
①实验目的：
探究________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
②设计实验方案，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据，数据用字母表示；表中“V（溶液）”表示所配制溶液的体积）。
物理量
实验序号
V（溶液）/mL
……
1
100
……
2
100
……
③按实验序号1所拟数据进行实验，若读取的待测物理量的数值为Y，则NH4Cl水解反应的平衡转化率为________（只列出
算式，忽略水自身电离的影响）。
解析
（1）用NH4Cl和Ca（OH）2固体制备NH3，因反应物中有H2O生成，反应发生装置为“固体＋固体
气体”的装置A；由于NH3的密度小于空气的密度，且极易溶于水，故只能用向下排空气法收集，采用装置C收集；由于NH3极易溶于水，所以尾气处理装置要防止倒吸，其装置应用倒扣漏斗，且漏斗的边缘与水面相切，选用装置G。
（2）①由于A瓶中HCl的压强大于B瓶中NH3的压强，当打开旋塞1，A瓶中HCl的进入B瓶中，与B瓶中的氨气反应生成氯化铵固体小颗粒，形成白烟。
②稳定后，再打开旋塞2，由于B瓶中压强减小，在外界大气压的作用下，会将烧杯中的石蕊溶液倒吸入B瓶中，其中的剩余的HCl溶于其中显红色。
（3）①根据所给的仪器：
100mL容量瓶是配制一定物质的量浓度的NH4Cl溶液，pH计用来测量溶液的pH，从而判断NH4Cl的水解程度，温度计用来测定恒温水浴槽（可控制温度）的温度，因此此实验的目的是探究温度对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
②实验时，只需改变温度这一变量，控制其他量相同，故所配制NH4Cl溶液的浓度应相同，用天平准确称取两份均为mgNH4Cl固体分别放置于烧杯中溶解，然后利用100mL容量瓶准确配制一定浓度的NH4Cl溶液，将所配制的两份NH4Cl溶液放置于不同温度的恒温水浴槽中一段时间后，用pH计测两份NH4Cl溶液的pH，并填写在相应的表格中，表格见答案所示。
③按实验序号1所拟数据进行实验，若读取的待测物理量的数值为Y，n（NH4Cl）＝
mol，则水解的n（NH4Cl）＝n（H＋）＝c（H＋）·V＝10－Ymol·L－1×0.1L＝0.1×10－Ymol，NH
水解反应的平衡转化率为：
＝
。
答案
（1）A C G
（2）①产生白色的烟 氯化氢与氨气反应生成了氯化铵小颗粒，氯化铵小颗粒形成白烟
②烧杯中的石蕊溶液会倒流进入到B瓶中且呈红色
（3）①温度
②
物理量
实验序号
V（溶液）/mL
NH4Cl质量（g）
pH
温度（℃）
……
1
100
m
Y
T1
……
2
100
m
Z
T2
……
③
4．实验室用下图所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。
已知K2FeO4具有下列性质：
①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0℃～5℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3＋和Fe（OH）3催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2。
（1）装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为___________________________________________________________________，
将制备的Cl2通过装置B可除去________________（填化学式）。
（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。
在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0℃～5℃进行，实验中可采取的措施是________、________。
（3）制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe（NO3）3饱和溶液的混合方式为________。
（4）提纯K2FeO4粗产品[含有Fe（OH）3、KCl等杂质]的实验方案为：
将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol·L－1KOH溶液中，________________________________________（实验中须使用的试剂有：
饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：
砂芯漏斗，真空干燥箱）。
解析
（1）反应物为MnO
、H＋、Cl－，生成物的Mn2＋、Cl2和H2O，根据电子守恒和电荷守恒配平即可。
制得的Cl2中混有HCl等杂质，HCl气体极易溶于水，而Cl2在饱和食盐水中的溶解度小于在水中的溶解度，所以通过装置B中的饱和食盐水可除去HCl。
（2）控制反应温度0℃～5℃，可以采用冰水浴冷却C装置。
因为Cl2和KOH是放热反应，若氯气通入速率过快，与KOH溶液反应速率快，放出热量多，反应温度高，易生成KClO3，所以可以通过缓慢滴加盐酸来控制生成氯气的速率，进而控制反应温度。
（3）由题给信息②和④可知，K2FeO4在强碱性溶液中稳定，在酸性或弱碱性条件下均不能稳定存在。
Fe（NO3）3溶液因Fe3＋水解呈酸性，KClO溶液因ClO－水解呈碱性，所以应将饱和Fe（NO3）3溶液缓缓滴入饱和KClO溶液中。
注意要搅拌，搅拌可增大反应物的接触面积，有利于生成K2FeO4，且能防止生成Fe（OH）3沉淀。
（4）由题给信息①可知，K2FeO4可溶于水，而杂质Fe（OH）3不溶，过滤除掉Fe（OH）3，由题给信息②“0℃～5℃，强碱性溶液中稳定”，所以将滤液置于冰水浴中，再由题给信息①可知，K2FeO4微溶于浓KOH，故可加入浓KOH使K2FeO4析出，用砂芯漏斗过滤，并用乙醇洗涤，在真空箱中干燥即可（真空有利于乙醇和水的挥发，加快干燥）。
答案
（1）2MnO
＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O HCl
（2）缓慢滴加盐酸 装置C加冰水浴
（3）在搅拌下，将Fe（NO3）3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中
（4）用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥
5．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）是常用的食品抗氧
化剂之一。
某研究小组进行如下实验：
实验一 焦亚硫酸钠的制取
采用下图装置（实验前已除尽装置内的空气）制取Na2S2O5。
装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出，发生的反应为：
Na2SO3＋SO2===Na2S2O5
（1）装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为__________________________________。
（2）要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体，可采取的分离方法是________________。
（3）装置Ⅲ用于处理尾气，可选用的最合理装置（夹持仪器已略去）为________（填序号）。
实验二 焦亚硫酸钠的性质
Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。
（4）证明NaHSO3溶液
中HSO
的电离程度大于水解程度，可采用的实验方法是________（填序号）。
a．测定溶液的pHb．加入Ba（OH）2溶液
c．加入盐酸d．加入品红溶液
e．用蓝色石蕊试纸检测
（5）检验Na2S2O5晶体在空气中已被氧化的实验方案是___________________
_____________________________________________________。
实验三 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定
（6）葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。
测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量（以游离SO2计算）的方案如下：
（已知：
滴定时反应的化学方程式为SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI）
①按上述方案实验，消耗标准I2溶液25.00mL，该次实验测得样品中抗氧化剂的残留量（以游离SO2计算）为__________g·L－1。
②在上述实验过程中，若有部分HI被空气氧化，则测定结果________（填“偏高”“偏低”或“不变”）。
解析
（2）从装置Ⅱ中分离晶体，即固体和液体分离，采用过滤即可。
（3）处理尾气时既要考虑能吸收SO2，又要考虑防倒吸。
a装置密闭，b和c不能用来吸收SO2，d装置符合要求。
（4）要证明NaHSO3溶液中HSO
的电离程度大于水解程度，即要证明NaHSO3溶液显酸性，a和e符合。
无论HSO
电离程度大还是水解程度大，加入Ba（OH）2溶液一定有白色沉淀生成，加入盐酸一定有气泡产生，加入品红溶液不会褪色。
（5）Na2S2O5晶体在空气中被氧化生成的产物为Na2SO4，故此实验方案检验晶体中是否有SO
即可。
（6）①由题给方程式可知：
n（SO2）＝n（I2）＝0.025L×0.01000mol·L－1＝2.5×10－4mol，抗氧化剂的残留量为
＝0.16g·L－1。
②若部分HI被空气氧化，则等量的SO2消耗标准I2溶液减少，测定结果偏低。
答案
（1）Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O（或Na2SO3＋2H2SO4===2NaHSO4＋SO2↑＋H2O）
（2）过滤
（3）d （4）a、e
（5）取少量Na2S2O5晶体于试管中，加适量水溶解，滴加足量盐酸，振荡，再滴入氯化钡溶液，有白色沉淀生成
（6）①0.16 ②偏低
考点二 探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价
1.下列实验操作、现象和结论均正确的是（双选）（ ）
选项
实验操作
现象
结论
A
分别加热Na2CO3和NaHCO3固体
试管内壁均有水珠
两种物质均受热分解
B
向稀的苯酚水溶液中滴加饱和溴水
生成白色沉淀
产物三溴苯酚不溶于水
C
向含I－的无色溶液中滴加少量新制氯水，再滴加淀粉溶液
加入淀粉后溶液变成蓝色
氧化性
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