届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1.docx
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届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1
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．（2013·安徽理综，8，6分）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．（2011·上海化学，10，3分）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．（2015·广东理综，33，17分）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．（2015·江苏化学，19，15分）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．（2014·福建理综，25，15分）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.（2015·广东理综，22，6分）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：
Cl2>I2
D
向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液，再滴加H2O2溶液
加入H2O2后溶液变成血红色
Fe2＋既有氧化性又有还原性
解析 A项，Na2CO3固体加热不会分解，试管内壁没有水珠，错误；B项，苯酚可与饱和溴水中的溴单质发生取代反应，生成三溴苯酚白色沉淀，正确；C项，少量氯水与I－发生氧化还原反应：
Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，淀粉遇I2变蓝色，正确；D项，H2O2能把Fe2＋氧化为Fe3＋，说明Fe2＋具有还原性，不能说明Fe2＋具有氧化性，错误。
答案 BC
2．（2014·课标全国卷Ⅰ，13，6分）利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是（ ）
选项
①
②
③
实验结论
A
稀硫酸
Na2S
AgNO3与AgCl的浊液
Ksp（AgCl）>Ksp（Ag2S）
B
浓硫酸
蔗糖
溴水
浓硫酸具有脱水性、氧化性
C
稀盐酸
Na2SO3
Ba（NO3）2溶液
SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀
D
浓硝酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
酸性：
硝酸＞碳酸＞硅酸
解析 H2S可直接与AgNO3溶液作用生成黑色的Ag2S，故不能说明Ksp（AgCl）>Ksp（Ag2S）,A错误；浓硫酸滴入蔗糖中，②处试管中观察到白色固体变黑，证明浓硫酸有脱水性；③处试管中溴水褪色，说明有SO2生成（SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr），从而证明浓硫酸有氧化性，B正确；SO2与Ba（NO3）2溶液反应可生成白色沉淀BaSO4[3Ba（NO3）2＋3SO2＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO↑＋4HNO3]，但BaCl2与SO2不反应，C错误；浓硝酸挥发产生的HNO3蒸气也可直接与Na2SiO3溶液作用生成H2SiO3，故不能得出碳酸酸性大于硅酸的结论，D错误。
答案 B
3．（2012·江苏化学，13，4分）下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是（ ）
选项
实验操作
实验现象
结论
A
向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液
体析出
蛋白质均发生变性
B
向溶液X中先滴加稀硝酸，再滴加Ba（NO3）
2溶液
出现白色沉淀
溶液X中一定含有SO
C
向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体
出现白色沉淀
H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强
D
向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液
出现黄色沉淀
Ksp（AgCl）＞Ksp（AgI）
解析 A项，向蛋白质溶液中滴加饱和NaCl溶液，蛋白质析出，该变化属于蛋白质的盐析，蛋白质并没有发生变性；B项，若溶液X中含有SO
和HSO
，滴加稀硝酸后，SO
和HSO
被氧化为SO
，再滴加Ba（NO3）2溶液，也会出现白色沉淀；C项，Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，说明酸性：
H2CO3＞H2SiO3；D项，对于相同类型的难溶电解质（如AB型），通常Ksp越小，离子在相同条件下越易形成沉淀。
答案 D
4．（2015·课标全国卷Ⅰ，26，14分）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。
草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。
草酸晶体（H2C2O4·2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。
回答下列问题：
（1）甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。
装置C中可观察到的现象是______________________________________________
__________________________________________________________________，
由此可知草酸晶体分解的产物中有________。
装置B的主要作用是__________________________________________________________________。
（2）乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置（可以重复选用）进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。
装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
（3）设计实验证明：
①草酸的酸性比碳酸的强____________________________________________。
②草酸为二元酸____________________________________________________。
解析
（1）装置C中澄清石灰水的作用是检验是否有CO2气体生成，若有CO2气体生成，澄清石灰水变浑浊。
装置B中冰水的作用是降低温度，使生成的水和草酸（题给信息：
受热脱水、升华）冷凝。
若草酸进入装置C，会生成草酸钙沉淀，干扰CO2检验。
（2）检验CO可通过检验CO还原黑色的CuO生成的CO2进行。
因为分解产物中有CO2，所以先要除去CO2，可用浓NaOH溶液吸收CO2，并用澄清石灰水检验CO2是否除尽，再用无水氯化钙干燥CO，然后通过加热的CuO，再用澄清石灰水检验生成的CO2气体，没有反应掉的CO可用排水法收集。
若前面澄清石灰水无现象，H中黑色的CuO变红色，后面的澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中有CO。
（3）①证明草酸的酸性比碳酸强，可以利用溶液中较强酸制较弱酸的原理，将草酸与NaHCO3溶液混合，看是否有气体产生。
②证明草酸是二元酸，可以利用酸碱中和滴定原理，若消耗NaOH的物质的量是草酸的2倍，即可证明草酸是二元酸。
答案
（1）有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝（水蒸气、草酸等），防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
（2）①F、D、G、H、D、I CuO（氧化铜）
②前面澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
（3）①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生
②用NaOH标准溶液滴定草酸，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
5．（2015·北京理综，28，15分）为探讨化学平衡与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3＋＋2I－
2Fe2＋＋I2”反应中Fe3＋和Fe2＋的相互转化。
实验如下：
（1）待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时，再进行实验Ⅱ，目的是使实验Ⅰ的反应达到________。
（2）ⅲ是ⅱ的对比实验，目的是排除ⅱ中________造成的影响。
（3）ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2＋向Fe3＋转化。
用化学平衡移动原理解释原因：
___________________________________________________
__。
（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测ⅰ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因：
外加Ag＋使c（I－）降低，导致I－的还原性弱于Fe2＋，用下图装置（a，b均为石墨电极）进行实验验证。
①K闭合时，指针向右偏转，b作________极。
②当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管中滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生的现象证实了其推测。
该现象是________________________________。
（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实ⅱ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因。
①转化的原因是________。
②与（4）实验对比，不同的操作是________。
（6）实验Ⅰ中，还原性：
I－>Fe2＋；而实验Ⅱ中，还原性Fe2＋>I－。
将（3）和（4）、（5）作对比，得出结论是________。
解析
（1）待实验Ⅰ溶液颜色不再改变，说明其中的可逆反应已达平衡状态。
（2）实验ⅲ中加入1mL水，目的是排除ⅱ中因加入FeSO4溶液对原溶液稀释，造成溶液颜色变化。
（3）ⅰ中加入AgNO3溶液，Ag＋与I－生成AgI黄色沉淀，c（I－）减小，平衡2Fe3＋＋2I－
2Fe2＋＋I2逆向移动。
ⅱ中加入FeSO4溶液，c（Fe2＋）增大，平衡也是逆向移动，c（I2）减小，溶液变线。
（4）①U型管左管中I－具有强还原性，易发生氧化反应，a极为原电池的负极。
U型管右管中Fe3＋具有强氧化性，易发生还原反应，b极为原电池的正极。
②在U型管左管中滴加AgNO3溶液后，Ag＋与I－生成AgI黄色沉淀，I－浓度降低，I－的还原性降低，U型管右管新生成的Fe2＋还原性比I－强，从而U型管右管易发生氧化反应，作负极，故电流表的指针向左偏转。
（5）①按照（4）的离子浓度大小影响离子的还原性的原理，该同学利用原电池装置进行实验，证实了ⅱ中Fe2＋浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－。
②实验ⅱ与实验（4）相比较，实验（4）当指针归零后，可采取向U型管右管中滴加1mol·L－1FeSO4溶液，以增加Fe2＋的浓度，使c（Fe2＋）大于c（I－）。
（6）根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中c（Fe2＋）和c（I－）的浓度不同知，在其它条件不变时，物质的氧化性和还原性与浓度有关，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，导致平衡移动。
答案
（1）化学平衡状态
（2）因溶液稀释使溶液颜色变化
（3）加入Ag＋发生反应：
Ag＋＋I－===AgI↓，c（I－）降低；或增大c（Fe2＋），平衡均逆向移动
（4）①正 ②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转
（5）①Fe2＋浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－ ②向右管中滴加1mol·L－1FeSO4溶液
（6）该反应为可逆反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动
6．（2015·安徽理综，28，14分）某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L－1的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀。
为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：
假设一：
溶液中的NO
假设二：
溶液中溶解的O2
（1）验证假设
该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象
实验步骤
实验现象
结论
实验1：
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
实验2：
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBa（NO3）2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
假设一成立
（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入SO2体积的变化曲线如下图
实验1中溶液pH变小的原因是________；V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）________________。
（3）验证假设二
请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。
（4）若假设二成立，请预测：
在相同条件下，分别用足量的O2和KN
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