1、- 1 -课时 4 化学实验方案的设计与评价1过碳酸钠(2Na 2CO33H2O2)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂，该晶体具有Na2CO3和 H2O2的双重性质。利用图 2装置制备过碳酸钠，在冷水浴中充分反应后，按图 1流程可获得过碳酸钠产品。图 2 (1)恒压滴液漏斗中支管的作用是_。(2)制备过碳酸钠的关键是_。(3)如果配制过碳酸钠的水中含有铁离子，不仅会削弱洗涤剂的去污能力，甚至完全失去杀菌作用。试分析其中的原因_(写出其中一种即可，用方程式表示)。(4)某化学学习小组为了定性探究铁离子对这种新型漂白剂的不良影响，取该漂白剂 100 mL，加入 25 g FeCl3固体，产
2、生大量无色无味气体，用贮气瓶收集气体。请选用下列试剂和实验用品完成气体成分的探究过程：0.1 mol/L NaOH溶液、8.0 mol/L NaOH溶液、澄清石灰水、0.01 mol/L KMnO 4溶液、BaCl 2稀溶液、品红溶液、蒸馏水、木条、酒精灯、火柴、洗气瓶。提出假设：对该气体成分提出合理假设。假设 1：气体是 O2；假设 2：气体是_；假设 3：气体是 CO2。- 2 -设计方案：设计实验方案证明你的假设，在下表中完成实验步骤、预期现象与结论。实验步骤 预期现象与结论将气体依次通入盛有_、_的洗气瓶中，_；_；_解析 (1)恒压滴液漏斗中支管连接了上下两端，使液体上下气压相等，使
3、漏斗中的液体能顺利流下。(2)温度高时 H2O2易分解，故控制好反应温度是关键。(3)铁离子可以作催化剂，使过氧化氢分解，另外铁离子和碳酸根离子可以发生水解相互促进的反应。(4)无色无味气体可能是 O2或 CO2或 CO2和 O2二者的混合气体。检验 CO2用澄清石灰水，检验 O2用带火星的木条。答案 (1)使液体顺利流下(2)控制反应温度(3)2H2O2 2H2OO 2或 2Fe3 3CO 3H 2O=2Fe(OH)33CO 2= = = = =Fe3 23(4)CO 2和 O2实验步骤 预期现象与结论澄清石灰水 8.0 mol/L NaOH溶液 并将带火星的木条放在最后一个洗气瓶的出口处若
4、澄清石灰水不变浑浊，木条复燃，则假设 1成立若澄清石灰水变浑浊，木条复燃，则假设 2成立若澄清石灰水变浑浊，木条不复燃，则假设 3成立2.(2015石家庄二模)草酸晶体的组成可表示为 H2C2O4xH2O。实验室常用加热分解草酸晶体的- 3 -方法制取 CO气体，反应方程式为：H 2C2O4xH2O COCO 2( x1)H 2O。= = = = = 下图为分解草酸晶体，用干燥纯净的 CO还原 CuO制取 Cu，并收集 CO的实验装置(略去铁架台、铁夹等支撑夹持装置)，回答下列问题。(1)C装置中盛放的试剂是_(填化学式)，E 装置的作用是_。(2)实验过程中涉及如下操作：点燃 A处的酒精灯
5、熄灭 A处的酒精灯 点燃 D处的酒精灯 熄灭 D处的酒精灯，这 4步操作由先到后的顺序为_(填序号)。点燃 D处酒精灯前必须要进行的操作是_。(3)用酸性高锰酸钾溶液滴定草酸晶体，求 x的值。实验步骤：准确称取 1.17 g草酸晶体，配成 100 mL溶液；取出 20.00 mL于锥形瓶中，再向瓶中加入足量稀 H2SO4；用 0.050 0 mol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，滴定至终点时消耗高锰酸钾溶液 16.00 mL。滴定时，所发生的反应为：2MnO 5H 2C2O46H =10CO22Mn 2 8H 2O。4配制草酸溶液除需要玻璃棒、烧杯，还一定需要的玻璃仪器有_。 x_。(4)为探究催化
6、剂对化学反应速率的影响，在甲、乙试管中分别加入下列物质：试管 甲 乙0.01 mol/L KMnO4 4 mL y mL0.1 mol/L H2C2O4 x mL 2 mL0.1 mol/L H2SO4 1 mL 1 mLMnSO4固体 无 有则 x_， y_。能够得出催化剂对该反应有影响的结论的实验现象是_。解析 (1)B 中试剂为 NaOH溶液等，目的是除去混合气体中的二氧化碳和草酸蒸气，C 中试剂为浓硫酸，目的是干燥 CO气体；D 中 CuO与 CO反应制取 Cu；E 为安全瓶，起到防倒吸的作用；F 中试剂为澄清石灰水，除去二氧化碳气体。(2)CO 气体的纯度不足时点燃会发生爆炸现象，所
7、以应该先点燃 A处酒精灯，用生成的 CO将装置中空气排净，然后再点燃 D处的酒精灯；熄灭酒精灯时恰好相反，先熄灭 D处酒精灯，然后再熄灭 A处酒精灯，所以正确的操作顺序为：；避免发生爆炸现象，所以点燃 D处酒精灯前必须要检验 CO的纯度。- 4 -(3)配制 100 mL草酸溶液除需要玻璃棒、烧杯，还需要选用 100 mL容量瓶，定容时还需要胶头滴管；16.00 mL 0.050 0 mol/L高锰酸钾溶液中含有高锰酸钾的物质的量为：0.050 0 mol/L0.016 L0.000 8 mol,100 mL该草酸溶液能够消耗高锰酸钾的物质的量为：0.000 8 mol 0.004 mol，根
8、据反应100 mL20.00 mL2MnO 5H 2C2O46H =10CO22Mn 2 8H 2O可知 1.17 g样品中含有草酸的物质的量为：40.004 mol 0.01 mol，草酸的质量为：90 g/mol0.01 mol0.9 g，含有结晶水的物52质的量为： 0.015 mol，则该草酸晶体中 x 1.5。(4)为探究1.17 g 0.9 g18 g/mol 0.015 mol0.01 mol催化剂对化学反应速率的影响，除了有催化剂和无催化剂以外，其他条件必须完全相同，则x2、 y4；催化剂能够加快反应速率，则加入 MnSO4固体的试管中溶液褪色速率比未加的快。答案 (1)浓硫酸
9、 安全瓶(或防倒吸)(2) 验纯(3)100 mL 容量瓶、胶头滴管 1.5(4)2 4 加入 MnSO4固体的试管中溶液褪色速率比未加的快3将绿矾(FeSO 47H2O)在隔绝空气条件下加强热分解。已知产物全部为氧化物。为探究绿矾分解的产物，某同学进行了以下实验：【实验一】为探究固体产物中铁元素的价态，该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液，进行以下猜想和实验：猜想 实验操作 预期现象猜想一：铁元素只显_价KSCN溶液无明显现象稀酸性 KMnO4溶液颜色_猜想二：铁元素只显_价KSCN溶液呈_色；稀酸性 KMnO4溶液颜色_猜想三：铁元素既有2 价又有3 价向所得溶液中滴入 KSCN溶
10、液；向稀酸性KMnO4溶液中滴入所得溶液KSCN溶液呈_色；稀酸性 KMnO4溶液颜色_【实验二】为进一步探究该反应的产物，进行了如下图所示的实验：- 5 -(1)实验开始时，点燃 B处酒精喷灯之前应先打开 A处活塞通 CO2，其目的是_。(2)装置图中 C的作用是_。(3)该组同学称取了 55.6 g绿矾按如图装置进行实验，待绿矾分解完全后，测得 D瓶中沉淀的质量为 23.3 g，根据这些数据，可以得知，绿矾分解的化学方程式为_。(4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是_。解析 【实验一】由题意知绿矾分解的产物全为氧化物，则铁元素可能为2 价，也可能为3 价，或者既有2 价又有3 价。
11、2 价铁具有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液褪色，3 价铁遇 KSCN溶液生成血红色物质，利用这些性质可以检验铁元素的价态。【实验二】(1)FeSO 4具有还原性，能够被空气中的氧气氧化，实验开始时先通 CO2的目的是排净装置内的空气防止 FeSO47H2O被氧化。(2)本实验有加热装置，反应产生气体，气体与氯化钡溶液反应产生白色沉淀，导气管内压强减小，容易发生倒吸，C 为防倒吸装置。(3)55.6 g绿矾的物质的量为 0.2 mol，那么分解前硫元素的物质的量为 0.2 55.6 g278 gmol 1mol，白色沉淀为硫酸钡，其物质的量为 0.1 mol，所以除了 SO3以外还应23.3 g2
12、33 gmol 1有 SO2，其物质的量也为 0.1 mol，因此绿矾分解的化学方程式是 2FeSO47H2OFe2O3SO 2SO 314H 2O。(4)二氧化硫会污染环境，应添加尾气处理装= = = = = 置。答案 【实验一】猜想一：2 褪色猜想二：3 血红 无变化猜想三：血红 褪色【实验二】(1)排净装置内的空气(2)防止产生倒吸(3)2FeSO47H2O Fe2O3SO 2SO 314H 2O= = = = = (4)未进行尾气处理- 6 -4已知草酸晶体(H 2C2O4nH2O)在 101 时开始熔化，150 时开始升华，175 时开始分解；草酸钙和草酸氢钙均为白色不溶物。某研究性
13、学习小组的同学选用下面的某些仪器(夹持装置略去)进行“草酸晶体受热分解的部分产物的验证” 的实验：(1)仪器 X的名称是_，实验中 X的作用是_，甲同学进行实验时仪器的接口顺序为：_。若 B中溶液变浑浊，则证明分解的产物中有_；若 F中的固体由黑色变成红色，则说明分解产物中有_。彻底处理掉本实验中的尾气的最好方法是_。假若上述现象均已发生，则草酸晶体分解的化学方程式为_。(2)乙同学进行实验时仪器的接口连接顺序为 abcdef，实验过程中发现 D中有黑色固体生成，经查阅资料知此固体为金属单质，则 D中反应的化学方程式为_。(3)丙同学待甲同学的实验结束后，将烧瓶内的液体与 B中的沉淀混合在一起
14、，结果发现有无色无味的气体及新的固体生成，由此他认为烧瓶中还存在没有分解的草酸且草酸是强酸，请对他的结论进行评价_。(4)设计一种方案确定草酸钙中是否含有碳酸钙：_。解析 (1)由草酸能升华且与 Ca(OH)2反应生成白色沉淀知，草酸对 CO2的检验存在干扰，因此球形冷凝管的作用是冷凝回流，避免汽化的草酸对 CO2的检验产生干扰。从 A中出来的气体中含有 CO2、CO 及少量的 H2O(g)，应先用澄清的石灰水检验 CO2，再用 NaOH溶液除去CO2，浓硫酸吸收 H2O，最后用 CuO检验 CO。CO 属于可燃性有毒气体，故可采取点燃的方法进行尾气处理。(2)氯化钯被还原为单质钯，说明 CO
15、被氧化，其氧化产物为 CO2。(3)由有气体产生可知 A中剩余的草酸与 CaCO3发生了反应，故 A中有草酸剩余，但此反应只能说明草酸的酸性比碳酸强，不能说明草酸是强酸。(4)可取一定量的草酸钙样品于试管中，然后向试管中滴加盐酸，若有气泡产生，则含有 CaCO3，否则不含。答案 (1)球形冷凝管 冷凝回流，避免汽化的草酸对 CO2的检验产生干扰 abcdehij - 7 -CO 2 CO 在 k处放置一个点燃的酒精灯，直接将 CO燃烧掉H 2C2O4nH2O CO2CO( n1)H 2O= = = = = (2)COPdCl 2H 2O=CO2Pd2HCl(3)相应结论不准确，有气体及新固体生
16、成说明 A中有草酸剩余，但只能说明草酸的酸性比碳酸的酸性强，不能说明草酸是强酸(4)取一定质量的草酸钙样品于试管中，然后向试管中加入盐酸，若有气泡产生，则含碳酸钙；否则不含5(2016武汉调研)硫酸亚铁晶体(FeSO 47H2O)俗称绿矾，加热至高温会发生分解，为确定绿矾分解产生的非金属氧化物，进行如下探究：(1)假设 1：非金属氧化物为 SO2；假设 2：非金属氧化物为 SO3；假设 3：_。(2)现设计如下所示实验装置(图中铁架台略去)，检验绿矾的分解产物。按上述装置进行实验，同学们观察到如下现象：装置 现象 结论A固体呈现红棕色，将其放入足量稀盐酸，固体全部溶解，得到黄色溶液B 无水硫酸
17、铜变蓝C 高锰酸钾溶液褪色_(3)结合实验现象，理论上分析可知绿矾分解还生成另一物质 SO3。其理论依据是_。(4)为证明反应产生了 SO3，应在 B、C 之间补充一个装置，请你在下表中画出实验装置图(气流方向：左右)，注明药品的名称可供选择的药品有 1 molL-1 NaOH溶液、0.5 molL-1 BaCl2溶液、0.5 molL -1 Ba(NO3)2溶液。装置示意图 现象及结论_，说明分解产物中有 SO3- 8 -(5)根据上述实验，写出绿矾高温分解的化学方程式：_。解析 (2)固体加入盐酸溶解后溶液呈现黄色说明有 Fe3 ，固体呈现红棕色，则固体中存在Fe2O3，无水 CuSO4变
18、蓝说明有 H2O生成，KMnO 4溶液褪色说明有 SO2生成。(3)可根据元素守恒进行判断。(4)SO 2通入 BaCl2溶液中无明显现象，SO 3通入 BaCl2溶液能生成 BaSO4沉淀。(5)反应的生成物有 Fe2O3、SO 2、SO 3、H 2O，根据得失电子守恒、元素守恒配平化学方程式：2FeSO47H2O Fe2O3SO 2SO 314H 2O。= = = = =高 温 答案 (1)非金属氧化物为 SO2和 SO3的混合物(2)分解产生 H2O、Fe 2O3、SO 2(3)在 FeSO4中 S和 O原子个数之比为 14，若只生成 Fe2O3和 SO2，S 和 O原子个数之比为13.5，元素不守恒，所以生成物必须有 SO3(或若 1 mol FeSO4生成 0.5 mol Fe2O3和 1 mol SO2，化合价升降不守恒，所以必须生成 SO3)(4) 有白色沉淀生成(5)2FeSO47H2O Fe2O3SO 2SO 314H 2O= = = = =高 温
