1、- 1 -专题能力提升练 十四化学实验方案与设计(建议用时:40 分钟)一、选择题1.(2016上海黄浦一模)下列实验装置,试剂选用或操作正确的是( )【解 析】选 B。二氧化氮与水反应生成 NO,但装置内部有空气,应将试剂瓶充满水,故 A 错误;干燥时气体长进短出,浓硫酸与氯气不反应,浓硫酸具有吸水性,则该装置可干燥氯气,故 B 正确;不能在容量瓶中稀释,应在烧杯中稀释、冷却后转移到容量瓶中,故 C 错误;过氧化钠为粉末状固体,关闭活塞不能控制反应的停止,则该装置不能制备少量氧气,故 D 错误。2.(2016淮南一模)某化学兴趣小组进行了有关 Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示
2、。下列有关说法正确的是( )A.实验中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,说明稀硝酸被 Cu 还原为 NO2B.实验中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强C.实验发生反应的化学方程式为 3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO4 4CuSO4+2NO+4H 2OD.由上述实验可得出结论:Cu 在常温下既可以和稀硝酸反应,也可以和稀硫酸反应【解析】选 C。中发生 3Cu+8HNO3 3Cu(NO3)2+2NO+4H 2O,生成硝酸铜溶液为蓝色,试管口 NO 被氧气- 2 -氧化生成红棕色的二氧化氮,但硝酸被还原生成 NO,故 A 错误;中加稀硫酸,Cu 与稀硫酸不反应,但硝酸铜在酸
3、性条件下具有硝酸的强氧化性,继续与 Cu 反应,而硝酸的氧化性强,故 B 错误;实验发生反应的化学方程式为 3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO4 4CuSO4+2NO+4H 2O,故 C 正确;由上述实验可得出结论:Cu 在常温下可以和稀硝酸反应,故 D 错误。【加固训练】(2016莆田一模)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是( )实验 现象 结论A将盐酸滴入 0.5 molL-1 Fe(NO3)2溶液中溶液变黄色;有无色气体逸出,后又变成红棕色Fe2+被 HNO3氧化B向浓 NaOH 溶液中滴入几滴 2 molL-1AlCl3,溶液,振荡有白色沉淀出现Al3+和 O
4、H-结合生成难溶性物质C 乙酸乙酯与稀硫酸共热、搅拌 液体不再分层乙酸乙酯在酸性条件下完全水解生成可溶性物质D将盐酸酸化的 BaCl2溶液滴入某溶液中出现白色沉淀 该溶液含有 S【解析】选 A。硝酸盐在酸性溶液中具有强氧化性,则将盐酸滴入 0.5 molL-1Fe(NO3)2溶液中生成铁离子、NO,观察到溶液变黄色;有无色气体逸出,后又变成红棕色,故 A 正确;NaOH 过量,不生成沉淀,生成偏铝酸钠,现象与结论不合理,故 B 错误;乙酸乙酯在酸性溶液中水解为可逆反应,结论不合理,故 C 错误;白色沉淀可能为 AgCl,应先加盐酸无现象,再加氯化钡检验硫酸根离子,故 D 错误。3.(2016南
5、宁一模)某地污水中含有 Zn2+、Hg 2+、Fe 3+和 Cu2+四种阳离子。甲、乙、丙三位同学设计的从该污水中回收金属铜的方案如下:- 3 -下列判断正确的是( )A.三种实验方案中都能制得纯净的铜B.乙方案中加过量铁粉可以将四种阳离子全部还原C.甲方案中的反应涉及置换、分解、化合、复分解四种反应类型D.丙方案会产生环境污染【解析】选 D。甲实验得到的沉淀中含有 Fe(OH)3、Cu(OH) 2,加热后得到 Fe2O3和 CuO,通 H2还原后不能得到纯净的铜;乙实验中加入过量铁粉,过滤所得的滤渣中含有铁、铜等物质,最后也不能得到纯净的铜;丙实验中用盐酸溶解了滤渣中过量的铁,最后可以得到纯
6、净的铜。因为锌比铁活泼,所以方案乙中加入的铁不能还原 Zn2+。甲方案中没有涉及化合反应。丙方案有可能产生汞和酸性废水,从而导致环境污染。4.(2016深圳一模)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是( )选项 实验 现象 结论A 用燃烧的镁条引燃铝热剂剧烈反应该反应是吸热反应B 向鸡蛋清溶液中加入饱和(NH 4)2SO4溶液生成白色沉淀蛋白质发生了变性C处理锅炉水垢中的 CaSO4时,依次加入饱和 Na2CO3溶液和盐酸水垢溶解Ksp:CaCO3CaSO4D 向饱和 Na2CO3溶液中通入足量的 CO2溶液变浑浊析出了溶解度更小的 NaHCO3【解析】选 D。铝热反应为放
7、热反应,结论不合理,故 A 错误;向鸡蛋清溶液中加入饱 和(NH 4)2SO4溶液发生- 4 -盐析,而不是变性,重金属盐可使蛋白质变性,故 B 错误;硫酸钙和碳酸钙阴离子和阳离子比相同,可以直接比较溶解度和溶度积常数,处理锅炉水垢中的 CaSO4时,依次加入饱和 Na2CO3溶液和盐酸,水垢溶解,发生了沉淀转化, Ksp:CaCO3CaSO4,故 C 错误;因为 NaHCO3的溶解度比 Na2CO3的小,所以向饱和 Na2CO3溶液中通入足量 CO2,溶液变浑浊,有因果关系,故 D 正确。5.(2016枣庄一模)实验室用含有杂质(FeO、Fe 2O3)的废 CuO 制备胆矾晶体经历下列过程(
8、已知:Fe 3+在pH=5 时已完全沉淀):下列分析正确的是( )A.用 98%的浓硫酸配制溶解所用的 4.5 molL-1的稀硫酸,需 4 种玻璃仪器B.步骤目的是将溶液中的 Fe2+充分转化成 Fe3+,实验操作是向溶液中通入足量的氯气C.利用 Cu(OH)2替代 CuO 也可调节溶液 pH 而不影响实验结果D.步骤之后的实验操作是蒸干溶剂结晶,所需仪器是蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、泥三角、三脚架【解析】选 C。用浓硫酸配制一定物质的量浓度的稀硫酸溶液,需使用量筒量取浓硫酸的体积,溶解过程需要烧杯和玻璃棒,还要用到容量瓶和胶头滴管,A 错误。步骤中氧化 Fe2+若选用 Cl2,则最终难以得到纯
9、净的胆矾晶体,氧化剂最好选用 H2O2,B 错误。步骤之后要得到胆矾晶体,应通过加热蒸发浓缩、冷却结晶的方法,题中仪器不需要泥三角,三脚架也可改为铁架台和铁圈,D 错误。二、非选择题6.(2016石家庄二模)硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2是分析化学中的重要试剂。查阅资料隔绝空气加热至 500时硫酸亚铁铵能完全分解,分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等。实验探究某化学小组选用下图所示部分装置进行实验(夹持装置略)- 5 -实验 验证分解产物中含有氨气和水蒸气,并探究残留固体成分。(1)所选用装置的正确连接顺序为_(填装置的字母序号)。(2)证明有水蒸气生成的实验现象为_。(
10、3)证明有氨气生成的实验现象为_。(4)A 中固体完全分解后变为红棕色粉末,设计实验证明 A 中残留固体仅为 Fe2O3,而不含 FeO 或Fe3O4:_。实验 乙同学为探究分解产物中的硫氧化物,连接装置 A-E-F-B 进行实验。(5)实验过程中观察到:E 中没有明显现象,F 中溶液褪色,据此得出的结论是_。(6)B 的作用是_。(7)实验证明(NH 4)2Fe(SO4)2受热分解除上述产物外,还有 N2生成,写出 A 中反应的化学方程式_。【解析】(1)验证分解产物中含有氨气和水蒸气,为防止后面溶液干扰必须先检验水蒸气,用 C 中无水硫酸铜检验,再用碱石灰除去水,用含酚酞的水检验氨气,故顺
11、序是 ACBD。(2)无水硫酸铜遇水会变蓝。(3)氨气溶于水显碱性,故遇酚酞变红。(4)氧化铁中没有二价铁,氧化亚铁和四氧化三铁中都含有亚铁离子,可使高锰酸钾褪色,故可加入适量稀硫酸使其完全溶解,向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液,若高锰酸钾溶液不褪色,则残留固体是 Fe2O3,而不含 FeO 或 Fe3O4。(5)SO3遇盐酸酸化的氯化钡会产生白色沉淀,而 E 中没有明显现象,说明产物中没有 SO3,二氧化硫能使品红褪色,F 中溶液褪色,故含有二氧化硫。(6)产物中有二氧化硫会污染空气,故要用碱石灰吸收二氧化硫。- 6 -(7)据以上分析产物中含有 Fe2O3、SO 2、NH 3、N 2和 H
12、2O,故方程式为 2(NH4)2Fe(SO4)2 Fe2O3+4SO2+2NH 3+N 2+5H 2O。答案:(1)ACBD(2)C 中无水硫酸铜变蓝(3)D 中溶液变为红色(4)取少量 A 中残留固体,加入适量稀硫酸使其完全溶解,向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液,若高锰酸钾溶液不褪色,则残留固体是 Fe2O3,而不含 FeO 或 Fe3O4(5)分解产物中有 SO2,没有 SO3(6)吸收 SO2,防止污染(7)2(NH4)2Fe(SO4)2 Fe2O3+4SO2+2NH 3+N 2+5H 2O【方法规律】化学实验探究的基本环节(1)发现问题:就是在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和
13、异常现象等。(2)提出猜想:就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。(3)设计验证方案:就是根据猜想,结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案,对各种猜想进行验证。(4)具体实施实验:就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。(5)观察现象分析数据,得出结论:就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据,然后进行推理分析和数据分析,通过对比归纳得出结论。7.(2016郑州二模)苯甲酸是一种重要的化工原料。实验室合成苯甲酸的原理、有关数据及装置示意图如下:溶解性名称 性状 熔点/ 沸点/密度/gcm-3 水 乙醇甲苯无色液体易燃易挥发-95 110
14、.6 0.866 9 不溶 互溶- 7 -苯甲酸白色片状或针状晶体112.4(100左右升华)248 1.265 9 微溶 易溶苯甲酸在水中的溶解度如表中所示:温度/ 4 18 75溶解度/g 0.2 0.3 2.2某学习小组在实验室制备、分离、提纯苯甲酸,并测定所得样品的纯度,步骤如下:一、制备苯甲酸在三颈烧瓶中加入 2.7 mL 甲苯、100 mL 水和 23 片碎瓷片,开动电动搅拌器,a 中通入流动水,在石棉网上加热至沸腾,然后分批加入 8.5 g 高锰酸钾,继续搅拌约 45 h,直到甲苯层几乎近于消失、回流液不再出现油珠,停止加热和搅拌,静置。二、分离提纯在反应混合物中加入一定量草酸(
15、H 2C2O4)充分反应,过滤、洗涤,将滤液放在冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化,苯甲酸全部析出后减压过滤,将沉淀物用少量冷水洗涤,挤压去水分后放在沸水浴上干燥,得到粗产品。三、测定纯度称取 mg 产品,配成 100 mL 乙醇溶液,移取 25.00 mL 溶液于锥形瓶中,滴加 23 滴酚酞,然后用标准浓度KOH 溶液滴定。请回答下列问题:(1)装置 a 的名称是_,其作用为_。(2)甲苯被高锰酸钾氧化的原理为 +KMnO4 +MnO2+H 2O+ _,请完成并配平该化学方程式。(3)分离提纯过程中加入的草酸是一种二元弱酸,反应过程中有酸式盐和无色气体生成。加入草酸的作用是_,请用离子方程式表示
16、反应原理:_。(4)产品减压过滤时用冷水洗涤的原因是_。(5)选用下列_(选填字母)操作,可以将粗产品进一步提纯。A.溶于水后过滤 B.溶于乙醇后蒸馏C.用甲苯萃取后分液 D.升华(6)测定纯度步骤中,滴定终点溶液的颜色变化是_。- 8 -若 m=1.200 g,滴定时用去 0.120 0 molL-1标准 KOH 溶液 20.00 mL,则所得产品中苯甲酸的质量分数为_。【解析】(1)该反应中反应物与产物都易挥发,需要加球形冷凝管进行冷凝回流。(2)甲苯被氧化为苯甲酸,相当于增加了 2 个氧原子、去掉了 2 个氢原子,则化合价升高 6,而 KMnO43e -MnO 2,所以有 2KMnO 4
17、,再结合原子守恒配平 。(3)反应混合物中有过量的 KMnO4,苯甲酸也溶于水,加入具有还原性的草酸将 KMnO4还原为难溶的二氧化锰除去,同时还生成 KHCO3和 CO2,Mn 3e -MnO 2,H2C2O42e -2CO 2(或 HC),则根据得失电子守恒有 2Mn3H 2C2O4,再结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式。(4)根据苯甲酸在水中的溶解度知:温度越低,溶解度越小,过滤时损失越少。(5)注意信息:苯甲酸在 100升华,将固体加热到 100升华可得纯净的苯甲酸,其余选项中都会使苯甲酸溶解或不容易分离。(6)酸溶液中加入酚酞没有明显现象,当显碱性时呈红色。根据反应有 n(苯甲酸)
18、=n(KOH)=0.120 0 molL-120.00 mL10-3LmL-1=2.410-3mol,m(苯甲酸)=2.410 -3mol122 gmol-1=0.292 8 g,则产品中苯甲酸的质量分数是0.292 8 g41.200 g100%=97.6%。答案:(1 )球形冷凝管 冷凝回流,防止甲苯的挥发而降低产品产率(2)1 2 1 2 1 KOH(3)将过量的高锰酸钾转化为二氧化锰,以便过滤除去 2Mn +3H2C2O4 2MnO2+2HC +4CO2+2H 2O(4)苯甲酸在冷水中的溶解度较小,用冷水洗涤可以减少产品的损失(5)D(6)溶液由无色变浅红色,且半分钟不褪色 97.6%
19、(建议用时:45 分钟)一、选择题1.下列实验装置应用于铜与浓硫酸反应制取二氧化硫和硫酸铜晶体,能达到实验目的的是( )- 9 -A.用图甲装置制取并收集二氧化硫B.用图乙装置向反应后的混合物中加水稀释C.用图丙装置过滤出稀释后混合物中的不溶物D.用图丁装置将硫酸铜溶液蒸发浓缩后冷却结晶【解析】选 D。SO 2的密度比空气大,应用向上排空气法收集,收集装置应长管进气短管出气,SO 2有毒,缺少尾气处理装置,故 A 错误;反应后的混合物 中可能含有剩余的硫酸,稀释时应将混合物沿器壁倒入盛水的烧杯中并用玻璃棒不断搅拌,故 B 错误;过滤时,应将混合物用玻璃棒引流倒入过滤器中,故 C 错误;可用图丁
20、装置将硫酸铜溶液蒸发浓缩后冷却结晶,故 D 正确。2.下列实验操作、现象和结论均正确的是( )选项 实验操作 现象 结论A将干燥纯净的氯气通入装有湿润的红色纸条的试剂瓶中红色褪去 干燥的氯气有漂白性B往乙醇中加入适量浓硫酸制备乙烯,并将产生的气体直接通入酸性 KMnO4溶液中酸性 KMnO4溶液紫红色褪去证明乙烯能被酸性高锰酸钾氧化C取少量 BaSO4固体于试管中,加入足量的盐酸固体不溶解BaSO4不溶于盐酸,且可以用盐酸和 BaCl2溶液检验 SD在分液漏斗中加入碘水后再加入 CCl4,充分振荡分层,且上层溶液呈紫色CCl4可作为碘的萃取剂【解析】选 C。氯气与水反应生成次氯酸,次氯酸有漂白
21、性,氯气无漂白性,故 A 错误;乙醇可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应,应先除去乙醇,故 B 错误;加入足量盐酸,没有沉淀生成,说明不是银离子,没有气体产生,说明不是碳酸根离子、亚硫酸根离子,再滴加氯化钡,产生白色沉淀,则溶液中一定含有硫酸根离子,故 C 正确;四氯化碳密度比水大,下层呈紫色,故 D 错误。3.下列实验不能达到目的的是( )A.向 HClO 溶液中通入 SO2,生成 H2SO4,证明 H2SO4的酸性比 HClO 强B.向 Na2SiO3溶液中滴加酚酞,溶液变红,证明 Na2SiO3发生了水解反应C.将铝箔在酒精灯火焰上加热,铝箔熔化但不滴落,证明氧化铝熔点高于铝D.将饱和氯水滴
22、到蓝色石蕊试纸上,试纸先变红后褪色,证明氯水有漂白性【解析】选 A。SO 2与 HClO 反应生成 H2SO4,是 HClO 的强氧化性所致,不是酸性所致,所以不能得出- 10 -H2SO4的酸性比 HClO 强的结论,故 A 错误;无色酚酞遇碱变红色,向 Na2SiO3溶液中滴加酚酞,溶液变红,说明该溶液呈碱性,则硅酸钠水解导致溶液呈碱性,故 B 正确;铝与氧气反应生成氧化铝的熔点高,则铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落,故 C 正确;氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,溶液呈酸性,则氯水滴到蓝色石蕊试纸上,试纸变红色,次氯酸有漂白性,所以试纸最后褪色,故 D 正确。4.下列实验方案的设计、结论正
23、确的是( )A.用 NaHCO3溶液可一次鉴别出稀盐酸、NaOH 溶液、AlCl 3溶液、NaAlO 2溶液B.高锰酸钾试剂瓶内壁上黑色物质可用稀盐酸洗涤C.除去 SO2中少量 HCl,将其通入饱和的 Na2SO3溶液D.将硝酸铵晶体溶于水,测得水温下降,证明硝酸铵水解是吸热的【解析】选 A。NaHCO 3溶液分别与稀盐酸、NaOH 溶液、AlCl 3溶液、NaAlO 2溶液混合的现象为气体生成、无现象、气体和沉淀生成、沉淀生成,现象不同,可鉴别,故 A 正确;黑色物质为二氧化锰,与稀盐酸不反应,应选浓盐酸加热洗涤,故 B 错误;二者均与 Na2SO3溶液反应,应选饱和 NaHSO3溶液除杂,
24、故 C 错误;水温下降,可能为溶解时吸热,则不能说明硝酸铵水解是吸热的,故 D 错误。5.某黑色粉末可能是 Fe3O4或 Fe3O4与 FeO 的混合物,为进一步确认该黑色粉末的成分,下列实验方案不可行的是( )A.准确称量一定质量的黑色粉末,用 H2充分还原,并用干燥剂收集所得水,获得水的准确质量,进行计算B.准确称量一定质量的黑色粉末,溶解于足量盐酸,加热蒸干溶液并在空气中灼烧至质量不变,称量所得粉末质量,进行计算C.准确称量一定质量的黑色粉末,用 CO 充分还原,在 CO 气流中冷却后准确称量剩余固体的质量,计算D.准确称量一定质量的黑色粉末,与一定量铝粉混合后点燃,充分反应后冷却,准确
25、称量剩余固体质量,进行计算【解析】选 D。准确称量一定质量的黑色粉末,用 H2充分还原,并用干燥剂收集所得水,获得水的准确质量,可计算出氧原子和铁原子的质量,依据铁原子和氧原子物质的量之比可得到黑色粉末的成分,A 项可行;准确称量一定质量的黑色粉末,溶解于足量盐酸,加热蒸干溶液并在空气中灼烧至质量不变,所得粉末为氧化铁,根据氧化铁的质量可以计算出原黑色粉末中铁原子的质量,从而计算出黑色粉末中氧原子的质量,依据铁原子和氧原子的物质的量之比可得到黑色粉末的成分,B 项可行;准确称量一定质量的黑色粉末,用 CO 充分还原,在 CO 气流中冷却后得到的固体为铁,根据铁的质量可以计算出原黑色粉末中铁原子的质量,从而计算出黑色粉末中氧原子的质量,依据铁原子和氧原子的物质的量之比可得到黑色粉末的成分,C 项可行;反应物和生成物都是固体,反应前后固体质量不变,不能得到黑色粉末的成分,D 项不可行。【加固训练】
