还剩26页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
专题二十三 实验方案的设计与评价-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案
展开
这是一份专题二十三 实验方案的设计与评价-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共29页。
专题二十三 实验方案的设计与评价
考点 实验方案的设计与评价
考法1 物质制备型实验方案的设计与评价
命题角度 物质制备型实验方案的设计与评价
例1 乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,相对分子质量为288}易溶于水,是一种很好的补铁剂,可由乳酸[CH3CH(OH)COOH]与FeCO3反应制得。
Ⅰ.碳酸亚铁的制备(装置如图所示)
(1)仪器B的名称是 ;实验操作:打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,使反应进行一段时间,其目的是 。
(2)要使仪器C中的制备反应发生,需要进行的操作是 ,该反应产生一种常见气体,写出反应的离子方程式: 。
(3)仪器C中的混合物经过滤、洗涤得到FeCO3沉淀,检验其是否洗净的方法是 。
Ⅱ.乳酸亚铁晶体的制备及纯度测定
(4)向纯净FeCO3固体中加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应,经过滤,在 的条件下,经低温蒸发等操作后,获得乳酸亚铁晶体。
(5)两位同学分别用不同的方案进行样品纯度测定:
① 甲同学通过KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的含量,来测定样品纯度。在操作均正确的前提下,所得纯度总是大于100%,其原因可能是
。
② 乙同学经查阅资料后改用碘量法测定铁元素的含量,来测定样品纯度。称取3.000 g样品,灼烧后加足量盐酸溶解,取所有可溶物配成100 mL溶液。量取25.00 mL该溶液于锥形瓶中,加入过量KI溶液充分反应,然后加入几滴淀粉溶液,用0.100 mol·L-1硫代硫酸钠溶液滴定(已知:I2+2S2O32-S4O62-+2I-),当溶液 ,即为滴定终点;平行滴定3次,硫代硫酸钠溶液的平均用量为24.80 mL,则样品纯度为 %(保留3位有效数字)。
【解析】
实验目的
由乳酸与FeCO3反应制备乳酸亚铁晶体并测定样品纯度
实验原理
碳酸亚铁的制备:FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+CO2↑+H2O+(NH4)2SO4;
乳酸亚铁的制备:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O
实验装置
(1)仪器A为恒压漏斗;仪器B 为蒸馏烧瓶;仪器C 为三颈烧瓶
实验操作
(1)打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,反应一段时间后,氢气可排尽装置内的空气,防止亚铁离子被氧化;
(2)关闭活塞2后,生成的氢气使蒸馏烧瓶中压强增大,硫酸亚铁溶液沿导管上升,进入三颈烧瓶,进而发生反应可生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳气体;
(3)检验FeCO3沉淀是否洗涤干净的方法:可通过检验SO42-是否存在验证是否洗净,取最后一次洗涤液,加入稀盐酸酸化,再滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则洗涤干净;
(4)乳酸亚铁易被空气中的氧气氧化,故在隔绝空气条件下,将生成的乳酸亚铁溶液经低温蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得乳酸亚铁晶体
实验现象
及分析
(5)①乳酸根离子中的羟基也可以被高锰酸钾氧化,导致消耗的高锰酸钾溶液的体积偏大,测得样品纯度大于100%;
②灼烧后加足量盐酸溶解,样品中的Fe2+被氧化成Fe3+,则Fe3+会氧化I-生成碘单质,离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2;淀粉遇碘单质变为蓝色,滴入硫代硫酸钠溶液,到滴定终点时,碘单质被完全消耗,蓝色会消失,且半分钟内不恢复原色
实验
计算
(5)②利用关系式进行计算,[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O~Fe3+~12I2~Na2S2O3,则3.000 g样品中含有乳酸亚铁晶体的物质的量为24.80×10-3 L×0.100 mol·L-1×100 mL25.00 mL=0.009 92 mol,质量为0.009 92 mol×288 g·mol-1=2.856 96 g,则纯度为2.856 96 g3.000 g×100%≈95.2%
【答案】 见解析
考法2 物质性质探究型实验方案的设计与评价
命题角度 “操作—现象—结论”微型实验探究
例2 由下列实验及现象不能推出相应结论的是
实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变
还原性:Fe>Fe2+
B
将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象
Ksp(AgI)
【归纳总结】
探究类试题的命题素材通常为探究物质本身的性质,如酸性及其强弱、氧化性及其强弱、还原性及其强弱、溶度积大小、电离能力、水解能力等,探究物质间能否发生反应(通常与物质检验相结合考查)、探究某反应物或生成物的组成与性质等。近年高考常见的探究类型如下:
探究类型
探究方法示例
探究HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱
利用强酸制弱酸的原理探究:HCl与碳酸盐反应制取CO2,气体净化后通入硅酸钠溶液中生成硅酸沉淀
利用盐的水解原理探究:用pH试纸(pH计)测定同浓度的NaCl溶液、Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的pH,pH越大对应酸的酸性越弱
探究Cl2、Fe3+、I2的氧化性强弱
利用氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性原理探究:将氯气通入加有KSCN的FeCl2溶液中,氯气将Fe2+氧化成Fe3+,将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中,Fe3+将I-氧化成I2
探究CuS、ZnS的溶度积大小
向浓度相同的CuSO4、ZnSO4的混合液中滴入相同的Na2S溶液,若先生成黑色沉淀CuS、后生成白色沉淀ZnS,说明Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
探究HCOOH、CH3COOH电离能力的强弱
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOOH溶液、CH3COOH溶液的pH,酸的酸性越强,对应酸的电离能力越强
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOONa溶液、CH3COONa溶液的pH,盐溶液的碱性越强,对应酸的酸性越弱,即酸的电离能力越弱
【拓展训练】1. 探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
实验
装置
试剂a
现象
①
Ca(OH)2溶液(含酚酞)
溶液褪色,产生白色沉淀
②
少量NaHCO3溶液
产生气泡
③
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
④
C2H5OH和浓硫酸
加热后产生有香味物质
由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是( )
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2MnO4-+5C2O42-+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
模型4 综合实验题的解题模型与突破方法
(1)探究型实验题
探究型实验题一般分为探究已知物质的化学性质、探究物质的组成、制备物质并探究其化学性质等,需要考生依据题中设定的实验步骤,通过对实验现象进行分析最终得出实验结论(物质组成、反应方程式等)。
例3 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:
(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为 。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按如图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是 。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有 、 。
③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是 。
④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是: 。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。
①称量m g样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是 。
②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液V mL。该晶体中铁的质量分数的表达式为 。
【解析】 本题为探究型综合实验题。
实验目的
(1)探究三草酸合铁酸钾的热分解产物。
(2)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量
实验原理
(1)由题意“装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色”,可知分解产物中含CO、CO2。由“装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3”,可得其反应为K3[Fe(C2O4)3]·3H2OFeO+Fe2O3+CO↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(2)5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成蓝色沉淀:
3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4
实验装置
硬质玻璃管、洗气瓶
实验操作
与分析
(1)通N2的作用:实验前通N2的作用是排尽装置中的空气;停止实验时通入N2的作用是把A、E中的气体排入后面的装置使其被充分吸收,并防止倒吸。
(2)检验Fe2O3存在的方法:取少量样品于试管中滴加盐酸溶解,再滴加KSCN溶液,若溶液变红,则含Fe2O3。
(3)滴定终点的操作(KMnO4溶液滴定Fe2+):1滴KMnO4溶液滴入锥形瓶中,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不变色
计算或
评价
根据关系式:5Fe2+ ~ MnO4-
5 1
n(Fe) cV×10-3 mol
n(Fe)=5cV×10-3 mol ,m(Fe)=56×5cV×10-3 g,
铁元素质量分数为5cV×56m×1 000×100%
【答案】 (1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4 (2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ②CO2 CO ③先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3 (3)①粉红色出现 ②5cV×56m×1 000×100%
【拓展训练】2. 中学教材提到浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性,能使铁钝化,但是并没有指出浓硫酸的浓度,因此,某学习小组对具有以上4个特性的硫酸的浓度范围进行了实验探究。
(1)浓硫酸的吸水性、脱水性、使铁钝化的性质与浓度的关系
浓硫酸的吸水性:各取0.5 g胆矾颗粒于不同试管中,分别加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸的脱水性:各取一根木柴梗于不同试管中,分别加入1 mL 不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸使铁钝化的性质:各取约1 cm经过砂纸打磨过的铁丝于不同试管中,再向各试管中加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
实验结果如表所示:
c(H2SO4)/(mol·L-1)
18.4
12
11
10
9
8
7
6
1~5
胆矾颜色变化
蓝→白
蓝→白
蓝→白
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
木柴梗颜色变化
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
不变
铁丝表面有无气泡
无
无
有
有
有
有
有
有
有
结合表格数据回答下列问题。
①用化学方程式表示胆矾由“蓝→白”的原因: 。
②当H2SO4的浓度≥ mol·L-1时即具有脱水性。
(2)浓硫酸的强氧化性与浓度的关系
在a试管中加入1小块铜片,再向试管中分别加入2 mL不同浓度的H2SO4溶液,用如图所示的装置进行实验。
①b装置的作用是 。
②证明浓硫酸在与铜加热反应时,具有强氧化性的实验现象为 、 。
③若加热a试管时产生黑色的固体,且经检验该黑色固体为Cu2S,写出生成该物质的化学方程式: 。
④经过实验,得出结论:当浓度≥6 mol·L-1的H2SO4溶液与铜在加热条件下反应,浓硫酸表现强氧化性。
有同学预测,铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应,该预测的理由是 。
(3)综合以上实验结果,中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为 mol·L-1。
(2)物质制备型实验题
物质制备型实验题是以实验室制备物质作为素材,考查考生的实验能力。该题型一般制备流程清晰,进行“挖空”式考查仪器识别、仪器的操作方法、仪器的作用、试剂的选择或用途、反应现象分析或描述、实验评价等内容。
例4 醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是 ,仪器a的名称是 。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置,打开K1、K2,关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为 。
②同时c中有气体产生,该气体的作用是 。
(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是
;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是 、 、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点 。
【解析】
实验目的
制备醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]
实验原理
(1)2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+。
(2)Zn+2H+ Zn2++H2↑。
(3)Cr2++2CH3COO - +2H2O (CH3COO)2Cr·2H2O
实验装置
(1)仪器a的名称:分液漏斗
(2)c装置:固、液混合(不加热)制氯化亚铬及H2
(3)d装置:制备醋酸亚铬
实验操作
(1)“醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]……在气体分析中用作氧气吸收剂”,说明醋酸亚铬易被空气中的氧气氧化。
①煮沸除去水中溶解氧(以防Cr2+被氧化)。
②“打开K1、K2,关闭K3”操作的目的:用产生的H2把c装置中的空气排尽,以防止Cr2+被氧化。
(2)“打开K3,关闭K1和K2”操作的目的:c装置中产生H2,压强增大,c中亮蓝色溶液被压入d装置中。
(3)冷却、过滤、洗涤、干燥(物质纯化、固体分离)
实验现象
与分析
“c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色”。c中发生的两个化学反应:Zn+2H+ Zn2++H2↑无颜色变化,所以有颜色变化的反应为2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+
评价
d装置为敞开体系(敞口装置),醋酸亚铬可能会与空气中的氧气接触而被氧化
【答案】 (1)去除水中溶解氧 分液漏斗
(2)①Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+ ②排除c中空气
(3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触
【拓展训练】3. 亚硝酰氯(NOCl,熔点为-64.5 ℃,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体,
易水解,用于合成洗涤剂和催化剂。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成亚硝酰氯。
(1)甲组同学制备原料气NO和Cl2,制备装置如图所示:
为制备纯净干燥的气体,请补充下表中缺少的药品:
装置Ⅰ
装置Ⅱ
烧瓶中
分液漏斗中
制备纯净Cl2
MnO2
①
②
制备纯净NO
Cu
③
④
(2)乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备并收集NOCl,装置如图所示:
①装置连接顺序为a→ (按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是
。
③装置Ⅶ的作用是 。
④装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为
。
(3)丙组同学查阅资料,查得配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气,该反应的化学方程式为 。
(3)物质测定型实验题
该题型以测定某物质成分含量的实验流程为素材,在实验目的、实验原理、实验操作、实验仪器、实验所需试剂、计算等中设计若干问题考查考生的实验能力。
例5 通常用凯氏定氮法来测定农产品中氮的含量。测定过程如下:
Ⅰ.用热浓硫酸处理0.25 g谷物样品,把有机氮转化为铵盐。
Ⅱ.用如图所示装置(夹持装置省略)处理上述铵盐。
1.H2O 2.玻璃管 3.足量NaOH溶液 4.铵盐样品 5.25.00 mL 0.10 mol/L H2SO4溶液 6.冰水共存物
回答下列问题:
(1)实验前要检查B装置的气密性,其操作为 ,盛放氢氧化钠溶液的仪器的名称为 。
(2)A装置中玻璃管的作用是 ,圆底烧瓶中碎瓷片的作用是 。
(3)将“谷物处理后所得的铵盐”加入三口烧瓶中,打开玻璃塞,旋开K2,加入足量氢氧化钠溶液,关闭K2,打开K1,点燃A装置中的酒精灯,使水蒸气进入B装置。
①B装置中反应的离子方程式为 。
②C装置中冰水混合物的作用是 。
Ⅲ.滴定、计算氮的含量。
(4)取下锥形瓶,加入指示剂,用0.10 mol/L的NaOH溶液滴定,重复上述实验3次,平均消耗19.30 mL NaOH溶液。
①滴定时的指示剂应选择 (填标号)。
a.甲基橙 b.酚酞 c.甲基橙或酚酞
②该谷物样品中氮的质量分数为 (精确到0.01%)。
【解析】
实验目的
定农产品中氮的含量
实验原理
NH4++OH-NH3↑+H2O
实验装置
(1)仪器的识别:分液漏斗
(2)A装置:蒸馏制水蒸气,玻璃管的作用是避免装置中压强过大,平衡气压,碎瓷片的作用是防止暴沸
(3)B装置:固、液混合制NH3
(4)C装置:冷却、吸收NH3
实验操作
检查B装置气密性的操作:关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好
计算或评价
ω(N)=(25.00×0.10×2-19.30×0.10)×140.25×1 000×100%≈17.19%
【答案】 (1)关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好 分液漏斗
(2)避免装置中压强过大,平衡气压 防止暴沸
(3)①NH4++OH-NH3↑+H2O ②降低温度,使氨气被充分吸收
(4)①a ②17.19%
【拓展训练】4. 莫尔盐的化学式为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O,溶于水而不溶于乙醇,常被用作氧化还原滴定的基准物。下面是制取莫尔盐的部分装置与实验步骤:
①将铁屑放入小烧杯中,加适量的Na2CO3溶液,小火加热几分钟,倒掉溶液后,用蒸馏水洗净铁屑,晾干。
②在锥形瓶中加入2.24 g铁屑和少量炭粉,由分液漏斗滴加20 mL 3 mol·L-1的稀硫酸。
③待反应结束后,由分液漏斗加入适量的(NH4)2SO4溶液,过滤。在滤液中加入一定量的乙醇,待晶体析出后,过滤、洗涤、晾干,得莫尔盐。
请回答下列问题:
(1)实验开始前,检查反应器气密性的方法为 。
(2)步骤①中Na2CO3溶液的作用是 。
(3)步骤②中滴加稀硫酸时要留取少许溶液于分液漏斗中,其目的是 ,加入少量炭粉的作用是 。
(4)步骤③中理论上需加入2 mol·L-1的(NH4)2SO4溶液 mL。
(5)取10.00 g铬青铜样品,将其中的铬氧化为H2CrO4,再加入硫酸酸化,并配成250 mL溶液,取出25.00 mL用浓度为0.018 0 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定,终点时用去标准溶液20.75 mL。已知弱酸H2CrO4被还原为Cr3+,则滴定时反应的离子方程式为 ;该样品中铬元素的质量分数为 %(保留两位有效数字)。
(4)有机化合物的制备与纯化型实验题
该类题型以有机化合物的制备流程为素材,考查条件控制、物质的分离仪器、分离操作(纯化操作)、产品纯度计算等内容,重点考查分液操作、蒸馏操作、过滤操作等内容。
例6 乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下:
实验步骤:
在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片。开始缓慢加热A,回流50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中,分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤;分出的产物加入少量无水MgSO4固体,静置片刻,过滤除去MgSO4固体,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃馏分,得乙酸异戊酯3.9 g。
回答下列问题:
(1)仪器B的名称是 。
(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是 ,第二次水洗的主要目的是 。
(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后 (填标号)。
a.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出
c.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
d.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是 。
(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是 。
(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是 (填标号)。
(7)本实验的产率是 (填标号)。
a.30% b.40% c.60% d.90%
(8)在进行蒸馏操作时,若从130 ℃便开始收集馏分,会使实验的产率偏 (填 “高”或“低”),其原因是 。
【解析】
第(1)问
考查仪器的名称
第(2)、(5)、(8)问
考查除杂方法:
水洗——目的是除去乙酸异戊酯中混有的H2SO4和过
↓ 量的乙酸
盐洗——用饱和碳酸氢钠溶液洗涤产品,进一步除去残
↓ 留的少量乙酸
水洗——目的是除去上一步盐洗引入的过量的碳酸氢钠
↓
干燥——利用MgSO4固体的吸水性,除去产品中残留的
↓ 少量水,然后过滤除去MgSO4固体
蒸馏——利用乙酸异戊酯和异戊醇沸点的差异,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃的馏分,得到乙酸异戊酯,若从130 ℃便开始收集馏分,因为异戊醇的沸点为131 ℃,使收集到的产品中混有少量异戊醇,故实验产率偏高
第(3)问
考查分液的实验操作:乙酸异戊酯难溶于水且密度比水的小,故分层后,先将水层从下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
第(4)问
考查平衡移动:乙酸与异戊醇的反应为可逆反应,增大乙酸的用量,可使平衡正向移动,提高异戊醇的转化率
第(6)问
考查蒸馏的实验装置:蒸馏时温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处,且应用直形冷凝管,若使用球形冷凝管会使蒸馏液残留而损失
第(7)问
考查产品纯度的计算:
根据方程式可知,4.4 g异戊醇完全反应,理论上应生成乙酸异戊酯6.5 g,实验中实际生成乙酸异戊酯3.9 g,故乙酸异戊酯的产率为3.96.5×100%=60%
【答案】(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分硫酸和乙酸 洗掉碳酸氢钠 (3)d (4)提高醇的转化率 (5)干燥 (6)b (7)c (8)高 会收集少量未反应的异戊醇
【拓展训练】5. （9分）实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OHCH2CH2
CH2CH2+Br2BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。
用少量溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:
有关数据列表如下:
乙醇
1,2-二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/(g·cm-3)
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
-130
9
-116
回答下列问题:
(1)在此制备实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右,其最主要目的是 (填标号)。
a.引发反应 b.加快反应速度
c.防止乙醇挥发 d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入 (填标号),其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体。
a.水 b.浓硫酸
c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是 。
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在 层(填“上”或“下”)。
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用 (填标号)洗涤除去。
a.水 b.氢氧化钠溶液
c.碘化钠溶液 d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚,可用 的方法除去。
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是 ;但又不能过度冷却
(如用冰水),其原因是 。
【基础巩固】
考点 实验方案的设计与评价
1.下列实验、实验现象以及由现象推出的结论均正确的是( )
实验
现象
结论
A
向碘水中加入等体积CCl4,振荡后静置
下层接近无色,上层显紫红色
I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度
B
将Fe (NO3)2晶体溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液
溶液变红
Fe (NO3)2晶体已氧化变质
C
将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡
沉淀由白色变为红褐色
Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2
D
用碎瓷片作催化剂,使石蜡油受热分解,将产生的气体通过酸性高锰酸钾溶液
酸性高锰酸钾溶液逐渐褪色
石蜡油裂解生成了乙烯
2.由下列实验操作所得出的现象及结论均正确的是( )
实验操作
现象及结论
A
将AlCl3溶液加热蒸干
得到白色固体,成分为纯净的AlCl3
B
将少量Na2SO3样品溶于水,滴加足量盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液
有白色沉淀产生,则Na2SO3已变质
C
向Na2SiO3溶液中通入CO2
有白色沉淀产生,则碳酸的酸性比硅酸强
D
向FeI2溶液中通入少量Cl2
溶液变黄,则Cl2的氧化性强于Fe3+
3.下列实验操作所对应的实验现象和实验结论都正确,且具有因果关系的是( )
实验操作
实验现象
实验结论
A
将一小块Na放入CuSO4溶液中
钠浮在水面上四处游动,溶液中有红色沉淀生成
金属Na比Cu活泼
B
向淀粉粉末中加入适量浓硫酸
淀粉变黑
浓硫酸具有吸水性
C
向AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液至过量,然后通入CO2气体
先出现白色沉淀,后沉淀消失,最后又出现白色沉淀
Al(OH)3是两性氢氧化物,但不能溶解在某些弱酸中
D
将装满氯水的圆底烧瓶倒置在装有氯水的水槽中,日光照射
烧瓶内有气泡向上逸出
日光照射时,溶解的Cl2逸出
4.实验室用如图所示装置(图中夹持仪器略去)测定牙膏样品中碳酸钙的质量分数,下列说法错误的是( )
A.实验过程中持续通入空气可起到搅拌B、C中反应物的作用
B.实验过程中滴加盐酸的速率不宜过快
C.依据装置C在反应前后的质量差测定的结果会偏高
D.C中的沉淀经过滤、干燥、称重后可确定牙膏样品中碳酸钙的质量
5.下列实验及现象不能得出所给结论的是( )
选项
A
B
C
D
实验
现象
NaBr溶液变为橙色,NaI溶液变为棕黄色
Mg表面有气泡产生
Na2SiO3溶液中出现白色沉淀
钾与水反应比钠与水反应更剧烈
结论
氧化性:Cl2>Br2>I2
还原性:Mg>Al
非金属性:C>Si
金属性:K>Na
6.在实验室中,用如图所示装置(尾气处理装置略去)进行下列实验,将①中液体逐滴滴入②中,则预测的现象正确的是( )
选项
①中的物质
②中的物质
预测②中的现象
A
氯水
紫色石蕊溶液
溶液变成红色
B
盐酸
硝酸亚铁溶液
无明显现象
C
浓硝酸
用砂纸打磨过的铝条
产生红棕色气体
D
氢硫酸
硫酸铜溶液
有黑色沉淀产生
7.（14分）某化学兴趣小组用如图所示装置探究苯与液溴的反应原理。
请回答下列问题:
(1)仪器M的名称为 。
(2)装置Ⅰ中铁丝除作催化剂外,还可控制反应的进行,使反应停止的操作是 。
(3)装置Ⅰ中生成溴苯的化学方程式为 。
(4)冷凝管的进水口为 (填“a”或“b”);其作用是 。
(5)能验证苯与液溴发生的是取代反应的现象是 。
(6)装置Ⅱ中,若撤去装有苯的小试管,将导管直接插入硝酸银溶液,则对实验目的达成或实验安全会产生什么影响 (写一条)。
(7)装置Ⅲ中反应的离子方程式为 。
8.一氧化二氯(Cl2O)是次氯酸的酸酐,用作氯化剂,其部分性质如下:
物理性质
化学性质
常温下是棕黄色有刺激性气味的气体。
熔点:-120.6 ℃。沸点:2.0 ℃
不稳定,接触一般有机物易爆炸;易溶于水,同时反应生成次氯酸
实验室制备原理:2Na2CO3+H2O+2Cl2 2NaCl+2NaHCO3+Cl2O。
现用下列装置设计实验制备少量Cl2O,并探究相关物质的性质。
A B C D E F
(1)装置A中仪器X的名称为 。
(2)若气体从左至右流动,装置连接顺序是A、 (每个装置限用一次)。
(3)装置F中盛装试剂的名称为 。
(4)装置A中反应的离子方程式为 。
(5)当装置D中收集适量液态物质时停止反应,设计简单实验证明装置B中残留固体中含有NaHCO3:
。
(6)实验完成后,取装置E中烧杯内溶液滴加品红溶液,发现溶液褪色。该课题组设计实验探究溶液褪色的原因。
序号
0.1 mol·L-1NaClO
溶液体积/mL
0.1 mol·L-1NaCl溶液体积/mL
0.1 mol·L-1NaOH溶液体积/mL
H2O的体积/mL
品红
溶液
现象
Ⅰ
5.0
0
0
5.0
3滴
较快褪色
Ⅱ
0
5.0
a
0
3滴
不褪色
Ⅲ
5.0
0
5.0
0
3滴
缓慢褪色
①a= 。
②由上述实验得出的结论是 。
9.（11分）钴的某些化合物与铁的化合物性质相似,某研究性学习小组为探究钴的化合物的性质,进行了以下实验:
Ⅰ.探究草酸钴的热分解产物
(1)为探究草酸钴的热分解产物,按气体流动方向,各装置的连接顺序为A→E→ 。
A B C
D E
(2)能证明分解产物中有CO的实验现象是
。
(3)取3.66 g CoC2O4·2H2O于硬质玻璃管中加热至恒重,冷却、称量,剩余固体的质量为1.5 g,球形干燥管增重0.88 g。则A中发生反应的化学方程式为
。
Ⅱ.探究Co(OH)2的还原性及Co(OH)3的氧化性
取A装置所得固体溶解于稀H2SO4中得到粉红色溶液,备用。
已知试剂颜色:CoSO4溶液(粉红色),Co(OH)2(粉红色),Co(OH)3(棕褐色)。
实验记录如表:
实验操作及现象
实验分析
实验1
取少许粉红色溶液于试管中,滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,生成粉红色沉淀,并将该沉淀分成两份
实验2
取一份实验1中所得的粉红色沉淀,加入3%的H2O2溶液,粉红色沉淀立即变为棕褐色
反应的离子方程式为
实验3
向实验2得到的棕褐色沉淀中滴加浓盐酸,固体逐渐溶解,并有黄绿色气体产生
反应的离子方程式为
实验4
取另一份实验1中所得的粉红色沉淀,滴加浓盐酸,粉红色沉淀溶解,未见气体生成
酸性条件下,Cl2、Co(OH)2、Co(OH)3的氧化能力由大到小的顺序是
【能力提升】
一、选择题(每小题6分,共18分)
1.下列实验操作对应的现象和结论均正确的是( )
选项
实验操作
现象
结论
A
加热条件下,铜片与足量浓硫酸反应
有气泡生成,溶液变蓝
反应生成了Cu2+
B
向蔗糖中加入浓硫酸,并将所得气体通入紫色石蕊试液
紫色石蕊试液先变红后褪色
蔗糖与浓硫酸反应产生了具有漂白性的酸性气体
C
室温下,向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,过滤、洗涤,向洗净的沉淀中加稀盐酸
沉淀部分溶解且有无色无味气体产生
Ksp(BaCO3)
取少量酸催化后的淀粉水解液于试管中,先加入过量氢氧化钠溶液,再加少量碘水
溶液未变蓝
无法判断淀粉是否完全水解
2.某实验小组用如图所示装置制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。已知:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。制取实验完成后,取C中紫色溶液,加入稀盐酸,产生气体。下列说法不正确的是( )
A.B瓶应盛放饱和食盐水除去混有的HCl
B.C瓶中KOH过量更有利于高铁酸钾的生成
C.加盐酸产生气体可说明氧化性:K2FeO4>Cl2
D.高铁酸钾是集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等特点为一体的优良的水处理剂
3.将SO2分别通入无氧、有氧的浓度均为0.1 mol·L-1的BaCl2溶液和Ba(NO3)2溶液中,探究体系中微粒间的相互作用,实验记录如表所示:
实验记录
pH变化
溶液中是
否产生沉淀
BaCl2溶液(无氧)中无白色沉淀、BaCl2溶液(有氧)中有白色沉淀
Ba(NO3)2溶液(无氧)中有白色沉淀、Ba(NO3)2溶液(有氧)中有白色沉淀
下列说法不正确的是( )
A.曲线a所示溶液pH降低的原因:SO2+H2OH2SO3H++HSO3-
B.曲线c所示溶液中发生反应:2Ba2++O2+2SO2+2H2O2BaSO4↓+4H+
C.与曲线a、b、c对比,可知曲线d所表示的过程中NO3-是氧化SO2的主要微粒
D.依据该实验预测0.2 mol·L-1的KNO3溶液(无氧)也可以氧化SO2
二、非选择题(共29分)
4.（15分）某实验小组用废铁屑(含少量S等元素)为原料制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体[K3Fe(C2O4)3·3H2O]并测定其组成。
实验一 制备硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]
某小组同学设计如图装置(夹持仪器略去),称取一定量废铁屑于锥形瓶中,加入适量稀硫酸,在通风橱中置于50~60 ℃热水浴中加热,充分反应。待锥形瓶中溶液冷却后加入氨水,搅拌使其反应完全,制得浅绿色悬浊液。
(1)实验室保存浓氨水的方法是 。
(2)烧杯中高锰酸钾溶液的作用是 。
(3)写出锥形瓶中发生中和反应的离子方程式: 。
(4)要确保获得浅绿色悬浊液,实验过程中应注意的是 (填序号)。
a.保持铁屑过量 b.控制溶液呈强酸性 c.持续升高温度
实验二 制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体
实验小组用实验一锥形瓶中的悬浊液设计以下实验流程制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。
已知:25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O42-(aq) K=10-16.2。
(5)写出步骤Ⅰ生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O)的化学方程式: 。
(6)步骤Ⅱ水浴加热需控制40 ℃的理由是 。
(7)小组同学欲检验晶体中含有Fe (Ⅲ),取少量晶体加入试管中,用蒸馏水充分溶解,向试管中滴入几滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由: 。
实验三 测定三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体中C2O42-的含量
小组同学准确称取m g晶体配制成250 mL溶液,取25 mL该溶液于锥形瓶中,加入3 mol·L-1硫酸10 mL,滴入二苯胺磺酸钠溶液作指示剂,用c mol·L-1 K2Cr2O7标准液滴定至紫红色,平行实验三次,平均消耗标准液V mL。已知:Cr2O72-在酸性介质中被还原为Cr3+。
(8)晶体中C2O42-质量分数的表达式为 。
5.（14分）锰的化合物在工业、医疗等领域有重要应用。某兴趣小组模拟制备KMnO4及探究锰(Ⅱ)盐能否被氧化为高锰(Ⅶ)酸盐。
Ⅰ.KMnO4的制备:
MnO2K2MnO4KMnO4
反应原理
步骤一:3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O
步骤二:3K2MnO4+2CO22KMnO4+MnO2+2K2CO3
实验操作
步骤一:将一定比例的MnO2、KOH和KClO3固体混合加热,得到墨绿色的固体,冷却后加水溶解得到碱性K2MnO4溶液,加入烧杯C中。
步骤二:连接装置,检查气密性后装药品。打开分液漏斗活塞,当C中溶液完全变为紫红色时,关闭活塞停止反应,分离、提纯获取KMnO4晶体。
实验装置如图所示:
(1)检查装置A的气密性:关闭分液漏斗活塞,在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口,用热毛巾捂住圆底烧瓶,若 ,则说明装置气密性良好。
(2)装置B中盛装的试剂是 。
(3)反应结束后,若未及时分离KMnO4晶体,则会发现C中紫红色溶液变浅,其原因可能是 。
Ⅱ.该小组继续探究Mn2+能否被氧化为MnO4-,进行了下列实验:
装置图
试剂X
实验现象
①1 mL 2 mol·L-1 NaOH溶液和1 mL 1.5 mol·L-1 H2O2溶液的混合液
生成a g棕黑色沉淀
②2 mL 0.1 mol·L-1 HNO3溶液
无明显现象
③2 mL 0.1 mol·L-1 HNO3溶液和少量PbO2
滴加HNO3溶液后试管内无明显现象,加入PbO2立即变为紫红色,稍后紫红色消失,生成棕黑色沉淀
已知:MnO2为棕黑色固体,难溶于水;KMnO4在酸性环境下缓慢分解产生MnO2。
(4)实验①中生成棕黑色沉淀的离子方程式为 ,
a= 。
(5)对比实验②和③,实验②的作用是 。
(6)甲同学认为实验③中紫红色消失的原因是在酸性环境下溶液中的Mn2+将MnO4-还原,
请设计实验方案证明此推测成立:
。 探究结果:酸性条件下,某些强氧化剂可以将Mn2+氧化为MnO4-。
【答案与解析】
【拓展训练】
1.C A项,向含酚酞的Ca(OH)2溶液中加入草酸,溶液褪色,可知草酸具有酸性,Ca(OH)2与H2C2O4反应生成CaC2O4白色沉淀,正确;B项,由实验②可知,在NaHCO3溶液中滴加草酸,有气泡产生,即生成CO2,说明草酸酸性比碳酸的强,正确;C项,草酸为弱电解质,在离子方程式中不能拆分,而应写成分子式,错误;D项,草酸结构中含2个羧基,与乙醇发生酯化反应生成含两个酯基的酯类物质,正确。
2.(1)①CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O ②6 (2)①防止品红溶液倒吸入a试管中 ②铜片溶解,表面产生气泡,溶液变为蓝色 品红溶液褪色 ③5Cu+4H2SO4(浓)Cu2S+3CuSO4+4H2O ④长时间加热时,部分水蒸发,使硫酸浓度增大(其他合理答案也可) (3)c(H2SO4)≥12
【解析】
实验
目的
探究浓硫酸具有4个特性(脱水性、吸水性、强氧化性、使铁钝化的性质)的浓度范围
实验
原理
吸水性:CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
实验
装置
b装置的作用为防倒吸或防止品红溶液倒吸入a试管中
实验
现象
及分析
具有脱水性的H2SO4浓度:由表格内的实验数据可得H2SO4浓度≥6 mol·L-1。
浓硫酸与铜加热时,说明浓硫酸具有强氧化性的实验现象:若溶液变蓝色说明铜被氧化;若品红溶液褪色说明H2SO4被还原为SO2。
a试管中加热时产生黑色的固体,且黑色固体为Cu2S:化学方程式为5Cu+4H2SO4(浓)Cu2S+3CuSO4+4H2O 。
铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应的原因:长时间加热时,部分水蒸发,使硫酸浓度增大(其他合理答案也可)
结论或
评价
中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围:c(H2SO4)≥12 mol·L-1
3.(1)①浓盐酸 ②饱和食盐水 ③稀硝酸 ④水 (2)①e→f(或f→e)→b→c→d ②通过观察气泡调节气体的流速 ③防止水蒸气进入装置Ⅸ中 ④NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O (3)HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
【解析】
实验
目的
制备亚硝酰氯(NOCl)
实验
原理
(1)制亚硝酰氯(NOCl):2NO+Cl22NOCl。
(2)制Cl2:MnO2+4HCl(浓)Cl2↑+MnCl2+2H2O。
(3)制NO:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(4)HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
实验
装置
(1)制Cl2及纯化装置:分液漏斗中盛放的试剂①为浓盐酸;除去Cl2中的HCl杂质时,洗气瓶(装置Ⅱ)中盛放的试剂②为饱和食盐水。
(2)制NO及纯化装置:分液漏斗中盛放的试剂③为稀硝酸;除去NO中的NO2杂质时,洗气瓶(装置Ⅱ)中盛放的试剂④为水。
(3)制亚硝酰氯(NOCl)装置:由“亚硝酰氯(NOCl,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体”及“易水解”,可知按气体流向,装置连接顺序为干燥Cl2和干燥NO→混合反应制得NOCl气体→冷凝液化→防止水蒸气进入冷凝液化装置→尾气处理,即装置连接顺序为a→e→f(或f→e)→b→c→d。
(4)两个浓硫酸洗气瓶(装置Ⅳ、Ⅴ)的作用除了干燥气体外,还具有调节气体流速的作用(通过观察气泡调节气体流速)
实验
分析
(1)装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应,由“易水解”可知,NOCl+H2OHNO2+HCl,HNO2、HCl再与NaOH溶液反应可得NaNO2、NaCl和H2O,总反应为NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O。
(2)“配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气”,根据原子守恒及得失电子守恒可得其反应方程式为HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
4.(1)关闭止水夹,打开分液漏斗旋塞向锥形瓶中滴加水,若一段时间后水不能滴下来,则反应器气密性良好(或关闭分液漏斗旋塞,打开止水夹,将导管口置于水槽中液面下,微热锥形瓶,若导管口有气泡产生,停止加热,一段时间后,导管口倒吸形成一段稳定水柱,则反应器气密性良好)(2分) (2)除去铁屑表面的油污(2分) (3)起液封作用,防止Fe2+被氧化(2分) 与铁、稀硫酸构成原电池,加快反应速率(2分) (4)20(2分) (5)H2CrO4+3Fe2++6H+Cr3++3Fe3++4H2O(2分) 0.65(2分)
【解析】 (1)实验开始前,检查反应器气密性的实验操作为关闭止水夹,打开分液漏斗旋塞向锥形瓶中滴加水,若一段时间后水不能滴下来,则反应器气密性良好。(2)在放入铁屑的小烧杯中加入Na2CO3溶液,加热时Na2CO3的水解程度增大,溶液碱性增强,从而可以除去铁屑表面的油污。(3)步骤②中滴加稀硫酸,稀硫酸与铁屑反应生成FeSO4和H2,留取少许溶液于分液漏斗中可以起到液封的作用,防止Fe2+被氧化。加入少量炭粉,铁、炭粉、稀硫酸可以形成原电池,铁作负极,从而加快铁与稀硫酸的反应。(4)2.24 g铁屑的物质的量n(Fe)=2.2456 mol=0.04 mol,20 mL
3 mol·L-1稀硫酸中n(H2SO4)=3 mol·L-1×0.02 L=0.06 mol,显然稀硫酸过量,生成的n(FeSO4)=n(Fe)=0.04 mol,根据莫尔盐的化学式,
n[(NH4)2SO4]=n(FeSO4)=0.04 mol,则所需(NH4)2SO4溶液的体积为0.04mol2mol·L-1=0.02 L=20 mL。(5)滴定时H2CrO4被还原为Cr3+,Fe2+被氧化为Fe3+,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为H2CrO4+3Fe2++6H+Cr3++3Fe3++4H2O。根据滴定原理,25.00 mL溶液中n(Cr)=13n(Fe2+)=13×0.018 0 mol·L-1×20.75×10-3 L=1.245×10-4 mol,故该样品中铬元素的质量分数为1.245×10-4 mol×250 mL25.00 mL×52 g·mol-1÷10.00 g×100%≈0.65%。
5.(1)d(1分) (2)c(1分) (3)溴的颜色完全褪去(1分) (4)下(1分) (5)b(1分) (6)蒸馏(1分) (7)乙烯与溴反应时放热,冷却可避免溴的大量挥发(1分) 1,2-二溴乙烷的凝固点较低(9 ℃),过度冷却会使其凝固而使气路堵塞(2分)
【解析】 (1)实验中快速升温至170 ℃,目的是减少副产物乙醚的生成。(3)由于制备1,2-二溴乙烷的溴较少,且生成的乙烯足量,即在反应结束时,可以看到溴的颜色会完全褪去。(4)由于1,2-二溴乙烷的密度比水大,且难溶于水,故在分液漏斗中加水后,1,2-二溴乙烷在下层。(5)Br2易和NaOH溶液反应。故可向产物中加入适量NaOH溶液除去未反应的Br2。(6)从题中数据不难看出乙醚和1,2-二溴乙烷的沸点相差很大,故可采用蒸馏法除去1,2-二溴乙烷中的少量副产物乙醚。(7)由于乙烯与溴的反应为放热反应,反应过程中用冷水冷却装置D,可以避免溴的大量挥发;若用冰水等过度冷却会导致1,2-二溴乙烷凝固,而使气路堵塞。
【基础巩固】
1.C 由于CCl4的密度大于水的密度,向碘水中加入等体积 CCl4,振荡后静置,现象应是上层接近无色,下层显紫红色,A项错误;硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,故溶液变红不能确定Fe(NO3)2晶体已氧化变质,应直接加入KSCN溶液检验,B项错误;沉淀由白色变为红褐色,说明氢氧化镁转化生成了氢氧化铁,则Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,C项正确;酸性高锰酸钾溶液褪色,只能说明反应生成了不饱和烃,但不能说明生成的不饱和烃是乙烯,D项错误。
2.C 将AlCl3溶液加热蒸干,由于HCl易挥发,加热促进了铝离子水解,则最终得到的是氢氧化铝,无法得到纯净的AlCl3,若进一步灼烧,氢氧化铝还会分解生成Al2O3,A项错误;硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性,能够氧化亚硫酸根离子,干扰实验结果,应该选用氯化钡溶液进行实验,B项错误;向Na2SiO3溶液中通入CO2,有白色沉淀硅酸产生,根据强酸制弱酸原理,知碳酸的酸性比硅酸强,C项正确;向FeI2溶液中通入少量Cl2,根据还原性I->Fe2+知,被氧化的为碘离子,无法比较氯气与铁离子的氧化性强弱,D项错误。
3.C 将一小块金属钠放入CuSO4溶液中,发生反应:2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2NaOH+CuSO4Cu(OH)2↓+Na2SO4,溶液中产生蓝色沉淀而不是红色沉淀,且不能说明Na比Cu活泼,A项错误。向淀粉粉末中加入适量浓硫酸,浓硫酸按照水分子的组成脱去淀粉中的H、O元素,体现了浓硫酸的脱水性,B项错误。向AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液,发生反应:Al3++3OH-Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,故先出现白色沉淀,后沉淀溶解,然后通入CO2气体,发生反应:2AlO2-+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+CO32-、CO32-+CO2+H2O2HCO3-,故又产生白色沉淀,说明氢氧化铝为两性氢氧化物,但不能溶于碳酸等弱酸中,C项正确。将装满氯水的圆底烧瓶倒置在装有氯水的水槽中,发生反应2HClO2HCl+O2↑,烧瓶中产生的气泡为O2,D项错误。
4.D 实验过程中持续通入空气,可将产生的CO2气体全部赶入Ba(OH)2溶液中,使其被完全吸收以减小实验误差,还可以起到搅拌B、C中反应物的作用,A项正确;实验过程中滴加盐酸的速率过快会使产生CO2气体的速率过快,从而使CO2气体不能完全被Ba(OH)2溶液吸收,最终使测得的质量分数偏低,所以滴加盐酸的速率不宜过快,B项正确;由于B中产生的CO2气体中混有H2O和HCl,故直接测定C装置在反应前后的质量差,会使测定结果偏高,C项正确;C装置中的沉淀应经过滤、洗涤、干燥、称量后才可确定牙膏样品中碳酸钙的质量和质量分数,若没有洗涤沉淀,则沉淀表面附着的杂质会使最终测得的碳酸钙的质量和质量分数偏高,D项错误。
5.B 氯水滴入溴化钠溶液中,NaBr溶液变为橙色,说明氧化性Cl2>Br2;溴水滴入NaI溶液中,NaI溶液变为棕黄色,说明氧化性Br2>I2,所以氧化性Cl2>Br2>I2,A项正确。Mg表面有气泡产生,说明镁是正极,不能得出还原性Mg>Al的结论,B项错误。把二氧化碳通入硅酸钠溶液中,有白色沉淀硅酸生成,证明碳酸的酸性强于硅酸,最高价含氧酸的酸性越强,其对应元素的非金属性越强,所以非金属性C>Si,C项正确。金属性越强,金属单质越易与水反应,钾与水反应比钠与水反应更剧烈,证明金属性K>Na,D项正确。
6.D 由于氯水中含有HCl和HClO,故将氯水滴入紫色石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,A项错误。NO3-在酸性条件下具有强氧化性,能与Fe2+发生反应:3Fe2++NO3-+4H+3Fe3++NO↑+2H2O,溶液颜色由浅绿色变为黄色,同时有气泡产生,B项错误。常温下铝遇到浓硝酸会发生钝化,不会产生红棕色气体,C项错误。氢硫酸与硫酸铜溶液发生反应:H2S+CuSO4CuS↓+H2SO4,生成黑色不溶于水的CuS沉淀,D项正确。
7.(1)分液漏斗(1分) (2)将铁丝拔出液面(1分) (3)+Br2(2分) (4)a(2分) 冷凝回流苯和液溴,减少原料损失(2分) (5)AgNO3溶液中有淡黄色沉淀生成(2分) (6)没有苯,溴蒸气进入溶液也会出现淡黄色沉淀,无法确认HBr存在(2分) (7)H++ OH-H2O(2分)
【解析】 (1)由题图知,仪器M是分液漏斗。(2)装置Ⅰ中,要使反应停止,让Fe和苯与液溴的混合溶液分离即可,故需将铁丝拔出液面。(3)苯和液溴在Fe作催化剂的条件下发生取代反应:+Br2。(4)冷凝管中冷凝水的流向是自下而上,故冷凝管的进水口为 a;苯和液溴都是易挥发物质,用冷凝管冷凝回流苯和液溴,可减少原料损失。(5)要证明苯与液溴发生了取代反应,只需证明反应生成了HBr即可,HBr气体不溶于苯,能与硝酸银溶液反应生成AgBr沉淀,因此能说明苯与液溴发生了取代反应的现象是装置Ⅱ中AgNO3溶液内出现淡黄色沉淀。(6)若将导管直接插入AgNO3溶液,则挥发出来的Br2也会进入溶液和AgNO3发生反应生成淡黄色沉淀AgBr,无法确认HBr存在,使用装有苯的小试管的目的就是吸收挥发出的Br2,排除实验干扰。(7)装置Ⅲ为尾气处理装置,主要作用是吸收装置Ⅱ中未被完全吸收的HBr,故HBr和NaOH反应的离子方程式为H++OH- H2O。
8.(1)分液漏斗(1分) (2)F、B、C、D、E(2分) (3)饱和食盐水(2分) (4)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O(2分) (5)取装置B中残留固体少许于试管中,加蒸馏水溶解,滴加过量BaCl2溶液,振荡静置,取上层清液于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,若有白色沉淀生成,则证明装置B中残留固体中含有NaHCO3(合理即可)(3分) (6)①5.0(2分) ②其他条件相同,碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱(或次氯酸钠溶液中起漂白作用的是HClO)(2分)
【解析】 (1)仪器X的名称为分液漏斗。(2)根据题图分析可知装置的连接顺序为A、F、B、C、D、E。(3)装置F中盛装饱和食盐水,其作用是除去氯气中的HCl气体。(4)装置A中浓盐酸与MnO2在加热条件下反应生成氯气,其离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(5)装置B中氯气与潮湿的碳酸钠在加热条件下反应生成氯化钠、碳酸氢钠和一氧化二氯,为证明残留固体中含有碳酸氢钠,需先将装置B中残留固体溶于蒸馏水,滴加过量的BaCl2溶液,排除碳酸钠的干扰,然后取上层清液再滴加Ba(OH)2溶液,观察是否有白色沉淀生成,若有白色沉淀生成,则证明装置B中残留固体中含有碳酸氢钠。(6)①实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液的总体积应相同,均为10.0 mL,故a为5.0。②由表中数据分析知,在其他条件相同时,溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱。
9.Ⅰ.(1)C→D→B(2分) (2)D装置中黑色固体变为红色(1分) (3)CoC2O4·2H2OCoO+CO↑+CO2↑+2H2O↑(2分)
Ⅱ.2Co(OH)2+H2O22Co(OH)3(2分) 2Co(OH)3+6H++2Cl-Cl2↑+2Co2++6H2O(2分) Co(OH)3、Cl2、Co(OH)2[或Co(OH)3>Cl2>Co(OH)2](2分)
【解析】 Ⅰ.(1)本实验的目的是探究草酸钴的热分解产物,由于CO可与氧化铜在加热的条件下发生氧化还原反应生成铜和CO2,故可将产生的气体通过灼热的氧化铜来判断CO是否存在,可通过碱石灰的质量变化来分析CO2是否存在,由于CO与氧化铜反应也生成了CO2,故应先检验CO2是否存在,再检验CO是否存在,故装置的连接顺序为A→E→C→D→B。(2)如果分解产物中有CO气体,则D装置中发生反应CuO+COCu+CO2,黑色CuO变为红色的铜。(3)3.66 g CoC2O4·2H2O为0.02 mol,根据钴元素守恒,可知剩余的1.5 g固体为0.02 mol CoO,球形干燥管增加的质量即为CO2质量,即CO2的物质的量为0.02 mol,根据碳元素守恒,还应生成0.02 mol CO,由各物质的量的关系可得出A中发生反应的化学方程式为CoC2O4·2H2OCoO+CO↑+CO2↑+2H2O↑。
Ⅱ.A装置中所得固体为CoO,与稀硫酸反应生成粉红色CoSO4溶液;CoSO4溶液与NaOH溶液反应生成粉红色的Co(OH)2沉淀;由实验2知Co(OH)2与H2O2反应生成棕褐色的Co(OH)3,化学方程式为2Co(OH)2+H2O22Co(OH)3。由实验3知,Co(OH)3可将浓盐酸中的Cl-氧化为黄绿色的氯气,离子方程式为2Co(OH)3+6H++2Cl-Cl2↑+2Co2++6H2O。由实验4知Co(OH)2与浓盐酸不能发生氧化还原反应;根据实验3和实验4可知,酸性条件下,Cl2、Co(OH)2、Co(OH)3的氧化能力由大到小的顺序为Co(OH)3>Cl2>Co(OH)2。
【能力提升】
1.D 加热条件下,铜片与足量浓硫酸反应,有气泡生成,实验结束后,混合物中硫酸的浓度依然较大,硫酸铜以白色沉淀的形式存在,无法看到溶液变为蓝色,选项A错误;向蔗糖中加入浓硫酸,蔗糖被炭化,生成的C与浓硫酸反应产生的酸性气体为SO2和CO2,SO2具有漂白性但不能使红色石蕊试液褪色,选项B错误;向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,溶液中c(CO32-)>c(SO42-),当c(CO32-)·c(Ba2+)>Ksp(BaCO3),就会有BaCO3沉淀产生,但不能根据BaCO3的生成判断出Ksp(BaSO4)>Ksp(BaCO3),选项C错误;取少量酸催化后的淀粉水解液于试管中,先加入过量NaOH溶液中和酸,再加少量碘水,因为碘可以与过量的NaOH溶液反应,若碘反应后没有剩余,即使有淀粉存在,溶液也不会变蓝,故不能判断淀粉是否完全水解,选项D正确。
2.C 盐酸易挥发,制得的氯气中含有氯化氢气体,B瓶应盛放饱和食盐水除去混有的HCl,选项A正确;高铁酸钾在碱性溶液中较稳定,故KOH过量有利于其生成,选项B正确;根据题给信息可知,加盐酸产生的气体也可能是氧气,选项C不正确;高铁酸钾是集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等特点为一体的优良的水处理剂,选项D正确。
3.C 曲线a表示在无氧环境下,氯化钡溶液pH变化较小,说明二氧化硫转化为亚硫酸,溶液pH降低的原因是SO2+H2OH2SO3
H++HSO3-,A项正确;曲线c表示在有氧环境下,氯化钡溶液pH变化较大,则说明二氧化硫被氧气氧化为硫酸,反应的离子方程式是2Ba2++O2+2SO2+2H2O2BaSO4↓+4H+,B项正确;氯化钡溶液和硝酸钡溶液在有氧环境下,pH变化几乎相同,所以不能说明曲线d所表示的过程中NO3-是氧化SO2的主要微粒,C项错误;0.1 mol·L-1的Ba(NO3)2溶液在无氧环境下可以氧化二氧化硫,依据该实验预测0.2 mol·L-1的KNO3溶液(无氧环境)也可以氧化SO2,D项正确。
4.(除标明外,每空2分)(1)密封保存在棕色或深色试剂瓶中,置于冷暗处(1分) (2)吸收H2S等尾气,防止污染空气 (3)NH3·H2O+H+NH4++H2O (4)ab (5)(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O+H2C2O4FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O (6)温度太高,H2O2会分解,温度太低,三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的生成速率会减慢 (7)否,25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-转化为[Fe(SCN)]2+反应的平衡常数小于10-5,观察不到明显现象,所以无法检验 (8)264cVm%
【解析】 (1)由于浓氨水具有不稳定性和挥发性,故实验室保存浓氨水的方法为密封保存在棕色或深色试剂瓶中,置于冷暗处。(2)由于废铁屑中含有含S元素的物质,加入稀硫酸,会产生硫化氢等有毒气体,故高锰酸钾溶液的作用是吸收H2S等尾气,防止污染空气。(3)锥形瓶中发生的中和反应是冷却后的溶液中的H2SO4与氨水的反应,离子方程式为NH3·H2O+H+NH4++H2O。(4)由于Fe2+有较强的还原性,实验过程中要防止二价铁离子被氧气氧化,应保持铁屑过量;又二价铁离子在溶液中易水解:Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+,加入稀硫酸可以增大氢离子浓度,抑制二价铁离子的水解,而升高温度会促进Fe2+的水解与氧化,因此要确保获得浅绿色悬浊液,实验过程中应保持铁屑过量,并使溶液呈强酸性。(5)步骤Ⅰ中硫酸亚铁铵与饱和草酸溶液反应生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O),化学方程式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O+H2C2O4FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O。(6)温度太高,H2O2分解;温度太低,Fe2+氧化速度太慢,故水浴加热控制在40 ℃。(7)因为25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O42-(aq) K=10-16.2,平衡常数小于10-5,[Fe(SCN)]2+浓度太小,观察不到明显现象,所以无法检验。(8)根据已知信息可写出滴定反应3C2O42-+14H++Cr2O72-2Cr3++6CO2↑+7H2O,则25 mL该溶液中n(C2O42-)=3n(Cr2O72-)=3cV×10-3 mol,m(C2O42-)=264cV×10-3 g,故m g晶体中含有的C2O42-的质量为264cV×10-2 g,C2O42-质量分数的表达式为264cVm%。
5.(1)导管口有气泡产生,移开热毛巾后,在导管口形成一段水柱且一段时间内不回落(2分) (2)饱和NaHCO3溶液(2分) (3)Cl-将生成的MnO4-还原(2分) (4)Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O(2分) 0.043 5(2分) (5)排除HNO3将Mn2+氧化的可能性(2分) (6)取5 mL 0.1 mol·L-1MnSO4溶液于试管中,加入2 mL 0.1 mol·L-1HNO3溶液,无明显现象,再滴加几滴KMnO4溶液,若立即生成棕黑色沉淀,则证明此推测成立(2分)
【解析】 (1)检查装置A的气密性时,关闭分液漏斗活塞,在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口,用热毛巾捂住圆底烧瓶,若导管口有气泡产生,
移开热毛巾后,在导管口形成一段液柱且一段时间内不回落,则说明装置气密性良好。(2)装置B中盛装的试剂的作用是吸收二氧化碳气体中的氯化氢气体,所以应盛装饱和NaHCO3溶液。(3)反应结束后,若未及时分离KMnO4晶体,则C中碱性K2MnO4溶液中残留的Cl-将生成的MnO4-还原,使溶液紫红色变浅。(4)实验①中生成棕黑色沉淀是因为碱性条件下Mn2+被H2O2氧化成了MnO2,其离子方程式为Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O;根据表中数据及离子方程式可知加入的MnSO4的量最少,所以生成的MnO2的物质的量为0.000 5 mol,质量为0.000 5 mol×87 g·mol-1 =0.043 5 g。(5)对比实验②和③知,实验②的作用是排除HNO3将Mn2+氧化的可能性。(6)根据酸性环境下,Mn2+能将MnO4-还原设计方案:取5 mL 0.1 mol·L-1 MnSO4溶液于试管中,加入2 mL 0.1 mol·L-1稀HNO3,无明显现象,再滴加几滴KMnO4溶液,若立即生成棕黑色沉淀,则证明此推测成立。
专题二十三 实验方案的设计与评价
考点 实验方案的设计与评价
考法1 物质制备型实验方案的设计与评价
命题角度 物质制备型实验方案的设计与评价
例1 乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,相对分子质量为288}易溶于水,是一种很好的补铁剂,可由乳酸[CH3CH(OH)COOH]与FeCO3反应制得。
Ⅰ.碳酸亚铁的制备(装置如图所示)
(1)仪器B的名称是 ;实验操作:打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,使反应进行一段时间,其目的是 。
(2)要使仪器C中的制备反应发生,需要进行的操作是 ,该反应产生一种常见气体,写出反应的离子方程式: 。
(3)仪器C中的混合物经过滤、洗涤得到FeCO3沉淀,检验其是否洗净的方法是 。
Ⅱ.乳酸亚铁晶体的制备及纯度测定
(4)向纯净FeCO3固体中加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应,经过滤,在 的条件下,经低温蒸发等操作后,获得乳酸亚铁晶体。
(5)两位同学分别用不同的方案进行样品纯度测定:
① 甲同学通过KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的含量,来测定样品纯度。在操作均正确的前提下,所得纯度总是大于100%,其原因可能是
。
② 乙同学经查阅资料后改用碘量法测定铁元素的含量,来测定样品纯度。称取3.000 g样品,灼烧后加足量盐酸溶解,取所有可溶物配成100 mL溶液。量取25.00 mL该溶液于锥形瓶中,加入过量KI溶液充分反应,然后加入几滴淀粉溶液,用0.100 mol·L-1硫代硫酸钠溶液滴定(已知:I2+2S2O32-S4O62-+2I-),当溶液 ,即为滴定终点;平行滴定3次,硫代硫酸钠溶液的平均用量为24.80 mL,则样品纯度为 %(保留3位有效数字)。
【解析】
实验目的
由乳酸与FeCO3反应制备乳酸亚铁晶体并测定样品纯度
实验原理
碳酸亚铁的制备:FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+CO2↑+H2O+(NH4)2SO4;
乳酸亚铁的制备:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O
实验装置
(1)仪器A为恒压漏斗;仪器B 为蒸馏烧瓶;仪器C 为三颈烧瓶
实验操作
(1)打开活塞1、2,加入适量稀硫酸,关闭活塞1,稀硫酸与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,反应一段时间后,氢气可排尽装置内的空气,防止亚铁离子被氧化;
(2)关闭活塞2后,生成的氢气使蒸馏烧瓶中压强增大,硫酸亚铁溶液沿导管上升,进入三颈烧瓶,进而发生反应可生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳气体;
(3)检验FeCO3沉淀是否洗涤干净的方法:可通过检验SO42-是否存在验证是否洗净,取最后一次洗涤液,加入稀盐酸酸化,再滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则洗涤干净;
(4)乳酸亚铁易被空气中的氧气氧化,故在隔绝空气条件下,将生成的乳酸亚铁溶液经低温蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得乳酸亚铁晶体
实验现象
及分析
(5)①乳酸根离子中的羟基也可以被高锰酸钾氧化,导致消耗的高锰酸钾溶液的体积偏大,测得样品纯度大于100%;
②灼烧后加足量盐酸溶解,样品中的Fe2+被氧化成Fe3+,则Fe3+会氧化I-生成碘单质,离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2;淀粉遇碘单质变为蓝色,滴入硫代硫酸钠溶液,到滴定终点时,碘单质被完全消耗,蓝色会消失,且半分钟内不恢复原色
实验
计算
(5)②利用关系式进行计算,[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O~Fe3+~12I2~Na2S2O3,则3.000 g样品中含有乳酸亚铁晶体的物质的量为24.80×10-3 L×0.100 mol·L-1×100 mL25.00 mL=0.009 92 mol,质量为0.009 92 mol×288 g·mol-1=2.856 96 g,则纯度为2.856 96 g3.000 g×100%≈95.2%
【答案】 见解析
考法2 物质性质探究型实验方案的设计与评价
命题角度 “操作—现象—结论”微型实验探究
例2 由下列实验及现象不能推出相应结论的是
实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变
还原性:Fe>Fe2+
B
将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象
Ksp(AgI)
【归纳总结】
探究类试题的命题素材通常为探究物质本身的性质,如酸性及其强弱、氧化性及其强弱、还原性及其强弱、溶度积大小、电离能力、水解能力等,探究物质间能否发生反应(通常与物质检验相结合考查)、探究某反应物或生成物的组成与性质等。近年高考常见的探究类型如下:
探究类型
探究方法示例
探究HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱
利用强酸制弱酸的原理探究:HCl与碳酸盐反应制取CO2,气体净化后通入硅酸钠溶液中生成硅酸沉淀
利用盐的水解原理探究:用pH试纸(pH计)测定同浓度的NaCl溶液、Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的pH,pH越大对应酸的酸性越弱
探究Cl2、Fe3+、I2的氧化性强弱
利用氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性原理探究:将氯气通入加有KSCN的FeCl2溶液中,氯气将Fe2+氧化成Fe3+,将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中,Fe3+将I-氧化成I2
探究CuS、ZnS的溶度积大小
向浓度相同的CuSO4、ZnSO4的混合液中滴入相同的Na2S溶液,若先生成黑色沉淀CuS、后生成白色沉淀ZnS,说明Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
探究HCOOH、CH3COOH电离能力的强弱
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOOH溶液、CH3COOH溶液的pH,酸的酸性越强,对应酸的电离能力越强
用pH试纸(pH计)分别测定同浓度的HCOONa溶液、CH3COONa溶液的pH,盐溶液的碱性越强,对应酸的酸性越弱,即酸的电离能力越弱
【拓展训练】1. 探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
实验
装置
试剂a
现象
①
Ca(OH)2溶液(含酚酞)
溶液褪色,产生白色沉淀
②
少量NaHCO3溶液
产生气泡
③
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
④
C2H5OH和浓硫酸
加热后产生有香味物质
由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是( )
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2MnO4-+5C2O42-+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
模型4 综合实验题的解题模型与突破方法
(1)探究型实验题
探究型实验题一般分为探究已知物质的化学性质、探究物质的组成、制备物质并探究其化学性质等,需要考生依据题中设定的实验步骤,通过对实验现象进行分析最终得出实验结论(物质组成、反应方程式等)。
例3 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:
(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为 。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按如图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是 。
②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有 、 。
③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是 。
④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是: 。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。
①称量m g样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是 。
②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用c mol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液V mL。该晶体中铁的质量分数的表达式为 。
【解析】 本题为探究型综合实验题。
实验目的
(1)探究三草酸合铁酸钾的热分解产物。
(2)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量
实验原理
(1)由题意“装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色”,可知分解产物中含CO、CO2。由“装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3”,可得其反应为K3[Fe(C2O4)3]·3H2OFeO+Fe2O3+CO↑+CO2↑+H2O(未配平)。
(2)5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
(3)Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成蓝色沉淀:
3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4
实验装置
硬质玻璃管、洗气瓶
实验操作
与分析
(1)通N2的作用:实验前通N2的作用是排尽装置中的空气;停止实验时通入N2的作用是把A、E中的气体排入后面的装置使其被充分吸收,并防止倒吸。
(2)检验Fe2O3存在的方法:取少量样品于试管中滴加盐酸溶解,再滴加KSCN溶液,若溶液变红,则含Fe2O3。
(3)滴定终点的操作(KMnO4溶液滴定Fe2+):1滴KMnO4溶液滴入锥形瓶中,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不变色
计算或
评价
根据关系式:5Fe2+ ~ MnO4-
5 1
n(Fe) cV×10-3 mol
n(Fe)=5cV×10-3 mol ,m(Fe)=56×5cV×10-3 g,
铁元素质量分数为5cV×56m×1 000×100%
【答案】 (1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4 (2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ②CO2 CO ③先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3 (3)①粉红色出现 ②5cV×56m×1 000×100%
【拓展训练】2. 中学教材提到浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性,能使铁钝化,但是并没有指出浓硫酸的浓度,因此,某学习小组对具有以上4个特性的硫酸的浓度范围进行了实验探究。
(1)浓硫酸的吸水性、脱水性、使铁钝化的性质与浓度的关系
浓硫酸的吸水性:各取0.5 g胆矾颗粒于不同试管中,分别加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸的脱水性:各取一根木柴梗于不同试管中,分别加入1 mL 不同浓度的H2SO4溶液。
浓硫酸使铁钝化的性质:各取约1 cm经过砂纸打磨过的铁丝于不同试管中,再向各试管中加入3 mL不同浓度的H2SO4溶液。
实验结果如表所示:
c(H2SO4)/(mol·L-1)
18.4
12
11
10
9
8
7
6
1~5
胆矾颜色变化
蓝→白
蓝→白
蓝→白
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
蓝
木柴梗颜色变化
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
变黑
不变
铁丝表面有无气泡
无
无
有
有
有
有
有
有
有
结合表格数据回答下列问题。
①用化学方程式表示胆矾由“蓝→白”的原因: 。
②当H2SO4的浓度≥ mol·L-1时即具有脱水性。
(2)浓硫酸的强氧化性与浓度的关系
在a试管中加入1小块铜片,再向试管中分别加入2 mL不同浓度的H2SO4溶液,用如图所示的装置进行实验。
①b装置的作用是 。
②证明浓硫酸在与铜加热反应时,具有强氧化性的实验现象为 、 。
③若加热a试管时产生黑色的固体,且经检验该黑色固体为Cu2S,写出生成该物质的化学方程式: 。
④经过实验,得出结论:当浓度≥6 mol·L-1的H2SO4溶液与铜在加热条件下反应,浓硫酸表现强氧化性。
有同学预测,铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应,该预测的理由是 。
(3)综合以上实验结果,中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围为 mol·L-1。
(2)物质制备型实验题
物质制备型实验题是以实验室制备物质作为素材,考查考生的实验能力。该题型一般制备流程清晰,进行“挖空”式考查仪器识别、仪器的操作方法、仪器的作用、试剂的选择或用途、反应现象分析或描述、实验评价等内容。
例4 醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是 ,仪器a的名称是 。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置,打开K1、K2,关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为 。
②同时c中有气体产生,该气体的作用是 。
(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是
;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是 、 、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点 。
【解析】
实验目的
制备醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]
实验原理
(1)2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+。
(2)Zn+2H+ Zn2++H2↑。
(3)Cr2++2CH3COO - +2H2O (CH3COO)2Cr·2H2O
实验装置
(1)仪器a的名称:分液漏斗
(2)c装置:固、液混合(不加热)制氯化亚铬及H2
(3)d装置:制备醋酸亚铬
实验操作
(1)“醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]……在气体分析中用作氧气吸收剂”,说明醋酸亚铬易被空气中的氧气氧化。
①煮沸除去水中溶解氧(以防Cr2+被氧化)。
②“打开K1、K2,关闭K3”操作的目的:用产生的H2把c装置中的空气排尽,以防止Cr2+被氧化。
(2)“打开K3,关闭K1和K2”操作的目的:c装置中产生H2,压强增大,c中亮蓝色溶液被压入d装置中。
(3)冷却、过滤、洗涤、干燥(物质纯化、固体分离)
实验现象
与分析
“c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色”。c中发生的两个化学反应:Zn+2H+ Zn2++H2↑无颜色变化,所以有颜色变化的反应为2Cr3++Zn Zn2++2Cr2+
评价
d装置为敞开体系(敞口装置),醋酸亚铬可能会与空气中的氧气接触而被氧化
【答案】 (1)去除水中溶解氧 分液漏斗
(2)①Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+ ②排除c中空气
(3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触
【拓展训练】3. 亚硝酰氯(NOCl,熔点为-64.5 ℃,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体,
易水解,用于合成洗涤剂和催化剂。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成亚硝酰氯。
(1)甲组同学制备原料气NO和Cl2,制备装置如图所示:
为制备纯净干燥的气体,请补充下表中缺少的药品:
装置Ⅰ
装置Ⅱ
烧瓶中
分液漏斗中
制备纯净Cl2
MnO2
①
②
制备纯净NO
Cu
③
④
(2)乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备并收集NOCl,装置如图所示:
①装置连接顺序为a→ (按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是
。
③装置Ⅶ的作用是 。
④装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为
。
(3)丙组同学查阅资料,查得配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气,该反应的化学方程式为 。
(3)物质测定型实验题
该题型以测定某物质成分含量的实验流程为素材,在实验目的、实验原理、实验操作、实验仪器、实验所需试剂、计算等中设计若干问题考查考生的实验能力。
例5 通常用凯氏定氮法来测定农产品中氮的含量。测定过程如下:
Ⅰ.用热浓硫酸处理0.25 g谷物样品,把有机氮转化为铵盐。
Ⅱ.用如图所示装置(夹持装置省略)处理上述铵盐。
1.H2O 2.玻璃管 3.足量NaOH溶液 4.铵盐样品 5.25.00 mL 0.10 mol/L H2SO4溶液 6.冰水共存物
回答下列问题:
(1)实验前要检查B装置的气密性,其操作为 ,盛放氢氧化钠溶液的仪器的名称为 。
(2)A装置中玻璃管的作用是 ,圆底烧瓶中碎瓷片的作用是 。
(3)将“谷物处理后所得的铵盐”加入三口烧瓶中,打开玻璃塞,旋开K2,加入足量氢氧化钠溶液,关闭K2,打开K1,点燃A装置中的酒精灯,使水蒸气进入B装置。
①B装置中反应的离子方程式为 。
②C装置中冰水混合物的作用是 。
Ⅲ.滴定、计算氮的含量。
(4)取下锥形瓶,加入指示剂,用0.10 mol/L的NaOH溶液滴定,重复上述实验3次,平均消耗19.30 mL NaOH溶液。
①滴定时的指示剂应选择 (填标号)。
a.甲基橙 b.酚酞 c.甲基橙或酚酞
②该谷物样品中氮的质量分数为 (精确到0.01%)。
【解析】
实验目的
定农产品中氮的含量
实验原理
NH4++OH-NH3↑+H2O
实验装置
(1)仪器的识别:分液漏斗
(2)A装置:蒸馏制水蒸气,玻璃管的作用是避免装置中压强过大,平衡气压,碎瓷片的作用是防止暴沸
(3)B装置:固、液混合制NH3
(4)C装置:冷却、吸收NH3
实验操作
检查B装置气密性的操作:关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好
计算或评价
ω(N)=(25.00×0.10×2-19.30×0.10)×140.25×1 000×100%≈17.19%
【答案】 (1)关闭K1、K2,向锥形瓶中加水浸没导管,微热三口烧瓶,锥形瓶内的导管口有气泡冒出,停止微热,过一会儿,导管末端形成一段水柱,且较长时间内水柱不变化,则B装置气密性良好 分液漏斗
(2)避免装置中压强过大,平衡气压 防止暴沸
(3)①NH4++OH-NH3↑+H2O ②降低温度,使氨气被充分吸收
(4)①a ②17.19%
【拓展训练】4. 莫尔盐的化学式为(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O,溶于水而不溶于乙醇,常被用作氧化还原滴定的基准物。下面是制取莫尔盐的部分装置与实验步骤:
①将铁屑放入小烧杯中,加适量的Na2CO3溶液,小火加热几分钟,倒掉溶液后,用蒸馏水洗净铁屑,晾干。
②在锥形瓶中加入2.24 g铁屑和少量炭粉,由分液漏斗滴加20 mL 3 mol·L-1的稀硫酸。
③待反应结束后,由分液漏斗加入适量的(NH4)2SO4溶液,过滤。在滤液中加入一定量的乙醇,待晶体析出后,过滤、洗涤、晾干,得莫尔盐。
请回答下列问题:
(1)实验开始前,检查反应器气密性的方法为 。
(2)步骤①中Na2CO3溶液的作用是 。
(3)步骤②中滴加稀硫酸时要留取少许溶液于分液漏斗中,其目的是 ,加入少量炭粉的作用是 。
(4)步骤③中理论上需加入2 mol·L-1的(NH4)2SO4溶液 mL。
(5)取10.00 g铬青铜样品,将其中的铬氧化为H2CrO4,再加入硫酸酸化,并配成250 mL溶液,取出25.00 mL用浓度为0.018 0 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定,终点时用去标准溶液20.75 mL。已知弱酸H2CrO4被还原为Cr3+,则滴定时反应的离子方程式为 ;该样品中铬元素的质量分数为 %(保留两位有效数字)。
(4)有机化合物的制备与纯化型实验题
该类题型以有机化合物的制备流程为素材,考查条件控制、物质的分离仪器、分离操作(纯化操作)、产品纯度计算等内容,重点考查分液操作、蒸馏操作、过滤操作等内容。
例6 乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下:
实验步骤:
在A中加入4.4 g异戊醇、6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片。开始缓慢加热A,回流50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中,分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤;分出的产物加入少量无水MgSO4固体,静置片刻,过滤除去MgSO4固体,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃馏分,得乙酸异戊酯3.9 g。
回答下列问题:
(1)仪器B的名称是 。
(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是 ,第二次水洗的主要目的是 。
(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后 (填标号)。
a.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出
c.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
d.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是 。
(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是 。
(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是 (填标号)。
(7)本实验的产率是 (填标号)。
a.30% b.40% c.60% d.90%
(8)在进行蒸馏操作时,若从130 ℃便开始收集馏分,会使实验的产率偏 (填 “高”或“低”),其原因是 。
【解析】
第(1)问
考查仪器的名称
第(2)、(5)、(8)问
考查除杂方法:
水洗——目的是除去乙酸异戊酯中混有的H2SO4和过
↓ 量的乙酸
盐洗——用饱和碳酸氢钠溶液洗涤产品,进一步除去残
↓ 留的少量乙酸
水洗——目的是除去上一步盐洗引入的过量的碳酸氢钠
↓
干燥——利用MgSO4固体的吸水性,除去产品中残留的
↓ 少量水,然后过滤除去MgSO4固体
蒸馏——利用乙酸异戊酯和异戊醇沸点的差异,进行蒸馏纯化,收集140~143 ℃的馏分,得到乙酸异戊酯,若从130 ℃便开始收集馏分,因为异戊醇的沸点为131 ℃,使收集到的产品中混有少量异戊醇,故实验产率偏高
第(3)问
考查分液的实验操作:乙酸异戊酯难溶于水且密度比水的小,故分层后,先将水层从下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
第(4)问
考查平衡移动:乙酸与异戊醇的反应为可逆反应,增大乙酸的用量,可使平衡正向移动,提高异戊醇的转化率
第(6)问
考查蒸馏的实验装置:蒸馏时温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处,且应用直形冷凝管,若使用球形冷凝管会使蒸馏液残留而损失
第(7)问
考查产品纯度的计算:
根据方程式可知,4.4 g异戊醇完全反应,理论上应生成乙酸异戊酯6.5 g,实验中实际生成乙酸异戊酯3.9 g,故乙酸异戊酯的产率为3.96.5×100%=60%
【答案】(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分硫酸和乙酸 洗掉碳酸氢钠 (3)d (4)提高醇的转化率 (5)干燥 (6)b (7)c (8)高 会收集少量未反应的异戊醇
【拓展训练】5. （9分）实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OHCH2CH2
CH2CH2+Br2BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。
用少量溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:
有关数据列表如下:
乙醇
1,2-二溴乙烷
乙醚
状态
无色液体
无色液体
无色液体
密度/(g·cm-3)
0.79
2.2
0.71
沸点/℃
78.5
132
34.6
熔点/℃
-130
9
-116
回答下列问题:
(1)在此制备实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右,其最主要目的是 (填标号)。
a.引发反应 b.加快反应速度
c.防止乙醇挥发 d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入 (填标号),其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体。
a.水 b.浓硫酸
c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制备反应已经结束的最简单方法是 。
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在 层(填“上”或“下”)。
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用 (填标号)洗涤除去。
a.水 b.氢氧化钠溶液
c.碘化钠溶液 d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚,可用 的方法除去。
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是 ;但又不能过度冷却
(如用冰水),其原因是 。
【基础巩固】
考点 实验方案的设计与评价
1.下列实验、实验现象以及由现象推出的结论均正确的是( )
实验
现象
结论
A
向碘水中加入等体积CCl4,振荡后静置
下层接近无色,上层显紫红色
I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度
B
将Fe (NO3)2晶体溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液
溶液变红
Fe (NO3)2晶体已氧化变质
C
将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡
沉淀由白色变为红褐色
Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2
D
用碎瓷片作催化剂,使石蜡油受热分解,将产生的气体通过酸性高锰酸钾溶液
酸性高锰酸钾溶液逐渐褪色
石蜡油裂解生成了乙烯
2.由下列实验操作所得出的现象及结论均正确的是( )
实验操作
现象及结论
A
将AlCl3溶液加热蒸干
得到白色固体,成分为纯净的AlCl3
B
将少量Na2SO3样品溶于水,滴加足量盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液
有白色沉淀产生,则Na2SO3已变质
C
向Na2SiO3溶液中通入CO2
有白色沉淀产生,则碳酸的酸性比硅酸强
D
向FeI2溶液中通入少量Cl2
溶液变黄,则Cl2的氧化性强于Fe3+
3.下列实验操作所对应的实验现象和实验结论都正确,且具有因果关系的是( )
实验操作
实验现象
实验结论
A
将一小块Na放入CuSO4溶液中
钠浮在水面上四处游动,溶液中有红色沉淀生成
金属Na比Cu活泼
B
向淀粉粉末中加入适量浓硫酸
淀粉变黑
浓硫酸具有吸水性
C
向AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液至过量,然后通入CO2气体
先出现白色沉淀,后沉淀消失,最后又出现白色沉淀
Al(OH)3是两性氢氧化物,但不能溶解在某些弱酸中
D
将装满氯水的圆底烧瓶倒置在装有氯水的水槽中,日光照射
烧瓶内有气泡向上逸出
日光照射时,溶解的Cl2逸出
4.实验室用如图所示装置(图中夹持仪器略去)测定牙膏样品中碳酸钙的质量分数,下列说法错误的是( )
A.实验过程中持续通入空气可起到搅拌B、C中反应物的作用
B.实验过程中滴加盐酸的速率不宜过快
C.依据装置C在反应前后的质量差测定的结果会偏高
D.C中的沉淀经过滤、干燥、称重后可确定牙膏样品中碳酸钙的质量
5.下列实验及现象不能得出所给结论的是( )
选项
A
B
C
D
实验
现象
NaBr溶液变为橙色,NaI溶液变为棕黄色
Mg表面有气泡产生
Na2SiO3溶液中出现白色沉淀
钾与水反应比钠与水反应更剧烈
结论
氧化性:Cl2>Br2>I2
还原性:Mg>Al
非金属性:C>Si
金属性:K>Na
6.在实验室中,用如图所示装置(尾气处理装置略去)进行下列实验,将①中液体逐滴滴入②中,则预测的现象正确的是( )
选项
①中的物质
②中的物质
预测②中的现象
A
氯水
紫色石蕊溶液
溶液变成红色
B
盐酸
硝酸亚铁溶液
无明显现象
C
浓硝酸
用砂纸打磨过的铝条
产生红棕色气体
D
氢硫酸
硫酸铜溶液
有黑色沉淀产生
7.（14分）某化学兴趣小组用如图所示装置探究苯与液溴的反应原理。
请回答下列问题:
(1)仪器M的名称为 。
(2)装置Ⅰ中铁丝除作催化剂外,还可控制反应的进行,使反应停止的操作是 。
(3)装置Ⅰ中生成溴苯的化学方程式为 。
(4)冷凝管的进水口为 (填“a”或“b”);其作用是 。
(5)能验证苯与液溴发生的是取代反应的现象是 。
(6)装置Ⅱ中,若撤去装有苯的小试管,将导管直接插入硝酸银溶液,则对实验目的达成或实验安全会产生什么影响 (写一条)。
(7)装置Ⅲ中反应的离子方程式为 。
8.一氧化二氯(Cl2O)是次氯酸的酸酐,用作氯化剂,其部分性质如下:
物理性质
化学性质
常温下是棕黄色有刺激性气味的气体。
熔点:-120.6 ℃。沸点:2.0 ℃
不稳定,接触一般有机物易爆炸;易溶于水,同时反应生成次氯酸
实验室制备原理:2Na2CO3+H2O+2Cl2 2NaCl+2NaHCO3+Cl2O。
现用下列装置设计实验制备少量Cl2O,并探究相关物质的性质。
A B C D E F
(1)装置A中仪器X的名称为 。
(2)若气体从左至右流动,装置连接顺序是A、 (每个装置限用一次)。
(3)装置F中盛装试剂的名称为 。
(4)装置A中反应的离子方程式为 。
(5)当装置D中收集适量液态物质时停止反应,设计简单实验证明装置B中残留固体中含有NaHCO3:
。
(6)实验完成后,取装置E中烧杯内溶液滴加品红溶液,发现溶液褪色。该课题组设计实验探究溶液褪色的原因。
序号
0.1 mol·L-1NaClO
溶液体积/mL
0.1 mol·L-1NaCl溶液体积/mL
0.1 mol·L-1NaOH溶液体积/mL
H2O的体积/mL
品红
溶液
现象
Ⅰ
5.0
0
0
5.0
3滴
较快褪色
Ⅱ
0
5.0
a
0
3滴
不褪色
Ⅲ
5.0
0
5.0
0
3滴
缓慢褪色
①a= 。
②由上述实验得出的结论是 。
9.（11分）钴的某些化合物与铁的化合物性质相似,某研究性学习小组为探究钴的化合物的性质,进行了以下实验:
Ⅰ.探究草酸钴的热分解产物
(1)为探究草酸钴的热分解产物,按气体流动方向,各装置的连接顺序为A→E→ 。
A B C
D E
(2)能证明分解产物中有CO的实验现象是
。
(3)取3.66 g CoC2O4·2H2O于硬质玻璃管中加热至恒重,冷却、称量,剩余固体的质量为1.5 g,球形干燥管增重0.88 g。则A中发生反应的化学方程式为
。
Ⅱ.探究Co(OH)2的还原性及Co(OH)3的氧化性
取A装置所得固体溶解于稀H2SO4中得到粉红色溶液,备用。
已知试剂颜色:CoSO4溶液(粉红色),Co(OH)2(粉红色),Co(OH)3(棕褐色)。
实验记录如表:
实验操作及现象
实验分析
实验1
取少许粉红色溶液于试管中,滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,生成粉红色沉淀,并将该沉淀分成两份
实验2
取一份实验1中所得的粉红色沉淀,加入3%的H2O2溶液,粉红色沉淀立即变为棕褐色
反应的离子方程式为
实验3
向实验2得到的棕褐色沉淀中滴加浓盐酸,固体逐渐溶解,并有黄绿色气体产生
反应的离子方程式为
实验4
取另一份实验1中所得的粉红色沉淀,滴加浓盐酸,粉红色沉淀溶解,未见气体生成
酸性条件下,Cl2、Co(OH)2、Co(OH)3的氧化能力由大到小的顺序是
【能力提升】
一、选择题(每小题6分,共18分)
1.下列实验操作对应的现象和结论均正确的是( )
选项
实验操作
现象
结论
A
加热条件下,铜片与足量浓硫酸反应
有气泡生成,溶液变蓝
反应生成了Cu2+
B
向蔗糖中加入浓硫酸,并将所得气体通入紫色石蕊试液
紫色石蕊试液先变红后褪色
蔗糖与浓硫酸反应产生了具有漂白性的酸性气体
C
室温下,向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,过滤、洗涤,向洗净的沉淀中加稀盐酸
沉淀部分溶解且有无色无味气体产生
Ksp(BaCO3)
取少量酸催化后的淀粉水解液于试管中,先加入过量氢氧化钠溶液,再加少量碘水
溶液未变蓝
无法判断淀粉是否完全水解
2.某实验小组用如图所示装置制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。已知:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。制取实验完成后,取C中紫色溶液,加入稀盐酸,产生气体。下列说法不正确的是( )
A.B瓶应盛放饱和食盐水除去混有的HCl
B.C瓶中KOH过量更有利于高铁酸钾的生成
C.加盐酸产生气体可说明氧化性:K2FeO4>Cl2
D.高铁酸钾是集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等特点为一体的优良的水处理剂
3.将SO2分别通入无氧、有氧的浓度均为0.1 mol·L-1的BaCl2溶液和Ba(NO3)2溶液中,探究体系中微粒间的相互作用,实验记录如表所示:
实验记录
pH变化
溶液中是
否产生沉淀
BaCl2溶液(无氧)中无白色沉淀、BaCl2溶液(有氧)中有白色沉淀
Ba(NO3)2溶液(无氧)中有白色沉淀、Ba(NO3)2溶液(有氧)中有白色沉淀
下列说法不正确的是( )
A.曲线a所示溶液pH降低的原因:SO2+H2OH2SO3H++HSO3-
B.曲线c所示溶液中发生反应:2Ba2++O2+2SO2+2H2O2BaSO4↓+4H+
C.与曲线a、b、c对比,可知曲线d所表示的过程中NO3-是氧化SO2的主要微粒
D.依据该实验预测0.2 mol·L-1的KNO3溶液(无氧)也可以氧化SO2
二、非选择题(共29分)
4.（15分）某实验小组用废铁屑(含少量S等元素)为原料制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体[K3Fe(C2O4)3·3H2O]并测定其组成。
实验一 制备硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]
某小组同学设计如图装置(夹持仪器略去),称取一定量废铁屑于锥形瓶中,加入适量稀硫酸,在通风橱中置于50~60 ℃热水浴中加热,充分反应。待锥形瓶中溶液冷却后加入氨水,搅拌使其反应完全,制得浅绿色悬浊液。
(1)实验室保存浓氨水的方法是 。
(2)烧杯中高锰酸钾溶液的作用是 。
(3)写出锥形瓶中发生中和反应的离子方程式: 。
(4)要确保获得浅绿色悬浊液,实验过程中应注意的是 (填序号)。
a.保持铁屑过量 b.控制溶液呈强酸性 c.持续升高温度
实验二 制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体
实验小组用实验一锥形瓶中的悬浊液设计以下实验流程制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。
已知:25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O42-(aq) K=10-16.2。
(5)写出步骤Ⅰ生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O)的化学方程式: 。
(6)步骤Ⅱ水浴加热需控制40 ℃的理由是 。
(7)小组同学欲检验晶体中含有Fe (Ⅲ),取少量晶体加入试管中,用蒸馏水充分溶解,向试管中滴入几滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由: 。
实验三 测定三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体中C2O42-的含量
小组同学准确称取m g晶体配制成250 mL溶液,取25 mL该溶液于锥形瓶中,加入3 mol·L-1硫酸10 mL,滴入二苯胺磺酸钠溶液作指示剂,用c mol·L-1 K2Cr2O7标准液滴定至紫红色,平行实验三次,平均消耗标准液V mL。已知:Cr2O72-在酸性介质中被还原为Cr3+。
(8)晶体中C2O42-质量分数的表达式为 。
5.（14分）锰的化合物在工业、医疗等领域有重要应用。某兴趣小组模拟制备KMnO4及探究锰(Ⅱ)盐能否被氧化为高锰(Ⅶ)酸盐。
Ⅰ.KMnO4的制备:
MnO2K2MnO4KMnO4
反应原理
步骤一:3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O
步骤二:3K2MnO4+2CO22KMnO4+MnO2+2K2CO3
实验操作
步骤一:将一定比例的MnO2、KOH和KClO3固体混合加热,得到墨绿色的固体,冷却后加水溶解得到碱性K2MnO4溶液,加入烧杯C中。
步骤二:连接装置,检查气密性后装药品。打开分液漏斗活塞,当C中溶液完全变为紫红色时,关闭活塞停止反应,分离、提纯获取KMnO4晶体。
实验装置如图所示:
(1)检查装置A的气密性:关闭分液漏斗活塞,在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口,用热毛巾捂住圆底烧瓶,若 ,则说明装置气密性良好。
(2)装置B中盛装的试剂是 。
(3)反应结束后,若未及时分离KMnO4晶体,则会发现C中紫红色溶液变浅,其原因可能是 。
Ⅱ.该小组继续探究Mn2+能否被氧化为MnO4-,进行了下列实验:
装置图
试剂X
实验现象
①1 mL 2 mol·L-1 NaOH溶液和1 mL 1.5 mol·L-1 H2O2溶液的混合液
生成a g棕黑色沉淀
②2 mL 0.1 mol·L-1 HNO3溶液
无明显现象
③2 mL 0.1 mol·L-1 HNO3溶液和少量PbO2
滴加HNO3溶液后试管内无明显现象,加入PbO2立即变为紫红色,稍后紫红色消失,生成棕黑色沉淀
已知:MnO2为棕黑色固体,难溶于水;KMnO4在酸性环境下缓慢分解产生MnO2。
(4)实验①中生成棕黑色沉淀的离子方程式为 ,
a= 。
(5)对比实验②和③,实验②的作用是 。
(6)甲同学认为实验③中紫红色消失的原因是在酸性环境下溶液中的Mn2+将MnO4-还原,
请设计实验方案证明此推测成立:
。 探究结果:酸性条件下,某些强氧化剂可以将Mn2+氧化为MnO4-。
【答案与解析】
【拓展训练】
1.C A项,向含酚酞的Ca(OH)2溶液中加入草酸,溶液褪色,可知草酸具有酸性,Ca(OH)2与H2C2O4反应生成CaC2O4白色沉淀,正确;B项,由实验②可知,在NaHCO3溶液中滴加草酸,有气泡产生,即生成CO2,说明草酸酸性比碳酸的强,正确;C项,草酸为弱电解质,在离子方程式中不能拆分,而应写成分子式,错误;D项,草酸结构中含2个羧基,与乙醇发生酯化反应生成含两个酯基的酯类物质,正确。
2.(1)①CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O ②6 (2)①防止品红溶液倒吸入a试管中 ②铜片溶解,表面产生气泡,溶液变为蓝色 品红溶液褪色 ③5Cu+4H2SO4(浓)Cu2S+3CuSO4+4H2O ④长时间加热时,部分水蒸发,使硫酸浓度增大(其他合理答案也可) (3)c(H2SO4)≥12
【解析】
实验
目的
探究浓硫酸具有4个特性(脱水性、吸水性、强氧化性、使铁钝化的性质)的浓度范围
实验
原理
吸水性:CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
实验
装置
b装置的作用为防倒吸或防止品红溶液倒吸入a试管中
实验
现象
及分析
具有脱水性的H2SO4浓度:由表格内的实验数据可得H2SO4浓度≥6 mol·L-1。
浓硫酸与铜加热时,说明浓硫酸具有强氧化性的实验现象:若溶液变蓝色说明铜被氧化;若品红溶液褪色说明H2SO4被还原为SO2。
a试管中加热时产生黑色的固体,且黑色固体为Cu2S:化学方程式为5Cu+4H2SO4(浓)Cu2S+3CuSO4+4H2O 。
铜片与5 mol·L-1的H2SO4溶液在长时间持续加热时,仍然可能发生反应的原因:长时间加热时,部分水蒸发,使硫酸浓度增大(其他合理答案也可)
结论或
评价
中学教材提到的具有吸水性、脱水性、强氧化性、能使铁钝化的浓硫酸的浓度范围:c(H2SO4)≥12 mol·L-1
3.(1)①浓盐酸 ②饱和食盐水 ③稀硝酸 ④水 (2)①e→f(或f→e)→b→c→d ②通过观察气泡调节气体的流速 ③防止水蒸气进入装置Ⅸ中 ④NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O (3)HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
【解析】
实验
目的
制备亚硝酰氯(NOCl)
实验
原理
(1)制亚硝酰氯(NOCl):2NO+Cl22NOCl。
(2)制Cl2:MnO2+4HCl(浓)Cl2↑+MnCl2+2H2O。
(3)制NO:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(4)HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
实验
装置
(1)制Cl2及纯化装置:分液漏斗中盛放的试剂①为浓盐酸;除去Cl2中的HCl杂质时,洗气瓶(装置Ⅱ)中盛放的试剂②为饱和食盐水。
(2)制NO及纯化装置:分液漏斗中盛放的试剂③为稀硝酸;除去NO中的NO2杂质时,洗气瓶(装置Ⅱ)中盛放的试剂④为水。
(3)制亚硝酰氯(NOCl)装置:由“亚硝酰氯(NOCl,沸点为-5.5 ℃)是一种黄色气体”及“易水解”,可知按气体流向,装置连接顺序为干燥Cl2和干燥NO→混合反应制得NOCl气体→冷凝液化→防止水蒸气进入冷凝液化装置→尾气处理,即装置连接顺序为a→e→f(或f→e)→b→c→d。
(4)两个浓硫酸洗气瓶(装置Ⅳ、Ⅴ)的作用除了干燥气体外,还具有调节气体流速的作用(通过观察气泡调节气体流速)
实验
分析
(1)装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应,由“易水解”可知,NOCl+H2OHNO2+HCl,HNO2、HCl再与NaOH溶液反应可得NaNO2、NaCl和H2O,总反应为NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O。
(2)“配制王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合而成)过程中会生成亚硝酰氯和氯气”,根据原子守恒及得失电子守恒可得其反应方程式为HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
4.(1)关闭止水夹,打开分液漏斗旋塞向锥形瓶中滴加水,若一段时间后水不能滴下来,则反应器气密性良好(或关闭分液漏斗旋塞,打开止水夹,将导管口置于水槽中液面下,微热锥形瓶,若导管口有气泡产生,停止加热,一段时间后,导管口倒吸形成一段稳定水柱,则反应器气密性良好)(2分) (2)除去铁屑表面的油污(2分) (3)起液封作用,防止Fe2+被氧化(2分) 与铁、稀硫酸构成原电池,加快反应速率(2分) (4)20(2分) (5)H2CrO4+3Fe2++6H+Cr3++3Fe3++4H2O(2分) 0.65(2分)
【解析】 (1)实验开始前,检查反应器气密性的实验操作为关闭止水夹,打开分液漏斗旋塞向锥形瓶中滴加水,若一段时间后水不能滴下来,则反应器气密性良好。(2)在放入铁屑的小烧杯中加入Na2CO3溶液,加热时Na2CO3的水解程度增大,溶液碱性增强,从而可以除去铁屑表面的油污。(3)步骤②中滴加稀硫酸,稀硫酸与铁屑反应生成FeSO4和H2,留取少许溶液于分液漏斗中可以起到液封的作用,防止Fe2+被氧化。加入少量炭粉,铁、炭粉、稀硫酸可以形成原电池,铁作负极,从而加快铁与稀硫酸的反应。(4)2.24 g铁屑的物质的量n(Fe)=2.2456 mol=0.04 mol,20 mL
3 mol·L-1稀硫酸中n(H2SO4)=3 mol·L-1×0.02 L=0.06 mol,显然稀硫酸过量,生成的n(FeSO4)=n(Fe)=0.04 mol,根据莫尔盐的化学式,
n[(NH4)2SO4]=n(FeSO4)=0.04 mol,则所需(NH4)2SO4溶液的体积为0.04mol2mol·L-1=0.02 L=20 mL。(5)滴定时H2CrO4被还原为Cr3+,Fe2+被氧化为Fe3+,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为H2CrO4+3Fe2++6H+Cr3++3Fe3++4H2O。根据滴定原理,25.00 mL溶液中n(Cr)=13n(Fe2+)=13×0.018 0 mol·L-1×20.75×10-3 L=1.245×10-4 mol,故该样品中铬元素的质量分数为1.245×10-4 mol×250 mL25.00 mL×52 g·mol-1÷10.00 g×100%≈0.65%。
5.(1)d(1分) (2)c(1分) (3)溴的颜色完全褪去(1分) (4)下(1分) (5)b(1分) (6)蒸馏(1分) (7)乙烯与溴反应时放热,冷却可避免溴的大量挥发(1分) 1,2-二溴乙烷的凝固点较低(9 ℃),过度冷却会使其凝固而使气路堵塞(2分)
【解析】 (1)实验中快速升温至170 ℃,目的是减少副产物乙醚的生成。(3)由于制备1,2-二溴乙烷的溴较少,且生成的乙烯足量,即在反应结束时,可以看到溴的颜色会完全褪去。(4)由于1,2-二溴乙烷的密度比水大,且难溶于水,故在分液漏斗中加水后,1,2-二溴乙烷在下层。(5)Br2易和NaOH溶液反应。故可向产物中加入适量NaOH溶液除去未反应的Br2。(6)从题中数据不难看出乙醚和1,2-二溴乙烷的沸点相差很大,故可采用蒸馏法除去1,2-二溴乙烷中的少量副产物乙醚。(7)由于乙烯与溴的反应为放热反应,反应过程中用冷水冷却装置D,可以避免溴的大量挥发;若用冰水等过度冷却会导致1,2-二溴乙烷凝固,而使气路堵塞。
【基础巩固】
1.C 由于CCl4的密度大于水的密度,向碘水中加入等体积 CCl4,振荡后静置,现象应是上层接近无色,下层显紫红色,A项错误;硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,故溶液变红不能确定Fe(NO3)2晶体已氧化变质,应直接加入KSCN溶液检验,B项错误;沉淀由白色变为红褐色,说明氢氧化镁转化生成了氢氧化铁,则Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,C项正确;酸性高锰酸钾溶液褪色,只能说明反应生成了不饱和烃,但不能说明生成的不饱和烃是乙烯,D项错误。
2.C 将AlCl3溶液加热蒸干,由于HCl易挥发,加热促进了铝离子水解,则最终得到的是氢氧化铝,无法得到纯净的AlCl3,若进一步灼烧,氢氧化铝还会分解生成Al2O3,A项错误;硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性,能够氧化亚硫酸根离子,干扰实验结果,应该选用氯化钡溶液进行实验,B项错误;向Na2SiO3溶液中通入CO2,有白色沉淀硅酸产生,根据强酸制弱酸原理,知碳酸的酸性比硅酸强,C项正确;向FeI2溶液中通入少量Cl2,根据还原性I->Fe2+知,被氧化的为碘离子,无法比较氯气与铁离子的氧化性强弱,D项错误。
3.C 将一小块金属钠放入CuSO4溶液中,发生反应:2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2NaOH+CuSO4Cu(OH)2↓+Na2SO4,溶液中产生蓝色沉淀而不是红色沉淀,且不能说明Na比Cu活泼,A项错误。向淀粉粉末中加入适量浓硫酸,浓硫酸按照水分子的组成脱去淀粉中的H、O元素,体现了浓硫酸的脱水性,B项错误。向AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液,发生反应:Al3++3OH-Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,故先出现白色沉淀,后沉淀溶解,然后通入CO2气体,发生反应:2AlO2-+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+CO32-、CO32-+CO2+H2O2HCO3-,故又产生白色沉淀,说明氢氧化铝为两性氢氧化物,但不能溶于碳酸等弱酸中,C项正确。将装满氯水的圆底烧瓶倒置在装有氯水的水槽中,发生反应2HClO2HCl+O2↑,烧瓶中产生的气泡为O2,D项错误。
4.D 实验过程中持续通入空气,可将产生的CO2气体全部赶入Ba(OH)2溶液中,使其被完全吸收以减小实验误差,还可以起到搅拌B、C中反应物的作用,A项正确;实验过程中滴加盐酸的速率过快会使产生CO2气体的速率过快,从而使CO2气体不能完全被Ba(OH)2溶液吸收,最终使测得的质量分数偏低,所以滴加盐酸的速率不宜过快,B项正确;由于B中产生的CO2气体中混有H2O和HCl,故直接测定C装置在反应前后的质量差,会使测定结果偏高,C项正确;C装置中的沉淀应经过滤、洗涤、干燥、称量后才可确定牙膏样品中碳酸钙的质量和质量分数,若没有洗涤沉淀,则沉淀表面附着的杂质会使最终测得的碳酸钙的质量和质量分数偏高,D项错误。
5.B 氯水滴入溴化钠溶液中,NaBr溶液变为橙色,说明氧化性Cl2>Br2;溴水滴入NaI溶液中,NaI溶液变为棕黄色,说明氧化性Br2>I2,所以氧化性Cl2>Br2>I2,A项正确。Mg表面有气泡产生,说明镁是正极,不能得出还原性Mg>Al的结论,B项错误。把二氧化碳通入硅酸钠溶液中,有白色沉淀硅酸生成,证明碳酸的酸性强于硅酸,最高价含氧酸的酸性越强,其对应元素的非金属性越强,所以非金属性C>Si,C项正确。金属性越强,金属单质越易与水反应,钾与水反应比钠与水反应更剧烈,证明金属性K>Na,D项正确。
6.D 由于氯水中含有HCl和HClO,故将氯水滴入紫色石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,A项错误。NO3-在酸性条件下具有强氧化性,能与Fe2+发生反应:3Fe2++NO3-+4H+3Fe3++NO↑+2H2O,溶液颜色由浅绿色变为黄色,同时有气泡产生,B项错误。常温下铝遇到浓硝酸会发生钝化,不会产生红棕色气体,C项错误。氢硫酸与硫酸铜溶液发生反应:H2S+CuSO4CuS↓+H2SO4,生成黑色不溶于水的CuS沉淀,D项正确。
7.(1)分液漏斗(1分) (2)将铁丝拔出液面(1分) (3)+Br2(2分) (4)a(2分) 冷凝回流苯和液溴,减少原料损失(2分) (5)AgNO3溶液中有淡黄色沉淀生成(2分) (6)没有苯,溴蒸气进入溶液也会出现淡黄色沉淀,无法确认HBr存在(2分) (7)H++ OH-H2O(2分)
【解析】 (1)由题图知,仪器M是分液漏斗。(2)装置Ⅰ中,要使反应停止,让Fe和苯与液溴的混合溶液分离即可,故需将铁丝拔出液面。(3)苯和液溴在Fe作催化剂的条件下发生取代反应:+Br2。(4)冷凝管中冷凝水的流向是自下而上,故冷凝管的进水口为 a;苯和液溴都是易挥发物质,用冷凝管冷凝回流苯和液溴,可减少原料损失。(5)要证明苯与液溴发生了取代反应,只需证明反应生成了HBr即可,HBr气体不溶于苯,能与硝酸银溶液反应生成AgBr沉淀,因此能说明苯与液溴发生了取代反应的现象是装置Ⅱ中AgNO3溶液内出现淡黄色沉淀。(6)若将导管直接插入AgNO3溶液,则挥发出来的Br2也会进入溶液和AgNO3发生反应生成淡黄色沉淀AgBr,无法确认HBr存在,使用装有苯的小试管的目的就是吸收挥发出的Br2,排除实验干扰。(7)装置Ⅲ为尾气处理装置,主要作用是吸收装置Ⅱ中未被完全吸收的HBr,故HBr和NaOH反应的离子方程式为H++OH- H2O。
8.(1)分液漏斗(1分) (2)F、B、C、D、E(2分) (3)饱和食盐水(2分) (4)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O(2分) (5)取装置B中残留固体少许于试管中,加蒸馏水溶解,滴加过量BaCl2溶液,振荡静置,取上层清液于另一试管中,再滴加Ba(OH)2溶液,若有白色沉淀生成,则证明装置B中残留固体中含有NaHCO3(合理即可)(3分) (6)①5.0(2分) ②其他条件相同,碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱(或次氯酸钠溶液中起漂白作用的是HClO)(2分)
【解析】 (1)仪器X的名称为分液漏斗。(2)根据题图分析可知装置的连接顺序为A、F、B、C、D、E。(3)装置F中盛装饱和食盐水,其作用是除去氯气中的HCl气体。(4)装置A中浓盐酸与MnO2在加热条件下反应生成氯气,其离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(5)装置B中氯气与潮湿的碳酸钠在加热条件下反应生成氯化钠、碳酸氢钠和一氧化二氯,为证明残留固体中含有碳酸氢钠,需先将装置B中残留固体溶于蒸馏水,滴加过量的BaCl2溶液,排除碳酸钠的干扰,然后取上层清液再滴加Ba(OH)2溶液,观察是否有白色沉淀生成,若有白色沉淀生成,则证明装置B中残留固体中含有碳酸氢钠。(6)①实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液的总体积应相同,均为10.0 mL,故a为5.0。②由表中数据分析知,在其他条件相同时,溶液的碱性越强,次氯酸钠溶液的漂白能力越弱。
9.Ⅰ.(1)C→D→B(2分) (2)D装置中黑色固体变为红色(1分) (3)CoC2O4·2H2OCoO+CO↑+CO2↑+2H2O↑(2分)
Ⅱ.2Co(OH)2+H2O22Co(OH)3(2分) 2Co(OH)3+6H++2Cl-Cl2↑+2Co2++6H2O(2分) Co(OH)3、Cl2、Co(OH)2[或Co(OH)3>Cl2>Co(OH)2](2分)
【解析】 Ⅰ.(1)本实验的目的是探究草酸钴的热分解产物,由于CO可与氧化铜在加热的条件下发生氧化还原反应生成铜和CO2,故可将产生的气体通过灼热的氧化铜来判断CO是否存在,可通过碱石灰的质量变化来分析CO2是否存在,由于CO与氧化铜反应也生成了CO2,故应先检验CO2是否存在,再检验CO是否存在,故装置的连接顺序为A→E→C→D→B。(2)如果分解产物中有CO气体,则D装置中发生反应CuO+COCu+CO2,黑色CuO变为红色的铜。(3)3.66 g CoC2O4·2H2O为0.02 mol,根据钴元素守恒,可知剩余的1.5 g固体为0.02 mol CoO,球形干燥管增加的质量即为CO2质量,即CO2的物质的量为0.02 mol,根据碳元素守恒,还应生成0.02 mol CO,由各物质的量的关系可得出A中发生反应的化学方程式为CoC2O4·2H2OCoO+CO↑+CO2↑+2H2O↑。
Ⅱ.A装置中所得固体为CoO,与稀硫酸反应生成粉红色CoSO4溶液;CoSO4溶液与NaOH溶液反应生成粉红色的Co(OH)2沉淀;由实验2知Co(OH)2与H2O2反应生成棕褐色的Co(OH)3,化学方程式为2Co(OH)2+H2O22Co(OH)3。由实验3知,Co(OH)3可将浓盐酸中的Cl-氧化为黄绿色的氯气,离子方程式为2Co(OH)3+6H++2Cl-Cl2↑+2Co2++6H2O。由实验4知Co(OH)2与浓盐酸不能发生氧化还原反应;根据实验3和实验4可知,酸性条件下,Cl2、Co(OH)2、Co(OH)3的氧化能力由大到小的顺序为Co(OH)3>Cl2>Co(OH)2。
【能力提升】
1.D 加热条件下,铜片与足量浓硫酸反应,有气泡生成,实验结束后,混合物中硫酸的浓度依然较大,硫酸铜以白色沉淀的形式存在,无法看到溶液变为蓝色,选项A错误;向蔗糖中加入浓硫酸,蔗糖被炭化,生成的C与浓硫酸反应产生的酸性气体为SO2和CO2,SO2具有漂白性但不能使红色石蕊试液褪色,选项B错误;向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,溶液中c(CO32-)>c(SO42-),当c(CO32-)·c(Ba2+)>Ksp(BaCO3),就会有BaCO3沉淀产生,但不能根据BaCO3的生成判断出Ksp(BaSO4)>Ksp(BaCO3),选项C错误;取少量酸催化后的淀粉水解液于试管中,先加入过量NaOH溶液中和酸,再加少量碘水,因为碘可以与过量的NaOH溶液反应,若碘反应后没有剩余,即使有淀粉存在,溶液也不会变蓝,故不能判断淀粉是否完全水解,选项D正确。
2.C 盐酸易挥发,制得的氯气中含有氯化氢气体,B瓶应盛放饱和食盐水除去混有的HCl,选项A正确;高铁酸钾在碱性溶液中较稳定,故KOH过量有利于其生成,选项B正确;根据题给信息可知,加盐酸产生的气体也可能是氧气,选项C不正确;高铁酸钾是集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等特点为一体的优良的水处理剂,选项D正确。
3.C 曲线a表示在无氧环境下,氯化钡溶液pH变化较小,说明二氧化硫转化为亚硫酸,溶液pH降低的原因是SO2+H2OH2SO3
H++HSO3-,A项正确;曲线c表示在有氧环境下,氯化钡溶液pH变化较大,则说明二氧化硫被氧气氧化为硫酸,反应的离子方程式是2Ba2++O2+2SO2+2H2O2BaSO4↓+4H+,B项正确;氯化钡溶液和硝酸钡溶液在有氧环境下,pH变化几乎相同,所以不能说明曲线d所表示的过程中NO3-是氧化SO2的主要微粒,C项错误;0.1 mol·L-1的Ba(NO3)2溶液在无氧环境下可以氧化二氧化硫,依据该实验预测0.2 mol·L-1的KNO3溶液(无氧环境)也可以氧化SO2,D项正确。
4.(除标明外,每空2分)(1)密封保存在棕色或深色试剂瓶中,置于冷暗处(1分) (2)吸收H2S等尾气,防止污染空气 (3)NH3·H2O+H+NH4++H2O (4)ab (5)(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O+H2C2O4FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O (6)温度太高,H2O2会分解,温度太低,三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的生成速率会减慢 (7)否,25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-转化为[Fe(SCN)]2+反应的平衡常数小于10-5,观察不到明显现象,所以无法检验 (8)264cVm%
【解析】 (1)由于浓氨水具有不稳定性和挥发性,故实验室保存浓氨水的方法为密封保存在棕色或深色试剂瓶中,置于冷暗处。(2)由于废铁屑中含有含S元素的物质,加入稀硫酸,会产生硫化氢等有毒气体,故高锰酸钾溶液的作用是吸收H2S等尾气,防止污染空气。(3)锥形瓶中发生的中和反应是冷却后的溶液中的H2SO4与氨水的反应,离子方程式为NH3·H2O+H+NH4++H2O。(4)由于Fe2+有较强的还原性,实验过程中要防止二价铁离子被氧气氧化,应保持铁屑过量;又二价铁离子在溶液中易水解:Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+,加入稀硫酸可以增大氢离子浓度,抑制二价铁离子的水解,而升高温度会促进Fe2+的水解与氧化,因此要确保获得浅绿色悬浊液,实验过程中应保持铁屑过量,并使溶液呈强酸性。(5)步骤Ⅰ中硫酸亚铁铵与饱和草酸溶液反应生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O),化学方程式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O+H2C2O4FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O。(6)温度太高,H2O2分解;温度太低,Fe2+氧化速度太慢,故水浴加热控制在40 ℃。(7)因为25 ℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O42-(aq) K=10-16.2,平衡常数小于10-5,[Fe(SCN)]2+浓度太小,观察不到明显现象,所以无法检验。(8)根据已知信息可写出滴定反应3C2O42-+14H++Cr2O72-2Cr3++6CO2↑+7H2O,则25 mL该溶液中n(C2O42-)=3n(Cr2O72-)=3cV×10-3 mol,m(C2O42-)=264cV×10-3 g,故m g晶体中含有的C2O42-的质量为264cV×10-2 g,C2O42-质量分数的表达式为264cVm%。
5.(1)导管口有气泡产生,移开热毛巾后,在导管口形成一段水柱且一段时间内不回落(2分) (2)饱和NaHCO3溶液(2分) (3)Cl-将生成的MnO4-还原(2分) (4)Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O(2分) 0.043 5(2分) (5)排除HNO3将Mn2+氧化的可能性(2分) (6)取5 mL 0.1 mol·L-1MnSO4溶液于试管中,加入2 mL 0.1 mol·L-1HNO3溶液,无明显现象,再滴加几滴KMnO4溶液,若立即生成棕黑色沉淀,则证明此推测成立(2分)
【解析】 (1)检查装置A的气密性时,关闭分液漏斗活塞,在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口,用热毛巾捂住圆底烧瓶,若导管口有气泡产生,
移开热毛巾后,在导管口形成一段液柱且一段时间内不回落,则说明装置气密性良好。(2)装置B中盛装的试剂的作用是吸收二氧化碳气体中的氯化氢气体,所以应盛装饱和NaHCO3溶液。(3)反应结束后,若未及时分离KMnO4晶体,则C中碱性K2MnO4溶液中残留的Cl-将生成的MnO4-还原,使溶液紫红色变浅。(4)实验①中生成棕黑色沉淀是因为碱性条件下Mn2+被H2O2氧化成了MnO2,其离子方程式为Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O;根据表中数据及离子方程式可知加入的MnSO4的量最少,所以生成的MnO2的物质的量为0.000 5 mol,质量为0.000 5 mol×87 g·mol-1 =0.043 5 g。(5)对比实验②和③知,实验②的作用是排除HNO3将Mn2+氧化的可能性。(6)根据酸性环境下,Mn2+能将MnO4-还原设计方案:取5 mL 0.1 mol·L-1 MnSO4溶液于试管中,加入2 mL 0.1 mol·L-1稀HNO3,无明显现象,再滴加几滴KMnO4溶液,若立即生成棕黑色沉淀,则证明此推测成立。
相关学案
高考化学一轮复习第十章实验方案的设计与评价学案： 这是一份高考化学一轮复习第十章实验方案的设计与评价学案，文件包含湖南师大附中数学附中3次pdf、湖南师大附中数学答案附中3次pdf等2份试卷配套教学资源，其中试卷共14页， 欢迎下载使用。
新高考化学一轮复习精品学案10.3化学实验方案的设计与评价（含解析）： 这是一份新高考化学一轮复习精品学案10.3化学实验方案的设计与评价（含解析），共23页。
苏教版高考化学一轮复习专题10化学实验基础第31讲化学实验方案的设计与评价学案： 这是一份苏教版高考化学一轮复习专题10化学实验基础第31讲化学实验方案的设计与评价学案，共15页。学案主要包含了课标要求等内容，欢迎下载使用。
