全国通用版2022版高考化学一轮复习第9章无机实验3化学实验方案的设计与评价1课时作业含解析

化学实验方案的设计与评价(B)

(45分钟　100分)

一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)

1.为证明铝与盐酸的反应是放热反应,下列实验装置可达到实验目的,且方案最佳的是 (　　)

【解析】选A。A.铝与盐酸产生的氢气从试管中逸出,锥形瓶内的空气受热压强增大,U形管中左边红墨水低,右边红墨水高,说明该反应是放热反应,故A正确;B.烧杯中产生气泡,反应完成并冷却后导管会产生液柱,也能说明放热,但分析太复杂,不直观,效果不理想,故B错误;C.装置未形成密闭体系,无现象,故C错误;D.铝与盐酸产生的氢气会使红墨水的液面变化,该装置不能说明反应时放出热量,故D错误。

【加固训练】

用下图所示装置进行实验,将少量液体逐滴加入固体乙中,试管中试剂为丙,则下表中现象正确的是              (　　)

【解析】选D。A.硫酸铝与氨水反应生成氢氧化铝,氢氧化铝与氨水不反应,沉淀不溶解,故A错误;B.浓硝酸与铜反应生成二氧化氮,二氧化氮与水反应生成一氧化氮,一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,可观察到试管口出现红棕色,硝酸能氧化I-生成I2,溶液显蓝色,故B错误;C.浓盐酸与二氧化锰应在加热条件下进行,题中没有加热,不能生成氯气,故C错误;D.双氧水在二氧化锰的催化作用下生成氧气,氧气能氧化硫化氢生成硫单质,溶液中会出现浑浊,故D正确;故选D。

2.某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)制备七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O),设计了如下流程:

下列说法不正确的是 (　　)

A.溶解烧渣选用足量硫酸,试剂X选用铁粉

B.固体1中一定含有SiO2,控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3,进入固体2

C.从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中,须控制条件防止其氧化和分解

D.若改变方案,在溶液1中直接加NaOH至过量,得到的沉淀用硫酸溶解,其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O

【解析】选D。烧渣(主要成分Fe2O3、Al2O3、SiO2)用酸溶解后要制取七水合硫酸亚铁,所以加入的酸应为硫酸,溶解后的溶液1中含有Fe3+、Al3+,要把Fe3+转化为Fe2+,应该加入还原性铁粉,A项正确;烧渣用足量硫酸溶解后,SiO2与硫酸不反应,固体1中一定有SiO2,向溶液中加入NaOH溶液控制pH的目的是使Al3+沉淀,而Fe2+不沉淀,B项正确;制取FeSO4·7H2O的过程中,由于Fe2+易被空气中的氧气氧化,并且易水解,所以要控制条件,C项正确;向溶液1中直接加入NaOH溶液,不加铁粉,得到的是Fe(OH)2沉淀,但Fe(OH)2不稳定,很容易被氧化成Fe(OH)3沉淀,导致最后制得的产品不纯,混有较多的杂质Fe2(SO4)3,D项错误。

3.为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl),准确称量W0 g样品进行实验,下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理(除W0外)的是

(　　)

【解析】选A。A.盐酸滴定Na2CO3,用甲基橙作指示剂,正确;B.碱石灰既可以吸收CO2,也可以吸收水分,无法测定Na2CO3的质量分数,错误;C.CO2挥发能带出水分,根据减轻的质量测定Na2CO3的质量分数,会产生较大误差,错误;D.CO2能溶于水,则排水体积不等于CO2的体积,错误。

4.下列有关实验原理、方法和结论都正确的是(　　)

A.用HNO2溶液做导电性实验,灯光较暗,说明HNO2是弱电解质

B.在滴有酚酞的Na2CO3溶液中逐滴加入BaCl2溶液,红色逐渐褪去,说明Na2CO3溶液中存在水解平衡

C.SO2通入溴水中,溴水褪色,说明SO2具有漂白性

D.利用溶解性的不同,可用酒精将碘水中的碘萃取出来

【解析】选B。导电性与离子的浓度有关,题中未指明浓度,不能证明,A项错误;滴加酚酞,溶液呈红色,说明溶液呈碱性,而加BaCl2,会生成BaCO3沉淀,C减少,红色褪去,说明此红色是由C水解引起的,B项正确;SO2通入溴水中,溴氧化SO2自身被还原,溴水褪色,说明SO2具有还原性,C项错误;酒精与水互溶,不能萃取,D项错误。

5.某课外实验小组设计的下列实验不合理的是

 (　　)

【解析】选C。A项,生成的H2能将体系中的O2排出,观察到Fe(OH)2白色沉淀;B项,脱脂棉燃烧,能说明Na2O2与水反应放热;C项,不能用排水法收集NO2气体;D项,NaOH固体溶于水放热,且提供OH-,抑制NH3·H2O的电离,能用于制备少量NH3。

6.下列有关实验装置及实验方案的设计正确的是 (　　)

【解析】选D。HCl的密度比空气的大,集气瓶中的导管应该是进气管长、出气管短,A项错误;生成的气体可能会从长颈漏斗中逸出,且长颈漏斗不能控制滴加速率,故应该用分液漏斗,B项错误;稀硫酸与碳酸钠反应生成的CO2会和烧杯中的次氯酸钠溶液反应生成HClO,但无明显现象,故无法判断Ka1(H2CO3)与Ka(HClO)的大小关系,C项错误;品红褪色,是SO2的漂白性所致,与H2S反应生成淡黄色固体,是SO2的氧化性所致,D项正确。

【加固训练】

　　根据下列实验现象,所得结论错误的是 (　　)

【解析】选B。A项,作正极的金属不活泼,正极上析出氢气,所以能比较金属的活动性,故正确;B项,铜和浓硝酸生成二氧化氮,二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,故错误;C项,增大反应物的浓度平衡向正反应方向移动,故正确;D项,利用压强差能检验装置的气密性,故正确。

7.(能力挑战题)下图表示从固体混合物中分离X的两种方案,请根据方案1和方案2指出下列说法合理的是               (　　)

A.可以选用方案1分离碳酸氢钠中含有的氯化铵

B.方案1中残留物应该具有的性质是受热易挥发

C.方案2中加入的试剂一定能够与除X外的物质发生化学反应

D.方案2中加入NaOH溶液可以分离出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3

【解析】选D。碳酸氢钠加热分解,A错误;加热后留下的残留物一定是固体或难挥发的液体,B错误;C项,加入的试剂可以是水且不一定发生化学反应,C错误;二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的硅酸钠,进而分离出氧化铁,D正确。

二、非选择题(本题包括3小题,共58分)

8.(19分)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。某化学实验小组进行如下有关SO2性质的探究活动。

(1)装置A中反应的离子方程式为________________。 

(2)选用图1以上装置和药品探究亚硫酸与次氯酸的酸性强弱:

①甲同学认为按照A→C→F→尾气处理顺序连接装置可以证明亚硫酸和次氯酸的酸性强弱,乙同学认为该方案不合理,其理由是________________。 

②丙同学设计的合理实验方案为按照A→C→______________________________→尾气处理(填字母)顺序连接装置。其中装置C的作用是_________________

__________________________。证明亚硫酸的酸性强于次氯酸的酸性的实验现象是__________________________。 

(3)利用图2的装置测量装置A中残液SO2的含量。量取10.00 mL残液于圆底烧瓶中,加热使SO2全部蒸出,用20.00 mL 0.100 0 mol·L-1的KMnO4标准溶液吸收。充分反应后,再用0.200 0 mol·L-1 的KI溶液滴定过量的KMnO4,消耗KI溶液

25.00 mL。(已知:10I-+2Mn+16H+2Mn2++5I2+8H2O)

①图2锥形瓶中发生反应的离子方程式为___________________。 

②残液中SO2的含量为____________________mol·L-1。 

【解析】(1)装置A中盐酸与亚硫酸钙反应生成氯化钙、水和二氧化硫,离子反应方程式为CaSO3+2H+Ca2++SO2↑+H2O;(2)①按照A→C→F→顺序连接装置,其中饱和的亚硫酸氢钠除去氯化氢,二氧化硫通入次氯酸钙溶液发生了氧化还原反应,不能证明强酸制备弱酸的原理,不能证明亚硫酸和次氯酸的酸性强弱;

②次氯酸具有强氧化性、二氧化硫具有还原性,不能利用二氧化硫与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱,先验证亚硫酸酸性比碳酸强,再结合碳酸酸性比次氯酸强来判断。A装置制备二氧化硫,由于盐酸易挥发,制备的二氧化硫中混有氯化氢,用饱和的亚硫酸氢钠除去二氧化碳中的二氧化硫,用品红溶液检验二氧化碳中二氧化硫是否除尽,再通入F中,则装置连接顺序为A、C、B、E、D、F,其中装置C的作用是除去氯化氢气体,D中品红不褪色,F中出现白色沉淀,可证明亚硫酸的酸性强于次氯酸;(3)①图2锥形瓶中SO2与KMnO4发生氧化还原反应,反应的离子方程式为5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+;②由10I-+

2Mn+16H+2Mn2++5I2+8H2O,根据KI的量计算出则过量KMnO4的物质的量为0.001 mol,所以与残液中SO2反应KMnO4的物质的量为0.02 L×0.100 0 mol·L-1

-0.001 mol=0.001 mol,又5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+,则残液中SO2含量为0.002 5 mol,所以残液中SO2含量为0.25 mol·L-1。

答案:(1)CaSO3+2H+Ca2++SO2↑+H2O

(2)①二氧化硫通入次氯酸钙溶液发生了氧化还原反应不能证明强酸制备弱酸的原理

②B→E→D→F　除去HCl气体以免影响后面的实验　装置D中品红溶液不褪色,F中出现白色沉淀

(3)①5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+　②0.25

【方法规律】物质性质实验设计题的解题策略

性质验证型实验题的关键是结合题目要求和所给的仪器、装置以及所给的试剂,了解命题的意图。

①已给出试剂或装置(仪器)的实验:

该类题目的关键是通读全题,结合题意或元素化合物的性质,弄清楚在某一仪器处发生的反应或该反应的现象,同时要理解设置的仪器或装置的目的,这样问题就能迎刃而解。

②已知反应或反应现象及仪器操作要求:

该类题目的关键是根据题目的现象或操作要求等,通过所学元素化合物性质或化学实验的仪器使用和基本操作,确定此处缺少的试剂或缺少的装置或仪器。9.(19分)(2018·商丘模拟)一种含铝、锂、钴的新型电子材料,生产中产生的废料数量可观,废料中的铝以金属铝箔的形式存在,钴以Co2O3·CoO的形式存在,吸附在铝箔的单面或双面,锂混杂于其中。从废料中回收氧化钴(CoO)工艺流程如下:

(1)过程Ⅰ中采用NaOH溶液溶解废料中的Al,反应的离子方程式为________

__________________。 

(2)过程Ⅱ中加入稀硫酸酸化后,再加入Na2S2O3溶液浸出钴,则浸出钴的化学反应方程式为(产物中只有一种酸根)________。在实验室模拟工业生产时,也可用盐酸浸出钴,但实际工业生产中不用盐酸,请从氧化还原和环境保护的角度分析不用盐酸浸出钴的主要原因是__                __。 

(3)过程Ⅲ得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al(OH)3,碳酸钠溶液在产生Al(OH)3时起重要作用,请写出该反应的离子方程式_____________________。 

(4)碳酸钠溶液在过程Ⅲ和Ⅳ中所起作用有所不同,请写出在过程Ⅳ中起的作用是_________________________________________________。 

【解析】(1)铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑;(2)Co3O4和Na2S2O3在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO4、Na2SO4和H2O,反应方程式为4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4

+Na2SO4+11H2O,所以加入Na2S2O3的作用是还原Co3+,盐酸具有还原性,能被Co2O3·CoO氧化生成有毒的氯气而污染环境,所以不能用盐酸;(3)铝离子能与碳酸根离子发生水解相互促进生成氢氧化铝和二氧化碳,水解的离子方程式为2Al3++3C+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑;(4)碳酸钠溶液在过程Ⅲ中铝离子能与碳酸根离子发生水解相互促进生成氢氧化铝和二氧化碳;碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH,提供C,使Co2+沉淀为CoCO3。

答案:(1)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑

(2)4Co2O3·CoO+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4+Na2SO4+11H2O

Co2O3·CoO可氧化盐酸产生Cl2,污染环境

(3)2Al3++3C+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑

(4)调整pH,提供C,使Co2+沉淀为CoCO3

10.(20分)(能力挑战题)硫化碱法是工业上制备Na2S2O3的方法之一,反应原理为2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2(该反应ΔH>0)。某研究小组在实验室用硫化碱法制备Na2S2O3·5H2O流程如下:

 (1)吸硫装置如图所示。

①装置B的作用是检验装置A中SO2的吸收效率,B中试剂是________,表明SO2吸收效率低的实验现象是B中溶液______________________。 

②为了使SO2尽可能吸收完全,在不改变A中溶液浓度、体积的条件下,除了及时搅拌反应物外,还可采取的合理措施是_______________________________、 

____________________________。(写出两条) 

(2)假设本实验所用的Na2CO3含少量NaCl、NaOH,设计实验方案进行检验(室温时CaCO3饱和溶液的pH=10.2)。

限选试剂及仪器:稀硝酸、AgNO3溶液、CaCl2溶液、Ca(NO3)2溶液、酚酞溶液、蒸馏水、pH计、烧杯、试管、滴管。

(3)Na2S2O3溶液是定量实验中的常用试剂,测定其浓度的过程如下:①准确称取

a g KIO3(相对分子质量:214)固体配成溶液,②加入过量KI固体和H2SO4溶液,滴加指示剂,③用Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液的体积为V mL。则c(Na2S2O3)=____________mol·L-1(只列出算式,不作运算)。 

已知:2S2+I2S4+2I-。

(4)某同学第①步和第②步的操作都很规范,第③步滴速太慢,这样测得的Na2S2O3浓度可能________(填“无影响”“偏低”或“偏高”),原因是____________

________(用离子方程式表示)。 

【解析】(1)①由于SO2具有还原性、漂白性,因此若装置B的作用是检验装置A中SO2的吸收效率,则B中试剂可以是品红、溴水或KMnO4溶液,表明SO2吸收效率低的实验现象是B中溶液颜色很快褪去。

②要使SO2尽可能吸收完全,在不改变A中溶液浓度、体积的条件下,除了及时搅拌反应物外,还可采取的合理措施是增大SO2的接触面积、控制SO2的流速、适当升高温度等。

(2)氯离子的检验可以利用硝酸酸化的硝酸银溶液;由于饱和碳酸钙溶液的pH=10.2,所以检验OH-时可以先加入氯化钙溶液,然后测量溶液的pH进行对比即可。

(3)a g碘酸钾的物质的量是 mol,则根据反应式I+5I-+6H+3I2+3H2O、2S2+I2S4+2I-可知:

I　～　6S2

1 mol     6 mol

mol     mol×6

所以c(Na2S2O3)= mol·L-1= mol·L-1。

(4)由于碘离子易被空气中的氧气氧化:4I-+4H++O22I2+2H2O,因此如果第③步滴速太慢,则导致消耗的硫代硫酸钠溶液的体积增加,从而导致其浓度偏低。

答案:(1)①品红(或溴水、KMnO4溶液)　颜色很快褪去[或指出相应试剂的正确颜色(红色、黄色等)变化也可]

②增大SO2的接触面积　控制SO2的流速　适当升高温度(答其中两条即可)

(2)①滴加足量稀硝酸,再滴加少量AgNO3溶液,振荡　有白色沉淀生成

②加入过量CaCl2溶液,搅拌,静置,用pH计测定上层清液pH　有白色沉淀生成,上层清液pH大于10.2

(3)或(其他正确答案也可)

(4)偏低　4I-+4H++O22I2+2H2O