2021版高考化学一轮复习课时分层提升练三十三化学实验方案的设计与评价（含解析）新人教版

化学实验方案的设计与评价

一、选择题

1.(2019·长春模拟)下列实验设计能完成或实验结论合理的是 (　　)

A.证明一瓶红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,可用湿润的碘化钾-淀粉试纸检验,观察试纸颜色的变化

B.铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中一定不含铁的氧化物

C.检验硫酸根离子,加盐酸酸化的氯化钡,生成白色沉淀,则有硫酸根离子

D.用饱和碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳中混有的少量SO2气体

【解析】选D。A、因溴能氧化KI,二氧化氮与水反应生成的硝酸也能氧化KI,则证明红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,不能用湿润的碘化钾-淀粉试纸检验,可选用水,A错误;B、因Fe与Fe3+反应生成亚铁离子,遇KSCN溶液不变色,则铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中可含铁的氧化物,B错误;C、白色沉淀也可能是氯化银,C错误;D、用饱和碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳中混有的少量SO2气体,D正确。

2.(2019·武汉模拟)下列实验方案能达到实验目的的是 (　　)

【解析】选D。验证海带中含有碘元素实验中,将海带剪碎后用酒精润湿,在坩埚中灼烧成灰后,加蒸馏水在烧杯中浸泡,A项错误;根据2I-+2Fe3+I2+2Fe2+,向

5 mL 0.1 mol·L-1的KI溶液中滴加5～6滴0.1 mol·L-1的FeCl3溶液,I-有剩余,要证明该反应为可逆反应,应该证明溶液中含有Fe3+,B项错误;淀粉水解时,稀硫酸作催化剂,检验水解产生葡萄糖时,在加入新制Cu(OH)2之前要先加入NaOH溶液中和用作催化剂的稀硫酸,C项错误;向2 mL 0.1 mol·L-1的MgSO4溶液中加入2 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液,OH-完全反应,而Mg2+有剩余,再滴加CuSO4溶液,观察到白色沉淀转化为蓝色沉淀时,可说明Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Mg(OH)2],D项正确。

【加固训练】

　　(2019·济南模拟)下列所设计的鉴定方案或者结论正确的是 (　　)

A.检验KClO3中的氯元素时,将KClO3溶于水,加入硝酸酸化的硝酸银溶液检验

B.向溶液中加入盐酸,有无色气体逸出,此气体能使澄清石灰水变浑浊,则该溶液中可能不含有C和HC

C.向某溶液中加入少量NaOH溶液,有白色沉淀产生,若加入过量的NaOH溶液,沉淀消失,则原溶液中可能含有Al

D.向如图所示烧杯中滴入KSCN溶液,溶液不变红色,说明Fe在电极上失去电子生成Fe2+而不是Fe3+

【解析】选B。选项A,KClO3中不含Cl-,故加入硝酸酸化的AgNO3溶液,不会生成AgCl沉淀,故不正确;选项B,加入盐酸后产生的无色气体可使澄清石灰水变浑浊,可能是二氧化碳,也可能是二氧化硫。若为二氧化碳,则原溶液中可能有C,也可能有HC,若为二氧化硫,则原溶液中可能有S,也可能有HS,故选项B正确;加少量氢氧化钠产生白色沉淀,氢氧化钠过量后沉淀消失,则原溶液中可能含有Al3+,选项C不正确;图示装置中Zn为负极,Fe被保护不被氧化,D项错误。

二、非选择题

3.四氯化钛是生产金属钛及其化合物的重要中间体。某校化学课外活动小组准备利用如图装置制备四氯化钛(部分夹持仪器已略去)。

资料表明:室温下,四氯化钛为无色液体,熔点:-25 ℃,沸点:136.4 ℃。在空气中发烟生成二氧化钛固体。在650～850 ℃下,将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体。回答下列问题:

(1)检查该装置气密性的方法是__________________________________。 

(2)实验中B装置的作用是________________________________________。 

(3)写出D装置中物质制备的化学方程式:__________________________;写出四氯化钛在空气中发烟的化学方程式:__________________________。 

(4)E处球形冷凝管的冷却水应从________(填“c”或“d”)口通入。 

(5)F装置中盛装的物质是________。 

(6)该实验设计略有缺陷,请指出其不足之处:_______________。 

【解析】(1)检查装置气密性的方法是整个装置要形成密闭体系,通过液柱的升降来判断装置的气密性;检查该装置气密性的方法是在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升一定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)。

(2)氯气中含有氯化氢杂质气体,可以用饱和食盐水除去氯化氢,同时,一旦气体发生堵塞,还能起到安全瓶的作用。

(3)D装置中,氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和有毒气体一氧化碳;反应的化学方程式:TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO;根据信息可知,四氯化钛在空气中和水蒸气反应生成二氧化钛固体和氯化氢,看到发烟现象;化学方程式:TiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑。

(4)为保证冷凝效果,采用逆流原理,冷凝效果好;E处球形冷凝管的冷却水应从c口通入。

(5)TiCl4与水易发生水解,反应剩余的氯气不能直接排放到空气中,污染环境;因此F装置中盛装的物质既能吸水,又能吸收氯气,因此该试剂为碱石灰。

(6)在制备TiCl4过程中,会产生有毒气体CO,不能被碱石灰吸收,直接排放到空气中,污染空气。

答案:(1)在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升一定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)

(2)洗去Cl2中的HCl气体;用作安全瓶(或用作平衡气压的安全装置,或用作防堵塞的安全装置)

(3)TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO

TiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑

(4)c　(5)碱石灰　(6)没有对CO进行尾气处理

4.已知某气态化石燃料X中只含有碳、氢两种元素,为探究该气体中碳和氢两种元素的质量比,某同学设计了燃烧法测量的实验方案,通过测量装置C和D的增重即可求得碳和氢两种元素的质量比。实验装置如图所示(已知CuO可以作为碳氢化合物燃烧的催化剂):

(1)若A装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,装置A的作用有:

① _________________________________________________________________

② ________________________________________________________________

(2)C装置中所盛放的药品是无水CaCl2或P2O5,作用是____________________

______________________。 

(3)D装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,作用是____________________

______________________。 

(4)E装置中所盛放的药品是________,作用是______________________。 

(5)上述装置中有一处错误,请按要求填写下表(不考虑酒精灯和加热方法可能存在的错误;若增加仪器和药品,请指明仪器、药品名称和位置):

(6)若实验装置经过改正后,得到的实验数据如下:

则该气体中碳和氢两种元素的质量比为________。 

【解析】(1)由于空气中含有CO2,会干扰燃烧产物CO2的吸收,所以必须利用氢氧化钠除去空气中的CO2。其次还可以利用A中气泡产生的快慢来判断X和空气的通入速率,以保证O2过量;(2)根据燃烧产物水和CO2可知,首先应该先吸收水,然后再吸收CO2,由于C是吸收水蒸气的,而C是U形管,所以盛放的试剂是无水CaCl2或P2O5;(3)D是吸收CO2的,所以盛放的试剂是浓NaOH溶液;(4)由于空气中也含有水蒸气和CO2,所以E装置是吸收空气中的水和CO2的,因此试剂是碱石灰或固体NaOH;(5)由于从A中出来的气体中一定含有水蒸气,会对后续的实验产生影响,所以需要在A和B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管;(6)药品+U形管的质量增加1.8 g为生成水的质量,广口瓶D质量增加2.2 g为燃烧生成二氧化碳气体的质量,物质的量分别是0.1 mol水和0.05 mol二氧化碳,计算得到碳和氢元素的质量之比。

答案:(1)①除去空气中的CO2气体

②调节X和空气的通入速率,保证O2过量

(2)吸收混合气体中的水蒸气

(3)吸收燃烧生成的二氧化碳气体

(4)碱石灰或固体NaOH

防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置D,对结果产生影响

(5)加热前没有除去对本实验有影响的水蒸气　在A、B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管

(6)3∶1

一、选择题

1.(2019·贵州模拟)下列实验操作、实验现象及目的均正确的是 (　　)

【解析】选C。A.银镜反应要在碱性环境下进行,加入稀硫酸后并没有加入碱中和酸,A项错误;B.N和H+在同一溶液中即为硝酸溶液,能够将Fe2+氧化成Fe3+,颜色从浅绿色变成黄色,并不是平衡移动,B项错误;C.配制一定物质的量浓度的溶液,需要的仪器包括托盘天平、烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒,C项正确;D.裂化汽油中的烃类含有碳碳双键,会与溴单质反应而褪色,因此上层溶液不会呈现橙红色,D项错误。

2.(2019·临沂模拟)四氯化锡(SnCl4)用作媒染剂和有机合成上的氯化催化剂。实验室制备四氯化锡的装置如图(部分夹持装置已略去)。已知:①金属锡熔融时通入干燥氯气反应可生成四氯化锡;②无水四氯化锡熔点:-33 ℃,沸点:

114.1 ℃;③无水四氯化锡遇水蒸气生成白色烟雾。下列说法不正确的是 (　　)

A.①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装MnO2、饱和食盐水、浓硫酸、NaOH溶液

B.实验时滴加浓盐酸反应一段时间,然后再点燃④处的酒精灯

C.⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中效果更好

D.⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替

【解析】选A。A项,二氧化锰常温下不与浓盐酸反应,常温下高锰酸钾可与浓盐酸反应生成氯气,故①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装KMnO4、饱和食盐水、浓硫酸NaOH溶液;B项,实验时滴加浓盐酸反应一段时间使装置④充满氯气(排出空气),然后再点燃④处的酒精灯;C项,⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中使其液化,效果更好;D项,⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替,起到干燥和除去多余的氯气的作用。

3.下列实验中,对应的现象以及结论都正确的是 (　　)

【解析】选C。常温下,MnO2和稀盐酸不反应,现象错误,A项错误;反应体系中存在作催化剂的浓硫酸,浓硫酸也可以与饱和NaHCO3溶液反应生成气体,无法证明反应后所得混合物中含有乙酸,结论错误,B项错误;KHC2O4溶液显酸性,说明一定存在HC2的电离,结论正确,C项正确;加NaCl溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1 mol·L-1KI溶液沉淀变为黄色,说明发生AgCl到AgI的转化,故AgCl的溶度积比AgI的大,结论错误,D项错误。

4.(2019·南昌模拟)下列实验方案中,能达到实验目的的是 (　　)

【解析】选D。A.等体积等物质的量浓度的CH3COOH和HClO溶液消耗NaOH的物质的量相等,不能比较CH3COOH和HClO的酸性强弱,A错误;B.在Na2S2O3溶液中滴加盐酸会发生反应:Na2S2O3+2HCl2NaCl+SO2↑+S↓+H2O,产生了大量的浅黄色浑浊,会对后续白色沉淀的观察产生影响,B错误;C.浓盐酸能与KMnO4反应,向较浓的FeCl2溶液加少量酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液紫色褪去可能是与Cl-反应导致,无法证明Fe2+有还原性,C错误;D.向1 L浓度均为0.1 mol·L-1 NaCl和NaBr混合溶液中滴加AgNO3溶液,先出现淡黄色沉淀,说明先生成了AgBr沉淀,即在浓度相同的前提下,溴离子优先于氯离子沉淀,所以Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr),D正确。

二、非选择题

5.(2019·银川模拟)(NH4)2Cr2O7可用作有机合成催化剂、媒染剂、显影液等。某化学兴趣小组对(NH4 )2Cr2O7的部分性质及组成进行探究。

已知:Cr2(橙色)+H2O2Cr(黄色)+2H+。请回答下列问题:

(1)在试管中加入少量(NH4)2Cr2O7固体,滴加足量浓KOH溶液,振荡、微热,观察到的主要现象是___________________________________________________。 

(2)为探究(NH4)2Cr2O7 (摩尔质量为252 g·mol-1)的分解产物,按图连接好装置,在A中加入5.040 g样品进行实验。

①仪器C的名称是________。 

②连接好装置,点燃酒精灯之前,需进行的必要操作是________________。 

③反应结束后,依然要通一段时间的氮气的原因是 ________________。 

④加热A至恒重,观察到D中溶液不变色,同时测得A中残留物为Cr2O3、B中质量的变化为1.44 g,写出重铬酸铵加热分解反应的化学方程式:_________。 

(3)实验室常用甲醛法测定含(NH4)2Cr2O7的样品中氮的质量分数(杂质不发生反应),其反应原理为 2Ba2++Cr2+ H2O2BaCrO4↓+2H+、4N+6HCHO3H+ +6H2O+(CH2)6N4H+ [滴定时,1 mol (CH2)6N4H+ 与 1 mo1 H+ 相当],然后用 NaOH 标准溶液滴定反应生成的酸。

实验步骤:称取样品5.600 g,配成500 mL溶液,移取25.00 mL样品溶液于 250 mL锥形瓶中,用氯化钡溶液与其反应使Cr2完全沉淀后,加入10 mL 20.00 mol·L-1的中性甲醛溶液,摇匀、静置5 min后,加入1～2滴酚酞试液,用0.200 mol·L-1 NaOH 标准溶液滴定至终点。重复上述操作3次,最终滴定用去NaOH标准溶液体积的平均值为20.00 mL。

①若滴定终点时,仰视读数,则测定结果________(填“偏大” “偏小”或“无影响”)。 

②滴定计算得该样品中氮的质量分数为________。 

【解析】(1)(NH4)2Cr2O7固体和浓KOH溶液反应,生成氨气,Cr2(橙色)+H2O 2Cr(黄色)+2H+,在碱性条件下平衡正向移动,观察到的现象为固体溶解,产生无色、有刺激性气味的气体,溶液由橙色变为黄色;

(2)①仪器C的名称是(球形)干燥管;

②检查装置的气密性后通入氮气一段时间将装置内空气排尽,以免影响实验结果;

③反应结束后,依然要通一段时间的氮气的原因是将A中分解产生的气体全部赶入B中,防止产生实验误差;

④根据产物和水的质量计算(NH4)2Cr2O7(摩尔质量为252 g·mol-1),5.040 g样品的物质的量为=0.02 mol,分解产生的水:=0.08 mol,观察到D中溶液不变色,同时测得A中残留物为Cr2O3,则应生成氮气,反应方程式为(NH4)2Cr2O7Cr2O3+N2↑+4H2O。

(3)①若滴定终点时,仰视读数,读出的NaOH溶液的体积偏大,则测定结果偏大。

②4NaOH　～　(NH4)2Cr2O7　～　2N

 4                        2

 0.200 mol·L-1×0.020 L 0.002 mol

滴定计算得该样品中氮的质量分数为×100%=10%,该样品中氮的质量分数为10%。

答案:(1)固体溶解,产生无色、有刺激性气味的气体,溶液由橙色变为黄色　

(2)①(球形)干燥管　②检查装置的气密性后通入氮气一段时间将装置内空气排尽　③将A中分解产生的气体全部赶入B中,防止产生实验误差

④(NH4)2Cr2O7Cr2O3+N2↑+4H2O　

(3)①偏大　②10%