【鲁科版】高考化学一轮复习第34讲探究物质组成性质实验方案的设计与评价教案

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第34讲　探究物质组成、性质实验方案的设计与评价
1．探究物质组成、性质的实验方案的设计
(1)验证性的性质实验方案的设计
物质→性质推测→实验验证→结论。图示如下：

(2)探究性实验方案的设计
探究性实验方案的设计，可以按照以下步骤进行：
→→→→
2．探究实验方案的评价
(1)对实验用品选择的评价
包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等的选择；药品的选择包括种类、浓度、物质状态等的选择；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接方式等的选择。
(2)对不同实验方案的评价
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
(3)最佳方案的选用
几个实验方案都能达到目的，应分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、原料利用率高、现象明显、无干扰物质以及无污染等。
[命题探究]
命题点1：以选择题形式，结合实验装置图分析某操作是否达到实验目的，或对实验现象分析并得出结论、评价等。
命题点2：作为非选择题，以探究物质的组成、性质为线索，综合考查常用仪器的名称，物质的检验、分离和提纯，装置气密性检验以及对某处实验设计的评价及改进等知识。热点一　猜想型实验方案的设计

漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。
(1)提出合理假设。
假设1：该漂白粉未变质，只含有________；
假设2：该漂白粉全部变质，只含有________；
假设3：该漂白粉部分变质，既含有______，又含______。
(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。
限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－)
实验步骤
预期现象和结论
①
取少量上述漂白粉于试管中，________________
②

[审题流程]　第一步　明确目的原理
设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：
①2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。
②Ca(ClO)2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO。
第二步　提出合理假设
根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)2或CaCO3或二者的混合物。
第三步　寻找验证方法
用CaCO3与盐酸反应产生使澄清石灰水变浑浊的CO2来验证CaCO3的存在。
用Ca(ClO)2与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的HClO来验证Ca(ClO)2的存在。
第四步　设计操作步骤
①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO2)。
②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。
第五步　分析得出结论
若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO3，即假设1成立。
若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不褪色，说明CaCO3存在，不存在Ca(ClO)2，即假设2成立。
若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液褪色，说明有CaCO3和Ca(ClO)2存在，即假设3成立。
答案：　(1)Ca(ClO)2　CaCO3　Ca(ClO)2　CaCO3
(2)
①
加入适量1 mol·L－1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中
若澄清石灰水未变浑浊，则假设1成立；
若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)
若品红溶液褪色，则假设3成立；
若品红溶液不褪色，则假设2成立
[即时训练]
1．工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO(aq)⇌PbCO3(s)＋SO(aq)。某课题组以PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。
(1)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO4转化率较大，理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部为PbCO3；
假设二：
________________________________________________________________________；
假设三：
________________________________________________________________________。
(3)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。请完成下列表格：
实验步骤(不要求写出具体操作过程)
预期的实验现象和结论
取一定量样品充分干燥，____________

解析：　(1)Na2CO3溶液中c(CO)较大，根据平衡移动原理，可知Na2CO3溶液中PbSO4转化率较大。(2)根据题中信息，提出另外两种假设。假设二：全部为碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]；假设三：为PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2的混合物。(3)因为PbCO3受热分解不产生水，而2PbCO3·Pb(OH)2受热分解产生水，所以可利用此不同设计实验方案。
答案：　(1)Na2CO3　Na2CO3溶液中的c(CO)大
(2)全部为2PbCO3·Pb(OH)2　为PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2的混合物
(3)
实验步骤(不要求写出具体操作过程)
预期的实验现象和结论
充分加热样品，将产生的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管
若无水硫酸铜不变蓝，则假设一成立；
若无水硫酸铜变蓝，则假设一不成立
2.某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：
假设一：溶液中的NO
假设二：溶液中溶解的O2
(1)验证假设一
该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。
实验步骤
实验现象
结论
实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
假设一成立
实验2：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图。

实验1中溶液pH变小的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)验证假设二
请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。
实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)

(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者________(填“大于”或“小于”)后者，理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)不含O2的BaCl2溶液中通入SO2气体无明显现象；向不含O2的Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体产生白色沉淀，表明溶液中的NO能氧化SO2气体产生BaSO4白色沉淀。(2)向BaCl2溶液中通入SO2气体，二者不发生反应，但SO2溶于水可以与水反应生成H2SO3使溶液显酸性；向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体，NO可以把SO2氧化为H2SO4使溶液pH减小，反应的离子方程式为3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋4H＋＋2NO。(4)由O2氧化H2SO3的离子方程式2H2SO3＋O2===4H＋＋2SO和NO氧化H2SO3的离子方程式3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O知，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者，故反应后两溶液的pH前者小于后者。
答案：　(1)无明显现象　有白色沉淀
(2)SO2溶于水生成H2SO3　3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋4H＋＋2NO(或3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O)
(3)
实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：
实验1作为参照实验
实验3：将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的 25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立
(4)小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者(本题部分小题属于开放性试题，合理答案均可)
热点二　定性探究“物质性质”实验方案的设计

一、验证物质的性质
草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是
________________________________________________________________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[思路引导]　第(1)问考查CO2的检验方法，CO2能使澄清石灰水变浑浊，还应注意题干中草酸的性质，草酸蒸气对CO2的检验有干扰作用。第(2)①问考查该实验中检验CO时干扰因素CO2的排除，检验CO气体，应先在H装置中进行CO还原CuO的反应，气体进入H装置前需除去CO中的CO2气体并且检验CO2是否除尽，从H装置中导出的气体需用澄清石灰水检验CO2气体的存在，说明是CO还原CuO。第(2)②考查CO检验时现象描述的全面性，CO还原CuO时，黑色的CuO变成红色的单质Cu，且CO的氧化产物是CO2。
答案：　(1)有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊　CO2　冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I　CuO(氧化铜)
②前面澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
[即时训练]
3．某校化学研究性学习小组设计实验验证NH3能还原CuO，并对还原产物进行探究。请回答下列问题：
Ⅰ.验证NH3能还原CuO

(1)试剂X为________。
(2)请将提供的装置按合理顺序连接：g→
________________________________________________________________________。
(3)装置B的作用是
________________________________________________________________________。
(4)证明NH3能还原CuO的实验现象是
________________________________________________________________________。
Ⅱ.探究还原产物的成分
[查阅资料]Cu2O粉末呈红色，在酸性溶液中不稳定：
Cu2O＋H2SO4(稀)===Cu＋CuSO4＋H2O。
[实验探究]
实验操作
实验现象
实验结论
取10.4 g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸，充分搅拌，静置
若无现象
①证明红色固体为________
若溶液变蓝
②证明红色固体肯定含有________，可能含有______
取上述反应后的混合物过滤、洗涤、干燥、称重，得固体6.4 g

③经计算，红色固体的成分及其物质的量为________
解析：　Ⅰ.(1)氯化铵和氢氧化钙加热生成氯化钙、氨气和水，试剂X需要干燥氨气且不与氨气反应，所以为碱石灰。(2)装置C生成氨气后，首先经过E干燥，再通入A中反应，生成的气体通过D进行检测，最后以B装置收集尾气。所以安装顺序为g→f h→a b→d e→c。(3)由于氨气在水中溶解度较大，所以先将气体通入CCl4中再溶于上层的水中，所以B装置的作用为收集尾气，防止倒吸，隔绝空气。(4)NH3能还原CuO有红色的铜和水生成，现象为A中黑色粉末变为红色，D中白色固体变为蓝色。Ⅱ.①Cu在常温下不与稀硫酸反应。②溶液变蓝，说明有CuSO4生成，则红色固体中肯定含有Cu2O，不能确定是否含有Cu。③所得固体为Cu，物质的量为0.1 mol,1 mol Cu2O与酸反应前后质量损失为80 g，反应前后质量损失为4 g，则0.05 mol Cu2O参与反应，则生成Cu的量为0.05 mol，所以原固体中Cu2O与Cu的物质的量均为0.05 mol。
答案：　Ⅰ.(1)碱石灰
(2)f h→a b→d e→c
(3)吸收尾气，防止倒吸；隔绝空气，防止空气中水蒸气进入D中
(4)A中黑色粉末变为红色，D由白色固体变为蓝色
Ⅱ.①铜　②氧化亚铜　铜
③铜和氧化亚铜各0.05 mol
二、探究物质的性质
氯化铁的性质探究。某兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧，在试管底部得到固体。为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。

查阅文献：
FeCl3溶液浓度越大，水解程度越小；氯化铁的熔点为306 ℃、沸点为315 ℃，易升华，气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2；FeCl2熔点为670 ℃。
请填写下列表格：
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K，充入氮气
D中有气泡产生
①充入N2的原因：________
关闭K，加热至600 ℃，充分灼烧固体
B中出现棕黄色固体
②产生现象的原因：________
实验结束，振荡C，静置
③________
④________(用相关的方程式说明)
⑤结合以上实验和文献资料，该固体可以确定的成分有________
解析：　①充入N2排出装置内的空气，防止产生干扰。②加热到600 ℃时FeCl3将会升华，变为气态，进入B中遇冷结晶。③由于气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2，Cl2会和NaBr反应置换出Br2，振荡试管，发生萃取，Br2进入CCl4层，溶液上层接近无色，下层呈橙红色。⑤结合实验和文献可知该固体可以确定成分有FeCl3、FeCl2，由于FeCl3水解生成Fe(OH)3，蒸干灼烧后生成Fe2O3。
答案：　①排出装置内的空气　②FeCl3易升华　③溶液分层，上层接近无色，下层橙红色(或橙色、黄色)　④2FeCl32FeCl2＋Cl2↑、2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　⑤FeCl3、FeCl2、Fe2O3
[即时训练]
4．(2019·湖北咸宁六校联考)为探究AgNO3的热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。
用如图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。

(1)装置B的作用是
________________________________________________________________________。
(2)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[查阅资料]Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。
[提出设想]试管中残留的黑色固体可能是：
ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。
[实验验证]该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验：

实验编号
操作
现象
a
加入足量氨水，振荡
黑色固体不溶解
b
加入足量稀硝酸，振荡
黑色固体溶解，并有气体产生
[实验评价]根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是________(填实验编号)。
[实验结论]根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。
解析：　(1)B装置起安全瓶作用，可防止装置C中的溶液进入热的试管中。(2)氧气可使带火星的木条复燃，据此可进行实验设计。(3)结合题干信息，氨水能溶解Ag2O，因此a实验可确定产物只含Ag，而b实验只能确定含有Ag，不能判断是否含有Ag2O。
答案：　(1)防倒吸　(2)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2　(3)b　Ag、NO2、O2
热点三　定量探究“物质组成”实验方案的设计
1．定量测定的常用方法
(1)沉淀法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
(2)测气体体积法
对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
量气装置的设计：
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。

(3)测气体质量法
将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。
(4)滴定法
利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
(5)热重法
只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。
2．定量测定实验中常用的计算方法——关系式法
关系式法是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“物质的量”的关系表示出来，把多步计算简化成一步完成。
正确提取关系式的关键：
根据化学方程式，找出作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间物质的量的关系。
如用Na2S2O3滴定法测水中溶氧量，经过如下三步反应：
①O2＋2Mn(OH)2===2MnO(OH)2
②MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O
③2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI
因此水中溶氧量与Na2S2O3之间的关系为
O2　～　2MnO(OH)2　～　2I2　～　4Na2S2O3
(中介物质)　　　(中介物质)
凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：
(1)a的作用是________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是________。f的名称是________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是________。
②e中主要反应的离子方程式为________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。
[试题诠释]
(1)水蒸气发生装置需要加热，暗示：烧瓶内可能产生大量水蒸气，气压增大。
(3)实验装置中液体倒吸，要利用气压差原理解释。
(4)对于定量实验，要防止氨气逸出，采用办法之一是液封。铵盐与碱反应生成的氨气极易溶于水，为了使氨气完全逸出，需要加热；中空双层玻璃瓶传热较慢。
(5)计算时抓住氮元素守恒。
解析：　(1)加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。
(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。
(3)关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。
(4)①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。
②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NH＋OH－△,NH3↑＋H2O。e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。
(5)由题给化学方程式NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3，根据氮原子守恒可得关系式：C2H5NO2～N～HCl。n(C2H5NO2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV×10－3 mol，则样品中氮的质量分数为×100%＝%；样品的纯度≤×100%＝%。
答案：　(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸　直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨气逸出　②NH＋OH－△,NH3↑＋H2O　保温使氨完全蒸出
(5)　
[即时训练]
5．(2019·山西应县一中月考)现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，用如图所示的实验装置测定Na2O2试样的纯度(可供选用的试剂只有CaCO3固体、6 mol·L－1盐酸、6 mol·L－1硫酸和蒸馏水)。回答下列问题：

(1)装置A中液体试剂选用
________________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是________，装置E中碱石灰的作用是______________，装置C的作用是________。
(3)装置D中反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)若开始时测得样品的质量为2.0 g，反应结束后测得气体体积为224 mL(标准状况)，则Na2O2试样的纯度为________。
解析：　(1)装置A中利用CaCO3和盐酸反应制备CO2，若利用CaCO3和硫酸反应，因生成的CaSO4是微溶于水的，会覆盖在CaCO3的表面，使反应不能持续进行，所以选用盐酸而不用硫酸来反应。(2)CaCO3和盐酸反应生成的CO2中含有HCl，可以用NaHCO3饱和溶液除去HCl，浓硫酸具有吸水性，可以干燥CO2，装置E中碱石灰的作用是吸收CO2，防止对O2的体积测量造成干扰。(3)Na2O、Na2O2与CO2反应的化学方程式分别为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，Na2O＋CO2===Na2CO3。(4)根据反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，反应结束后测得气体体积为224 mL(标准状况)，即生成0.01 mol O2，消耗0.02 mol Na2O2，Na2O2试样的纯度为×100%＝78%。
答案：　(1)6 mol·L－1盐酸　(2)除去CO2中的HCl　吸收装置D中未反应完的CO2　除去CO2中的水蒸气
(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，Na2O＋CO2===Na2CO3　(4)78%
6．(2019·河南开封一模)磷化铝(AlP)是一种常用于粮食仓储的广谱性熏蒸杀虫剂，遇水立即产生高毒性气体PH3(沸点为－87.7 ℃，还原性强)。国家卫计委规定粮食中磷化物(以PH3计)的残留量不超过0.05 mg·kg－1时合格，反之不合格。某化学兴趣小组的同学用下述方法测定某粮食样品中残留磷化物的质量以判断其是否合格。
在C中加入100 g原粮，E中加入20.00 mL 2.50×10－4mol·L－1KMnO4溶液(H2SO4酸化)，往C中加入足量水，充分反应后，用亚硫酸钠标准溶液滴定E中过量的KMnO4溶液。回答下列问题：

(1)通入空气的作用是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)装置B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液，其作用是吸收空气中的O2。若去掉该装置，对实验的影响为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置E中PH3被氧化成磷酸，则装置E中发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
收集装置E中的吸收液，加水稀释至250 mL，取25.00 mL于锥形瓶中，用4.0×10－5mol·L－1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4，消耗Na2SO3标准溶液20.00 mL，Na2SO3与KMnO4反应的离子方程式为SO＋MnO＋H＋―→SO＋Mn2＋＋H2O(未配平)，则该原粮样品中磷化物(以PH3计)的质量为________mg(保留两位有效数字)。该原粮样品________(填“合格”或“不合格”)。
解析：　(1)KMnO4可除去空气中的还原性气体，B可用于除去空气中的O2，通入空气，可排除装置中的空气，防止对PH3的测定产生影响，且AlP与水反应产生Al(OH)3和PH3，PH3是气体，会有一部分滞留在三颈烧瓶上部，若通入空气，就可以将三颈烧瓶中的PH3全部赶到E内，从而被装置E中的酸性KMnO4溶液吸收，减小实验误差。(2)在装置B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液，可以吸收空气中的O2。若去掉该装置，空气中的氧气就会氧化PH3气体，使实验结果偏低。(3)根据酸性条件下Na2SO3与KMnO4的 反应，可得关系式2MnO～5SO，E中吸收液剩余的n(KMnO4)＝n(Na2SO3)＝×4.0×10－5mol·L－1×0.02 L×＝3.2×10－6mol，则吸收PH3消耗的n(KMnO4)＝2.50×10－4mol·L－1×0.02 L－3.2×10－6mol＝1.8×10－6mol，根据5PH3＋8MnO＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O，可得关系式8MnO～5PH3，则n(PH3)＝n(KMnO4)＝×1.8×10－6mol＝1.125×10－6mol，该原粮中PH3的质量为1.125×10－6mol×34 g·mol－1＝3.825×10－5g＝0.038 mg，磷化物的含量为0.038 mg÷0.100 kg＝0.38 mg·kg－1>0.05 mg·kg－1，故该原粮产品不合格。
答案：　(1)排除装置中的空气；保证生成的PH3全部被装置E中的酸性KMnO4溶液吸收
(2)造成测定结果偏低(测得的磷化物质量偏低)
(3)5PH3＋8MnO＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O　0.038　不合格
7．碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。
(1)碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和______________。
(2)MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O中a、b、c、d的代数关系式为________________。
(3)为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO2 0.560 L(已换算成标准状况下)。
②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率[固体样品的剩余质量/固体样品的起始质量]×100%随温度的变化如图所示(样品在270 ℃时已完全失去结晶水，600 ℃以上残留固体为金属氧化物的混合物)。

根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(CO)(写出计算过程)。
解析：　(1)因为碱式碳酸铝镁分解得到Al2O3、MgO，二者的熔点都较高，都具有阻燃作用。
(2)Al元素的化合价为＋3价，Mg元素的化合价为＋2价，OH－整体显示－1价，CO整体显示－2价，根据化合物中化合价代数和为0可得出关系：2a＋3b＝c＋2d。
答案：　(1)生成的产物具有阻燃作用　
(2)2a＋3b＝c＋2d
(3)n(CO2)＝＝2.50×10－2 mol
m(CO2)＝2.50×10－2 mol×44 g·mol－1＝1.10 g
在270～600 ℃之间，失去结晶水后的样品进一步受热分解放出CO2和H2O
m(CO2)＋m(H2O)＝3.390 g×(0.734 5－0.370 2)＝1.235 g
m(H2O)＝1.235 g－1.10 g＝0.135 g
n(H2O)＝＝7.50×10－3 mol
n(OH－)＝7.50×10－3 mol×2＝1.50×10－2 mol
n(OH－)∶n(CO)＝(1.50×10－2 mol)∶(2.50×10－2 mol)＝3∶5
　常考实验方案的评价角度
一、从实验原理可行性评价
实验室制备Al2S3，下列方案可行的是(　　)
A．将AlCl3溶液与Na2S溶液混合
B．将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液中
C．将Al(NO3)3固体与K2S固体混合
D．将金属铝与硫黄混合加热
D　[该题首先从原理角度辨析了Al2S3的制备，要注意可溶性的铝盐和硫化物溶液相遇会发生相互促进的水解反应，水解的离子方程式为2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，同理将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液也无法制备Al2S3，只有将金属铝与硫黄混合加热，方可制得。]
二、从原料的用量多少评价
以Al、稀H2SO4和NaOH为原料制取Al(OH)3，甲、乙、丙3个学生分别用3种不同的途径制备：
甲：AlAl2(SO4)3Al(OH)3
乙：AlNa[Al(OH)4]Al(OH)3
丙：→Al(OH)3
若要制得等量的Al(OH)3，则上述哪个方案最好？
解析：　现将甲、乙、丙三个方案制取1 mol Al(OH)3消耗的硫酸和氢氧化钠的物质的量剖析如下：

实验方案(简述过程)
消耗H2SO4/mol
消耗NaOH/mol
甲：Al→Al2(SO4)3→Al(OH)3
1.5
3
乙：Al→Na[Al(OH)4]→Al(OH)3　
0.5
1
丙
Al→Al2(SO4)3
→Al(OH)3
3/8
3/4
Al→Na[Al(OH)4]
丙方案最好，产生等量Al(OH)3时所用原料最省。
答案：　丙
三、从是否符合“绿色化学”观念评价
下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是__________，理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方案
反应物
甲
Cu和浓HNO3
乙
Cu和稀HNO3
丙
Cu、O2和稀HNO3
解析：　甲方案中Cu与浓HNO3反应生成污染环境的气体NO2，乙方案中铜与稀HNO3反应生成有毒气体NO，这两种方案中硝酸的利用率低。 丙方案中Cu与O2反应生成CuO，然后用CuO与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2，不产生污染环境的气体，且硝酸利用率高，故丙方案体现绿色化学理念。
答案：　丙　甲、乙两方案都产生有毒的氮氧化物，丙方案硝酸利用率高
四、从不同装置的优化组合进行评价
某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置(图中的支撑仪器均未画出，“△”表示酒精灯热源)，每套装置又划分为①②③三部分。仪器中盛放的试剂：a.无水乙醇(沸点：78 ℃)；b.铜丝；c.无水硫酸铜；d.新制氢氧化铜悬浊液。
(1)简述三套方案各自的优点。

甲：
________________________________________________________________________；
乙：
________________________________________________________________________；
丙：
________________________________________________________________________。
(2)集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为________(例如：甲①，乙②，丙③)。
解析：　(1)甲的优点在于②，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、反应充分。 乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水汽对产物H2O检验的干扰，丙的优点在①，无水生成，且装置简单。(2)将三套方案的优点组合：取丙①、甲②、乙③可组成一套完善的装置。
答案：　(1)甲：②中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分；②中的斜长导管起到冷凝回流乙醇的作用
乙：①与③中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的验证
丙：①中氧气发生装置中无水生成，且装置简单
(2)丙①，甲②，乙③
五、从实验方案的优劣对比进行评价
某纯碱样品中含有氯化钠，测定纯碱样品纯度的方案有：
方案1：称样品质量，加入足量稀硫酸，用碱石灰吸收二氧化碳，称重；
方案2：称样品质量，溶于水，加入过量氯化钙溶液，过滤烘干后称量沉淀质量；
方案3：称样品质量，加入过量盐酸，充分反应，蒸干，称固体质量；
方案4：称样品质量，加入硫酸，排水法收集并测定二氧化碳体积；
你认为最优方案是________。
解析：　方案1：碱石灰吸收的除CO2的质量外，还有稀H2SO4挥发出的水蒸气，故测得Na2CO3的纯度偏高；方案2：碳酸钙烘干时易分解，且碳酸钙表面吸附杂质，称量的质量不准确。方案3：氯化钠稳定，将NaCl溶液蒸干后即得NaCl固体质量，可通过前后质量差测定Na2CO3的纯度。方案4：CO2能溶于水，且能与水发生反应，故测定CO2的体积不准确。
答案：　方案3