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第14講　化學實驗方案的設計與評價 [限時50分鐘，滿分70分] 一、選擇題(包括7個小題，每小題5分，共35分) 1．(2016海南高考)下列實驗設計正確的是 A．將SO2通入溴水中證明SO2具有漂白性 B．將鐵屑放入稀HNO3中證明Fe比H2活潑 C．將澄清石灰水滴入某溶液證明其中存在CO D．將乙烯通入KMnO4酸性溶液證明乙烯具有還原性 解析　A．SO2使溴水褪色是證明SO2具有還原性，錯誤；B.鐵屑放入稀HNO3中不產生H2，而是產生NO，錯誤；C.澄清石灰水滴入HCO溶液中也會產生白色沉淀，錯誤；D.乙烯使酸性KMnO4溶液褪色，是發(fā)生了氧化反應，體現(xiàn)了乙烯的還原性，正確。 答案　D 2．(2016昌平模擬)某同學為探究SO2與Ba2＋只有在堿性條件下才能形成BaSO3沉淀，設計了如下方案，你認為可行的是 A．將SO2通入Ba(OH)2溶液中觀察有白色沉淀生成 B．將SO2通入Ba(NO3)2溶液中觀察有白色沉淀生成 C．將SO2分別通入BaCl2溶液、BaCl2與HCl的混合溶液、Ba(OH)2溶液中，觀察到只有Ba(OH)2中有白色沉淀生成 D．將SO2通入BaCl2與NH3的混合溶液中有白色沉淀生成 解析　 A、D項方案不能說明SO2與Ba2＋在非堿性條件下不能反應生成BaSO3沉淀；B項中SO2溶解后會形成酸性溶液，NO在酸性條件下可將SO氧化成SO，得到的沉淀是BaSO4。 答案　C 3．下述實驗設計能夠達到目的的是 編號 實驗目的 實驗設計 A 證明鹽酸酸性比醋酸強 同一電路測等體積鹽酸、醋酸溶液的導電性 B 證明H2CO3酸性比H2SiO3強 將CO2通入Na2SiO3溶液中 C 證明鈉的金屬活動性比銅強 向CuCl2溶液中投入金屬鈉 D 證明溶液中含有I－ 向溶液中加入淀粉 解析　通過導電性比較鹽酸和醋酸的酸性強弱，必須使用相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，A錯誤。金屬鈉投入CuCl2溶液中，鈉與水反應生成NaOH，NaOH與Cu2＋反應生成Cu(OH)2金屬鈉不能從CuCl2溶液中置換出銅，不能比較金屬活動性的強弱，C錯誤。淀粉只能檢驗出碘單質，D錯誤。 答案　B 4．下列圖中的實驗方案，能達到實驗目的的是 A B C D 實驗方案 將NO2球浸泡在冰水和熱水中 實驗目的 探究溫度對平衡2NO2N2O4的影響 比較HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性強弱 除去CO2氣體中混有的SO2 驗證FeCl3對H2O2分解反應有催化作用 解析　A．2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0。將兩個NO2平衡球分別放在熱水、冰水中。平衡球放在熱水中顏色加深，放在冰水中顏色變淺。說明升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，降低溫度，化學平衡向正反應方向移動?？梢娛菧囟炔煌瘜W反應移動的方向不同，正確。B.在復分解反應中，一般是強酸制取弱酸。發(fā)生反應：2HCl＋Na2CO3===2NaCl＋H2O＋CO2↑，證明：酸性HCl＞H2CO3；H2O＋CO2＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，證明：酸性H2CO3＞H2SiO3。但由于HCl有揮發(fā)性，揮發(fā)出的HCl也會與Na2SiO3發(fā)生反應：2HCl＋Na2SiO3===2NaCl＋H2SiO3↓，故不能證明酸性：HCl＞H2CO3＞H2SiO3，錯誤。C.CO2、SO2都會與溶液中的Na2CO3反應，因此不能達到除去雜質的目的，錯誤。D.要驗證FeCl3溶液對H2O2的分解有催化作用，應該是其他外界條件相同，只有一個加催化劑，另一個對比的不加催化劑才可以，不能同時有兩個變量，錯誤。 答案　A 5．下列實驗操作與預期實驗目的或所得實驗結論一致的是 選項 實驗操作和現(xiàn)象 預期實驗目的或結論 A 用潔凈的鉑絲蘸取某食鹽試樣，在酒精燈火焰上灼燒，火焰顯黃色 說明該食鹽不是加碘鹽 B 銀氨溶液中滴入少量組成為C2H4O2的液態(tài)有機物，水浴微熱，有銀鏡出現(xiàn) 可確定該有機物一定是甲酸甲酯 C 向兩支盛有KI3的溶液的試管中，分別滴加淀粉溶液和AgNO3溶液，前者溶液變藍，后者有黃色沉淀 KI3溶液中存在平衡： II2＋I－ D 室溫下向CuCl2和少量FeCl3的混合溶液中，加入銅屑，充分攪拌，過濾，得藍綠色溶液 除去雜質FeCl3得純凈CuCl2溶液 解析　A項，鉀的焰色反應應透過藍色鈷玻璃片，錯誤；B項，也可以是CH2OHCHO，錯誤；C項，I2使淀粉變藍，I－和Ag＋反應生成黃色沉淀；D項，加入銅屑發(fā)生2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，不能除去生成的FeCl2。 答案　C 6．(2016孝感模擬)為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質量分數(shù)(含少量NaCl)，準確稱量W0 g樣品進行實驗，下列實驗方法所對應的實驗方案和測量數(shù)據(jù)最合理(除W0外)的是 實驗方法 實驗方案 測量數(shù)據(jù) A 滴定法 將樣品配成100 mL溶液，取10 mL，加入甲基橙，用標準鹽酸滴定 消耗鹽酸的體積 B 量氣法 將樣品與鹽酸反應，生成的氣體全部被堿石灰吸收 堿石灰增重 C 重量法 樣品放入燒瓶中，置于天平上，加入足量鹽酸 減輕的質量 D 量氣法 將樣品與鹽酸反應，氣體通過排水量氣裝置量氣 排水體積 解析　A、鹽酸滴定Na2CO3，用甲基橙作指示劑，正確；B、堿石灰既可以吸收CO2，也可以吸收水分，無法測定Na2CO3的質量分數(shù)，錯誤；C、CO2揮發(fā)能帶出水分，根據(jù)減輕的質量測定Na2CO3的質量分數(shù)，會產生較大誤差，錯誤；D、CO2能溶于水，則排水體積不等于CO2的體積，錯誤。 答案　A 7．現(xiàn)有一瓶標簽上注明為葡萄糖酸鹽(鈉、鎂、鈣、鐵)的復合制劑，某同學為了確認其成分，取部分制劑作為試液，設計并完成了如下實驗： 已知：控制溶液pH=4時，F(xiàn)e(OH)3沉淀完全，Ca2＋、Mg2＋不沉淀。 該同學得出的結論正確的是 A．根據(jù)現(xiàn)象1可推出該試液中含有Na＋ B．根據(jù)現(xiàn)象2可推出該試液中并不含有葡萄糖酸根 C．根據(jù)現(xiàn)象3和4可推出該試液中含有Ca2＋，但沒有Mg2＋ D．根據(jù)現(xiàn)象5可推出該試液中一定含有Fe2＋ 解析　本題考查了物質的推斷，意在考查考生的分析推理能力。A項，由于試液中外加了NaOH和Na2CO3溶液，故不能確定原試液中是否含Na＋；B項，試液中有沒有葡萄糖酸根，都無銀鏡產生；C項，濾液加氨水無沉淀，說明無Mg2＋，加Na2CO3有白色沉淀，說明有Ca2＋；D項，試液中有可能含有Fe2＋，也有可能只含有Fe3＋而不含F(xiàn)e2＋。 答案　C 二、非選擇題(包括4個小題，共35分) 8．(8分)(2015全國Ⅰ卷)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1=5.410－2，K2=5.410－5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O42H2O)無色，熔點為101 ℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170 ℃以上分解。 回答下列問題： (1)甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是________________________________，由此可知草酸晶體分解的產物中有______________________。裝置B的主要作用是_____________________________________________________________________。 (2)乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。 ①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、________________。 裝置H反應管中盛有的物質是____________。 ②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現(xiàn)象是_____________________________________________________________________。 (3)設計實驗證明： ①草酸的酸性比碳酸的強___________________________________________。 ②草酸為二元酸___________________________________________________。 解析　(1)結合草酸晶體(H2C2O42H2O)的組成可知，澄清石灰水應是用來檢驗其分解產物CO2的存在。因草酸晶體易升華，且草酸鈣難溶于水，若草酸進入C裝置，會干擾CO2的檢驗，故裝置B中冰水的主要作用是冷凝揮發(fā)出來的草酸。 (2)①要驗證草酸晶體分解產物中還有CO，只能通過檢驗CO與CuO反應的產物CO2的存在來達到這一目的。因為草酸晶體的分解產物本身含有CO2，會對CO的檢驗造成干擾，所以在檢驗CO前應將分解產物中的CO2除盡，可選用F裝置來除去CO2，D裝置用來檢驗CO2是否除盡。將除去CO2的氣體通過盛有無水氯化鈣的裝置G干燥，然后通過盛有CuO的裝置H，CuO將CO氧化為CO2，再將氣體通過盛有澄清石灰水的D裝置，用來檢驗CO2的存在。因CO有毒，最后可將尾氣通過排水法收集。 ②若前一個裝置D中澄清石灰水不變渾濁，說明草酸晶體分解的產物CO2已除盡；H中黑色CuO變紅，同時其后的裝置D中澄清石灰水變渾濁，說明草酸晶體分解產物中含有CO。 (3)①根據(jù)強酸制弱酸的反應原理，可選擇NaHCO3加入草酸溶液的實驗方法來證明草酸的酸性比碳酸的強。 ②根據(jù)酸堿中和反應原理，可采用中和滴定的方法用NaOH標準溶液來滴定一定物質的量濃度的草酸溶液，根據(jù)反應的草酸與NaOH的物質的量的比值為1∶2，證明草酸是二元酸。 答案　(1)有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁　CO2 冷凝(水蒸氣、草酸等)，防止草酸進入裝置C反應生成沉淀，干擾CO2的檢驗 (2) ①F、D、G、H、D、I　CuO ②H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁 (3)①向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產生 ②用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量為草酸的2倍 9．(8分)(2016成都模擬)氨氧化法是工業(yè)生產中制取硝酸的主要途徑，某同學用該原理在實驗室探究硝酸的制備和性質，設計了如圖1所示的裝置。 (1)若分液漏斗中氨水的濃度為9.0 molL－1，配制該濃度的氨水100 mL，用到的玻璃儀器有100 mL容量瓶、燒杯、量筒、玻璃棒、____________。 (2)甲裝置不需要加熱即能同時產生氨氣和氧氣，燒瓶內固體X為________________。 (3)乙裝置的作用是____________________；寫出受熱時丙裝置發(fā)生反應的化學方程式為___________________________________________________________。 (4)當戊中觀察到________________現(xiàn)象，則說明已制得硝酸。某同學按圖2組裝儀器并檢驗氣密性后進行實驗，沒有觀察到此現(xiàn)象，請分析實驗失敗的可能原因____________________。如何改進裝置________________________________。 (5)改進后待反應結束，將丁裝置倒立在盛水的水槽中，會觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________________________________________；為測定試管丁內硝酸溶液的濃度，從中取10 mL溶液于錐形瓶中，用0.1 molL－1的NaOH溶液滴定。滴定前發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處有少量氣泡，請選擇排出氣泡的正確操作是________________。 解析　(1)量取濃氨水要用量筒，稀釋濃氨水要用燒杯、玻璃棒，配制溶液要用100 mL容量瓶，膠頭滴管。(2)甲裝置不需要加熱即能同時產生氨氣和氧氣，說明固體X溶于氨水即放熱又產生氧氣，則該固體為過氧化鈉。(3)乙裝置為干燥管，作用是干燥氧氣和氨氣的混合氣體；丙裝置發(fā)生反應的化學方程式為4NH3＋5O24NO＋6H2O。(4)因為硝酸具有酸性，能使紫色石蕊試液變紅，所以當戊中觀察到紫色石蕊試液變紅，說明已制得硝酸；沒有觀察到現(xiàn)象說明溶液不呈酸性，則生成的硝酸與過量的氨氣發(fā)生了反應；在丙和丁之間連接盛有無水氯化鈣的干燥管或盛有濃硫酸的洗氣瓶除去多余的氨氣確保戊溶液呈酸性。(5)用0.1 molL－1的NaOH溶液滴定選擇堿式滴定管，圖2中a、c都為酸式滴定管，排出氣泡的正確操作是將橡皮管稍向上彎曲，擠壓玻璃球，氣泡可被流水擠出，即選b。 答案　(1)膠頭滴管、量筒　(2)過氧化鈉　 (3)干燥氧氣和氨氣的混合氣體　 4NH3＋5O24NO＋6H2O (4)紫色石蕊試液變紅　過量的氨氣致使戊中溶液不一定呈酸性　在丙和丁之間連接盛有無水氯化鈣的干燥管或盛有濃硫酸的洗氣瓶 (5)燒瓶內水面慢慢上升，上升到一定高度不再變化，試管內氣體顏色由紅棕色逐漸變至無色　b 10．(10分)(2016北京高考)以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象，探究鹽的性質和鹽溶液間反應的多樣性。 實驗 試劑 現(xiàn)象 滴管 試管 0.2 molL－1 Na2SO3溶液 飽和Ag2SO4溶液 Ⅰ.產生白色沉淀 0.2 molL－1 CuSO4溶液 Ⅱ.溶液變綠，繼續(xù)滴加產生棕黃色沉淀 0.1 molL－1 Al2(SO4)3溶液 Ⅲ.開始無明顯變化，繼續(xù)滴加產生白色沉淀 (1)經(jīng)檢驗，現(xiàn)象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用離子方程式解釋現(xiàn)象Ⅰ：____________________________________________________________________。 (2)經(jīng)檢驗，現(xiàn)象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO，含有Cu＋、Cu2＋和SO。 已知：Cu＋Cu＋Cu2＋，Cu2＋CuI↓(白色)＋I2。 ①用稀H2SO4證實沉淀中含有Cu＋的實驗現(xiàn)象是____________________。 ②通過下列實驗證實，沉淀中含有Cu2＋和SO。 a．白色沉淀A是BaSO4，試劑1是________________。 b．證實沉淀中含有Cu2＋和SO的理由是_____________________________________________________________________。 (3)已知：Al2(SO3)3在水溶液中不存在。經(jīng)檢驗，現(xiàn)象Ⅲ的白色沉淀中無SO，該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色。 ①推測沉淀中含有亞硫酸根和________________。 ②對于沉淀中亞硫酸根的存在形式提出兩種假設：ⅰ.被Al(OH)3所吸附；ⅱ.存在于鋁的堿式鹽中。對假設ⅱ設計了對比實驗，證實了假設ⅱ成立。 a．將對比實驗方案補充完整。 步驟一： 步驟二：__________________________(按上圖形式呈現(xiàn))。 b．假設ⅱ成立的實驗證據(jù)是_________________________________________。 (4)根據(jù)實驗，亞硫酸鹽的性質有____________。鹽溶液間反應的多樣性與________________有關。 解析　(1)現(xiàn)象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3，故反應的離子方程式為2Ag＋＋SO===Ag2SO3↓。 (2)①根據(jù)反應Cu＋Cu＋Cu2＋，若沉淀中含有Cu＋，加入稀硫酸會發(fā)生歧化反應生成單質銅，實驗現(xiàn)象是析出紅色固體。 ②分析實驗流程知實驗原理為2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2、I2＋SO＋H2O===SO＋2I－＋2H＋，SO＋Ba2＋===BaSO4↓。 a．白色沉淀A是BaSO4，為排除其他離子的干擾，所以試劑1是鹽酸酸化的BaCl2溶液。 b．棕黃色沉淀與KI溶液反應生成白色沉淀(CuI)，在I－的作用下Cu2＋轉化為白色沉淀CuI，SO轉化為SO。 (3)①根據(jù)題意知實驗Ⅲ的白色沉淀中無SO，該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色，推測沉淀中含有亞硫酸根和Al3＋、OH－。 ②步驟二的目的是作對比實驗，如果SO存在于鋁的堿式鹽中，消耗的NaOH的量大。故設計實驗步驟二如下： 若V1明顯大于V2，則證明假設ⅱ成立。 (4)根據(jù)實驗，亞硫酸鹽具有溶解性、氧化還原性、在水溶液中的酸堿性。鹽溶液間反應的多樣性與兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質和反應條件有關。 答案　(1)2Ag＋＋SO===Ag2SO3↓ (2)①析出紅色固體　②a.HCl和BaCl2溶液 b．在I－的作用下，Cu2＋轉化為白色沉淀CuI，SO轉化為SO (3)①Al3＋、OH－?、赼：見下圖 b．V1明顯大于V2 (4)亞硫酸鹽的溶解性、氧化還原性、在水溶液中的酸堿性 兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質和反應條件 11．(9分)(2016仙游模擬)氮化鋁(AlN)是一種新型無機非金屬材料。某AlN樣品僅含有Al2O3雜質，為測定AlN的含量，設計如下三種實驗方案。(已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋ NH3↑) 【方案1】取一定量的樣品，用以下裝置測定樣品中AlN的純度(夾持裝置已略去)。 (1)上圖C裝置中球形干燥管的作用是________________________________。 (2)完成以下實驗步驟：組裝好實驗裝置，首先____________________，再加入實驗藥品，接下來的實驗操作是____________________，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產生氣體。打開K1，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質量變化。通入氮氣的目的是________________________________。 (3)由于裝置存在缺陷，導致測定結果偏高，請?zhí)岢龈倪M意見______________。 【方案2】用下圖裝置測定m g樣品中AlN的純度(部分夾持裝置已略去)。 (4)為測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是________(填選項序號)。 a．CCl4　　　　　　　　　 b．C6H6 c．NH4Cl溶液 d．H2O (5)若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL(已轉換為標準狀況)，則AlN的質量分數(shù)是________(用含m、V的數(shù)學表達式表示)。 【方案3】按以下步驟測定樣品中AlN的純度： (6)步驟②生成沉淀的離子方程式為_________________________________。 (7)若在步驟③中未洗滌，測定結果將________(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。 解析　(1)根據(jù)裝置和儀器作用分析，氨氣與濃硫酸發(fā)生反應生成硫酸銨，易發(fā)生倒吸，圖C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸。 (2)組裝好實驗裝置后，由原理可知氣體制備需要先檢查裝置氣密性，再加入實驗藥品。接下來的實驗操作是關閉K1，打開K2，打開分液漏斗活塞，加入NaOH濃溶液，至不再產生氣體。為了將裝置內的氨氣全部趕入裝置C被濃硫酸吸收，準確測定裝置C的增重，打開K1，通入氮氣一段時間，測定C裝置反應前后的質量變化。 (3)裝置中存在的缺陷是空氣中的水蒸氣和二氧化碳也可以進入裝置C，使測定結果偏高，改進的方法是C裝置出口處連接一個干燥裝置。 (4)由于氨氣極易溶于水，難溶于有機溶劑(苯或CCl4 )，所以為了測定生成氣體的體積，量氣裝置中的X液體可以是苯或CCl4，選ab。 (5)若m g樣品完全反應，測得生成氣體的體積為V mL(已轉換為標準狀況)，設AlN的質量為x AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑ 41 22.4 L x V10－3L x=41V10－3/22.4 則AlN的質量分數(shù)=100%。 (6)步驟②生成的沉淀是氫氧化鋁，是偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳氣體反應生成，反應的離子方程式為AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。 (7)若在步驟③中未洗滌，沉淀不洗滌得到濾渣質量會增大，測定結果會偏高。 答案　(1)防倒吸 (2)檢查裝置氣密性　關閉K1，打開K2　把裝置中殘留的氨氣全部趕入C裝置 (3)C裝置出口處連接一個干燥裝置　(4)ab　(5)100% (6)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　(7)偏高