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2019年高考化學一輪復習 第九章 無機實驗 課時梯級作業(yè)三十二 9.3 化學實驗方案的設(shè)計與評價 一、選擇題(本題包括6小題,每題7分,共42分) 1.(xx滁州模擬)下列裝置所示的實驗不能達到目的的是 (　　) 【解析】選A。A項,長頸漏斗尖端應(yīng)該插入液面以下,錯誤;B項,Na與水反應(yīng)放出熱量,使大試管中的氣體膨脹,紅墨水左低右高,正確;C項,高錳酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)生成Cl2,Cl2通入Na2S溶液后生成硫單質(zhì),溶液變渾濁,正確;D項,NH4Cl分解生成NH3和HCl,遇冷發(fā)生反應(yīng):NH3+HClNH4Cl,NH4Cl附著在燒瓶上,正確。 2.為落實“五水共治”,某工廠擬綜合處理含N廢水和工業(yè)廢氣(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考慮其他成分),設(shè)計了如下流程: 下列說法不正確的是 (　　) A.固體1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 B.X可以是空氣,且需過量 C.捕獲劑所捕獲的氣體主要是CO D.處理含N廢水時,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為N+NN2↑+2H2O 【解析】選B。廢氣中CO2、SO2能與石灰乳反應(yīng)生成CaCO3、CaSO3,故A項正確;氣體1是不能被過量石灰乳吸收的NO、CO和氮氣,NO和NO2按1∶1的體積比能與NaOH溶液反應(yīng)生成亞硝酸鈉,所以X可以是空氣,但不能過量,過量會使NO2的量增加,從而有NaNO3生成,故B項錯誤;氣體2的成分為N2和CO,因此捕獲劑所捕獲的氣體主要是CO,故C項正確;含N廢水用NaNO2溶液處理后得到無污染的氣體,因此會生成N2,其反應(yīng)的離子方程式為N+NN2↑+2H2O,故D項正確。 3.(xx石家莊模擬)下列有關(guān)化學實驗的設(shè)計合理的是 (　　) A.向氯化亞鐵溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液,證明溶液中含有Fe2+ B.采用蒸餾的方法分離碘的四氯化碳溶液 C.用鹽酸與碳酸鈣反應(yīng),比較氯和碳的非金屬性 D.H2S氣體通入CuSO4溶液,比較氫硫酸和硫酸的酸性 【解析】選B。A.向氯化亞鐵溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液,氯離子也能被氧化而使溶液褪色,不能證明溶液中含有Fe2+,A錯誤;B.碘和四氯化碳的沸點相差較大,采用蒸餾的方法分離碘的四氯化碳溶液,B正確;C.鹽酸不是最高價含氧酸,不能比較氯和碳的非金屬性,C錯誤;D.H2S氣體通入CuSO4溶液生成硫化銅和硫酸,不能據(jù)此說明氫硫酸比硫酸的酸性強,硫酸的酸性強于H2S,D錯誤。 【加固訓練】 　　下列實驗現(xiàn)象和結(jié)論相對應(yīng)且正確的是 (　　) 選項 實驗 現(xiàn)象 結(jié)論 A 向某鈉鹽中滴加鹽酸,產(chǎn)生氣體再通入品紅溶液 品紅溶液褪色 該鈉鹽為Na2SO3或NaHSO3 B 向FeBr2溶液中加入少量氯水,再加CCl4振蕩,靜置 CCl4層無色,水層變?yōu)樽攸S色 說明Fe2+的還原性強于Br- C 鋁熱劑溶于足量稀鹽酸再滴加KSCN溶液 出現(xiàn)紅色 鋁熱劑中一定含有氧化鐵 D 用濃鹽酸和石灰石反應(yīng)產(chǎn)生的氣體直接通入Na2SiO3溶液中 Na2SiO3溶液變渾濁 證明碳元素的非金屬性大于硅元素 【解析】選B。A選項中除了Na2SO3或NaHSO3,可能還有硫代硫酸鹽等,A錯誤;B.向 FeBr2溶液中加入少量氯水,再加CCl4振蕩,CCl4層無色,水層變?yōu)樽攸S色,說明加入少量氯水,只有亞鐵離子被氧化,則說明Fe2+的還原性強于Br-,B正確; C. 鋁熱劑溶于足量稀鹽酸再滴加KSCN溶液出現(xiàn)紅色,說明存在Fe3+,不一定是氧化鐵,C錯誤;D.用 濃鹽酸和石灰石反應(yīng)產(chǎn)生的氣體直接通入Na2SiO3溶液中, Na2SiO3溶液變渾濁,也可能是濃鹽酸揮發(fā)的氯化氫與Na2SiO3溶液形成的,故D錯誤。 4.用下圖所示實驗裝置進行相應(yīng)實驗,不能達到實驗?zāi)康牡氖? (　　) A.圖①所示裝置用于Cu和濃硝酸可制取NO B.裝置②可用于實驗室制備Cl2 C.用圖③所示裝置,分離CCl4萃取碘水中的I2后的有機層和水層 D.用圖④所示裝置,可以證明氧化性:Cl2>Br2>I2 【解析】選D。Cu和濃硝酸反應(yīng)生成NO2,NO2可以與水反應(yīng)生成NO,故可以用此裝置制取NO,A正確;高錳酸鉀具有強氧化性,在常溫下就可以把濃鹽酸氧化為氯氣,故可用于實驗室制備Cl2,B正確;D項,Cl2也能將KI氧化,無法證明氧化性Br2>I2。 5.通過實驗、觀察、類比、推理等方法得出正確的結(jié)論是化學學習的方法之一。對下列反應(yīng)實驗現(xiàn)象的推斷或解釋正確的是 (　　) 選項 操作 實驗現(xiàn)象 解釋 A 向某鉀鹽中滴加濃鹽酸,產(chǎn)生氣體再通入品紅溶液 品紅溶液褪色 該鉀鹽為K2SO3或KHSO3 B 鋁熱劑溶于足量稀鹽酸再滴加KSCN溶液 出現(xiàn)紅色 鋁熱劑中一定含有氧化鐵 C 將少量溴水加入KI溶液中,再加入CCl4,振蕩,靜置 下層液體呈紫色 氧化性:Br2>I2 D 將足量過氧化鈉固體投入紫色石蕊試液中 溶液變成藍色 過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉,溶液呈堿性 【解析】選C。向高錳酸鉀中滴加濃鹽酸能生成氯氣,氯氣漂白品紅溶液,鉀鹽不一定是亞硫酸鹽,故A錯誤;鋁熱劑中可能含有四氧化三鐵,故B錯誤;下層液體呈紫色說明溴置換出碘化鉀中的碘單質(zhì),故C正確;由于過氧化鈉具有強氧化性,將足量過氧化鈉固體投入紫色石蕊試液中,溶液先變成藍色再褪色,故D錯誤。 6.(能力挑戰(zhàn)題)某同學通過下列實驗探究Al及其化合物的性質(zhì),操作正確且能達到目的的是(　　) A.實驗室中將NH3H2O滴入Al2(SO4)3溶液中,制備Al(OH)3沉淀 B.將一塊鋁箔用砂紙打磨后立即在酒精燈上點燃,觀察鋁燃燒的火焰 C.將Al(OH)3沉淀轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中加足量稀鹽酸,加熱蒸干得無水AlCl3固體 D.將鋁置于裝有濃硫酸的試管中再加水,探究Al在不同濃度硫酸中的反應(yīng) 【解析】選A。氫氧化鋁是兩性氫氧化物,溶于強酸強堿,不溶于弱酸弱堿,實驗室中將NH3H2O滴入硫酸鋁溶液中制備氫氧化鋁,A正確;鋁在空氣中不能燃燒,鋁氧化生成氧化鋁,熔點高,B錯誤;氯化鋁溶液水解生成氫氧化鋁和鹽酸,蒸發(fā),氯化氫揮發(fā),得到水解產(chǎn)物氫氧化鋁,不能得到氯化鋁,C錯誤;常溫下鋁在濃硫酸溶液中發(fā)生鈍化,不再繼續(xù)反應(yīng),加入水稀釋后,稀硫酸和鋁發(fā)生反應(yīng),不能探究Al在不同濃度硫酸中的反應(yīng),D錯誤。 二、非選擇題(本題包括3小題,共58分) 7.(19分)新型材料納米級鐵粉與普通鐵粉具有不同的性質(zhì)。已知:在不同溫度下,納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的固體產(chǎn)物不同:溫度低于570 ℃時生成FeO,高于 570 ℃時生成Fe3O4。某實驗小組利用如圖所示裝置對納米級鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)進行了探究?；卮鹣铝袉栴}: 實驗一:納米級鐵粉與水蒸氣的反應(yīng) (1)裝置C的作用是________________。實驗過程中,應(yīng)先點燃________(填“酒精燈”或“酒精噴燈”)。 (2)不能撤除收集氣體產(chǎn)物裝置B的原因是___________________。 實驗二:固體產(chǎn)物的定性探究 為探究實驗結(jié)束后試管內(nèi)的固體物質(zhì)成分,進行了下列實驗: 實驗 步驟 實驗操作 實驗現(xiàn)象 Ⅰ 將反應(yīng)后的黑色粉末X(假定成分分布均勻)取出少量,放入另一試管中,加入足量鹽酸,微熱 黑色粉末逐漸溶解,溶液呈淺綠色;有少量氣泡產(chǎn)生 Ⅱ 向?qū)嶒灑裰械玫降娜芤旱渭訋椎蜬SCN溶液,振蕩 溶液沒有出現(xiàn)紅色 (3)甲同學認為該條件下反應(yīng)的固體產(chǎn)物為FeO。則納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學方程式是________________________________。 (4)乙同學認為該結(jié)論不正確,他的理由是______________________________ ____________(用離子方程式表示)。 實驗三:固體產(chǎn)物的定量分析 (5)丙同學認為該條件下反應(yīng)的固體產(chǎn)物為FeO和Fe3O4。并將一定量上述實驗Ⅰ中得到的溶液B進行實驗,對生成的黑色粉末X中的FeO和Fe3O4的質(zhì)量進行測定,實驗流程如下圖 ①溶液B中的陽離子有________。 ②黑色粉末X中鐵的氧化物的質(zhì)量分別是m(FeO)=________g,m(Fe3O4)=______g。 【解析】(1)反應(yīng)物為鐵和水蒸氣,則裝置C用于制備水蒸氣。反應(yīng)時,應(yīng)先點燃酒精燈,為反應(yīng)體系提供穩(wěn)定的水蒸氣氣流。 (2)水蒸氣與鐵粉在酒精噴燈加強熱下生成四氧化三鐵和氫氣;因為氫氣在空氣中比重達到一定程度,遇明火就會發(fā)生爆炸,所以用裝置B收集氫氣。 (3)已知本實驗中產(chǎn)物為FeO和氫氣,則反應(yīng)的化學方程式為Fe+H2O(g) FeO+H2。 (4)有氣泡冒出,說明鐵有剩余,故可能是剩余的鐵將三價鐵離子還原為亞鐵離子,所以不能證明產(chǎn)物為氧化亞鐵,反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H+2Fe2++ H2↑,2Fe3++Fe3Fe2+。 (5)由流程圖可知,溶液B含有生成的Fe2+、Fe3+;加氯水把Fe2+氧化為Fe3+,再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵,灼燒得到D(氧化鐵);若加銅粉,溶液F中含有Fe2+、Cu2+,加氯水把Fe2+氧化為Fe3+,再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀,灼燒得到固體G(Fe2O3和CuO混合物)。 ①溶液B中的陽離子有FeO和Fe3O4分別與鹽酸反應(yīng)生成的Fe2+、Fe3+以及過量鹽酸中的H+。 ②紅棕色固體D為Fe2O3,其物質(zhì)的量n(Fe2O3)=0.025 mol,由此可知FeO和Fe3O4中n(Fe2+)+n(Fe3+)=2n(Fe2O3)=0.05 mol,固體G為Fe2O3和CuO混合物,則CuO的質(zhì)量m(CuO)=5.2 g-4.0 g=1.2 g,n(CuO)=0.015 mol,根據(jù)2Fe3++CuCu2++2Fe2+,n(Fe3+)=0.015 mol2=0.03 mol,則n(Fe2+)=0.05 mol- 0.03 mol=0.02 mol,設(shè)FeO的物質(zhì)的量為x mol,Fe3O4的物質(zhì)的量為y mol,則有求得因此m(FeO)=0.005 mol80 gmol-1= 0.4 g,m(Fe3O4)=0.015 mol232 gmol-1=3.48 g。 答案:(1)制取水蒸氣　酒精燈 (2)氫氣遇明火可能發(fā)生爆炸 (3)Fe+H2O(g)FeO+H2 (4)Fe+2H+2Fe2++H2↑,2Fe3++Fe3Fe2+ (5)①Fe3+、Fe2+、H+?、?.4　3.48 8.(19分)下圖5個裝置都是中學化學中常見的實驗裝置,某學習小組的同學欲用這些裝置進行常見物質(zhì)的制取并探究其性質(zhì)(圖中a、b、c表示止水夾),請對其進行完善或評價,試回答下列問題: (1)將A、C、E相連后,以濃鹽酸和________(填寫名稱)為原料制取Cl2,儀器乙的名稱是______。寫出裝置E發(fā)生反應(yīng)的離子方程式____________________ _____________________。 (2)將B、D、E裝置相連接(打開止水夾a和止水夾b,關(guān)閉止水夾c),在B中盛裝濃硝酸和銅片(將銅片放在有孔塑料板上),可制得NO2。一段時間后,欲用D裝置探究NO2與水的反應(yīng),其操作步驟為先____________________________,再________________________________以使燒杯中的水進入試管丁,觀察現(xiàn)象。 (3)利用(1)中裝置和藥品,在丙中加入適量水,即可制得氯水。將所得氯水分為兩份,進行Ⅰ、Ⅱ兩個實驗,實驗操作、現(xiàn)象、結(jié)論如下: 實驗 序號 實驗操作 現(xiàn)象 結(jié)論 Ⅰ 將所得氯水滴入品紅溶液 品紅溶液褪色 氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物有漂白性 Ⅱ 向所得氯水中加入碳酸氫鈉粉末 有無色氣泡產(chǎn)生 氯氣與水反應(yīng)至少產(chǎn)生一種酸性強于碳酸的物質(zhì) 實驗Ⅰ獲得結(jié)論是否合理?________(填“合理”或“不合理”)。若選“不合理”,請說明理由(若選“合理”,則無需填寫理由):______________________。 實驗Ⅱ獲得結(jié)論是否合理________(填“合理”或“不合理”)。若選“不合理”,請說明理由(若選“合理”,則無需填寫理由):__________________________ __________。 (4)利用(1)中裝置還可設(shè)計一個簡單的實驗比較Cl-和S2-的還原性強弱。則C中所加試劑及現(xiàn)象是________________________________。 【解析】(1)實驗室用濃鹽酸與二氧化錳加熱反應(yīng)制取氯氣;儀器乙的名稱是圓底燒瓶;裝置E發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。 (2)使燒杯中的水進入試管丁,需要丁中的壓強減小,所以關(guān)閉a、b,打開c;雙手緊握(或微熱)試管丁,丁中的壓強先增大,使NO2逸出與水接觸后,丁內(nèi)的壓強減小,燒杯中的水進入試管丁中。 (3)實驗Ⅰ獲得結(jié)論不合理,氯水中含有氯氣,未證明干燥氯氣是否有漂白性的前提下判斷氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物有漂白性,是不合理的;實驗Ⅱ獲得結(jié)論是不合理的,因為制取的氯氣中含有HCl,未經(jīng)除雜得到的氯水中含有HCl,與碳酸氫鈉反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生,不能判斷氯氣與水反應(yīng)至少產(chǎn)生一種酸性強于碳酸的物質(zhì)。 (4)利用(1)中裝置還可設(shè)計一個簡單的實驗比較Cl-和S2-的還原性強弱,裝置C中的試劑是Na2S溶液,氯氣與Na2S反應(yīng)生成淡黃色的S單質(zhì),所以若C中有淡黃色沉淀產(chǎn)生,證明S2-的還原性大于Cl-的還原性。 答案:(1)二氧化錳　圓底燒瓶　Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O (2)關(guān)閉a、b,打開c　雙手緊握(或微熱)試管丁,使NO2逸出與水接觸(或其他合理答案) (3)不合理　沒有事先證明干燥的氯氣無漂白性　不合理　制取的氯氣中含有HCl氣體,HCl溶于水后能與碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生氣泡 (4)Na2S溶液(或其他合理答案);產(chǎn)生淡黃色沉淀 【易錯提醒】判斷實驗結(jié)論的正確與否要思維縝密,本題第三小問如果忽略了缺少對比實驗和氯氣中混有氯化氫氣體,就很容易得出錯誤結(jié)論。 9.(20分)(能力挑戰(zhàn)題)工業(yè)制得的氮化鋁(AlN)產(chǎn)品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質(zhì)。某同學設(shè)計了如下實驗分別測定氮化鋁(AlN)樣品中AlN和Al4C3的質(zhì)量分數(shù)(忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)。 (1)實驗原理 ①Al4C3與硫酸反應(yīng)可生成CH4。 ②AlN溶于強酸產(chǎn)生銨鹽,溶于強堿生成氨氣,請寫出AlN與過量NaOH溶液反應(yīng)的化學方程式: __。 (2)實驗裝置(如圖所示) (3)實驗過程 ①連接實驗裝置,檢查裝置的氣密性。稱得D裝置的質(zhì)量為y g,滴定管的讀數(shù)為a mL。 ②稱取x g AlN樣品置于B瓶中;塞好膠塞,關(guān)閉活塞________,打開活塞________,通過分液漏斗加入稀硫酸,與B瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)。 ③待反應(yīng)進行完全后,關(guān)閉活塞________,打開活塞________,通過分液漏斗加入過量________(填化學式),與B瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應(yīng)。 ④________________(填入該步驟應(yīng)進行的操作)。 ⑤記錄滴定管的讀數(shù)為b mL,稱得D裝置的質(zhì)量為z g。 (4)數(shù)據(jù)分析(已知:該實驗條件下的氣體摩爾體積為V m L mol-1) ①Al4C3的質(zhì)量分數(shù)為________。 ②若讀取滴定管中氣體的體積時,液面左高右低,則所測氣體的體積________ (填“偏大”“偏小”或“無影響”)。 ③AlN的質(zhì)量分數(shù)為________。 【解析】從實驗裝置和實驗步驟上看,本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al4C3完全反應(yīng),量取生成的甲烷氣體的體積,從而可得出Al4C3的質(zhì)量分數(shù);用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng),充分吸收生成的氨氣,并稱量其質(zhì)量,從而求得AlN的質(zhì)量分數(shù)。(1)根據(jù)題目信息:AlN溶于強堿溶液時會生成NH3,同時鋁元素轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉。(3)②通過分液漏斗加入稀硫酸,硫酸與樣品中Al4C3完全反應(yīng),量取生成的甲烷氣體,從而測得Al4C3的質(zhì)量分數(shù),故應(yīng)關(guān)閉活塞K2、K3,打開活塞K1;③用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應(yīng),充分吸收生成的氨氣,并稱量其質(zhì)量,故應(yīng)關(guān)閉活塞K1,打開活塞K3;④裝置中殘留部分氨氣,打開K2,通入一段時間空氣,排盡裝置的氨氣,使其被裝置D完全吸收,防止測定的氨氣的質(zhì)量偏小。(4)①甲烷的體積為(a-b)mL,物質(zhì)的量為 mol,根據(jù)碳原子守恒可知,Al4C3的物質(zhì)的量為甲烷的物質(zhì)的量的三分之一,所以Al4C3的質(zhì)量為 mol144 gmol-1= g,故Al4C3的質(zhì)量分數(shù)為 100%;②讀取滴定管中氣體的體積時,液面左高右低,氣體的壓強大于大氣壓,使測得甲烷的體積偏小;③氨氣的質(zhì)量為(z-y)g,物質(zhì)的量為 mol,根據(jù)氮原子守恒可知,氨氣的物質(zhì)的量等于AlN的物質(zhì)的量,所以AlN的質(zhì)量為 mol 41 gmol-1=g,故AlN的質(zhì)量分數(shù)為100%=100%。 答案:(1)AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3↑ (3)②K2、K3　K1?、跭1　K3　NaOH?、艽蜷_K2,通入一段時間空氣 (4)①100%?、谄? ③100%