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2019-2020年高考化學(xué)二輪專題題組訓(xùn)練 第14講 考點1 化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價（含解析） 1．(xx山東理綜，31)工業(yè)上常利用含硫廢水生產(chǎn)Na2S2O35H2O，實驗室可用如下裝置(略去部分夾持儀器)模擬生產(chǎn)過程。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 燒瓶C中發(fā)生反應(yīng)如下： Na2S(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋H2S(aq) (Ⅰ) 2H2S(aq)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)(Ⅱ) S(s)＋Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq)(Ⅲ) (1)儀器組裝完成后，關(guān)閉兩端活塞，向裝置B中的長頸漏斗內(nèi)注入液體至形成一段液柱，若________，則整個裝置氣密性良好。裝置D的作用是________________________________________________________________。 裝置E中為________溶液。 (2)為提高產(chǎn)品純度，應(yīng)使燒瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反應(yīng)，則燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質(zhì)的量之比為________。 (3)裝置B的作用之一是觀察SO2的生成速率，其中的液體最好選擇________。 a．蒸餾水 b．飽和Na2SO3溶液 c．飽和NaHSO3溶液 d．飽和NaHCO3溶液 實驗中，為使SO2緩慢進(jìn)入燒瓶C，采用的操作是____________________。已知反應(yīng)(Ⅲ)相對較慢，則燒瓶C中反應(yīng)達(dá)到終點的現(xiàn)象是_____________。 反應(yīng)后期可用酒精燈適當(dāng)加熱燒瓶A，實驗室用酒精燈加熱時必須使用石棉網(wǎng)的儀器還有 ________。 a．燒杯 b．蒸發(fā)皿 c．試管 d．錐形瓶 (4)反應(yīng)終止后，燒瓶C中的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶即可析出Na2S2O35H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等雜質(zhì)。利用所給試劑設(shè)計實驗，檢測產(chǎn)品中是否存在Na2SO4，簡要說明實驗操作、現(xiàn)象和結(jié)論： ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 已知Na2S2O35H2O遇酸易分解：S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O 供選擇的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液 解析　(1)若裝置不漏氣，則長頸漏斗中會形成一段液柱并且液柱高度保持不變；裝置D是安全瓶，可防止倒吸；裝置E是尾氣處理裝置，用來吸收過量的SO2，故所盛溶液可以是NaOH溶液等。 (2)根據(jù)蓋斯定律，由(Ⅰ)2＋(Ⅱ)＋(Ⅲ)3，得2Na2S(aq)＋Na2SO3(aq)＋3SO2(g)===3Na2S2O3(aq)，故燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質(zhì)的量之比為2∶1。 (3)裝置B中的溶液不能和SO2發(fā)生反應(yīng)。蒸餾水溶解SO2；Na2SO3溶液能與SO2發(fā)生反應(yīng)：SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3；NaHCO3溶液也能與SO2發(fā)生反應(yīng)：NaHCO3＋SO2===CO2＋NaHSO3；飽和NaHSO3溶液不能和SO2反應(yīng)，也不溶解SO2。為使SO2緩慢進(jìn)入燒瓶C，應(yīng)使生成SO2的速率減慢，可通過控制滴加硫酸的速度來實現(xiàn)；因反應(yīng)(Ⅲ)相對較慢，C中反應(yīng)達(dá)到終點時S消耗完，現(xiàn)象是溶液變澄清。蒸發(fā)皿加熱時不需墊石棉網(wǎng)；試管是小型玻璃儀器，加熱時也不需墊石棉網(wǎng)；燒杯、錐形瓶底部面積大，防止受熱不均勻，在加熱時需墊石棉網(wǎng)。 (4)Na2S2O3和Na2SO3的存在對SO的檢驗有干擾，要先除去。根據(jù)題給信息，可先加入過量的稀鹽酸將二者除去，排除干擾，再檢驗SO的存在。 答案　(1)液柱高度保持不變　防止倒吸　NaOH(合理即可) (2)2∶1 (3)c　控制滴加硫酸的速度(合理即可)　溶液變澄清(或渾濁消失)　ad (4)取少量產(chǎn)品溶于足量稀鹽酸，靜置，取上層溶液(或過濾，取濾液)，滴加BaCl2溶液，若出現(xiàn)沉淀則說明含有Na2SO4雜質(zhì)(合理即可) 2．(xx濟(jì)南沖刺)氯氣和漂白粉是現(xiàn)代工業(yè)和生活常用的消毒劑、殺菌劑。 (1)實驗室擬用下列裝置制備干燥純凈的氯氣，請按照氣體從左向右流動的方向?qū)x器進(jìn)行連接：H→________、________→________、________→________；并指出其中廣口瓶Ⅱ中的試劑為________。 (2)寫出工業(yè)上用氯氣和石灰乳制取漂白粉的化學(xué)反應(yīng)方程式___________。 (3)實驗室有一瓶密封不嚴(yán)的漂白粉樣品，其中肯定存在CaCl2，請設(shè)計實驗，探究該樣品中除CaCl2外可能存在的其他固體物質(zhì)。 ①提出合理假設(shè)。 假設(shè)1：該漂白粉未變質(zhì)，只含________； 假設(shè)2：該漂白粉全部變質(zhì)，只含________； 假設(shè)3：該漂白粉部分變質(zhì)，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。 ②設(shè)計實驗方案，進(jìn)行實驗。 限選用的儀器和藥品：試管、滴管、帶導(dǎo)管的單孔塞、蒸餾水、自來水、1 molL－1鹽酸、品紅溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必檢驗Ca2＋和Cl－。) 實驗步驟 預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論 步驟1 取少量上述漂白粉于試管中，____________________________________________________ 步驟2 解析　(1)裝置的連接順序是制備裝置→洗氣除雜(除去氯化氫)→干燥裝置→收集裝置→尾氣吸收裝置。除去氯氣中的氯化氫最好用飽和食鹽水溶液。(3)①漂白粉的成分是Ca(ClO)2和CaCl2，在空氣中變質(zhì)后生成CaCO3，由于肯定存在CaCl2，所以除CaCl2外，可能存在的其他固體物質(zhì)就有三種假設(shè)：只有Ca(ClO)2，只有CaCO3，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。②將樣品與鹽酸混合，CaCO3能產(chǎn)生CO2，借助于澄清石灰水檢驗其存在；Ca(ClO)2能將鹽酸氧化為氯氣，借助于品紅溶液檢測其存在。 答案　(1)B　A　C　D　E　飽和食鹽水 (2)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O (3)①Ca(ClO)2　CaCO3?、? 實驗步驟 預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論 步驟1 加入適量1 molL－1鹽酸 溶解后，再將產(chǎn)生的氣體 通入澄清石灰水中 ①若澄清石灰水未變渾濁，則假設(shè)1成立；②若澄清石灰水變渾濁，則假設(shè)2或假設(shè)3成立 步驟2 向步驟1反應(yīng)后的試管中 滴入1～2滴品紅溶液， 振蕩 結(jié)合步驟1中的②：a.若品紅溶液褪色，則假設(shè)3成立；b.若品紅溶液不褪色，則假設(shè)2成立 —————[思維建模]———————————— 三種常見實驗方案設(shè)計的基本流程 1．物質(zhì)制備實驗方案 設(shè)計的基本流程為：根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物→確定可能原理→設(shè)計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→選擇原料→設(shè)計反應(yīng)裝置(方法、儀器等)→實施實驗(步驟、操作要點、控制反應(yīng)條件等)→分離提純產(chǎn)品。 2．性質(zhì)探究性實驗方案 設(shè)計的基本流程為：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和類型→提出性質(zhì)猜想→設(shè)計實驗逐個驗證→記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)→歸納分析→合理推斷得出結(jié)論。 3．性質(zhì)驗證實驗方案 設(shè)計的基本流程為：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)→設(shè)計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→實施實驗(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點等)→觀察現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結(jié)論。 3．(xx西安聯(lián)考)信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。某“變廢為寶”學(xué)生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線： 請回答下列問題： (1)第①步Cu與酸反應(yīng)的離子方程式為______________________________； 得到濾渣1的主要成分為__________________________________________。 (2)第②步加H2O2的作用是________________________________________， 使用H2O2的優(yōu)點是_______________________________________________； 調(diào)溶液pH的目的是使________生成沉淀。 (3)用第③步所得CuSO45H2O制備無水CuSO4的方法是_________________。 (4)由濾渣2制取Al2(SO4)318H2O，探究小組設(shè)計了三種方案： 上述三種方案中，________方案不可行，原因是______________________： 從原子利用率角度考慮，________方案更合理。 (5)探究小組用滴定法測定CuSO45H2O(Mr＝250)含量。取a g試樣配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干擾離子后，用c mol L－1 EDTA(H2Y2－)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反應(yīng)如下：Cu2＋＋ H2Y2－===CuY2－＋2H＋ 寫出計算CuSO45H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式w＝__________________________； 下列操作會導(dǎo)致CuSO45H2O含量的測定結(jié)果偏高的是________。 a．未干燥錐形瓶 b．滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡 c．未除凈可與EDTA反應(yīng)的干擾離子 解析　(1)第①步加稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu2＋、Al3＋、Fe2＋。所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu2＋、Al3＋、Fe2＋。Cu和酸反應(yīng)的離子方程式為Cu＋4H＋＋2NO Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NO3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；(2)第②步加H2O2的作用是把Fe2＋氧化為Fe3＋，該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境無污染。調(diào)溶液pH的目的是使Fe3＋和Al3＋形成沉淀。所以濾液2的成分是Cu2＋，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁；(3)用第③步所得CuSO45H2O制備CuSO4的方法應(yīng)是在坩堝中加熱脫水；(4)甲方案在濾渣中只加硫酸會生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，方法不可行；乙和丙方法均可行，乙方案先在濾渣中加H2SO4，生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，再加Al粉和Fe2(SO4)3反應(yīng)生成Al2(SO4)3和Fe，過濾后，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體；丙方案先在濾渣中加NaOH，和Al(OH)3反應(yīng)生成NaAlO2，過濾后再在濾液中加H2SO4生成Al2(SO4)3，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體，但從原子利用率角度考慮方案乙更合理；(5)CuSO45H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為w＝ 100%；滴定時，未干燥錐形瓶，不影響測定結(jié)果；若滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡，所讀取的消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏小，使測定結(jié)果偏低；若未除盡可與EDTA反應(yīng)的離子，消耗EDTA溶液的體積偏大，使測定結(jié)果偏高。 答案　(1)Cu＋4H＋＋2NOCu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NO3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O　Au、Pt (2)將Fe2＋氧化成Fe3＋　不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染　Fe3＋、Al3＋ (3)加熱脫水 (4)甲　所得產(chǎn)品中含有較多Fe2(SO4)3雜質(zhì)　乙 (5)100%　c