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第五單元 化學實驗方案的設計和評價 教師備用題庫 1.某同學為探究FeCl3與KI反應是否存在反應限度,設計了如下實驗方案(FeCl3溶液、KI溶液濃度均為0.1 molL-1): 最合理的方案是(　　) A.方案1 B.方案2 C.方案3 D.方案4 答案　D　Fe3+與I-反應生成Fe2+和I2,若反應為可逆反應,盡管I-過量,Fe3+也不可能反應完全,故取上層溶液滴加KSCN溶液,溶液會變?yōu)檠t色,方案4正確。若控制Fe3+過量,因大量Cl-的存在對I-是否存在的檢驗造成干擾,方案2不可行。 2.已知:Cu2O+2H+ Cu2++Cu+H2O　3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 為檢驗某金屬銅粉末樣品中是否含有Cu2O,某同學設計了如下方案,其中不合理的是(　　) A.將足量CO通過灼熱樣品,冷卻后稱量,若固體質(zhì)量減小,則含有Cu2O B.將干燥的H2通過灼熱樣品,再通過無水硫酸銅,若無水硫酸銅變藍,則含有Cu2O C.取少量樣品,加入稀硝酸,充分振蕩后若觀察到溶液呈藍色,則含有Cu2O D.取少量樣品,加入稀硫酸,充分振蕩后若觀察到溶液呈藍色,則含有Cu2O 答案　C　A方案,Cu2O+CO 2Cu+CO2,Cu與CO不反應,若金屬銅粉末樣品中含有Cu2O,反應后固體質(zhì)量必然減小,A方案合理;B方案,Cu2O+H2 2Cu+H2O,若金屬銅粉末樣品中含有Cu2O,因水的生成,無水硫酸銅必然變藍,B方案合理;C方案,由題給信息知,Cu、Cu2O均可被稀硝酸氧化生成Cu2+而使溶液呈藍色,故無法判斷金屬銅粉末樣品中是否含有Cu2O,C方案不合理;D方案,因Cu2O+2H+ Cu2++Cu+H2O,但Cu與稀硫酸不反應,若金屬銅粉末樣品中含有Cu2O,反應后溶液必然變藍,D方案合理。 3.某學習小組研究某酸性工業(yè)廢水樣品,以下實驗操作或分析結(jié)論中,正確的是(　　) A.用玻璃棒蘸取廢水樣品,沾在用蒸餾水潤濕的pH試紙上測定其pH B.將無色酚酞試液滴入廢水樣品中以驗證其酸性 C.該工業(yè)廢水中c(H+)>c(OH-) D.測得廢水樣品的pH=4,說明該廢水樣品中c(H+)=4.0 molL-1 答案　C　測定溶液的pH,pH試紙不能用水潤濕,A錯;酸性廢水和中性廢水都不能使無色酚酞試液變色,可換用紫色石蕊試液,B錯;任何酸性溶液中c(H+)>c(OH-),C正確;pH=4,說明該廢水樣品中c(H+)=1.010-4 molL-1,D錯。 4.(2017天津理綜,4,6分)以下實驗設計能達到實驗目的的是(　　) 實驗目的 實驗設計 A. 除去NaHCO3固體中的Na2CO3 將固體加熱至恒重 B. 制備無水AlCl3 蒸發(fā)Al與稀鹽酸反應后的溶液 C. 重結(jié)晶提純苯甲酸 將粗品水溶、過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶 D. 鑒別NaBr和KI溶液 分別加新制氯水后,用CCl4萃取 答案　D　本題考查實驗方案的設計與評價。NaHCO3固體受熱易分解,A不正確;Al與稀鹽酸反應生成AlCl3和H2,蒸發(fā)AlCl3溶液最終得到Al(OH)3固體,B不正確;重結(jié)晶法提純苯甲酸是將粗品溶于少量熱水中,然后趁熱過濾,冷卻結(jié)晶,C不正確;2NaBr+Cl2 2NaCl+Br2,2KI+Cl2 2KCl+I2,用CCl4萃取后,CCl4層顯橙色的原溶液為NaBr溶液,CCl4層顯紫色的原溶液為KI溶液,D正確。 5.(2016江蘇單科,6,2分)根據(jù)侯氏制堿原理制備少量NaHCO3的實驗,經(jīng)過制取氨氣、制取NaHCO3、分離NaHCO3、干燥NaHCO3四個步驟。下列圖示裝置和原理能達到實驗目的的是(　　) 答案　C　A項,NH4Cl受熱分解生成NH3和HCl,遇冷后二者又迅速化合,收集不到NH3;B項,CO2應長進短出;D項,干燥NaHCO3應在干燥器內(nèi)進行,不能在燒杯內(nèi)進行,更不能直接加熱,加熱會導致NaHCO3分解。 6.下列實驗中,所使用的裝置(夾持裝置略)、試劑和操作方法都正確的是(　　) 答案　A　A項,Fe(OH)2易與O2反應,所以在FeSO4溶液液面上方加一層植物油,且膠頭滴管下端伸到液面下滴加NaOH溶液;B項,容量瓶不能用于直接溶解藥品、稀釋溶液;C項,實驗室制NH3所用藥品為NH4Cl和Ca(OH)2,氨氣極易溶于水,不能用排水法收集;D項,溫度計水銀球應在液面以下,乙醇和濃硫酸反應除有乙烯生成外,還有SO2、乙醇蒸氣產(chǎn)生,而SO2、乙醇蒸氣和乙烯均能使KMnO4酸性溶液褪色。 7.某校課外小組為測定某碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù),甲、乙兩組同學分別進行了下列相關(guān)實驗。 方案Ⅰ.甲組同學用質(zhì)量法,按下圖所示的實驗流程進行實驗: 稱量樣品加入適量鹽酸蒸發(fā)結(jié)晶稱量固體 (1)有同學認為“加入適量鹽酸”不好操控,應改為“過量鹽酸”,便于操作且不影響測定的準確性,你認為對或錯,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)實驗結(jié)束時稱量的固體成分是　　　　　　(填化學式)。若測得開始樣品質(zhì)量為19 g,結(jié)束時固體質(zhì)量為17.55 g,則混合物中含有的碳酸鈉的質(zhì)量為　　　　g。 方案Ⅱ:乙組同學的主要實驗流程圖如下: 說明:流程圖中“稱量C”指的是稱量裝置C(見圖1)的質(zhì)量。按如圖所示裝置進行實驗: (3)圖1裝置B中所裝試劑為　　　　　　。在C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體。裝置D的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)有的同學認為為了減小實驗誤差,在反應前后都應通入N2,反應后通入N2的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 方案Ⅲ:氣體分析法 (5)把一定量樣品與足量稀硫酸反應后,用圖2所示裝置測量產(chǎn)生CO2氣體的體積,B溶液最好采用　　　(填序號)使測量誤差較小。 a.飽和碳酸鈉溶液 b.飽和碳酸氫鈉溶液 c.飽和氫氧化鈉溶液 d.飽和硫酸銅溶液 答案　方案Ⅰ.(1)對;鹽酸易揮發(fā),過量的鹽酸在加熱過程中揮發(fā)不殘留,不影響結(jié)果 (2)NaCl　10.6 方案Ⅱ.(3)濃硫酸　吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳,以確保U形管質(zhì)量增加量的準確性 (4)將裝置A、B中殘留的CO2全部驅(qū)入裝置C中,減小實驗誤差 方案Ⅲ.(5)b 解析　方案Ⅰ.(1)過量鹽酸在蒸發(fā)時揮發(fā),對測定結(jié)果無影響,改為“過量鹽酸”,便于操作且不影響測定的準確性。 (2)碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應生成氯化鈉,溶液蒸發(fā)后得氯化鈉固體,設樣品中碳酸鈉的物質(zhì)的量為x,碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為y,則106 g/molx+84 g/moly=19 g(2x+y)58.5 g/mol=17.55 g,解得x=0.1 mol,所以混合物中含有的碳酸鈉的質(zhì)量為0.1 mol106 g/mol=10.6 g。 方案Ⅱ.(3)裝置B的作用是把氣體中的水蒸氣除去,故用濃硫酸來除去水蒸氣;空氣中的水蒸氣和二氧化碳會被堿石灰吸收,故D的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳,以確保U形管質(zhì)量增加量的準確性。 (4)該方案關(guān)鍵是要獲得產(chǎn)生的CO2的質(zhì)量,實驗前容器內(nèi)含有空氣,空氣中含有二氧化碳,會影響生成的二氧化碳的量,反應后二氧化碳不能被C裝置中堿石灰完全吸收,導致測定結(jié)果有較大誤差,所以反應前后都要通入N2,反應后通入N2的目的是:將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出,被C裝置中堿石灰吸收。 方案Ⅲ.(5)在飽和碳酸氫鈉溶液中二氧化碳不反應,溶解度小,可利用排飽和碳酸氫鈉溶液測定二氧化碳氣體的體積,二氧化碳和碳酸鈉、氫氧化鈉都反應,在硫酸銅溶液中也溶解。 8.亞硝酸鈉是重要的防腐劑。某化學興趣小組以碳和濃硝酸為起始原料,設計如下裝置利用一氧化氮與過氧化鈉反應制備亞硝酸鈉。(夾持裝置和A中加熱裝置已略,氣密性已檢驗) 查閱資料:①HNO2為弱酸,室溫下存在反應3HNO2 HNO3+2NO↑+H2O; ②在酸性溶液中,NO2-可將MnO4-還原為Mn2+且無氣體生成; ③NO不與堿反應,可被酸性KMnO4溶液氧化為硝酸。 實驗操作: ①關(guān)閉彈簧夾,打開A中分液漏斗活塞,滴加一定量濃硝酸,加熱; ②一段時間后停止加熱; ③從C中取少量固體,檢驗是否是亞硝酸鈉。 (1)A中反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)B中觀察到的主要現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,D裝置的作用是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)檢驗C中產(chǎn)物有亞硝酸鈉的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)經(jīng)檢驗C中產(chǎn)物中亞硝酸鈉含量較少。 a.甲同學認為C中產(chǎn)物不僅有亞硝酸鈉,還有碳酸鈉和氫氧化鈉。 生成碳酸鈉的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。為排除干擾,甲同學在B、C裝置間增加E裝置,E中盛放的試劑應是　　　　　　(寫名稱)。 b.乙同學認為除上述干擾因素外,還會有空氣參與反應導致產(chǎn)品不純,所以在實驗操作①前應增加一步操作,該操作是　　　　　　　　　　　　　　。 (5)實驗經(jīng)改進后可制得較純亞硝酸鈉,下列關(guān)于亞硝酸鈉的說法正確的是　　　　　。 a.亞硝酸鈉有咸味,可代替食鹽食用 b.常溫下,0.1 mol/L亞硝酸溶液的pH>1 c.0.1 mol/L亞硝酸鈉溶液中存在:c(Na+)+c(H+)=c(NO2-)+c(OH-) d.0.1 mol/L亞硝酸鈉溶液中存在:c(NO2-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+) 答案　(1)C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O (2)溶液變藍,銅片溶解,導管口有無色氣泡冒出　除去未反應的NO,防止污染空氣 (3)將生成物置于試管中,加入稀硫酸,若產(chǎn)生無色氣體并在液面上方變?yōu)榧t棕色,則D中產(chǎn)物有亞硝酸鈉(或其他合理答案) (4)a.2CO2+2Na2O2 2Na2CO3+O2　堿石灰 b.打開彈簧夾,通入N2一段時間 (5)bc 解析　(1)裝置A中是濃硝酸和碳在加熱條件下發(fā)生反應,反應生成二氧化氮、二氧化碳和水,反應的化學方程式為C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O。 (2)A裝置中生成的二氧化氮和B裝置中的水反應生成硝酸和一氧化氮,發(fā)生反應的化學方程式為3NO2+H2O 2HNO3+NO,硝酸和銅反應生成硝酸銅、一氧化氮和水,所以反應現(xiàn)象為溶液變藍,銅片溶解,導管口有無色氣泡冒出;通過C裝置中的過氧化鈉吸收一氧化氮、二氧化碳,最后通過酸性高錳酸鉀溶液除去未反應的一氧化氮,防止污染空氣。 (3)檢驗亞硝酸鈉的實驗操作為:將生成物置于試管中,加入稀硫酸,若產(chǎn)生無色氣體并在液面上方變?yōu)榧t棕色,則D中產(chǎn)物有亞硝酸鈉;或?qū)⑸晌镏糜谠嚬苤?加入酸性KMnO4溶液,若溶液紫色褪去,則D中產(chǎn)物有亞硝酸鈉。 (4)a.生成碳酸鈉的化學方程式為:2CO2+2Na2O2 2Na2CO3+O2;為排除干擾,在B、C裝置間增加E裝置,E中盛放的試劑應為堿石灰,用來吸收二氧化碳。 b.為避免裝置中的空氣導致產(chǎn)品不純,實驗前需要打開彈簧夾通入氮氣排凈裝置中的空氣。 (5)亞硝酸鈉有毒,所以不能代替食鹽食用,故a錯誤;亞硝酸是弱酸,所以常溫下0.1 mol/L亞硝酸溶液的pH>1,故b正確;依據(jù)溶液中電荷守恒分析,0.1 mol/L亞硝酸鈉溶液中存在:c(Na+)+c(H+)=c(NO2-)+c(OH-),故c正確;亞硝酸根離子水解使溶液顯堿性,0.1 mol/L亞硝酸鈉溶液中存在:c(Na+)>c(NO2-)>c(OH-)>c(H+),故d錯誤。