专题5化学实验基础第2讲化学实验方案的设计与评价提能力.doc

1．[双选题]用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：①铜与浓硝酸反应；②铜与稀硝酸反应；③铜与氧气反应生成CuO，CuO再与稀硝酸反应。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．所消耗的硝酸的量：②>①>③
B．对环境造成的危害，③最小
C．因铜与浓硝酸作用最快，故制取硝酸铜的最佳方案是①
D．三种途径所消耗的铜的质量相等
解析：法①消耗的HNO3多，且产生的污染性气体也多，最佳方案应是③。
答案：AC
2．某课外实验小组设计的下列实验不合理的是(　　)

解析：NO2能与水发生反应，不能用排水法收集，选项C错误。
答案：C
3．下列化学实验装置或操作正确的是(　　)

解析：浓H2SO4稀释不能在容量瓶中进行，更不能将浓H2SO4倒入水中，A项错；蒸馏时温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处，B项错；收集比空气重的NO2气体应长进短出，C项错。
答案：D
4．用如图装置制取、提纯、收集表中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂)，其中可行的是(　　)

气体
a
b
c
A
NO2
浓硝酸
铜片
NaOH溶液
B
SO2
浓硫酸
Cu
NaOH溶液
C
NH3
浓氨水
生石灰
碱石灰
D
CO2
稀盐酸
CaCO3
浓硫酸

解析：A项和B项生成的气体均会被NaOH溶液吸收，C项NH3应用向下排空气法收集．
答案：D
5．下图表示从固体混合物中分离X的两种方案，请根据方案1和方案2指出下列说法合理的是(　　)

A．可以选用方案1分离碳酸氢钠中含有的氯化铵
B．方案1中残留物应该具有的性质是受热易挥发
C．方案2中加入的试剂一定能够与除X外的物质发生化学反应
D．方案2中加入NaOH溶液可以分离出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3
解析：碳酸氢钠加热分解，A错误；加热后留下的残留物一定是固体或难挥发的液体，B错误；加入的试剂可以是水且不一定发生化学反应，C错误；二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的硅酸钠，进而分离出氧化铁，D正确。
答案：D

(限时45分钟，满分100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分)
1．[双选题]下列化学实验事实及其解释都正确的是(　　)
A．向KMnO4溶液中滴加盐酸，KMnO4溶液的氧化能力增强。说明盐酸具有氧化性
B．向澄清的AlCl3稀溶液中加入NaOH浓溶液，振荡，溶液仍为澄清。说明该两种溶液混合是物理变化
C．向FeCl3溶液中加入过量Cu粉，振荡、静置，溶液由黄色变为绿色。说明Fe3＋具有氧化性
D．向CaCl2溶液中滴入少量Na2CO3溶液，产生白色沉淀。说明CaCO3难溶于水
解析：向KMnO4溶液中滴加盐酸后其氧化能力增强的原因是溶液呈酸性；AlCl3与足量的NaOH溶液反应生成NaAlO2，属于化学变化；向FeCl3溶液中加入过量Cu粉生成绿色的FeCl2和CuCl2的混合溶液。
答案：CD
2．大胆、科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设(猜想)引导下的探究肯定没有意义的是(　　)
A．探究SO2与Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B．探究Na与水的反应可能有O2生成
C．探究浓硫酸与铜在一定条件下反应产生的黑色物质中可能有CuS
D．探究向滴有酚酞试液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的现象是溶液的酸碱性改变所致，还是HClO的漂白性所致
解析：因为H2O中O若变成O2，则氧元素价态升高，水是还原剂，但单质钠只能作还原剂。
答案：B
3．下列实验方案设计正确的是(　　)
A．分解高锰酸钾制取氧气后，残留在试管内壁上的黑色物质可用稀盐酸洗涤
B．失去标签的AgNO3溶液、稀盐酸、NaOH溶液、AlCl3溶液可选用(NH4)2CO3溶液作鉴别试剂
C．用铜丝代替铂丝做焰色反应
D．在裂化汽油中加入酸性高锰酸钾，振荡后若紫色褪去即可证明其中含甲苯等苯的同系物
解析：加入(NH4)2CO3溶液时，AgNO3溶液中产生白色沉淀，稀盐酸中产生无色无味气体，NaOH溶液中产生无色有刺激性气味的气体，AlCl3溶液中既有白色沉淀又有无色无味气体产生。高锰酸钾分解后残留的二氧化锰可以用热的浓盐酸洗涤，不能用稀盐酸来清洗。做焰色反应实验应选用铂丝，不能选用铜丝，因为铜丝灼烧时会产生明显的绿色火焰。裂化汽油中含有较多的烯、炔等不饱和烃，能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
答案：B
4．[双选题]下列实验现象预测正确的是(　　)

A．实验Ⅰ：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变
B．实验Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去
C．实验Ⅲ：微热稀HNO3 片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色
D．实验Ⅳ：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应
解析：本题考查化学实验，意在考查考生对化学实验原理、实验设计和实验结论的运用能力。实验Ⅰ：Br2能与NaOH溶液反应，上层溶液颜色褪去，A项错误；实验Ⅱ：浓硫酸使蔗糖脱水炭化，生成的SO2气体能使酸性KMnO4溶液紫色褪去、CO2从溶液中逸出，B项正确；实验Ⅲ：铜与稀HNO3微热，反应生成NO，在广口瓶中NO与O2接触生成红棕色的NO2，C项错误；实验Ⅳ：Fe(OH)3胶体可产生丁达尔效应，D项正确。
答案：BD
5．下列有关化学实验图像表现的内容错误的是(　　)

A．铜锌原电池　　　　　 B．转移溶液
C．氨的制取装置 D．模拟铁锈蚀装置
解析：由A项两烧杯中的溶液可推知：盛放硫酸锌溶液的烧杯中的电极应为锌棒，盛放硫酸铜溶液的烧杯中的电极应为铜棒。由原电池原理判断：锌棒应为负极，铜棒应为正极，故A不正确。
答案：A
6．下列相关实验不能达到预期目的的是(　　)

相关实验
预期目的
A
相同温度下，等质量的大理石块、大理石粉末分别与等体积、等浓度的盐酸反应
探究接触面积对化学反应速率的影响
B
把装有颜色相同的NO2和N2O4混合气的两支试管(密封)分别浸入冷水和热水中
探究温度对化学平衡的影响
C
在蔗糖中加入稀硫酸，水浴加热，再加入新制的氢氧化铜并加热
探究蔗糖水解产物具有还原性
D
两支试管中装有等体积、等浓度H2O2溶液，向其中一支试管中加入CuSO4溶液
探究CuSO4溶液对H2O2分解速率的影响

解析： C项，蔗糖中加入稀H2SO4，水浴加热后应加入NaOH中和过量的稀H2SO4，再加新制的Cu(OH)2并加热。
答案：C
7．用下图装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m(H)∶m(O)>1∶8。下列对导致这一结果的原因的分析中，一定错误的是(　　)

A．Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B．Ⅲ装置后缺少干燥装置
C．Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝
D．CuO没有全部被还原
解析：用H2还原CuO时，装置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而装置Ⅱ中玻璃管通H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量，即生成水中氧元素的质量，而m(水)－m(氧)＝m(氢)。当Zn和稀H2SO4反应产生的H2不干燥[m(水)偏大]，装置Ⅲ后不加干燥装置，使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m(氧)偏小]，都会造成测得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的组成与CuO是否完全反应无关，只与通H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。
答案：D
二、非选择题(本题包括4小题，共58分)
8．(16分)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和 KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。
(1)实验前：①先用0.1mol·L－1H2SO4洗涤Fe粉，其目的是________，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将KNO3溶液的pH调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入________(写化学式)。
(2)下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式________________________。
t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH的浓度在增大，Fe2＋的浓度却没有增大，可能的原因是________________________。

(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，
请你完成假设二和假设三：
假设一：溶液的pH；
假设二：________________；
假设三：________________；
……
(4)请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。
(已知：溶液中的NO浓度可用离子色谱仪测定)

实验步骤及结论：
解析：本题主要考查化学实验，意在考查考生对图像的分析能力和实验设计能力。(1)铁的表面被空气氧化形成氧化膜，需加酸除去；为防止空气中的O2对脱氧的影响，可向溶液中通入N2或稀有气体等。(2)由图可知，铁和KNO3反应生成Fe2＋和NH.(4)探究溶液的pH对反应速率的影响，可设计实验，使其他量保持不变，仅改变溶液中c(H＋)即可。
答案：(1)去除铁粉表面的氧化物等杂质　　N2
(2)4Fe＋NO＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋3H2O　　生成的Fe2＋水解(或和溶液中的OH－结合)
(3)温度　　铁粉颗粒大小
(4)　
实验步骤及结论：
①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；
②调节溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；
③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe粉；
④用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中 NO
的浓度，若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO
浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。

(本题属于开放性试题，合理答案均可)
9．(15分)[问题提出] 教材中在检验Cu与稀硝酸反应的还原产物时，实验直接在试管中进行，由于试管中有空气，开始往往看到的是红棕色气体，导致实验现象与实验原理无法吻合。某校化学活动小组对这一实验进行了研究，并提出改进措施。
[研究目的与要求]
(1)克服教材实验的缺点，并能证明Cu与稀硝酸反应生成的是NO。NO不溶于水，可以与O2反应产生红棕色的NO2
(2〉改进后的实验必须达到的要求：节约药品、操作简便、现象明显、减少污染。
[实验过程]
实验方案一：
(1)按图1所示接好仪器 检查装置气密性的方法是_____________________________
________________________________________________________________________。

(2)根据你对装置和研究目的的理解，请补充制取NO并验证NO不溶于水的实验操作：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)验证NO和O2生成NO2的实验操作和现象是_________________________________
________________________________________________________________________。
实验方案二：
(4)按图2所示连接装置，检查气密性后，在干燥管内加入3.2g 铜片，在烧杯中加入适量经过预热的稀硝酸。
(5)打开止水夹，用注射器快速抽空干燥管内的空气，使稀硝酸充满整个干燥管，然后关闭止水夹。观察到的现象是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)反应停止后，打开止水夹，用注射器将抽取的空气慢慢推入干燥管内，发现干燥管内的气体变成红棕色，且液面缓缓上升，Cu和稀硝酸反应继续进行。不断充入O2，直至加入的3.2 g Cu完全反应，则共消耗的氧气在标准状况下的体积为________L。
解析：题干已经指出教材实验的不足，并提出了改进实验方案的要求，要克服教材实验的缺点，必须使反应在无O2的环境中进行。
实验方案一：
(1)根据实验装置图1可以确定检查装置气密性的方法是关闭活塞，从U形管的右端加水使两边产生液面差，静置一会，观察液面差是否缩小。
(2)连接好装置，打开活塞，从U形管的右端快速注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，关闭活塞，会发现U形管中液面左降右升，这就证明了生成的NO不溶于水。
(3)打开分液漏斗的活塞，在压力作用下，NO会进入分液漏斗内，与分液漏斗中的空气反应生成红棕色气体NO2。因此验证NO和O2反应生成NO2的实验操作和现象是将活塞慢慢打开，观察到分液漏斗内有红棕色气体出现。
实验方案二：
(5)根据操作和装置知反应时铜片表面有气泡产生，液面下降，溶液变蓝等现象。
(6)根据电子守恒：
2n(O2)＝n(Cu)＝3.2÷64＝0.05(mol)，
V(O2)＝0.56 L。
答案：(1)关闭活塞，从U形管的右端加水，使两边产生液面差，静置一会，观察液面差是否缩小
(2)连接好装置，打开活塞，从U形管的右端注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，然后关闭活塞，观察现象
(3)将活塞慢慢打开，观察到分液漏斗内有红棕色气体生成
(5)干燥管内铜片溶解，表面有气泡产生，干燥管内液面逐渐下降，溶液变成蓝色，当稀硝酸不与铜片接触时，液面停止下降
(6)0.56
10．(12分)工业上可用下列仪器组装一套装置来测定黄铁矿中硫的质量分数(忽略SO2、H2SO3与氧气的反应)。实验的正确操作步骤如下：

A．连接好装置，并检查装置的气密性
B．称取研细的黄铁矿样品
C．将2.0 g样品小心地放入硬质玻璃管中
D．以1 L/min的速率鼓入空气
E．将硬质玻璃管中的黄铁矿样品加热到800℃～850℃
F．用300 mL的饱和碘水吸收SO2，发生的反应是：I2＋SO2＋2H2O===2HI＋H2SO4
G．吸收液用CCl4萃取、分离
H．取20.00 mL G中所得溶液，用0.200 0 mol·L－1的NaOH标准溶液滴定。
试回答：
(1)步骤G中所用主要仪器是________，应取________(填“上”或“下”)层溶液进行后续实验。
(2)装置⑤中的作用是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置正确的连接顺序是________(填编号)。
(4)步骤H中滴定时应选用________作指示剂，可以根据
________________________________________现象来判断滴定已经达到终点。
(5)假定黄铁矿中的硫在操作E中已全部转化为SO2，并且被饱和碘水完全吸收，滴定得到的数据如下表所示：

滴定
次数
待测液的
体积/mL
NaOH标准溶液的体积/mL
滴定前
滴定后
第一次
20.00
0.00
20.48
第二次
20.00
0.22
20.20
第三次
20.00
0.36
20.38

则黄铁矿样品中硫元素的质量分数为________(保留小数点后1位)。
解析：(1)步骤G是萃取操作，需要用的仪器是分液漏斗，下层为CCl4，应取上层溶液进行后续实验。
(2)酸性高锰酸钾是用来除去空气中的SO2和其他还原性气体。
(3)先要用酸性高锰酸钾溶液来除去空气中的SO2和其他还原性气体，然后用碱石灰干燥，再连接发生装置，再接玻璃丝，最后吸收SO2。
(4) 用碱来滴定G中所得溶液中的酸，用酚酞作指示剂，滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色。
(5)第一次数据与第二、三次数据相差较大，舍去，取第二、三次数据的平均值可得V(NaOH)＝20.00 mL，n(NaOH)＝c(NaOH)·V(NaOH)＝0.200 0 mol·L－1×20.00×10－3 L＝4×10－3 mol，S～SO2～4H＋4NaOH，n(S)＝n(SO2)＝n(NaOH)＝1×10－3 mol,300 mL吸收液中含有的n(S)＝1×10－3 mol×＝0.015 mol，w(S)＝×100%＝×100%＝24.0%。
答案：(1)分液漏斗　上
(2)除去空气中的SO2和其他还原性气体
(3)⑤③②④①
(4)酚酞　滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色(本问答甲基橙和对应的现象也给分)
(5)24.0%
11．(15分)某中学化学兴趣小组想测定饱和氯水的pH，并进行氯水的氧化性和制漂白剂等实验。他们使用如下图装置制取较多量的饱和氯水。

回答：
(1)写出仪器的名称：A________，B________。
(2)写出甲、丁装置中发生反应的化学方程式，
甲：________________________________________________________________；
丁：_________________________________________________________________。
(3)制取结束时，氯水已饱和的现象是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)漂白粉在溶液中存在下列平衡：
ClO－＋H2OHClO＋OH－，下列措施能提高漂白效果的是________。
A．加水稀释　B．通入CO2　C．加入适量盐酸
D．加入少量NaOH　E．加少量白醋
(5)为使制取过程简便并保证制得的氯水纯净，有同学提出如下建议：
①在乙和丙之间增加下图中的a装置，你认为有无必要________(填“有”或“无”)。
②若撤去乙，直接将甲和丙相连，你认为是否可行？
________，理由是_____________________________________________________。
③在丙的长导管下口处，接下图中的b，可以提高氯气的吸收效果，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析：(2)甲中是以加热方式制氯气，其方程式为MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，丁中Cl2与Ca(OH)2反应生成Ca(ClO)2和CaCl2。
(3)氯水的主要成分是氯气，因此当烧瓶内液体及上方气体为黄绿色时，证明氯气和H2O反应已达平衡，即饱和状态。

(4)根据平衡移动原理，加入物质能中和OH－，平衡右移，HClO浓度增大，漂白效果增强，故可选B、C、E。
(5)因氯气与H2O反应，通入丙前干燥不必要；撤去乙，HCl溶解于丙，影响氯水pH的测定；接b装置增大氯气与水的接触面积，提高了氯气的吸收速率。
答案：(1)分液漏斗　烧瓶
(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 　
2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
(3)液体及液体上方呈黄绿色　(4)B、C、E
(5)①无　②否　大量的HCl被吸收于丙中，影响氯水pH的测定　③增大了氯气与水的接触面积，提高了氯气的吸收速率