2024年高考化学一轮复习课时分层提升练三十三10.4化学实验方案的设计与评价含解析新人教版

PAGEPAGE12化学试验方案的设计与评价一、选择题1.(2024·长春模拟)下列试验设计能完成或试验结论合理的是 ()A.证明一瓶红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,可用潮湿的碘化钾-淀粉试纸检验,视察试纸颜色的变更B.铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中肯定不含铁的氧化物C.检验硫酸根离子,加盐酸酸化的氯化钡,生成白色沉淀,则有硫酸根离子D.用饱和碳酸氢钠溶液汲取二氧化碳中混有的少量SO2气体【解析】选D。A、因溴能氧化KI,二氧化氮与水反应生成的硝酸也能氧化KI,则证明红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,不能用潮湿的碘化钾-淀粉试纸检验,可选用水,A错误;B、因Fe与盐酸反应生成亚铁离子,遇KSCN溶液不变色,则铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中可含铁的氧化物,B错误;C、白色沉淀也可能是氯化银,C错误;D、用饱和碳酸氢钠溶液汲取二氧化碳中混有的少量SO2气体,D正确。2.(2024·洛阳模拟)下列有关试验原理、现象、结论等均正确的是 ()A.a图示装置,滴加乙醇试管中橙色溶液变为绿色,乙醇发生消去反应生成乙酸B.b图示装置,右边试管中产生气泡快速,说明氯化铁的催化效果比二氧化锰好C.c图示装置,依据试管中收集到无色气体,验证铜与稀硝酸的反应产物是NOD.d图示装置,试管中先有白色沉淀、后有黑色沉淀,不能验证Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2S)【解析】选D。A项,乙醇具有还原性,能被重铬酸钾氧化为乙酸,不发生消去反应;B项,双氧水的浓度应相同,浓度影响反应速率,无法比较;C项,因为红棕色的二氧化氮可与水反应生成无色的NO,故依据排水集气法收集的无色气体不能证明铜与稀硝酸反应生成NO;D项,由于硝酸银过量,故沉淀中既有氯化银又有硫化银,不能据此比较氯化银、硫化银溶度积的大小。【加固训练】(2024·济南模拟)下列所设计的鉴定方案或者结论正确的是 ()A.检验KClO3中的氯元素时,将KClO3溶于水,加入硝酸酸化的硝酸银溶液检验B.向溶液中加入盐酸,有无色气体逸出,此气体能使澄清石灰水变浑浊,则该溶液中可能不含有CO32-C.向某溶液中加入少量NaOH溶液,有白色沉淀产生,若加入过量的NaOH溶液,沉淀消逝,则原溶液中可能含有AlOD.向上图所示烧杯中滴入KSCN溶液,溶液不变红色,说明Fe在电极上失去电子生成Fe2+而不是Fe3+【解析】选B。选项A,KClO3中不含Cl-,故加入硝酸酸化的AgNO3溶液,不会生成AgCl沉淀,故不正确;选项B,加入盐酸后产生的无色气体可使澄清石灰水变浑浊,可能是二氧化碳,也可能是二氧化硫。若为二氧化碳,则原溶液中可能有CO32-,也可能有HCO3-,若为二氧化硫,则原溶液中可能有SO二、非选择题3.四氯化钛是生产金属钛及其化合物的重要中间体。某校化学课外活动小组打算利用如图装置制备四氯化钛(部分夹持仪器已略去)。资料表明:室温下,四氯化钛为无色液体,熔点:-25℃,沸点:136.4℃。在空气中发烟生成二氧化钛固体。在650～850℃(1)检查该装置气密性的方法是_______________________。

(2)试验中B装置的作用是_______________________。

(3)写出D装置中物质制备的化学方程式:__________________________;写出四氯化钛在空气中发烟的化学方程式:__________________________。

(4)E处球形冷凝管的冷却水应从________(填“c”或“d”)口通入。

(5)F装置中盛装的物质是________。

(6)该试验设计略有缺陷,请指出其不足之处:_____________。

【解析】(1)检查装置气密性的方法是整个装置要形成密闭体系,通过液柱的升降来推断装置的气密性;检查该装置气密性的方法是在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升肯定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)。(2)氯气中含有氯化氢杂质气体,可以用饱和食盐水除去氯化氢,同时,一旦气体发生堵塞,还能起到平安瓶的作用。(3)D装置中,氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和有毒气体一氧化碳;反应的化学方程式:TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO;依据信息可知,四氯化钛在空气中和水蒸气反应生成二氧化钛固体和氯化氢,看到发烟现象;化学方程式:TiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑。(4)为保证冷凝效果,采纳逆流原理,冷凝效果好;E处球形冷凝管的冷却水应从c口通入。(5)TiCl4与水易发生水解,反应剩余的氯气不能干脆排放到空气中,污染环境;因此F装置中盛装的物质既能吸水,又能汲取氯气,因此该试剂为碱石灰。(6)在制备TiCl4过程中,会产生有毒气体CO,不能被碱石灰汲取,干脆排放到空气中,污染空气。答案:(1)在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升肯定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)(2)洗去Cl2中的HCl气体;用作平安瓶(或用作平衡气压的平安装置,或用作防堵塞的平安装置)(3)TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2COTiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑(4)c(5)碱石灰(6)没有对CO进行尾气处理4.(新题预料)我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献,他以饱和食盐水、NH3、CO2为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。回答下列问题:某探究活动小组依据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备试验,同学们按各自设计方案试验。一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,试验装置如图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。(1)装置甲中用稀盐酸与CaCO3反应制备CO2,发觉CaCO3与试管内的稀盐酸不能接触,在加稀盐酸时,发觉试剂瓶中的稀盐酸已用完,为使反应能顺当进行,可向长颈漏斗中加入的试剂是________。

A.硫酸溶液B.CCl4C.苯 D.稀硝酸(2)乙装置中的试剂是________________________;丁装置中稀硫酸的作用是________________________。

(3)另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行试验。试验时,须先从________管通入________气体。

(4)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是________________________________________________________________________。

(5)下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据(g/100g01020304050NaCl35.735.836.036.336.637.0NaHCO36.98.19.611.112.714.5NH4Cl29.433.337.241.445.850.4参照表中数据,请分析丙、戊装置中运用冷却水或者冰水的缘由:___________。

【解析】(1)CaCO3与硫酸反应生成硫酸钙微溶,阻挡反应进行;苯的密度比水小,不溶于水,在盐酸溶液的上层,盐酸仍旧不能与碳酸钙接触,起不到作用;四氯化碳密度比水大,不溶于水,盐酸在四氯化碳溶液上层,能够与碳酸钙接触;增加了硝酸的量,硝酸也能和碳酸钙反应生成二氧化碳;据以上分析解答。(2)A中制得的CO2中混有HCl,须要利用B装置除去CO2中的HCl;硫酸可以汲取多余的氨气。(3)氨气极易溶解于水,易产生倒吸。(4)多孔球泡的运用,增大气体与溶液接触面积,提高CO2汲取率。(5)温度越低,碳酸氢钠的溶解度越小,易于析出。答案:(1)B、D(2)饱和NaHCO3溶液汲取未反应挥发出的NH3(3)aNH3(4)增大气体与溶液接触面积,提高CO2汲取率(5)温度越低碳酸氢钠的溶解度越小,便于析出一、选择题1.下列试验设计方案中,可行的是 ()A.用加入适量铜粉的方法除去Cu(NO3)2溶液中混有的AgNO3B.用洗气瓶中的NaOH溶液除去CO2中混有的HCl气体C.向某无色未知溶液中仅加入BaCl2溶液,以检验未知溶液中的SOD.用加热的方法提纯含有少量碳酸钠的碳酸氢钠【解析】选A。A项,铜比银活泼,可置换出银,可以达到除去Cu(NO3)2溶液中混有的AgNO3的目的;B项,CO2和HCl都能与NaOH反应,应用饱和碳酸氢钠溶液除杂;C项,仅加入BaCl2溶液,不能解除Cl-或SO32-的影响,可能生成AgCl或BaSO3、BaSO4等沉淀;D项,2.(2024·临沂模拟)四氯化锡(SnCl4)用作媒染剂和有机合成上的氯化催化剂。试验室制备四氯化锡的装置如图(部分夹持装置已略去)。已知:①金属锡熔融时通入干燥氯气反应可生成四氯化锡;②无水四氯化锡熔点:-33℃,114.1℃()A.①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装MnO2、饱和食盐水、浓硫酸、NaOH溶液B.试验时滴加浓盐酸反应一段时间,然后再点燃④处的酒精灯C.⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中效果更好D.⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替【解析】选A。A项,二氧化锰常温下不与浓盐酸反应,常温下高锰酸钾可与浓盐酸反应生成氯气,故①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装KMnO4、饱和食盐水、浓硫酸NaOH溶液;B项,试验时滴加浓盐酸反应一段时间使装置④充溢氯气(排出空气),然后再点燃④处的酒精灯;C项,⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中使其液化,效果更好;D项,⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替,起到干燥和除去多余的氯气的作用。3.用下列试验装置进行相应试验,装置正确且能达到试验目的的是 ()A.用图a所示装置验证H2在Cl2中燃烧的试验现象B.用图b所示装置从饱和食盐水中提取氯化钠C.用图c所示装置探究氧化性:KMnO4>Cl2>I2D.用图d所示装置分解MgCl2·6H2O获得MgCl2【解析】选C。A项,氯气的密度大于空气密度,盛有氯气的集气瓶应当正放;B项,蒸发氯化钠溶液应当用蒸发皿而不是坩埚;C项,高锰酸钾氧化氯离子变为氯气,氯气氧化碘离子变为碘单质;D项,MgCl2·6H2O受热发生分解。4.下列说法中,正确的是 ()A.向溴乙烷中加入NaOH溶液,加热,充分反应,再加入AgNO3溶液,产生淡黄色沉淀,证明溴乙烷中含有溴元素B.试验室制备乙烯时,温度计水银球应当插入浓硫酸和无水乙醇的混合液液面以下C.溴乙烷和NaOH醇溶液共热,产生的气体通入酸性KMnO4溶液,发觉溶液褪色,证明溴乙烷发生了消去反应D.制备新制Cu(OH)2悬浊液时,将4～6滴2%的NaOH溶液滴入2mL2%的CuSO4溶液中,边滴边振荡【解析】选B。A项,溴乙烷与NaOH溶液混合共热,发生水解反应生成溴离子,检验溴离子先加硝酸酸化,再滴加AgNO3溶液,生成浅黄色沉淀可证明;B项,试验室制备乙烯时,温度计水银球应当插入浓硫酸和无水乙醇的混合液液面以下,以测定反应物的温度,快速加热至170℃;C项,乙醇易挥发,乙醇与乙烯均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,则不能证明溴乙烷发生了消去反应生成乙烯;D项,制备新制Cu(OH)2悬浊液时,将4～6滴2%的NaOH溶液滴入2mL2%的CuSO4溶液中,氢氧化钠不足二、非选择题5.(新题预料)硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某爱好小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O)。Ⅰ.[查阅资料](1)Na2S2O3·5H2O是无色透亮晶体,易溶于水,其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。(2)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3,所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。(3)Na2SO3易被氧化;BaSO3难溶于水,可溶于稀盐酸。Ⅱ.[制备产品]试验装置如图所示(省略夹持装置):试验步骤:(1)检查装置气密性,按图示加入试剂。仪器a的名称是________;E中的试剂是________(选填下列字母编号)。

A.稀硫酸 B.NaOH溶液 C.饱和NaHSO3溶液(2)先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液,再向A中烧瓶滴加浓硫酸。(3)待Na2S和Na2CO3完全消耗后,结束反应。过滤C中混合物,滤液经________(填写操作名称)、结晶、过滤、洗涤、干燥,得到产品。

Ⅲ.[探究与反思](1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4,该小组设计了以下试验方案,请将方案补充完整。(所需试剂从稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸、蒸馏水中选择)取适量产品配成稀溶液,滴加足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,________________________________,若沉淀未完全溶解,并有刺激性气味的气体产生,则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。

(2)为削减装置C中生成Na2SO4的量,在不变更原有装置的基础上对试验步骤(2)进行了改进,改进后的操作是_________________________________________。

(3)Na2S2O3·5H2O的溶解度随温度上升显著增大,所得产品通过________方法提纯。

【解析】Ⅱ.(1)仪器a有活塞,故a为分液漏斗;在A装置中产生污染环境的气体SO2,故E装置用于处理未反应的SO2,在给定的三种溶液中,只有NaOH溶液能汲取SO2。(3)从溶液中得到晶体的操作包括蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥这五步。Ⅲ.(1)依据Ⅰ中(3)可知BaSO3可溶于盐酸,而BaSO4难溶于盐酸,则在配制的稀溶液中加入BaCl2溶液后,将生成的沉淀过滤、洗涤后,向沉淀中加入盐酸,沉淀未完全溶解,说明溶液中含有SO42-,沉淀溶解的部分生成了刺激性气味的气体为SO2,则沉淀中含有BaSO3(2)由Ⅰ(3)可知Na2SO3易被氧化,故装置中的氧气能将Na2SO3氧化,为了削减Na2SO4的生成量,应先将装置中的空气排尽,可先用A装置中生成的SO2将装置中的空气排尽。(3)因为硫代硫酸钠的溶解度随温度上升而显著增大,故可采纳重结晶法将其提纯。答案:Ⅱ.(1)分液漏斗B(3)蒸发Ⅲ.(1)用蒸馏水洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀盐酸(2)先向A中烧瓶滴加浓硫酸,产生的气体将装置中空气排尽后,再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液(3)重结晶【加固训练】1.已知某气态化石燃料X中只含有碳、氢两种元素,为探究该气体中碳和氢两种元素的质量比,某同学设计了燃烧法测量的试验方案,通过测量装置C和D的增重即可求得碳和氢两种元素的质量比。试验装置如图所示(已知CuO可以作为碳氢化合物燃烧的催化剂):(1)若A装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,装置A的作用有:①

________________________________________________________②

________________________________________________________(2)C装置中所盛放的药品是无水CaCl2或P2O5,作用是________________。

(3)D装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,作用是________________________________________。

(4)E装置中所盛放的药品是________,作用是____________________。

(5)上述装置中有一处错误,请按要求填写下表(不考虑酒精灯和加热方法可能存在的错误;若增加仪器和药品,请指明仪器、药品名称和位置):错误缘由______________________________

____________改正方法______________________________

____________(6)若试验装置经过改正后,得到的试验数据如下:质量试验前试验后药品+U形管的质量/g101.1102.9药品+广口瓶D的质量/g312.0314.2则该气体中碳和氢两种元素的质量比为________。

【解析】(1)由于空气中含有CO2,会干扰燃烧产物CO2的汲取,所以必需利用氢氧化钠除去空气中的CO2。其次还可以利用A中气泡产生的快慢来推断X和空气的通入速率,以保证O2过量;(2)依据燃烧产物水和CO2可知,首先应当先汲取水,然后再汲取CO2,由于C是汲取水蒸气的,而C是U形管,所以盛放的试剂是无水CaCl2或P2O5;(3)D是汲取CO2的,所以盛放的试剂是浓NaOH溶液;(4)由于空气中也含有水蒸气和CO2,所以E装置是汲取空气中的水和CO2的,因此试剂是碱石灰或固体NaOH;(5)由于从A中出来的气体中肯定含有水蒸气,会对后续的试验产生影响,所以须要在A和B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管;(6)药品+U形管的质量增加1.8g为生成水的质量,广口瓶D质量增加2.2g为燃烧生成二氧化碳气体的质量,物质的量分别是0.1mol水和0.05答案:(1)①除去空气中的CO2气体②调整X和空气的通入速率,保证O2过量(2)汲取混合气体中的水蒸气(3)汲取燃烧生成的二氧化碳气体(4)碱石灰或固体NaOH防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置D,对结果产生影响(5)加热前没有除去对本试验有影响的水蒸气在A、B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管(6)3∶12.(2024·重庆模拟)无水AlCl3可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。已知:①AlCl3、FeCl3分别在183℃、315℃时升华;②Ⅰ.试验室可用下列装置制备无水AlCl3。(1)组装好仪器后,首先应____________________,详细操作为______________。(2)装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是__________________________________。装置C中盛放的试剂是________。装置F中试剂的作用是________________________。若用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用,所装填的试剂为________。(3)将所制得的无水AlCl3配制溶液时需加入盐酸的目的是________。Ⅱ.工业上可由铝土矿(主要成分是Al2O3和Fe2O3)和焦炭制备,流程如下:(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和焦炭在高温下发生反应的化学方程式为__________。(2)700℃时,升华器中物质充分反应后降温实现FeCl3和AlCl3的分别。温度范围应为a.低于183b.介于183℃