2025年高中三年级下学期化学实验设计专项试卷（含答案）

2025年高中三年级下学期化学实验设计专项试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、阅读下列材料，回答问题。金属钛（Ti）具有密度小、强度高、耐腐蚀性优异等优良性能，被誉为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、医疗器械、化工设备等领域有着广泛应用。工业上通常用电解熔融四氯化钛（TiCl₄）的方法制备金属钛。四氯化钛是沸点为136.4℃、遇水剧烈反应生成氢氧化钛和氯气的无色透明液体，常温下遇湿空气也会发生水解。某研究小组欲利用图示装置（图中省略了加热和搅拌等装置，A为四氯化钛储罐，B为电解池，C为产物收集区）模拟工业上电解制备金属钛的过程。（1）请写出图中B装置中发生反应的化学方程式：__________。（2）四氯化钛在储存和运输过程中，为防止其水解，通常添加少量惰性气体保护，该惰性气体不能是__________（填字母）。A．O₂B．N₂C．ArD．H₂（3）根据四氯化钛的性质，指出图中装置C部分设计存在的主要缺点：__________。（4）若要获得纯净的金属钛，理论上电解后C部分收集到的气体X是__________（填化学式）。为回收利用该气体X，可以采用的方法是__________。（5）工业上电解TiCl₄制备钛时，阳极材料需要选用耐腐蚀且能导电的材料，如碳石墨或钛基合金，不能选用的是__________（填化学式），原因是__________。二、用化学方法测定硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）晶体中结晶水含量的实验操作流程大致如下：称量空坩埚并记录质量->放入一定量硫酸铜晶体于坩埚中，盖上坩埚盖->加热至晶体完全失去结晶水->冷却->称量坩埚和固体并记录质量->计算结晶水含量。（1）实验中应选用__________作为加热的热源，原因是__________。（2）步骤（1）中称量时，若天平的指针偏左，则说明__________。（3）步骤（4）中，为了确保硫酸铜完全失去结晶水，停止加热的依据是__________。（4）某同学按上述流程进行实验，测得的数据如下：坩埚质量为23.20g，坩埚+硫酸铜晶体总质量为30.80g，坩埚+无水硫酸铜质量为25.40g。请计算该硫酸铜晶体的结晶水含量（请写出计算过程和结果，假设所有操作均无误）。（5）请指出该实验操作中可能引起实验结果偏低的一种原因，并简要说明理由。三、向一支盛有少量铁粉的试管中缓慢通入氯气，观察到铁粉逐渐溶解，溶液变为黄色。请设计实验方案，探究该黄色溶液中主要铁离子的还原性。要求简述实验步骤、预期现象和结论。四、某兴趣小组用稀硝酸、铜片、铁片和稀硫酸为主要试剂，设计实验探究铁、铜与稀硝酸的反应。请设计一个实验方案（可以包含多个步骤），通过简单实验比较铁与铜的活动性，并说明比较的依据。五、某同学欲用乙醇、浓硫酸、氧化铜为主要试剂，在实验室制备少量乙醛，并用新制氢氧化铜悬浊液检验乙醛。请设计制备和检验的实验方案，简述主要实验步骤、预期现象及对应的化学方程式。请说明在制备乙醛的实验中，如何减少副产物的生成？请简述理由。六、向盛有少量二氧化锰固体的烧杯中逐滴加入浓盐酸，并不断搅拌，观察到有黄绿色气体产生，该气体在空气中迅速变为红棕色。请设计实验方案，验证该黄绿色气体中含有氯元素。要求简述实验步骤、预期现象和相应的化学方程式。试卷答案一、（1）TiCl₄+2Mg→Ti+2MgCl₂（2）A（3）四氯化钛易挥发，冷凝管未有效冷凝挥发出的四氯化钛，可能堵塞导管或进入水中发生水解（4）Cl₂；Cl₂与氢氧化钠溶液反应（5）Fe；Fe能与氯气反应生成氯化铁二、（1）酒精灯；酒精灯加热温度较低，且便于控制，可防止硫酸铜晶体飞溅或分解（2）已称量的药品质量偏大（或：称量时右盘质量大于左盘质量）（3）连续两次称量固体的质量基本不变（或：灼烧后固体质量不再减少）（4）计算过程：n(CuSO₄)=(25.40g-23.20g)/160g·mol⁻¹=0.015mol；m(H₂O)=(30.80g-25.40g)-0.015mol×18g·mol⁻¹=2.10g；结晶水含量=(2.10g/0.015mol)×100%=140%(或：结晶水个数=2.10g/(0.015mol×18g·mol⁻¹)=8)结果：该硫酸铜晶体的结晶水含量为140%（5）例如：加热过度导致硫酸铜分解；（说明理由）硫酸铜分解生成了氧化铜，导致测得的无水硫酸铜质量偏小，从而计算出的结晶水含量偏低。三、实验步骤：取少量黄色溶液于试管中，滴加少量KI淀粉溶液。预期现象：溶液变蓝（或：淀粉碘化钾试纸变蓝）。结论：若溶液变蓝（或试纸变蓝），说明黄色溶液中的铁离子具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质；若不显色，则说明铁离子还原性较弱或不存在。四、实验方案：取两支试管，分别加入等量的稀硝酸，向其中一支试管中加入少量铜片，向另一支试管中加入少量铁片，观察现象。比较依据：若铜片溶解而铁片不溶解（或：溶液由无色变为蓝色），则说明铁的活动性弱于铜；若铁片溶解而铜片不溶解（或：溶液由无色变为浅绿色），则说明铁的活动性强于铜；若两金属均溶解（或均不溶解），则说明铁与铜的活动性相近（需根据所用硝酸浓度判断）。五、制备方案：在锥形瓶中加入适量乙醇和几粒沸石，缓慢加入浓硫酸，将锥形瓶置于水浴中加热，将产生的气体通过饱和Na₂SO₄溶液除去乙醇等杂质，干燥后通入盛有新制氢氧化铜悬浊液的试管中，加热试管底部。主要步骤：①配制新制氢氧化铜悬浊液：在试管中加热氢氧化钠溶液，滴加几滴硫酸铜溶液至沉淀恰好完全溶解。②制备乙醛：在锥形瓶中按顺序加入乙醇、浓硫酸，水浴加热，产生的气体依次通过饱和Na₂SO₄溶液和浓硫酸干燥，干燥后的气体通入②中的试管。③检验乙醛：加热试管底部，观察现象。预期现象：②中产生无色气体，经洗气后气体变得有刺激性气味；③中氢氧化铜悬浊液变澄清，产生红色沉淀。化学方程式：①Cu(OH)₂+SO₄²⁻+2Na⁺→CuSO₄+2NaOH(或写为：2CuO+SO₃²⁻+4Na⁺+2H₂O→2Cu(OH)₂↓+2Na₂SO₄)②CH₃CH₂OH+H₂SO₄(浓)\xrightarrow{加热}CH₃CHO+H₂O+SO₂↑③CH₃CHO+2Cu(OH)₂\xrightarrow{加热}CH₃COOH+Cu₂O↓+3H₂O减少副产物的生成：将锥形瓶置于冰水浴中加热。理由：浓硫酸与乙醇的催化氧化反应是放热反应，降低反应温度有利于平衡向生成