（全國通用版）2022年高考化學一輪復習 第九章 無機實驗 課時梯級作業(yè)三十三 9.3 化學實驗方案的設計與評價

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1、（全國通用版）2022年高考化學一輪復習 第九章 無機實驗 課時梯級作業(yè)三十三 9.3 化學實驗方案的設計與評價 一、選擇題(本題包括7小題,每題6分,共42分) 1.(2018·洛陽模擬)為證明鋁與鹽酸的反應是放熱反應,下列實驗裝置可達到實驗目的,且方案最佳的是 (　　) 【解析】選A。A.鋁與鹽酸產生的氫氣從試管中逸出,錐形瓶內的空氣受熱壓強增大,U形管中左邊紅墨水低,右邊紅墨水高,說明該反應是放熱反應,故A正確;B.燒杯中產生氣泡,反應完成并冷卻后導管會產生液柱,也能說明放熱,但分析太復雜,不直觀,效果不理想,故B錯誤;C.裝置未形成密閉體系,無現象,故C錯誤;D.鋁與鹽酸產生

2、的氫氣會使紅墨水的液面變化,該裝置不能說明反應時放出熱量,故D錯誤。 【加固訓練】 　　(2018·聊城模擬)用下圖所示裝置進行實驗,將少量液體逐滴加入固體乙中,試管中試劑為丙,則下表中現象正確的是 (　　) 選項 甲 乙 丙 試管中現象 A 濃氨水 生石灰 Al2(SO4)3 溶液 先沉淀后消失 B 濃硝酸 銅 淀粉KI溶液 試管口出現紅棕色溶液仍為無色 C 濃鹽酸 二氧化錳 石蕊溶液 先變紅后褪色 D 雙氧水 二氧化錳 氫硫酸 溶液出現渾濁 【解析】選D。A.硫酸鋁與氨水反應生成氫氧化鋁,氫氧化鋁與氨水不反應,沉淀不溶解,故

3、A錯誤;B.濃硝酸與銅反應生成二氧化氮,二氧化氮與水反應生成一氧化氮,一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮,可觀察到試管口出現紅棕色,硝酸能氧化I-生成I2,溶液顯藍色,故B錯誤;C.濃鹽酸與二氧化錳應在加熱條件下進行,題中沒有加熱,不能生成氯氣,故C錯誤;D.雙氧水在二氧化錳的催化作用下生成氧氣,氧氣能氧化硫化氫生成硫單質,溶液中會出現渾濁,故D正確;故選D。 2.(2018·淮南模擬)某同學采用硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考慮其他雜質)制備七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O),設計了如下流程: 下列說法不正確的是 (　　) A.溶解燒渣選用足

4、量硫酸,試劑X選用鐵粉 B.固體1中一定含有SiO2,控制pH是為了使Al3+轉化為Al(OH)3,進入固體2 C.從溶液2得到FeSO4·7H2O產品的過程中,須控制條件防止其氧化和分解 D.若改變方案,在溶液1中直接加NaOH至過量,得到的沉淀用硫酸溶解,其溶液經結晶分離也可得到FeSO4·7H2O 【解析】選D。燒渣(主要成分Fe2O3、Al2O3、SiO2)用酸溶解后要制取七水合硫酸亞鐵,所以加入的酸應為硫酸,溶解后的溶液1中含有Fe3+、Al3+,要把Fe3+轉化為Fe2+,應該加入還原性鐵粉,A項正確;燒渣用足量硫酸溶解后,SiO2與硫酸不反應,固體1中一定有SiO2,向溶

5、液中加入NaOH溶液控制pH的目的是使Al3+沉淀,而Fe2+不沉淀,B項正確;制取FeSO4·7H2O的過程中,由于Fe2+易被空氣中的氧氣氧化,并且易水解,所以要控制條件,C項正確;向溶液1中直接加入NaOH溶液,不加鐵粉,得到的是Fe(OH)2沉淀,但Fe(OH)2不穩(wěn)定,很容易被氧化成Fe(OH)3沉淀,導致最后制得的產品不純,混有較多的雜質Fe2(SO4)3,D項錯誤。 3.為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質量分數(含少量NaCl),準確稱量W0 g樣品進行實驗,下列實驗方法所對應的實驗方案和測量數據最合理(除W0外)的是 (　　) 選項 實驗方法 實驗方案 測量

6、數據 A 滴定法 將樣品配成100 mL溶液,取10 mL,加入甲基橙,用標準鹽酸滴定 消耗鹽酸的體積 B 量氣法 將樣品與鹽酸反應,生成的氣體全部被堿石灰吸收 堿石灰增重 C 重量法 樣品放入燒瓶中,置于天平上,加入足量鹽酸 減輕的質量 D 量氣法 將樣品與鹽酸反應,氣體通過排水量氣裝置量氣 排水體積 【解析】選A。A.鹽酸滴定Na2CO3,用甲基橙作指示劑,正確;B.堿石灰既可以吸收CO2,也可以吸收水分,無法測定Na2CO3的質量分數,錯誤;C.CO2揮發(fā)能帶出水分,根據減輕的質量測定Na2CO3的質量分數,會產生較大誤差,錯誤;D.CO2能溶于水,則排

7、水體積不等于CO2的體積,錯誤。 4.下列有關實驗原理、方法和結論都正確的是(　　) A.用HNO2溶液做導電性實驗,燈光較暗,說明HNO2是弱電解質 B.在滴有酚酞的Na2CO3溶液中逐滴加入BaCl2溶液,紅色逐漸褪去,說明Na2CO3溶液中存在水解平衡 C.SO2通入溴水中,溴水褪色,說明SO2具有漂白性 D.利用溶解性的不同,可用酒精將碘水中的碘萃取出來 【解析】選B。導電性與離子的濃度有關,題中未指明濃度,不能證明,A項錯誤;滴加酚酞,溶液呈紅色,說明溶液呈堿性,而加BaCl2,會生成BaCO3沉淀,C減少,紅色褪去,說明此紅色是由C水解引起的,B項正確;SO2通入溴水中

8、,溴氧化SO2自身被還原,溴水褪色,說明SO2具有還原性,C項錯誤;酒精與水互溶,不能萃取,D項錯誤。 5.某課外實驗小組設計的下列實驗不合理的是 (　　) 【解析】選C。A項,生成的H2能將體系中的O2排出,觀察到Fe(OH)2白色沉淀;B項,脫脂棉燃燒,能說明Na2O2與水反應放熱;C項,不能用排水法收集NO2氣體;D項,NaOH固體溶于水放熱,且提供OH-,抑制NH3·H2O的電離,能用于制備少量NH3。 6.(2018·南昌模擬)下列有關實驗裝置及實驗方案的設計正確的是 (　　) 【解析】選D。HCl的密度比空氣的大,集氣瓶中的導管應該是進氣管長、出氣管短,A項錯誤

9、;生成的氣體可能會從長頸漏斗中逸出,且長頸漏斗不能控制滴加速率,故應該用分液漏斗,B項錯誤;稀硫酸與碳酸鈉反應生成的CO2會和燒杯中的次氯酸鈉溶液反應生成HClO,但無明顯現象,故無法判斷Ka1(H2CO3)與Ka(HClO)的大小關系,C項錯誤;品紅褪色,是SO2的漂白性所致,與H2S反應生成淡黃色固體,是SO2的氧化性所致,D項正確。 【加固訓練】 　　根據下列實驗現象,所得結論錯誤的是 (　　) 實驗 實驗現象 結論 A Ⅰ燒杯中鐵表面有氣泡,Ⅱ燒杯中銅表面有氣泡 活動性:Al>Fe>Cu B 試管中收集到無色氣體 銅與濃硝酸的反應產物是NO C 試管b比試

10、管a中溶液的紅色深 增大反應物濃度,平衡向正反應方向移動 D 長頸漏斗內液面高于燒瓶內液面且保持不變 裝置氣密性良好 【解析】選B。A項,作正極的金屬不活潑,正極上析出氫氣,所以能比較金屬的活動性,故正確;B項,銅和濃硝酸生成二氧化氮,二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮,故錯誤;C項,增大反應物的濃度平衡向正反應方向移動,故正確;D項,利用壓強差能檢驗裝置的氣密性,故正確。 7.(能力挑戰(zhàn)題)下圖表示從固體混合物中分離X的兩種方案,請根據方案1和方案2指出下列說法合理的是 (　　) A.可以選用方案1分離碳酸氫鈉中含有的氯化銨 B.方案1中殘留物應該具有的性質是受熱易

11、揮發(fā) C.方案2中加入的試劑一定能夠與除X外的物質發(fā)生化學反應 D.方案2中加入NaOH溶液可以分離出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3 【解析】選D。碳酸氫鈉加熱分解,A錯誤;加熱后留下的殘留物一定是固體或難揮發(fā)的液體,B錯誤;C項,加入的試劑可以是水且不一定發(fā)生化學反應,C錯誤;二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的硅酸鈉,進而分離出氧化鐵,D正確。 二、非選擇題(本題包括3小題,共58分) 8.(19分)(2018·黃崗模擬)直接排放含SO2的煙氣會形成酸雨,危害環(huán)境。某化學實驗小組進行如下有關SO2性質的探究活動。 (1)裝置A中反應的離子方程式為_______

12、_________。? (2)選用圖1以上裝置和藥品探究亞硫酸與次氯酸的酸性強弱: ①甲同學認為按照A→C→F→尾氣處理順序連接裝置可以證明亞硫酸和次氯酸的酸性強弱,乙同學認為該方案不合理,其理由是________________。? ②丙同學設計的合理實驗方案為按照A→C→______________________________→尾氣處理(填字母)順序連接裝置。其中裝置C的作用是_________________ __________________________。證明亞硫酸的酸性強于次氯酸的酸性的實驗現象是__________________________。? (3)利用

13、圖2的裝置測量裝置A中殘液SO2的含量。量取10.00 mL殘液于圓底燒瓶中,加熱使SO2全部蒸出,用20.00 mL 0.100 0 mol·L-1的KMnO4標準溶液吸收。充分反應后,再用0.200 0 mol·L-1 的KI溶液滴定過量的KMnO4,消耗KI溶液 25.00 mL。(已知:10I-+2Mn+16H+2Mn2++5I2+8H2O) ①圖2錐形瓶中發(fā)生反應的離子方程式為___________________。? ②殘液中SO2的含量為____________________mol·L-1。? 【解析】(1)裝置A中鹽酸與亞硫酸鈣反應生成氯化鈣、水和二氧化硫,離子反應方

14、程式為CaSO3+2H+Ca2++SO2↑+H2O;(2)①按照A→C→F→順序連接裝置,其中飽和的亞硫酸氫鈉除去氯化氫,二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應,不能證明強酸制備弱酸的原理,不能證明亞硫酸和次氯酸的酸性強弱; ②次氯酸具有強氧化性、二氧化硫具有還原性,不能利用二氧化硫與次氯酸鈣直接反應判斷亞硫酸與次氯酸的酸性強弱,先驗證亞硫酸酸性比碳酸強,再結合碳酸酸性比次氯酸強來判斷。A裝置制備二氧化硫,由于鹽酸易揮發(fā),制備的二氧化硫中混有氯化氫,用飽和的亞硫酸氫鈉除去二氧化碳中的二氧化硫,用品紅溶液檢驗二氧化碳中二氧化硫是否除盡,再通入F中,則裝置連接順序為A、C、B、E、D、F,其

15、中裝置C的作用是除去氯化氫氣體,D中品紅不褪色,F中出現白色沉淀,可證明亞硫酸的酸性強于次氯酸;(3)①圖2錐形瓶中SO2與KMnO4發(fā)生氧化還原反應,反應的離子方程式為5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+;②由10I-+ 2Mn+16H+2Mn2++5I2+8H2O,根據KI的量計算出則過量KMnO4的物質的量為0.001 mol,所以與殘液中SO2反應KMnO4的物質的量為0.02 L×0.100 0 mol·L-1 -0.001 mol=0.001 mol,又5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+,則殘液中SO2含量為0.002 5 mol,所以殘液中SO2

16、含量為0.25 mol·L-1。 答案:(1)CaSO3+2H+Ca2++SO2↑+H2O (2)①二氧化硫通入次氯酸鈣溶液發(fā)生了氧化還原反應不能證明強酸制備弱酸的原理 ②B→E→D→F　除去HCl氣體以免影響后面的實驗　裝置D中品紅溶液不褪色,F中出現白色沉淀 (3)①5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+?、?.25 【方法規(guī)律】物質性質實驗設計題的解題策略 性質驗證型實驗題的關鍵是結合題目要求和所給的儀器、裝置以及所給的試劑,了解命題的意圖。 ①已給出試劑或裝置(儀器)的實驗: 該類題目的關鍵是通讀全題,結合題意或元素化合物的性質,弄清楚在某一儀器處發(fā)生的反應

17、或該反應的現象,同時要理解設置的儀器或裝置的目的,這樣問題就能迎刃而解。 ②已知反應或反應現象及儀器操作要求: 該類題目的關鍵是根據題目的現象或操作要求等,通過所學元素化合物性質或化學實驗的儀器使用和基本操作,確定此處缺少的試劑或缺少的裝置或儀器。9.(19分)(2018·商丘模擬)一種含鋁、鋰、鈷的新型電子材料,生產中產生的廢料數量可觀,廢料中的鋁以金屬鋁箔的形式存在,鈷以Co2O3·CoO的形式存在,吸附在鋁箔的單面或雙面,鋰混雜于其中。從廢料中回收氧化鈷(CoO)工藝流程如下: (1)過程Ⅰ中采用NaOH溶液溶解廢料中的Al,反應的離子方程式為________ _______

18、___________。? (2)過程Ⅱ中加入稀硫酸酸化后,再加入Na2S2O3溶液浸出鈷,則浸出鈷的化學反應方程式為(產物中只有一種酸根)________。在實驗室模擬工業(yè)生產時,也可用鹽酸浸出鈷,但實際工業(yè)生產中不用鹽酸,請從氧化還原和環(huán)境保護的角度分析不用鹽酸浸出鈷的主要原因是__? __。? (3)過程Ⅲ得到鋰鋁渣的主要成分是LiF和Al(OH)3,碳酸鈉溶液在產生Al(OH)3時起重要作用,請寫出該反應的離子方程式_____________________。? (4)碳酸鈉溶液在過程Ⅲ和Ⅳ中所起作用有所不同,請寫出在過程Ⅳ中起的作用是________

19、_________________________________________。? 【解析】(1)鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣,反應的離子方程式為2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑;(2)Co3O4和Na2S2O3在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應生成CoSO4、Na2SO4和H2O,反應方程式為4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4 +Na2SO4+11H2O,所以加入Na2S2O3的作用是還原Co3+,鹽酸具有還原性,能被Co2O3·CoO氧化生成有毒的氯氣而污染環(huán)境,所以不能用鹽酸;(3)鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生水解相互促進生成氫氧化鋁和二氧化碳,

20、水解的離子方程式為2Al3++3C+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑;(4)碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生水解相互促進生成氫氧化鋁和二氧化碳;碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調整pH,提供C,使Co2+沉淀為CoCO3。 答案:(1)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑ (2)4Co2O3·CoO+Na2S2O3+11H2SO412CoSO4+Na2SO4+11H2O Co2O3·CoO可氧化鹽酸產生Cl2,污染環(huán)境 (3)2Al3++3C+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑ (4)調整pH,提供C,使Co2+沉淀為CoCO3 10.(20分)(能力挑戰(zhàn)題)硫化堿

21、法是工業(yè)上制備Na2S2O3的方法之一,反應原理為2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2(該反應ΔH>0)。某研究小組在實驗室用硫化堿法制備Na2S2O3·5H2O流程如下: (1)吸硫裝置如圖所示。 ①裝置B的作用是檢驗裝置A中SO2的吸收效率,B中試劑是________,表明SO2吸收效率低的實驗現象是B中溶液______________________。? ②為了使SO2盡可能吸收完全,在不改變A中溶液濃度、體積的條件下,除了及時攪拌反應物外,還可采取的合理措施是_______________________________、? __________

22、__________________。(寫出兩條)? (2)假設本實驗所用的Na2CO3含少量NaCl、NaOH,設計實驗方案進行檢驗(室溫時CaCO3飽和溶液的pH=10.2)。 限選試劑及儀器:稀硝酸、AgNO3溶液、CaCl2溶液、Ca(NO3)2溶液、酚酞溶液、蒸餾水、pH計、燒杯、試管、滴管。 序號 實驗操作 預期現象 結論 ① 取少量樣品于試管中,加入適量蒸餾水,充分振蕩溶解, ______________ 樣品含 NaCl ② 另取少量樣品于燒杯中,加入適量蒸餾水,充分攪拌溶解, ______________ 樣品含NaOH (3)Na2S2O3溶

23、液是定量實驗中的常用試劑,測定其濃度的過程如下:①準確稱取 a g KIO3(相對分子質量:214)固體配成溶液,②加入過量KI固體和H2SO4溶液,滴加指示劑,③用Na2S2O3溶液滴定至終點,消耗Na2S2O3溶液的體積為V mL。則c(Na2S2O3)=____________mol·L-1(只列出算式,不作運算)。? 已知:2S2+I2S4+2I-。 (4)某同學第①步和第②步的操作都很規(guī)范,第③步滴速太慢,這樣測得的Na2S2O3濃度可能________(填“無影響”“偏低”或“偏高”),原因是____________ ________(用離子方程式表示)。? 【解析】(1

24、)①由于SO2具有還原性、漂白性,因此若裝置B的作用是檢驗裝置A中SO2的吸收效率,則B中試劑可以是品紅、溴水或KMnO4溶液,表明SO2吸收效率低的實驗現象是B中溶液顏色很快褪去。 ②要使SO2盡可能吸收完全,在不改變A中溶液濃度、體積的條件下,除了及時攪拌反應物外,還可采取的合理措施是增大SO2的接觸面積、控制SO2的流速、適當升高溫度等。 (2)氯離子的檢驗可以利用硝酸酸化的硝酸銀溶液;由于飽和碳酸鈣溶液的pH=10.2,所以檢驗OH-時可以先加入氯化鈣溶液,然后測量溶液的pH進行對比即可。 (3)a g碘酸鉀的物質的量是 mol,則根據反應式I+5I-+6H+3I2+3H2O、2

25、S2+I2S4+2I-可知: I　～　6S2 1 mol 6 mol mol mol×6 所以c(Na2S2O3)= mol·L-1= mol·L-1。 (4)由于碘離子易被空氣中的氧氣氧化:4I-+4H++O22I2+2H2O,因此如果第③步滴速太慢,則導致消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積增加,從而導致其濃度偏低。 答案:(1)①品紅(或溴水、KMnO4溶液)　顏色很快褪去[或指出相應試劑的正確顏色(紅色、黃色等)變化也可] ②增大SO2的接觸面積　控制SO2的流速　適當升高溫度(答其中兩條即可) (2)①滴加足量稀硝酸,再滴加少量AgNO3溶液,振蕩　有白色沉淀生成 ②加入過量CaCl2溶液,攪拌,靜置,用pH計測定上層清液pH　有白色沉淀生成,上層清液pH大于10.2 (3)或(其他正確答案也可) (4)偏低　4I-+4H++O22I2+2H2O