2019-2020年高考化學二輪專題題組訓練 第14講 考點1 化學實驗方案的設計與評價(含解析).doc
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2019-2020年高考化學二輪專題題組訓練 第14講 考點1 化學實驗方案的設計與評價(含解析) 1.(xx山東理綜,31)工業(yè)上常利用含硫廢水生產(chǎn)Na2S2O35H2O,實驗室可用如下裝置(略去部分夾持儀器)模擬生產(chǎn)過程。 燒瓶C中發(fā)生反應如下: Na2S(aq)+H2O(l)+SO2(g)===Na2SO3(aq)+H2S(aq) (Ⅰ) 2H2S(aq)+SO2(g)===3S(s)+2H2O(l)(Ⅱ) S(s)+Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq)(Ⅲ) (1)儀器組裝完成后,關閉兩端活塞,向裝置B中的長頸漏斗內(nèi)注入液體至形成一段液柱,若________,則整個裝置氣密性良好。裝置D的作用是________________________________________________________________。 裝置E中為________溶液。 (2)為提高產(chǎn)品純度,應使燒瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反應,則燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質的量之比為________。 (3)裝置B的作用之一是觀察SO2的生成速率,其中的液體最好選擇________。 a.蒸餾水 b.飽和Na2SO3溶液 c.飽和NaHSO3溶液 d.飽和NaHCO3溶液 實驗中,為使SO2緩慢進入燒瓶C,采用的操作是____________________。已知反應(Ⅲ)相對較慢,則燒瓶C中反應達到終點的現(xiàn)象是_____________。 反應后期可用酒精燈適當加熱燒瓶A,實驗室用酒精燈加熱時必須使用石棉網(wǎng)的儀器還有 ________。 a.燒杯 b.蒸發(fā)皿 c.試管 d.錐形瓶 (4)反應終止后,燒瓶C中的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶即可析出Na2S2O35H2O,其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等雜質。利用所給試劑設計實驗,檢測產(chǎn)品中是否存在Na2SO4,簡要說明實驗操作、現(xiàn)象和結論: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 已知Na2S2O35H2O遇酸易分解:S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O 供選擇的試劑:稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液 解析 (1)若裝置不漏氣,則長頸漏斗中會形成一段液柱并且液柱高度保持不變;裝置D是安全瓶,可防止倒吸;裝置E是尾氣處理裝置,用來吸收過量的SO2,故所盛溶液可以是NaOH溶液等。 (2)根據(jù)蓋斯定律,由(Ⅰ)2+(Ⅱ)+(Ⅲ)3,得2Na2S(aq)+Na2SO3(aq)+3SO2(g)===3Na2S2O3(aq),故燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質的量之比為2∶1。 (3)裝置B中的溶液不能和SO2發(fā)生反應。蒸餾水溶解SO2;Na2SO3溶液能與SO2發(fā)生反應:SO2+Na2SO3+H2O===2NaHSO3;NaHCO3溶液也能與SO2發(fā)生反應:NaHCO3+SO2===CO2+NaHSO3;飽和NaHSO3溶液不能和SO2反應,也不溶解SO2。為使SO2緩慢進入燒瓶C,應使生成SO2的速率減慢,可通過控制滴加硫酸的速度來實現(xiàn);因反應(Ⅲ)相對較慢,C中反應達到終點時S消耗完,現(xiàn)象是溶液變澄清。蒸發(fā)皿加熱時不需墊石棉網(wǎng);試管是小型玻璃儀器,加熱時也不需墊石棉網(wǎng);燒杯、錐形瓶底部面積大,防止受熱不均勻,在加熱時需墊石棉網(wǎng)。 (4)Na2S2O3和Na2SO3的存在對SO的檢驗有干擾,要先除去。根據(jù)題給信息,可先加入過量的稀鹽酸將二者除去,排除干擾,再檢驗SO的存在。 答案 (1)液柱高度保持不變 防止倒吸 NaOH(合理即可) (2)2∶1 (3)c 控制滴加硫酸的速度(合理即可) 溶液變澄清(或渾濁消失) ad (4)取少量產(chǎn)品溶于足量稀鹽酸,靜置,取上層溶液(或過濾,取濾液),滴加BaCl2溶液,若出現(xiàn)沉淀則說明含有Na2SO4雜質(合理即可) 2.(xx濟南沖刺)氯氣和漂白粉是現(xiàn)代工業(yè)和生活常用的消毒劑、殺菌劑。 (1)實驗室擬用下列裝置制備干燥純凈的氯氣,請按照氣體從左向右流動的方向將儀器進行連接:H→________、________→________、________→________;并指出其中廣口瓶Ⅱ中的試劑為________。 (2)寫出工業(yè)上用氯氣和石灰乳制取漂白粉的化學反應方程式___________。 (3)實驗室有一瓶密封不嚴的漂白粉樣品,其中肯定存在CaCl2,請設計實驗,探究該樣品中除CaCl2外可能存在的其他固體物質。 ①提出合理假設。 假設1:該漂白粉未變質,只含________; 假設2:該漂白粉全部變質,只含________; 假設3:該漂白粉部分變質,既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。 ②設計實驗方案,進行實驗。 限選用的儀器和藥品:試管、滴管、帶導管的單孔塞、蒸餾水、自來水、1 molL-1鹽酸、品紅溶液、新制澄清石灰水。(提示:不必檢驗Ca2+和Cl-。) 實驗步驟 預期現(xiàn)象與結論 步驟1 取少量上述漂白粉于試管中,____________________________________________________ 步驟2 解析 (1)裝置的連接順序是制備裝置→洗氣除雜(除去氯化氫)→干燥裝置→收集裝置→尾氣吸收裝置。除去氯氣中的氯化氫最好用飽和食鹽水溶液。(3)①漂白粉的成分是Ca(ClO)2和CaCl2,在空氣中變質后生成CaCO3,由于肯定存在CaCl2,所以除CaCl2外,可能存在的其他固體物質就有三種假設:只有Ca(ClO)2,只有CaCO3,既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。②將樣品與鹽酸混合,CaCO3能產(chǎn)生CO2,借助于澄清石灰水檢驗其存在;Ca(ClO)2能將鹽酸氧化為氯氣,借助于品紅溶液檢測其存在。 答案 (1)B A C D E 飽和食鹽水 (2)2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (3)①Ca(ClO)2 CaCO3?、? 實驗步驟 預期現(xiàn)象與結論 步驟1 加入適量1 molL-1鹽酸 溶解后,再將產(chǎn)生的氣體 通入澄清石灰水中 ①若澄清石灰水未變渾濁,則假設1成立;②若澄清石灰水變渾濁,則假設2或假設3成立 步驟2 向步驟1反應后的試管中 滴入1~2滴品紅溶液, 振蕩 結合步驟1中的②:a.若品紅溶液褪色,則假設3成立;b.若品紅溶液不褪色,則假設2成立 —————[思維建模]———————————— 三種常見實驗方案設計的基本流程 1.物質制備實驗方案 設計的基本流程為:根據(jù)目標產(chǎn)物→確定可能原理→設計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→選擇原料→設計反應裝置(方法、儀器等)→實施實驗(步驟、操作要點、控制反應條件等)→分離提純產(chǎn)品。 2.性質探究性實驗方案 設計的基本流程為:根據(jù)物質的組成、結構和類型→提出性質猜想→設計實驗逐個驗證→記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)→歸納分析→合理推斷得出結論。 3.性質驗證實驗方案 設計的基本流程為:根據(jù)物質的性質→設計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→實施實驗(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點等)→觀察現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結論。 3.(xx西安聯(lián)考)信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構成了極大的威脅。某“變廢為寶”學生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后,得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物,并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線: 請回答下列問題: (1)第①步Cu與酸反應的離子方程式為______________________________; 得到濾渣1的主要成分為__________________________________________。 (2)第②步加H2O2的作用是________________________________________, 使用H2O2的優(yōu)點是_______________________________________________; 調(diào)溶液pH的目的是使________生成沉淀。 (3)用第③步所得CuSO45H2O制備無水CuSO4的方法是_________________。 (4)由濾渣2制取Al2(SO4)318H2O,探究小組設計了三種方案: 上述三種方案中,________方案不可行,原因是______________________: 從原子利用率角度考慮,________方案更合理。 (5)探究小組用滴定法測定CuSO45H2O(Mr=250)含量。取a g試樣配成100 mL溶液,每次取20.00 mL,消除干擾離子后,用c mol L-1 EDTA(H2Y2-)標準溶液滴定至終點,平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反應如下:Cu2++ H2Y2-===CuY2-+2H+ 寫出計算CuSO45H2O質量分數(shù)的表達式w=__________________________; 下列操作會導致CuSO45H2O含量的測定結果偏高的是________。 a.未干燥錐形瓶 b.滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡 c.未除凈可與EDTA反應的干擾離子 解析 (1)第①步加稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱,Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu2+、Al3+、Fe2+。所以濾渣1的成分是Pt和Au,濾液1中的離子是Cu2+、Al3+、Fe2+。Cu和酸反應的離子方程式為Cu+4H++2NO Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3Cu2++2NO↑+4H2O;(2)第②步加H2O2的作用是把Fe2+氧化為Fe3+,該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質,產(chǎn)物對環(huán)境無污染。調(diào)溶液pH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀。所以濾液2的成分是Cu2+,濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁;(3)用第③步所得CuSO45H2O制備CuSO4的方法應是在坩堝中加熱脫水;(4)甲方案在濾渣中只加硫酸會生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3,冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質,方法不可行;乙和丙方法均可行,乙方案先在濾渣中加H2SO4,生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3,再加Al粉和Fe2(SO4)3反應生成Al2(SO4)3和Fe,過濾后,蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體;丙方案先在濾渣中加NaOH,和Al(OH)3反應生成NaAlO2,過濾后再在濾液中加H2SO4生成Al2(SO4)3,蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體,但從原子利用率角度考慮方案乙更合理;(5)CuSO45H2O質量分數(shù)的表達式為w= 100%;滴定時,未干燥錐形瓶,不影響測定結果;若滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡,所讀取的消耗標準溶液的體積偏小,使測定結果偏低;若未除盡可與EDTA反應的離子,消耗EDTA溶液的體積偏大,使測定結果偏高。 答案 (1)Cu+4H++2NOCu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3Cu2++2NO↑+4H2O Au、Pt (2)將Fe2+氧化成Fe3+ 不引入雜質,對環(huán)境無污染 Fe3+、Al3+ (3)加熱脫水 (4)甲 所得產(chǎn)品中含有較多Fe2(SO4)3雜質 乙 (5)100% c- 配套講稿:
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