（全國通用版）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第九章 無機實驗 課時梯級作業(yè)三十三 9.3 化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價

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1、（全國通用版）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第九章 無機實驗 課時梯級作業(yè)三十三 9.3 化學(xué)實驗方案的設(shè)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(yīng)是放熱反應(yīng),下列實驗裝置可達(dá)到實驗?zāi)康?且方案最佳的是 (　　) 【解析】選A。A.鋁與鹽酸產(chǎn)生的氫氣從試管中逸出,錐形瓶內(nèi)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(yīng)是放熱反應(yīng),故A正確;B.燒杯中產(chǎn)生氣泡,反應(yīng)完成并冷卻后導(dǎo)管會產(chǎn)生液柱,也能說明放熱,但分析太復(fù)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(xiàn)象,故C錯誤;D.鋁與鹽酸產(chǎn)生

2、的氫氣會使紅墨水的液面變化,該裝置不能說明反應(yīng)時放出熱量,故D錯誤。 【加固訓(xùn)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(xiàn)象正確的是 (　　) 選項 甲 乙 丙 試管中現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)渾濁 【解析】選D。A.硫酸鋁與氨水反應(yīng)生成氫氧化鋁,氫氧化鋁與氨水不反應(yīng),沉淀不溶解,故

3、A錯誤;B.濃硝酸與銅反應(yīng)生成二氧化氮,二氧化氮與水反應(yīng)生成一氧化氮,一氧化氮與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮,可觀察到試管口出現(xiàn)紅棕色,硝酸能氧化I-生成I2,溶液顯藍(lán)色,故B錯誤;C.濃鹽酸與二氧化錳應(yīng)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(zhì),溶液中會出現(xiàn)渾濁,故D正確;故選D。 2.(2018·淮南模擬)某同學(xué)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(zhì))制備七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O),設(shè)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(zhuǎn)化為Al(OH)3,進入固體2 C.從溶液2得到FeSO4·7H2O產(chǎn)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(jīng)結(jié)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(yīng)為硫酸,溶解后的溶液1中含有Fe3+、Al3+,要把Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,應(yīng)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(yīng),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(dǎo)致最后制得的產(chǎn)品不純,混有較多的雜質(zhì)Fe2(SO4)3,D項錯誤。 3.為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含少量NaCl),準(zhǔn)確稱量W0 g樣品進行實驗,下列實驗方法所對應(yīng)的實驗方案和測量數(shù)據(jù)最合理(除W0外)的是 (　　) 選項 實驗方法 實驗方案 測量

6、數(shù)據(jù) A 滴定法 將樣品配成100 mL溶液,取10 mL,加入甲基橙,用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定 消耗鹽酸的體積 B 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),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(zhì)量 D 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),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(zhì)量分?jǐn)?shù),錯誤;C.CO2揮發(fā)能帶出水分,根據(jù)減輕的質(zhì)量測定Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),會產(chǎn)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(guān)實驗原理、方法和結(jié)論都正確的是(　　) A.用HNO2溶液做導(dǎo)電性實驗,燈光較暗,說明HNO2是弱電解質(zhì) 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(dǎo)電性與離子的濃度有關(guān),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(shè)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(yīng)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(guān)實驗裝置及實驗方案的設(shè)計正確的是 (　　) 【解析】選D。HCl的密度比空氣的大,集氣瓶中的導(dǎo)管應(yīng)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(yīng)該用分液漏斗,B項錯誤;稀硫酸與碳酸鈉反應(yīng)生成的CO2會和燒杯中的次氯酸鈉溶液反應(yīng)生成HClO,但無明顯現(xiàn)象,故無法判斷Ka1(H2CO3)與Ka(HClO)的大小關(guān)系,C項錯誤;品紅褪色,是SO2的漂白性所致,與H2S反應(yīng)生成淡黃色固體,是SO2的氧化性所致,D項正確。 【加固訓(xùn)練】 　　根據(jù)下列實驗現(xiàn)象,所得結(jié)論錯誤的是 (　　) 實驗 實驗現(xiàn)象 結(jié)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(yīng)產(chǎn)物是NO C 試管b比試

10、管a中溶液的紅色深 增大反應(yīng)物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動 D 長頸漏斗內(nèi)液面高于燒瓶內(nèi)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(yīng)生成硝酸和一氧化氮,故錯誤;C項,增大反應(yīng)物的濃度平衡向正反應(yīng)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(jù)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(yīng)該具有的性質(zhì)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(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 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(xué)反應(yīng),C錯誤;二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)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(xué)實驗小組進行如下有關(guān)SO2性質(zhì)的探究活動。 (1)裝置A中反應(yīng)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(xué)認(rèn)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(xué)認(rèn)為該方案不合理,其理由是________________。? ②丙同學(xué)設(shè)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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液吸收。充分反應(yīng)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(yīng)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(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化硫,離子反應(yīng)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(yīng),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(yīng)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(jié)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(xiàn)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(yīng),反應(yīng)的離子方程式為5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+;②由10I-+ 2Mn+16H+2Mn2++5I2+8H2O,根據(jù)KI的量計算出則過量KMnO4的物質(zhì)的量為0.001 mol,所以與殘液中SO2反應(yīng)KMnO4的物質(zhì)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(yīng)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(xiàn)白色沉淀 (3)①5SO2+2Mn+2H2O2Mn2++5S+4H+　②0.25 【方法規(guī)律】物質(zhì)性質(zhì)實驗設(shè)計題的解題策略 性質(zhì)驗證型實驗題的關(guān)鍵是結(jié)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(guān)鍵是通讀全題,結(jié)合題意或元素化合物的性質(zhì),弄清楚在某一儀器處發(fā)生的反應(yīng)

17、或該反應(yīng)的現(xiàn)象,同時要理解設(shè)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(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象及儀器操作要求: 該類題目的關(guān)鍵是根據(jù)題目的現(xiàn)象或操作要求等,通過所學(xué)元素化合物性質(zhì)或化學(xué)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(chǎn)中產(chǎn)生的廢料數(shù)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(yīng)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(xué)反應(yīng)方程式為(產(chǎn)物中只有一種酸根)________。在實驗室模擬工業(yè)生產(chǎn)時,也可用鹽酸浸出鈷,但實際工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)生Al(OH)3時起重要作用,請寫出該反應(yīng)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(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣,反應(yīng)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(yīng)生成CoSO4、Na2SO4和H2O,反應(yīng)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(diào)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(chǎn)生Cl2,污染環(huán)境 (3)2Al3++3C+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑ (4)調(diào)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(yīng)原理為2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2(該反應(yīng)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(xiàn)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(yīng)物外,還可采取的合理措施是_______________________________、? __________

22、__________________。(寫出兩條)? (2)假設(shè)本實驗所用的Na2CO3含少量NaCl、NaOH,設(shè)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(yù)期現(xiàn)象 結(jié)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?jǐn)嚢枞芙? ______________ 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(zhǔn)確稱取 a g KIO3(相對分子質(zhì)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(xué)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(xiàn)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(yīng)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(dāng)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(zhì)的量是 mol,則根據(jù)反應(yīng)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(dǎo)致消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積增加,從而導(dǎo)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(yīng)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(dāng)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