2019高考化学 考点必练 专题24 实验方案的设计和评价补差专练

考点二十四实验方案的设计和评价补差专练

1．（2018届河北省五个一联盟（邯郸一中石家庄一中张家口一中保定一中唐山一中）高三上学期第二次模拟考试）CuCl是一种白色粉末，在空气中易被氧化成绿色，见光则分解,变成褐色,是应用广泛的有机合成催化剂,它可采取多种方法制取。

方法I :铜粉还原CuSO4溶液。

已知:CuCl 微溶于水，难溶于乙醇，在水溶液中存在平衡:CuCl+2Cl-[CuCl 3]2-(无色溶液)。

(1)将废铜板浸入热的H2SO4溶液中，并通入空气，可以生成CuSO4。该反应的离子方程式为__________。

(2)①中观察到_______现象时，即表明反应已经完全；②中加入大量水的目的是________(请用平衡移动原理解释)。

(3)上述流程中，“洗涤”操作所用洗涤剂应选用_______(填所用试剂名称)以减少滤渣的溶解损失；“真空干燥”的原因是__________。

方法Ⅱ:铜电极电解饱和食盐水。

往U形管中注入饱和食盐水，将两边的铜丝分别与电源的正、负极相连,实验装置如图。

(4)运用电解法制备CuCl 的电极反应式为____________。

(5)产品分析:准确称取所制备的氣化亚铜样品m g，将其置于足量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸,用a mol/L 的K2Cr2O7溶液滴定到终点，消耗K2Cr2O7溶液b mL，反应中Cr2O72- 被还原为Cr3+,样品中CuCl 的质量分数为_______。

【答案】2Cu+O2+4H+==2Cu2++2H2O溶被由蓝色变为无色稀释促进平衡CuCl(白色)+2Cl-=[CuCl3]2-( 无色溶液)逆向移动，生成CuCl乙醇防止CuCl被氧化Cu-e-+Cl-=CuCl(0.597ab/m)×100%

（2）反应完全时，溶液中所有的Cu2+都被还原，所以溶液的蓝色褪去。即①中观察到溶液由蓝色变为无色的现象时，即表明反应已经完全。②中加入大量水的目的是为了使CuCl+2Cl-[CuCl 3]2-的平衡向逆反应方向移动，以便使CuCl转化为沉淀析出。

（3）因为CuCl微溶于水，用水洗涤会有一部分CuCl溶于水而损失产品，所以用乙醇洗（CuCl在乙醇中不溶）这样可以减少产品损失。题目已知CuCl在空气中易被氧化，所以应该用真空干燥，以避免CuCl被氧化。

（4）明显CuCl只能生成在阳极，阳极材料为Cu，阳极反应应该为金属单质失电子，生成物一定是CuCl，所以阳极的电极反应为：Cu-e-+Cl-=CuC1。

（5）考虑到CuCl易被氧化，所以认为其能被氯化铁氧化，方程式为：CuCl + FeCl3 = CuCl2 + FeCl2，反应后的溶液加入重铬酸钾溶液再将生成的FeCl2氧化为FeCl3，Cr2O72- 被还原为Cr3+。因为Fe的化合价开始和最后都是+3，所以认为CuCl化合价升高失电子应该等于Cr2O72- 化合价降低得电子。a mol/L 的K2Cr2O7体积为 b mL，其中含有K2Cr2O7为ab/1000mol，K2Cr2O7转化为Cr3+（+6价降低为+3价），所以得电子为2×3×ab/1000mol，1个CuCl只能失去1个电子，则CuCl为2×3×ab/1000mol，质量为99.5×2×3×ab/1000g，质量分数为99.5×2×3×ab/1000m＝0.597ab/m。

2．（2019届福建省莆田市第二十四中学高三上学期第一次调研考试）FeCl3为中学化学中经常使用的物质，长郡化学实验小组为探究 FeCl3的性质，进行了如下实验。

(1)学习小组 A 为探究 FeCl3与 KI 溶液的反应，特设计如右图所示的原电池实验装置。在实验过程中，学习小组 A 发现，灵敏电流计的指针先偏转，最后示数为零。若此时向甲中加入适量 FeCl2固体，灵敏电流计的指针又发生偏转此时________（填“甲”或“乙”）中石墨电极为负极，对应的电极反应方程式为_________

(2)学习小组 B 把 FeCl3溶液分别加入Na2CO3溶液和Na2SO3溶液中，发现有如下实验现象：

对于②中的实验现象，学习小组 B 的同学们有诸多猜测，继续进行实验： I．小明取②中的红棕色溶液少许，滴入盐酸酸化的 BaCl2溶液，产生白色沉淀。小明得出结论：FeCl3与 Na2SO3发生了氧化还原反应，离子方程式是_____。

Ⅱ，小红认为小明的实验不严谨，重新设计实验方案并进行实验，证实了小明的结论是正确的。其实验方案是______________________________。

(3)学习小组 C 进一步探究 FeCl3 溶液与足量锌粉的反应。实验操作及实验现象如下表所示：

已知：Zn 的化学性质与 Al 相似，能发生反应

①结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因：______

②分离出黑色固体，经下列实验证实了其中含有的主要物质。

i．黑色固体可以被磁铁吸引

ii．向黑色固体中加入足量的 NaOH 溶液，产生气泡；

iii．将 ii 中剩余固体用蒸馏水洗涤后，加入稀盐酸，产生大量气泡； iv.向 iii 反应后的溶液中滴加KSCN 溶液，无变化。 a．黑色固体中一定含有的物质是_____。

b．学习小组 C 认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有 Fe3O4，理由是__________________

(4)为进一步探究 1．0 mol/L FeCl3 溶液中 Fe3+和 H+氧化性的相对强弱，学习小组 C 补充实验并观察到反应开始时的实验现象如下表所示：

学习小组 C 得出结论：在 1．0 mol/L FeCl3 溶液中，Fe3+的氧化性比 H+强。则表格中横杠处应填____________。

【答案】（1）甲（2）Fe2+-e-= Fe3+（3）2Fe3++SO32-+H2O=2Fe2++ SO42-+2H+（4）取②中红棕色溶液少许，滴加铁氰化钾溶液，出现蓝色沉淀。（5）①溶液温度升高，反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低，同时促进了Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+的水解，使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀（6）Fe和Zn（7）III中若存在Fe3O4,稀盐酸和Fe3O4反应，产生的Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+，导致VI中检测不到Fe3+。所以不能确定是否存在Fe3O4（8）5mL 1.0mol.L-的盐酸

（3）因为Zn 的化学性质与 Al 相似，能与碱发生反应放出氢气，由实验知①溶液温度升高，反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低，会促进Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+的水解，使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀。答案：①溶液温度升高，反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低，都会促进Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+的水解，使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀。

②因为Zn 的化学性质与 Al 相似，能与碱发生反应放出氢气，根据向黑色固体中加入足量的 NaOH 溶液，产生气泡，说明有Zn存在，ii 中剩余固体用蒸馏水洗涤后，加入稀盐酸，产生大量气泡，说明含有金属Fe； iv.向 iii 反应后的溶液中滴加 KSCN 溶液无变化，说明没有Fe3+，无法确定是否有Fe3O4, 因为Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+，导致VI中检测不到Fe3+。所以黑色固体中一定含有的物质是Fe和Zn。答案：Fe和Zn。

b．因为Fe3O4也是黑色固体，也可以被磁铁吸引，但是上述实验无法确定黑色固体中是否含有 Fe3O4，理由是III中若存在Fe3O4,稀盐酸和Fe3O4反应，产生的Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+，导致VI中检测不到Fe3+。所以不能确定是否存在Fe3O4。

（4）本实验的目的是探究 1．0 mol/L FeCl3 溶液中 Fe3+和 H+氧化性的相对强弱。所以盐酸和FeCl3 溶液的浓度和体积应该相同，所以应该选择5mL 1.0mol.L-1的盐酸做对比实验。

3．（2019届甘肃省武威市第六中学高三上学期第二次阶段性复习过关考试）某学习小组通过查阅资料得知,CO2与Na2O2的反应需要在一定量水蒸气存在的条件下才能进行,于是他们设计了如图所示的装置对此问题进行探究,同时验证Na2O2与CO2反应的气体产物。

（1）写出装置A中有关反应的离子方程式:_________________,装置B中的试剂是____,装置E的作用是_____________。

（2）U形管C中的试剂是____。若要求根据装置D中的现象来确定CO2与Na2O2之间的反应是否需要在潮湿的条件下才能进行,对两个止水夹的操作方式为先打开K1,关闭K2，D中无明显现象；当打开K2，关闭K1，D 中的现象为 ______________,则说明反应需要在潮湿条件下进行。

（3）检验气体产物的方法:用玻璃片在水里盖住集气瓶口,将集气瓶从水中取出,正放在实验台上,_______________。

（4）有人认为,经过较长时间反应后,装置D中生成的物质只有Na2CO3而没有NaOH。请设计一个方案证明此结论是正确的:______________。

【答案】CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O饱和碳酸氢钠溶液防止后续装置中的水蒸气进入D中干扰实验无水氯化钙D中淡黄色固体变为白色移去玻璃片,将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,证明气体产物是氧气取少量装置D中固体溶于水,加入足量的BaCl2(或CaCl2)溶液,静置,用pH试纸测得上层清液的pH=7

（2）.由上述分析可知，U型管C的作用是干燥二氧化碳，所以C中的试剂是无水氯化钙，先打开K1、关闭K2，二氧化碳先进入U型管C中干燥，再进入D中，此时D中无明显现象，当打开K2，关闭K1，二氧化碳直接进入D中，D中过氧化钠固体的颜色由淡黄色变为白色，则说明反应需要在潮湿条件下进行，故答案为：无水氯化钙；D中淡黄色固体变为白色；

（3）.该反应的气体产物为氧气，检验氧气的方法是：用玻璃片在水里盖住集气瓶口，将集气瓶从水中取

出，正放在实验台上，移去玻璃片，将带火星的木条伸入集气瓶，若木条复燃，证明气体产物是氧气，故答案为：移去玻璃片，将带火星的木条伸入集气瓶，若木条复燃，证明气体产物是氧气；

（4）.因Na2CO3和NaOH均会使溶液呈碱性，所以不能直接用酸碱指示剂或pH试纸检验，可以先将固体溶于水，再加入足量的BaCl2(或CaCl2)溶液，使碳酸根离子完全沉淀，静置，用pH试纸测得上层清液的pH=7，即可证明装置D中生成的物质只有Na2CO3而没有NaOH，故答案为：取少量装置D中固体溶于水，加入足量的BaCl2(或CaCl2)溶液，静置，用pH试纸测得上层清液的pH=7。

4．（2019届辽宁省六校协作体高三上学期期初联考）实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)制备补血剂甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe] 有关物质性质

甘氨酸(NH2CH2COOH) 柠檬酸甘氨酸亚铁

易溶于水，微溶于乙醇，

两性化合物

易溶于水和乙醇，有强酸性

和还原性

易溶于水，

难溶于乙醇

实验过程：Ⅰ.配制含0.10mol FeSO4的绿矾溶液。

Ⅱ.制备FeCO3：将配制好的绿矾溶液与200mL 1.1mol·L-1NH4HCO3溶液混合，反应结束后过滤并洗涤沉淀。Ⅲ.制备(NH2CH2COO)2Fe：实验装置如下图（夹持和加热仪器已省略），将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中，然后利用A中的反应将C中空气排净，接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤，滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题：

（1）实验I中：实验室配制绿矾溶液，将铁粉与稀硫酸混合时哪种试剂应该过量_______

（2）实验II中：制备FeCO3时应向_______溶液中缓慢加入________溶液边加边搅拌，若颠倒试剂滴加顺序可能产生的后果是__________________生成沉淀的离子方程式为________________

（3）确认C中空气排尽的实验现象是______________

（4）加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH促进FeCO3溶解，另一个作用是___________

（5）洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀，所选用的最佳洗涤试剂是___________________。（填序号）

A．热水 B．乙醇溶液 C．柠檬酸溶液

（6）若产品的质量为17.34g,则产率为________%。

【答案】FeFeSO4NH4HCO3可能生成氢氧化亚铁沉淀Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+ H2OD中澄清石灰水变浑浊防止

二价铁被氧化B85

(3). 当C中充满CO2后，CO2开始进入D中，使D中的澄清石灰水变浑浊，这时说明C中空气已经排尽；

(4).由题中信息可知，柠檬酸具有强还原性，可防止Fe2＋被氧化；

(5). 因甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，所以应选择乙醇溶液作为洗涤剂，故答案为：B；

(6). 含0.10mol FeSO4的绿矾溶液中Fe2＋的物质的量为0.10mol，因NH4HCO3溶液过量，所以生成

(NH2CH2COO)2Fe的物质的量为0.10mol、质量为20.4g，则产率为：×100%=85%。

5．（2019届河北省邢台市第二中学高三上学期第一次月考）根据下图所示各装置和实验室制取氧气的原理，回答下列问题：

(1) 仪器B的名称为______________。

(2) 用mgMnO2和n g KC1O3组成的固体混合物加热制取氧气时，可选用的实验装置是_____(填装罝序号）。

(3) 将MnO2和KC1O3的混合物充分加热至不再产生氧气时，若要将其中的催化剂MnO2回收再利用，应进行的实验操作是将固体冷却、加水溶解、______、洗涤、干燥。证明MnO2固体已洗涤干净的操作方法为____________________。

(4) 将(2)中的固体混合物加热一段时间，冷却后称得剩余固体为p g，则当(m+n-p):n=___时，表明KC1O3已完全分解。

(5) 用双氧水和MnO2制取氧气时，不能选用装置c，其原因是________________。

(6) 用装置d制取氨气时，所需的化学药品是__________________________。用电子式表示氨气的形成过程__________________________________________。

【答案】长颈漏斗b过滤取最后一次的洗涤液，加硝酸、硝酸银无白色沉淀生成，则洗涤干净96：245c中