考点20 化学实验方案的设计与评价

考点20 化学实验方案的设计与评价

一、选择题

1.(2016·海南高考·7)下列实验设计正确的是 ( ) A.将SO 2通入溴水中证明SO 2具有漂白性 B.将铁屑放入稀HNO 3中证明Fe 比H 2活泼

C.将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在-

23CO

D.将乙烯通入KMnO 4酸性溶液证明乙烯具有还原性 【解题指南】解答本题注意以下两点: (1)掌握常见物质的性质。

(2)溴水、稀硝酸、KMnO 4酸性溶液具有强氧化性。

【解析】选D 。SO 2使溴水褪色是因为二者发生了氧化还原反应,说明SO 2具有还原性,A 错误;铁屑放入稀硝酸中不产生H 2,生成的是NO,B 错误;澄清石灰水滴入

含-3HCO 的溶液中也会产生白色沉淀,C 错误;乙烯使酸性KMnO 4溶液褪色,是发生

了氧化反应,体现了乙烯的还原性,D 正确。

2.(2016·浙江高考·13)为落实“五水共治”,某工厂拟综合处理含+4NH 废水和工业废气(主要含N 2、CO 2、SO 2、NO 、CO,不考虑其他成分),设计了如下流程:

下列说法不正确的是 ( )

A.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO 3、CaSO 3

B.X 可以是空气,且需过量

C.捕获剂所捕获的气体主要是CO

D.处理含+4NH 废水时,发生反应的离子方程式为+4NH +-2NO

N 2↑+2H 2O

【解题指南】解答本题时应注意以下几点:

(1)NO 、CO 与碱不反应。

(2)审清题目,看清楚流程中相关问题。

【解析】选B 。废气中CO 2、SO 2能与石灰乳反应生成CaCO 3、CaSO 3,故A 项正确;气体1是不能被过量石灰乳吸收的NO 、CO 和氮气,NO 和NO 2按1∶1的体积比能与NaOH 溶液反应生成亚硝酸钠,所以X 可以是空气,但不能过量,过量会使NO 2的量增加,从而有NaNO 3生成,故B 项错误;气体2的成分为N 2和CO,因此捕获剂所捕获的气体主要是CO,故C 项正确;含+4NH 废水用NaNO 2溶液处理后得到无污染

的气体,因此会生成N 2,其反应的离子方程式为+4NH +-2

NO N 2↑+2H 2O,故D 项正

确。

3.(2016·江苏高考·13)根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是

( )

2该过程说明了碳酸的酸性强于苯酚,A 项正确;BaSO 4和CaSO 4均为白色沉淀,无法知道哪种离子先生成沉淀,从实验现象不能判断出二者K sp 大小,B 项错误;Fe 3+氧化I -生成I 2,I 2使淀粉变蓝色,该过程说明了Fe 3+的氧化性强于I 2,C 项正确;Na 2SO 3

溶液显碱性,是因为-23SO 发生了水解,NaHSO 3溶液显酸性,说明-

3HSO 的电离大于

水解,D 项错误。

【误区提醒】注意硫酸钙微溶于水,与硫酸钡都是白色沉淀。

4.(2016·四川高考·2)根据下列实验操作和现象得出的结论正确的是 ( )

(1)能够使澄清石灰水变浑浊的气体可能是CO 2,也可能是SO 2。 (2)能够使淀粉溶液变蓝的是碘单质,而不是其他存在形式的碘元素。 (3)强酸可以和弱酸盐反应生成弱酸。

【解析】选D 。能够使澄清石灰水变浑浊的气体可能是CO 2,也可能是SO 2,溶液中

可能存在-23CO 、-3HCO 、-23SO 和-

3HSO 中的一种或几种,故A 错误;常温下,铁在浓

硫酸中钝化,发生了化学反应,故B 错误;碘酸钾和淀粉不反应,淀粉遇到碘单质显蓝色,故C 错误;苯酚微溶于水,向苯酚钠溶液中滴加乙酸溶液,溶液变浑浊,说明反应生成了苯酚,即可说明相同条件下,乙酸的酸性比苯酚的酸性强,故D 正确。

5.(2016·全国卷Ⅱ·13)下列实验操作能达到实验目的的是 ( )

(1)Fe(OH)3胶体的制备方法。

(2)掌握教材中一些常见实验的注意事项。

【解析】选D。向沸水中滴入饱和氯化铁溶液制备氢氧化铁胶体,A项错误;氯化镁是强酸弱碱盐,MgCl2溶液水解产生的HCl易挥发,所以由MgCl2溶液制备无水MgCl2要在HCl气流中加热蒸干,B项错误;铜与稀硝酸反应,应该用稀盐酸,C项错误;分别将少量钠投入盛有水和乙醇的烧杯中,反应剧烈的是水,反应平缓的是乙醇,利用此反应比较水和乙醇中氢的活泼性,D项正确。

【误区提醒】本题由于易忽略稀硝酸也可以和铜粉在常温下反应而出现错选C 的情况。

二、非选择题

6.(2016·海南高考·14)KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题:

(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用(填标号)。

a.HCl溶液

b.H2SO4溶液

c.氨水

d.NaOH溶液

(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为。

(3)沉淀B的化学式为;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是

。

(4)已知:K W=1.0×10-14,Al(OH)3

AlO+H++H2O K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH

2

溶液反应的平衡常数等于 。 【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)元素化合物知识的掌握与应用。 (2)掌握平衡常数的有关计算。

【解析】(1)废易拉罐中含有Al 、Fe 、Mg,只有Al 可以与强碱反应,所以用NaOH 溶液溶解。

(2)Al 与NaOH 溶液反应方程式为2Al+2NaOH+2H 2O

2NaAlO 2+3H 2↑。

(3)滤液A 中的溶质主要是NaAlO 2,加入NH 4HCO 3溶液,+4NH 、-2AlO 发生水解相互促进反应,生成沉淀B 是Al(OH)3;明矾溶于水,溶液呈弱酸性的原因是Al 3+水解。 (4)根据Al(OH)3

-2AlO +H +

+H 2O 的K=c(-

2AlO )×c(H +

)=2.0×10-13

,Al(OH)3与NaOH

溶液反应的离子方程式为Al(OH)

3+OH -

-2AlO +2H 2O,

K=14182210

0.1100.2)H (c )OH (c )H (c )AlO (c )OH (c )AlO (c --+-+

---??=??==20。 答案:(1)d (2)2Al+2NaOH+2H 2O

2NaAlO 2+3H 2↑

(3)Al(OH)3 Al 3+水解使溶液中H +浓度增大 (4)20

7.(2016·海南高考·17)某废催化剂含58.2%的SiO 2、21.0%的ZnO 、4.5%的ZnS 和12.8%的CuS 。某同学用15.0 g 该废催化剂为原料,回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下:

回答下列问题:

(1)在下列装置中,第一次浸出必须用 ,第二次浸出应选用 。

(填标号)

(2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成 。滤渣2的主要成分是 。

(3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是 。 (4)某同学在实验完成之后,得到 1.5 g CuSO 4·5H 2O,则铜的回收率为 。

【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)元素化合物知识的掌握与应用。 (2)掌握实验方案的设计思路和方法。

【解析】(1)根据流程图分析第一次浸出主要发生ZnO 、ZnS 与硫酸反应,因生成H 2S 有毒气体,应有尾气吸收装置,用D 装置;滤渣1的主要成分是SiO 2、CuS,第二次浸出主要是CuS 在酸性条件下被H 2O 2氧化为硫酸铜,没有气体产生,用A 装置。

(2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成H 2O 2与固体颗粒接触分解。滤渣2的主要成分是SiO 2。 (3)蒸发皿用来蒸发浓缩溶液。

(4)15.0 g 废催化剂中含n(Cu)=n(CuS)=1

mol g 96%

8.12g 0.15-??=0.02 mol,得到 1.5 g

CuSO 4·5H 2O 中含n(Cu)=n(CuSO 4·5H 2O)= 1

mol g 250g

5.1-?=0.006 mol,则铜的回收率

为

02

.0006

.0×100%=30%。 答案:(1)D A

(2)H2O2与固体颗粒接触分解SiO2(和S)

(3)蒸发皿(4)30%

8.(2016·浙江高考·27)Ⅰ.化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料,受热时按如下化学方程式分解:2Mg 5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑+10MgO+3Al2O3。

(1)写出该化合物作阻燃剂的两条依据。

(2)用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理。

(3)已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液,用化学方程式表示其原理。

Ⅱ.磁性材料A是由两种元素组成的化合物,某研究小组按如图流程探究其组成:

请回答:

(1)A的组成元素为(用元素符号表示),化学式为。

(2)溶液C可溶解铜片,例举该反应的一个实际应用。

(3)已知化合物A能与稀硫酸反应,生成一种淡黄色不溶物和一种气体(标况下的密度为1.518 g·L-1),该气体分子的电子式为。写出该反应的离子方程式

。

(4)写出F→G反应的化学方程式。设计实验方案探究溶液G中的主要微粒(不考虑H2O、H+、K+、I-。

【解题指南】解答本题时应注意以下几点:

(1)能根据燃烧的条件分析阻燃剂的成因;

(2)了解常见铁的化合物的性质;

(3)明确-

23SO 和-24SO 的检验方法。

【解析】Ⅰ.(1)该化合物分解时需要吸收大量的热,从而降低温度;分解产生的固体氧化物能起到隔绝空气的作用;分解产生了大量的水蒸气,从而降低了氧气浓度。

(2)MgO 为碱性氧化物,而Al 2O 3为两性氧化物,因此可以用强碱,如NaOH 溶液除去Al 2O 3。

(3)氯化铵溶液中由于+4

NH 发生水解使溶液显酸性,MgO 能和溶液中的H +反应而溶解。

Ⅱ.(1)根据黄色溶液C 加入KSCN 溶液后显红色,可以判断C 为FeCl 3,进而判断红棕色固体B 为Fe 2O 3,说明化合物A 中含有铁元素。无色气体E 溶于水后显酸性,加入碘的碘化钾溶液后得到无色溶液,且溶液的酸性变强,因此可以判断此无色气体E 为SO 2,故化合物A 中含有硫元素。氧化铁的质量为 2.400 g,因此n(Fe)=

1

mol g 160g 400.2-?×2=0.030 mol,则化合物A 中m(Fe)=0.030 mol ×56 g ·mol -1

=

1.68 g,因此化合物A 中硫元素的物质的量为

1

mol g 32g

680.1g 960.2-?-=0.040 mol,则铁与硫

的物质的量之比为0.030 mol ∶0.040 mol=3∶4,则化学式为Fe 3S 4。 (2)溶液C 为氯化铁,可以溶解铜,可用来制印刷电路板。

(3)化合物A 与硫酸反应生成的淡黄色不溶物为硫,生成气体的摩尔质量为 1.518 g ·L -1×22.4 L ·mol -1≈34.00 g ·mol -1,则为硫化氢,其电子式为。该

反应生成硫酸亚铁、硫和硫化氢,离子方程式为Fe 3S 4+6H +

3H 2S ↑+3Fe 2++S 。

(4)亚硫酸和碘单质反应生成硫酸和碘化氢,化学方程式为H 2SO 3+I 2+H 2O

H 2SO 4+2HI;溶液G 中主要含有硫酸根离子,或许有未反应完的亚硫

酸分子,硫酸根离子用钡盐检验,亚硫酸可以用氧化剂氧化成硫酸根再检验,具

体操作方法为取适量溶液G,加入过量BaCl 2溶液,若产生白色沉淀,则含有-

24SO ,

过滤后取滤液,滴加H2O2溶液,若产生白色沉淀,则含有H2SO3。

答案:Ⅰ.(1)反应吸热降低温度,生成的固体氧化物隔绝空气,生成的水蒸气降低了氧气的浓度

(2)Al2O3+2OH-2-

AlO+H2O

2

(3)H2O+MgO+2NH4Cl2NH3·H2O+MgCl2

(或NH 4Cl+H2O NH3·H2O+HCl,MgO+2HCl MgCl2+H2O)

Ⅱ.(1)S、Fe Fe3S4

(2)制印刷电路板

(3)Fe3S4+6H+3H2S↑+3Fe2++S

(4)H2SO3+I2+H2O H2SO4+2HI

取适量溶液G,加入过量BaCl2溶液,若产生白色沉淀,则含有-2

SO,过滤后取滤液,

4

滴加H2O2溶液,若产生白色沉淀,则含有H2SO3

【误区提醒】(1)在判断化合物A的化学式时容易忽略量的问题,而只是根据定性实验和经验将A错误判断为FeS或FeS2。

(2)在设计实验方案探究溶液G中的主要微粒时,容易忽略-2

SO的存在,从而出

3

错。

9.(2016·江苏高考·19)实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备MgCO3·3H2O。实验过程如下:

(1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为

MgCO3(s)+2H+(aq)Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l) ΔH=-50.4 kJ·mol-1 Mg2SiO4(s)+4H+(aq)2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l) ΔH=-225.4 kJ·mol-1酸溶需加热的目的是 ;

所加H2SO4不宜过量太多的原因是。

(2)加入H2O2氧化时发生反应的离子方程式为。

(3)用右图所示的实验装置进行萃取分液,以除去溶液中的Fe3+。

①实验装置图中仪器A的名称为。

②为使Fe3+尽可能多地从水相转移至有机相,采取的操作:向装有水溶液的仪器A 中加入一定量的有机萃取剂, 、静置、分液,并重复多次。

(4)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案:边搅拌边向溶液中滴加氨水, ,过滤、用水洗涤固体2~3次,在50℃下干燥,得到MgCO3·3H2O。

[已知该溶液中pH=8.5时Mg(OH)2开始沉淀;pH=5.0时Al(OH)3沉淀完全]。

【解析】(1)温度升高,溶解速率加快。若H2SO4过量,则在后续实验中调节至碱性时,才可生成MgCO3,此时需要的碱增多,而造成浪费。(2)H2O2氧化溶液中的Fe2+至Fe3+,由“萃取分液”有机相中含有Fe3+可以判断。(3)①分液时用的仪器为分液漏斗。②萃取操作时,需要充分振荡,才可以使溶液中的Fe3+尽可能进入有机层中。(4)加入氨水,在pH>5.0时,将Al3+完全沉淀,pH不能超过8.5,否则Mg2+也开始沉淀。在Mg2+中加入Na2CO3直至不产生沉淀为止,此时将Mg2+尽可能全部转化为MgCO3沉淀。

答案:(1)加快酸溶速率避免制备MgCO3时消耗过多的碱

(2)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O

(3)①分液漏斗②充分振荡

(4)至5.0

10.(13分)(2016·四川高考·9)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。

【资料查阅】

【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题:

(1)仪器X的名称是。

(2)实验操作的先后顺序是a→→e(填操作的编号)。

a.检查装置的气密性后加入药品

b.熄灭酒精灯,冷却

c.在“气体入口”处通入干燥HCl

d.点燃酒精灯,加热

e.停止通入HCl,然后通入N2

(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是。

(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是。【探究反思】

(5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:

①若杂质是CuCl2,则产生的原因是。

②若杂质是CuO,则产生的原因