高考化学二轮专题题组训练：第14讲 考点1 化学实验方案的设计与评价

第14讲 化学实验综合应用考点一 化学实验方案的设计与评价[题组训练·考能]1．(2014·山东理综，31)工业上常利用含硫废水生产Na 2S 2O 3·5H 2O ，实验室可用如下装置(略去部分夹持仪器)模拟生产过程。

烧瓶C 中发生反应如下：Na 2S(aq)＋H 2O(l)＋SO 2(g)===Na 2SO 3(aq)＋H 2S(aq) (Ⅰ)2H 2S(aq)＋SO 2(g)===3S(s)＋2H 2O(l)(Ⅱ)S(s)＋Na 2SO 3(aq)=====△Na 2S 2O 3(aq)(Ⅲ)(1)仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B 中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若________，则整个装置气密性良好。

装置D 的作用是________________________________________________________________。

装置E 中为________溶液。

(2)为提高产品纯度，应使烧瓶C 中Na 2S 和Na 2SO 3恰好完全反应，则烧瓶C 中Na 2S 和Na 2SO 3物质的量之比为________。

(3)装置B 的作用之一是观察SO 2的生成速率，其中的液体最好选择________。

a ．蒸馏水b ．饱和Na 2SO 3溶液c ．饱和NaHSO 3溶液d ．饱和NaHCO 3溶液实验中，为使SO 2缓慢进入烧瓶C ，采用的操作是____________________。

已知反应(Ⅲ)相对较慢，则烧瓶C 中反应达到终点的现象是_____________。

反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A ，实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器还有 ________。

a．烧杯b．蒸发皿c．试管d．锥形瓶(4)反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶即可析出Na2S2O3·5H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。

利用所给试剂设计实验，检测产品中是否存在Na2SO4，简要说明实验操作、现象和结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解：S2O2－3＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O供选择的试剂：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液解析(1)若装置不漏气，则长颈漏斗中会形成一段液柱并且液柱高度保持不变；装置D是安全瓶，可防止倒吸；装置E是尾气处理装置，用来吸收过量的SO2，故所盛溶液可以是NaOH溶液等。

(2)根据盖斯定律，由(Ⅰ)×2＋(Ⅱ)＋(Ⅲ)×3，得2Na2S(aq)＋Na2SO3(aq)＋3SO2(g)===3Na2S2O3(aq)，故烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为2∶1。

(3)装置B中的溶液不能和SO2发生反应。

蒸馏水溶解SO2；Na2SO3溶液能与SO2发生反应：SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3；NaHCO3溶液也能与SO2发生反应：NaHCO3＋SO2===CO2＋NaHSO3；饱和NaHSO3溶液不能和SO2反应，也不溶解SO2。

为使SO2缓慢进入烧瓶C，应使生成SO2的速率减慢，可通过控制滴加硫酸的速度来实现；因反应(Ⅲ)相对较慢，C中反应达到终点时S消耗完，现象是溶液变澄清。

蒸发皿加热时不需垫石棉网；试管是小型玻璃仪器，加热时也不需垫石棉网；烧杯、锥形瓶底部面积大，防止受热不均匀，在加热时需垫石棉网。

(4)Na2S2O3和Na2SO3的存在对SO2－4的检验有干扰，要先除去。

根据题给信息，可先加入过量的稀盐酸将二者除去，排除干扰，再检验SO2－4的存在。

答案(1)液柱高度保持不变防止倒吸NaOH(合理即可)(2)2∶1(3)c控制滴加硫酸的速度(合理即可)溶液变澄清(或浑浊消失)ad(4)取少量产品溶于足量稀盐酸，静置，取上层溶液(或过滤，取滤液)，滴加BaCl2溶液，若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质(合理即可)2．(2014·济南冲刺)氯气和漂白粉是现代工业和生活常用的消毒剂、杀菌剂。

(1)实验室拟用下列装置制备干燥纯净的氯气，请按照气体从左向右流动的方向将仪器进行连接：H→________、________→________、________→________；并指出其中广口瓶Ⅱ中的试剂为________。

(2)写出工业上用氯气和石灰乳制取漂白粉的化学反应方程式___________。

(3)实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中除CaCl2外可能存在的其他固体物质。

①提出合理假设。

假设1：该漂白粉未变质，只含________；假设2：该漂白粉全部变质，只含________；假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。

②设计实验方案，进行实验。

限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L －1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。

(提示：不必检验Ca2＋和Cl－。

)收集装置→尾气吸收装置。

除去氯气中的氯化氢最好用饱和食盐水溶液。

(3)①漂白粉的成分是Ca(ClO)2和CaCl2，在空气中变质后生成CaCO3，由于肯定存在CaCl2，所以除CaCl2外，可能存在的其他固体物质就有三种假设：只有Ca(ClO)2，只有CaCO3，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。

②将样品与盐酸混合，CaCO3能产生CO2，借助于澄清石灰水检验其存在；Ca(ClO)2能将盐酸氧化为氯气，借助于品红溶液检测其存在。

答案(1)B A C D E饱和食盐水(2)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(3)①Ca(ClO)2CaCO3②三种常见实验方案设计的基本流程1．物质制备实验方案设计的基本流程为：根据目标产物→确定可能原理→设计可能实验方案→优化实验方案→选择原料→设计反应装置(方法、仪器等)→实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)→分离提纯产品。

2．性质探究性实验方案设计的基本流程为：根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断得出结论。

3．性质验证实验方案设计的基本流程为：根据物质的性质→设计可能实验方案→优化实验方案→实施实验(原理、方法、步骤、仪器、药品、操作要点等)→观察现象记录数据→综合分析得出结论。

3．(2014·西安联考)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。

某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第①步Cu与酸反应的离子方程式为______________________________；得到滤渣1的主要成分为__________________________________________。

(2)第②步加H2O2的作用是________________________________________，使用H2O2的优点是_______________________________________________；调溶液pH的目的是使________生成沉淀。

(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是_________________。

(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O，探究小组设计了三种方案：上述三种方案中，________方案不可行，原因是______________________：从原子利用率角度考虑，________方案更合理。

(5)探究小组用滴定法测定CuSO4·5H2O(M r＝250)含量。

取a g试样配成100 mL 溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol ·L－1 EDTA(H2Y2－)标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。

滴定反应如下：Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋写出计算CuSO 4·5H 2O 质量分数的表达式w ＝__________________________； 下列操作会导致CuSO 4·5H 2O 含量的测定结果偏高的是________。

a ．未干燥锥形瓶b ．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡c ．未除净可与EDTA 反应的干扰离子解析 (1)第①步加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu 、Al 、Fe 发生反应生成Cu 2＋、Al 3＋、Fe 2＋。

所以滤渣1的成分是Pt 和Au ，滤液1中的离子是Cu 2＋、Al 3＋、Fe 2＋。

Cu 和酸反应的离子方程式为Cu ＋4H ＋＋2NO －3=====△Cu 2＋＋2NO 2↑＋2H 2O 或3Cu ＋8H ＋＋2NO －3=====△3Cu 2＋＋2NO ↑＋4H 2O ；(2)第②步加H 2O 2的作用是把Fe 2＋氧化为Fe 3＋，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境无污染。

调溶液pH 的目的是使Fe 3＋和Al 3＋形成沉淀。

所以滤液2的成分是Cu 2＋，滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝；(3)用第③步所得CuSO 4·5H 2O 制备CuSO 4的方法应是在坩埚中加热脱水；(4)甲方案在滤渣中只加硫酸会生成Fe 2(SO 4)3和Al 2(SO 4)3，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质，方法不可行；乙和丙方法均可行，乙方案先在滤渣中加H 2SO 4，生成Fe 2(SO 4)3和Al 2(SO 4)3，再加Al 粉和Fe 2(SO 4)3反应生成Al 2(SO 4)3和Fe ，过滤后，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；丙方案先在滤渣中加NaOH ，和Al(OH)3反应生成NaAlO 2，过滤后再在滤液中加H 2SO 4生成Al 2(SO 4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体，但从原子利用率角度考虑方案乙更合理；(5)CuSO 4·5H 2O 质量分数的表达式为w ＝c mol·L －1×b ×10－3 L ×250 g·mol －1×5a g×100%；滴定时，未干燥锥形瓶，不影响测定结果；若滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡，所读取的消耗标准溶液的体积偏小，使测定结果偏低；若未除尽可与EDTA 反应的离子，消耗EDTA 溶液的体积偏大，使测定结果偏高。