2019版 课时分层训练32 化学实验方案的设计与评价

课时分层训练(三十二)化学实验方案的设计与评价(建议用时：45分钟)(对应学生用书第328页)A级基础达标1．氮化铝(AlN)是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域。

某化学研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如图所示实验装置(部分夹持装置已略去)。

请回答下列问题：【导学号：97500192】(1)实验中用饱和NaNO2溶液与NH4Cl溶液反应制取氮气的化学方程式为_________________________________________________________________。

(2)检查装置气密性的方法是_________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________。

(3)装置C中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________，该反应的氧化剂为________________。

(4)上述装置存在严重问题，请说明改进的办法：_______________________________________________________________________________________。

(5)反应结束后，某同学用图Ⅰ所示装置测定氮化铝样品中氮化铝的质量分数(实验中导管体积忽略不计)。

已知：氮化铝和NaOH溶液反应生成NaAlO2和氨气。

图Ⅰ 图Ⅱ①实验的正确操作步骤为________(填字母)。

a ．向锥形瓶中加入适量的AlN 样品b ．从分液漏斗中向锥形瓶中加入过量的NaOH 溶液c ．检验装置的气密性d ．测定收集到的水的体积②广口瓶中的试剂X 最好选用________(填字母)。

a ．汽油B ．酒精 c ．植物油 D ．CCl 4③广口瓶中的液体没有装满，则实验测得NH 3的体积将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

④若实验中测得样品的质量为w g ，氨气的体积为a L(标准状况下)，则样品中AlN 的质量分数为________(填表达式)。

⑤有人用图Ⅱ装置进行同样的实验，通过测定烧杯中试剂的增重来确定样品中AlN 的质量分数。

你认为______(填“可行”或“不可行”)。

原因是__________________________________________________________________ ________________________________________________________________。

改进的方法为_____________________________________________________ ___________________________________(若认为“可行”，此空不需作答)。

【解析】 (1)饱和NaNO 2溶液与NH 4Cl 溶液反应的化学方程式为NaNO 2＋NH 4Cl=====△NaCl ＋N 2↑＋2H 2O 。

(3)在装置C 中利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，反应的化学方程式为Al 2O 3＋3C ＋N 2=====高温2AlN ＋3CO ，该反应中氮元素由0价变为－3价，故氮气为氧化剂。

(4)在装置末端必须添加对有毒气体进行尾气处理的装置，防止污染空气。

(5)①常规操作步骤：检查装置气密性→装药品(先加入固体，后加入液体)→收集气体等。

②试剂X 起液封作用，要求不溶于水，密度比水小且难挥发，因为易挥发的试剂对测定氨气的体积有影响，则符合条件的为植物油。

③温度相同时，利用排液法测量液体的体积，进而测定氨气的体积，所以广口瓶中有气体对测定氨气的体积无影响。

④根据化学方程式AlN ＋NaOH ＋H 2O===NaAlO 2＋NH 3↑知，氨气与AlN 的物质的量相等，为a 22.4mol ，则样品中AlN 的质量分数为4 100a 22.4w %。

⑤氨气极易溶于水，不能直接通入稀硫酸中，应加防倒吸装置。

【答案】 (1)NaNO 2＋NH 4Cl △,NaCl ＋N 2↑＋2H 2O (2)关闭分液漏斗的活塞，使装置处于密闭体系，在干燥管D 的末端连接一导管，将导管插入装有水的烧杯中，用酒精灯微热蒸馏烧瓶，导管口有气泡冒出，撤掉酒精灯，导管内上升一段水柱，且一段时间内水柱不下降，证明气密性良好；否则，装置漏气 (3)Al 2O 3＋3C ＋N 2=====高温2AlN ＋3CO N 2 (4)在干燥管D 的末端连接一个尾气处理装置 (5)①cabd ②c ③不变 ④4 100a 22.4w %⑤不可行 氨气极易溶于水，易发生倒吸现象，且锥形瓶中的氨气不能被硫酸完全吸收，导致误差较大 烧杯中导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气、增加一个向锥形瓶中鼓气的装置(或其他合理答案)2．(2018·襄阳一调)为探究催化剂对双氧水分解的催化效果，某研究小组做了如下实验：(1)甲同学欲用如图所示实验来确认MnO 2是H 2O 2分解反应的催化剂。

该实验________(填“能”或“不能”)达到目的，原因是____________________。

(2)为探究MnO 2的量对催化效果的影响，乙同学分别量取50 mL 1%H 2O 2溶液加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的MnO2，测量所得气体体积，数据如下：___________ ________________________________________________________________。

(3)为分析Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，丙同学设计如下实验(三支试管中均盛有10 mL 5%H2O2)：，实验Ⅲ的目的是________________________________________________。

(4)查阅资料得知：将作为催化剂的FeCl3溶液加入H2O2溶液后，溶液中会发生两个氧化还原反应，且两个反应中H2O2均参加了反应，试从催化剂的角度分析，这两个氧化还原反应的化学方程式分别是_______________________ _________________________________________________________________ 和________________(按反应发生的顺序写)。

(5)在上述实验过程中，分别检测出溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，由此得出选择作为H2O2分解反应的催化剂需要满足的条件是_______________________________________________________________________________。

【解析】(1)欲证明MnO2是H2O2分解反应的催化剂，必须确认MnO2在反应前后的性质和质量是否改变，故该实验不能达到目的。

(2)根据表中数据可知，在一定质量范围内，增加MnO2的质量，相同时间内所得O2的体积增加，说明反应速率加快，原因是在一定质量范围内，固体质量越大，其表面积也越大，催化效果更好，反应速率加快。

(3)对比试管Ⅰ、Ⅱ和试管Ⅲ中气泡产生情况可知，Cl－对H2O2的分解无催化作用，Fe3＋和Cu2＋对H2O2的分解均有催化作用，对比试管Ⅰ、Ⅱ中气泡产生情况可知，Fe3＋的催化效果好。

(4)根据催化剂参加反应，但反应前后催化剂的质量和性质不变写出化学方程式：2FeCl3＋H2O2===2FeCl2＋O2↑＋2HCl、2FeCl2＋H2O2＋2HCl===2FeCl3＋2H2O。

(5)溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，说明H2O2将MnO2、Fe3＋、Cu2＋分别还原为Mn2＋、Fe2＋和Cu＋，而Mn2＋、Fe2＋和Cu＋又可被H2O2分别氧化为MnO2、Fe3＋、Cu2＋，由此得出H2O2分解反应的催化剂需具有氧化性，且其氧化性强于H2O2；催化剂被还原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂。

【答案】(1)不能没有确认MnO2的质量和性质是否改变(2)在一定质量范围内，MnO2质量越大，反应速率越快固体质量越大，其表面积也越大，催化效果越好，反应速率越快(3)Fe3＋和Cu2＋对H2O2的分解均有催化作用，且Fe3＋比Cu2＋催化效果好对比实验，证明Cl－对H2O2的分解没有催化作用(4)2FeCl3＋H2O2===2FeCl2＋O2↑＋2HCl2FeCl2＋H2O2＋2HCl===2FeCl3＋2H2O(5)H2O2分解反应的催化剂需具有氧化性，且其氧化性强于H2O2；催化剂被还原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂3．将绿矾(FeSO4·7H2O)在隔绝空气条件下加强热分解。

已知产物全部为氧化物。

为探究绿矾分解的产物，某同学进行了以下实验：【实验一】为探究固体产物中铁元素的价态，该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液，进行以下猜想和实验：(1)实验开始时，点燃B处酒精喷灯之前应先打开A处活塞通CO2，其目的是_________________________________________________________________ ________________________________________________________________。

(2)装置图中C的作用是____________________________________________。

(3)该组同学称取了55.6 g绿矾按如图装置进行实验，待绿矾分解完全后，测得D瓶中沉淀的质量为23.3 g，根据这些数据，可以得知，绿矾分解的化学方程式为______________________________________________。

(4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是______________________ ________________________________________________________________。

【解析】【实验一】由题意知绿矾分解的产物全为氧化物，则铁元素可能为＋2价，也可能为＋3价，或者既有＋2价又有＋3价。