届高考化学一轮复习人教版第10章第4节化学实验方案的设计与评价作业含答案.docx

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届高考化学一轮复习人教版第10章第4节化学实验方案的设计与评价作业含答案

课时跟踪练（三十四）　化学实验方案的设计与评价

1．某研究小组探究在加热条件下FeSO4分解的气体产物及相关性质。

已知：

SO2的沸点为－10℃、SO3的沸点为44.8℃。

Ⅰ.用如图所示装置设计实验，验证FeSO4分解生成的气体产物。

（1）实验前必须进行的操作是____________________________。

（2）按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：

a→____________________。

（3）若观察到装置丙中有无色液体产生，装置丁中溶液变成无色，则FeSO4分解的化学方程式为_______________________________

_____________________________________________________。

Ⅱ.为探究SO2使品红溶液褪色的原理，进行如下实验：

实验1：

将稀盐酸和NaOH溶液分别滴入品红水溶液中。

观察到前者溶液颜色变浅，但未能完全褪色，后者溶液颜色几乎不变。

实验2：

向滴有稀盐酸和NaOH溶液的两份品红水溶液中分别通入SO2。

观察到前者溶液逐渐褪色，后者溶液很快褪色。

实验3：

在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na2SO3固体和NaHSO3固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。

（4）由实验1可推测品红水溶液呈________性。

（5）由实验2、3可推知，使品红水溶液褪色的主要微粒是________（填化学式）。

（6）若将SO2通入品红的无水乙醇溶液，试预测可能出现的现象：

_____________________________________________________。

（7）加热溶有Na2SO3的品红水溶液，发现不能恢复红色，试解释原因：

_________________________________________________

_____________________________________________________。

解析：

Ⅰ.

（1）验证FeSO4分解生成的气体产物，气体制备或检验气体产生的实验，在实验前必须检查装置气密性。

（2）先将高温分解气体通过装置丙，冷却收集得三氧化硫，再通过装置丁的品红水溶液检验二氧化硫的存在，最后用装置乙吸收尾气，按气流方向连接顺序为a→d→e→f→g→b→c。

（3）若观察到装置丙中有无色液体产生，则产物有三氧化硫；装置丁中溶液变成无色，则产物中有二氧化硫，则FeSO4分解的化学方程式为2FeSO4

Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。

Ⅱ.（4）加入稀盐酸时品红颜色变浅，而加入氢氧化钠溶液时溶液颜色几乎不变，说明酸对品红溶液影响大，则由实验1可推测品红水溶液呈碱性。

（5）实验2：

SO2通入盐酸中不反应，以亚硫酸的形式存在溶液中，溶液中电离出的亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子浓度都很小，品红水溶液逐渐褪色；SO2通入氢氧化钠溶液中反应生成亚硫酸钠，溶液中亚硫酸根离子（或亚硫酸氢根离子）浓度较大，品红水溶液很快褪色；可能是由亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子引起；实验3：

在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na2SO3固体和NaHSO3固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。

进一步说明是由亚硫酸根离子引起的褪色而不是亚硫酸氢根离子；即SO

。

（6）根据上述实验可知，使品红水溶液褪色的是亚硫酸根离子，若将SO2通入品红的无水乙醇溶液中，溶液中不存在亚硫酸根离子，则品红的无水乙醇溶液不褪色。

（7）Na2SO3溶液中的c（SO

）大，加热后虽然SO

水解程度增大，但仍无法除尽，不能使品红水溶液恢复红色。

答案：

Ⅰ.

（1）检查装置气密性　

（2）d→e→f→g→b→c

（3）2FeSO4

Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑　Ⅱ.（4）碱

（5）SO

　（6）品红的无水乙醇溶液不褪色

（7）Na2SO3溶液中的c（SO

）大，加热后虽然SO

水解程度增大，但仍无法除尽

2．（2019·济南调研）三氯氧磷（POCl3）是一种重要的化工原料，工业上可以直接氧化PCl3制备POCl3，反应原理为P4（白磷）＋6Cl2===4PCl3、2PCl3＋O2===2POCl3。

PCl3、POCl3的部分性质如下：

项目

熔点/℃

沸点/℃

其他

PCl3

－112

75.5

遇水生成H3PO3和HCl

POCl3

2

105.3

遇水生成H3PO4和HCl

某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下（某些夹持装置、加热装置已略去）：

（1）仪器a的名称为______________，B装置中长颈漏斗的作用是______________________________________________________。

（2）装置E用来制取Cl2，反应的离子方程式为______________

_____________________________________________________。

（3）为使实验顺利进行，还需补充的装置为__________________

_____________________________________________________。

（4）反应时，需严格控制三个条件：

①先制取______________，缓慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一种气体。

②C装置用水浴加热控制温度为60℃～65℃，除加快反应速率外，另一目的是___________________________________________

_____________________________________________________。

③反应物必须干燥，否则会在C装置中产生大量的白雾，其主要成分为_____________________________________（写化学式）。

（5）反应结束后通过下面步骤测定POCl3产品中Cl的含量，元素Cl的质量分数为___________________________________________

_______________________________________（写出计算式）。

Ⅰ.取xg产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反应后加稀硝酸至酸性；

Ⅱ.向锥形瓶中加入0.1000mol·L－1的AgNO3溶液40.00mL，使Cl－完全沉淀；

Ⅲ.再向锥形瓶中加入20mL硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机物覆盖；

Ⅳ.然后加入指示剂，用cmol·L－1NH4SCN溶液滴定过量Ag＋至终点，记下所用体积为VmL。

[已知：

AgPO4溶于酸，Ksp（AgCl）＝32×10－10，Ksp（AgSCN）＝2×10－12]

解析：

（1）仪器a的名称是冷凝管（或球形冷凝管），装置A中产生氧气，发生反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑（或2H2O2

2H2O＋O2↑）；B装置的作用除观察O2的流速之外，还有平衡气压、干燥O2（或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质）。

（2）二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为4H＋＋2Cl－＋MnO2

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。

（3）C装置为氯气和磷发生反应的装置，反应结束后会有氯气从冷凝管a中溢出，污染空气，需要吸收处理；同时，POCl3和PCl3遇水会发生反应，为使实验顺利进行，需要在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管，防止外界中水蒸气进入C装置内。

（4）根据题意可知，要先制备出三氯化磷，然后其被氧化为POCl3，所以先制取氯气，缓慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一种氧气。

②由于PCl3的沸点是75.5℃，因此控制温度60℃～65℃，其主要目的是加快反应速率，同时防止PCl3气化。

③POCl3和PCl3遇水会发生反应，均生成氯化氢，遇到水蒸气产生大量的白雾，所以反应物必须干燥。

（5）根据题意可知，NH4SCN的物质的量为0.001cVmol，则与之反应的银离子的物质的量为0.001cVmol，而总的银离子的物质的量为0.004mol，所以与氯离子反应的银离子的物质的量为0.004mol－0.001cVmol，因此氯离子的物质的量为0.004mol－0.001cVmol，则产品中Cl元素的含量为

×100%。

答案：

（1）球形冷凝管　平衡气压

（2）4H＋＋2Cl－＋MnO2

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（3）在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管

（4）①Cl2　②防止PCl3气化　③HCl

（5）

×100%

3．有资料显示过量的氨气和氯气在常温下可合成岩脑砂（主要成分为NH4Cl），某小组对岩脑砂进行以下探究。

Ⅰ.岩脑砂的实验室制备。

（1）C装置中盛放碱石灰的仪器名称为_____________________。

（2）为使氨气和氯气在D中充分混合并反应，上述装置的连接顺序为a→d→c→________、__________←j←i←h←g←b。

（3）装置D处除易堵塞导管外，还有不足之处为_____________

_____________________________________________________。

（4）检验氨气和氯气反应有岩脑砂生成时，除了蒸馏水、稀HNO3、AgNO3溶液、红色石蕊试纸外，还需要的试剂为________________。

Ⅱ.天然岩脑砂中NH4Cl纯度的测定（杂质不影响NH4Cl纯度测定）。

已知：

2NH4Cl＋3CuO

3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。

步骤：

①准确称取1.19g岩脑砂；②将岩脑砂与足量的氧化铜混合加热（装置如下）。

（5）连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将H和K中装入蒸馏水，然后加热G，_________________________________________，

则气密性良好。

（6）装置H的作用_______________________________________

_____________________________________________________。

（7）实验结束后，装置I增重0.73g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为_______________________________________________。

（8）若用K中气体体积测定NH4Cl纯度，当量气管内液面低于量筒内液面时，所测纯度__________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）

解析：

（1）C装置中盛放碱石灰的仪器名称为干燥管。

（2）制取氨气的气流顺序为adc，制取氯气的气流顺序为bghij，考虑到氯气的密度比空气大，氨气的密度比空气小，所以氨气从e口进，氯气从f口进，氨气和氯气会形成逆向流动，更有利于二者充分混合，同时注意确定连接顺序时，氯气气流是从右向左的，合理的连接顺序为a→d→c→e→f←j←i←h←g←b。

（3）装置D处发生反应生成了氯化铵，氯化铵为固体小颗粒，导管太细，固体颗粒容易堵塞导管；因为氯气有毒，需要有尾气处理装置，所以不足之处为：

无尾气处理装置。

（4）检验固体氯化铵中的铵根离子需要氢氧化钠溶液和红色石蕊试纸，检验氯离子需要蒸馏水、硝酸银和稀硝酸，所以还需要的试剂为氢氧化钠浓溶液。

Ⅱ.（5）连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将H和K中装入蒸馏水，然后加热G，导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱，则气密性良好。

（6）产生的气体通过装置H中的浓硫酸，能够吸收混合气体中的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰，减小实验误差。

（7）装置I增重为氯化氢气体的质量，0.73g氯化氢的物质的量为0.02mol，根据反应：

2NH4Cl＋3CuO

3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，消耗氯化铵的量为0.02mol，质量为0.02×53.5＝1.07g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为

×100%＝89.9%。

（8）当量气管内液面低于量筒内液面时，所测定氮气的体积偏小，根据反应：

2NH4Cl＋3CuO

3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，氯化铵的质量偏小，所测纯度偏低。

答案：

Ⅰ.

（1）干燥管　

（2）e　f　（3）无尾气处理装置

（4）氢氧化钠浓溶液

Ⅱ.（5）导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱　（6）吸收反应产生的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰　（7）89.9%　（8）偏低

4．（2018·天津卷）烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。

回答下列问题：

Ⅰ.采样

采样步骤：

①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。

（1）A中装有无碱玻璃棉，其作用为_________________________

_____________________________________________________。

（2）C中填充的干燥剂是________（填序号）。

a．碱石灰　　　b．无水CuSO4　　　c．P2O5

（3）用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D（装有碱液）相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。

（4）采样步骤②加热烟道气的目的是_______________________

_____________________________________________________。

Ⅱ.NOx含量的测定

将vL气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO

，加水稀释至100.00mL。

量取20.00mL该溶液，加入v1mLc1mol·L－1FeSO4标准溶液（过量），充分反应后，用c2mol·L－1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2mL。

（5）NO被H2O2氧化为NO

的离子方程式为_________________

_____________________________________________________。

（6）滴定操作使用的玻璃仪器主要有______________________。

（7）滴定过程中发生下列反应：

3Fe2＋＋NO

＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O

Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

则气样中NOx折合成NO2的含量为______mg·m－3。

（8）判断下列情况对NOx含量测定结果的影响（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。

若缺少采样步骤③，会使测定结果________________________。

若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果________________。

解析：

（1）装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。

（2）C中填充的是干燥剂，除去H2O且不能与NOx反应，所以应选有酸性、干燥能力强的P2O5。

（3）D装置中装有碱液，用于除去NOx，作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图为

。

（4）烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。

（5）NO被H2O2氧化为NO

，H2O2的还原产物为H2O，离子方程式为2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO

＋2H2O。

（6）滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴定液呈酸性，所以选用酸式滴定管。

（7）滴定过程中发生反应：

3Fe2＋＋NO

＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋3H2O

Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O与Cr2O

反应的Fe2＋的物质的量为6c2v2×10－3mol，标准液中Fe2＋的物质的量为c1v1×10－3mol，则与NO

反应的Fe2＋的物质的量为（c1v1－6c2v2）×10－3mol，NO

的物质的量为

mol，则vL气样中折合成NO2的含量为

mol×46g·mol－1×

×1000mg·g－1×1000L·m－3＝

×104mg·m－3。

（8）若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中NOx偏少，测定结果偏低。

若FeSO4标准溶液部分变质，溶液中的Fe2＋浓度减小，消耗的K2Cr2O7标准溶液体积减小，使测定结果偏高。

答案：

（1）除尘

（2）c

（3）

（4）防止NOx溶于冷凝水

（5）2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO

＋2H2O

（6）锥形瓶、酸式滴定管

（7）

×104

（8）偏低　偏高