高考化学二轮复习专题5化学实验基础第2讲 化学实验方案的设计与评价提能力.docx
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高考化学二轮复习专题5化学实验基础第2讲化学实验方案的设计与评价提能力
1.[双选题]用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：
①铜与浓硝酸反应；②铜与稀硝酸反应；③铜与氧气反应生成CuO，CuO再与稀硝酸反应。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A.所消耗的硝酸的量：
②>①>③
B.对环境造成的危害，③最小
C.因铜与浓硝酸作用最快，故制取硝酸铜的最佳方案是①
D.三种途径所消耗的铜的质量相等
解析：
法①消耗的HNO3多，且产生的污染性气体也多，最佳方案应是③。
答案：
AC
2.某课外实验小组设计的下列实验不合理的是（ ）
解析：
NO2能与水发生反应，不能用排水法收集，选项C错误。
答案：
C
3.下列化学实验装置或操作正确的是（ ）
解析：
浓H2SO4稀释不能在容量瓶中进行，更不能将浓H2SO4倒入水中，A项错；蒸馏时温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处，B项错；收集比空气重的NO2气体应长进短出，C项错。
答案：
D
4.用如图装置制取、提纯、收集表中的四种气体（a、b、c表示相应仪器中加入的试剂），其中可行的是（ ）
气体
a
b
c
A
NO2
浓硝酸
铜片
NaOH溶液
B
SO2
浓硫酸
Cu
NaOH溶液
C
NH3
浓氨水
生石灰
碱石灰
D
CO2
稀盐酸
CaCO3
浓硫酸
解析：
A项和B项生成的气体均会被NaOH溶液吸收，C项NH3应用向下排空气法收集.
答案：
D
5.下图表示从固体混合物中分离X的两种方案，请根据方案1和方案2指出下列说法合理的是（ ）
A.可以选用方案1分离碳酸氢钠中含有的氯化铵
B.方案1中残留物应该具有的性质是受热易挥发
C.方案2中加入的试剂一定能够与除X外的物质发生化学反应
D.方案2中加入NaOH溶液可以分离出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3
解析：
碳酸氢钠加热分解，A错误；加热后留下的残留物一定是固体或难挥发的液体，B错误；加入的试剂可以是水且不一定发生化学反应，C错误；二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的硅酸钠，进而分离出氧化铁，D正确。
答案：
D
（限时45分钟，满分100分）
一、选择题（本题包括7小题，每小题6分，共42分）
1.[双选题]下列化学实验事实及其解释都正确的是（ ）
A.向KMnO4溶液中滴加盐酸，KMnO4溶液的氧化能力增强。
说明盐酸具有氧化性
B.向澄清的AlCl3稀溶液中加入NaOH浓溶液，振荡，溶液仍为澄清。
说明该两种溶液混合是物理变化
C.向FeCl3溶液中加入过量Cu粉，振荡、静置，溶液由黄色变为绿色。
说明Fe3＋具有氧化性
D.向CaCl2溶液中滴入少量Na2CO3溶液，产生白色沉淀。
说明CaCO3难溶于水
解析：
向KMnO4溶液中滴加盐酸后其氧化能力增强的原因是溶液呈酸性；AlCl3与足量的NaOH溶液反应生成NaAlO2，属于化学变化；向FeCl3溶液中加入过量Cu粉生成绿色的FeCl2和CuCl2的混合溶液。
答案：
CD
2.大胆、科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。
在下列假设（猜想）引导下的探究肯定没有意义的是（ ）
A.探究SO2与Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B.探究Na与水的反应可能有O2生成
C.探究浓硫酸与铜在一定条件下反应产生的黑色物质中可能有CuS
D.探究向滴有酚酞试液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的现象是溶液的酸碱性改变所致，还是HClO的漂白性所致
解析：
因为H2O中O若变成O2，则氧元素价态升高，水是还原剂，但单质钠只能作还原剂。
答案：
B
3.下列实验方案设计正确的是（ ）
A.分解高锰酸钾制取氧气后，残留在试管内壁上的黑色物质可用稀盐酸洗涤
B.失去标签的AgNO3溶液、稀盐酸、NaOH溶液、AlCl3溶液可选用（NH4）2CO3溶液作鉴别试剂
C.用铜丝代替铂丝做焰色反应
D.在裂化汽油中加入酸性高锰酸钾，振荡后若紫色褪去即可证明其中含甲苯等苯的同系物
解析：
加入（NH4）2CO3溶液时，AgNO3溶液中产生白色沉淀，稀盐酸中产生无色无味气体，NaOH溶液中产生无色有刺激性气味的气体，AlCl3溶液中既有白色沉淀又有无色无味气体产生。
高锰酸钾分解后残留的二氧化锰可以用热的浓盐酸洗涤，不能用稀盐酸来清洗。
做焰色反应实验应选用铂丝，不能选用铜丝，因为铜丝灼烧时会产生明显的绿色火焰。
裂化汽油中含有较多的烯、炔等不饱和烃，能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
答案：
B
4.[双选题]下列实验现象预测正确的是（ ）
A.实验Ⅰ：
振荡后静置，上层溶液颜色保持不变
B.实验Ⅱ：
酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去
C.实验Ⅲ：
微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色
D.实验Ⅳ：
继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应
解析：
本题考查化学实验，意在考查考生对化学实验原理、实验设计和实验结论的运用能力。
实验Ⅰ：
Br2能与NaOH溶液反应，上层溶液颜色褪去，A项错误；实验Ⅱ：
浓硫酸使蔗糖脱水炭化，生成的SO2气体能使酸性KMnO4溶液紫色褪去、CO2从溶液中逸出，B项正确；实验Ⅲ：
铜与稀HNO3微热，反应生成NO，在广口瓶中NO与O2接触生成红棕色的NO2，C项错误；实验Ⅳ：
Fe（OH）3胶体可产生丁达尔效应，D项正确。
答案：
BD
5.下列有关化学实验图像表现的内容错误的是（ ）
A.铜锌原电池 B.转移溶液
C.氨的制取装置D.模拟铁锈蚀装置
解析：
由A项两烧杯中的溶液可推知：
盛放硫酸锌溶液的烧杯中的电极应为锌棒，盛放硫酸铜溶液的烧杯中的电极应为铜棒。
由原电池原理判断：
锌棒应为负极，铜棒应为正极，故A不正确。
答案：
A
6.下列相关实验不能达到预期目的的是（ ）
相关实验
预期目的
A
相同温度下，等质量的大理石块、大理石粉末分别与等体积、等浓度的盐酸反应
探究接触面积对化学反应速率的影响
B
把装有颜色相同的NO2和N2O4混合气的两支试管（密封）分别浸入冷水和热水中
探究温度对化学平衡的影响
C
在蔗糖中加入稀硫酸，水浴加热，再加入新制的氢氧化铜并加热
探究蔗糖水解产物具有还原性
D
两支试管中装有等体积、等浓度H2O2溶液，向其中一支试管中加入CuSO4溶液
探究CuSO4溶液对H2O2分解速率的影响
解析：
C项，蔗糖中加入稀H2SO4，水浴加热后应加入NaOH中和过量的稀H2SO4，再加新制的Cu（OH）2并加热。
答案：
C
7.用下图装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m（H）∶m（O）>1∶8。
下列对导致这一结果的原因的分析中，一定错误的是（ ）
A.Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B.Ⅲ装置后缺少干燥装置
C.Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝
D.CuO没有全部被还原
解析：
用H2还原CuO时，装置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而装置Ⅱ中玻璃管通H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量，即生成水中氧元素的质量，而m（水）－m（氧）＝m（氢）。
当Zn和稀H2SO4反应产生的H2不干燥[m（水）偏大]，装置Ⅲ后不加干燥装置，使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m（水）偏大]，Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m（氧）偏小]，都会造成测得m（H）∶m（O）>1∶8。
H2O的组成与CuO是否完全反应无关，只与通H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。
答案：
D
二、非选择题（本题包括4小题，共58分）
8.（16分）地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。
文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。
（1）实验前：
①先用0.1mol·L－1H2SO4洗涤Fe粉，其目的是________，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将KNO3溶液的pH调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入________（写化学式）。
（2）下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系（部分副反应产物曲线略去）。
请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式________________________。
t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH
的浓度在增大，Fe2＋的浓度却没有增大，可能的原因是________________________。
（3）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，
请你完成假设二和假设三：
假设一：
溶液的pH；
假设二：
________________；
假设三：
________________；
……
（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。
（已知：
溶液中的NO
浓度可用离子色谱仪测定）
实验步骤及结论：
解析：
本题主要考查化学实验，意在考查考生对图像的分析能力和实验设计能力。
（1）铁的表面被空气氧化形成氧化膜，需加酸除去；为防止空气中的O2对脱氧的影响，可向溶液中通入N2或稀有气体等。
（2）由图可知，铁和KNO3反应生成Fe2＋和NH
.（4）探究溶液的pH对反应速率的影响，可设计实验，使其他量保持不变，仅改变溶液中c（H＋）即可。
答案：
（1）去除铁粉表面的氧化物等杂质 N2
（2）4Fe＋NO
＋10H＋===4Fe2＋＋NH
＋3H2O 生成的Fe2＋水解（或和溶液中的OH－结合）
（3）温度 铁粉颗粒大小
（4）
实验步骤及结论：
①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；
②调节溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；
③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe粉；
④用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO
的浓度，若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO
浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。
（本题属于开放性试题，合理答案均可）
9.（15分）[问题提出]教材中在检验Cu与稀硝酸反应的还原产物时，实验直接在试管中进行，由于试管中有空气，开始往往看到的是红棕色气体，导致实验现象与实验原理无法吻合。
某校化学活动小组对这一实验进行了研究，并提出改进措施。
[研究目的与要求]
（1）克服教材实验的缺点，并能证明Cu与稀硝酸反应生成的是NO。
NO不溶于水，可以与O2反应产生红棕色的NO2
（2〉改进后的实验必须达到的要求：
节约药品、操作简便、现象明显、减少污染。
[实验过程]
实验方案一：
（1）按图1所示接好仪器检查装置气密性的方法是_____________________________
________________________________________________________________________。
（2）根据你对装置和研究目的的理解，请补充制取NO并验证NO不溶于水的实验操作：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）验证NO和O2生成NO2的实验操作和现象是_________________________________
________________________________________________________________________。
实验方案二：
（4）按图2所示连接装置，检查气密性后，在干燥管内加入3.2g铜片，在烧杯中加入适量经过预热的稀硝酸。
（5）打开止水夹，用注射器快速抽空干燥管内的空气，使稀硝酸充满整个干燥管，然后关闭止水夹。
观察到的现象是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）反应停止后，打开止水夹，用注射器将抽取的空气慢慢推入干燥管内，发现干燥管内的气体变成红棕色，且液面缓缓上升，Cu和稀硝酸反应继续进行。
不断充入O2，直至加入的3.2gCu完全反应，则共消耗的氧气在标准状况下的体积为________L。
解析：
题干已经指出教材实验的不足，并提出了改进实验方案的要求，要克服教材实验的缺点，必须使反应在无O2的环境中进行。
实验方案一：
（1）根据实验装置图1可以确定检查装置气密性的方法是关闭活塞，从U形管的右端加水使两边产生液面差，静置一会，观察液面差是否缩小。
（2）连接好装置，打开活塞，从U形管的右端快速注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，关闭活塞，会发现U形管中液面左降右升，这就证明了生成的NO不溶于水。
（3）打开分液漏斗的活塞，在压力作用下，NO会进入分液漏斗内，与分液漏斗中的空气反应生成红棕色气体NO2。
因此验证NO和O2反应生成NO2的实验操作和现象是将活塞慢慢打开，观察到分液漏斗内有红棕色气体出现。
实验方案二：
（5）根据操作和装置知反应时铜片表面有气泡产生，液面下降，溶液变蓝等现象。
（6）根据电子守恒：
2n（O2）＝n（Cu）＝3.2÷64＝0.05（mol），
V（O2）＝0.56L。
答案：
（1）关闭活塞，从U形管的右端加水，使两边产生液面差，静置一会，观察液面差是否缩小
（2）连接好装置，打开活塞，从U形管的右端注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，然后关闭活塞，观察现象
（3）将活塞慢慢打开，观察到分液漏斗内有红棕色气体生成
（5）干燥管内铜片溶解，表面有气泡产生，干燥管内液面逐渐下降，溶液变成蓝色，当稀硝酸不与铜片接触时，液面停止下降
（6）0.56
10.（12分）工业上可用下列仪器组装一套装置来测定黄铁矿中硫的质量分数（忽略SO2、H2SO3与氧气的反应）。
实验的正确操作步骤如下：
A.连接好装置，并检查装置的气密性
B.称取研细的黄铁矿样品
C.将2.0g样品小心地放入硬质玻璃管中
D.以1L/min的速率鼓入空气
E.将硬质玻璃管中的黄铁矿样品加热到800℃～850℃
F.用300mL的饱和碘水吸收SO2，发生的反应是：
I2＋SO2＋2H2O===2HI＋H2SO4
G.吸收液用CCl4萃取、分离
H.取20.00mLG中所得溶液，用0.2000mol·L－1的NaOH标准溶液滴定。
试回答：
（1）步骤G中所用主要仪器是________，应取________（填“上”或“下”）层溶液进行后续实验。
（2）装置⑤中的作用是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）装置正确的连接顺序是________（填编号）。
（4）步骤H中滴定时应选用________作指示剂，可以根据
________________________________________现象来判断滴定已经达到终点。
（5）假定黄铁矿中的硫在操作E中已全部转化为SO2，并且被饱和碘水完全吸收，滴定得到的数据如下表所示：
滴定
次数
待测液的
体积/mL
NaOH标准溶液的体积/mL
滴定前
滴定后
第一次
20.00
0.00
20.48
第二次
20.00
0.22
20.20
第三次
20.00
0.36
20.38
则黄铁矿样品中硫元素的质量分数为________（保留小数点后1位）。
解析：
（1）步骤G是萃取操作，需要用的仪器是分液漏斗，下层为CCl4，应取上层溶液进行后续实验。
（2）酸性高锰酸钾是用来除去空气中的SO2和其他还原性气体。
（3）先要用酸性高锰酸钾溶液来除去空气中的SO2和其他还原性气体，然后用碱石灰干燥，再连接发生装置，再接玻璃丝，最后吸收SO2。
（4）用碱来滴定G中所得溶液中的酸，用酚酞作指示剂，滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色。
（5）第一次数据与第二、三次数据相差较大，舍去，取第二、三次数据的平均值可得V（NaOH）＝20.00mL，n（NaOH）＝c（NaOH）·V（NaOH）＝0.2000mol·L－1×20.00×10－3L＝4×10－3mol，S～SO2～4H＋4NaOH，n（S）＝n（SO2）＝
n（NaOH）＝1×10－3mol,300mL吸收液中含有的n（S）＝1×10－3mol×
＝0.015mol，w（S）＝
×100%＝
×100%＝24.0%。
答案：
（1）分液漏斗 上
（2）除去空气中的SO2和其他还原性气体
（3）⑤③②④①
（4）酚酞 滴入最后一滴NaOH溶液后，溶液变为浅红色，并在半分钟内不褪色（本问答甲基橙和对应的现象也给分）
（5）24.0%
11.（15分）某中学化学兴趣小组想测定饱和氯水的pH，并进行氯水的氧化性和制漂白剂等实验。
他们使用如下图装置制取较多量的饱和氯水。
回答：
（1）写出仪器的名称：
A________，B________。
（2）写出甲、丁装置中发生反应的化学方程式，
甲：
________________________________________________________________；
丁：
_________________________________________________________________。
（3）制取结束时，氯水已饱和的现象是_____________________________________
________________________________________________________________________。
（4）漂白粉在溶液中存在下列平衡：
ClO－＋H2O
HClO＋OH－，下列措施能提高漂白效果的是________。
A.加水稀释 B.通入CO2 C.加入适量盐酸
D.加入少量NaOH E.加少量白醋
（5）为使制取过程简便并保证制得的氯水纯净，有同学提出如下建议：
①在乙和丙之间增加下图中的a装置，你认为有无必要________（填“有”或“无”）。
②若撤去乙，直接将甲和丙相连，你认为是否可行？
________，理由是_____________________________________________________。
③在丙的长导管下口处，接下图中的b，可以提高氯气的吸收效果，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（2）甲中是以加热方式制氯气，其方程式为MnO2＋4HCl（浓）
MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，丁中Cl2与Ca（OH）2反应生成Ca（ClO）2和CaCl2。
（3）氯水的主要成分是氯气，因此当烧瓶内液体及上方气体为黄绿色时，证明氯气和H2O反应已达平衡，即饱和状态。
（4）根据平衡移动原理，加入物质能中和OH－，平衡右移，HClO浓度增大，漂白效果增强，故可选B、C、E。
（5）因氯气与H2O反应，通入丙前干燥不必要；撤去乙，HCl溶解于丙，影响氯水pH的测定；接b装置增大氯气与水的接触面积，提高了氯气的吸收速率。
答案：
（1）分液漏斗 烧瓶
（2）MnO2＋4HCl（浓）
MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O
（3）液体及液体上方呈黄绿色 （4）B、C、E
（5）①无 ②否 大量的HCl被吸收于丙中，影响氯水pH的测定 ③增大了氯气与水的接触面积，提高了氯气的吸收速率
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