高考化学一轮复习训练鲁科版 课时分层训练33 化学实验方案的设计与评价 鲁科版.docx

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高考化学一轮复习训练鲁科版课时分层训练33化学实验方案的设计与评价鲁科版

课时分层训练（三十三）　化学实验方案的设计与评价

（建议用时：

45分钟）

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：

95160372】

（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Ⅱ

①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．CCl4

③广口瓶中的液体没有装满，则实验测得NH3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wg，氨气的体积为aL（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NaNO2溶液与NH4Cl溶液反应的化学方程式为NaNO2＋NH4Cl

NaCl＋N2↑＋2H2O。

（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Al2O3＋3C＋N2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＋3H2O===Na[Al（OH）4]＋NH3↑知，氨气与AlN的物质的量相等，为

mol，则样品中AlN的质量分数为

%。

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）NaNO2＋NH4Cl△,NaCl＋N2↑＋2H2O　

（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）Al2O3＋3C＋N2高温,2AlN＋3CO　N2　（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　④

%

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．（2017·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MnO2是H2O2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MnO2的量对催化效果的影响，乙同学分别量取50mL1%H2O2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：

MnO2的质量/g

0.1

0.2

0.4

40s末O2体积/mL

49

61

86

由此得出的结论是______________________________，原因是____________

________________________________________________________________。

（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10mL5%H2O2）：

试管

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

滴加试剂

5滴0.1mol·L－1FeCl3

5滴0.1mol·L－1CuCl2

5滴0.3mol·L－1NaCl

产生气泡情况

较快产生细小气泡

缓慢产生细小气泡

无气泡产生

结论是__________________________________________，

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↑＋2HCl　2FeCl2＋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：

猜想

实验操作

预期现象

猜想一：

铁元素只显______价

①向所得溶液中滴入KSCN溶液；

②向酸性KMnO4溶液中滴入所得溶液

KSCN溶液无明显现象；酸性KMnO4溶液颜色________

猜想二：

铁元素只显______价

KSCN溶液呈________色；酸性KMnO4溶液颜色________

猜想三：

铁元素既有＋2价又有＋3价

KSCN溶液呈________色；酸性KMnO4溶液颜色________

【实验二】为进一步探究该反应的产物，进行了如下图所示的实验：

（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55.6g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23.3g，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。

＋2价铁具有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液退色，＋3价铁遇KSCN溶液生成血红色物质，利用这些性质可以检验铁元素的价态。

【实验二】

（1）FeSO4具有还原性，能够被空气中的氧气氧化，实验开始时先通CO2的目的是排净装置内的空气防止FeSO4·7H2O被氧化。

（2）本实验有加热装置，反应产生气体，气体与氯化钡溶液反应产生白色沉淀，导气管内压强减小，容易发生倒吸，C为防倒吸装置。

（3）55.6g绿矾的物质的量为

＝0.2mol，那么分解前硫元素的物质的量为0.2mol，白色沉淀为硫酸钡，其物质的量为

＝0.1mol，所以除了SO3以外还应有SO2，其物质的量也为0.1mol，因此绿矾分解的化学方程式是2FeSO4·7H2O

Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O。

（4）二氧化硫会污染环境，应添加尾气处理装置。

【答案】　【实验一】猜想一：

＋2　退色

猜想二：

＋3　血红　无变化

猜想三：

血红　退色

【实验二】

（1）排净装置内的空气

（2）防止产生倒吸

（3）2FeSO4·7H2O

Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O

（4）未进行尾气处理

4．CuCl2广泛应用于工业生产，溶于水形成绿色溶液。

CuCl晶体呈白色，难溶于水，露置于潮湿空气中易被氧化。

实验室用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气并与粗铜（含杂质铁）反应制备氯化铜（铁架台、铁夹及酒精灯省略）。

回答下列问题：

【导学号：

95160373】

（1）完成该实验，按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→______、________→________、________→________、________→________；实验时，圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为_____________________________。

盛粗铜粉的试管中现象是_____________________________________________________

________________________________________________________________。

（2）实验完毕，取试管中的固体用盐酸溶解后，欲提纯氯化铜，可向溶液中加入过量__________________。

（填物质化学式，已知室温下Fe（OH）3沉淀完全的pH为3.2）

（3）向制得的氯化铜溶液中通入SO2，加热一段时间即可制得CuCl，写出该反应的离子方程式：

___________________________________________________

________________________________________________________________。

（4）已知：

ⅰ.CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成Cu（CO）Cl·H2O

ⅱ.保险粉（Na2S2O4）和KOH的混合溶液能吸收氧气

某同学利用如图所示装置，测定某混合气体中H2、CO、SO2和O2的质量分数：

①D瓶测定的气体是________。

②E瓶中发生反应的离子方程式为__________________________________

________________________________________________________________。

③为了准确读取H中量气管的数据，读数时除了视线与凹液面最低处相平以外，还要注意___________________________________________

_______________________________________________________________。

【解析】　

（1）KMnO4与浓盐酸反应制得的氯气中含有HCl、水蒸气，通过饱和食盐水、浓硫酸后可得到纯净、干燥的氯气，纯净、干燥的氯气与粗铜（含杂质铁）反应后，过量的氯气用NaOH溶液吸收，故按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→d、e→j、h→f、g→b。

KMnO4与浓盐酸反应，MnO

被还原为Mn2＋，Cl－被氧化为Cl2，反应的离子方程式为2MnO

＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。

（2）实验完毕，试管中的固体用盐酸溶解后，得到CuCl2和FeCl3的混合溶液，欲除去FeCl3，可以向混合溶液中加入CuO[或CuCO3或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3]，降低溶液中c（H＋），使Fe3＋＋3H2OFe（OH）3↓＋3H＋不断向正向进行，从而将Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀除去，同时不引入新的杂质离子。

（3）向氯化铜溶液中通入SO2，CuCl2转化为CuCl，SO2转化为SO

，根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒配平离子方程式：

2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O

2CuCl↓＋4H＋＋SO

。

（4）由于保险粉（Na2S2O4）和KOH的混合溶液也可以吸收SO2，CuCl的盐酸溶液能被O2氧化，故D瓶中可以盛放强碱溶液用来吸收SO2，E瓶中盛放保险粉（Na2S2O4）和KOH的混合溶液用来吸收O2，F瓶中盛放CuCl的盐酸溶液用来吸收CO，H中量气管用来测定H2的体积。

①D瓶测定的气体是SO2。

②E瓶吸收O2，发生反应的离子方程式为2S2O

＋3O2＋4OH－===4SO

＋2H2O。

③为了准确读取H中量气管的数据，读数时除了视线与凹液面最低处相平以外，还要注意将实验装置恢复到室温，上下调节量气管，使左、右管中液面高度相平。

【答案】　

（1）d　e　j　h　f　g　b

2MnO

＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　产生大量棕黄色的烟　

（2）CuO[或CuCO3或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3]

（3）2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O

2CuCl↓＋4H＋＋SO

（4）①SO2　②2S2O

＋3O2＋4OH－===4SO

＋2H2O　③将实验装置恢复到室温，上下调节量气管，使左、右管中液面高度相平

5．现有一包红色粉末，某化学实验小组欲通过实验来探究是否由Cu、Fe2O3组成，过程如下：

（1）提出假设：

假设1.红色粉末是Cu和Fe2O3的混合物；

假设2.红色粉末是Fe2O3；

假设3.红色粉末是Cu。

（2）设计探究实验：

取少量粉末放入足量稀硝酸中，在所得溶液中滴加KSCN试剂。

①若假设3成立，则实验现象是红色粉末全部溶解，溶液变为蓝色。

②为了探究假设1和假设2哪一个成立，继续向所得溶液中加入足量的铁粉，若观察到现_______________________________________

________________________________________________________________，则假设1成立。

③有同学提出，若混合物中Cu含量较少，可能加入铁粉后实验现象不明显。

查阅资料：

Cu2＋与足量氨水反应生成深蓝色溶液：

Cu2＋＋4NH3·H2O===Cu（NH3）

＋4H2O。

为进一步探究假设1和假设2哪一个成立，另取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假设1成立，则现象为________________________；若假设2成立，则现象为_______________________________________________。

【解析】　②若假设1成立，由于之前反应的溶液中生成了Cu2＋，加入足量铁粉后发生反应：

Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故可观察到有红色固体析出。

③若假设1成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中含有Fe3＋和Cu2＋，再加入足量氨水，发生反应：

Cu2＋＋4NH3·H2O===Cu（NH3）

（深蓝色）＋4H2O、Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe（OH）3↓（红褐色）＋3NH

，故观察到的现象为产生红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色；若假设2成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中只含有Fe3＋，再加入足量氨水，溶液中产生红褐色沉淀，同时溶液呈无色。

【答案】　

（2）②有红色固体析出　③产生红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色　产生红褐色沉淀，同时溶液呈无色

6.（2018·江西九校联考）2017年1月9日，中国中医科学院青蒿素专家屠呦呦研究员获得2016年度国家科学技术奖最高奖。

青蒿素是烃的含氧衍生物，为无色针状晶体，易溶于丙酮、氯仿和苯中，在甲醇、乙醇、乙醚、石油醚中可溶解，在水中几乎不溶，熔点为156～157℃，热稳定性差，青蒿素是高效的抗疟药。

已知：

乙醚沸点为35℃。

从青蒿中提取青蒿素的方法主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。

乙醚浸取法的主要工艺为：

请回答下列问题：

【导学号：

95160374】

（1）操作Ⅱ的名称是________。

（2）操作Ⅲ的主要过程可能是_________________________（填字母）。

A．加水溶解，蒸发浓缩、冷却结晶

B．加95%的乙醇，浓缩、结晶、过滤

C．加入乙醚进行萃取分液

（3）用下列实验装置测定青蒿素分子式的方法如下：

将28.2g青蒿素样品放在硬质玻璃管C中，缓缓通入空气数分钟后，再充分燃烧，精确测定装置E和F实验前后的质量，根据所测数据计算。

①装置D的作用是________________________________________________，

装置E中吸收的物质是________，装置F中盛放的物质是_______________。

②实验装置可能会产生误差，造成测定含氧量偏低，改进方法是_______________________________________________________。

③用合理改进后的装置进行实验，称得：

装置

实验前/g

实验后/g

E

22.6

42.4

F

80.2

146.2

则测得青蒿素的实验式是________。

（4）某学生对青蒿素的性质进行探究。

将青蒿素加入含有NaOH、酚酞的水溶液中，青蒿素的溶解量较小，加热并搅拌，青蒿素的溶解量增大，且溶液红色变浅，说明青蒿素与________（填字母）具有相同的性质。

A．乙醇　　　　　　B．乙酸

C．乙酸乙酯D．葡萄糖

【解析】　

（2）青蒿素在水中几乎不溶，A项错误；获得的精品应是固体，C项错误。

（3）青蒿素分子式的测定原理为，燃烧一定质量的青蒿素样品，使其完全转化为CO2和H2O，然后测量CO2和H2O的质量，据此求出样品中C、H、O三种元素的质量，进而可确定青蒿素的实验式（最简式），若已知青蒿素的相对分子质量，则可确定其分子式。

②测定的含氧量偏低是由于外界空气中的CO2和水蒸气进入装置F中引起测定的含碳量偏高而造成的，因此改进方法是在装置F后再连接一个防止空气中CO2和水蒸气进入F的装置（如盛有碱石灰的干燥管）。

③由实验数据可知，m（H2O）＝42.4g－22.6g＝19.8g，m（CO2）＝146.2g－80.2g＝66g，则n（H2O）＝1.1mol，n（CO2）＝1.5mol，n（H）＝2.2mol，n（C）＝1.5mol，m（H）＝2.2g，m（C）＝18.0g，m（O）＝m（样品）－m（C）－m（H）＝28.2g－18.0g－2.2g＝8.0g，n（O）＝0.5mol，所以n（C）∶n（H）∶n（O）＝1.5∶2.2∶0.5＝15∶22∶5，即青蒿素的实验式是C15H22O5。

【答案】　

（1）蒸馏　

（2）B

（3）①将可能生成的CO氧化为CO2　H2O（水蒸气）　碱石灰

②在装置F后连接一个防止空气中的CO2和水蒸气进入F的装置

③C15H22O5

（4）C

1．（2018·济南联考）硫铁矿（主要成分为FeS2）焙烧产生的尾气中主要含N2、O2、SO2和少量的CO2、H2O，取标准状况下的尾气VL测定SO2含量：

方案一：

让尾气缓慢通过如图装置。