鲁科版高中化学 探究物质组成性质的实验方案的设计与评价 名师精编单元测试.docx

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鲁科版高中化学探究物质组成性质的实验方案的设计与评价名师精编单元测试

探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价

1．某研究小组验证乙醇的还原性，装置如下：

（1）乙醇被氧化的产物为________，1mol乙醇失去________mol电子。

（2）通入乙醇反应，试管A中的现象是________；反应结束后，如果对试管B进行加热，将会出现的现象是________。

（3）研究小组发现，反应后期有不溶于水的气体出现，收集该气体证明是H2，为了进一步研究设计了如下装置（部分加热仪器已省略）：

①C装置盛有的物质是________，先加热________（填装置代号），赶走装置内的空气。

②E收集液体产物，甲认为是乙酸，乙认为是乙醛，请你判断谁的推测更合理，并说明理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）乙醇被强氧化剂（如酸性KMnO4溶液）氧化能得到乙酸，但像Fe2O3这样的氧化剂只能把乙醇氧化为乙醛；乙醇（C2H6O）中C的化合价是－2价，乙醛（C2H4O）中C的化合价是－1价，所以1mol乙醇被氧化为乙醛时失去2mol电子。

（2）联想乙醇与CuO的反应，可知试管A中发生下列反应：

3CH3CH2OH＋Fe2O3

3CH3CHO＋2Fe＋3H2O，所以A中可看到的现象是红色固体变黑。

（3）①反应后期，Fe2O3已大部分变为Fe，此时有H2生成，最大的可能是Fe作催化剂使乙醇发生了脱氢反应，为验证这一猜想，设计了题图所示实验，所以C中盛有的物质是乙醇；为防止空气中的O2与Fe反应，需先赶走装置内的空气，因此应先加热C装置，使乙醇汽化。

②若E是乙酸，则反应的化学方程式是2C2H5OH

CH3COOH＋2H2↑＋C2H4↑，生成的气体中除氢气外还有乙烯，这与实验事实不符；若E是乙醛，则反应的化学方程式是C2H5OH

CH3CHO＋H2↑，符合实验事实，因此乙的推测合理。

答案：

（1）乙醛　2　

（2）红色固体变黑　出现砖红色沉淀

（3）①乙醇　C

②乙合理，依据氧原子守恒和得失电子守恒，若生成乙酸则气体除了有氢气外还有乙烯，这与实验现象不符

2．水合肼（N2H4·H2O）又名水合联氨，无色透明，是具有腐蚀性和强还原性的碱性液体，它是一种重要的化工试剂。

利用尿素法生产水合肼的原理为：

CO（NH2）2＋2NaOH＋NaClO===Na2CO3＋N2H4·H2O＋NaCl。

实验一：

制备NaClO溶液。

（实验装置如图1所示）

（1）配制30%NaOH溶液时，所需玻璃仪器除量筒外还有________（填标号）。

A．玻璃棒　　B．烧杯　　C．烧瓶D．容量瓶　　E．胶头滴管

（2）锥形瓶中发生反应的离子方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

实验二：

制取水合肼。

（实验装置如图2所示）

（3）①仪器A的名称为

________________________________________________________________________。

②反应过程中需控制反应温度，同时将分液漏斗中溶液缓慢滴入A中，如果滴速过快则会导致产品产率降低，同时产生大量氮气，写出该过程的化学方程式：

________________________________________________________________________，

故分液漏斗中的溶液是________（填标号）。

A．CO（NH2）2溶液　　B．NaOH和NaClO溶液

③充分反应后，加热蒸馏A内的溶液，收集108～114℃馏分，即可得到水合肼的粗产品。

实验三：

测定馏分中水合肼含量。

（4）称取馏分5.0g，加入适量NaHCO3固体，加水配成250mL溶液，移出25.00mL置于锥形瓶中，并滴加2～3滴淀粉溶液，用0.10mol·L－1的I2溶液滴定。

滴定过程中，溶液的pH保持在6.5左右。

（已知：

N2H4·H2O＋2I2===N2↑＋4HI＋H2O）

①滴定时，碘的标准溶液盛放在________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中，本实验滴定终点的现象为

________________________________________________________________________。

②实验测得消耗I2溶液的平均值为18.00mL，馏分中水合肼（N2H4·H2O）的质量分数为

________________________________________________________________________。

解析：

（1）配制一定溶质质量分数的溶液时，用托盘天平称量溶质质量，在烧杯中加一定量的水溶解，并用玻璃棒搅拌，所以需要的仪器有：

托盘天平、烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管。

（3）②由题中信息可知，如果分液漏斗中溶液滴入A中速度过快则会导致产品产率降低，同时产生大量氮气，说明NaClO过量时可将N2H4·H2O进一步氧化成N2，而其本身被还原为Cl－，因此该过程的化学方程式为N2H4·H2O＋2NaClO===N2↑＋3H2O＋2NaCl或CO（NH2）2＋2NaOH＋3NaClO===Na2CO3＋N2↑＋3NaCl＋3H2O；为保证NaClO不过量，应将含NaClO的溶液滴入CO（NH2）2溶液中，故分液漏斗中盛放的溶液为NaOH和NaClO的混合溶液。

（4）①碘的标准溶液具有氧化性，可以腐蚀橡胶管，所以应盛放在酸式滴定管中。

②设馏分中水合肼（N2H4·H2O）的质量分数为a，则：

N2H4·H2O　＋　2I2===N2↑＋4HI＋H2O

50g2mol

5.0g×a0.018L×0.10mol·L－1×10＝0.018mol

a＝

＝9%

答案：

（1）ABE

（2）Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O

（3）①三颈烧瓶　②N2H4·H2O＋2NaClO===N2↑＋3H2O＋2NaCl或CO（NH2）2＋2NaOH＋3NaClO===Na2CO3＋N2↑＋3NaCl＋3H2O　B

（4）①酸式　溶液出现蓝色且半分钟内不消失　②9%

3．某校研究性学习小组的同学学习了氨之后，了解到NH3具有还原性，在加热条件下能还原氧化铜，该小组的同学对该性质进行了更深入的研究。

（1）仪器a的名称为____________，试用平衡移动原理解释用A中药品制氨气的原因

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）该小组的同学用以上实验装置，并连接好后进行实验，观察到E中的固体变红，B中无水CuSO4变蓝，F中收集到无色无味的气体，则氨气还原氧化铜的化学反应方程式为

________________________________________________________________________。

为确保实验的准确性，装置的合理连接顺序依次为：

A、____________。

（不可重复使用）

（3）装置C的作用是

________________________________________________________________________，

如果没有C装置产生的后果是

________________________________________________________________________，

装置D的作用是

________________________________________________________________________。

（4）为了准确测量产生的气体在常温、常压下的体积，对于F，在读数时除了视线与凹液面最低点水平相切之外，还应注意两点

________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

（5）有同学认为：

NH3与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu2O。

已知：

Cu2O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋―→Cu＋Cu2＋。

请设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu2O____________。

解析：

（1）仪器a的名称为分液漏斗。

氨水中存在溶解平衡和电离平衡：

NH3＋H2O

NH3·H2O

NH

＋OH－，当氨水滴入到固体NaOH中时，NaOH溶解于水会放热，使NH3的溶解平衡向左移动，同时增大了OH－的浓度，使NH3·H2O的电离平衡向左移动，故氨气逸出。

（2）根据观察到的实验现象：

E中的固体变红说明有Cu生成，B中无水CuSO4变蓝说明有H2O生成，F中收集到无色无味的气体，根据氧化还原反应原理判断，反应中生成了N2，故氨气还原氧化铜的化学反应方程式为2NH3＋3CuO

3Cu＋N2＋3H2O。

连接装置时，要分析实验目的和各装置的作用及气体的流向和成分。

实验目的为“探究氨气的还原性并验证产物”，各装置的作用：

根据盛放的药品可确定B是验证有H2O生成的，C是吸水干燥的，D中的浓硫酸不能干燥氨气，E是氨气与氧化铜的反应装置，F用来测量N2的体积。

而要验证有水生成，必须注意排除反应前后的干扰，因为制得的NH3中含有水蒸气，故必须先干燥，另外还要防止F中的水蒸气进入B中。

综上分析即可得出合理的连接顺序为ACEBDF。

（4）注意题目中强调的关键词“常温常压下的体积”，而从E中出来的气体是温度较高的气体，所以要恢复至常温之后再读数，当量气管中左右液面处于相同高度时，收集到的氮气的压强才等于外界大气压，故还要使左右液面相平。

（5）根据信息“Cu2O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋―→Cu＋Cu2＋”，红色固体若只有铜，铜是不会与稀硫酸反应的，若红色固体中有Cu2O，Cu2O可以和稀硫酸反应且溶液由无色变成蓝色，故实验方案为：

取少量红色固体于试管中，滴入稀硫酸，若溶液由无色变为蓝色，则含有Cu2O，若溶液不变蓝，则不含有Cu2O。

答案：

（1）分液漏斗　氨水中存在溶解平衡和电离平衡：

NH3＋H2O

NH3·H2O

NH

＋OH－，当氨水滴入到固体NaOH中时，NaOH溶解于水放热，使NH3的溶解平衡向左移动，同时增大了OH－的浓度，使NH3·H2O的电离平衡向左移动，故氨气逸出

（2）2NH3＋3CuO

3Cu＋N2＋3H2O　CEBDF

（3）干燥氨气　NH3中的水蒸气会对产物水的验证产生干扰　吸收未反应完的氨气同时防止F中的水蒸气进入B中

（4）恢复至室温　使左右液面相平

（5）取少量红色固体于试管中，滴入稀硫酸，若溶液由无色变为蓝色，则含有Cu2O；若溶液不变蓝，则不含Cu2O

4．为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2”反应中Fe3＋和Fe2＋的相互转化。

实验如下：

（1）待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时，再进行实验Ⅱ，目的是使实验Ⅰ的反应达到

________________________________________________________________________。

（2）ⅲ是ⅱ的对比实验，目的是排除ⅱ中

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________造成的影响。

（3）ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2＋向Fe3＋转化。

用化学平衡移动原理解释原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测ⅰ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因：

外加Ag＋使c（I－）降低，导致I－的还原性弱于Fe2＋，用下图装置（a，b均为石墨电极）进行实验验证。

①K闭合时，指针向右偏转，b作________极。

②当指针归零（反应达到平衡）后，向U形管左管中滴加0.01mol·L－1AgNO3溶液，产生的现象证实了其推测。

该现象是

________________________________________________________________________。

（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ⅱ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因。

①转化的原因是

________________________________________________________________________。

②与（4）实验对比，不同的操作是

________________________________________________________________________。

（6）实验Ⅰ中，还原性：

I－>Fe2＋；而实验Ⅱ中，还原性Fe2＋>I－。

将（3）和（4）、（5）作对比，得出结论是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）待实验Ⅰ溶液颜色不再改变，说明其中的可逆反应已达平衡状态。

（2）实验ⅲ中加入1mL水，目的是排除ⅱ中因加入FeSO4溶液对原溶液稀释，造成溶液颜色变化。

（3）ⅰ中加入AgNO3溶液，Ag＋与I－生成AgI黄色沉淀，c（I－）减小，平衡2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2逆向移动。

ⅱ中加入FeSO4溶液，c（Fe2＋）增大，平衡也是逆向移动，c（I2）减小，溶液颜色变浅。

（4）①U形管左管中I－具有强还原性，易发生氧化反应，a极为原电池的负极。

U形管右管中Fe3＋具有强氧化性，易发生还原反应，b极为原电池的正极。

②在U形管左管中滴加AgNO3溶液后，Ag＋与I－生成AgI黄色沉淀，I－浓度降低，U形管右管新生成的Fe2＋还原性比I－的强，从而U形管右管易发生氧化反应，作负极，故电流表的指针向左偏转。

（5）①按照（4）的离子浓度大小影响离子的还原性的原理，该同学利用原电池装置进行实验，证实了ⅱ中Fe2＋浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－。

②实验ⅱ与实验（4）相比较，实验（4）当指针归零后，可采取向U形管右管中滴加1mol·L－1FeSO4溶液，以增加Fe2＋的浓度，使c（Fe2＋）大于c（I－）。

（6）根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中c（Fe2＋）和c（I－）的浓度不同知，在其他条件不变时，物质的氧化性和还原性与浓度有关，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，导致平衡移动。

答案：

（1）化学平衡状态

（2）因溶液稀释使溶液颜色变化

（3）加入Ag＋发生反应：

Ag＋＋I－===AgI↓，c（I－）降低；或增大c（Fe2＋），平衡均逆向移动

（4）①正　②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转

（5）①Fe2＋随浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－

②向右管中滴加1mol·L－1FeSO4溶液

（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向

5．某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L－1的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：

假设一：

溶液中的NO

假设二：

溶液中溶解的O2

（1）验证假设一

该小组设计实验验证了假设一。

请在下表空白处填写相关实验现象。

实验步骤

实验现象

结论

实验1：

在盛有不含O2的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体

________

假设一成立

实验2：

在盛有不含O2的25mL0.1mol·L－1Ba（NO3）2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体

________

（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图。

实验1中溶液pH变小的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）验证假设二

请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。

实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：

（4）若假设二成立，请预测：

在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反应后两溶液的pH前者________（填“大于”或“小于”）后者，理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）不含O2的BaCl2溶液中通入SO2气体无明显现象；向不含O2的Ba（NO3）2溶液中通入SO2气体产生白色沉淀，表明溶液中的NO

能氧化SO2气体产生BaSO4白色沉淀。

（2）向BaCl2溶液中通入SO2气体，二者不发生反应，但SO2溶于水可以与水反应生成H2SO3使溶液显酸性；向Ba（NO3）2溶液中通入SO2气体，NO

可以把SO2氧化为H2SO4使溶液pH减小，反应的离子方程式为3SO2＋2NO

＋2H2O===3SO

＋4H＋＋2NO。

（4）由O2氧化H2SO3的离子方程式2H2SO3＋O2===4H＋＋2SO

和NO

氧化H2SO3的离子方程式3H2SO3＋2NO

===3SO

＋4H＋＋2NO↑＋H2O知，足量的O2和NO

分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者，故反应后两溶液的pH前者小于后者。

答案：

（1）无明显现象　有白色沉淀

（2）SO2溶于水生成H2SO3　3SO2＋2NO

＋2H2O===3SO

＋4H＋＋2NO（或3H2SO3＋2NO

===3SO

＋4H＋＋2NO↑＋H2O）

（3）

实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：

实验1作为参照实验

实验3：

将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立

（4）小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO

分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者（本题部分小题属于开放性试题，合理答案均可）

6．氧化亚铜是大型水面舰艇防护涂层的重要原料。

某小组通过查阅资料，进行如下研究。

资料：

1．氧化亚铜：

化学式Cu2O，红色至红褐色结晶或粉末，不溶于水及有机溶剂，可溶于稀盐酸、稀硫酸等，在稀硫酸溶液中歧化为二价铜和铜单质。

氧化亚铜在1800℃时分解，在干燥空气中稳定，但在潮湿空气中被慢慢氧化为氧化铜。

氧化亚铜主要用于制造船底防污漆、杀虫剂……

2．葡萄糖还原法制备氧化亚铜：

将葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液混合后进行反应，生成氧化亚铜，条件控制不当时会有少量氧化铜生成

Ⅰ.Cu2O的制取

（1）葡萄糖还原法制Cu2O的化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）实验室用此方法制取并获得少量Cu2O固体，需要的玻璃仪器除试管、酒精灯、烧杯外，还需要

________________________________________________________________________。

Ⅱ.检验样品中是否含有CuO

方案Ⅰ：

将制得的Cu2O样品溶于足量的稀硫酸。

（3）甲同学认为若溶液变为蓝色，则说明样品中含有CuO杂质。

乙同学认为此推论不合理，用化学方程式解释原因

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）甲同学通过反思，认为将定性检验改为定量测定便能确定样品中是否含有CuO杂质，应测量的数据是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

方案2：

丙同学认为采用如下装置（所加药品均足量）进行实验，通过测定c装置反应后固体的质量以及d装置反应后增重的质量，可计算

，从而确定样品中是否含有氧化铜。

（5）装置a中所加的酸是________（填化学式），装置e中碱石灰的作用是

________________________________________________________________________。

（6）点燃装置c中酒精灯之前需进行的