1、课时分层训练(三十三)定量实验和化学实验的设计与评价A组专项基础达标(建议用时：30分钟)1“绿色化学”实验是在“绿色化学”思想指导下的实验新方法，以减少污染，防止浪费等。下列符合“绿色化学”实验的是() 【导学号：95812272】A用铜与浓硫酸反应制取CuSO4，并用少量品红溶液吸收尾气B将CO还原Fe2O3后的尾气直接排入空气中C用CCl4完成萃取操作练习时，将溴水改成碘水D将Zn和稀硫酸制H2后的废液倒入水槽后再清洗玻璃仪器C少量品红溶液可以用来检验SO2气体，但不能用来吸收尾气，A项错误；CO还原Fe2O3后的尾气，直接排放到空气中会造成空气污染，B项错误；溴易挥发，而碘不易挥发，C
2、项正确；锌与稀硫酸制氢气后的废液倒入水槽会污染环境，D项错误。2(2016武汉调研)现有Na2SO3和Na2SO4混合物样品a g，为了测定其中Na2SO3的质量分数，设计了如下方案，其中明显不合理的是()A将样品配制成溶液V1 mL，取其中25.00 mL用标准KMnO4溶液滴定，消耗标准KMnO4溶液V2 mLB向样品中加足量H2O2，再加足量BaCl2溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量为b gC将样品与足量稀盐酸混合，充分反应后，再加入足量BaCl2溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量为c gD将样品与足量稀盐酸混合，充分反应，生成的气体依次通过盛有饱和NaHSO3的洗气瓶、盛
3、有浓H2SO4的洗气瓶、盛有碱石灰的干燥管、盛有碱石灰的干燥管，测得干燥管增加d gDD项设计的方案中，因装置中的SO2不能全部排出而残留，造成所测盛放碱石灰的干燥管质量增加值偏小，故不合理。3(2016陕西九校联考)苯佐卡因(对氨基苯甲酸乙酯)常用于创面、溃疡面及痔疮的镇痛。合成该有机物的反应原理、有关数据和实验装置图如下： 【导学号：95812273】相对分子质量密度/(gcm3)熔点/沸点/水中溶解度乙醇460.79114.378.5与水任意比互溶对氨基苯甲酸1371.374188399.9微溶于水对氨基苯甲酸乙酯1651.03990172难溶于水易溶于醇、醚类合成反应：如图所示，在圆底
4、烧瓶中加入0.4 g(约0.002 9 mol)对氨基苯甲酸和0.082 mol乙醇，振荡溶解，将烧瓶置于冰水浴并加入0.22 mL浓硫酸(0.004 mol)，将反应混合物在水浴中加热回流1 h，并不时振荡。分离提纯：冷却后，分批加入10%NaHCO3溶液直至无明显气泡产生，再加少量NaHCO3溶液至pH9，转移至分液漏斗中，用乙醚分两次萃取，并向醚层加入无水硫酸钠，蒸出醚层，冷却结晶，最终得到产物0.2 g。(1)仪器A的名称为_，将烧瓶置于冰水浴中的原因是_。(2)在合成反应的实验步骤中缺少的一步操作是_。(3)在合成反应中，圆底烧瓶的容积最合适的是_。A10 mLB25 mL C50
5、mL(4)分液漏斗使用之前必须进行的操作是_，乙醚层位于_(填“上层”或“下层”)；分离提纯操作加入无水硫酸钠的作用是_。(5)合成反应中加入过量乙醇的目的是_；分离提纯过程中加入10% NaHCO3溶液的作用是_。(6)本实验中苯佐卡因的产率为_(保留三位有效数字)。解析(1)仪器A的名称为球形冷凝管，将烧瓶置于冰水浴中的原因是有利于浓硫酸稀释时热量的散发。(2)用圆底烧瓶或蒸馏烧瓶对液体加热时必须加入沸石或碎瓷片，防止暴沸，故合成反应的实验步骤中缺少的一步操作是加入沸石或碎瓷片。(3)0.082 mol乙醇的质量为0.082 mol46 gmol13.772 g；乙醇的体积V4.77 cm
6、3；对氨基苯甲酸的熔点为188 ，常温下对氨基苯甲酸为固体；浓硫酸的体积0.22 mL，三者混合后溶液体积约为5 mL，根据圆底烧瓶的选取规则，不能超过其容积的1/2，故选取10 mL圆底烧瓶，A项正确。(4)分液漏斗在使用之前必须进行的操作是检漏，乙醚的密度比水小，乙醚层位于上层；分离提纯操作加入无水硫酸钠的作用是吸水，作干燥剂。(5)合成反应中加入过量乙醇，促进反应正向进行，提高对氨基苯甲酸的转化率；在反应中用浓硫酸作催化剂，故加入10% NaHCO3溶液的作用就是中和过量的硫酸，调节pH。(6)由化学方程式知乙醇过量，故0.002 9 mol对氨基苯甲酸生成0.002 9 mol苯佐卡因
7、(C9H11NO2)，苯佐卡因的质量为0.002 9 mol165 gmol10.478 5 g，产率0.2/0.478 5100%41.8%。答案(1)球形冷凝管有利于热量的散发(2)加入沸石(或碎瓷片)(3)A(4)检漏上层作干燥剂(5)提高对氨基苯甲酸的转化率中和过量的浓硫酸和调节pH(6)41.8%4(2016山西四校联考)为研究铜与浓硫酸的反应，某化学兴趣小组进行如下实验。 【导学号：95812274】实验：反应产物的定性探究按如图装置(固定装置已略去)进行实验：(1)F装置的烧杯中发生反应的离子方程式是_，B装置中的现象是_。(2)实验过程中，能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素
8、的现象是_。(3)实验结束时，撤去所有酒精灯之前必须完成的实验操作是_。(4)实验结束后，证明A装置试管中反应所得产物是否含有铜离子的操作方法是_。实验：反应产物的定量探究(5)在铜与浓硫酸反应的过程中，发现有黑色物质出现，且黑色物质为Cu2S。产生Cu2S的反应为aCubH2SO4cCu2SdCuSO4eH2O。则ab_。(6)为测定硫酸铜的产率，将该反应所得溶液中和后配制成250.00 mL溶液，取该溶液25.00 mL加入足量KI溶液中振荡，以淀粉溶液为指示剂，用0.36 molL1的Na2S2O3溶液滴定生成的I2,3次实验平均消耗该Na2S2O3溶液25.00 mL。若反应消耗铜的质
9、量为6.4 g，则硫酸铜的产率为_。(已知：2Cu24I=2CuII2,2S2OI2=S4O2I)解析(1)F装置中NaOH溶液吸收产生的SO2气体，该气体与过量NaOH溶液反应生成Na2SO3；铜与浓硫酸反应有水生成，故B装置中白色无水硫酸铜变成蓝色的含有结晶水的硫酸铜。(2)浓硫酸与铜的反应中，一部分6价硫元素被还原为4价硫元素，生成SO2，而反应前后氢元素的化合价没有变化，故浓硫酸中硫元素的氧化性大于氢元素的氧化性，实验过程中通过检验有无氢气和SO2生成来比较浓硫酸中硫元素的氧化性与氢元素的氧化性的强弱。(3)撤掉所有酒精灯之前，需要使铜丝脱离浓硫酸，停止浓硫酸与铜的反应，同时关闭K1、
10、K2，防止溶液倒吸。(4)将A装置中试管内冷却后的混合物沿烧杯内壁缓缓倒入盛有水的烧杯中稀释，边倒边搅拌，观察是否有蓝色出现。(5)根据化学方程式中的元素守恒可列等式：a2cd，2b2e，bcd，4b4de，联立解得ae，be，ce，de，故ab54。(6)根据给出的化学方程式可知关系式：2Cu2I22S2O，即Cu2S2O，因此n(Cu2)n(S2O)0.36 molL125.00103 L0.09 mol，故硫酸铜的产率为100%90%。答案(1)SO22OH=SOH2O白色粉末变蓝色(2)D装置中黑色固体无明显变化，E装置中溶液的红色褪去(3)拉起铜丝，关闭K1、K2(4)将A装置中试管
11、内冷却后的混合物沿杯壁(或玻璃棒)缓缓倒入盛有水的烧杯中，边倒边搅拌，观察是否有蓝色出现(5)54(或1.25)(6)90%5(2017石家庄模拟)某化学小组用如图所列装置(固定装置略)验证CO能还原CuO，并探究其还原产物的组成。请回答：(1)按气流方向，各装置从左到右的连接顺序为：i()()()()()()()()()()尾气处理(填仪器接口的字母编号)。(2)说明CO能还原CuO的实验现象为_。(3)该实验处理尾气的方法为_。(4)若去掉B装置，则可能产生的影响为_。(5)将各装置按正确的顺序连接后进行实验。当反应结束后，F处硬质玻璃管中的固体全部变为红色。查阅资料Cu和Cu2O均为红色
12、；Cu2O在酸性溶液中能生成Cu和Cu2。提出猜想红色固体的成分可能为：Cu；Cu2O；_。实验验证该小组为验证上述猜想，分别取少量红色固体放入试管中，进行如下实验。实验编号操作现象a加入足量稀硝酸，振荡试管内红色固体完全溶解，溶液变为蓝色，并有无色气体产生b加入足量稀硫酸，振荡试管内有红色固体，溶液为无色实验评价根据上述实验，不能确定红色固体成分的实验是_(填实验编号)，理由为_(用化学方程式表示)。实验结论根据上述实验结果，可知红色固体的成分为_(填化学式)。解析(1)装置E用来制备二氧化碳，碳酸氢钠分解生成二氧化碳的同时，也生成水，需要用装置B中的浓硫酸除去水蒸气；装置D中二氧化碳与碳粉
13、反应生成CO，从装置D中出来的CO中含有二氧化碳，需要用装置A中的碱石灰除去二氧化碳，装置F中进行CO还原CuO的反应，装置C可检验生成的二氧化碳气体。故装置的连接顺序为icdgh(或hg)abjk(或kj)fe尾气处理。(2)CO还原CuO时生成红色的单质铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。(3)该实验尾气中主要含有CO2和有毒的CO，CO具有可燃性，其燃烧后转化为无毒的CO2。(4)水蒸气与炽热的碳反应时，生成的氢气也具有还原性，干扰了CO还原CuO的探究。(5)CO还原CuO后的固体产物为红色，而Cu、Cu2O均为红色，故产物中可能含有两者之一或两者都有。硝酸具有强氧化性，可以将
14、Cu、Cu2O都氧化，故用稀硝酸不能确定红色固体的成分。常温下，稀硫酸与Cu不反应；Cu2O在酸性溶液中能生成Cu和Cu2。答案(1)c d g h(或h g)a b j k(或k j)f e(2)F处硬质玻璃管的中黑色固体变为红色，C处澄清石灰水变浑浊(答出一点即可)(3)点燃烧掉或用气囊收集(4)NaHCO3分解产生的水蒸气在高温下能与碳粉反应生成H2，对实验产生干扰(其他合理答案也可)(5)Cu和Cu2O的混合物a3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O、3Cu2O14HNO3(稀)=6Cu(NO3)22NO7H2OCuB组专项能力提升(建议用时：20分钟)6亚硝酸钙Ca
15、(NO2)2是水泥混凝土外加剂的主要原料，可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。某学习小组设计实验制备亚硝酸钙，实验装置如图所示(夹持装置略去)。 【导学号：95812275】已知：2NOCaO2=Ca(NO2)2；2NO2CaO2=Ca(NO3)2。请回答下列问题：(1)向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的N2，原因是_。(2)仪器D的名称是_；B中盛放的试剂是_。(3)装置F中，酸性K2Cr2O7溶液可将剩余的NO氧化成NO，溶液由橙色变为绿色(Cr3)，发生反应的离子方程式是_。(4)工业上可用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的C
16、a(NO2)2，反应原理为Ca(OH)2NONO2=Ca(NO2)2H2O。其部分工艺流程如下：该工艺需控制NO和NO2的物质的量之比接近11。若n(NO)n(NO2)11，则会导致_；若n(NO)n(NO2)11，则会导致_。(5)已知Ca(NO2)2溶液需保持弱碱性，因为其遇酸会发生分解，产生NO气体。取a g某样品加入过量的稀硫酸中，发生反应产生b L(标准状况)气体，则该样品的纯度是_。解析(1)向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的N2，排除装置中的O2，防止生成的NO被氧化为NO2，发生反应2NO2CaO2=Ca(NO3)2，造成产品纯度降低。(2)由于硝酸具有挥发性
17、，同时可能产生少量NO2，这样会干扰实验结果，可以在B洗气瓶中盛放蒸馏水，除去硝酸蒸气和NO2。(3)装置F中，剩余的NO被酸性K2Cr2O7溶液氧化成NO，溶液由橙色变为绿色(Cr3)，反应的离子方程式是Cr2O2NO6H=2Cr32NO3H2O。(4)控制NO和NO2的物质的量之比接近11，与石灰乳发生反应：Ca(OH)2NONO2=Ca(NO2)2H2O。若n(NO)n(NO2)11，混合气体发生上述反应后，NO有剩余且不能被石灰乳吸收，导致排放的气体中NO含量升高。若n(NO)n(NO2)11，混合气体发生上述反应后，NO2有剩余，可与Ca(OH)2发生反应生成Ca(NO3)2，导致产
18、品中Ca(NO3)2含量升高。(5)由题干信息知反应的化学方程式为3Ca(NO2)22H2SO4=Ca(NO3)22CaSO44NO2H2O，由生成mol NO知，消耗Ca(NO2)2的质量约为4.42b g，则该样品的纯度为100%。答案(1)排除装置中的O2，防止其将生成的NO氧化为NO2(2)U形干燥管蒸馏水(3)Cr2O2NO6H=2Cr32NO3H2O(4)排放气体中NO含量升高产品中Ca(NO3)2含量升高(5)%7(2017郑州模拟)碱式碳酸铜是一种化工原料，化学式用mCu(OH)2nCuCO3表示。实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下： 【导学号：95812276】.废
19、铜屑制硫酸铜方案1：将浓硫酸加入到盛有废铜屑的大试管中加热，充分反应后过滤得到硫酸铜溶液。方案2：将铜屑在空气中充分灼烧，残留固体溶于稀硫酸。.碱式碳酸铜的制备向大试管中加入Na2CO3溶液和CuSO4溶液；水浴加热到70 左右；用0.4 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8.5，振荡、静置、过滤；用热水洗涤、烘干，得到碱式碳酸铜产品。请回答下列问题：(1)制备硫酸铜的最佳方案为_，原因是_。(2)步骤过滤后，滤液中有SO，检验SO的方法为_。(3)步骤用热水洗涤的目的是_。(4)可用如下方法测定碱式碳酸铜的组成：取34.6 g纯净物mCu(OH)2nCuCO3，在硬质试管中充分灼烧，将气体产
20、物依次通过足量的浓硫酸、足量的碱石灰，完全吸收后浓硫酸增加1.8 g，碱石灰增加8.8 g。利用上述数据推算碱式碳酸铜的化学式：_。解析(1)方案1和方案2相比较，方案1产生污染气体，且生成相同物质的量的硫酸铜，方案1消耗原料多。(2)检验硫酸根应先加入盐酸，排除CO的干扰，再加入氯化钡，有白色沉淀生成则含有SO。(3)用热水洗涤的目的是洗去沉淀表面附有的可溶性离子。(4)浓硫酸吸收水，碱石灰吸收二氧化碳。根据n(H2O)0.1 mol、n(CO2)0.2 mol，可得，故该碱式碳酸铜的化学式为Cu(OH)22CuCO3。答案(1)方案2无污染、节约原料(2)取滤液少许，加入盐酸无明显现象，加入氯化钡有白色沉淀生成(3)除去产品表面杂质 (4)Cu(OH)22CuCO3