1、化学实验方案的设计与评价(A)(45分钟100分)一、选择题(本题包括6小题,每题7分,共42分)1.下列装置所示的实验不能达到目的的是()【解析】选A。A项,长颈漏斗尖端应该插入液面以下,错误;B项,Na与水反应放出热量,使大试管中的气体膨胀,红墨水左低右高,正确;C项,高锰酸钾与浓盐酸反应生成Cl2,Cl2通入Na2S溶液后生成硫单质,溶液变浑浊,正确;D项,NH4Cl分解生成NH3和HCl,遇冷发生反应:NH3+HClNH4Cl,NH4Cl附着在烧瓶上,正确。2.为落实“五水共治”,某工厂拟综合处理含N废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考虑其他成分),设计了如下流
2、程:下列说法不正确的是()A.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3B.X可以是空气,且需过量C.捕获剂所捕获的气体主要是COD.处理含N废水时,发生反应的离子方程式为N+NN2+2H2O【解析】选B。废气中CO2、SO2能与石灰乳反应生成CaCO3、CaSO3,故A项正确;气体1是不能被过量石灰乳吸收的NO、CO和氮气,NO和NO2按11的体积比能与NaOH溶液反应生成亚硝酸钠,所以X可以是空气,但不能过量,过量会使NO2的量增加,从而有NaNO3生成,故B项错误;气体2的成分为N2和CO,因此捕获剂所捕获的气体主要是CO,故C项正确;含N废水用NaNO2溶液处理后得到无污染
3、的气体,因此会生成N2,其反应的离子方程式为N+NN2+2H2O,故D项正确。3.下列有关化学实验的设计合理的是()A.向氯化亚铁溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液,证明溶液中含有Fe2+B.采用蒸馏的方法分离碘的四氯化碳溶液C.用盐酸与碳酸钙反应,比较氯和碳的非金属性D.H2S气体通入CuSO4溶液,比较氢硫酸和硫酸的酸性【解析】选B。A.向氯化亚铁溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液,氯离子也能被氧化而使溶液褪色,不能证明溶液中含有Fe2+,A错误;B.碘和四氯化碳的沸点相差较大,采用蒸馏的方法分离碘的四氯化碳溶液,B正确;C.盐酸不是最高价含氧酸,不能比较氯和碳的非金属性,C错误;D.H2S气体通入CuS
4、O4溶液生成硫化铜和硫酸,不能据此说明氢硫酸比硫酸的酸性强,硫酸的酸性强于H2S,D错误。【加固训练】下列实验现象和结论相对应且正确的是()选项实验现象结论A向某钠盐中滴加盐酸,产生气体再通入品红溶液品红溶液褪色该钠盐为Na2SO3或NaHSO3B向FeBr2溶液中加入少量氯水,再加CCl4振荡,静置CCl4层无色,水层变为棕黄色说明Fe2+的还原性强于Br-C铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液出现红色铝热剂中一定含有氧化铁D用浓盐酸和石灰石反应产生的气体直接通入Na2SiO3溶液中Na2SiO3溶液变浑浊证明碳元素的非金属性大于硅元素【解析】选B。A选项中除了Na2SO3或NaHSO3,
5、可能还有硫代硫酸盐等,A错误;B.向 FeBr2溶液中加入少量氯水,再加CCl4振荡,CCl4层无色,水层变为棕黄色,说明加入少量氯水,只有亚铁离子被氧化,则说明Fe2+的还原性强于Br-,B正确; C. 铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液出现红色,说明存在Fe3+,不一定是氧化铁,C错误;D.用 浓盐酸和石灰石反应产生的气体直接通入Na2SiO3溶液中, Na2SiO3溶液变浑浊,也可能是浓盐酸挥发的氯化氢与Na2SiO3溶液形成的,故D错误。4.用下图所示实验装置进行相应实验,不能达到实验目的的是 ()A.图所示装置用于Cu和浓硝酸可制取NOB.装置可用于实验室制备Cl2C.用图所示装
6、置,分离CCl4萃取碘水中的I2后的有机层和水层D.用图所示装置,可以证明氧化性:Cl2Br2I2【解析】选D。Cu和浓硝酸反应生成NO2,NO2可以与水反应生成NO,故可以用此装置制取NO,A正确;高锰酸钾具有强氧化性,在常温下就可以把浓盐酸氧化为氯气,故可用于实验室制备Cl2,B正确;D项,Cl2也能将KI氧化,无法证明氧化性Br2I2。5.通过实验、观察、类比、推理等方法得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列反应实验现象的推断或解释正确的是()选项操作实验现象解释A向某钾盐中滴加浓盐酸,产生气体再通入品红溶液品红溶液褪色该钾盐为K2SO3或KHSO3B铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSC
7、N溶液出现红色铝热剂中一定含有氧化铁C将少量溴水加入KI溶液中,再加入CCl4,振荡,静置下层液体呈紫色氧化性:Br2I2D将足量过氧化钠固体投入紫色石蕊试液中溶液变成蓝色过氧化钠与水反应生成氢氧化钠,溶液呈碱性【解析】选C。向高锰酸钾中滴加浓盐酸能生成氯气,氯气漂白品红溶液,钾盐不一定是亚硫酸盐,故A错误;铝热剂中可能含有四氧化三铁,故B错误;下层液体呈紫色说明溴置换出碘化钾中的碘单质,故C正确;由于过氧化钠具有强氧化性,将足量过氧化钠固体投入紫色石蕊试液中,溶液先变成蓝色再褪色,故D错误。6.(能力挑战题)某同学通过下列实验探究Al及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是()A.实验室中
8、将NH3H2O滴入Al2(SO4)3溶液中,制备Al(OH)3沉淀B.将一块铝箔用砂纸打磨后立即在酒精灯上点燃,观察铝燃烧的火焰C.将Al(OH)3沉淀转入蒸发皿中加足量稀盐酸,加热蒸干得无水AlCl3固体D.将铝置于装有浓硫酸的试管中再加水,探究Al在不同浓度硫酸中的反应【解析】选A。氢氧化铝是两性氢氧化物,溶于强酸强碱,不溶于弱酸弱碱,实验室中将NH3H2O滴入硫酸铝溶液中制备氢氧化铝,A正确;铝在空气中不能燃烧,铝氧化生成氧化铝,熔点高,B错误;氯化铝溶液水解生成氢氧化铝和盐酸,蒸发,氯化氢挥发,得到水解产物氢氧化铝,不能得到氯化铝,C错误;常温下铝在浓硫酸溶液中发生钝化,不再继续反应,
9、加入水稀释后,稀硫酸和铝发生反应,不能探究Al在不同浓度硫酸中的反应,D错误。二、非选择题(本题包括3小题,共58分)7.(19分)新型材料纳米级铁粉与普通铁粉具有不同的性质。已知:在不同温度下,纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同:温度低于570 时生成FeO,高于570 时生成Fe3O4。某实验小组利用如图所示装置对纳米级铁粉与水蒸气的反应进行了探究。回答下列问题:实验一:纳米级铁粉与水蒸气的反应(1)装置C的作用是_。实验过程中,应先点燃_(填“酒精灯”或“酒精喷灯”)。(2)不能撤除收集气体产物装置B的原因是_。实验二:固体产物的定性探究为探究实验结束后试管内的固体物质成分,进行了下列
10、实验:实验步骤实验操作实验现象将反应后的黑色粉末X(假定成分分布均匀)取出少量,放入另一试管中,加入足量盐酸,微热黑色粉末逐渐溶解,溶液呈浅绿色;有少量气泡产生向实验中得到的溶液滴加几滴KSCN溶液,振荡溶液没有出现红色(3)甲同学认为该条件下反应的固体产物为FeO。则纳米级铁粉与水蒸气反应的化学方程式是_。(4)乙同学认为该结论不正确,他的理由是_(用离子方程式表示)。实验三:固体产物的定量分析(5)丙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO和Fe3O4。并将一定量上述实验中得到的溶液B进行实验,对生成的黑色粉末X中的FeO和Fe3O4的质量进行测定,实验流程如下图溶液B中的阳离子有_。黑色粉
11、末X中铁的氧化物的质量分别是m(FeO)=_g,m(Fe3O4)=_g。【解析】(1)反应物为铁和水蒸气,则装置C用于制备水蒸气。反应时,应先点燃酒精灯,为反应体系提供稳定的水蒸气气流。(2)水蒸气与铁粉在酒精喷灯加强热下生成四氧化三铁和氢气;因为氢气在空气中比重达到一定程度,遇明火就会发生爆炸,所以用装置B收集氢气。(3)已知本实验中产物为FeO和氢气,则反应的化学方程式为Fe+H2O(g)FeO+H2。(4)有气泡冒出,说明铁有剩余,故可能是剩余的铁将三价铁离子还原为亚铁离子,所以不能证明产物为氧化亚铁,反应的离子方程式为Fe+2H+2Fe2+H2,2Fe3+Fe3Fe2+。(5)由流程图
12、可知,溶液B含有生成的Fe2+、Fe3+;加氯水把Fe2+氧化为Fe3+,再加氢氧化钠生成氢氧化铁,灼烧得到D(氧化铁);若加铜粉,溶液F中含有Fe2+、Cu2+,加氯水把Fe2+氧化为Fe3+,再加氢氧化钠生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀,灼烧得到固体G(Fe2O3和CuO混合物)。溶液B中的阳离子有FeO和Fe3O4分别与盐酸反应生成的Fe2+、Fe3+以及过量盐酸中的H+。红棕色固体D为Fe2O3,其物质的量n(Fe2O3)=0.025 mol,由此可知FeO和Fe3O4中n(Fe2+)+n(Fe3+)=2n(Fe2O3)=0.05 mol,固体G为Fe2O3和CuO混合物,则CuO的质量m(
13、CuO)=5.2 g-4.0 g=1.2 g,n(CuO)=0.015 mol,根据2Fe3+CuCu2+2Fe2+,n(Fe3+)=0.015 mol2=0.03 mol,则n(Fe2+)=0.05 mol-0.03 mol=0.02 mol,设FeO的物质的量为x mol,Fe3O4的物质的量为y mol,则有求得因此m(FeO)=0.005 mol80 gmol-1=0.4 g,m(Fe3O4)=0.015 mol232 gmol-1=3.48 g。答案:(1)制取水蒸气酒精灯(2)氢气遇明火可能发生爆炸(3)Fe+H2O(g)FeO+H2(4)Fe+2H+2Fe2+H2,2Fe3+Fe
14、3Fe2+(5)Fe3+、Fe2+、H+0.43.488.(19分)下图5个装置都是中学化学中常见的实验装置,某学习小组的同学欲用这些装置进行常见物质的制取并探究其性质(图中a、b、c表示止水夹),请对其进行完善或评价,试回答下列问题:(1)将A、C、E相连后,以浓盐酸和_(填写名称)为原料制取Cl2,仪器乙的名称是_。写出装置E发生反应的离子方程式_。(2)将B、D、E装置相连接(打开止水夹a和止水夹b,关闭止水夹c),在B中盛装浓硝酸和铜片(将铜片放在有孔塑料板上),可制得NO2。一段时间后,欲用D装置探究NO2与水的反应,其操作步骤为先_,再_以使烧杯中的水进入试管丁,观察现象。(3)利
15、用(1)中装置和药品,在丙中加入适量水,即可制得氯水。将所得氯水分为两份,进行、两个实验,实验操作、现象、结论如下:实验序号实验操作现象结论将所得氯水滴入品红溶液品红溶液褪色氯气与水反应的产物有漂白性向所得氯水中加入碳酸氢钠粉末有无色气泡产生氯气与水反应至少产生一种酸性强于碳酸的物质实验获得结论是否合理?_(填“合理”或“不合理”)。若选“不合理”,请说明理由(若选“合理”,则无需填写理由):_。实验获得结论是否合理_(填“合理”或“不合理”)。若选“不合理”,请说明理由(若选“合理”,则无需填写理由):_。(4)利用(1)中装置还可设计一个简单的实验比较Cl-和S2-的还原性强弱。则C中所加
16、试剂及现象是_。【解析】(1)实验室用浓盐酸与二氧化锰加热反应制取氯气;仪器乙的名称是圆底烧瓶;装置E发生反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。(2)使烧杯中的水进入试管丁,需要丁中的压强减小,所以关闭a、b,打开c;双手紧握(或微热)试管丁,丁中的压强先增大,使NO2逸出与水接触后,丁内的压强减小,烧杯中的水进入试管丁中。(3)实验获得结论不合理,氯水中含有氯气,未证明干燥氯气是否有漂白性的前提下判断氯气与水反应的产物有漂白性,是不合理的;实验获得结论是不合理的,因为制取的氯气中含有HCl,未经除杂得到的氯水中含有HCl,与碳酸氢钠反应有气泡产生,不能判断氯气与水反应至
17、少产生一种酸性强于碳酸的物质。(4)利用(1)中装置还可设计一个简单的实验比较Cl-和S2-的还原性强弱,装置C中的试剂是Na2S溶液,氯气与Na2S反应生成淡黄色的S单质,所以若C中有淡黄色沉淀产生,证明S2-的还原性大于Cl-的还原性。答案:(1)二氧化锰圆底烧瓶Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O(2)关闭a、b,打开c双手紧握(或微热)试管丁,使NO2逸出与水接触(或其他合理答案)(3)不合理没有事先证明干燥的氯气无漂白性不合理制取的氯气中含有HCl气体,HCl溶于水后能与碳酸氢钠反应产生气泡(4)Na2S溶液(或其他合理答案);产生淡黄色沉淀【易错提醒】判断实验结论的正确与否要思
18、维缜密,本题第三小问如果忽略了缺少对比实验和氯气中混有氯化氢气体,就很容易得出错误结论。9.(20分)(能力挑战题)工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。(1)实验原理Al4C3与硫酸反应可生成CH4。AlN溶于强酸产生铵盐,溶于强碱生成氨气,请写出AlN与过量NaOH溶液反应的化学方程式: _。(2)实验装置(如图所示)(3)实验过程连接实验装置,检查装置的气密性。称得D装置的质量为y g,滴定管的读数为a mL。称取x g AlN样品置于B
19、瓶中;塞好胶塞,关闭活塞_,打开活塞_,通过分液漏斗加入稀硫酸,与B瓶内物质充分反应。待反应进行完全后,关闭活塞_,打开活塞_,通过分液漏斗加入过量_(填化学式),与B瓶内物质充分反应。_(填入该步骤应进行的操作)。记录滴定管的读数为b mL,称得D装置的质量为z g。(4)数据分析(已知:该实验条件下的气体摩尔体积为V m L mol-1)Al4C3的质量分数为_。若读取滴定管中气体的体积时,液面左高右低,则所测气体的体积_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。AlN的质量分数为_。【解析】从实验装置和实验步骤上看,本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al4C3完全反应,量取生成的甲烷气体的体积,
20、从而可得出Al4C3的质量分数;用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应,充分吸收生成的氨气,并称量其质量,从而求得AlN的质量分数。(1)根据题目信息:AlN溶于强碱溶液时会生成NH3,同时铝元素转化为偏铝酸钠。(3)通过分液漏斗加入稀硫酸,硫酸与样品中Al4C3完全反应,量取生成的甲烷气体,从而测得Al4C3的质量分数,故应关闭活塞K2、K3,打开活塞K1;用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应,充分吸收生成的氨气,并称量其质量,故应关闭活塞K1,打开活塞K3;装置中残留部分氨气,打开K2,通入一段时间空气,排尽装置的氨气,使其被装置D完全吸收,防止测定的氨气的质量偏小。(4)甲烷的体积
21、为(a-b)mL,物质的量为 mol,根据碳原子守恒可知,Al4C3的物质的量为甲烷的物质的量的三分之一,所以Al4C3的质量为 mol144 gmol-1= g,故Al4C3的质量分数为100%;读取滴定管中气体的体积时,液面左高右低,气体的压强大于大气压,使测得甲烷的体积偏小;氨气的质量为(z-y)g,物质的量为 mol,根据氮原子守恒可知,氨气的物质的量等于AlN的物质的量,所以AlN的质量为 mol41 gmol-1=g,故AlN的质量分数为100%=100%。答案:(1)AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3(3)K2、K3K1K1K3NaOH打开K2,通入一段时间空气(4)100%偏小100%
