1、第四讲 实验方案的设计与评价一、选择题1.从绿色化学的理念出发，下列实验不宜用图示装置进行的是()A不同浓度的硝酸与铜反应B稀硫酸与纯碱或小苏打反应C铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应DH2O2在不同催化剂作用下分解解析：图示装置没有尾气吸收的装置，所以凡是有污染的气体生成的都不行，B、C、D产生的都是没有污染的气体，只有A有氮氧化合物产生，A错误。答案：A2(2019肇庆五校联考)某同学利用浓度相同的氯水、Cl2的CCl4溶液完成下述实验。下列有关实验的说法不正确的是()A操作中发生的反应是Br22Fe2=2Br2Fe3B操作和操作之后，试管上层溶液的成分相同C操作后的溶液中没有Br2，但反应过程中
2、可能有Br2生成D实验说明，CCl4影响了Cl2、Br2和Fe3氧化性的强弱顺序解析：根据以上分析，操作中发生的反应是Br22Fe2=2Br2Fe3，故A正确；操作和操作之后，试管上层溶液的成分相同，CCl4层在下层无色，上层为黄色的含Fe3溶液，故B正确；操作反应过程中可能由于氯水局部过量，发生反应2BrCl2=Br22Cl，有Br2生成，但由于Fe2过量，随后发生反应：Br22Fe2=2Br2Fe3，故操作后的溶液中没有Br2，故C正确；实验说明，Cl2、Br2和Fe3氧化性的强弱顺序为Cl2Br2Fe3，CCl4没有影响Cl2、Br2和Fe3氧化性的强弱顺序，故D错误。答案：D3(201
3、9天津第一中学月考)下列实验操作、现象及得出的结论均正确的是()选项实验操作现象结论A向Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸，滴入KSCN溶液溶液变红稀硫酸能氧化Fe2BCu与浓硫酸反应，将反应混合物冷却后，再向反应器中加入冷水溶液变蓝验证生成Cu2C向盛有Na2SO3溶液的试管中向加入BaCl2溶液，再滴入稀硝酸生成不溶于稀硝酸的白色沉淀原Na2SO4溶液已被空气中O2氧化D电解FeCl2和盐酸的混合溶液，电解一段时间后，在阳极附近滴加 KSCN溶液阳极附近溶液变红，并无气泡产生Fe2的还原性强于Cl解析：向Fe(NO3)2溶液中滴加稀硫酸，酸性条件下硝酸根离子与亚铁离子发生氧化还原反应生成铁离子
4、，结论不合理，故A错误；Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜，会有浓硫酸剩余，因此加水稀释时，一定要遵循浓硫酸加入水中，玻璃棒不断搅拌，不能相反操作，易发生危险，故B错误；Na2SO3溶液与BaCl2溶液反应生成亚硫酸钡白色沉淀，再滴入稀硝酸(具有强氧化性)，亚硫酸钡被氧化为硫酸钡沉淀，不溶于稀硝酸，故不能证明Na2SO4溶液已被空气中O2氧化，故C错误；电解FeCl2和盐酸的混合溶液，电解一段时间后，在阳极附近滴加KSCN溶液，阳极附近溶液变红，并无气泡产生，说明有铁离子产生，亚铁离子被氧化，而氯离子没有发生氧化反应，因此还原性：Fe2的还原性强于Cl，结论正确，故D正确。答案：D4(2019北京
5、中央民族大学附属中学月考)下列图示实验能达到实验目的的是()A利用甲装置制备少量O2B利用乙装置制备无水氯化铁C利用丙装置比较元素非金属性强弱D利用丁装置收集氨气解析：过氧化钠为粉末固体，关闭止水夹，与水接触后不能分离，则不能利用图中简易装置制备少量氧气，故A错误；加热氯化铁溶液，促进了铁离子水解，因为水解产生的HCl易挥发，最终得到的固体为氧化铁，无法获得无水氯化铁，故B错误；发生强酸制取弱酸的反应，硫酸制备碳酸，碳酸制备硅酸，所以实验可比较酸性强弱：H2SO4H2CO3H2SiO3，故C正确；氨气极易溶于水，图示装置不能收集到氨气，故D错误。答案：C5(2019山东淄川中学开学考)某同学采
6、用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO47H2O)，设计了如下流程。下列说法不正确的是()A溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3转化为Al(OH)3，进入固体2C从溶液2得到FeSO47H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO47H2O解析：流程设计意图是用硫酸把Fe2O3、Al2O3，转化为硫酸盐，除去SiO2，然后用铁粉还原Fe3得到硫酸亚铁，A正确；固体1为S
7、iO2，分离FeSO4和Al2(SO4)3采用的是调控pH的方法，使Al3转化为Al(OH)3沉淀从而与FeSO4分离，B正确；Fe2容易被氧化，所以在得到FeSO47H2O产品的过程中，要防止其被氧化和分解，C正确；在溶液1中直接加过量的NaOH得到的是Fe(OH)2沉淀，但Fe(OH)2不稳定，很容易被氧化为Fe(OH)3，这样的话，最终所得的产品不纯，混有较多的杂质Fe2(SO4)3，D不正确。答案：D6(2019西安交大附中检测)下列实验操作能够达到实验目的的是()A实验室采用图所示装置收集SO2B可用图所示装置比较KMnO4、Cl2、S的氧化性强弱C实验室溴乙烷中常含有少量溴，加适量
8、的苯，振荡、静置后分液，可除去溴乙烷中的溴D称取0.40 g NaOH固体，直接置于100 mL容量瓶中加水至刻度线，可配制0.10 molL1 NaOH溶液解析：二氧化硫的密度大于空气的密度，所以收集二氧化硫应该采用向上排空气法收集不是向下排空气法收集，故A错误；高锰酸钾能氧化浓盐酸生成氯气，反应中高锰酸钾作氧化剂，氧化产物是氯气，所以高锰酸钾的氧化性大于氯气；氯气和硫离子反应生成硫单质，氯气是氧化剂，硫是氧化产物，所以氯气的氧化性大于硫，由此得出高锰酸钾的氧化性大于氯气，氯气的大于硫，故B正确；溴和溴乙烷都易溶于苯，所以不能采用分液的方法分离，故C错误；容量瓶不能用来溶解氢氧化钠固体，只能
9、是先把氢氧化钠放在烧杯中溶解，等冷却至室温时，再转移至容量瓶中，故D错误。答案：B7(2019山东实验中学月考)下列实验操作、现象和结论或解释中有错误的是()选项操作现象结论或解释A向硅酸钠溶液中滴加1滴酚酞，再逐滴加入稀盐酸至红色褪去产生白色胶状物质非金属性：ClSiB打磨过的镁条在空气中点燃后迅速插入充满二氧化碳的集气瓶耀眼白光，产生白烟以及少量黑色固体镁与二氧化碳发生置换反应C将新制氯水和NaBr溶液在试管中混合后，加入CCl4，振荡，静置下层溶液呈橙红色氧化性：Cl2Br2D向Al2(SO4)3溶液中滴加过量氨水产生白色胶状物质且不溶解Al3与NH3H2O不能大量共存解析：试管里出现凝
10、胶，说明生成硅酸，根据强酸制备弱酸的原理可知酸性：盐酸硅酸，不能说明非金属性：ClSi，因为非金属性的强弱是根据最高价氧化物的水化物的酸性进行比较的，故A错误；Mg条在CO2中剧烈燃烧，放出白光和大量热，有大量白烟生成，瓶壁上有黑色固体生成，生成MgO和C，属于置换反应，故B正确；由操作和现象可知氯水置换出溴，加四氯化碳萃取后有机层在下层，下层溶液呈橙红色，则氧化性：Cl2Br2，故C正确；硫酸铝与氨水反应生成氢氧化铝和硫酸铵，则溶液变浑浊，氢氧化铝不能溶解在氨水中，Al3与氨水不能大量共存，故D正确。答案：A8以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl36H2O)的工艺流程
11、如图所示。下列说法不正确的是()A酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量B为了防止污染，焙烧过程中产生的SO2要回收利用C通氯气的目的是氧化Fe2D由FeCl36H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热解析：根据流程可知，硫铁矿在高温下焙烧可以得到铁的氧化物，将其溶于盐酸中，可以得到含有亚铁离子、铁离子的盐溶液，向其中通入氯气，能将亚铁离子氧化为铁离子，氯化铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶就可以得到氯化铁的晶体。若用过量硝酸酸溶，则会引入NO杂质，故A错误；SO2是一种污染气体，必须回收利用，故B正确；通入Cl2的目的是将Fe2全部氧化为Fe3，故C正确；为了防止Fe3水解，由FeCl36H2O
12、制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热，故D正确。答案：A二、非选择题9(2019山东临沂第一中学模拟)ClO2是一种优良的消毒剂，其溶解度约是Cl2的5倍，温度过高、浓度过大时均易发生分解，因此常将其制成KClO2固体。一种制备KClO2的新方法的实验装置如图所示，具体操作为取一定量的KClO3固体和硫酸肼(N2H4H2SO4)固体混合均匀后装入250 mL的三颈烧瓶中，经冰盐水冷却后的硫酸通过滴液漏斗加入，产生的ClO2气体导出后用KOH溶液吸收即可得到KClO2。请回答下列问题：(1)与分液漏斗相比，本实验中使用滴液漏斗，其优点是_。(2)制备ClO2的化学方程式为_，加入的硫酸需
13、要用冰盐水冷却的原因是_、_。(3)实验过程中通入空气的目的是_。通过实验分析可知空气流速过快或过慢，均会导致KClO2产率降低，其原因是_。(4)有人认为用图示装置吸收ClO2易引起倒吸，但经过多次实验均未发现有倒吸现象，其原因是_。(5)有人认为用图示装置制备的KClO2中含有较多杂质，其原因是_。若在KOH溶液中添加一定量的H2O2，即可制得较纯净的KClO2，其原因是_(用离子方程式表示)。解析：(2)由题意知，KClO3的还原产物为KClO2，则N2H4H2SO4的氧化产物是N2，根据得失电子守恒和元素守恒写出并配平化学方程式。用冰盐水冷却硫酸可防止液体飞溅，并可防止生成的ClO2受
14、热分解。(5)KOH和ClO2发生氧化还原反应，一部分ClO2被氧化成KClO3或KClO4，因此制备的KClO2中含有较多杂质。在碱性条件下H2O2是一种良好的还原剂，其可与ClO2发生反应：2ClO22KOHH2O2=2KClO22H2OO2，从而得到较纯净的KClO2。答案：(1)滴液漏斗液面上方和三颈烧瓶液面上方气体压强相等，使液体能顺利滴下(2)4KClO3N2H4H2SO4H2SO4=4ClO2N22K2SO44H2O(或4KClO3N2H4H2SO43H2SO4= 4ClO2N24KHSO44H2O)防止液体飞溅防止生成的ClO2受热分解(3)将生成的ClO2全部导出以被KOH溶
15、液吸收空气流速过快，反应不充分，空气流速过慢，ClO2浓度过大，易发生分解(4)生成的ClO2中混有N2(5)生成KClO2的同时必有ClO2的氧化产物KClO3或KClO4生成2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O10(2019甘肃兰州第一中学月考)氰化钠是一种重要的基本化工原料，同时也是一种剧毒物质，严重危害人类健康。一旦泄露需要及时处理，一般可以通过喷洒双氧水或硫代硫酸钠溶液来处理，以减轻环境污染。.已知：氰化钠化学式为NaCN，氰化钠是一种白色结晶颗粒，剧毒，易溶于水，水溶液呈碱性，易水解生成氰化氢。(1)写出NaCN的电子式_，CN中C元素显2价，N元素显3价，则非金属性N_
16、C(填“”或“”)，请设计实验证明：_。(2)NaCN用双氧水处理后，产生一种酸式盐和一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的离子方程式是_。.硫代硫酸钠的工业制备的反应原理为2Na2SNa2CO34SO2=3Na2S2O3CO2。某化学兴趣小组用上述原理实验室制备硫代硫酸钠，并检测用硫代硫酸钠溶液处理后的氰化钠废水能否达标排放。查阅资料.Na2S2O3易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合物无沉淀生成。.Na2S2O3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀盐酸。实验室通过如下图所示装置制备Na2S2O3。(3)实验中要控制SO2生成速率，可采取的措施有_(写出一条)。(4)b装置的作用是
17、_。(5)反应开始后，c中先有淡黄色浑浊产生后又变为澄清，此浑浊物_(填化学式)。(6)实验结束后，在e处最好连接盛_(填“NaOH溶液”“水”或“CCl4”)的注射器，接下来的操作为_，最后拆除装置。(7)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。(所需试剂从稀HNO3、稀H2SO4、稀HCl、蒸馏水中选择)取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成，_。若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。解析：.(1)NaCN的电子式：NaCN，在化合物中非金属性强的元素显负价，非金属性弱
18、的元素显正价，CN中C元素显2价，N元素显3价，则非金属性：NC，元素的非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物酸性越强，设计实验为取少量碳酸氢钠于试管中，加入稀硝酸，有无色气泡产生。说明酸性硝酸大于碳酸，则非金属性：NC。(2)用双氧水处理氰化钠，产生一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，根据原子守恒一种酸式盐为碳酸氢钠，所以反应为NaCNH2O2H2O=NaHCO3NH3，离子反应为CNH2O2H2O=HCONH3。.(3)实验中要控制SO2生成速率，可采取的措施有：控制反应温度、调节酸的滴加速度或调节酸的浓度等。(4)由仪器结构特征，可知b装置为安全瓶，防止倒吸。(5)二氧化硫与硫
19、化钠在溶液中反应得到S，硫与亚硫酸钠反应得到Na2S2O3，c中先有浑浊产生，后又变澄清，此浑浊物为S。(6)实验结束后，装置b中还有残留的二氧化硫，为防止污染空气，应用氢氧化钠溶液吸收，氢氧化钠和二氧化硫反应生成亚硫酸钠和水，再关闭K2打开K1，防止拆除装置时污染空气。(7)根据：Na2S2O3是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成；Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl，BaSO4难溶于水，难溶于稀HCl，以及硝酸具有强氧化性、加入硫酸会引入硫酸根离子可知，取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉
20、淀中加入足量稀盐酸，若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可以确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。答案：.(1)NaCN取少量碳酸氢钠于试管中，加入稀硝酸，有无色气泡产生。说明酸性硝酸大于碳酸，则非金属性：NC(2)CNH2O2H2O=HCONH3.(3)控制反应温度、调节酸的滴加速度或调节酸的浓度等(4)安全瓶，防止倒吸(5)S(6)NaOH溶液关闭K2打开K1(7)过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀盐酸11(2019北京中央民族大学附中月考)某实验小组研究溶液中AgNO3和Na2S的反应。实验试剂现象试管滴管0.1 molL1 AgNO3溶液(pH4)0.1 molL
21、1 Na2S溶液(pH9)出现黑色沉淀(1)用离子方程式解释Na2S溶液pH7的原因：_。(2)实验小组同学认为黑色沉淀中可能含有Ag2O、Ag2S或Ag，设计实验验证。已知：.浓硝酸能将Ag2S转化为Ag和SO；.Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液，而Ag2S和Ag均不能。设计并实施如下实验(如图1)，证实沉淀中含有Ag2S。图1试剂1和试剂2分别是_、_。现象1和现象2分别是_、_。设计并实施如下实验，证实沉淀中不含有Ag2O，将实验操作和现象补充完整。实验步骤实验操作实验现象步骤取少量银氨溶液，向其中滴加盐酸出现白色沉淀步骤取少量洗涤后的黑色沉淀，_(3)实验小组同学认为AgNO3溶液
22、具有氧化性，在一定条件下能够氧化Na2S，设计实验进行研究(实验装置如下图所示)，测得电压为a(a0)。对AgNO3溶液中氧化S2的物质进行推测：假设1：0.1 molL1的AgNO3溶液中Ag氧化了S2；假设2：0.1 molL1的AgNO3溶液中NO氧化了S2。利用如图2装置继续研究(已知：电压大小反映了物质氧化还原性强弱的差异；物质氧化性与还原性强弱差异越大，电压越大)。图2将的AgNO3溶液替换为_溶液，记录电压为b(b0)。上述实验证实了氧化S2的物质中一定包含，其证据是_。实验结论：AgNO3溶液与Na2S溶液的反应类型与反应条件有关。解析：(1)Na2S为强碱弱酸盐，由于S2水解
23、，溶液呈碱性，pH7，硫离子的水解主要以第一步为主，其水解的离子方程式为S2H2OHSOH。(2)由题中信息可知，浓硝酸能将硫化银转化为银离子和硫酸根离子，所以可以向黑色沉淀中加入足量的浓硝酸，黑色沉淀溶解后，向溶液中加入硝酸钡溶液，生成白色沉淀，证明黑色沉淀中含有硫化银；因此，试剂1和试剂2分别是浓硝酸、硝酸钡溶液；现象1和现象2分别是黑色沉淀溶解并有红棕色气体生成、生成白色沉淀。根据题中信息可知，Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液，而Ag2S和Ag均不能。因此，可以设计并实施如下对比实验，证实沉淀中不含有Ag2O，实验操作和现象如下表：实验步骤实验操作实验现象步骤取少量银氨溶液，向其中滴
24、加盐酸出现白色沉淀步骤取少量洗涤后的黑色沉淀，加入浓氨水，过滤后，向滤液中滴加盐酸滴加盐酸后，无明显现象经检验，沉淀不含有Ag。(3)根据控制变量法的原理，将0.1 molL1的AgNO3溶液替换为pH4的0.1 molL1 NaNO3溶液，记录电压为b(b0)；由题意知，若ab，说明0.1 molL1的AgNO3溶液的氧化性强于pH4的0.1 molL1 NaNO3溶液。因此，上述实验证实了氧化S2的物质中一定包含Ag，其证据是ab。答案：(1)S2H2OHSOH(2)浓硝酸Ba(NO3)2溶液黑色沉淀溶解，有红棕色气体生成生成白色沉淀加入浓氨水，过滤后，向滤液中滴加盐酸(或其他合理答案)滴
25、加盐酸后，无明显现象(3)pH4的0.1 molL1 NaNO3溶液ab12如下图所示(B中冷却装置未画出)，将氯气和空气(不参与反应)以体积比约13混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O，并用水吸收Cl2O制备次氯酸溶液。已知：Cl2O极易溶于水并与水反应生成HClO；Cl2O的沸点为3.8 ，42 以上分解为Cl2和O2。(1)实验中控制氯气与空气体积比的方法是_。为使反应充分进行，实验中采取的措施有_。装置D的作用是_。(2)装置B中产生Cl2O的化学方程式为_。若B无冷却装置，则进入C中的Cl2O会大量减少。其原因是_。(3)装置C中采用棕色圆底烧瓶是因为_。(4)已知次氯酸可被H2O
26、2、FeCl2等物质还原成Cl。测定C中次氯酸溶液的物质的量浓度的实验方案为用_(填“酸”或“碱”)式滴定管取20.00 mL次氯酸溶液，加入足量的_，再加入足量的_，过滤，洗涤沉淀，在真空干燥箱中干燥，用电子天平称量沉淀质量。(可选用的试剂：H2O2溶液、FeCl2溶液、AgNO3溶液)。解析：(1)通过观察A中产生气泡的速率调节流速，进而控制氯气与空气的比例；装置B安装有搅拌棒，所以搅拌或使用多孔球泡可以使反应更充分；装置D的作用是吸收未反应的氯气，防止污染空气。(2)装置B中，氯气和碳酸钠反应生成Cl2O、氯化钠和二氧化碳，化学方程式为2Cl2Na2CO3=Cl2O2NaClCO2。由于
27、该反应为放热反应，温度升高Cl2O会分解，故进入C中的Cl2O会大量减少。(3)水吸收Cl2O制备次氯酸溶液，HClO见光易分解，故装置C中采用棕色圆底烧瓶。(4)次氯酸溶液既有酸性，又有强氧化性，应选用酸式滴定管；具体实验操作是向20.00 mL的次氯酸溶液里加入足量的H2O2溶液，再加入足量的AgNO3溶液，过滤、洗涤，在真空干燥箱中干燥沉淀，用电子天平称量沉淀的质量。答案：(1)通过观察A中产生气泡的速率调节流速搅拌、使用多孔球泡吸收未反应的氯气，防止污染空气(2)2Cl2Na2CO3=Cl2O2NaClCO2该反应放热，温度升高Cl2O会分解(3)HClO见光易分解(4)酸H2O2溶液硝酸银溶液
