高考化学二轮复习 第一部分 专题四 化学实验 第14讲 化学实验方案的设计与评价（含解析）

专题四 化学实验第14讲 化学实验方案的设计与评价1(2016海南卷)下列实验设计正确的是()A将SO2通入溴水中证明SO2具有漂白性B将铁屑放入稀硝酸中证明Fe比H2活泼C将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在COD将乙烯通入KMnO4酸性溶液证明乙烯具有还原性解析：A.SO2使溴水褪色是证明SO2具有还原性，错误；B.铁屑放入稀硝酸中不产生H2，而是产生NO，错误；C.澄清石灰水滴入含HCO的溶液中也会产生白色沉淀，错误；D.乙烯使酸性KMnO4溶液褪色，是发生了氧化反应，体现了乙烯的还原性，正确。答案：D2(2016江西模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是()ABCDA用氯化铵和氢氧化钙固体制NH3B用铜片和稀硝酸制NOC用锌粒和稀硫酸制H2D用双氧水和二氧化锰制O2解析： A氯化铵和氢氧化钙固体加热制取氨气，试管口应略向下倾斜，收集氨气的小试管口应放置棉花，错误；B.铜和稀硝酸反应生成一氧化氮，一氧化氮容易和氧气反应生成二氧化氮，所以不能用排空气法收集，错误；C.锌和稀硫酸反应制取氢气，氢气密度比空气小，应该用向下排气法收集，错误；D.双氧水和二氧化锰制取氧气，可以用排水法收集，正确。答案：D3(2016云南师大附中模拟)下列对图中所示的实验操作评价合理的是()(导学号 58870073)甲乙丙丁A图甲可以证明非金属性强弱：ClCSiB图乙装置可用来制备少量氧气，并且控制反应的发生与停止C图丙中配制一定物质的量浓度的硫酸溶液不能直接在容量瓶中进行D图丁可制备并收集少量NO2气体解析：非金属性与最高价氧化物对应的水化物的酸性有对应关系，实验中使用的是盐酸，不是最高价氧化物对应的水化物，不能比较非金属性，且反应产生的二氧化碳中含有氯化氢气体，反应生成硅酸，不能说明是碳酸反应生成的还是氯化氢反应生成的，错误；B.过氧化钠能溶于水，不能使用隔板，不能控制反应的发生和停止，错误；C.浓硫酸需要在烧杯中进行稀释，冷却后转移，正确；D.铜和浓硝酸反应生成二氧化氮气体，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，错误。答案：C4(2016威海模拟)关于下列各实验装置的叙述中，错误的是()A装置可用于分离C2H5OH和H2O的混合物B装置可用于收集H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO2等气体C装置中X若为CCl4，可用于吸收NH3或HCl，并防止倒吸D装置可用于干燥、收集NH3，并吸收多余的NH3解析：C2H5OH和H2O互溶，不能用分液的方法分离。答案：A5(2016昌平模拟)某同学为探究SO2与Ba2只有在碱性条件下才能形成BaSO3沉淀，设计了如下方案，你认为可行的是()A将SO2通入Ba(OH)2溶液中观察有白色沉淀生成B将SO2通入Ba(NO3)2溶液中观察有白色沉淀生成C将SO2分别通入BaCl2溶液、BaCl2与HCl的混合溶液、Ba(OH)2溶液中，观察到只有Ba(OH)2中有白色沉淀生成D将SO2通入BaCl2与NH3的混合溶液中有白色沉淀生成解析： A、D项方案不能说明SO2与Ba2在非碱性条件下不能反应生成BaSO3沉淀；B项中SO2溶解后会形成酸性溶液，NO在酸性条件下可将SO氧化成SO，得到的沉淀是BaSO4。答案：C6(2016孝感模拟)为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量W0 g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理(除W0外)的是()选项实验方法实验方案测量数据A滴定法将样品配成100 mL溶液，取10 mL，加入甲基橙，用标准盐酸滴定消耗盐酸的体积B量气法将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收碱石灰增重C重量法样品放入烧瓶中，置于天平上，加入足量盐酸减轻的质量D量气法将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气排水体积解析：A.盐酸滴定Na2CO3，用甲基橙作指示剂，正确；B.碱石灰既可以吸收CO2，也可以吸收水分，无法测定Na2CO3的质量分数，错误；C.CO2挥发能带出水分，根据减轻的质量测定Na2CO3的质量分数，会产生较大误差，错误；D.CO2能溶于水，则排出水的体积不等于CO2的体积，错误。答案：A【考纲再现】【错题记录】1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器，反应原理和收集方法)。2能根据实验试题要求，做到：(1)设计、评价或改进实验方案；(2)了解控制实验条件的方法；(3)分析或处理实验数据，得出合理结论；(4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。3以上各部分知识与技能的综合应用。1下述实验设计能够达到目的的是()选项实验目的实验设计A证明盐酸酸性比醋酸强同一电路测等体积盐酸、醋酸溶液的导电性B证明H2CO3酸性比H2SiO3强将CO2通入Na2SiO3溶液中C证明钠的金属活动性比铜强向CuCl2溶液中投入金属钠D证明溶液中含有I向溶液中加入淀粉解析：通过导电性比较盐酸和醋酸的酸性强弱，必须使用相同浓度的盐酸和醋酸溶液，A错误。金属钠投入CuCl2溶液中，钠与水反应生成NaOH，NaOH与Cu2反应生成Cu(OH)2，金属钠不能从CuCl2溶液中置换出铜，不能比较金属活动性的强弱，C错误。淀粉只能检验出碘单质，D错误。答案：B2(2016黑龙江模拟)用下列实验装置进行相应实验，设计正确且能达到实验目的的是()(导学号 58870164)图1图2图3图4A用图1所示装置制取少量H2B用图2所示装置分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5的混合物C用图3所示装置验证Na和水反应的热效应D用图4所示装置蒸干A1Cl3溶液制备无水AlC13解析：A.图1长颈漏斗的下端导管口必须伸入到液面以下，否则气体会从长颈漏斗逸出，A错；B.Na2CO3溶液和CH3COOC2H5互不相溶，用分液的方法分离，B错；C.左侧试管密封，Na和水的反应放热，气体体积膨胀，则U形管左侧液面下降，右侧液面上升，C正确；D.蒸干AlCl3溶液时，促进AlCl3水解，得到的是Al(OH)3或Al2O3，无法得到AlCl3晶体，D错。答案：C3下图中的实验方案，能达到实验目的的是()选项ABCD实验方案将NO2球浸泡在冰水和热水中实验目的探究温度对平衡2NO2 N2O4的影响比较HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性强弱除去CO2气体中混有的SO2验证FeCl3对H2O2分解反应有催化作用解析：A.2NO2(g) N2O4(g)HO，将两个NO2平衡球分别放在热水、冰水中，放在热水中的平衡球颜色加深，放在冰水中的颜色变浅，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，正确。B.在复分解反应中，一般是强酸制取弱酸，相关反应：2HClNa2CO3=2NaClH2OCO2证明：酸性HCl H2CO3；H2OCO2Na2SiO3=Na2CO3H2SiO3证明：酸性H2CO3 H2SiO3；但由于HCl有挥发性，挥发出的HCl也会与Na2SiO3发生反应：2HClNa2SiO3=2NaClH2SiO3，故不能证明酸性：HCl H2CO3H2SiO3，错误。C.CO2、SO2都会与溶液中的Na2CO3反应，因此不能达到除去杂质的目的，错误。D.要验证FeCl3溶液对H2O2的分解有催化作用，应该是其它外界条件相同，只有一个加催化剂，另一个对比的不加催化剂才可以，不能同时有两个变量，错误。答案：A4(2015安徽卷)某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中，有大量气泡产生。为探究该反应原理，该同学做了以下实验并观察到相关现象，由此得出的结论不合理的是()选项实验及现象结论A将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝反应中有NH3产生B收集产生的气体并点燃，火焰呈淡蓝色反应中有H2产生C收集气体的同时测得溶液的pH为8.6弱碱性溶液中Mg也可被氧化D将光亮的镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中有气泡产生弱碱性溶液中OH氧化了Mg解析：A.能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体只有NH3。B.由于NH4Cl溶液水解后显酸性，故产生的气体中含有H2。C.pH8.6的溶液显碱性，故弱碱性溶液中Mg可被氧化。D.溶液中有气泡产生，生成的气体是H2，是H将Mg氧化而不是OH将其氧化。答案：D5(2016启东模拟)下列实验设计能够成功的是()A检验亚硫酸钠试样是否变质：试样白色沉淀沉淀不溶解说明试样已变质B除去粗盐中含有的硫酸钙杂质：粗盐精盐C检验某溶液中是否含有Fe2：试样溶液颜色无变化溶液变红色溶液中含有Fe2D证明酸性条件H2O2的氧化性比I2强：NaI溶液溶液变紫色氧化性：H2O2I2解析：A.亚硫酸钠变质是指SO被氧气氧化成硫酸根离子，试样溶解后加入硝酸钡再加盐酸，相当于引入硝酸，硝酸能将亚硫酸钠氧化成硫酸钠，进而产生硫酸钡白色沉淀，所以不能确定是否变质，错误；B.除去粗盐中的硫酸钙杂质，加入足量的碳酸钠溶液后再加入足量的氯化钡溶液，会引入钡离子新杂质，错误；C.试样中加入硫氰化钾溶液，不变色，说明没有铁离子，再加入氯水，溶液变红，说明反应生成了铁离子，原溶液中肯定有亚铁离子，正确；D.过程中加入硝酸强氧化剂，不能证明是过氧化氢做氧化剂。答案：C6现有一瓶标签上注明为葡萄糖酸盐(钠、镁、钙、铁)的复合制剂，某同学为了确认其成分，取部分制剂作为试液，设计并完成了如下实验：已知：控制溶液pH4时，Fe(OH)3沉淀完全，Ca2、Mg2不沉淀。该同学得出的结论正确的是()(导学号 58870165)A根据现象1可推出该试液中含有NaB根据现象2可推出该试液中并不含有葡萄糖酸根C根据现象3和4可推出该试液中含有Ca2，但没有Mg2D根据现象5可推出该试液中一定含有Fe2解析：本题考查了物质的推断，意在考查考生的分析推理能力。A项，由于试液中外加了NaOH和Na2CO3溶液，故不能确定原试液中是否含Na；B项，试液中有没有葡萄糖酸根，都无银镜产生；C项，滤液加氨水无沉淀，说明无Mg2，加Na2CO3有白色沉淀，说明有Ca2；D项，试液中有可能含有Fe2，也有可能只含有Fe3而不含Fe2。答案：C7(2016哈尔滨模拟)用如图所示的实验装置进行实验X及Y时，每隔半分钟分别测定放出气体的体积。下列选项中正确表示实验X及Y的结果的是()实验所用的酸X25 mL 0.2 mol/LY50 mL 0.1 mol/LABC D解析：n(HCl)0.025 L0.2 mol/L0.05 L0.1 mol/L0.005 mol，n(Mg)2 g24 g/mol mol，根据Mg2HCl=MgCl2H2知，Mg如果完全反应故实验中HCl的物质的量为 mol0.005 mol，故实验中HCl完全反应，Mg剩余。两实验中HCl的物质的量相等，根据H原子守恒知，生成氢气的体积相等；反应物的浓度越大，其反应速率越大，反应完全所用时间越短，X浓度大于Y，所以反应时间X小于Y，答案选A。答案：A8(2015课标全国卷)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102，K25.4105。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色，熔点为101 ，易溶于水，受热脱水、升华，170 以上分解。回答下列问题：(导学号 58870166)(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_，由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_。(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_。装置H反应管中盛有的物质是_。能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_。(3)设计实验证明：草酸的酸性比碳酸的强_。草酸为二元酸_。解析：(1)结合草酸晶体(H2C2O42H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物中的CO2。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。(2)要验证草酸晶体分解产物中还有CO，可通过检验CO与CuO反应的产物中有CO2来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，以检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解产生的CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。(3)根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应中草酸与NaOH的物质的量的比值为12，证明草酸是二元酸。答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸干扰CO2的检验(2)F、D、G、H、D、ICuOH中黑色粉末变为红色，其后D中澄清石灰水变浑浊(3)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍9(2016成都模拟)氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质，设计了如图1所示的装置。(导学号 58870167)图1图2(1)若分液漏斗中氨水的浓度为9.0 mol/L，配制该浓度的氨水100 mL，用到的玻璃仪器有100 mL容量瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、_。(2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气，烧瓶内固体X为_。(3)乙装置的作用是_；写出受热时丙装置发生反应的化学方程式为_。(4)当戊中观察到_现象，则说明已制得硝酸。某同学按图1组装仪器并检验气密性后进行实验，没有观察到此现象，请分析实验失败的可能原因_。如何改进装置_。(5)为测定试管丁内硝酸溶液的浓度，从中取10 mL溶液于锥形瓶中，用0.1 mol/L的NaOH溶液滴定。滴定前发现滴定管尖嘴处有少量气泡，图2中排出气泡的正确操作是_。解析：(1)量取浓氨水要用量筒，稀释浓氨水要用烧杯、玻璃棒，配制溶液要用100 mL容量瓶，胶头滴管。(2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气，说明固体X溶于氨水即放热又产生氧气，则该固体为过氧化钠，(3)乙装置为干燥管，作用是干燥氧气和氨气的混合气体；丙装置发生反应的化学方程式为：4NH35O24NO6H2O。(4)因为硝酸能使紫色石蕊试液变红，所以当戊中观察到紫色石蕊试液变红，说明已制得硝酸；没有观察到该现象说明溶液不呈酸性，原因是生成的硝酸与过量的氨气发生了反应；在丙和丁之间连接盛有浓硫酸的洗气瓶除去多余的氨气可确保戊溶液呈酸性，(5)用0.1 mol/L的NaOH溶液滴定应选择碱式滴定管，图2中a都为酸式滴定管；从碱式滴定管中排出气泡的正确操作是将橡皮管稍向上弯曲，挤压玻璃球，气泡可被流水挤出，即选b。答案：(1)胶头滴管(2)过氧化钠(3)干燥氧气和氨气的混合气体4NH35O24NO6H2O(4)紫色石蕊试液变红过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性在丙和丁之间连接盛有浓硫酸的洗气瓶(5)b10(2016北京卷)以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象，探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。实验试剂现象滴管试管0.2 mol/L Na2SO3溶液饱和Ag2SO4溶液.产生白色沉淀0.2 mol/L CuSO4溶液.溶液变绿，继续滴加产生棕黄色沉淀0.1 mol/L Al2(SO4)3溶液.开始无明显变化，继续滴加产生白色沉淀(1)经检验，现象中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象：_。(2)经检验，现象的棕黄色沉淀中不含SO，含有Cu、Cu2和SO。已知：CuCuCu2，Cu2CuI(白色)I2。用稀H2SO4证实沉淀中含有Cu的实验现象是_。通过下列实验证实，沉淀中含有Cu2和SO。a白色沉淀A是BaSO4，试剂1是_。b证实沉淀中含有Cu2和SO的理由是_。(3)已知：Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经检验，现象的白色沉淀中无SO，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性KMnO4溶液褪色。推测沉淀中含有亚硫酸根和_。对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设：.被Al(OH)3所吸附；.存在于铝的碱式盐中。对假设设计了对比实验，证实了假设成立。a将对比实验方案补充完整。步骤一：步骤二：_(按上图形式呈现)。b假设成立的实验证据是_。(4)根据实验，亚硫酸盐的性质有_。盐溶液间反应的多样性与_有关。解析：(1)现象中的白色沉淀是Ag2SO3，故反应的离子方程式为2AgSO=Ag2SO3。(2)根据反应2CuCuCu2，若沉淀中含有Cu，加入稀硫酸会发生歧化反应生成单质铜，实验现象是析出红色固体。分析实验流程知实验原理为：2Cu24I=2CuII2、I2SOH2O=SO2I2H，SOBa2=BaSO4。a白色沉淀A是BaSO4，为排除其他离子的干扰，所以试剂1是盐酸酸化的BaCl2溶液。b棕黄色沉淀与KI溶液反应生成白色沉淀(CuI)，在I的作用下Cu2转化为白色沉淀CuI，SO转化为SO。(3)根据题意知实验的白色沉淀中无SO，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性KMnO4溶液褪色，推测沉淀中含有亚硫酸根和Al3、OH。步骤二的目的是作对比实验，如果SO存在于铝的碱式盐中，消耗的NaOH的量大。故设计实验步骤二如下：若V1明显大于V2，则证明假设成立。(4)根据实验，亚硫酸盐具有溶解性、氧化还原性、在水溶液中的酸碱性。盐溶液间反应的多样性与两种盐溶液中阴、阳离子的性质和反应条件有关。答案：(1)2AgSO=Ag2SO3(2)析出红色固体a.盐酸和BaCl2溶液b在I的作用下，Cu2转化为白色沉淀CuI，SO转化为SO(3)Al3、OHa.bV1明显大于V2(4)溶解性、氧化还原性、在水溶液中的酸碱性两种盐溶液中阴、阳离子的性质和反应条件11(2016仙游模拟)氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。某AlN样品仅含有Al2O3杂质，为测定AlN的含量，设计如下三种实验方案(已知：AlNNaOHH2O=NaAlO2 NH3)。(导学号 58870168)图1图2【方案1】取一定量的样品，用图1所示装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。(1)图1C装置中球形干燥管的作用是_。(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先_，再加入实验药品，接下来的实验操作是_，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化。通入氮气的目的是_。(3)由于装置存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见_。【方案2】用图2装置测定m g样品中AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。(4)为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是_(填选项序号)。aCCl4bC6H6cNH4Cl溶液 dH2O(5)若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL(已转换为标准状况)，则AlN的质量分数是_(用含m、V的数学表达式表示)。【方案3】按以下步骤测定样品中AlN的纯度：(6)步骤生成沉淀的离子方程式为_。(7)若在步骤中未洗涤，测定结果将_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。解析：(1)根据装置和仪器作用分析，氨气与浓硫酸发生反应生成硫酸铵，易发生倒吸，图1 C装置中球形干燥管的作用是防倒吸。(2)组装好实验装置后，需要先检查装置气密性，再加入实验药品。接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。为了将装置内的氨气全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重，打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化；(3)装置中存在的缺陷是空气中的水蒸气和二氧化碳也可以进入装置C，使测定结果偏高，改进的方法是C装置出口处连接一个干燥装置。(4)由于氨气极易溶于水，难溶于有机溶剂(苯或CCl4 )，所以为了测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是苯或CCl4，选ab；(5)若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL(已转换为标准状况)，设AlN的质量为xAlNNaOHH2ONaAlO2NH341 g22.4 LxV103Lx g则AlN的质量分数100%；(6)步骤生成的沉淀是氢氧化铝，是偏铝酸钠溶液与过量二氧化碳气体反应生成，反应的离子方程式为AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO。(7)若在步骤中未洗涤，得到滤渣质量会增大，测定结果会偏高。答案：(1)防倒吸(2)检查装置气密性 关闭K1，打开K2把装置中残留的氨气全部赶入C装置(3)C装置出口处连接一个干燥装置(4)ab(5)100%(6)AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(7)偏高