2020年高考化學一輪復習 第10章 第4節(jié) 化學實驗方案的設計與評價課時跟蹤練（含解析）.doc

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化學實驗方案的設計與評價 1．某研究小組探究在加熱條件下FeSO4分解的氣體產物及相關性質。已知：SO2的沸點為－10 ℃、SO3的沸點為44.8 ℃。 Ⅰ.用如圖所示裝置設計實驗，驗證FeSO4分解生成的氣體產物。 (1)實驗前必須進行的操作是____________________________。 (2)按氣流方向連接各儀器，用字母表示接口的連接順序：a→____________________。 (3)若觀察到裝置丙中有無色液體產生，裝置丁中溶液變成無色，則 FeSO4分解的化學方程式為_______________________________ _____________________________________________________。 Ⅱ.為探究SO2使品紅溶液褪色的原理，進行如下實驗： 實驗1：將稀鹽酸和NaOH溶液分別滴入品紅水溶液中。觀察到前者溶液顏色變淺，但未能完全褪色，后者溶液顏色幾乎不變。 實驗2：向滴有稀鹽酸和NaOH溶液的兩份品紅水溶液中分別通入SO2。觀察到前者溶液逐漸褪色，后者溶液很快褪色。 實驗3：在兩份品紅水溶液中分別加入一小粒Na2SO3固體和NaHSO3固體，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。 (4)由實驗1可推測品紅水溶液呈________性。 (5)由實驗2、3可推知，使品紅水溶液褪色的主要微粒是________(填化學式)。 (6)若將SO2通入品紅的無水乙醇溶液，試預測可能出現(xiàn)的現(xiàn)象： _____________________________________________________。 (7)加熱溶有Na2SO3的品紅水溶液，發(fā)現(xiàn)不能恢復紅色，試解釋原因：_________________________________________________ _____________________________________________________。 解析：Ⅰ.(1)驗證FeSO4分解生成的氣體產物，氣體制備或檢驗氣體產生的實驗，在實驗前必須檢查裝置氣密性。 (2)先將高溫分解氣體通過裝置丙，冷卻收集得三氧化硫，再通過裝置丁的品紅水溶液檢驗二氧化硫的存在，最后用裝置乙吸收尾氣，按氣流方向連接順序為a→d→e→f→g→b→c。 (3)若觀察到裝置丙中有無色液體產生，則產物有三氧化硫；裝置丁中溶液變成無色，則產物中有二氧化硫，則FeSO4分解的化學方程式為2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。 Ⅱ.(4)加入稀鹽酸時品紅顏色變淺，而加入氫氧化鈉溶液時溶液顏色幾乎不變，說明酸對品紅溶液影響大，則由實驗1可推測品紅水溶液呈堿性。 (5)實驗2：SO2通入鹽酸中不反應，以亞硫酸的形式存在溶液中，溶液中電離出的亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子濃度都很小，品紅水溶液逐漸褪色；SO2通入氫氧化鈉溶液中反應生成亞硫酸鈉，溶液中亞硫酸根離子(或亞硫酸氫根離子)濃度較大，品紅水溶液很快褪色；可能是由亞硫酸根離子或亞硫酸氫根離子引起；實驗3：在兩份品紅水溶液中分別加入一小粒Na2SO3固體和NaHSO3固體，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。進一步說明是由亞硫酸根離子引起的褪色而不是亞硫酸氫根離子；即SO。 (6)根據(jù)上述實驗可知，使品紅水溶液褪色的是亞硫酸根離子，若將SO2通入品紅的無水乙醇溶液中，溶液中不存在亞硫酸根離子，則品紅的無水乙醇溶液不褪色。 (7)Na2SO3溶液中的c(SO)大，加熱后雖然SO水解程度增大，但仍無法除盡，不能使品紅水溶液恢復紅色。 答案：Ⅰ.(1)檢查裝置氣密性　(2)d→e→f→g→b→c (3)2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑?、?(4)堿 (5)SO　(6)品紅的無水乙醇溶液不褪色 (7)Na2SO3溶液中的c(SO)大，加熱后雖然SO水解程度增大，但仍無法除盡 2．(2019濟南調研)三氯氧磷(POCl3)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可以直接氧化PCl3制備POCl3，反應原理為P4(白磷)＋6Cl2===4PCl3、2PCl3＋O2===2POCl3。PCl3、POCl3的部分性質如下： 項目 熔點/℃ 沸點/℃ 其他 PCl3 －112 75.5 遇水生成H3PO3和HCl POCl3 2 105.3 遇水生成H3PO4和HCl 某興趣小組模擬該工藝設計實驗裝置如下(某些夾持裝置、加熱裝置已略去)： (1)儀器a 的名稱為______________，B裝置中長頸漏斗的作用是______________________________________________________。 (2)裝置E用來制取Cl2，反應的離子方程式為______________ _____________________________________________________。 (3)為使實驗順利進行，還需補充的裝置為__________________ _____________________________________________________。 (4)反應時，需嚴格控制三個條件： ①先制取______________，緩慢地通入C 中，直至C 中的白磷消失后，再通入另一種氣體。 ②C裝置用水浴加熱控制溫度為60 ℃～65 ℃，除加快反應速率外，另一目的是___________________________________________ _____________________________________________________。 ③反應物必須干燥，否則會在C 裝置中產生大量的白霧，其主要成分為_____________________________________(寫化學式)。 (5)反應結束后通過下面步驟測定POCl3產品中Cl 的含量，元素Cl 的質量分數(shù)為___________________________________________ _______________________________________ (寫出計算式)。 Ⅰ.取x g產品于錐形瓶中，加入足量NaOH 溶液，POCl3完全反應后加稀硝酸至酸性； Ⅱ.向錐形瓶中加入0.100 0 molL－1的AgNO3 溶液40.00 mL，使Cl－完全沉淀； Ⅲ.再向錐形瓶中加入20 mL硝基苯，振蕩，使沉淀表面被有機物覆蓋； Ⅳ.然后加入指示劑，用c molL－1 NH4SCN溶液滴定過量Ag＋ 至終點，記下所用體積為V mL。 [已知：AgPO4溶于酸，Ksp(AgCl )＝3210－10，Ksp(AgSCN )＝210－12] 解析：(1) 儀器a的名稱是冷凝管(或球形冷凝管)，裝置A中產生氧氣，發(fā)生反應的化學方程式為2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)；B裝置的作用除觀察O2的流速之外，還有平衡氣壓、干燥O2(或平衡氣壓和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反應引入雜質)。 (2)二氧化錳與濃鹽酸加熱反應生成氯化錳、氯氣和水，反應的離子方程式為4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (3)C裝置為氯氣和磷發(fā)生反應的裝置，反應結束后會有氯氣從冷凝管a中溢出，污染空氣，需要吸收處理；同時，POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應，為使實驗順利進行，需要在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管，防止外界中水蒸氣進入C裝置內。 (4)根據(jù)題意可知，要先制備出三氯化磷，然后其被氧化為POCl3，所以先制取氯氣，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一種氧氣。②由于PCl3的沸點是75.5 ℃，因此控制溫度60 ℃～65 ℃，其主要目的是加快反應速率，同時防止PCl3氣化。③POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應，均生成氯化氫，遇到水蒸氣產生大量的白霧，所以反應物必須干燥。 (5)根據(jù)題意可知，NH4SCN的物質的量為0.001 cVmol，則與之反應的銀離子的物質的量為0.001 cVmol，而總的銀離子的物質的量為0.004 mol，所以與氯離子反應的銀離子的物質的量為0.004 mol－0.001 cVmol，因此氯離子的物質的量為0.004 mol－0.001 cVmol，則產品中Cl元素的含量為100%。 答案：(1)球形冷凝管　平衡氣壓 (2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (3)在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管 (4)①Cl2?、诜乐筆Cl3氣化?、?HCl (5)100% 3．有資料顯示過量的氨氣和氯氣在常溫下可合成巖腦砂(主要成分為NH4Cl)，某小組對巖腦砂進行以下探究。 Ⅰ.巖腦砂的實驗室制備。 (1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為_____________________。 (2)為使氨氣和氯氣在D中充分混合并反應，上述裝置的連接順序為a→d→c→________、__________←j←i←h←g←b。 (3)裝置D處除易堵塞導管外，還有不足之處為_____________ _____________________________________________________。 (4)檢驗氨氣和氯氣反應有巖腦砂生成時，除了蒸餾水、稀HNO3、AgNO3溶液、紅色石蕊試紙外，還需要的試劑為________________。 Ⅱ.天然巖腦砂中NH4Cl純度的測定(雜質不影響NH4Cl純度測定)。 已知：2NH4Cl＋3CuO3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。 步驟：①準確稱取1.19 g巖腦砂；②將巖腦砂與足量的氧化銅混合加熱(裝置如下)。 (5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，_________________________________________， 則氣密性良好。 (6)裝置H的作用_______________________________________ _____________________________________________________。 (7)實驗結束后，裝置I增重0.73 g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質量分數(shù)為_______________________________________________。 (8)若用K中氣體體積測定NH4Cl純度，當量氣管內液面低于量筒內液面時，所測純度__________(填“偏高”“偏低”或“ 無影響”) 解析：(1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為干燥管。 (2)制取氨氣的氣流順序為adc，制取氯氣的氣流順序為bghij，考慮到氯氣的密度比空氣大，氨氣的密度比空氣小，所以氨氣從e口進，氯氣從f口進，氨氣和氯氣會形成逆向流動，更有利于二者充分混合，同時注意確定連接順序時，氯氣氣流是從右向左的，合理的連接順序為a→d→c→e→f←j←i←h←g←b?！? (3)裝置D處發(fā)生反應生成了氯化銨，氯化銨為固體小顆粒，導管太細，固體顆粒容易堵塞導管；因為氯氣有毒，需要有尾氣處理裝置，所以不足之處為：無尾氣處理裝置。 (4)檢驗固體氯化銨中的銨根離子需要氫氧化鈉溶液和紅色石蕊試紙，檢驗氯離子需要蒸餾水、硝酸銀和稀硝酸，所以還需要的試劑為氫氧化鈉濃溶液。 Ⅱ.(5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，導管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內形成一段水柱，則氣密性良好。 (6)產生的氣體通過裝置H中的濃硫酸，能夠吸收混合氣體中的水蒸氣，防止對HCl測定造成干擾，減小實驗誤差。 (7)裝置I增重為氯化氫氣體的質量，0.73 g氯化氫的物質的量為0.02 mol，根據(jù)反應：2NH4Cl＋3CuO3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，消耗氯化銨的量為0.02 mol，質量為0.0253.5＝1.07 g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質量分數(shù)為100%＝89.9%。 (8)當量氣管內液面低于量筒內液面時，所測定氮氣的體積偏小，根據(jù)反應：2NH4Cl＋3CuO3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，氯化銨的質量偏小，所測純度偏低。 答案：Ⅰ.(1)干燥管　(2) e　f　(3)無尾氣處理裝置 (4)氫氧化鈉濃溶液 Ⅱ.(5)導管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內形成一段水柱　(6)吸收反應產生的水蒸氣，防止對HCl測定造成干擾　(7) 89.9%　(8)偏低 4．(2018天津卷)煙道氣中的NOx是主要的大氣污染物之一，為了監(jiān)測其含量，選用如下采樣和檢測方法。 回答下列問題： Ⅰ.采樣 采樣步驟： ①檢驗系統(tǒng)氣密性；②加熱器將煙道氣加熱至140 ℃；③打開抽氣泵置換系統(tǒng)內空氣；④采集無塵、干燥的氣樣；⑤關閉系統(tǒng)，停止采樣。 (1)A中裝有無堿玻璃棉，其作用為_________________________ _____________________________________________________。 (2)C中填充的干燥劑是________(填序號)。 a．堿石灰　　　b．無水CuSO4　　　c．P2O5 (3)用實驗室常用儀器組裝一套裝置，其作用與D(裝有堿液)相同，在虛線框中畫出該裝置的示意圖，標明氣體的流向及試劑。 (4)采樣步驟②加熱煙道氣的目的是_______________________ _____________________________________________________。 Ⅱ.NOx含量的測定 將v L氣樣通入適量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀釋至100.00 mL。量取20.00 mL該溶液，加入v1 mL c1 molL－1 FeSO4標準溶液(過量)，充分反應后，用c2 molL－1 K2Cr2O7標準溶液滴定剩余的Fe2＋，終點時消耗v2 mL。 (5)NO被H2O2氧化為NO的離子方程式為_________________ _____________________________________________________。 (6)滴定操作使用的玻璃儀器主要有______________________。 (7)滴定過程中發(fā)生下列反應： 3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 則氣樣中NOx折合成NO2的含量為______mgm－3。 (8)判斷下列情況對NOx含量測定結果的影響(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。 若缺少采樣步驟③，會使測定結果________________________。 若FeSO4標準溶液部分變質，會使測定結果________________。 解析：(1)裝置A是過濾器，裝有無堿玻璃棉的作用是過濾除去粉塵。 (2)C中填充的是干燥劑，除去H2O且不能與NOx反應，所以應選有酸性、干燥能力強的P2O5。 (3)D裝置中裝有堿液，用于除去NOx，作用與實驗室中的洗氣瓶相同，該裝置的示意圖為。 (4)煙道氣中有水，采樣步驟②加熱器將煙道氣加熱至140 ℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。 (5)NO被H2O2氧化為NO，H2O2的還原產物為H2O，離子方程式為2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O。 (6)滴定操作使用的玻璃儀器主要有錐形瓶、滴定管，因為該滴定液呈酸性，所以選用酸式滴定管。 (7)滴定過程中發(fā)生反應： 3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋3H2O Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O與Cr2O反應的Fe2＋的物質的量為6c2v210－3 mol，標準液中Fe2＋的物質的量為c1v110－3 mol，則與NO反應的Fe2＋的物質的量為(c1v1－6c2v2)10－3 mol，NO的物質的量為 mol，則v L氣樣中折合成NO2的含量為 mol46 gmol－1 1 000 mgg－11 000 Lm－3＝ 104 mgm－3。 (8)若缺少采樣步驟③，系統(tǒng)內存在空氣，會使收集的氣樣中NOx偏少，測定結果偏低。若FeSO4標準溶液部分變質，溶液中的Fe2＋濃度減小，消耗的K2Cr2O7標準溶液體積減小，使測定結果偏高。 答案：(1)除塵 (2)c (3) (4)防止NOx溶于冷凝水 (5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O (6)錐形瓶、酸式滴定管 (7)104 (8)偏低　偏高