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2018版高考化学一轮总复习第十章化学实验基础第33讲化学实验设计与评价限时训练

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                           化学实验设计与评价

    [选题细目表]

              考查知识点               基础题        中档题           较难题

           1.实验方案的设计               1、5         8            9、10
           2. 实验方案的评价            2、3、6        4、7            11

    一、选择题(本题包括         7 个小题,每小题       6 分,共  42 分,每小题仅有一个选项符合题
意)
    1.下列实验方案正确且能达到相应实验目的的是(  )


                                            B.用铜和浓硝酸
                        A.制取少量蒸馏水            制取少量NO2


                        C.比较MnO2、Cl2        D.探究NaHCO3
                           I2的氧化性             的热稳定性

    解析:烧杯中的水冷却试管中的水蒸气,收集蒸馏水,A                       项正确;NO2    可与水反应,不
能用排水法收集,B        项错;浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气需要加热,C                     项错;D    项中试管
口应向下倾斜,D       项错。
    答案:A
    2.下列实验方案可行的是(  )

                 -1
    A.用  1 mol·L   的盐酸与     MnO2 反应制取氯气
    B.用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别二氧化氮和溴蒸气
    C.用  10 mL 量筒量取    8.50 mL 浓硫酸用于配制一定物质的量浓度的稀硫酸
    D.用湿润的有色纸条鉴别氯化氢和氯气
    解析:制取氯气需要浓盐酸,而              1 mol·L-1  的盐酸是稀盐酸,A        项错误;二氧化氮与
水反应生成的硝酸、溴蒸气都具有氧化性,都能氧化碘离子,B                          项错误;量筒属于粗量仪
器,不能精确到小数点后两位数,C               项错误。
    答案:D
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    3.某同学设计了如图实验装置探究硝酸的性质,根据图示判断下列结论不正确的是(  )


    A.试管内壁上的“黄霜”的成分是硫
    B.该实验既说明了浓硝酸具有氧化性,又说明了浓硝酸具有挥发性
    C.烧杯内氢氧化钠溶液的作用是除去尾气,防止尾气污染环境
    D.试管中浓硝酸可以用浓盐酸代替

    解析:试管中浓硝酸易挥发,遇              H2S 气体,与之发生氧化还原反应生成单质               S,A  项和
B 项正确;烧杯中的        NaOH 溶液与逸出的酸性气体反应,防止污染环境,C                  项正确;浓盐酸
无强氧化性,不能代替浓硝酸完成该实验,D                   项错误。
    答案:D
    4.(2015·大连模拟)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:


    B.除去乙酸乙酯中混有的乙酸:


    C.证明酸性条件下        H2O2 氧化性比   I2 强:


    D.鉴定盐    A 的成分是    FeBr3:


    解析:Na2SO3  与  Ba(NO3)2 反应生成的   BaSO3 可被  HNO3 氧化生成   BaSO4,A 错误;乙酸能

                                                                        -
与  Na2CO3 反应,上层是乙酸乙酯,B         正确;在    NaI 溶液中加    HNO3 酸化,HNO3 可氧化    I ,

C 错误;D   项中若盐    A 是 FeBr2,也会出现同样的现象,故           D 错误。
    答案:B
    5.下列实验装置设计正确,且能达到目的的是(  )
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                       A.测定乙醇与钠反应          B.滴定法测定硫酸
                         生成氢气的体积            的物质的量浓度


                       C.合成氨并检验            D.碘的CCl4溶液中
                         氨的生成           分离I2并回收CCl4
    解析:A   选项可以根据右边玻璃管中的刻度读数得到气体体积,正确;B                          选项应该用碱
式滴定管,错误;C        选项氨气不能使干燥的          pH 试纸显色;D     选项温度计的水银球应在与蒸
馏烧瓶支管口相平位置,错误。
    答案:A
    6.某同学想用实验证明高锰酸钾的紫红色是                  MnO-4 的颜色,而不是      K+的颜色,他设
计了以下实验方案。请你判断下列方案与本实验目的无关的是(  )
    A.观察氯化钾溶液没有颜色,表明溶液中的                  K+无色
    B.在氯化钾溶液中加入适量锌粉,振荡、静置后未见明显变化,表明锌与                               K+不反应
    C.在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉,振荡、静置后紫红色褪去,表明                             MnO-4 为紫红色
    D.将高锰酸钾晶体加热分解,所得的固体质量减轻
    解析:证明高锰酸钾的紫红色是              MnO-4 的颜色,而不是      K+的颜色,可选择其他离子的
钾盐溶液,观察颜色,与其他物质反应后再观察颜色,只有选项                           D 与本实验目的无关。
    答案:D
    7.(2016·威海质检)下列图中的实验方案,能达到实验目的的是(  )

  选项                     实验方案                               实验目的


                                                  验证  FeCl3 对 H2O2 分解反应有催
   A
                                                  化作用


                                                  探究温度对平衡
   B
                                                  2NO2      N2O4 的影响
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                将  NO2 球浸泡在冰水和热水中


   C                                              除去  CO2 气体中混有的      SO2


                                                  比较  HCl、H2CO3 和 H2SiO3 的酸
   D
                                                  性强弱


    解析:A   项,验证     FeCl3 的催化作用时须保证其他条件(如温度)不变;C                 项,Na2CO3 溶

液也与   CO2 反应:Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3;D   项,浓盐酸具有挥发性,干扰             H2CO3 和

H2SiO3 酸性强弱的比较。
    答案:B
    二、非选择题(本题包括          4 个小题,共     58 分)

    8.(2016·北京卷)(15     分)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。

                          试剂
   实验                                                       现象
               滴管                 试管

                             饱和   Ag2SO4 溶液      Ⅰ.产生白色沉淀
                                                 Ⅱ.溶液变绿,继续滴加产生棕
                    -1               -1
           0.2 mol·L        0.2 mol·L   CuSO4
                                                 黄色沉淀
            Na2SO3 溶液
                                                 Ⅲ.开始无明显变化,继续滴加
                                    -1
                          0.1 mol·L   Al2(SO4)3
                                                 产生白色沉淀

    (1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是              Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ:
__________________________________________________。
    (2)经检验,现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含                SO24-,含有   Cu+、Cu2+和  SO23-。

            +            2+   2+  -
    已知:Cu    ―稀―硫→酸Cu+Cu  ,Cu   ―I―→CuI↓(白色)+I2。
    ①用稀硫酸证实沉淀中含有            Cu+的实验现象是______________
    _____________________________________________________。
    ②通过下列实验证实,沉淀中含有               Cu2+和 SO23-。


    a.白色沉淀     A 是 BaSO4,试剂   1 是________________________。
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    b.证实沉淀中含有        Cu+和  SO23-的理由是___________________
    ______________________________________________________。
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    (3)已知:Al2(SO3)3  在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无                      SO24 ,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。
    ①推测沉淀中含有亚硫酸根和________。
    ②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:

    i.被  Al(OH)3 所吸附;
    ii.存在于铝的碱式盐中。
    对假设   ii 设计了对比实验,证实了假设             ii 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ⅱ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。

                               -1
    解析:(1)实验Ⅰ中       0.2 mol·L    Na2SO3 溶液饱和   Ag2SO4 溶液发生反应生成白色沉淀

                      +     -
Ag2SO3,离子方程式为      2Ag  +SO23 ===Ag2SO3↓。

    (2)①根据反应:Cu+―稀―硫→酸Cu+Cu2+可知若沉淀中含有              Cu+,加入稀硫酸会发生歧化
反应生成铜单质,实验现象是有红色固体生成;

                                 2+    -                  -           -
    ②分析实验流程知实验原理为             2Cu  +4I  ===2CuI+I2、I2+SO23  +H2O===SO24 +

  -    +     -     2+
2I +2H   ,SO24 +Ba   ===BaSO4↓,则

    a.白色沉淀     A 是 BaSO4,试剂   1 是盐酸酸化的      BaCl2 溶液。
    b.证实沉淀中含有        Cu+和  SO23-的理由是棕黄色沉淀与         KI 溶液反应生成白色沉淀
(CuI),证明含有     Cu+,白色沉淀      A 为硫酸钡,证明含有        SO23-。
    (3)①根据题意可知实验Ⅲ的白色沉淀中无                 SO24-,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,则
    ①推测沉淀中含有亚硫酸根和氢氧化铝。
    ②a.铝的酸式盐与氢氧化钠反应消耗的氢氧化钠的含量大于氢氧化铝,所以反应应该
设计一个定量对比试验,根据白色固体消耗氢氧化钠的量不同来证实假设ⅱ成立,即实验
方案设计步骤二为:
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    (4)根据实验白色沉淀能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明亚硫酸盐具有还原性,另外亚
硫酸根水解呈碱性。根据实验现象考点盐溶液间反应的多样性与盐的性质和溶液的酸碱性
有关。

                +     -
    答案:(1)2Ag    +SO23  ===Ag2SO3↓

    (2)①加入稀硫酸后,有红色固体生成 ②a. HCl                和  BaCl2 溶液
    b.在  I-的作用下,Cu2+转化为白色沉淀            CuI,SO23-转化为    SO24-
    (3)①Al3+、OH-


    ②a.

    b.V1 明显大于    V2
    (4)还原性、水解溶液显碱性;两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件

    9.(2016·上海卷)(15     分)半水煤气是工业合成氨的原料气,其主要成分是                     H2、CO、

CO2、N2 和 H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

                          H2、N2、COC―O―变H→换2、N2脱―除―C→O2
                           CO2、H2O       CO2     H2、N2
    完成下列填空:
    (1)半水煤气含有少量硫化氢。将半水煤气样品通入________溶液中(填写试剂名称),
出现____________,可以证明有硫化氢存在。

    (2)半水煤气在铜催化下实现           CO 变换:CO+H2O        CO2+H2
                                            ―C―△u→
    若半水煤气中      V(H2)∶V(CO)∶V(N2)=38∶28∶22,经      CO 变换后的气体中:

V(H2)∶V(N2)=__________。
    (3)碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一。已知:


                         项目                      Na2CO3      K2CO3
             20 ℃碱液最高浓度/(mol·L-1)                 2.0         8.0
                  碱的价格/(元·kg-1)                   1.25       9.80

    若选择   Na2CO3 碱液作吸收液,其优点是____________;缺点是____________。如果选

择  K2CO3 碱液作吸收液,用什么方法可以降低成本?
    _______________________________________________________
    写出这种方法涉及的化学反应方程式。
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    _______________________________________________________

    (4)以下是测定半水煤气中          H2 以及 CO 的体积分数的实验方案。

    取一定体积(标准状况)的半水煤气,经过下列实验步骤测定其中                          H2 以及 CO 的体积分
数。
                         半水
                         煤气→      →     →CuO→      →
                           Ⅰ   Ⅱ  Ⅲ   Ⅳ   Ⅴ 
    ①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ方框中。
    ②该实验方案中,步骤Ⅰ、Ⅱ的目的是:_____________________
    ______________________________________________________。

    ③该实验方案中,步骤________(选填“Ⅳ”或“Ⅴ”)可以确定半水煤气中                           H2 的体积
分数。
    解析:(1)硫化氢能与重金属生成沉淀,所以将半水煤气样品通入硝酸铅(或硫酸铜)溶
液中,出现黑色沉淀可以证明有硫化氢存在。

    (2)若半水煤气中      V(H2)∶V(CO)∶V(N2)=38∶28∶22,经      CO 变换后   CO 转化为氢气,

则根据方程式可知所得的气体中:V(H2)∶V(N2)=(38+28)∶22=3∶1。

    (3)根据表中数据可知若选择           Na2CO3 碱液作吸收液,其优点是价廉,而缺点是吸收

CO2 能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾,所以使碱液循环使用可以降低成

本,反应的化学方程式为           2KHCO3 = = △= = = K2CO3+CO2↑+H2O。
    (4)①由于半水煤气中含有二氧化碳,所以首先利用碱液除去二氧化碳,干燥后再通过
氧化铜反应,利用浓硫酸吸收产生的水蒸气,利用碱液吸收产生的二氧化碳,进而计算体
积分数。所以流程为
                       半水
                       煤气→KOH→浓硫酸→CuO→浓硫酸→KOH
                        Ⅰ   Ⅱ   Ⅲ    Ⅳ   Ⅴ  
    ②由于半水煤气中含有二氧化碳,所以首先利用碱液除去二氧化碳,干燥后再通过氧
化铜反应。
    ③氢气还原氧化铜生成水蒸气,浓硫酸吸收水蒸气,所以该实验方案中,步骤Ⅳ可以

确定半水煤气中       H2 的体积分数。
    答案:(1)硝酸铅(或硫酸铜) 黑色沉淀 (2)3∶1

    (3)价廉 吸收     CO2 能力差 碱液循环使用

    2KHCO3 = = △= = = K2CO3+CO2↑+H2O
    (4)①
                       半水
                       煤气→KOH→浓硫酸→CuO→浓硫酸→KOH
                        Ⅰ   Ⅱ    Ⅲ   Ⅳ   Ⅴ
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    ②除去半水煤气中的         CO2(包括  H2S)和 H2O ③Ⅳ
    10.(14 分)某课外活动小组为了验证铜与稀硝酸反应产生                     NO 气体,设计了如图所示
装置,取得了满意效果。以下是该小组的实验步骤:


    Ⅰ.按如图所示开始组装仪器,检查装置气密性。
    Ⅱ.将分液漏斗活塞及瓶塞打开,从右侧干燥管口小心注入                        1∶3  的稀硝酸直至液面与
活塞处相平。
    Ⅲ.关闭活塞。
    请回答下列问题:
    (1)写出  Cu 与稀硝酸反应的化学方程式:___________________
    _____________________________________________________。
    (2)上述第Ⅱ步操作的目的是____________________________。
    (3)整套装置操作较方便,请简述原理:____________________

    _______________________________________________________
    ______________________________________________________。

    解析:要验证      Cu 与稀  HNO3 反应生成了    NO,就必须排除空气对         NO 的干扰,只有开始生

成无色气体(NO),遇空气变成红棕色(NO2),进而才能说明有                     NO 生成。

    答案:(1)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (2)排除装置中的空气 

(3)Cu 与稀  HNO3 反应不断生成     NO 气体,使左侧气体压强增大,从而使左侧液面下降,右侧

液面上升,当铜丝不再与稀            HNO3 接触时,反应停止

    11.(2016·江苏卷)(14     分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的抗氧化剂,在空气中、受热

时均易分解。实验室制备少量             Na2S2O5 的方法:在不断搅拌下,控制反应温度在                40 ℃左右,

向  Na2CO3 过饱和溶液中通入      SO2,实验装置如下图所示。


    当溶液   pH 约为  4 时,停止反应,在        20℃左右静置结晶。生成          Na2S2O5 的化学方程式为
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2NaHSO3===Na2S2O5+H2O

    (1)SO2 与 Na2CO3 溶液反应生成    NaHSO3 和 CO2,其离子方程式为
_______________________________________________________。
    (2)装置  Y 的作用是___________________________________。

    (3)析出固体的反应液经减压抽滤、洗涤、25~30 ℃干燥,可获得                        Na2S2O5 固体。
    ①组成减压抽滤装置的主要仪器是布氏漏斗、________________和抽气泵。

    ②依次用饱和      SO2 水溶液、无水乙醇洗涤         Na2S2O5 固体。用饱和    SO2 水溶液洗涤的目的
是_____________________________________
    _____________________________________________________。

    (4)实验制得的     Na2S2O5 固体中含有一定量的       Na2SO3 和 Na2SO4,其可能的原因是
__________________________________________
    ______________________________________________________。

    解析:(1)SO2   与 Na2CO3 溶液反应生成     NaHSO3 和 CO2,根据原子守恒、电荷守恒,可得
                           -
反应的离子方程式为         2SO2+CO23 +H2O===2HSO-3 +CO2。

    (2)在装置   X 中用来发生反应制取         Na2S2O5;由于  SO2 是大气污染物,因此最后的           Z 装置

的  NaOH 溶液是尾气处理装置,防止           SO2 造成大气污染。由于二氧化硫易溶于水,因此装置
Y 的作用防止倒吸。

    (3)②制取得到的      Na2S2O5 固体依次用饱和     SO2 水溶液、无水乙醇洗涤         Na2S2O5 固体,用

饱和   SO2 水溶液洗涤的目的是减少         Na2S2O5 在水中的溶解。

    (4)实验制得的     Na2S2O5 固体中常含有一定量的        Na2SO3 和 Na2SO4,可能的原因是在制备

过程中   Na2S2O5 分解生成   Na2SO3,Na2SO3 被氧化生成    Na2SO4。
                     -
    答案:(1)2SO2+CO23    +H2O===2HSO-3 +CO2
    (2)防止倒吸

    (3)①抽滤瓶 ②减少        Na2S2O5 在水中的溶解

    (4)在制备过程中      Na2S2O5 分解生成生   Na2SO3,Na2SO3 被氧化生成    Na2SO4
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