化学实验方案与设计(45分钟 100分)一、选择题(本题包括6小题,每小题7分,共42分)1.(2022·石家庄质检)以下进行性质比较的实验设计,不合理的是( )A.比较Cu、Fe2+的还原性：Cu加入FeCl3溶液中B.比较氯、溴的非金属性：氯气通入溴化钠溶液中C.比较镁、铝的金属性：镁、铝(除氧化膜)分别放入4mol·L-1的NaOH溶液中D.比较高锰酸钾、氯气的氧化性：高锰酸钾中加入浓盐酸2.下列实验设计方案肯定能获得成功的是( )A.用1mol·L-1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10mL量筒量取8.50mL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3.(2022·莆田一模)用下列实验装置完成相应实验,正确的是( )A.甲用于证明非金属性强弱：Cl>C>SiB.乙用于配制一定物质的量浓度的硫酸溶液C.丙用于模拟生铁的电化学腐蚀D.丁用于测定某稀盐酸的物质的量浓度4.下述实验设计能够达到目的的是( )编号实验目的实验设计A除去CO2中少量的SO2将混合气体通过饱和Na2CO3溶液B除去铜粉中混有的CuO向混合物中滴加适量稀硝酸C检验溶液中是否含有Fe2+向溶液中滴入氯水后,再滴加KSCN溶液D证明H2CO3酸性比H2SiO3强将CO2通入Na2SiO3溶液中5.(2022·海南高考)下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3,仪器连接顺序正确的是( )-8-\nA.a—b—c—d—e—f—g—hB.a—e—d—c—b—h—i—gC.a—d—e—c—b—h—i—gD.a—c—b—d—e—h—i—f6.(2022·长春一模)下列实验设计与结论不相符的是( )A.某溶液中加入Ba(NO3)2溶液,再滴加稀盐酸,出现白色沉淀且不溶解,则原溶液中可能含有SB.某气体使湿润的蓝色试纸变红,则该气体一定是酸性氧化物C.乙醇中混有乙酸,加入氢氧化钠后蒸馏即得纯净的乙醇D.在分液漏斗中加入溴水,然后加入适量CCl4,振荡后静置,溴可萃取到CCl4中二、非选择题(本题包括4小题,共58分)7.(16分)(2022·泉州质检)已知A、B、D、E四种物质中均含有同一种短周期元素,D为气体单质,A的焰色反应的颜色为浅紫色(透过蓝色钴玻璃),E为黑色粉末,在如图所示转化中E均起催化作用(某些产物已略去)。请回答：(1)A的名称为 ,B的结构式为 。(2)为研究X单质的性质,特设计如图所示装置进行实验。装置Ⅲ中夹持装置已略去。其中a为干燥的品红试纸,b为湿润的品红试纸。①加入药品前,检查Ⅰ中气体发生装置气密性的操作是用止水夹夹住C处,然后向分液漏斗中加水,打开 ,一段时间后 ,则气密性良好;②写出装置Ⅰ中发生反应的离子方程式 ;③实验过程中,装置Ⅴ中NaOH的作用(用离子方程式表示) ;-8-\n④实验结束后,该组同学在装置Ⅲ中观察到b的红色褪去,但是并未观察到“a无明显变化”这一预期现象。为了达到这一实验目的,你认为在 (选填装置序号)之间还需添加洗气瓶,该装置的作用是 。8.(14分)(2022·安徽示范高中一模)为探究足量锌与18.4mol·L-1浓硫酸的反应,某研究小组进行如下实验。【实验Ⅰ】反应生成物成分的定性探究取65.0g锌粒与98%的浓硫酸(ρ=1.84g·mL-1)110mL充分反应,锌全部溶解,对于制得的气体,有同学认为可能混有杂质。(1)研究小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是 (填分子式),产生这种结果的主要原因是 (用化学方程式和必要的文字加以说明)。(2)为证实相关分析,该化学小组的同学设计实验,组装了如下装置,对所制的气体进行探究。①装置C中加入的试剂是 ;装置D中加入的试剂是 。②装置F中加入的试剂是 ;U形管G的作用为 。③有同学认为A、B间应增加图中的甲装置,该装置的作用为 。【实验Ⅱ】硫酸浓度与生成气体成分的定量探究为了定量测定浓硫酸具有强氧化性的最低浓度,设计的实验方案为取18.4mol·L-1浓硫酸amL与足量的锌于A中反应,将生成的气体通入某溶液并测定生成沉淀的质量。(1)A中产生的气体应通入上图中的 (填“乙”或“丙”)装置。(2)有同学认为要减小实验误差,需要增加一个将反应生成的SO2全部排出的操作。但也有同学认为没有必要,其理由是 。9.(16分)(2022·福州质检)某同学利用下列装置实现铜与浓硝酸、稀硝酸反应,过程如下：-8-\nⅠ.取一段铜丝,用稀硫酸除去铜锈。Ⅱ.将洗涤后的铜丝做成匝数较多的螺旋状。Ⅲ.按如图所示装置连接仪器、检查气密性、装入化学试剂。(1)过程Ⅰ发生反应的离子方程式是 。(2)写出过程Ⅲ中检查气密性的方法 。(3)过程Ⅲ的后续操作如下：①打开止水夹a和b,轻推注射器,使浓硝酸与铜丝接触,观察到的现象是 ,一段时间后使反应停止的操作是 ,关闭a,取下注射器。②打开b和分液漏斗活塞,当玻璃管充满稀硝酸后,关闭b和分液漏斗活塞,打开a,观察到有气泡产生。稀硝酸充满玻璃管的实验目的是 ,该反应的离子方程式是 。(4)另取3支盛满NO2气体的小试管分别倒置在盛有常温水、热水和冰水的3只烧杯中,发现液面上升的高度明显不一致。结果如表所示(忽略温度对气体体积的影响)：实验编号水温/℃液面上升的高度125超过试管的2/3250不足试管的2/330液面上升超过实验1①根据上表得出的结论是温度越 (填“高”或“低”),进入试管中的溶液越多。②查阅资料：a.NO2与水反应的实际过程为2NO2+H2O====HNO3+HNO2,3HNO2====HNO3+2NO↑+H2O;b.HNO2不稳定。则产生上述现象的原因是 。10.(12分)氨气是一种重要化合物,在工农业生产、生活中有着重要应用。(1)下列装置可用于实验室制取少量氨气的是 (填序号)。(2)“氨的催化氧化”是工业生产硝酸的重要步骤。某化学课外活动小组设计了如下装置模拟该实验过程,并用水吸收制取硝酸(固定装置略去)：-8-\n①A装置的分液漏斗中盛放浓氨水,则烧瓶中盛放的药品应该是 。②C装置中发生反应的化学方程式为 。③反应后,装置E中除存在较多的H+外,还可能存在的一种阳离子是 ,试设计实验证明这种离子的存在 。-8-\n答案解析1.【解析】选C。若溶液变蓝,说明氯化铁能腐蚀单质铜,则Cu是还原剂、Fe3+是氧化剂、Fe2+是还原产物,由于反应中还原剂的还原性大于还原产物的还原性,因此能比较Cu、Fe2+的还原性,故A合理;若无色溶液变为淡黄色,说明氯气能从盐中置换出单质溴,则氯气是氧化剂、溴离子是还原剂、单质溴是氧化产物,由于反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,则单质氯的氧化性大于单质溴,所以氯元素的非金属性比溴强,故B合理;元素金属性强弱可以根据其单质与酸反应置换出氢的难易程度来判断,因此可将镁、铝(除氧化膜)分别放入稀盐酸或稀硫酸中,根据置换出氢的难易程度可以比较镁、铝金属性,故C不合理;若产生黄绿色气体,说明高锰酸钾能氧化HCl,则高锰酸钾是氧化剂、HCl是还原剂、氯气是氧化产物,因此能比较高锰酸钾、氯气的氧化性,故D合理。2.【解析】选D。制备氯气需要浓盐酸,而1mol·L-1的盐酸是稀盐酸;二氧化氮、溴蒸气都具有氧化性,都能氧化碘离子;量筒属于粗量仪器,不能读取小数点后两位数。3.【解析】选C。HCl不是氯元素的最高价含氧酸,不能证明非金属性：Cl>C,A不正确;不能在容量瓶中溶解浓硫酸,B不正确;酸性条件下铁发生析氢腐蚀,中性条件下,铁发生吸氧腐蚀,故红墨水柱左低右高,C正确;带活塞的酸式滴定管不能盛装碱性溶液,D不正确。4.【解析】选D。A中除去CO2中少量的SO2,可将混合气体通过饱和的NaHCO3溶液,A错误;B中除去铜粉中混有的CuO,可向混合物中滴加适量稀盐酸,而不能用稀硝酸,因为Cu也能与稀硝酸反应,B错误;C中检验溶液中是否含有Fe2+,应先向溶液中滴加KSCN溶液,若无明显现象,再向溶液中滴入氯水,若溶液变为红色则说明溶液中含有Fe2+,C错误;D中实验设计能够达到目的,D正确。5.【解析】选B。根据实验目的和所给仪器药品应首先制得氯气,然后再将氯气与铁粉反应,制取FeCl3,最后用NaOH溶液吸收多余的氯气防止污染环境。由于制得的氯气中含有HCl、H2O等杂质,所以与铁反应之前应先用饱和NaCl溶液吸收挥发出的HCl,然后用浓硫酸干燥。连接仪器时应注意长管进气,短管出气。6.【解析】选B。酸性条件下,N可以将S氧化为S;使湿润的蓝色试纸变红的气体可以是酸性氧化物,也可以是其他酸性气体,如HCl、HNO3等;乙酸与NaOH生成高沸点的盐;溴在四氯化碳中的溶解度很大,且四氯化碳与水互不相溶,四氯化碳可以作为萃取剂。7.【解析】(1)含钾元素的A固体和液体B在黑色粉末E的催化作用下都生成气体D,不难推出,A为氯酸钾,B为过氧化氢,E为二氧化锰。(2)E固体为二氧化锰,再结合题意可推知X单质为Cl2。①检查Ⅰ中气体发生装置气密性的操作是用止水夹夹住C处,然后向分液漏斗中加水,打开分液漏斗的旋塞,一段时间后分液漏斗中的水滴不下来,则气密性良好;②装置Ⅰ是Cl2的发生装置,发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++2H2O+Cl2↑③装置Ⅴ中NaOH的作用是吸收Cl2,防止大气污染,发生反应的离子方程式为Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O④干燥的Cl2不能使干燥的品红试纸褪色,湿润的Cl2能使品红试纸褪色,为了防止干扰,应在Ⅱ和Ⅲ装置之间,添加干燥Cl2的装置。答案：(1)氯酸钾 H—O—O—H(2)①分液漏斗的旋塞 分液漏斗中的水滴不下来②MnO2+4H++2Cl-Mn2++2H2O+Cl2↑-8-\n③Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O④Ⅱ和Ⅲ 干燥Cl28.【解析】【实验Ⅰ】(1)随着反应的进行,浓硫酸的浓度会逐渐变小,Zn与稀硫酸反应得到的气体是H2,反应的方程式为H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑。(2)B装置放置的品红溶液是为了检验SO2气体,C装置放置的是NaOH(或KMnO4)溶液,目的是吸收混合气体中的SO2,D装置的浓硫酸吸收水蒸气,避免其干扰H2和CuO的反应,否则F中的CuSO4变蓝就不能确定是H2和CuO反应生成的H2O,G的作用是防止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验;为防止B装置发生倒吸,在A与B之间加一个防倒吸的装置。【实验Ⅱ】(1)SO2与BaCl2溶液不反应,不能得到沉淀,故选丙装置。(2)随着反应的进行,稀硫酸与Zn反应得到的H2会将反应得到的SO2全部排入到丙装置中,没有必要增加其他装置或反应。答案：【实验Ⅰ】(1)H2 随着反应的进行,硫酸溶液浓度变稀,发生反应：H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑(2)①足量NaOH(或KMnO4)溶液 浓硫酸②无水CuSO4(或无水硫酸铜) 防止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验③防止倒吸【实验Ⅱ】(1)丙(2)后产生的氢气会将二氧化硫全部排入丙中【解题技巧】实验的设计与探究注意的问题(1)对实验方案的探究,首先要明确实验目的和要求,然后结合问题,运用有关化学知识和实验技能,对实验的仪器、步骤、方法进行逐步的分析。其中,有关方案的设计要特别明确：原理要有科学性,不能凭空捏造,不能脱离实际,所选方案应是在现实条件下能够完成的。实验装置要简便易行,操作必须安全可靠,效果要明显。(2)要善于对实验所得出的事实证据通过比较、归纳、概括、总结等方式进行处理,从而得出科学的结论,并由此解释化学现象,说明问题。9.【解析】(1)稀硫酸与碱式碳酸铜反应的离子方程式是Cu2(OH)2CO3+4H+====2Cu2++CO2↑+3H2O。(2)过程Ⅲ中检查气密性的方法为打开b和a,关闭分液漏斗的活塞,将左边导管插入盛水的烧杯中,轻轻拉动注射器活塞,若导管中液面上升则说明气密性好。(3)浓硝酸与铜丝接触,观察到的现象是产生红棕色气体,想让反应停止的操作是轻轻将注射器活塞向右拉使铜丝和溶液分开。稀硝酸充满玻璃管的实验目的是将玻璃管中的NO2和空气排出,反应的离子方程式是3Cu+8H++2N====3Cu2++2NO↑+4H2O。(4)温度越高,进入试管的溶液越少,温度越低,进入试管的溶液越多;根据NO2与水反应的实际过程为2NO2+H2O====HNO3+HNO2 3HNO2====HNO3+2NO↑+H2O,则产生上述现象的原因是温度低,HNO2分解量减少,分解产生的NO气体量减少,所以进入试管的溶液多。答案：(1)Cu2(OH)2CO3+4H+====2Cu2++CO2↑+3H2O(2)打开b和a,关闭分液漏斗的活塞,将左边导管插入盛水的烧杯中,轻轻拉动注射器活塞,若导管中液面上升则说明气密性好(类似方法都正确)(3)①产生红棕色气体 轻轻将注射器活塞向右拉使铜丝和溶液分开②将玻璃管中的NO2和空气排出 3Cu+8H++2N====3Cu2++2NO↑+4H2O(4)①低 ②温度低,HNO2分解量减少,分解产生的NO气体量减少,所以进入试管的溶液多-8-\n10.【解析】(1)c装置试管口应该向下倾斜,a加热氯化铵固体,分解产生的氨气、HCl混合气体反应重新生成氯化铵导致堵塞;b、d可以用于实验室制取氨气。(2)由题意可知发生的反应为氨的催化氧化,故A中反应应生成氨气和氧气,烧瓶中盛放的药品应该是过氧化钠,发生反应的方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。反应后剩余的氨气被水吸收,则溶液中还含有铵根离子,检验的方法是：取E中少许溶液放入一洁净试管内,滴加NaOH溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,证明E溶液中含有N。答案：(1)b、d (2)①Na2O2 ②4NH3+5O24NO+6H2O ③N 取E中少许溶液放入一洁净试管内,滴加NaOH溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,证明E溶液中含有N-8-
