化学实验方案的设计与评价一、选择题(本题共10个小题，每小题5分，共50分)1．现给你提供以下试剂：①蒸馏水；②铁粉；③浓硫酸；④浓盐酸；⑤烧碱；⑥浓氨水；⑦Cl2。请你设计一个实验：从电子工业上用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板后的废液中回收并制取纯净的FeCl3溶液。在方案中需选用上述试剂中的( )A．①②④⑦ B．①③④⑥C．②④⑥⑦ D．①④⑥⑦解析：电子工业上用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板后的废液中含有FeCl3、FeCl2、CuCl2，先用过量的铁粉将Cu2＋还原为Cu，过滤，得到FeCl2溶液，滤渣用盐酸溶解后过滤，将两次滤液合并，再向滤液中通入Cl2即制得纯净的FeCl3溶液。答案：A2．下列实验能达到预期目的的是( )①用HNO3酸化的硝酸钡溶液鉴别硫酸根离子与亚硫酸根离子；②用溴水检验汽油中是否含有不饱和链烃；③用乙醇从碘水中萃取碘；④用盐析的方法分离提纯蛋白质；⑤用加热的方法提纯含有少量碳酸氢钠的碳酸钠固体；⑥用氨水清洗试管壁附着的银镜A．②④⑤ B．①③⑥C．①②④⑤ D．②③④⑤⑥3．用铁制备较纯净的三氧化二铁，下列实验方案最好的是( )A．使铁在潮湿的空气中缓慢氧化B．铁在氯气中燃烧，加水溶解，加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤、然后充分加热分解C．使铁溶解于稀硫酸，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解D．使铁与足量稀硝酸反应，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解解析：A项，最终生成铁锈(氧化铁水合物)；B项，FeFeCl3Fe(OH)3Fe2O3，方案合理；C项，FeFeSO4Fe(OH)2，Fe(OH)211\n在空气中加热时部分氧化为Fe(OH)3，分解产物中既有FeO，又Fe2O3等；D项，Fe与HNO3反应产生大气污染物NO。答案：B4．为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图所示的实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法中不正确的是( )A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率C．通过开启或关闭活塞1可以控制反应的进行D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，还不能证明该气体为NO5．近年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表述。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是( )A．MgMg(NO3)2B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2C．MgMgOMg(NO3)2D．MgMgSO4Mg(NO3)2解析：金属与硝酸反应有NOx的释放，污染环境，A选项错误；金属与Cl2反应时，Cl2用量稍过量，就会对环境造成污染，B选项错误；金属与浓硫酸反应有SO2的释放，污染环境，D选项错误。答案：C6．为测定碳酸钠的质量分数(设含杂质碳酸氢钠)，某学生设计了如下实验方案，下列对实验方案的叙述正确的是( )11\nA．称量所需要的仪器是托盘天平B．样品放在蒸发皿中灼烧C．样品中碳酸钠的质量分数为0.76D．如果灼烧后的样品放在空气中冷却，会造成实验结果偏大解析：托盘天平不可能精确到小数点后三位；灼烧应放在坩埚中，而不是蒸发皿中，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠，根据化学反应方程式计算，求出碳酸钠的质量分数为0.892；灼烧后的样品放在空气中冷却，碳酸钠吸水，会造成实验结果偏大。答案：D7．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：试样溶液白色沉淀沉淀不溶解B．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：混合液溶液分层得上层液体C．证明酸性条件下H2O2氧化性比I2强：NaI溶液溶液变蓝色D．鉴定盐A的成分是FeBr3：解析：Na2SO3溶液中加HNO3能将SO氧化生成SO，A错误；乙酸能与Na2CO3反应，故上层是乙酸乙酯，B正确；在NaI溶液中加HNO3酸化，可认为是HNO3氧化I－，C错误；同样，向FeBr2溶液中加HNO3酸化的AgNO3溶液时，Fe2＋可被氧化为Fe3＋，不能说明盐A溶液中含有Fe3＋，故D错误。答案：B8．下列实验的设计不可行的是( )11\nA．在浓氨水中加入生石灰可以制取少量的NH3B．用水就能一次性鉴别溴苯、苯、乙酸三种物质C．用如图所示的装置测定黄铜(Cu、Zn合金)中Zn的含量D．除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO，依次加入的物质是H2O、Ba(OH)2、Na2CO3、HCl解析：本题主要考查学生对课本实验的掌握以及气体体积的测量方法。C项，不能用稀硝酸，应该用盐酸，装置中集气瓶应该短管进气，长管出水。答案：C9．(2022·江苏高考)下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是( )选项实验操作实验现象结论A向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固体析出蛋白质均发生变性B向溶液X中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀溶液X中一定含有SOC向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体出现白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强D向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出现黄色沉淀Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)解析：本题考查实验过程的现象及结论分析。A项，蛋白质中加入NaCl发生盐析，加入CuSO4发生变性，错；B项，若溶液X中含有SO，加入稀HNO3，则会被氧化成SO，而与Ba2＋生成沉淀，错；C项，反应方程式为：CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，该反应发生的原理为强酸制弱酸，即酸性：H2CO3>H2SiO3，错；D项，反应总是向着生成更难溶的物质的方向进行，由于AgI的溶度积比AgCl小，所以优先生成AgI，正确。答案：D10．为比较铁和铜金属活动性强弱，某研究小组的同学设计了如下一些方案，并将实验结果记录如下：方案现象或产物①将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出②将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4④将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中铁片上有气泡，铜片上不产生气泡⑤将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接铁片溶解，铜片上有气泡产生能根据以上各种现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有( )A．2种 B．3种 11\nC．4种 D．5种解析：①铁能置换铜，证明铁比铜活泼；②不能说明；③不能说明；④铁置换出稀硫酸中的氢，铜不能，证明铁比铜活泼；⑤铁与铜形成原电池，铁作负极，铜作正极，证明铁比铜活泼。共有3种方案能证明。答案：B二、非选择题(本题共5个小题，共50分)11．(10分)(2022·福州模拟)小明同学在学习“硫酸及其盐的某些性质与用途”的过程中，进行如下实验探究。[实验一]探究浓硫酸的氧化性，将实验室常用的药品放入如图所示的实验装置后，加热装置甲。(夹持和加热装置省略)(1)该装置设计上存在明显缺陷，请指出：_______________________________。(2)写出装置甲中反应的化学方程式：________________________________________________。装置乙中的试剂是：_______________________。[实验二]探究某硫酸亚铁盐固体是否变质(3)请你帮助小明同学完成如下实验方案：实验操作预期现象和结论解析：(1)制气装置不能在封闭体系中进行，否则易引起爆炸，因此尾气吸收装置乙中的广口瓶不能加瓶塞。(2)根据品红溶液可推测发生装置中生成了SO2气体，因此可选用Cu与浓硫酸反应或C与浓硫酸反应。(3)检验硫酸亚铁盐固体是否变质即检验样品中有无Fe3＋，检验Fe3＋最灵敏的试剂是KSCN溶液。答案：(1)装置乙中的广口瓶不应加瓶塞(2)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O或C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，(或其他合理答案也可) NaOH溶液(3)实验操作：往一支试管中加入少量固体样品，加水溶解，再滴加几滴KSCN溶液 预期现象和结论：若溶液变为红色，说明该固体已变质；若溶液未变为红色，说明该固体没有变质12．(10分)MnO2在酸性溶液中具有强氧化性，可被还原为Mn2＋，它还对H2O2的分解具有良好的催化效果。某兴趣小组通过实验研究MnO2的性质。11\n(1)该小组设计了如下4个方案以验证MnO2的氧化性，可行的是________。A．把MnO2固体加入到FeSO4溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变红B．把MnO2固体加入到FeCl3溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变红C．把MnO2固体加入到Na2SO3溶液中，再加入BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀生成D．把MnO2固体加入到稀盐酸中，观察是否有黄绿色气体生成(2)该小组为研究在不同酸碱性的溶液中MnO2的氧化能力，他们控制KI溶液的浓度和MnO2固体的质量相同，恒定实验温度在298K，设计如下对比实验。实验酸或碱现象A1滴0.2mol/LNaOH溶液不变色B1滴水缓慢变浅棕褐色C1滴0.1mol/L硫酸迅速变棕褐色该小组从上述对比实验中，可以得出的结论是______________________________________________________________________________。写出在酸性条件下，MnO2氧化I－的离子方程式_______________________________________________________________________________。(3)为了探究MnO2的催化效果，需要用30%的H2O2溶液(密度近似为1g/cm3)配制浓度约为3%的H2O2溶液(密度近似为1g/cm3)100mL。其配制方法是：用量筒量取________mL30%H2O2溶液放入________(填仪器名称)中，再加入一定量的水，搅拌均匀。(4)在实验时，某同学把1滴KI溶液误滴入到过量的5mL3%的H2O2溶液中，发现产生了大量气泡。该小组查阅到KI与H2O2可发生如下反应：2KI＋H2O2===2KOH＋I2，认为有可能是反应产物I2起了催化H2O2分解的作用。请设计一个简单实验证明该假设是否正确________。(5)实验室用二氧化锰和浓盐酸共热制取氯气，下列仪器可作为该反应的反应容器的是________(填序号)。(6)二氧化锰可用于制作干电池，电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，则其正极的电极反应式为________________________________________。解析：(1)根据提供信息，要验证MnO2的氧化性，应选择在酸性条件下与具有还原性的物质反应。B项中FeCl3没有还原性，C项中Na2SO3溶液水解显碱性，不能来验证MnO2在酸性条件下的氧化性，D项中MnO2不与稀盐酸反应。(2)根据表格中信息，溶液的酸性越强，MnO2的氧化性越强，酸性条件下，MnO2氧化I－的离子方程式为：MnO2＋4H＋＋2I－===Mn2＋＋I211\n＋2H2O。(3)需要量取30%的H2O2的体积为＝10.0mL，稀释时可以直接在烧杯中进行。(4)可以向H2O2溶液中滴入碘水，观察是否有大量气泡产生，若有则假设正确，若无则假设错误。(5)实验室利用MnO2氧化浓盐酸制取氯气，需要在加热条件下才能发生，应选择圆底烧瓶作为反应容器。(6)干电池的正极为MnO2放电，负极为Zn放电，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，电池总反应式减去负极电极反应式可得正极电极反应式为：2MnO2＋2e－＋2NH===Mn2O3＋2NH3＋H2O。答案：(1)A (2)酸性越强MnO2的氧化性越强MnO2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O(3)10.0 烧杯 (4)取5mL3%的H2O2溶液于试管中，滴入1滴碘水，观察是否有大量气泡产生，若有说明假设正确，反之假设不正确。(5)A(6)2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O13．(10分)已知SO2和CO2都是酸性氧化物，其化学性质具有一定的相似性；镁和钠的化学性质也有一定的相似性。氧化铜和氧化铁都是碱性氧化物，其化学性质也有一定的相似性。三个研究性学习小组分别根据不同的课题进行研究，其方案如下：Ⅰ.第一个研究性学习小组用如图Ⅰ所示的装置进行镁粉与二氧化硫反应的实验。(1)实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫：________。A．10%的硫酸B．80%的硫酸 C．浓盐酸D．稀硝酸 E．亚硫酸钠固体 F．亚硫酸钙固体 G．饱和亚硫酸钠溶液(2)反应后，发现B管壁中有固体粉末产生，取反应后B管中的固体粉末溶于稀盐酸中，产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出B管中发生反应的化学方程式：__________________________________________________。(3)你认为该装置是否有不足之处？________。如果有，请写出改进方法：__________________________________________________，__________________________________________________。(如果无，此空不答)Ⅱ.第二个研究性学习小组利用图Ⅱ所示装置来探究氨气的还原性。(4)分别注明所用试剂：甲：________，乙：________，丙：氧化铜，丁：________。确定反应已发生的实验现象：__________________________________________________11\n__________________________________________________。解析：Ⅰ.(1)浓盐酸易挥发，稀硝酸具有氧化性会将SO2氧化，故均不能用作制取二氧化硫的试剂；因为SO2在水中的溶解度较大，故应选用80%的硫酸；因CaSO4微溶于水，若选用CaSO3固体，则生成的CaSO4附在固体的表面阻止反应进行，故实验室制取SO2应选用试剂B和试剂E。(2)镁能在二氧化碳中燃烧，SO2与CO2的化学性质具有一定的相似性，可以推知镁也能与SO2发生类似的反应。所不同的是S的非金属性比C的强，加热时，生成的S还能与Mg进一步化合生成MgS。(3)图Ⅰ吸收尾气的试管C是密封的，且导气管插入到NaOH溶液下面，一是会造成C中压强增大，可能会发生爆炸；二是水蒸气会进入B中。故可以将C试管的塞子换成双孔塞，另一孔插入一根直导管或直接将C试管的塞子拿走；在B、C之间加一个干燥管。Ⅱ.(4)实验目的是探究氨气的还原性，A装置用来制取氨气，可用浓氨水与生石灰、固体氢氧化钠或碱石灰反应制得；丁是用来吸收未反应的氨气，可以用水作吸收剂；B中发生的反应为2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O，所以观察到黑色粉末变成红色粉末，试管内壁有水珠生成，即能确定反应已发生。答案：Ⅰ.(1)BE (2)2Mg＋SO22MgO＋S，Mg＋SMgS (3)有 将C试管的塞子换成双孔塞，另一孔插入一根直导管或直接将C试管的塞子拿走 在B、C之间加一个干燥管 Ⅱ.(4)浓氨水 生石灰(或固体氢氧化钠或碱石灰) 水 B中黑色粉末变成红色粉末，试管内壁有水珠生成14．(10分)某校化学研究性学习小组在学习了金属的知识后，探究Cu的常见化合物的性质。过程如下：提出问题：①在周期表中，Cu、Al位置接近，Cu不如Al活泼，Al(OH)3具有两性，Cu(OH)2也具有两性吗？②通常情况下，Fe2＋的稳定性小于Fe3＋的，Cu＋的稳定性也小于Cu2＋的吗？③CuO有氧化性，能被H2、CO等还原，也能被NH3还原吗？实验方案：(1)解决问题①需用到的药品有CuSO4溶液、________(填试剂名称)，同时进行相关实验。(2)解决问题②的实验步骤和现象如下：取98gCu(OH)2固体，加热至80～100℃时，得到80g黑色固体粉末，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72g，A的化学式为________。向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，则反应的离子方程式为___________________。11\n(3)为解决问题③，设计的实验装置如图所示(夹持及尾气处理装置未画出)：实验中观察到CuO变为红色物质。查资料可知，同时生成一种无污染的气体，该气体的化学式为__________________________________________________。实验结论：(4)Cu(OH)2具有两性。证明Cu(OH)2具有两性的实验现象是_____________________。(5)根据实验方案(2)，得出的Cu＋和Cu2＋稳定性大小的结论：高温时________；在酸性溶液中________。(6)CuO能被NH3还原。问题讨论：有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu，也有同学认为NH3与CuO反应后生成的红色物质是Cu和A的混合物。请你设计一个简单的实验方案验证NH3与CuO反应后生成的红色物质中是否含有A：__________________________________________________。解析：(1)要探究Cu(OH)2是否具有两性，则需用NaOH与CuSO4反应生成Cu(OH)2，若Cu(OH)2能溶解在NaOH溶液中，说明Cu(OH)2具有酸性；若Cu(OH)2能溶解在稀硫酸(或稀盐酸)中，说明Cu(OH)2具有碱性，所以需要的试剂为NaOH溶液和稀H2SO4溶液(或稀盐酸)。(2)98gCu(OH)2加热到80～100℃时发生分解反应生成80g黑色的CuO，继续加热到1000℃，80gCuO变为72gA，所以减少的8g为氧元素的质量，所以72gA中n(Cu)∶n(O)＝∶＝2∶1，所以A的化学式为Cu2O。Cu2O在稀H2SO4溶液中发生反应生成Cu、Cu2＋∶Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。(3)CuO与NH3在加热条件下发生反应生成Cu、N2、H2O，所以无污染的气体为N2。(4)Cu(OH)2既能溶解在稀H2SO4溶液(或稀盐酸)中，也能溶解在NaOH溶液中，证明Cu(OH)2具有两性。(5)高温时，CuO能转化为Cu2O，说明高温时Cu2O比CuO稳定，则Cu＋比Cu2＋稳定。在酸性溶液中，Cu2O能转化为Cu2＋，说明Cu2＋比Cu＋稳定。(6)根据(2)中所述A与稀H2SO4溶液反应的相关现象，则可设计出检验A的实验方案。答案：(1)稀H2SO4溶液(或稀盐酸)、NaOH溶液(2)Cu2O Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O (3)N2(4)Cu(OH)2既能溶于稀H2SO4溶液(或稀盐酸)，又能溶于NaOH溶液 (5)Cu＋比Cu2＋稳定 Cu2＋比Cu＋稳定 (6)取NH3与CuO反应后生成的红色物质少许，加入稀H2SO4溶液中，若溶液变为蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无A11\n15．(10分)(2022·浙江高考)实验室制备苯乙酮的化学方程式为：＋(CH3CO)2O＋CH3COOH制备过程中还有CH3COOH＋AlCl3―→CH3COOAlCl2＋HCl↑等副反应。主要实验装置和步骤如下：(Ⅰ)合成：在三颈瓶中加入20g无水AlCl3和30mL无水苯。为避免反应液升温过快，边搅拌边慢慢滴加6mL乙酸酐和10mL无水苯的混合液，控制滴加速率，使反应液缓缓回流。滴加完毕后加热回流1小时。(Ⅱ)分离与提纯：①边搅拌边慢慢滴加一定量的浓盐酸与冰水混合液，分离得到有机层。②水层用苯萃取，分液。③将①②所得有机层合并，洗涤、干燥、蒸去苯，得到苯乙酮粗产品。④蒸馏粗产品得到苯乙酮。回答下列问题：(1)仪器a的名称：______；装置b的作用：_______。(2)合成过程中要求无水操作，理由是___________________________________。(3)若将乙酸酐和苯的混合液一次性倒入三颈瓶，可能导致________。A．反应太剧烈 B．液体太多搅不动C．反应变缓慢 D．副产物增多(4)分离与提纯操作②的目的是___________________________，该操作中是否可改用乙醇萃取？________(填“是”或“否”)，原因是__________________________________________________。(5)分液漏斗使用前须________并洗净备用。萃取时，先后加入待萃取液和萃取剂，经振摇并________后，将分液漏斗置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先__________________________________________________，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。(6)粗产品蒸馏提纯时，下列装置中温度计位置正确的是________，可能会导致收集到的产品中混有低沸点杂质的装置是________。11\n11
