高考化学一轮优化探究练习：第10章第32讲《化学实验方案的设计与评价》（含详解）

1、课时作业1(西城区质检)Fe(OH)3可用来制颜料、药物，做净水剂。现设计实验研究制备Fe(OH)3的方法。资料：新制Fe(OH)3在溶液中存在两种电离：Fe33OHFe(OH)3HFeOeq oal(,2)H2O。(1)向3支盛有1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液的试管中，分别加入3 mL不同浓度的NaOH溶液，都产生红褐色沉淀。充分反应后，过滤，取滤液分成两等份，分别进行实验，实验记录如下：c(NaOH)/(molL1)5.06.07.0实验：滴入几滴KSCN溶液不变红不变红不变红实验：先加入过量稀硫酸，再滴入几滴KSCN溶液不变红变红变红产生红褐色沉淀的离子方程式是_。当c(N

2、aOH)6.0 molL1时，实验中溶液变红的原因是_、_(用离子方程式表示)。(2)有同学提出可用某些盐与FeCl3反应制备Fe(OH)3。向1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液中滴加1.0 molL1 Na2CO3溶液，立即产生大量气泡并有红褐色沉淀产生。有同学提出沉淀中可能含有碳酸盐。将沉淀过滤、洗涤后取样，_证明沉淀中含有碳酸盐。向1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液中滴加1.0 molL1 Na2SO3溶液，溶液由黄色变为红色，无丁达尔效应，继续滴加Na2SO3溶液，最终得到红褐色沉淀。经检验沉淀中除Fe(OH)3外还含有FeSO3。产生FeSO3的原因是_。(3)比

3、较(1)和(2)，制备Fe(OH)3的合理方法是_(注明试剂和用量)。(4)FeSO4溶液仅与一种试剂反应也可制Fe(OH)3，该试剂的化学式是_(写出一种即可)。解析：(1)氯化铁与氢氧化钠反应生成红褐色沉淀，反应的离子方程式是Fe33OH=Fe(OH)3；NaOH浓度较小时，与FeCl3反应后的上层清液中几乎不含有Fe3、FeOeq oal(,2)，增大NaOH浓度后，促进Fe(OH)3电离为FeOeq oal(,2)，故当c(NaOH)6.0 molL1时，其与FeCl3反应后的上层清液中含有FeOeq oal(,2)，实验中，加入过量H2SO4，结合Fe33OHFe(OH)3HFeOe

4、q oal(,2)H2O可知，有Fe3生成，则加入KSCN溶液后，混合溶液变红。(2)碳酸盐与盐酸反应有CO2生成，证明沉淀中含有碳酸盐；向1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液中滴加1.0 molL1 Na2SO3溶液发生氧化还原反应：2Fe3SOeq oal(2,3)H2O2Fe2SOeq oal(2,4)2H，继续滴加Na2SO3溶液：Fe2SOeq oal(2,3)FeSO3。(3)(2)方法容易引入杂质，(1)中NaOH浓度过大时，Fe3的利用率不高，因此制备Fe(OH)3的合理方法是选用1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液与3 mL浓度小于6.0 molL1的NaOH

5、溶液。(4)Na2O2具有氧化性，能够将亚铁离子氧化为铁离子，同时生成的溶液具有碱性，可制得Fe(OH)3，FeSO4溶液与NaClO反应也可制Fe(OH)3。答案：(1)Fe33OH=Fe(OH)3FeOeq oal(,2)4H=Fe32H2O，Fe33SCN=Fe(SCN)3(2)加入少量稀盐酸，有无色气泡产生2Fe3SOeq oal(2,3)H2O=2Fe2SOeq oal(2,4)2H、Fe2SOeq oal(2,3)=FeSO3(文字描述也可)(3)1 mL 1.0 molL1 FeCl3溶液与3 mL浓度小于6.0 molL1的NaOH溶液(4)Na2O2、NaClO等2(广州测评

6、)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是一种用途广泛的化工原料。有关资料及制取步骤如下：氨基甲酸铵在常温下、干燥的空气中稳定，遇水或潮湿空气则生成碳酸铵或碳酸氢铵。制备氨基甲酸铵的原理为2NH3(g)CO2(g)NH2COONH4(s)H”“”或“”)7。(2)部分学生由S元素化合价推测Na2S2O3与Na2SO3性质相似，均具有较强的_。实验探究取适量Na2S2O3晶体，溶于水中制成Na2S2O3溶液，进行如下探究(填写表中空格)。实验操作实验现象现象解释(用离子方程式表示)探究(3)_溶液pH8(4)_探究向新制氯水(pH2)中滴加少量Na2S2O3溶液氯水颜色变浅(5)_实验结论(6)探究_

7、。(7)探究_。问题讨论(8)甲同学向“探究”反应后的溶液中滴加硝酸银溶液，观察到有白色沉淀产生，并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化。你认为该方案是否正确并说明理由：_。(9)请你重新设计一个实验方案，证明Na2S2O3被氯水氧化。你的方案是_。解析：(1)Na2S2O3与Na2SO4结构相似，化学性质也相似，Na2SO4溶液是中性的，则Na2S2O3溶液也呈中性，猜测pH7。(2)Na2S2O3与Na2SO3中S元素化合价分别是2价和4价，低价态的元素具有还原性。(3)实验操作是测定溶液的pH，测定方法是用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，迅速将试纸颜色与标准比色卡对照以确定溶

8、液的pH。(4)pH8，溶液显碱性的原因是盐类水解，离子方程式是S2Oeq oal(2,3)H2OHS2Oeq oal(,3)OH。(5)向新制氯水(pH2)中滴加少量Na2S2O3溶液，氯水颜色变浅，发生了氧化还原反应，氯气是氧化剂，硫代硫酸钠是还原剂，方程式是S2Oeq oal(2,3)4Cl25H2O=2SOeq oal(2,4)8Cl10H。(6)实验探究的结论是硫代硫酸钠溶液呈碱性。(7)实验探究硫代硫酸钠和氯水发生氧化还原反应，氯水是氧化剂，硫代硫酸钠是还原剂，结论是硫代硫酸钠具有还原性。(8)因为即使氯水不跟硫代硫酸钠反应，也存在Cl，加入硝酸银溶液，也产生白色沉淀，不能说明氯水

9、氧化硫代硫酸钠。(9)证明硫代硫酸钠被氧化，可以从生成物有SOeq oal(2,4)来鉴定，所以设计的方案是硫酸根离子的鉴别，方案：取少量反应后的溶液，向其中滴入氯化钡溶液，若观察到有白色沉淀产生，则说明Na2S2O3能被氯水氧化。答案：(1)(2)还原性(3)用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，将试纸颜色与标准比色卡对照(4)S2Oeq oal(2,3)H2OHS2Oeq oal(,3)OH(5)S2Oeq oal(2,3)4Cl25H2O=2SOeq oal(2,4)8Cl10H(6)Na2S2O3溶液呈碱性(7)Na2S2O3具有还原性(8)不正确，因氯水中含有Cl，也会生成

10、AgCl沉淀(9)取少量反应后的溶液，向其中滴入氯化钡溶液，若观察到有白色沉淀产生，则说明Na2S2O3被氯水氧化7漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。(1)提出合理假设。假设1：该漂白粉未变质，只含有_；假设2：该漂白粉全部变质，只含有_；假设3：该漂白粉部分变质，既含有_，又含_。(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 molL1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2和Cl)实

11、验步骤预期现象和结论取少量上述漂白粉于试管中，_答案：(1)Ca(ClO)2CaCO3Ca(ClO)2CaCO3(2)加入适量1 molL1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中若澄清石灰水未变浑浊，则假设1成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立向步骤反应后的试管中滴入12滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)若品红溶液褪色，则假设3成立；若品红溶液不褪色，则假设2成立8.(太原测试)现代传感信息技术在化学实验中有广泛的应用。某小组用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理(如图甲所示)，并测定NH3H2O的电离平衡常数Kb。(1)实验室可用浓氨水和X固体制取NH3，X可以

12、是_(填字母)。A生石灰B无水氯化钙C五氧化二磷 D碱石灰(2)检验三颈烧瓶集满NH3的方法是_。(3)关闭a，将带有装满水的胶头滴管的橡皮塞塞紧c口，_(填写操作)，引发喷泉实验，电脑绘制三颈烧瓶内气压变化曲线如图乙所示。图乙中_(填字母)点时喷泉现象最剧烈。(4)从三颈烧瓶中用_(填仪器名称)量取20.00 mL氨水至锥形瓶中，用0.050 00 molL1 HCl溶液滴定。用pH计采集数据、电脑绘制滴定曲线如图丙所示。据图丙计算，常温下当pH11.0时，NH3H2O的电离平衡常数Kb的近似值_。(保留两位有效数字)解析：(1)氨水中存在平衡：NH3H2ONH3H2ONHeq oal(,4

13、)OH，升温促进NH3的产生，因此利用氨水制备氨气，可以加入的是氧化钙或氢氧化钠或碱石灰等遇水放热的固体，答案选AD。(2)检验氨气通常用湿润的红色石蕊试纸。(3)进行喷泉实验时在瓶内压强最小的时候现象最剧烈，从图乙中看出C点压强最小，故C点最剧烈。(4)准确量取液体可以用滴定管或移液管，氨水显碱性，故可用碱式滴定管或移液管量取；从图中看出，盐酸体积在22.50 mL时发生突变，说明此时二者恰好完全反应，则c(NH3H2O)20.00 mL0.050 0 molL122.50 mL，得c(NH3H2O)0.056 25 molL1；NH3H2O的电离平衡常数Kbeq f(cNHoal(,4)c

14、OH,cNH3H2O)；pH11.0时，c(NHeq oal(,4)c(OH)103 molL1，c(NH3H2O)0.056 25 molL1，Kbeq f(cNHoal(,4)cOH,cNH3H2O)eq f(106,0.056 25)1.8105。答案：(1)AD(2)将湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口c，试纸变蓝色，证明NH3已集满(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口c，有白烟生成，证明NH3已集满)(3)打开b，挤压胶头滴管使水进入烧瓶C(4)碱式滴定管(或20 mL移液管)1.81059(吉林长春质检)工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计了如

15、下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。(1)实验原理Al4C3与硫酸反应可生成CH4。AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气，请写出AlN与过量NaOH溶液反应的化学方程式：_。(2)实验装置(如图所示)(3)实验过程连接实验装置，检查装置的气密性。称得D装置的质量为y g，滴定管的读数为a mL。称取x g AlN样品置于B瓶中；塞好胶塞，关闭活塞_，打开活塞_，通过分液漏斗加入稀硫酸，与B瓶内物质充分反应。待反应进行完全后，关闭活塞_，打开活塞_，通过分液漏斗加入过量_(填化学式)，与B瓶内物质充分反应。_(填入该步应进行的操

16、作)。记录滴定管的读数为b mL，称得D装置的质量为z g。(4)数据分析(已知：该实验条件下的气体摩尔体积为Vm Lmol1)Al4C3的质量分数为_。若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测气体的体积_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。AlN的质量分数为_。解析：从实验装置和实验步骤上看，本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al4C3完全反应，量取生成的甲烷气体的体积，从而可得出Al4C3的质量分数；用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，从而求得AlN的质量分数。(1)根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH3，同时铝元素转化为偏铝酸钠。(3

17、)通过分液漏斗加入稀硫酸，硫酸与样品中Al4C3完全反应，量取生成的甲烷气体，从而测得Al4C3的质量分数，故应关闭活塞K2、K3，打开活塞K1；用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，故应关闭活塞K1，打开活塞K3；装置中残留部分氨气，打开K2，通入一段时间空气，排尽装置的氨气，使其被装置D完全吸收，防止测定的氨气的质量偏小。(4)甲烷的体积为(ab)mL，物质的量为eq f(ab103,Vm)mol，根据碳原子守恒可知，Al4C3的物质的量为甲烷的物质的量的三分之一，所以Al4C3的质量为eq f(1,3)eq f(ab103,Vm)mol144 g/moleq f(48ab103,Vm) g，故Al4C3的质量分数为eq f(0.048ab,Vmx)100%；读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，气体的压强大于大气压，