2020年高考化学一轮复习课时跟踪练第10章第4节化学实验方案的设计与评价

课时跟踪练(三十四)化学实验方案的设计与评价1．某研究小组探究在加热条件下FeSO4分解的气体产物及相关性质。已知：SO2的沸点为－10℃、SO3的沸点为44.8℃。Ⅰ.用如图所示装置设计实验，验证FeSO4分解生成的气体产物。(1)实验前必须进行的操作是____________________________。(2)按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：a→____________________。(3)若观察到装置丙中有无色液体产生，装置丁中溶液变成无色，则FeSO4分解的化学方程式为____________________________________________________________________________________。Ⅱ.为探究SO2使品红溶液褪色的原理，进行如下实验：实验1：将稀盐酸和NaOH溶液分别滴入品红水溶液中。观察到前者溶液颜色变浅，但未能完全褪色，后者溶液颜色几乎不变。实验2：向滴有稀盐酸和NaOH溶液的两份品红水溶液中分别通入SO2。观察到前者溶液逐渐褪色，后者溶液很快褪色。实验3：在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na2SO3固体和NaHSO3固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。(4)由实验1可推测品红水溶液呈________性。(5)由实验2、3可推知，使品红水溶液褪色的主要微粒是________(填化学式)。(6)若将SO2通入品红的无水乙醇溶液，试预测可能出现的现象：_____________________________________________________。(7)加热溶有Na2SO3的品红水溶液，发现不能恢复红色，试解释原因：______________________________________________________________________________________________________。解析：Ⅰ.(1)验证FeSO4分解生成的气体产物，气体制备或检验气体产生的实验，在实验前必须检查装置气密性。(2)先将高温分解气体通过装置丙，冷却收集得三氧化硫，再通过装置丁的品红水溶液检验二氧化硫的存在，最后用装置乙吸收尾气，按气流方向连接顺序为a→d→e→f→g→b→c。(3)若观察到装置丙中有无色液体产生，则产物有三氧化硫；装置丁中溶液变成无色，则产物中有二氧化硫，则FeSO4分解的化学方程式为2FeSO4eq\o(=,\s\up15(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。Ⅱ.(4)加入稀盐酸时品红颜色变浅，而加入氢氧化钠溶液时溶液颜色几乎不变，说明酸对品红溶液影响大，则由实验1可推测品红水溶液呈碱性。(5)实验2：SO2通入盐酸中不反应，以亚硫酸的形式存在溶液中，溶液中电离出的亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子浓度都很小，品红水溶液逐渐褪色；SO2通入氢氧化钠溶液中反应生成亚硫酸钠，溶液中亚硫酸根离子(或亚硫酸氢根离子)浓度较大，品红水溶液很快褪色；可能是由亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子引起；实验3：在两份品红水溶液中分别加入一小粒Na2SO3固体和NaHSO3固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。进一步说明是由亚硫酸根离子引起的褪色而不是亚硫酸氢根离子；即SOeq\o\al(2－,3)。(6)根据上述实验可知，使品红水溶液褪色的是亚硫酸根离子，若将SO2通入品红的无水乙醇溶液中，溶液中不存在亚硫酸根离子，则品红的无水乙醇溶液不褪色。(7)Na2SO3溶液中的c(SOeq\o\al(2－,3))大，加热后虽然SOeq\o\al(2－,3)水解程度增大，但仍无法除尽，不能使品红水溶液恢复红色。答案：Ⅰ.(1)检查装置气密性(2)d→e→f→g→b→c(3)2FeSO4eq\o(=,\s\up15(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑Ⅱ.(4)碱(5)SOeq\o\al(2－,3)(6)品红的无水乙醇溶液不褪色(7)Na2SO3溶液中的c(SOeq\o\al(2－,3))大，加热后虽然SOeq\o\al(2－,3)水解程度增大，但仍无法除尽2．(2019·济南调研)三氯氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料，工业上可以直接氧化PCl3制备POCl3，反应原理为P4(白磷)＋6Cl2=4PCl3、2PCl3＋O2=2POCl3。PCl3、POCl3的部分性质如下：项目熔点/℃沸点/℃其他PCl3－11275.5遇水生成H3PO3和HClPOCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下(某些夹持装置、加热装置已略去)：(1)仪器a的名称为______________，B装置中长颈漏斗的作用是______________________________________________________。(2)装置E用来制取Cl2，反应的离子方程式为___________________________________________________________________。(3)为使实验顺利进行，还需补充的装置为_______________________________________________________________________。(4)反应时，需严格控制三个条件：①先制取______________，缓慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一种气体。②C装置用水浴加热控制温度为60℃～65℃，除加快反应速率外，另一目的是________________________________________________________________________________________________。③反应物必须干燥，否则会在C装置中产生大量的白雾，其主要成分为_____________________________________(写化学式)。(5)反应结束后通过下面步骤测定POCl3产品中Cl的含量，元素Cl的质量分数为__________________________________________________________________________________(写出计算式)。Ⅰ.取xg产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反应后加稀硝酸至酸性；Ⅱ.向锥形瓶中加入0.1000mol·L－1的AgNO3溶液40.00mL，使Cl－完全沉淀；Ⅲ.再向锥形瓶中加入20mL硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机物覆盖；Ⅳ.然后加入指示剂，用cmol·L－1NH4SCN溶液滴定过量Ag＋至终点，记下所用体积为VmL。[已知：AgPO4溶于酸，Ksp(AgCl)＝32×10－10，Ksp(AgSCN)＝2×10－12]解析：(1)仪器a的名称是冷凝管(或球形冷凝管)，装置A中产生氧气，发生反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑(或2H2O2eq\o(=,\s\up15(MnO2))2H2O＋O2↑)；B装置的作用除观察O2的流速之外，还有平衡气压、干燥O2(或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质)。(2)二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为4H＋＋2Cl－＋MnO2eq\o(=,\s\up15(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)C装置为氯气和磷发生反应的装置，反应结束后会有氯气从冷凝管a中溢出，污染空气，需要吸收处理；同时，POCl3和PCl3遇水会发生反应，为使实验顺利进行，需要在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管，防止外界中水蒸气进入C装置内。(4)根据题意可知，要先制备出三氯化磷，然后其被氧化为POCl3，所以先制取氯气，缓慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一种氧气。②由于PCl3的沸点是75.5℃，因此控制温度60℃～65℃，其主要目的是加快反应速率，同时防止PCl3气化。③POCl3和PCl3遇水会发生反应，均生成氯化氢，遇到水蒸气产生大量的白雾，所以反应物必须干燥。(5)根据题意可知，NH4SCN的物质的量为0.001cVmol，则与之反应的银离子的物质的量为0.001cVmol，而总的银离子的物质的量为0.004mol，所以与氯离子反应的银离子的物质的量为0.004mol－0.001cVmol，因此氯离子的物质的量为0.004mol－0.001cVmol，则产品中Cl元素的含量为eq\f(（0.004－0.001cV）×35.5,x)×100%。答案：(1)球形冷凝管平衡气压(2)4H＋＋2Cl－＋MnO2eq\o(=,\s\up15(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(3)在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管(4)①Cl2②防止PCl3气化③HCl(5)eq\f(（4×10－3－cV×10－3）×35.5,x)×100%eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(3.55×（4－cV）,x)%))3．有资料显示过量的氨气和氯气在常温下可合成岩脑砂(主要成分为NH4Cl)，某小组对岩脑砂进行以下探究。Ⅰ.岩脑砂的实验室制备。(1)C装置中盛放碱石灰的仪器名称为_____________________。(2)为使氨气和氯气在D中充分混合并反应，上述装置的连接顺序为a→d→c→________、__________←j←i←h←g←b。(3)装置D处除易堵塞导管外，还有不足之处为__________________________________________________________________。(4)检验氨气和氯气反应有岩脑砂生成时，除了蒸馏水、稀HNO3、AgNO3溶液、红色石蕊试纸外，还需要的试剂为________________。Ⅱ.天然岩脑砂中NH4Cl纯度的测定(杂质不影响NH4Cl纯度测定)。已知：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。步骤：①准确称取1.19g岩脑砂；②将岩脑砂与足量的氧化铜混合加热(装置如下)。(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将H和K中装入蒸馏水，然后加热G，_________________________________________，则气密性良好。(6)装置H的作用____________________________________________________________________________________________。(7)实验结束后，装置I增重0.73g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为_______________________________________________。(8)若用K中气体体积测定NH4Cl纯度，当量气管内液面低于量筒内液面时，所测纯度__________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)解析：(1)C装置中盛放碱石灰的仪器名称为干燥管。(2)制取氨气的气流顺序为adc，制取氯气的气流顺序为bghij，考虑到氯气的密度比空气大，氨气的密度比空气小，所以氨气从e口进，氯气从f口进，氨气和氯气会形成逆向流动，更有利于二者充分混合，同时注意确定连接顺序时，氯气气流是从右向左的，合理的连接顺序为a→d→c→e→f←j←i←h←g←b。(3)装置D处发生反应生成了氯化铵，氯化铵为固体小颗粒，导管太细，固体颗粒容易堵塞导管；因为氯气有毒，需要有尾气处理装置，所以不足之处为：无尾气处理装置。(4)检验固体氯化铵中的铵根离子需要氢氧化钠溶液和红色石蕊试纸，检验氯离子需要蒸馏水、硝酸银和稀硝酸，所以还需要的试剂为氢氧化钠浓溶液。Ⅱ.(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将H和K中装入蒸馏水，然后加热G，导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱，则气密性良好。(6)产生的气体通过装置H中的浓硫酸，能够吸收混合气体中的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰，减小实验误差。(7)装置I增重为氯化氢气体的质量，0.73g氯化氢的物质的量为0.02mol，根据反应：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，消耗氯化铵的量为0.02mol，质量为0.02×53.5＝1.07g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为eq\f(1.07g,1.19g)×100%＝89.9%。(8)当量气管内液面低于量筒内液面时，所测定氮气的体积偏小，根据反应：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，氯化铵的质量偏小，所测纯度偏低。答案：Ⅰ.(1)干燥管(2)ef(3)无尾气处理装置(4)氢氧化钠浓溶液Ⅱ.(5)导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱(6)吸收反应产生的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰(7)89.9%(8)偏低4．(2018·天津卷)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：Ⅰ.采样采样步骤：①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为______________________________________________________________________________。(2)C中填充的干燥剂是________(填序号)。a．碱石灰b．无水CuSO4c．P2O5(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。(4)采样步骤②加热烟道气的目的是____________________________________________________________________________。Ⅱ.NOx含量的测定将vL气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NOeq\o\al(－,3)，加水稀释至100.00mL。量取20.00mL该溶液，加入v1mLc1mol·L－1FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2mol·L－1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2mL。(5)NO被H2O2氧化为NOeq\o\al(－,3)的离子方程式为______________________________________________________________________。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有______________________。(7)滴定过程中发生下列反应：3Fe2＋＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=NO↑＋3Fe3＋＋2H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O则气样中NOx折合成NO2的含量为______mg·m－3。(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。若缺少采样步骤③，会使测定结果________________________。若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果________________。解析：(1)装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。(2)C中填充的是干燥剂，除去H2O且不能与NOx反应，所以应选有酸性、干燥能力强的P2O5。(3)D装置中装有碱液，用于除去NOx，作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图为。(4)烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NOeq\o\al(－,3)，H