新高考化学二轮复习化学实验设计与评价课件（167张）

第1讲

化学常用计量考情分析·备考定向专题知识脉络

能力目标解读热点考题诠释1.(2021全国乙)氧化石墨烯具有稳定的网状结构,在能源、材料等领域有着重要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示):Ⅰ.将浓硫酸、NaNO3、石墨粉末在c中混合,置于冰水浴中。剧烈搅拌下,分批缓慢加入KMnO4粉末,塞好瓶口。Ⅱ.转至油浴中,35℃搅拌1小时。缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至98℃并保持1小时。Ⅲ.转移至大烧杯中,静置冷却至室温。加入大量蒸馏水,而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。Ⅳ.离心分离,稀盐酸洗涤沉淀。Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。Ⅵ.冷冻干燥,得到土黄色的氧化石墨烯。回答下列问题:(1)装置图中,仪器a、c的名称分别是

、

,仪器b的进水口是

(填字母)。

(2)步骤Ⅰ中,需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴,原因是

。

(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴,不使用热水浴,原因是

。

(4)步骤Ⅲ中,H2O2的作用是

(以离子方程式表示)。

(5)步骤Ⅳ中,洗涤是否完成,可通过检测洗出液中是否存在

来判断。检测的方法是

。

(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl-是否洗净,其理由是

。

答案:(1)滴液漏斗三颈烧瓶d(2)防止反应过快和产生其他副反应(3)便于控制温度,因为98℃已接近水的沸点(5)取少量洗出液,滴加BaCl2溶液看是否有白色沉淀生成(6)步骤Ⅳ中用稀盐酸洗涤沉淀,稀盐酸中含有大量的H+和Cl-,故可用溶液的pH判断Cl-是否洗净解题要领:(1)由图示可知,a的名称是滴液漏斗,c的名称是三颈烧瓶;根据冷凝管中冷却水低进高出的原则,仪器b的进水口是d。(2)KMnO4受热易分解,为防止KMnO4分解并使石墨粉末被氧化生成石墨烯,KMnO4应分批缓慢加入并使用冰水浴。使用冰水浴控制温度可以防止反应过快,还可以防止浓硫酸与硝酸钠作用生成的硝酸分解。(3)步骤Ⅱ中采用油浴,便于控制温度,因为98

℃已接近水的沸点。2.(2021全国甲)胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水,难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾,并测定其结晶水的含量。回答下列问题:(1)制备胆矾时,用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外,还必须使用的仪器有

(填标号)。

A.烧杯 B.容量瓶

C.蒸发皿

D.移液管(2)将CuO加入适量的稀硫酸中,加热,其主要反应的化学方程式为

,与直接用废铜和浓硫酸反应相比,该方法的优点是

。(3)待CuO完全反应后停止加热,边搅拌边加入适量H2O2,冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4,再煮沸10min,冷却后过滤。滤液经如下实验操作:加热蒸发、冷却结晶、

、乙醇洗涤、

,得到胆矾。其中,控制溶液pH为3.5~4的目的是

,煮沸10min的作用是

。

(4)结晶水测定:称量干燥坩埚的质量为m1,加入胆矾后总质量为m2,将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。根据实验数据,胆矾分子中结晶水的个数为

(写表达式)。

(5)下列操作中,会导致结晶水数目测定值偏大的是

(填标号)。

①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少量胆矾迸溅出来解题要领:(1)原料与稀硫酸反应在烧杯中进行,其中稀硫酸用量筒量取,充分反应后需过滤除去不溶性杂质,用到烧杯、漏斗、玻璃棒,胆矾从溶液中析出需要蒸发滤液,蒸发滤液需要用到蒸发皿、玻璃棒、酒精灯,故选AC。(2)CuO与稀硫酸在加热时反应的化学方程式为CuO+H2SO4

CuSO4+H2O;铜与浓硫酸在加热条件下反应的化学方程式为Cu+2H2SO4

CuSO4+SO2↑+2H2O,硫酸利用率低且产生的SO2会污染大气。将工业废铜焙烧得到CuO,再用稀硫酸溶解CuO,可以避免生成SO2,同时可提高硫酸利用率。(3)从滤液中获得胆矾的实验操作包括:加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥。由于焙烧废铜得到的CuO中含有氧化铁,用硫酸溶解时产生硫酸铁杂质,为从CuSO4溶液中除去Fe2(SO4)3,应控制溶液pH为3.5~4,使Fe3+转化为Fe(OH)3,同时还可抑制CuSO4水解,防止生成Cu(OH)2沉淀;煮沸10

min的作用是破坏Fe(OH)3胶体,促进Fe(OH)3沉淀的生成。(5)胆矾不干燥会使m2偏大,则导致所求x偏大;坩埚未置于干燥器中冷却,CuSO4吸收空气中的水蒸气导致m3偏大,使所求x偏小;加热时有晶体迸溅出来,会使m3偏小,导致x偏大。故选①③。3.(2020全国Ⅲ)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是

,a中的试剂为

。

(2)b中采用的加热方式是

。c中化学反应的离子方程式是

,采用冰水浴冷却的目的是

。(3)d的作用是

,可选用试剂

(填字母)。2S C.Ca(OH)22SO4(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶,

,

,干燥,得到KClO3晶体。(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显

色。可知该条件下KClO3的氧化能力

(填“大于”或“小于”)NaClO。答案:(1)圆底烧瓶饱和食盐水(2)水浴加热Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O避免生成NaClO3(3)吸收尾气(Cl2)

AC(4)过滤少量(冷)水洗涤(5)紫小于解题要领:本题考查了氯气的制备、除杂、尾气吸收,用氯气在不同的温度条件下制备KClO3、NaClO,同时还考查了物质氧化性强弱的比较等。实验装置分析:整套装置的最左端为氯气的发生装置,利用二氧化锰固体和浓盐酸在加热条件下制取氯气,由于盐酸有挥发性,导致氯气中含有杂质HCl和水蒸气。其中,氯气中的杂质HCl气体会影响后面KClO3和NaClO的制备,故需要用饱和食盐水(a中盛放试剂)除去氯气中的HCl杂质。b为氯气与KOH溶液在加热条件下制取KClO3的装置,发生的反应为3Cl2+6KOHKClO3+5KCl+3H2O。c为氯气与NaOH溶液在较低温度下制取NaClO的装置,发生的反应为Cl2+2NaOH═NaCl+NaClO+H2O。d为尾气的吸收装置,可防止污染环境,吸收氯气可用还原性物质或碱性溶液。(2)b中采用的是水浴加热方法。c装置中反应的离子方程式为Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O,c中采用冰水浴的目的是防止温度较高氯气和NaOH溶液生成NaClO3。(3)d装置中应盛放还原性物质或碱性物质,故符合条件的试剂为A、C。(4)从溶液中获得晶体可采用的方法步骤为:冷却结晶→过滤→洗涤(少量冷水)→干燥。(5)1号试管中的KClO3溶液不能将I-氧化为单质I2,而2号试管中的NaClO溶液可将I-氧化为I2,故在此条件下氧化性:KClO3小于NaClO。四氯化碳萃取出碘水中的I2后,静置一段时间可观察到液体分为两层,由于四氯化碳的密度大于水的密度,则碘的四氯化碳溶液在下层,呈紫色。4.(2019全国Ⅲ,改编)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下:实验过程:在100mL锥形瓶中加入水杨酸6.9g及醋酸酐10mL,充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5mL浓硫酸后加热,维持瓶内温度在70℃左右,充分反应。稍冷后进行如下操作。①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100mL冷水中,析出固体,过滤。②所得结晶粗品加入50mL饱和碳酸氢钠溶液,溶解、过滤。③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4g。回答下列问题:(1)该合成反应中应采用

加热。(填字母)

A.热水浴 B.酒精灯C.煤气灯 D.电炉(2)下列玻璃仪器中,①中需使用的有

(填字母),不需使用的有

(填名称)。

(3)①中需使用冷水,目的是

。(4)②中饱和碳酸氢钠的作用是

,以便过滤除去难溶杂质。

(5)④采用的纯化方法为

。

(6)本实验的产率是

%。

答案:(1)A(2)BD分液漏斗、容量瓶(3)充分析出乙酰水杨酸固体(结晶)(4)生成可溶的乙酰水杨酸钠(5)重结晶(6)60解题要领:本题为实验综合题,考查了考生基础实验能力,如仪器的实验、结晶提纯的方法、产率计算等,难度较小。(1)由于反应温度需维持在70

℃左右,所以应采用热水浴加热法。(2)根据步骤①的实验描述可知,其中涉及了溶液(催化剂浓硫酸)稀释、冷却结晶(倒入冷水中乙酰水杨酸结晶析出)、过滤等操作,所以用到备选仪器中的漏斗、烧杯,不需使用的是分液漏斗、容量瓶。(3)由于乙酰水杨酸的熔点为135~138

℃,故将反应后的混合液倒入冷水中,便于乙酰水杨酸的结晶析出。(4)步骤②中饱和碳酸氢钠溶液可与乙酰水杨酸反应生成乙酰水杨酸钠溶液,以方便除去不溶性杂质。(5)提纯乙酰水杨酸的实验方法为重结晶。5.(2019全国Ⅱ)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇,熔点234.5℃,100℃以上开始升华),有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸(Ka约为10-6,易溶于水及乙醇)约3%~10%,还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题:(1)实验时需将茶叶研细,放入滤纸套筒1中,研细的目的是

。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂,加热前还要加几粒

。

(2)提取过程不可选用明火直接加热,原因是

。与常规的萃取相比,采用索氏提取器的优点是

。(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比,乙醇作为萃取剂的优点是

。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外,还有

(填字母)。

A.直形冷凝管

B.球形冷凝管C.接收瓶

D.烧杯(4)浓缩液加生石灰的作用是中和

和吸收

。(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热,咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结,该分离提纯方法的名称是

。

答案:(1)增加固液接触面积,提取充分沸石(2)乙醇易挥发,易燃使用溶剂量少,可连续萃取(萃取效率高)(3)乙醇沸点低,易浓缩AC(4)单宁酸水(5)升华解题要领:(1)将茶叶研细是为了增加固液接触面积,使提取充分。为了防止暴沸,需要加入沸石。(2)乙醇容易挥发,且易燃烧。根据所给萃取的原理和装置,可知该种萃取方法中萃取剂可以连续使用,萃取效率高。(3)乙醇的沸点比水的低,蒸馏浓缩容易;直形冷凝管便于馏分液体流出,故A项正确,B项错误。(4)因为茶叶中含有单宁酸,故加入生石灰可以中和单宁酸,且生石灰可与水反应,从而达到吸收水的目的。(5)固体直接转化为气体,属于升华。4.(2018全国Ⅲ)硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248g·mol-1)可用作定影剂、还原剂。回答下列问题:(1)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液(2)利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。测定步骤如下:①溶液配制:称取1.2000g某硫代硫酸钠晶体样品,用新煮沸并冷却的蒸馏水在

中溶解,完全溶解后,全部转移至100mL的

中,加蒸馏水至

。

答案:(1)③加入过量稀盐酸④出现乳黄色浑浊⑤(吸)取上层清液,滴入BaCl2溶液⑥产生白色沉淀(2)①烧杯容量瓶刻度②蓝色褪去(2)①溶液配制应在烧杯中溶解,容量瓶中定容。②滴定过程中I2→I-,达到滴定终点时无I2,故溶液蓝色褪去,即为终点;根据反应的离子方程式,可得到如下定量关系:高频考点·探究突破命题热点一

常见气体的制备有关气体制备与性质验证实验的思维路径问题探究1.常见气体的发生装置有哪些?固+液→气

2.常见气体的收集一般采用哪些方法?(1)CO、NO一般用排水法收集。(2)NO2、HCl一般用向上排空气法收集。(3)NH3一般用向下排空气法收集。(4)Cl2、SO2、CO2除可用向上排空气法外,还可分别用排饱和食盐水、饱和NaHSO3溶液、饱和NaHCO3溶液法收集。(5)H2、O2、N2既可用排空气法,也可用排水法收集。3.常见气体的尾气一般采用哪些方法处理?(1)H2、CO、CH4常用点燃方法。(2)常见的酸性气体如NO2、SO2、Cl2等常用碱性溶液吸收,NH3常用酸性溶液吸收。(3)任何气体都可用未充气的气球收集。例1焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小组进行如下实验:实验:焦亚硫酸钠的制取采用如图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为:Na2SO3+SO2═Na2S2O5。(1)装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为

。(2)要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是

。

(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最合理装置(夹持仪器已略去)为

(填字母)。

分析推理:(1)实验室制取SO2常用原理是什么?利用H2SO3的弱酸性,用亚硫酸盐与强酸反应制取SO2,如Na2SO3与盐酸、硫酸反应,注意最好使用硫酸,因为盐酸易挥发,并且不能使用硝酸;还可以利用浓硫酸的强氧化性,如铜与浓硫酸加热生成SO2。(2)选择尾气处理装置应注意哪些事项?①要符合物理原理,如本题(3)中a选项,不能保持内外压平衡,气体无法通入a中。②要注意倒吸及对防倒吸原理的理解,(3)中c、d选项均可防止倒吸,b选项不能防止倒吸。③要注意吸收液是否合理,b、c选项中的NaCl、浓硫酸均不与SO2反应。

答案:(1)Na2SO3+H2SO4═Na2SO4+SO2↑+H2O(或Na2SO3+2H2SO4═2NaHSO4+SO2↑+H2O)(2)过滤(3)d题后反思涉及气体制备实验的“4环节”对点训练1下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是(

)。B解析:A项,稀硫酸与Cu不反应,可用浓硫酸与Cu反应制SO2,错误;B项,SO2可以使品红褪色,可验证其具有漂白性,正确;C项,SO2的密度比空气大,收集时应长管进气短管出气,错误;D项,不能用饱和NaHSO3溶液吸收SO2,应用碱液吸收,错误。命题热点二物质的制备及仪器的连接有关物质制备实验方案设计的思维路径问题探究1.物质制备实验的操作顺序是怎样的?装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等2.物质制备实验中有哪些注意事项?(1)要注意加热操作先后顺序的选择。若气体性质实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。目的是①防止爆炸(如氢气还原氧化铜);②保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(2)要注意防止实验中试剂或产物变质或损失。实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水;易挥发的液体产物要及时冷却;易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的冷凝管等);注意防止倒吸。(3)要注意仪器的选择及其连接顺序。例2(2021福建高三联考)间溴苯甲醛常用作医药中间体,实验室以苯甲醛为原料,在无水AlCl3催化下加热制备间溴苯甲醛。(1)催化剂的制备:如图是实验室制取少量无水AlCl3的相关实验装置。已知无水氯化铝易升华,极易潮解。①写出装置A中KMnO4和浓盐酸反应制取Cl2的离子方程式:

。

②装置C中的试剂为

(填名称)。

③碱石灰的作用为

。

(2)间溴苯甲醛的制备实验所用装置如图(夹持及加热装置已省略):已知相关物质的沸点如表所示:实验步骤如下:步骤1:将一定配比的无水AlCl3、1,2-二氯乙烷和苯甲醛在三颈烧瓶中充分混合后,升温至60℃,缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴,维持温度不变,反应一段时间后,冷却。步骤2:将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中,搅拌、静置、分液。有机相用10%NaHCO3溶液洗涤。请回答下列问题:(1)第①步中溴水氧化葡萄糖时,下列装置中最适合的是

。步骤3:往洗涤后的有机相中加入适量无水MgSO4固体,放置一段时间后,进行下一操作。步骤4:减压蒸馏有机相,收集相应馏分。①仪器a的名称为

,本实验需要控制反应温度为60℃,为了更好地控制反应温度,宜采用的加热方式是

;

②步骤2分液时有机相处于

(填“上层”或“下层”),NaHCO3可以除去有机相中的Br2,反应中1molBr2参与反应,转移1mol电子且产生无色气体,反应的离子方程式为

;

③步骤3中将加入无水MgSO4固体的有机相放置一段时间后,进行的下一操作是

。

分析推理:装置A制备氯气,装置B除去氯气中的氯化氢,装置C干燥氯气,装置D制备无水氯化铝,装置E收集无水氯化铝,图2中装置A是发生装置,反应物易挥发,需要冷凝装置。(1)①装置A中KMnO4和浓盐酸反应制取Cl2的离子方程式为②无水氯化铝极易潮解,参加反应的氯气需要干燥,则装置C中的试剂为浓硫酸。③氯气有毒,且无水氯化铝极易潮解,因此碱石灰的作用为吸收多余的Cl2并防止空气中水蒸气进入装置E中。(2)①根据仪器构造可知仪器a的名称为直形冷凝管,本实验需要控制反应温度为60

℃,为了更好地控制反应温度,宜采用的加热方式是水浴加热。②间溴苯甲醛的密度大于水,则步骤2分液时有机相处于下层,NaHCO3可以除去有机相中的Br2,反应中1

mol

Br2参与反应,转移1

mol电子且产生无色气体,这说明单质溴既是氧化剂也是还原剂,生成物是次溴酸钠、溴化钠、二氧化碳和水,反应的离子方程式为

。③无水MgSO4固体吸水,又因为步骤4是减压蒸馏有机相,收集相应馏分,则步骤3中将加入无水MgSO4固体的有机相放置一段时间后,进行的下一操作是过滤。题后反思有机物制备实验题的解题模板对点训练2醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是

。仪器a的名称是

。

(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。打开K1、K2,关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为

。

②同时c中有气体产生,该气体的作用是

。(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是

;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是

、

、洗涤、干燥。

(4)指出装置d可能存在的缺点

。答案:(1)去除水中溶解氧分液(或滴液)漏斗(2)①Zn+2Cr3+═Zn2++2Cr2+

②排除c中空气(3)c中产生氢气使压强大于大气压(冰浴)冷却过滤(4)敞开体系,使醋酸亚铬与空气接触而被氧化解析:(1)由题给信息“醋酸亚铬……在气体分析中用作氧气吸收剂”可知,为避免溶解在水中的氧气影响实验,故所用蒸馏水应先煮沸除氧并迅速冷却,以减少氧气的再溶解。仪器a为分液(或滴液)漏斗。(2)将盐酸滴入c中时,CrCl3溶解,同时锌粒与盐酸反应放出的氢气可将c中的空气排出,形成了隔绝空气的体系,进而发生反应:Zn+2Cr3+═Zn2++2Cr2+,溶液颜色由绿色逐渐变为亮蓝色。(3)当打开K3,关闭K1和K2时,c中Zn与盐酸反应产生的氢气排不出去,产生较大的压强,可将c中生成的亮蓝色溶液压入d中。进入d中的Cr2+可与CH3COO-反应生成(CH3COO)2Cr·2H2O沉淀。根据题意“醋酸亚铬难溶于冷水”,要使沉淀充分析出并分离,可采用冰水浴冷却、过滤、洗涤、干燥的方法处理。(4)由于(CH3COO)2Cr·2H2O沉淀易被氧气氧化,所以装置d的缺点是:装置d为敞口体系,会使醋酸亚铬与空气接触而被氧化。命题热点三化学实验方案的设计与评价有关化学实验方案的设计与评价的思维路径问题探究如何评价化学实验方案的优劣?评价实验方案的优劣主要从以下几方面入手:(1)实验原理是否正确、可行;(2)是否安全,如是否有防倒吸、防爆炸装置或措施等;(3)是否环保,如是否有尾气处理装置;(4)是否排除了干扰因素,如氢气还原氧化铜是否排尽了系统中的氧气等。③配制250mL0.1mol·L-1HCl溶液:量取

mL10mol·L-1HCl溶液加入烧杯中,加适量蒸馏水,搅拌,将溶液转入

中,洗涤,定容,摇匀。

(2)乙同学拟用如图装置探究固体表面积和反应物浓度对化学反应速率的影响。

限选试剂与用品:0.1mol·L-1HCl溶液、颗粒状CaCO3、粉末状CaCO3、蒸馏水、量筒、秒表①设计实验方案:在固体表面积或反应物浓度不同的条件下,测定

(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。

②拟定实验表格,完整体现实验方案。(表格列数自定;列出所用试剂的用量、待测物理量和拟定的数据;数据可用字母a、b、c等表示)分析推理:(1)实验方案设计有哪些基本要求?

如本题中的(1)小题中的方案设计,测生成的CO2的质量或体积可行,测消耗的CaCO3的质量也可行,只要条件允许,效果明显,操作方便,均可行。(2)实验方案设计的基本思路是怎样的?根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器,设计合理的实验方案,并且从几种方案中分析选择出最佳方案。如本题中的(2)小题,实验目的是探究固体表面积和反应物浓度对化学反应速率的影响。因此应从分别改变固体表面积和反应物浓度两个角度来设计实验。(3)控制变量的实验设计应注意哪些事项?设计时,只能改变一个变量。实验设计应从改变的变量分析,如本题(2)中表格的填写,实验1和2应改变固体的表面积,实验1和3应改变反应物的浓度,可以通过加水来改变。答案:(1)①CaCO3+2HCl═CaCl2+CO2↑+H2O②生成CO2的体积(或质量)反应时间消耗CaCO3固体的质量反应时间(答案合理即可)③

250mL容量瓶(2)①生成等质量CO2所需的时间(或相同时间内生成的CO2的质量)②或:对点训练3(2021广西柳州高三模拟)NH3是一种重要的化工原料,可用于制氮肥、HNO3、铵盐、纯碱,还可用于制合成纤维、塑料、染料等。某实验小组在实验室中对NH3的性质进行了探究,设计了如下实验装置。回答下列问题:(1)氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的

,反应的化学方程式为

;

②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→

(按气流方向,用小写字母表示)。

(2)NH3性质探究利用制取的干燥NH3,小组开始实验,其中A为NH3的制取装置,并发现了如下实验现象,同时小组对现象进行了讨论并得出了相应的结论。①完成实验结论;②实验仪器D的名称为

,所装药品无水CaCl2的作用为

;

③如果装置B中所得红色固体为Cu2O,则反应的化学方程式为

,体现了NH3的

(填“氧化”或“还原”)性。

学

科

素

养

练素

养

必

备探究类、定量分析型综合实验1.探究性实验方案的设计。明确探究问题→作出合理假设→设计实验步骤→预测实验结果→得出实验结论学科素养强化训练1.(2020福建三明高三检测)亚硝酸钠是一种食品添加剂,具有防腐和抗氧化作用。某同学对亚硝酸钠进行了相关探究。(一)查阅资料①亚硝酸钠(NaNO2)为无色、无味的晶体。②HNO2是一种弱酸,酸性比CH3COOH略强,性质不稳定,易分解生成NO和NO2;能被常见强氧化剂氧化;但在酸性溶液中它也是一种氧化剂,如能把I-氧化成I2。③AgNO2是一种微溶于水、易溶于酸的浅黄色固体。(二)问题讨论(1)人体正常的血红蛋白中应含Fe2+,误食亚硝酸盐(如NaNO2)会致使机体组织缺氧,出现青紫而中毒,原因是

。

若发生中毒时,你认为下列物质有助于解毒的是

(填字母)。A.鸡蛋清

B.胃舒平[主要成分是Al(OH)3]C.小苏打

D.维生素C(2)要区别NaNO2和NaCl两种固体,你需用的试剂是

。

(三)实验测定为了测定某样品中NaNO2的含量,某同学进行如下实验:①称取样品ag,加水溶解,配制成100mL溶液。②取25.00mL溶液放入锥形瓶中,用0.0200mol·L-1KMnO4标准溶液(酸性)进行滴定,滴定结束后消耗KMnO4溶液VmL。(3)上述实验①所需玻璃仪器除玻璃棒、胶头滴管之外,还有

。

(4)在进行滴定操作时,KMnO4溶液盛装在

(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。当滴入最后一滴溶液,______________时达到滴定终点。

(5)滴定过程中发生反应的离子方程式是

;测得该样品中NaNO2的质量分数为

。

(6)若滴定过程中刚出现颜色变化就停止滴定,则测定结果

(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

解析:(1)血红蛋白中Fe2+起运载氧气的作用,一旦被氧化为Fe3+,将失去运载氧气的能力,使人体表现出缺氧症状。(2)寻找区分NaNO2和NaCl两种固体试剂时,若着眼点放在NaCl上,可使用硝酸酸化的硝酸银溶液;若着眼点放在NaNO2上,可采用检验NaNO2水溶液的酸碱性或酸性条件下NaNO2的氧化性的方法。(3)实验①是配制一定物质的量浓度的溶液,所需玻璃仪器除玻璃棒、胶头滴管之外,还有烧杯、100

mL容量瓶。(4)在进行滴定操作时,因KMnO4溶液具有强氧化性,会腐蚀橡胶管,所以应盛装在酸式滴定管内;当滴入最后一滴溶液,锥形瓶中无色溶液变成浅紫色,且30

s内不褪色,说明达到滴定终点。(6)若滴定过程中刚出现颜色变化就停止滴定,则KMnO4的用量偏少,测定结果偏小。2.(2020重庆高三月考)实验室用图示装置制备KClO溶液,再与KOH、Fe(NO3)3溶液反应制备高效净水剂K2FeO4。[査阅资料]Cl2与KOH溶液在20℃以下反应生成KClO,在较高温度下则生成KClO3;K2FeO4易溶于水,微溶于浓KOH溶液,在0~5℃的强碱性溶液中较稳定。(1)仪器a的名称是

;装置A中反应的离子方程式为

。装置C中三颈烧瓶置于冰水浴中的目的是

。(2)装置B吸收的气体是

,装置D的作用是

。(3)C中得到足量KClO后,将三颈烧瓶上的导管取下,依次加入KOH溶液、Fe(NO3)3溶液,水浴控制反应温度为25℃,搅拌1.5h,溶液变为紫红色(含K2FeO4),该反应的离子方程式为

。再加入饱和KOH溶液,冷却至0~5℃析出紫黑色晶体,过滤,得到K2FeO4粗产品。

(4)K2FeO4粗产品含有Fe(OH)3、KCl等杂质,其提纯步骤为:①将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol·L-1KOH溶液中。②过滤。③

。

④搅拌、静置、过滤,用乙醇洗涤2~3次。⑤在真空干燥箱中干燥。(5)称取提纯后的K2FeO4样品0.2200g放入烧杯中,加入强碱性NaCr(OH)4溶液,反应后再加稀硫酸调节溶液呈强酸性,配成250mL溶液,取出25.00mL放入锥形瓶,用0.01000mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定至终点,重复操作2次,平均消耗(NH4)2Fe(SO4)2溶液30.00mL。涉及主要反应为:解析:(1)根据装置图可知仪器a的名称是分液漏斗;装置A中浓盐酸与二氧化锰混合加热得氯气,发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O;Cl2与KOH溶液在20

℃以下反应生成KClO,在较高温度下则生成KClO3,所以冰水浴的目的是防止Cl2与KOH反应生成KClO3。(2)浓盐酸有挥发性,挥发出的氯化氢需要除去,氯气有毒,需要进行尾气吸收,所以装置B吸收的气体是HCl,装置D的作用是吸收Cl2,防止污染空气。(3)向足量KClO中依次加入KOH溶液、Fe(NO3)3溶液,发生氧化还原反应生成K2FeO4、KCl和水等,反应的离子方程式为(4)K2FeO4易溶于水、微溶于浓KOH溶液,所以提纯K2FeO4粗产品时,①将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3

mol·L-1

KOH溶液中;②过滤;③将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液;④搅拌、静置、过滤,用乙醇洗涤2~3次;⑤在真空干燥箱中干燥。①甲同学认为X中除Fe3+之外还可能含有Fe2+。若要确认其中的Fe2+,应选用

(填字母)。

溶液和氯水 B.铁粉和KSCN溶液C.浓氨水 D.酸性KMnO4溶液②乙同学取560mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生反应SO2+Br2+2H2O═2HBr+H2SO4,然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得干燥固体4.66g,由此推知气体Y中SO2的体积分数为

。

[探究二]根据上述实验中SO2体积分数的分析,丙同学认为气体Y中除SO2外还可能含有Z和W两种气体,其中Z气体在标准状况下密度为0.0893g·L-1。为此设计了下列探究实验装置(假设有关气体完全反应)。(3)装置B中试剂的作用是

。

(4)分析Y气体中的W气体是如何生成的:

(用化学方程式表示)。

(5)已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水,为确认W的存在,需在装置中添加M于

(填字母)。

之前 B.A~B间C.B~C间 D.C~D间(6)确认Z气体存在的实验现象是

。

[探究三]如图是实验室进行二氧化硫制备与性质实验的组合装置,部分固定装置未画出。(7)下列有关说法不正确的是

。

A.关闭K2,打开K1,滴加硫酸,则装置B中每消耗1molNa2O2,转移电子数为2NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)B.关闭K1,打开K2,试剂X是酸性KMnO4溶液或FeCl3溶液,均可证明SO2有还原性C.为防止环境污染,装置C和E中的试剂均可采用NaOH溶液D.实验过程中体现了硫酸的酸性、吸水性、难挥发性、强氧化性答案:(1)常温下,铁在浓硫酸中表面被钝化(2)①D

②80%(3)检验SO2是否除尽(4)C+2H2SO4(浓)

CO2↑+2SO2↑+2H2O(5)C(6)D中固体由黑变红,E中固体由白变蓝(7)D解析:(1)常温下,铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应,在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应,即发生钝化现象。(2)①亚铁离子具有还原性,而酸性高锰酸钾溶液有氧化性,发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液的紫红色褪去,铁离子和亚铁离子同时存在时,应该用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子,故D正确。②SO2+Br2+2H2O═2HBr+H2SO4,H2SO4+BaCl2═BaSO4↓+2HCl,所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO2~BaSO4,设二氧化硫的体积为V,(3)二氧化硫能使品红溶液褪色,所以用品红溶液检验二氧化硫是否除尽。(4)碳素钢中含有碳,加热条件下,碳能与浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水,反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。(5)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,但二氧化硫还能使品红溶液褪色,所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰,装置B是检验二氧化硫是否除尽,所以澄清石灰水应放置在B和C之间,即在通入碱石灰之前检验。(6)根据Z的密度可求出其摩尔质量约为2

g·mol-1,所以Z是氢气,氢气具有还原性,能将黑色的氧化铜还原成红色的铜单质,同时生成水,水能使无水硫酸铜变蓝色,这是检验水的特征反应,所以如果D中氧化铜变红,E中无水硫酸铜变蓝,则证明含有氢气。(7)关闭K2,打开K1,滴加硫酸,则装置B中发生SO2+Na2O2═Na2SO4,每消耗1

mol

Na2O2,转移电子数为2NA,A项正确;关闭K1,打开K2,酸性KMnO4溶液或FeCl3溶液具有强氧化性,可与二氧化硫发生氧化还原反应,均可证明SO2有还原性,B项正确;NaOH能与SO2反应,能用于尾气吸收,装置C和E中的试剂均可采用NaOH溶液,C项正确;实验过程中体现了硫酸的酸性、难挥发性,不能体现强氧化性以及吸水性,D项错误。新题演练·能力迁移1.(2021广东卷)含氯物质在生产生活中有重要作用。1774年,舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中,将它与浓盐酸混合加热,产生了一种黄绿色气体。1810年,戴维确认这是一种新元素组成的单质,并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl2的化学方程式为

。

(2)实验室制取干燥Cl2时,净化与收集Cl2所需装置的接口连接顺序为

。

(3)某氯水久置后不能使品红溶液褪色,可推测氯水中_______已分解。检验此久置氯水中Cl-存在的操作及现象是

。

(4)某合作学习小组进行以下实验探究。①实验任务通过测定溶液电导率,探究温度对AgCl溶解度的影响。②查阅资料电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时,强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大;离子浓度一定时,稀溶液电导率随温度的升高而增大。25℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10。③提出猜想猜想a:较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。猜想b:AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。④设计实验、验证猜想取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液),在设定的测试温度下,进行表1中实验1~3,记录数据。表1⑤数据分析、交流讨论25℃的AgCl饱和溶液中,c(Cl-)=

mol·L-1。

实验结果为A3>A2>A1。小组同学认为,此结果可以证明③中的猜想a成立,但不足以证明猜想b成立。结合②中信息,猜想b不足以成立的理由有

。

⑥优化实验小组同学为进一步验证猜想b,在实验1~3的基础上完善方案,进行实验4和5。请完成表2中内容。表2⑦实验总结根据实验1~5的结果,并结合②中信息,小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是

。

解析:本题考查化学实验分析与评价。(1)MnO2与浓盐酸在加热条件下反应生成氯气:MnO2+4HCl(浓)

MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)产生的Cl2中含有HCl和水蒸气,应依次通过饱和食盐水和浓硫酸,然后收集Cl2,则气体流向为c→d→b→a→e。(3)氯水中有漂白作用的是HClO。检验Cl-时利用AgCl不溶于水和HNO3的性质。⑥如果要判断AgCl在水中的溶解度随温度的变化情况,可以测定不同温度下配制的饱和溶液在相同温度下的电导率,如果温度较高下的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高,则可以得出温度升高饱和溶液中离子浓度高。所以可以设计试样Ⅰ在45

℃下测试与实验3比较,设计试样Ⅱ在45

℃下测试与实验3比较。⑦猜想b成立的判断依据是A3>B2>B1。2.(2021山东潍坊高三上学期期末)CuCl在染色和催化领域应用广泛。实验室利用下图装置(加热和夹持装置略去)将二氧化硫通入新制氢氧化铜中制备CuCl。已知:Ⅰ.CuCl为白色固体,难溶于水和乙醇,能溶于浓盐酸;实验步骤如下:向C中加入15mL0.5mol·L-1的CuCl2溶液中,加入0.5mol·L-1的NaOH溶液30mL;打开A中分液漏斗的活塞产生SO2气体,一段时间后C中产生白色固体,将C中混合物过滤、依次用水和乙醇洗涤,所得固体质量为0.597g。(1)试剂a为

,仪器b名称为

。

(2)B装置的作用是

。

(3)将二氧化