高三化学一轮复习强化练57：实验方案的设计与评价

强化练57实验方案的设计与评价基础落实选择题只有1个选项符合题意1.(2024·安徽师大附中素质测试)下列有关实验操作、现象和结论都正确的是()选项实验操作和现象结论A向溶有SO2的BaCl2溶液中加入Fe(NO3)3溶液，有白色沉淀生成不能说明NOeq\o\al(－,3)在酸性条件下具有强氧化性B向铜与浓硫酸反应后的溶液中加水，溶液变蓝反应后有Cu2＋生成C向浓HNO3中插入红热的木炭，产生红棕色气体木炭可与浓HNO3反应生成NO2D铝粉与氧化铁发生铝热反应，冷却后将固体溶于盐酸，向所得溶液滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化氧化铁已经完全被铝粉还原2.(2024·辽宁省实验中学段测)下列实验目的、实验操作及现象、结论有错误的是()选项实验目的实验及现象结论A比较Cl2、Br2、I2的氧化性向10mL1mol/L的NaBr溶液中通入标况下22.4mLCl2，充分反应后再加入淀粉－KI溶液，溶液先变橙后变蓝氧化性Cl2>Br2>I2B验证有机物中有醇羟基灼烧铜丝至其表面变黑、灼热，伸入盛有某有机物的试管中，铜丝恢复亮红色该有机物中有醇羟基C验证某固体是Na2CO3还是NaHCO3室温下取少量固体于试管中，插入温度计，加入几滴水，温度降低该固体是NaHCO3D判断强酸和弱酸用pH计测量溶液的pH，NaHCO3溶液显碱性，NaHSO3溶液显酸性可以确定H2CO3是弱酸，无法判断H2SO3是否为弱酸3.(2024·广州执信中学月考)下列实验方案设计、现象和结论都正确的是()目的方案设计现象和结论A判断C元素和S元素非金属性的强弱常温下，用pH计测定等浓度的Na2CO3溶液和Na2SO3溶液的pH若Na2CO3溶液的pH比Na2SO3溶液的大，则非金属性：S>CB检验CO还原Fe2O3固体所得黑色粉末的成分将黑色粉末加入稀盐酸溶解后，再加入KSCN溶液，观察颜色若溶液不显红色，则黑色粉末中一定不存在的Fe2O3C乙酸乙酯的制备在一支试管中加入2mL浓硫酸，然后边振荡边慢慢加入3mL乙醇和2mL乙酸，再加入几片碎瓷片；连接好装置，并加热，观察现象饱和碳酸钠液面上出现无色油状液体，并有水果香味，说明产生酯类D证明金属防腐措施中牺牲阳极法的有效性用饱和食盐水和琼脂粉配制琼脂溶液并倒入两个培养皿中，各滴加几滴酚酞和铁氰化钾溶液，将一端裹有锌皮的铁钉A和一端缠有铜丝的铁钉B分别放入培养皿，观察现象铁钉A周围出现红色，铁钉B周围出现红色和蓝色，说明活泼性强的锌保护了铁4.(2024·沈阳二中段考)同学们研究化学反应速率时设计了如下系列实验。Ⅰ.甲同学用量气法测量化学反应的速率(1)图2与图1相比的优点是_________________________________________________________________________________。(2)也可以将图1中的注射器改为连通器如图3，为了准确地测量H2的体积，在读取反应后甲管中液面的读数时，应注意________(填写序号)。a.视线与凹液面最低处相平b.等待片刻，待乙管液面不再上升时读数c.读数时应上、下移动乙管，使甲、乙两管液面相平d.反应结束立即读数(3)若想用图3测定二氧化碳的体积，结合平衡移动理论，为了减小误差，甲管中应盛放________(填试剂名称，已知：CO2＋H2OH2CO3，H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3))。Ⅱ.乙同学测定室温下溶液与用硫酸酸化的KMnO4溶液的反应速率。实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时。该小组设计了如下的方案。H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液浓度/mol·L－1体积/mL浓度/mol·L－1体积/mL5.06.02.04.0(4)写出H2C2O4与KMnO4(H＋)反应的离子反应方程：____________________________________________________________________。(5)实验测得酸性KMnO4溶液褪色所用的时间为10s，忽略混合前后溶液体积的微小变化，这段时间内平均反应速率v(H2C2O4)＝_________________。5.(2023·北京东城综合练)石墨电极常用作惰性电极，但在电解过程中常伴有损耗(石墨的氧化和脱落)。用如图所示装置分别电解下列溶液(通过相同电量)，记录阳极区的现象如下。编号电解液阳极区的现象甲1mol·L－1Na2SO4有气体逸出，液体颜色不变，池底逐渐沉积黑色粉末乙2mol·L－1NaOH有气体逸出，液体逐渐变为棕褐色丙2mol·L－1NaCl有气体逸出，液体逐渐变为黄绿色，无黑色粉末(1)甲中阳极产生气体的电极反应式是_________________________________________________________________________。(2)甲所得阳极液中有H2O2。某同学设计实验：向硫酸酸化的FeSO4溶液中滴加几滴KSCN溶液，再滴入少量电解后的阳极液，溶液立即变红。该实验不能证明阳极液中含有H2O2，因为阳极液中还含有________(填物质)。(3)探究乙所得阳极液的成分。①证实该分散系是胶体：用激光笔照射阳极液，在与光束垂直的方向观察到___________________________________________________________________________________________(填实验现象)。②证实阳极液中含有COeq\o\al(2－,3)ⅰ和ⅱ的目的是排除OH－的干扰。ⅱ中反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________。(4)设计实验用化学方法证明，电解时甲和丙中阳极产生的气体不同：________________________________________________________________________________________________________。(5)仪器分析表明，析氧后的石墨电极表面与新打磨的石墨电极表面相比，—OH、—COOH等含氧官能团的含量明显增加。①结合石墨晶体结构分析，电解过程中石墨粉末脱落时破坏的作用力有________________________________________________________________________________________________________。②与甲对比，乙中脱落的石墨更易分散成胶体的原因是________________________________________________________________________________________________________。6.无水四氯化锡(SnCl4)常用作媒染剂和部分有机合成的催化剂。某化学兴趣小组利用如图装置(部分加热装置略)制备SnCl4并测定产品中Sn2＋含量。已知：①SnCl4熔点为－33℃，沸点为114.1℃，在潮湿空气中极易潮解(水解生成SnO2·xH2O)，且熔融Sn与Cl2反应生成SnCl4时放出大量的热。②Sn熔点为232℃，无水SnCl2熔点为246℃、沸点为652℃。回答下列问题：(1)a管的作用是__________________________________________。(2)装置B、C中的试剂分别为________、________(填名称)。(3)为了获得较纯的产品，当观察F装置液面上方________时，再点燃D处酒精灯。反应制得的产品中可能会含有杂质SnCl2，为加快反应速率并防止产品中混有SnCl2，除了通入过量Cl2外，还应控制反应的最佳温度范围为________。(4)甲同学欲证明装置A产生的气体中含有HCl，设计如图装置进行实验。乙同学认为，不能确定进入装置I的气体只有一种，为证明最终进入装置I的气体只有一种，乙同学提出再加一个装置，即可完成论证。请给出改进方案：________________________________________________________________________________________________________。(5)碘氧化法滴定分析产品中Sn2＋的含量。准确称取ag产品于锥形瓶中，用蒸馏水溶解，淀粉溶液做指示剂，用bmol·L－1碘标准溶液滴定，发生反应：Sn2＋＋I2=Sn4＋＋2I－。滴定终点消耗碘标准溶液VmL，则产品中Sn2＋的质量分数为__________(用含a、b、V的代数式表示)。能力提升7.(2023·石家庄一中月考)为改变生橡胶受热发粘遇冷变硬的不良性能，工业上常将橡胶硫化来改善橡胶的性能，S2Cl2和SCl2均为改善橡胶性能的重要化工产品。Ⅰ.已知下列化学键的键能及S4的结构式化学键S—SS—ClCl—Cl键能/(kJ/mol)abc已知反应：S4(g)＋4Cl2(g)=4SCl2(g)。1molS4与4molCl2完全反应可放出dkJ热量，则b＝__________________(用含a，c，d的代数式表示)。Ⅱ.资料卡片：i.二氯化二硫常温下是一种黄红色液体，有窒息性、刺激性恶臭，熔点－80℃，沸点135.6℃；ii.S2Cl2遇水强烈反应。工业上可以用氯气和硫单质反应制得S2Cl2，实验室用如图装置模拟工业制取少量S2Cl2。(1)制取少量S2Cl2(必要的加热装置未省略)实验室可利用硫与少量氯气在110～140℃反应制得S2Cl2粗品。①S2Cl2的电子式是________。请写出实验室适合A装置制取氯气的离子方程式________________________________________________________________________________________________________；②请补充完整实验装置连接顺序：A→________。其中，D装置的作用是________________________________________________________________________________________________________，冰盐水的作用是____________________________________________________。③实验过程中，实验前和停止加热后，都需通一段时间的氮气，若停止加热后没有继续通氮气，S2Cl2的产率将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(2)①S2Cl2遇水强烈反应，已知其中一种气体产物X能使品红溶液褪色，加热后又恢复原状，且反应过程中只有一种元素化合价发生变化，写出该反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________。②假设共收集到S2Cl2和水反应生成的混合气体VL(标准状况)，请利用下列试剂设计实验方案测定混合气中气体X的体积分数：试剂：HNO3酸化的AgNO3溶液H2SO4酸化的KMnO4溶液H2O2溶液Ba(OH)2溶液实验步骤现象a.取VL混合气体，通入足量____________b.向a中充分反应后的溶液中加入________产生白色沉淀c._____________，称量(填必要的操作名称)d.计算。白色沉淀的质量为mg，则X的体积分数为________%8.为测定CuSO4溶液的浓度，甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题：Ⅰ.甲方案实验原理：CuSO4＋BaCl2=BaSO4↓＋CuCl2实验步骤：(1)判断SOeq\o\al(2－,4)沉淀完全的操作为_______________________________________________________________________________。(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为________。(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为________。(4)固体质量为wg，则c(CuSO4)＝______________mol·L－1。(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯，则测得c(CuSO4)__________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。Ⅱ.乙方案实验原理：Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑实验步骤：①按如图安装装置(夹持仪器略去)②……③在仪器A、B、C、D、E…中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平，使D中液面保持在0或略低于0刻度位置，读数并记录⑤将CuSO4溶液滴入A中搅拌，反应完成后，再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温，移动E管，保持D、E中两液面相平，读数并记录⑦处理数据(6)步骤②为____________________________________________________。(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是______________(填序号)。a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响(8)Zn粉质量为ag，若测得H2体积为bmL，已知实验条件下ρ(H2)＝dg×L－1，则c(CuSO4)__________________mol·L－1(列出计算表达式)。(9)若步骤⑥E管液面高于D管，未调液面即读数，则测得c(CuSO4)________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度：________(填“是”或“否”)。参考答案1.A[A.溶液中Fe3＋也能将SO2氧化成SOeq\o\al(2－,4)，从而生成白色沉淀，故A正确；B.操作中应将铜与浓硫酸反应后的溶液慢慢加入水中，故B错误；C.浓HNO3受热分解也可产生红棕色气体，故C错误；D.反应中生成铁单质，铁单质也会将氧化铁与稀盐酸反应生成的铁离子还原为亚铁离子，使得溶液不变红色，不能证明氧化铁已经完全被铝粉还原，故D错误。]2.B[A.向10mL1mol/L的NaBr溶液中通入标况下22.4mLCl2，充分反应后再加入淀粉－KI溶液，溶液先变橙后变蓝，在该过程中氯气少量和溴化钠反应消耗完，产生的溴单质氧化碘离子生成碘单质，故出现先变橙后变蓝，A正确；B.灼烧铜丝至其表面变黑、灼热，伸入盛有某有机物的试管中，铜丝恢复亮红色可能是因为与醇羟基反应生成红色的铜，也可能是因为含有羧基将黑色氧化铜反应掉剩余红色的铜，B错误；C.碳酸钠溶于水放热，碳酸氢钠溶于水吸热，故温度降低的是碳酸氢钠，C正确；D.用pH计测量溶液的pH，NaHCO3溶液显碱性，NaHSO3溶液显酸性，只能说明碳酸氢钠是强碱弱酸盐，对应的碳酸是弱酸，不能说明亚硫酸氢钠对应的亚硫酸是强酸还是弱酸，因为硫酸氢钠显酸性对应的硫酸是强酸，当酸式酸根离子的电离大于水解时就显酸性，故不能说明是强酸还是弱酸，D正确。]3.D[A.判断C元素和S元素的非金属性强弱需通过实验判断其各自最高价氧化物对应的水化物即碳酸和硫酸酸性的强弱，亚硫酸不是硫的最高价含氧酸，A错误；B.CO还原Fe2O3固体生成铁单质，铁单质会将铁离子还原为亚铁离子，干扰铁离子的检验，B错误；C.浓硫酸溶于水放出大量的热，实验中应该首先加入乙酸或乙醇然后再慢慢加入浓硫酸，C错误；D.金属活泼性为锌>铁>铜，缠有铜丝的铁钉周围出现蓝色说明生成亚铁离子，裹有锌皮的铁钉周围出现红色说明活泼性强的锌保护了铁，该实验能证实金属防腐措施中牺牲阳极法的有效性，D正确。]4.(1)可以控制反应的发生与停止，同时能减小体积误差(2)abc(3)饱和NaHCO3溶液(4)5H2C2O4＋2MnOeq\o\al(－,4)＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O(5)0.2mol·L－1·s－1解析(1)由题干装置图可知，图2可以通过拉伸铜丝来控制反应的发生与停止，故图2与图1相比的优点是可以控制反应的发生与停止，同时能减小体积误差；(2)a.读数时视线与凹液面最低处相平，以保证读数准确，a符合题意；b.通过提拉铜丝可以控制反应结束的时间，从硫酸中拉出铜丝后，需调节甲、乙两管液面相平，在这个过程中量气管中的气压会发生变化，因此需等待片刻，待乙管液面不再上升且两管液面在同一水平时读数，b符合题意；c.读数时应上、下移动乙管，使甲、乙两管液面相平，以保证内外压强一致，以保证气体的体积更加准确，c符合题意；d.反应结束立即读数，由于反应放热，里面气体膨胀，此时读数不准确，d不合题意；(3)根据已知，CO2＋H2OH2CO3，H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)，用图3测定二氧化碳的体积，结合平衡移动理论，为了减小误差，即需使得上述平衡逆向移动，以保证尽可能多的将CO2排出，则甲管中应盛放饱和NaHCO3溶液；(4)高锰酸钾具有强氧化性，发生还原反应生成Mn2＋，H2C2O4具有还原性，发生氧化反应生成CO2；(5)5H2C2O4～2KMnO4，n(H2C2O4)＝5mol/L×6×10－3L＝0.03mol，n(KMnO4)＝2mol/L×4×10－3L＝0.008mol，H2C2O4过量，KMnO4完全反应，则参加反应的H2C2O4为0.02mol，平均反应速率v(H2C2O4)＝eq\f(Δc,t)＝eq\f(Δn,Vt)＝0.2mol/L·s。5.(1)2H2O－4e－=4H＋＋O2↑(2)O2(3)①光亮的通路②HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O(4)将湿润的淀粉KI试纸分别靠近甲和丙的阳极管口，只有丙的试纸变蓝(或将带火星的木条分别靠近甲和丙的阳极管口，只有甲的火星变亮，合理即可)(5)①碳碳键和石墨层间的分子间作用力②碱性条件下，—COOH中和成—COO－，增大了层间的斥力，使石墨粒子尺寸更小(使石墨粒子亲水性增强，更易分散)解析(1)电解Na2SO4溶液，阳极上水失去电子生成O2，电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。(2)阳极产生的O2会部分溶解在阳极液中，所以题述实验不能说明是H2O2把二价铁离子氧化成三价铁离子。(3)①胶体可产生丁达尔效应，具体操作为用激光笔照射阳极液，可在与光束垂直的方向观察到光亮的通路。②阳极液中含有COeq\o\al(2－,3)，ⅰ的操作为滴加盐酸至恰好褪色(pH＝8)，则发生的离子反应为H＋＋OH－=H2O、COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，ⅱ的操作为滴加NaOH溶液至恰好变红(pH＝10)，此时HCOeq\o\al(－,3)转化成COeq\o\al(2－,3)，以利于下步实验，反应的离子方程式是HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O。(4)电解时甲中阳极产生氧气，丙中阳极产生氯气，可用湿润的淀粉KI试纸或带火星的木条鉴别二者。(5)①石墨晶体为层状结构，同层的碳原子之间形成碳碳共价键，层与层之间以分子间作用力结合，析氧后的石墨电极表面—OH、—COOH等含氧官能团的含量明显增加，说明电解过程中石墨粉末脱落时破坏的作用力有层间分子间作用力和碳碳键。6.(1)平衡压强，使浓盐酸顺利流下等(2)饱和食盐水浓硫酸(3)充满黄绿色气体232～652℃(4)在装置H、I之间连接一个放有湿润淀粉－KI试纸或湿润红色布条的试管(5)eq\f(b×V×119×10－3,a)×100%或eq\f(b×V×0.119,a)×100%或eq\f(b×V×11.9,a)等解析由图可知，装置A制取氯气，由于浓盐酸易挥发，产生的氯气里含有氯化氢气体及水蒸气，B装置试剂为饱和食盐水除去氯化氢，C装置试剂为浓硫酸吸收水蒸气，装置D生成SnCl4，在装置E中冷却后收集，未反应的氯气用氢氧化钠溶液在G中吸收，防止污染空气，因SnCl4极易水解，应防止G中产生的水蒸气进入E中，所以在E与G之间设置装有浓硫酸的装置F。据以上分析解答。(1)a管的作用是平衡压强，使浓盐酸顺利流下等。(2)由分析可知，装置B、C中的试剂分别为饱和食盐水、浓硫酸。(3)由于Sn与空气中的氧气反应，SnCl4在空气中极易水解生成SnO2·xH2O，所以制备SnCl4之前用Cl2排尽装置中的空气，当观察到装置F中充满黄绿色气体时，表明装置中空气已排尽，可以点燃D处酒精灯进行反应。锡在熔融状态下与Cl2反应，可知温度要高于232℃，又为了减少SnCl2挥发，要低于其沸点652℃，温度范围为：232～652℃。(4)只要含有Cl－的溶液都可以与硝酸银生成白色沉淀，改进措施为在装置H、I之间连接一个放有湿润淀粉－KI试纸或湿润红色布条的试管。(5)根据Sn2＋＋I2=Sn4＋＋2I－可得：n(SnCl2)＝n(I2)＝bV×10－3mol，m(Sn2＋)＝bV×10－3mol×119g/mol＝0.119bVg，产品中Sn2＋的质量分数为eq\f(b×V×119×10－3,a)×100%。7.Ⅰ.eq\f(4a＋4c＋d,8)Ⅱ.(1)①(1)2MnOeq\o\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O②F→C→B→E→D防止空气中水蒸气进入，吸收尾气冷凝收集S2Cl2③偏低(2)①2S2Cl2＋2H2O=SO2↑＋3S↓＋4HCl↑②H2O2溶液Ba(OH)2溶液过滤，洗涤，干燥eq\f(2240m,233V)解析Ⅰ.断键吸热，成键放热，则根据方程式可知8b－4c－4a＝d，解得b＝eq\f(4a＋4c＋d,8)；(1)①S2Cl2属于共价化合物，电子式是。装置A不需要加热，则实验室适合A装置制取氯气的离子方程式为2MnOeq\o\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O；②生成的氯气中含有水蒸气和氯化氢，首先利用饱和食盐水除去氯化氢，然后利用浓硫酸干燥氯气，再通入装置B中制备S2Cl2，由于S2Cl2的熔点是－80℃，可用冰盐水冷却收集，最后通过碱石灰防止空气中的水蒸气进入，同时吸收尾气，则实验装置连接顺序：A→F→C→B→E→D。其中，D装置的作用是防止空气中水蒸气进入，吸收尾气，冰盐水的作用是冷凝收集S2Cl2。③若停止加热后没有继续通氮气，部分产品没有完全进入装置E中，因此S2Cl2的产率将偏低。(2)①S2Cl2遇水强烈反应，已知其中一种气体产物X能使品红溶液褪色，加热后又恢复原状，X是二氧化硫，且反应过程中只有一种元素化合价发生变化，因此还有氯化氢生成，其中二氧化硫是氧化产物，则＋1价硫元素降低被还原为单质硫，该反应的化学方程式为2S2Cl2＋2H2O=SO2↑＋3S↓＋4HCl↑。②S2Cl2遇水会生成SO2、HCl两种气体，要测定该混合气体中SO2的体积分数，需要将其转化为硫酸钡沉淀，则首先被氧化为硫酸，然后加入过量氢氧化钡溶液反应得到硫酸钡沉淀，过滤洗涤干燥称量得到硫酸钡沉淀质量，根据元素守恒计算二氧化硫体积分数，所以实验步骤现象a.取VL混合气体，通入足量H2O2溶液b.向a中充分反应后的溶液中加入Ba(OH)2溶液产生白色沉淀c.过滤，洗涤，干燥，称量由于最终得到mg硫酸钡沉淀，物质的量是eq\f(m,233)mol，根据硫原子守恒可知二氧化硫的物质的量是eq\f(m,233)mol，则X的体积分数为eq\f(\f(m,233)mol×22.4L/mol,VL)×100%＝eq\f(2240m,233V)%。8.Ⅰ.(1)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则沉淀完全(2)AgNO3溶液(3)坩埚(4)eq\f(40w,233)(5)偏低Ⅱ.(6)检查装置气密性(7)b(8)eq\f(\f(a,65)－\f(