2025届高考化学一轮复习第十章化学实验基础第29讲物质的制备实验方案的设计与评价练习含解析新人教版

PAGEPAGE9第29讲物质的制备试验方案的设计与评价A组基础必做题(40分)一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)1．(2024·河北衡水高三检测)下列有关物质的制备装置、制备时运用的原料与收集方法均正确的是(C)选项ABCD物质O2NOCl2CH2=CH2制备装置制备时运用的原料H2O2溶液和二氧化锰粉末浓硝酸和铜粉浓盐酸与高锰酸钾固体乙醇和3mol/L的H2SO4溶液收集方法排水法排空气法排饱和食盐水法排水法[解析]制取氧气时假如选用A中装置，选用的药品应当是氯酸钾与二氧化锰，A项错误；制取NO时应选用稀硝酸和铜粉，收集方法应为排水法，B项错误；因为C中无加热装置，所以可以选用具有强氧化性的高锰酸钾与具有强还原性的浓盐酸反应制取氯气，C项正确；制取乙烯时应选用浓硫酸，D项错误。2．(2024·山东潍坊高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到试验目的的是(A)选项试验目的试剂a试剂b试剂c装置A验证非金属性：S>C>Si稀硫酸Na2CO3Na2SiO3溶液B制备纯净的NO浓硝酸Cu水C检验溶液X中含有COeq\o\al(2－,3)盐酸溶液X澄清石灰水D除去Na2SO3中的Na2SO4氯水混合物NaOH溶液[解析]稀硫酸能和碳酸钠反应制得二氧化碳，二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成不溶性的硅酸，该试验证明酸性：H2SO4>H2CO3>H2SiO3，则非金属性：S>C>Si，A项正确；Cu与浓硝酸反应生成NO2，且该装置无法收集NO，B项错误；二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，无法检验溶液X中含有COeq\o\al(2－,3)，C项错误；氯水把Na2SO3氧化成Na2SO4，D项错误。3．(2024·山东潍坊高三检测)锌与肯定浓度的硫酸溶液反应，可用如下装置探究反应产物，若试验在标准状况下进行，下列说法正确的是(C)A．硫酸在反应中只作氧化剂B．若6.5g锌与硫酸反应后，硫酸有剩余，氢氧化钠溶液增重为6.4g，此时无法确定量气管中是否收集到气体C．若ag锌与足量硫酸反应完全后，氢氧化钠溶液增重bg，量气管内收集到VmL气体，则eq\f(ag,65g·mol－1)＝eq\f(bg,64g·mol－1)＋eq\f(VmL,22400mL·mol－1)D．装有无水氯化钙的U形管撤走后，H2与SO2物质的量之比的测量结果偏大[解析]硫酸在与锌反应时，既作氧化剂，又表现酸性作用，A错误；6.5g(0.1mol)锌与硫酸反应生成SO2的反应方程式为Zn＋2H2SO4=ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，若NaOH溶液增重，则收集到6.4g(0.1mol)SO2，此时可确定，无H2产生，B错误；锌与硫酸反应生成H2～2e－，生成SO2～2e－，依据电荷守恒，可知eq\f(ag,65g·mol－1)＝eq\f(bg,64g·mol－1)＋eq\f(VmL,22400mL·mol－1)，C正确；无水氯化钙用于干燥产生的气体，若撤去U形管，会导致SO2测量结果偏大，则H2与SO2的物质的量之比测量结果偏小，D错误。4．(2024·山东济南月考)下图是试验室制备氯气并进行一系列相关试验的装置(夹持设备已略)。下列说法错误的是(C)A．装置A蒸馏烧瓶内的试剂可以是KMnO4B．装置B具有除杂和贮存气体的作用C．试验结束后，振荡D会视察到液体分层且下层呈紫红色D．利用该装置能证明氯、溴、碘的非金属性渐渐减弱[解析]依据装置图，装置A没有加热，故蒸馏烧瓶内的试剂可以是KMnO4，高锰酸钾与浓盐酸反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋5Cl2↑＋2MnCl2＋8H2O，A正确；制备的氯气中含有少量挥发出来的氯化氢气体，可用饱和食盐水除杂，关闭B和C之间的止水夹，装置B可用于贮存气体，故装置B具有除杂和贮存气体的作用，B正确；依据萃取原理，苯的密度比水小，故振荡D会视察到液体分层且上层呈紫红色，C错误；依据装置C、D中的颜色变更可知，装置A制备出来的氯气与装置C中的溴化钠反应生成溴单质，将生成的溴滴加到D装置，可生成碘单质，即利用该装置能证明氯、溴、碘的非金属性渐渐减弱，D正确。二、非选择题(本题包括2小题，共24分)5．(2024·山东淄博、滨州一模)二氧化氯是高效、低毒的消毒剂。已知：ClO2是极易溶于水的气体，试验室制备及性质探究装置如下图所示。回答下列问题：(1)装置B用于制备ClO2，同时还生成一种酸式盐，该反应的化学方程式为SO2＋H2SO4＋2KClO3=2KHSO4＋2ClO2。装置C中滴有几滴淀粉溶液，反应时有蓝色出现。淀粉的作用是通过检验I2的存在，证明ClO2有强氧化性。(2)C装置的导管靠近而不接触液面，其目的是防止倒吸。(3)用ClO2消毒自来水，其效果是同质量氯气的2.6倍(保留一位小数)。(4)装置D用于汲取尾气，若反应的氧化产物是一种单质，且氧化剂与氧化产物的物质的量之比是2︰1，则还原产物的化学式是NaClO2。(5)若将C装置中的溶液改为Na2S溶液，通入ClO2后溶液无明显现象。由此可以产生两种假设：假设a：ClO2与Na2S不反应。假设b：ClO2与Na2S反应。①你认为哪种假设正确，阐述缘由：假设b正确，S2－的还原性强于I－，所以ClO2也能氧化S2－或ClO2是强氧化剂，S2－具有强还原性。②请设计试验证明你的假设(仅用离子方程式表示)：SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓。[解析](1)装置B用于制备ClO2，同时还生成一种酸式盐，则B中发生反应：SO2＋H2SO4＋2KClO3=2KHSO4＋2ClO2。ClO2是一种黄绿色易溶于水的气体，具有强氧化性，所以C中发生氧化还原反应生成碘，装置C中滴有几滴淀粉溶液是为了检验生成的I2。(3)71g氯气的物质的量是1mol，可得到2mol电子；而71g二氧化氯的物质的量是eq\f(71g,67.5g/mol)≈1.05mol,1molClO2可得到5mol电子，所以消毒自来水时ClO2消毒的效率(以单位质量得到电子数表示)是Cl2的eq\f(1.05×5,2)≈2.6倍。(4)装置D用于汲取尾气，该反应中二氧化氯是氧化剂、H2O2是还原剂，且氧化剂与氧化产物的物质的量之比是2︰1，则氧化产物是氧气，还原产物为NaClO2，反应方程式为H2O2＋2ClO2＋2NaOH=2NaClO2＋O2↑＋2H2O。(5)①由于ClO2具有强氧化性，Na2S具有强还原性，二者不行能不反应，所以假设a错误，b正确。②ClO2氧化Na2S后溶液无明显现象，说明ClO2将S2－氧化生成更高价态的SOeq\o\al(2－,4)，可通过检验SOeq\o\al(2－,4)的存在以证明ClO2与Na2S发生氧化还原反应，所用试剂为稀盐酸和BaCl2溶液：Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓。[易错警示]性质探究试验的留意事项(1)在离子检验、气体成分检验的过程中，要严格驾驭检验的先后依次，防止各成分检验过程中的相互干扰。(2)若有水蒸气生成，先检验水蒸气，再检验其他成分，如C和浓硫酸的反应，产物有SO2、CO2和H2O(g)，通过试验可检验三种气体物质的存在，但SO2、CO2都要通过溶液进行检验，对检验H2O(g)有干扰。(3)对于须要进行转化才能检验的成分，如CO的检验，要留意先检验CO中是否含有CO2，假如有CO2，应先除去CO2再对CO实施转化，最终再检验转化产物CO2，如HOOC—COOHeq\o(→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(△))CO2↑＋CO↑＋H2O↑中CO的检验。(4)要重视试剂名称的描述，如有些试剂的精确描述为无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外还应留意某些仪器的规格。6．(2024·山东潍坊模拟)氯酸钾是一种重要的氧化剂，受热易分解。为充分利用资源，变废为宝，试验室以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下回答下列问题：(1)加热条件下氯化过程发生反应的化学方程式为6Cl2＋6Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O。(2)为保证氯化过程中Cl2反应充分，制Cl2时应实行的措施是限制活塞将浓盐酸缓慢而匀称地滴入三颈烧瓶中，导气口n后所连接装置合适的是cd(填序号)。(3)操作2包含一系列试验操作，主要为蒸发浓缩→降温结晶→过滤→洗涤→低温干燥。(4)下图是制备过程中处理尾气的部分装置。①B中溶液为氢氧化钠溶液。②A中装有蒸馏水，查阅资料可知次氯酸或氯气可被SO2，H2O2，FeCl2等物质还原成Cl－，请设计试验方案测定A中氯元素含量量取肯定量A中溶液于试管中，加入足量的H2O2溶液，充分振荡；加热除去过量的H2O2冷却，再加入足量的硝酸银溶液，过滤洗涤沉淀，干燥后称量沉淀质量。[解析](1)氯化过程中，反应物为Cl2和Ca(OH)2，生成物为Ca(ClO3)2、CaCl2和H2O，因此该反应的化学方程式为6Cl2＋6Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O；(2)欲使氯气充分反应，应减慢通入Cl2的速率，因此可通过限制活塞将浓盐酸缓慢而匀称地滴入三颈烧瓶中；为使Cl2充分反应，应增大氯气与电石渣浆的接触面积，因此可选用装置cd；(3)操作2是从溶液中获得晶体，因此其操作过程为蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、低温干燥；(4)①由于Cl2能与NaOH溶液反应，试验过程中常用NaOH溶液汲取过量的Cl2，装置B中为NaOH溶液；②欲测定氯元素的含量，可通过测定反应生成AgCl沉淀的质量进行计算，因此需先将A中氯元素全部转化为Cl－，再加入AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀，故其试验操作为：量取肯定量A中溶液于试管中，加入足量的H2O2溶液，充分振荡后，加热除去过量的H2O2，冷却后，再加入足量的AgNO3溶液，过滤后洗涤沉淀，干燥后称量沉淀的质量；最终结合氯元素守恒，计算A中氯元素的含量。B组实力提升题(60分)一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)1．(2024·河南郑州第一次质量预料)某爱好小组将表中所给混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，以探讨硫酸铜的浓度对稀硫酸与锌反应生成氢气速率的影响。下列推断错误的是(D)试验组别混合溶液1234564mol·L－1H2SO4溶液/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100A.V1＝30，V6＝10，V7＝20B．本试验利用了限制变量思想，变量为铜离子浓度C．反应一段时间后，试验1中的金属呈灰白色，试验6中的金属呈现红色D．该小组的试验结论是硫酸铜的浓度与生成氢气的速率成正比[解析]本题考查探究性试验，考查的核心素养是科学探究与创新意识。本试验利用限制变量思想，通过变更铜离子浓度，来探讨硫酸铜的浓度对反应速率的影响，B项正确；要探讨硫酸铜的浓度对反应速率的影响，则每组硫酸的量要保持相同，6组试验的总体积也应当相同，依据试验l和试验6的数据，可知V1＝30，V6＝10，V7＝20，A项正确；反应一段时间后，试验1中的金属为Zn，呈灰白色，试验6中的金属为Cu，呈红色，C项正确；硫酸铜的浓度较小时，锌与置换出的铜形成原电池，化学反应速率加快，硫酸铜的浓度较大时，锌与硫酸铜反应生成的铜会附着在锌上，阻碍锌与硫酸反应，氢气生成速率下降，故硫酸铜的浓度与生成氢气的速率不成正比，D项错误。2．(2024·北京西城区期末)下列试验装置正确的是(B)[解析]A项，二氧化氮能够与水反应，不能采纳排水集气法收集二氧化氮，错误；B项，氯化铵和氢氧化钙混合加热，生成氨气，氨气的密度比空气小，可以采纳向下排空气法收集，试管口塞棉花防止气体的对流，正确；C项，浓硫酸与乙醇加热时会产生二氧化硫等气体，二氧化硫也能使溴水褪色，应先除去杂质气体再进行检验，错误；D项，收集乙酸乙酯的导气管不能插入溶液中，简单产生倒吸现象，错误。3．(2024·北京等级考适应性考试)试验小组同学探究SO2与AgNO3溶液的反应，试验如下：①将SO2通入AgNO3溶液(pH＝5)中，得到无色溶液A和白色沉淀B；②取洗涤后的沉淀B，加入3mol/LHNO3，产生的无色气体遇空气变成红棕色；③向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀；取上层清液接着滴加BaCl2溶液，未出现白色沉淀。已知：ⅰ.经分析，沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物ⅱ.Ag2SO4微溶于水，Ag2SO3难溶于水下列说法不正确的是(D)A．通过测溶液A的pH无法推断①中硫元素是否被氧化B．通过②可知：沉淀B具有还原性C．③中加入过量盐酸的目的主要是除去溶液A中的Ag＋D．通过上述试验可推断①中所得白色沉淀中有Ag2SO4[解析]A项，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，使溶液pH降低，二氧化硫与硝酸根离子发生氧化还原反应生成H＋，pH也会降低，故单从pH无法推断，正确；B项，“无色气体遇空气变成红棕色”说明HNO3被还原为NO，沉淀B中应有还原性物质，正确；C项，③中加入BaCl2溶液的目的是为了检验溶液A中是否含有SOeq\o\al(2－,4)，则必需在加入BaCl2溶液之前用过量盐酸除去全部Ag＋，正确；D项，③中加入稀盐酸，产生白色沉淀氯化银，而再加氯化钡溶液没有沉淀，说明溶液中没有硫酸根离子，也说明①中二氧化硫并没有被氧化，则①所得沉淀中无Ag2SO4，错误。4．(2024·山东泰安一模)下列方案设计能达到试验目的的是(A)AB检验淀粉是否水解由褪色快慢探讨反应物浓度对反应速率的影响CD证明发生了取代反应验证Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Mg(OH)2][解析]淀粉水解时要用硫酸作催化剂，检验醛基前要先用NaOH调混合液pH至弱碱性或中性，再用新制氢氧化铜悬浊液检验，故A正确；若要达到试验目的，应设计成：高锰酸钾的物质的量相同，浓度不同的草酸溶液，且草酸要过量，故B错误；因为氯气能溶于水，故不能通过体积变更就断定发生了取代反应，故C错误；验证Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Mg(OH)2]，要先制得Mg(OH)2沉淀，再加入少量Cu2＋，若沉淀由白色转化成蓝色，则达到试验目的，故D错误。二、非选择题(本题包括2小题，共36分)5．(2024·山东等级考模拟)一般立德粉(BaSO4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下：(1)生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，缘由是反应中产生氢气，达肯定浓度后易爆炸，出现危急，须要通风。(2)加入锌粉的主要目的是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu(用离子方程式表示)。(3)已知KMnO4在酸性环境中被还原为Mn2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在碱性环境中被还原为MnOeq\o\al(2－,4)。据流程推断，加入KMnO4时溶液的pH应调至b；a．2.2～2.4b．5.2～5.4c．12.2～12.4滤渣Ⅲ的成分为MnO2和Fe(OH)3。(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1︰2，目的是避开产生CO等有毒气体；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液汲取，缘由是尾气中含有SO2等有毒气体。(5)一般立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%。高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉。所选试剂为ZnSO4、BaS、Na2S，反应的化学方程式为4ZnSO4＋BaS＋3Na2S=BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4(已知BaSO4的相对分子质量为233，ZnS的相对分子质量为97)。[解析]分析流程中的相关反应：反应器Ⅰ中粗氧化锌中所含Zn、CuO、FeO与硫酸反应，不溶性杂质以滤渣Ⅰ的形式过滤分别；反应器Ⅱ中用Zn置换溶液中Cu2＋；反应器Ⅲ中用KMnO4氧化Fe2＋，同时限制pH，在弱酸性、弱碱性环境中，产生MnO2和Fe(OH)3沉淀得到净化的ZnSO4溶液；反应器Ⅳ中BaSO4＋2C=BaS↓＋2CO2↑制备BaS；反应器Ⅴ用ZnSO4和BaS沉淀制备立德粉。所以反应器Ⅰ中Zn与硫酸反应产生氢气，保持强制通风，避开氢气浓度过大发生爆炸，出现危急。反应器Ⅱ除Cu2＋，Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu。反应器Ⅲ除Fe2＋，同时在弱酸性、弱碱性环境中KMnO4被还原为MnO2，以滤渣形式分别。反应器Ⅳ中BaSO4＋2C=BaS＋2CO2↑，BaSO4＋4C=BaS＋4CO↑，投料比要大于1︰2，避开产生CO等有毒气体；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，将BaS氧化产生SO2等有毒气体，需用碱液汲