2018年化学高考题分类解析考点20 化学实验方案的设计与评价

高考试题分类解析PAGE考点20化学实验方案的设计与评价一、选择题1.(2018·天津高考·4)由下列实验及现象推出的相应结论正确的是 ()实验现象结论A.某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀原溶液中有Fe2+,无Fe3+B.向C6H5ONa溶液中通入CO2溶液变浑浊酸性:H2CO3>C6H5OHC.向含有ZnS和Na2S的悬浊液中滴加CuSO4溶液生成黑色沉淀Ksp(CuS)<Ksp(ZnS)D.①某溶液中加入Ba(NO3)2溶液②再加足量盐酸①产生白色沉淀②仍有白色沉淀原溶液中有SO【命题意图】本题考查实验操作、现象与结论的分析,意在考查学生辨析实验基本操作及分析能力。【解析】选B。某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,能判断原溶液中有Fe2+,不能判断是否含有Fe3+,A错误;向苯酚钠溶液中通入CO2,溶液变浑浊,说明生成了苯酚,根据强酸制取弱酸的原理,得酸性:碳酸大于苯酚,B正确;向含有ZnS和Na2S的悬浊液中滴加CuSO4溶液,生成黑色沉淀是CuS,因Na2S溶于水,c(S2-)大,容易和Cu2+反应生成CuS,所以不能推出Ksp(CuS)、Ksp(ZnS)相对大小,C错误;D项无法排除SO32-【易错警示】SO42-的检验方法:先加稀盐酸无现象(排除碳酸根离子和银离子的干扰),再加BaCl2溶液,有白色沉淀生成,证明含有S2.(2018·江苏高考·12)根据下列实验操作和现象所得出的结论正确的是()选项实验操作和现象结论A向苯酚浊液中滴加Na2CO3溶液,浊液变清苯酚的酸性强于H2CO3的酸性B向碘水中加入等体积CCl4,振荡后静置,上层接近无色,下层显紫红色I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度C向CuSO4溶液中加入铁粉,有红色固体析出Fe2+的氧化性强于Cu2+的氧化性D向NaCl、NaI的混合稀溶液中滴入少量稀AgNO3溶液,有黄色沉淀生成Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)【命题意图】本题考查实验方案的评价,中等难度。【解析】选B。A项,苯酚与Na2CO3溶液反应生成苯酚钠和NaHCO3,苯酚钠为澄清溶液,该实验只能说明苯酚的酸性强于HCO3-,但不能说明酸性强于H2CO3,错误;B项,I2易溶于CCl4,在碘水中加入CCl4,振荡后,I2可进入CCl4中,该过程称为萃取,正确;C项,Fe置换出溶液中的Cu2+,方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu,Cu2+为氧化剂,Fe2+为氧化产物,根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性知,氧化性:Cu2+>Fe2+,错误;D项,NaCl和NaI的起始浓度未知,如果I-浓度远大于Cl-,则加入AgNO3溶液时,优先生成AgI沉淀,不能说明AgI溶度积较小,【易错警示】本题D项,不能说先生成黄色的AgI沉淀,就证明Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),因为没有说混合溶液中c(Cl-)、c(I-)浓度相等。在比较两者的Ksp时,必须强调两者浓度相等。3.(2018·全国卷Ⅰ·7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:下列叙述错误的是 ()A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【命题意图】通过流程考查环境保护、资源利用以及元素化合物等知识。【解析】选D。由于废旧电池中含有重金属离子等物质,所以合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用,A正确;根据流程可知,正极片中的金属元素主要有Al、Fe、Li三种,所以从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li,B正确;由于含磷酸亚铁锂滤渣被混酸溶解,而混酸具有强氧化性,所以溶解后铁元素以Fe3+的形式存在,故“沉淀”反应的金属离子为Fe3+,C正确;由于硫酸锂是可溶性盐,所以用硫酸钠代替碳酸钠无法沉淀锂离子,D错误。【易错警示】本题易错选B,主要原因是审题不认真,认为磷酸亚铁锂中只含有锂和铁两种金属,所以“正极片”中也只含有这两种金属而出错。二、非选择题4.(2018·全国卷Ⅱ·28)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为。

(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。通入氮气的目的是

。

②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有、。

③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是。

④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是:。

(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量mg样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是。

②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的表达式为。

【命题意图】本题考查综合实验的探究能力。【解析】(1)题目给出K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂,因此显色反应只能为FeC2O4与K3[Fe(CN)6]反应,其方程式为3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4。(2)①三草酸合铁酸钾的化学式为K3[Fe(C2O4)3]·3H2O,根据题目中②和④的叙述其分解产物中含有CO、CO2、FeO和Fe2O3等,因此通入氮气的作用是将装置内的空气排出以隔绝空气,同时将产生的气体全部赶到后续的实验装置中。②B中澄清石灰水变浑浊,说明三草酸合铁酸钾分解产生了CO2;装置E中的CuO固体变为红色,F中澄清石灰水变浑浊,说明三草酸合铁酸钾分解产生了CO。③停止实验时,若先使装置A、E处的酒精灯停止加热,会使装置内的温度降低,导致装置内的压强减小,从而产生倒吸,因此为防止产生倒吸,应继续通入氮气直至装置冷却。④装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,因此应先取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,然后再滴入KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3。(3)①滴定至终点时溶液中的Fe2+消耗完,因此再滴入KMnO4不再反应,此时溶液中呈浅红色或粉红色,且半分钟内不褪色。②在此滴定反应中KMnO4作氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,而自身被还原为Mn2+,因此根据氧化还原反应中的电子守恒可以得出5n(KMnO4)=n(Fe2+),因此有5×cmol·L-1×V×10-3L=n(Fe2+),所以晶体中铁的质量分数的表达式为5×cmol答案:(1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3(3)①粉红色出现②5cV×56m×1【题后反思】常见固体的检验答题模板为“取固体,加溶剂溶解、加试剂、说现象、得结论”。如本题中,取固体加入稀硫酸溶解,取少量溶解后的溶液于试管中,加入KSCN溶液,若溶液显红色,则证明含有Fe2O3;另取少量溶液于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,若紫红色变浅或褪去,则证明溶液中含有FeO。5.(2018·全国卷Ⅲ·27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO3的化学名称是。

(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是。“滤液”中的溶质主要是。“调pH”中发生反应的化学方程式为。

(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。

③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有(写出一点)。

【命题意图】本题考查无机工艺流程知识,意在考查学生利用所学元素化合物和电化学知识解决工业实际问题的能力。【解析】(1)KIO3中碘元素的化合价为+5价,IO3-是碘酸根,故KIO(2)气体在水中的溶解度随温度的升高而降低,可用加热的方法逐出Cl2。结合题中所给信息,“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl,Cl2被逐出,KH(IO3)2用于后续反应制备KIO3,所以滤液的主要成分是KCl。由酸式盐KH(IO3)2来制备KIO3,碘元素无化合价改变,所以调节pH应加入碱KOH,故反应方程式为KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(3)①该装置为电解池,电解时阴极电解质为KOH,水中氢离子放电,故电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极,故K+由a到b③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处:产生Cl2易污染环境、操作步骤复杂等。答案:(1)碘酸钾(2)加热KClKH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O(3)①2H2O+2e-2OH-+H2↑②K+a到b③产生Cl2易污染环境(答案合理即可)【答题规则】(1)除杂:除去……中的……(2)干燥:除去……气体中的水蒸气,防止……(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施:搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或固液接触面积。(4)加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于平衡向生成物方向)移动。(5)温度不高于××℃的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法:蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法:蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。(8)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀,调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱,以避免引入新的杂质;pH分离时的范围确定:pH过小导致某离子沉淀不完全,pH过大导致主要离子开始沉淀。(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解。(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法:将溶液静置一段时间后,向上层清液中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。(11)洗涤沉淀:沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。(13)洗涤沉淀的目的:除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。(14)冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。(15)乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。(16)蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解。(17)事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止某物质被氧化。6.(2018·北京高考·28)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。(1)制备K2FeO4(夹持装置略)①A为氯气发生装置。A中反应方程式是

(锰被还原为Mn2+)。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有。

(2)探究K2FeO4的性质①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:方案Ⅰ取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色。方案Ⅱ用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生。i.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由产生(用方程式表示)。ii.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是。

②根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2FeO42-(填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和FeO42-③资料表明,酸性溶液中的氧化性FeO42->MnO4-,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性FeO42->MnO4-。若能,请说明理由【命题意图】本题考查了实验方案设计与评价、含铁化合物、Cl2、氧化还原反应等的相关知识,意在考查化学实验设计与科学探究能力、分析问题和解决问题的能力。【解题关键】解答本题需要注意以下点:(1)装置C中存在过量KOH,Cl2能与KOH反应。(2)K2FeO4具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,根据氧化还原反应原理可知,铁元素价态降低,生成Fe3+。【解析】(1)①A中KMnO4与浓盐酸反应,锰被还原为Mn2+,故反应方程式是2KMnO4+16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O。②Cl2中混有HCl,可用饱和食盐水除去,故除杂装置B为。③由图示信息,溶液中有KOH,故还有Cl2与KOH之间的歧化反应:Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。(2)①“取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色”,说明a中含Fe3+,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,因为K2FeO4具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,还可能由4FeO42-+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O产生。K2FeO4在碱性溶液中较稳定。ClO-与Cl-在酸性条件下反应生成Cl2,用KOH溶液洗涤的目的是排除ClO-的干扰。②K2FeO4的制备实验中,溶液呈碱性,发生反应3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,故氧化性:Cl2>FeO42-。实验Ⅱ中加入了盐酸,溶液的酸碱性发生变化,Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系发生变化。③若能证明,根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2,最后溶液中不存在FeO42-,溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色,说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4-,所以该实验方案能证明氧化性FeO42->MnO4-。(或不能证明,因溶液b呈紫色,溶液b滴入MnSO4和H2SO4答案:(1)①2KMnO4+16HCl(浓)2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O②③Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O(2)①i.Fe3+4FeO42-+20H+4Fe3++3O2↑+10Hii.排除ClO-的干扰②>溶液的酸碱性不同③能证明,理由:FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液浅紫色一定是(或不能证明,方案:向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色)7.(2018·天津高考·9)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,其作用是。

(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,其作用是与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完全被氧化为NO3-,加水稀释至100.00mL。量取20.00mL该溶液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NO3-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++NO3-+4H+NO↑+3Fe3++2H2Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H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,会使测试结果。若FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果。

【命题意图】本题主要考查元素化合物以及实验设计的知识,重点考查学生对实验装置的评价、氧化还原反应、离子方程式的书写、滴定应用以及水溶液中的电离平衡等相关知识的迁移应用能力。【解析】(1)A是过滤器,装有无碱玻璃棉,其作用是过滤除去粉尘。(2)C是干燥器,除去水蒸气,但填充的干燥剂不能与烟道气中的NOx反应,应选酸性干燥剂,CuSO4不是干燥剂,故选五氧化二磷(P2O5)。(3)D中装有碱液,作用是吸收NOx,可以用洗气瓶代替。(4)NO2能与水反应,采样步骤②加热烟道气的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NO3-,H2O2被还原,离子方程式是2NO+3H2O22H++2NO3-(6)滴定操作时,量取的20.00mL溶液和加入的FeSO4标准溶液放在锥形瓶中,K2Cr2O7标准溶液盛放在酸式滴定管中。(7)根据方程式得关系式:Cr2O72-~6Fe2+,求得K2Cr2O7标准溶液消耗n(Fe2+)=6c2V2则NO3-消耗n(Fe2+)=(c1V1-6c2V2)×10-3mol,根据关系式3Fe2+~NO3-得n(NO3-)=13(c1V1-6c2V2)×10-3mol,气样中的n(NOx)=n(NO2)=n(NO3-)=13(c1V1-6c2V2)×10-3mol,m(NO2)=13(c1V1-6c2V2)×46mg,VL气样中含m(NO2)=13(c1m3气样中含m(NO2)={[13(c1V1-6c2V2)×46×10020×103]÷V}mg=23×(c1(8)若缺少采样步骤③打开抽气泵置换系统内空气,系统内的烟道气不能被全部测定,会使测试结果偏低;若FeSO4标准溶液部分变质,消耗FeSO4标准溶液的体积增大,会使测定结果偏高。答案:(1)除尘(2)c(3)(4)防止NOx溶于冷凝水(5)2NO+3H2O22H++2NO3-+2H2(6)锥形瓶、酸式滴定管(7)23×(c(8)偏低偏高8.(2018·江苏高考·19)以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下:已知:①Cl2+2OH-ClO-+Cl-+H2O是放热反应。②N2H4·H2O沸点约118℃,具有强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。(1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时,若温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是