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2014版化学复习方略(专题版):专题检测卷(十四) 专题五 第2讲 化学实验方案与设计(天津专供)


专题检测卷(十四) 化学实验方案与设计 (45 分钟 100 分)

一、选择题(本题包括 6 小题,每小题 6 分,共 36 分) 1.(2013·石家庄质检)以下进行性质比较的实验设计,不合理的是 A.比较 Cu、Fe2+的还原性:Cu 加入 FeCl3 溶液中 B.比较氯、溴的非金属性:氯气通入溴化钠溶液中 C.比较镁、铝的金属性:镁、铝(除氧化膜)分别

放入 4 mol·L-1 的 NaOH 溶液中 D.比较高锰酸钾、氯气的氧化性:高锰酸钾中加入浓盐酸 2.下列药品和装置合理且能完成相应实验的是 ( ) ( )

A.喷泉实验 B.实验室制取并收集氨气 C.制备氢氧化亚铁 D.验证苯中是否有碳碳双键

3.下列有关实验装置进行的相应实验,能达到实验目的的是

(

)

A.用图 1 所示装置除去 HCl 中含有的少量 Cl2 B.用图 2 所示装置将硫酸铜溶液蒸干,制备蓝矾 C.用图 3 所示装置可以完成“喷泉”实验

-1-

D.用图 4 所示装置制取并收集干燥纯净的 NH3 4.下述实验设计能够达到目的的是 编号 A B C D 实验目的 除去 CO2 中少量的 SO2 除去铜粉中混有的 CuO 检验溶液中是否含有 Fe2+ 证明 H2CO3 酸性比 H2SiO3 强 ( ) 实验设计 将混合气体通过饱和 Na2CO3 溶液 向混合物中滴加适量稀硝酸 向溶液中滴入氯水后,再滴加 KSCN 溶液 将 CO2 通入 Na2SiO3 溶液中

5.(2013·海南高考)下图所示仪器可用于实验室制备少量无水 FeCl3,仪器连接顺 序正确的是 ( )

A.a—b—c—d—e—f—g—h B.a—e—d—c—b—h—i—g C.a—d—e—c—b—h—i—g D.a—c—b—d—e—h—i—f 6.(2013·长春一模)下列实验设计与结论不相符的是 ( )

A.某溶液中加入 Ba(NO3)2 溶液,再滴加稀盐酸,出现白色沉淀且不溶解,则原溶液中 可能含有 S B.某气体使湿润的蓝色试纸变红,则该气体一定是酸性氧化物 C.乙醇中混有乙酸,加入氢氧化钠后蒸馏即得纯净的乙醇 D.在分液漏斗中加入溴水,然后加入适量 CCl4,振荡后静置,溴可萃取到 CCl4 中 二、非选择题(本题包括 3 小题,共 64 分) 7.(23 分)为探究足量锌与 18.4 mol·L-1 浓硫酸的反应,某研究小组进行如下实验。 【实验Ⅰ】反应生成物成分的定性探究 取 65.0 g 锌粒与 98%的浓硫酸(ρ =1.84 g·mL-1)110 mL 充分反应,锌全部溶解,对 于制得的气体,有同学认为可能混有杂质。 (1)研究小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是
-2-

(填分子式),产

生这种结果的主要原因是 方程式和必要的文字加以说明)。

(用化学

(2)为证实相关分析,该化学小组的同学设计实验,组装了如下装置,对所制的气体 进行探究。

①装置 C 中加入的试剂是 装置 D 中加入的试剂是 ②装置 F 中加入的试剂是 U 形管 G 的作用为 ③有同学认为 A、B 间应增加图中的甲装置,该装置的作用为 【实验Ⅱ】硫酸浓度与生成气体成分的定量探究

; 。 ; 。 。

为了定量测定浓硫酸具有强氧化性的最低浓度,设计的实验方案为取 18.4 mol·L-1 浓硫酸 amL 与足量的锌于 A 中反应,将生成的气体通入某溶液并测定 生成沉淀的质量。 (1)A 中产生的气体应通入上图中的 (填“乙”或“丙”)装置。

(2)有同学认为要减小实验误差,需要增加一个将反应生成的 SO2 全部排出的操作。 但也有同学认为没有必要,其理由是 。

8.(22 分)(2011·天津高考)某研究性学习小组为合成 1-丁醇,查阅资料得知一条 合成路线: CH3CH=CH2+CO+H2 CO 的制备原理:HCOOH CH3CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2OH;

CO↑+H2O,并设计出原料气的制备装置(如图)。

-3-

请填写下列空白: (1)实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、 2-丙醇,从中选择合适的试剂制 备氢气、丙烯,写出化学反应方程式: 。 (2) 若 用 以 上 装 置 制 备 干 燥 纯 净 的 CO, 装 置 中 a 和 b 的 作 用 分 别 是 是 , , ;c 和 d 中盛装的试剂分别 。 ;在虚线 ,

若用以上装置制备 H2,气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是 框内画出收集干燥 H2 的装置图。

(3)制丙烯时,还产生少量 SO2、CO2 及水蒸气,该小组用以下试剂检验这四种气体, 混合气体通过试剂的顺序是 ①饱和 Na2SO3 溶液 ③石灰水 ⑤品红溶液 (4)合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应 ,为增大反应速率和提高原料气的转 化率,你认为应该采用的适宜反应条件是 a.低温、高压、催化剂 c.常温、常压、催化剂 。 (填序号)。 ②酸性 KMnO4 溶液 ④无水 CuSO4

b.适当的温度、高压、催化剂 d.适当的温度、常压、催化剂

(5)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的 1-丁醇粗品。为纯化 1-丁醇,该小组查 阅文献得知:①R—CHO+NaHSO3(饱和) 丁醇 118℃,并设计出如下提纯路线: RCH(OH)SO3Na↓;②沸点:乙醚 34℃,1-

-4-

试剂 1 为

,操作 1 为

,操作 2 为

,操作 3 为



9.(19 分)(2013·池州一模)钨是我国丰产元素,是熔点最高的金属,广泛用于拉制 灯泡的灯丝,有“光明使者”的美誉。钨在自然界主要以钨(+6 价)酸盐的形式存 在。有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。白钨矿的主要成分是钨酸钙(CaWO4); 黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,化学式常写成(Fe,Mn)WO4。黑钨矿传统冶炼 工艺的第一阶段是碱熔法:

其中 A、B、C 都是钨的化合物。回答: (1)碱熔时,钨酸亚铁转化为氧化铁和钨酸钠,写出相应反应的化学方程式 。 (2)操作 2 的名称是 ,实验室中证明沉淀 B 是否洗净的方法是 。 ;

实验室中焙烧需要的主要仪器有 (3)写出用氢气还原氧化钨制取金属钨的化学方程式:

; 为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨 , 不宜用碳而必须用氢气作还原剂 , 因 为 。

(4)某种蓝色氧化钨的化学式可以表示为 WO2.8,一般认为,蓝色氧化钨的颜色和非整 比暗示了在化合物中存在五价和六价两种价态的钨。则蓝色氧化钨中五价钨与六 价钨的原子数目之比为 ∶ 。

-5-

答案解析 1.【解析】选 C。若溶液变蓝,说明氯化铁能腐蚀单质铜,则 Cu 是还原剂、Fe3+是氧 化剂、Fe2+是还原产物,由于反应中还原剂的还原性大于还原产物的还原性,因此能 比较 Cu、Fe2+的还原性,故 A 合理;若无色溶液变为淡黄色,说明氯气能从盐中置换 出单质溴,则氯气是氧化剂、溴离子是还原剂、单质溴是氧化产物 ,由于反应中氧 化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性 ,则单质氯的氧化性大于单质溴 ,所以氯元素 的非金属性比溴强,故 B 合理;元素金属性强弱可以根据其单质与酸反应置换出氢 的难易程度来判断,因此可将镁、铝(除氧化膜)分别放入稀盐酸或稀硫酸中,根据 置换出氢的难易程度可以比较镁、铝金属性,故 C 不合理;若产生黄绿色气体,说明 高锰酸钾能氧化 HCl,则高锰酸钾是氧化剂、HCl 是还原剂、氯气是氧化产物,因此 能比较高锰酸钾、氯气的氧化性,故 D 合理。 2.【解析】选 D。本题考查化学实验基本操作(物质的制备、性质验证等)。NO 不 溶于水,也不与水反应,故不能用于喷泉实验,A 项错误;加热固体混合物时,试管口 应向下倾斜,B 项错误;Fe(OH)2 具有较强的还原性,应将滴管插入液面以下,C 项错 误;通过溴水或酸性高锰酸钾溶液是否褪色,可以验证苯环中是否有碳碳双键,D 项 正确。 3.【解析】选 C。A 适合除去氯气中含有的少量氯化氢气体;用图 2 装置制备蓝矾 时,当有大量晶体析出时停止加热,用余热蒸干;D 氨气密度比空气小,应用向下排 空气法收集。 4. 【解析】 选 D。 A 中除去 CO2 中少量的 SO2,可将混合气体通过饱和的 NaHCO3 溶液,A 错误;B 中除去铜粉中混有的 CuO,可向混合物中滴加适量稀盐酸,而不能用稀硝酸, 因为 Cu 也能与稀硝酸反应,B 错误;C 中检验溶液中是否含有 Fe2+,应先向溶液中滴 加 KSCN 溶液,若无明显现象,再向溶液中滴入氯水,若溶液变为红色则说明溶液中 含有 Fe ,C 错误;D 中实验设计能够达到目的,D 正确。 5.【解析】选 B。根据实验目的和所给仪器药品应首先制得氯气,然后再将氯气与 铁粉反应,制取 FeCl3,最后用 NaOH 溶液吸收多余的氯气防止污染环境。由于制得 的氯气中含有 HCl、H2O 等杂质,所以与铁反应之前应先用饱和 NaCl 溶液吸收挥发 出的 HCl,然后用浓硫酸干燥。连接仪器时应注意长管进气,短管出气。 6.【解析】选 B。酸性条件下,N 可以将 S 氧化为 S ;使湿润的蓝色试纸
2+

-6-

变红的气体可以是酸性氧化物 , 也可以是其他酸性气体 , 如 HCl 、HNO3 等; 乙酸与 NaOH 生成高沸点的盐;溴在四氯化碳中的溶解度很大,且四氯化碳与水互不相溶, 四氯化碳可以作为萃取剂。 7.【解析】 【实验Ⅰ】(1)随着反应的进行,浓硫酸的浓度会逐渐变小,Zn 与稀硫酸 反应得到的气体是 H2,反应的方程式为 H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑。 (2)B 装置放置的品红溶液是为了检验 SO2 气体,C 装置放置的是 NaOH(或 KMnO4)溶液, 目的是吸收混合气体中的 SO2,D 装置的浓硫酸吸收水蒸气,避免其干扰 H2 和 CuO 的 反应,否则 F 中的 CuSO4 变蓝就不能确定是 H2 和 CuO 反应生成的 H2O,G 的作用是防 止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验;为防止 B 装置发生倒吸,在 A 与 B 之间加一 个防倒吸的装置。 【实验Ⅱ】(1)SO2 与 BaCl2 溶液不反应,不能得到沉淀,故选丙装置。 (2)随着反应的进行,稀硫酸与 Zn 反应得到的 H2 会将反应得到的 SO2 全部排入到丙 装置中,没有必要增加其他装置或反应。 答案:【实验Ⅰ】 (1)H2 随着反应的进行,硫酸溶液浓度变稀,发生反应:

H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑ (2)①足量 NaOH(或 KMnO4)溶液 ②无水 CuSO4(或无水硫酸铜) ③防止倒吸 【实验Ⅱ】 (1)丙 (2)后产生的氢气会将二氧化硫全部排入丙中 【解题技巧】实验的设计与探究注意的问题 (1)对实验方案的探究,首先要明确实验目的和要求,然后结合问题,运用有关化学 知识和实验技能,对实验的仪器、步骤、方法进行逐步的分析。其中 ,有关方案的 设计要特别明确:原理要有科学性,不能凭空捏造,不能脱离实际,所选方案应是在 现实条件下能够完成的。实验装置要简便易行 ,操作必须安全可靠,效果要明显。 (2)要善于对实验所得出的事实证据通过比较、归纳、概括、总结等方式进行处理, 从而得出科学的结论,并由此解释化学现象,说明问题。 浓硫酸 防止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验

-7-

8. 【解析】(1)氢气可用活泼金属锌与非氧化性酸盐酸通过置换反应制备,氧化性 酸如硝酸和浓硫酸与锌反应不能产生氢气,化学方程式为 Zn+2HCl H2↑;2-丙醇通过消去反应即得到丙烯,化学方程式为:(CH3)2CHOH CHCH3↑+H2O; (2)甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成 CO,由于甲酸易挥发,产生的 CO 中 必然会混有甲酸,所以在收集之前需要除去甲酸,可以利用 NaOH 溶液吸收甲酸。又 因为甲酸易溶于水,所以必须防止液体倒流,即 b 的作用是防止倒吸,最后通过浓硫 酸干燥 CO。为了使产生的气体能顺利地从发生装置中排出,就必须保持压强一致, 因此 a 的作用是保持恒压;若用以上装置制备氢气,就不再需要加热,所以此时发 生装置中的玻璃仪器名称是分液漏斗和蒸馏烧瓶;氢气密度小于空气的密度,因此 要收集干燥的氢气,就只能用向下排空气法,而不能用排水法收集; (3)检验丙烯可以用酸性 KMnO4 溶液,检验 SO2 可以用酸性 KMnO4 溶液、 品红溶液或石 灰水,检验 CO2 可以用石灰水,检验水蒸气可以用无水 CuSO4,所以检验这四种气体必 须考虑试剂的选择和顺序。只要通过溶液 ,就会产生水蒸气,因此先检验水蒸气; 然后检验 SO2 并在检验之后除去 SO2,除 SO2 可以用饱和 Na2SO3 溶液,还应再用品红溶 液验证 SO2 是否除净,最后检验 CO2 和丙烯,因此顺序为④⑤①⑤③②; (4)由于反应是一个体积减小的可逆反应 , 所以采用高压 ,有利于增大反应速率和 提高原料气的转化率;正向反应是放热反应,虽然低温有利于提高原料气的转化率, 但不利于增大反应速率,因此要采用适当的温度;催化剂不能提高原料气的转化率, 但有利于增大反应速率,缩短达到平衡所需的时间,故正确选项是 b; (5)根据信息可知正丁醛会和饱和 NaHSO3 溶液反应得到钠盐沉淀,故试剂 1 为饱和 NaHSO3 溶液,操作 1 是过滤;滤液是 1-丁醇的水溶液,加入乙醚进行萃取后分液,故 操作 2 是萃取; 有机层经过干燥之后,再利用 1-丁醇和乙醚的沸点差异进行蒸馏分 离。 答案:(1)Zn+2HCl (CH3)2CHOH (2)保持恒压 ZnCl2+H2↑ ZnCl2+ CH2=

CH2 CHCH3↑+H2O 防倒吸 NaOH 溶液 浓硫酸

分液漏斗、蒸馏烧瓶

-8-

(3)④⑤①⑤③②

(4)b 过滤 萃取 蒸馏

(5)饱和 NaHSO3 溶液

9.【解析】本题是工艺流程题,考查了化学实验基本操作、方程式的书写、计算等。 (1)根据题意该反应是氧化还原反应,其中氧气为氧化剂,Fe2O3 为氧化产物,反应为 4FeWO4+8NaOH+O2 4Na2WO4+2Fe2O3+4H2O。 (2)根据流程可知操作 2 为过滤,取最后一

次洗涤液,加硝酸酸化的硝酸银溶液,若未见白色沉淀,则沉淀洗涤干净。焙烧用到 的仪器有坩埚、三脚架、泥三角、坩埚钳、酒精灯。(3)用碳作还原剂会引入碳杂 质。(4)+6 价 W 的氧化物为 WO3,+5 价 W 的氧化物为 W2O5,看作 WO2.5,根据十字交叉

法:

,+5 价 W 与+6 价 W 的原子个数比为 2∶3。 4Na2WO4+2Fe2O3+4H2O

答案:(1)4FeWO4+8NaOH+O2 (2)过滤

取最后一次洗涤液,滴加硝酸酸化后再滴入硝酸银溶液

酒精灯、坩埚、泥三角、铁架台或三脚架 (3)WO3+3H2 W+3H2O

氢气还原时氢气和生成的水不会成为钨中的杂质 , 而用碳还原时生成的钨中可能 会含有碳杂质(只要答出不引入杂质的含义即可) (4)2 3

-9-


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