2010-2019年高考化学真题分类训练专题16 实验方案的设计与评价(含解析)
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1、十年高考真题分类汇编十年高考真题分类汇编(2010-2019) 化学化学 专题专题 16 实验方案的设计与评价实验方案的设计与评价 题型一:题型一:制备实验方案的设计与评价制备实验方案的设计与评价. .1 题型二:题型二:化学实验的基本操作化学实验的基本操作.83 题型一:题型一:制备实验方案的设计与评价制备实验方案的设计与评价 1.(2019 全国全国 12)下列实验不能达到目的的是 选项 目的 实验 B 加快氧气的生成速率 在过氧化氢溶液中加入少量MnO2 C 除去乙酸乙酯中的少量乙酸 加入饱和碳酸钠溶液洗涤、分液 D 制备少量二氧化硫气体 向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸 【答案】【答案】
2、A 【解析】【解析】本题考查化学实验方案的评价,考查的核心素养是科学探究与创新意识。Cl2与水反应生成 HCl 和 HClO, 且该反应为可逆反应, Na2CO3水解使溶液呈碱性, 水解产生的 OH-能同时消耗 HCl 和 HClO, A 符合题意;向过氧化氢溶液中加入少量 MnO2能加快 H2O2的分解,从而加快氧气的生成速率,B 不符 合题意;饱和碳酸钠溶液可除去乙酸乙酯中的少量乙酸,而且能降低乙酸乙酯的溶解度,便于分液,C 不 符合题意;向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸,符合用强酸制备弱酸的原理,可制备少量二氧化硫气体,D 不符合题意。 2.(2019 江苏江苏 13)室温下进行下列实验,
3、根据实验操作和现象所得到的结论正确的是 选项 实验操作和现象 结论 A 向X溶液中滴加几滴新制氯水,振荡,再加入少 量KSCN溶液,溶液变为红色 X溶液中一定含有Fe2+ B 向浓度均为0.05 mol L1的NaI、NaCl混合溶液中 滴加少量AgNO3溶液,有黄色沉淀生成 Ksp(AgI)Ksp(AgCl) C 向3 mL KI溶液中滴加几滴溴水,振荡,再滴加 1mL淀粉溶液,溶液显蓝色 Br2的氧化性比I2的强 D 用pH试纸测得:CH3COONa溶液的pH约为9, NaNO2溶液的pH约为8 HNO2电 离 出 H+的 能 力 比 CH3COOH的强 【答案】【答案】C 【解析】【解析
4、】A.先滴加氯水,再加入 KSCN 溶液,溶液变红,说明加入 KSCN 溶液前溶液中存在 Fe3+,而此时 的 Fe3+是否由 Fe2+氧化而来是不能确定的,所以结论中一定含有 Fe2+是错误的,故 A 错误;B. 黄色沉淀 AgI,说明加入 AgNO3溶液优先形成 AgI 沉淀,AgI 比 AgCl 更难溶,AgI 与 AgCl 属于同种类型,则说明 Ksp(AgI) H2CO3,NaHCO3+ H2C2O4NaHC2O4+CO2+H2O CH2C2O4具有还原性,2 4 MnO +5 2 24 C O +16H+2Mn2+10CO2+ 8H2O DH2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOO
5、H+2C2H5OHC2H5OOCCOOC2H5+2H2O 【答案】【答案】C 【解析】【解析】A.H2C2O4为二元弱酸,能与氢氧化钙溶液发生中和反应,生成白色沉淀草酸钙和水,因此含酚酞 的氢氧化钙溶液碱性逐渐减弱,溶液红色退去,故 A 正确;B.产生气泡证明有 CO2 产生,因此可证明酸性 H2C2O4H2CO3,反应方程式为:H2C2O4+2NaHCO3=Na2C2O4+2CO2 +2H2O 或,H2C2O4+NaHCO3=NaHC2O4+2CO2 +2H2O, 故B正确; C.0.1 mol L1 H2C2O4的pH=1.3,说明草酸为弱酸, 故在其参与的离子方程式中要写其化学式,不能用
6、草酸根表示,故 C 不正确;D.草酸(又称乙二酸),其中含 有羧基,因此其能发生酯化反应,反应方程式正确,故 D 正确;本题选不正确的,应选 C。 【点睛】【点睛】本题考查草酸的性质和离子反应方程式的书写,侧重考查学生的分析能力和元素化合物知识的综 合理解和运用。 4.(2019 天津天津 9)环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下: 回答下列问题: 环己烯的制备与提纯 (1)原料环己醇中若含苯酚杂质,检验试剂为_,现象为_。 (2)操作 1 的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。 烧瓶 A 中进行的可逆反应化学方程式为_,浓硫酸也可作该反应的催化剂,选 择 32 FeCl6H O而不
7、用浓硫酸的原因为_(填序号)。 a浓硫酸易使原料炭化并产生 2 SO b 32 FeCl6H O污染小、可循环使用,符合绿色化学理念 c同等条件下,用 32 FeCl6H O比浓硫酸的平衡转化率高 仪器 B 的作用为_。 (3)操作 2 用到的玻璃仪器是_。 (4)将操作 3(蒸馏)的步骤补齐:安装蒸馏装置,加入待蒸馏的物质和沸石,_,弃去前馏分,收 集 83的馏分。 环己烯含量的测定 在一定条件下, 向ga环己烯样品中加入定量制得的 2 mol Brb, 与环己烯充分反应后, 剩余的 2 Br与足量KI 作用生成 2 I,用 1 mol Lc 的 223 Na S O标准溶液滴定,终点时消耗
8、 223 Na S O标准溶液mLv(以上数据均已 扣除干扰因素)。 测定过程中,发生的反应如下: 22 Br2KII2KBr 2223246 I2Na S O2NaINa S O (5)滴定所用指示剂为_。样品中环己烯的质量分数为_(用字母表示)。 (6)下列情况会导致测定结果偏低的是_(填序号)。 a样品中含有苯酚杂质 b在测定过程中部分环己烯挥发 c 223 Na S O标准溶液部分被氧化 【答案】【答案】(1) 3 FeCl溶液(1 分) 溶液显紫色(1 分) (2) (2 分) a、b(2 分) 减少环己醇蒸出(2 分) (3)分液漏斗、烧杯(2 分)(4)通冷凝水,加热(2 分)
9、(5)淀粉溶液(1 分) 82 2000 cv b a (3 分)(6)b、c(2 分) 【解析】 I.(1)检验苯酚的首选试剂是 FeCl3溶液,原料环己醇中若含有苯酚,加入 FeCl3溶液后,溶液将显 示紫色; (2)从题给的制备流程可以看出,环己醇在 FeCl3 6H2O 的作用下,反应生成了环己烯,对比环己醇和环己 烯的结构,可知发生了消去反应, 反应方程式为:, 注意生成的小分子水勿漏写, 题目已明确提示该反应可逆,要标出可逆符号,FeCl3 6H2O 是反应条件(催化剂)别漏标;此处用 FeCl3 6H2O 而不用浓硫酸的原因分析中:a 项合理,因浓硫酸具有强脱水性,往往能使有机物
10、脱水至炭化,该过程中放 出大量的热,又可以使生成的炭与浓硫酸发生反应:C+2H2SO4(浓) CO2+SO2+2H2O;b 项合理,与 浓硫酸相比,FeCl3 6H2O 对环境相对友好,污染小,绝大部分都可以回收并循环使用,更符合绿色化学理 念;c 项不合理,催化剂并不能影响平衡转化率; 仪器 B 为球形冷凝管,该仪器作用除了导气外,主要作用是冷凝回流,尽可能减少加热时反应物环己 醇的蒸出,提高原料环己醇的利用率; (3)操作 2 实现了互不相溶的两种液体的分离,应是分液操作,分液操作时需要用到的玻璃仪器主要有分液 漏斗和烧杯; (4)题目中已明确提示了操作 3 是蒸馏操作。蒸馏操作在加入药品
11、后,要先通冷凝水,再加热;如先加热再 通冷凝水,必有一部分馏分没有及时冷凝,造成浪费和污染; II.(5)因滴定的是碘单质的溶液,所以选取淀粉溶液比较合适;根据所给的式和式,可知剩余的 Br2与反 应消耗的 Na2S2O3的物质的量之比为 1:2,所以剩余 Br2的物质的量为:n(Br2)余= 1 2 cmol L-1 vmL 10-3L mL-1= 2000 cv mol,反应消耗的 Br2的物质的量为(b- 2000 cv )mol,据反应式中环己烯 与溴单质 1:1 反应,可知环己烯的物质的量也为(b- 2000 cv )mol,其质量为(b- 2000 cv ) 82g,所以 ag 样
12、品中 环己烯的质量分数为: () 82 2000 cv b a 。 (6)a 项错误,样品中含有苯酚,会发生反应:,每反应 1molBr2, 消耗苯酚的质量为 31.3g; 而每反应 1mol Br2, 消耗环己烯的质量为 82g; 所以苯酚的混入, 将使耗 Br2增大, 从而使环己烯测得结果偏大;b 项正确,测量过程中如果环己烯挥发,必然导致测定环己烯的结果偏低;c 项正确,Na2S2O3标准溶液被氧化,必然滴定时消耗其体积增大,即计算出剩余的溴单质偏多,所以计算得 出与环己烯反应的溴单质的量就偏低,导致最终环己烯的质量分数偏低。 【点睛】【点睛】向规范、严谨要分数。要注意题设所给的引导限定
13、词语,如可逆、玻璃等,这些是得分点, 也是易扣分点。 要计算样品中环己烯的质量分数,只需要算出环己烯的物质的量即可顺利求解。从所给的 3 个反应方程 式可以得出:2Na2S2O3I2Br2,将相关已知数据代入计算即可。 对于 a 项分析,要粗略计算出因苯酚的混入,导致单位质量样品消耗溴单质的量增加,最终使测得环 己烯的结果偏高。 5.(2019 江苏江苏 19)实验室以工业废渣(主要含CaSO4 2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3 和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下: (1)室温下,反应CaSO4(s)+ 2 3 CO (aq)CaCO3(s)+
14、 2 4 SO (aq)达到平衡,则溶液中 2 4 2 3 SO CO c c = Ksp(CaSO4)=4.8 105,Ksp(CaCO3)=3 109。 (2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为 ;浸取废渣时,向 (NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是 。 (3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在6070 ,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致 CaSO4的转化率下降, 其原因是 ; 保持温度、 反应时间、 反应物和溶剂的量不变, 实验中提高CaSO4 转化率的操作有 。 (4)滤渣水洗后, 经多步处理得到制备轻质 CaCO3所需
15、的 CaCl2溶液。 设计以水洗后的滤渣为原料, 制取 CaCl2 溶液的实验方案: 已知 pH=5 时 Fe(OH)3和 Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5 时 Al(OH)3开始溶解。实 验中必须使用的试剂:盐酸和 Ca(OH)2。 【答案】【答案】(1)1.6 104(3 分) (2) 3 HCO +NH3 H2O + 4 NH+ 2 3 CO +H2O(或 3 HCO +NH3 H2O + 4 NH+ 2 3 CO +H2O) 增加溶液中 2 3 CO 的浓度,促进CaSO4的转化(3分) (3)温度过高,(NH4)2CO3分解 (2分) 加快搅拌速率(2分) (4)在搅拌下向足量稀
16、盐酸中分批加入滤渣, 待观察不到气泡产生后, 过滤, 向滤液中分批加入少量Ca(OH)2, 用pH试纸测量溶液pH,当pH介于58.5时,过滤(3分) 【解析】【解析】(1)反应 CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中 2 4 2 3 cSO cCO () () = 22 4 22 3 cCa? SO cCa? CO ()() ()() = sp4 sp3 KCaSO KCaCO? () () = 5 9 4.8 10 3 10 =1.6 104。答案:1.6 104 (2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化
17、学方程式为 NH4HCO3+NH3 H2O=(NH4)2CO3+H2O或 NH4HCO3+NH3 H2O(NH4)2CO3+H2O,离子方程式为 HCO3-+NH3 H2O=NH4+CO32-+H2O(或 HCO3-+NH3 H2ONH4+CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的 (NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:CO32-+NH4+H2OHCO3-+NH3 H2O,加入适量浓氨 水,水解平衡逆向移动,溶液中 CO32-的浓度增大,反应 CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移 动, 促进 CaSO4的转化。 答案: HCO3-+NH3
18、 H2O=NH4+CO32-+H2O(或 HCO3-+NH3 H2O NH4+CO32-+H2O) 增加溶液中 CO32-的浓度,促进 CaSO4的转化 (3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使 CaSO4转化率下降;由 于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量 不变,提高 CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高 CaSO4 转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。答案:温度过高,(NH4)2CO3 分解 加快搅拌速率 (
19、4)工业废渣主要含 CaSO4 2H2O,还含有少量 SiO2、Al2O3和 Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中 CaSO4 与(NH4)2CO3反应生成 CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和 Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含 CaCO 3、 SiO2、Al2O3和 Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取 CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将 CaCO3完全转化为 CaCl2,发生的反应为 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2,与此同时发生反应 Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H
20、2O,SiO2不反应,经过滤除去 SiO2;得到的滤液中含 CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据pH=5 时 Fe(OH)3和 Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5 时 Al(OH)3开始溶解,为了将 滤液中 Al3+、Fe3+完全除去,应加入 Ca(OH)2调节溶液的 pH 介于 58.5加入 Ca(OH)2的过程中要边加边测 定溶液的 pH,然后过滤即可制得 CaCl2溶液。答案:在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到 气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量 Ca(OH)2,用 pH 试纸测得溶液 pH,当 pH 介于 58.5 时,过滤 【点睛】【点睛】本题以工业废渣为原料制
21、取轻质 CaCO3和(NH4)2SO4晶体的实验流程为载体,考查溶度积的计算、 影响盐类水解的因素、实验条件的控制、制备实验方案的设计和对信息的处理能力等。难点是第(4)问实验 方案的设计,设计实验方案时首先要弄清水洗后滤渣中的成分,然后结合题给试剂和已知进行分析,作答 时要答出关键点,如 pH 介于 58.5 等。 6.(2019 江苏江苏 21B)丙炔酸甲酯()是一种重要的有机化工原料,沸点为 103105 。实验 室制备少量丙炔酸甲酯的反应为 实验步骤如下: 步骤1:在反应瓶中,加入14 g丙炔酸、50 mL甲醇和2 mL浓硫酸,搅拌,加热回流一段时间。 步骤2:蒸出过量的甲醇(装置见下
22、图)。 步骤3:反应液冷却后,依次用饱和NaCl溶液、5%Na2CO3溶液、水洗涤。分离出有机相。 步骤4:有机相经无水Na2SO4干燥、过滤、蒸馏,得丙炔酸甲酯。 (1)步骤1中,加入过量甲醇的目的是 。 (2)步骤2中,上图所示的装置中仪器A的名称是 ;蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是 。 (3)步骤3中,用5%Na2CO3溶液洗涤,主要除去的物质是 ;分离出有机相的操作名称为 。 (4)步骤 4 中,蒸馏时不能用水浴加热的原因是 。 【答案】【答案】(每空 2 分)(1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率 (2)(直形)冷凝管 防止暴沸 (3)丙炔酸 分液 (4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高 【解析】
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