考点24 实验方案的设计和评价 备战2020高考化学优选名校好题分项版汇编1(解析版)
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1、1(2018届河北省五个一联盟(邯郸一中石家庄一中张家口一中保定一中唐山一中)高三上学期第二次模拟考试)CuCl是一种白色粉末,在空气中易被氧化成绿色,见光则分解,变成褐色,是应用广泛的有机合成催化剂,它可采取多种方法制取。方法I:铜粉还原CuSO4溶液。已知:CuCl微溶于水,难溶于乙醇,在水溶液中存在平衡:CuCl+2Cl-CuCl32-(无色溶液)。(1)将废铜板浸入热的H2SO4溶液中,并通入空气,可以生成CuSO4。该反应的离子方程式为_。(2)中观察到_现象时,即表明反应已经完全;中加入大量水的目的是_(请用平衡移动原理解释)。(3)上述流程中,“洗涤”操作所用洗涤剂应选用_(填所
2、用试剂名称)以减少滤渣的溶解损失;“真空干燥”的原因是_。方法:铜电极电解饱和食盐水。往U形管中注入饱和食盐水,将两边的铜丝分别与电源的正、负极相连,实验装置如图。(4)运用电解法制备CuCl的电极反应式为_。(5)产品分析:准确称取所制备的氣化亚铜样品mg,将其置于足量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸,用amol/L的K2Cr2O7溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液bmL,反应中Cr2O72-被还原为Cr3+,样品中CuCl的质量分数为_。【答案】2Cu+O2+4H+=2Cu2+2H2O溶被由蓝色变为无色稀释促进平衡CuCl(白色)+2Cl-=CuCl32-( 无色溶
3、液)逆向移动,生成CuCl乙醇防止CuCl被氧化Cu-e-+Cl-=CuCl(0.597ab/m)100%(2)反应完全时,溶液中所有的Cu2+都被还原,所以溶液的蓝色褪去。即中观察到溶液由蓝色变为无色的现象时,即表明反应已经完全。中加入大量水的目的是为了使CuCl+2Cl-CuCl32-的平衡向逆反应方向移动,以便使CuCl转化为沉淀析出。(3)因为CuCl微溶于水,用水洗涤会有一部分CuCl溶于水而损失产品,所以用乙醇洗(CuCl在乙醇中不溶)这样可以减少产品损失。题目已知CuCl在空气中易被氧化,所以应该用真空干燥,以避免CuCl被氧化。来源:ZXXK(4)明显CuCl只能生成在阳极,阳
4、极材料为Cu,阳极反应应该为金属单质失电子,生成物一定是CuCl,所以阳极的电极反应为:Cu-e-+Cl-=CuC1。(5)考虑到CuCl易被氧化,所以认为其能被氯化铁氧化,方程式为:CuCl + FeCl3 = CuCl2 + FeCl2,反应后的溶液加入重铬酸钾溶液再将生成的FeCl2氧化为FeCl3,Cr2O72-被还原为Cr3+。因为Fe的化合价开始和最后都是+3,所以认为CuCl化合价升高失电子应该等于Cr2O72-化合价降低得电子。amol/L的K2Cr2O7体积为 bmL,其中含有K2Cr2O7为ab/1000mol,K2Cr2O7转化为Cr3+(+6价降低为+3价),所以得电子
5、为23ab/1000mol,1个CuCl只能失去1个电子,则CuCl为23ab/1000mol,质量为99.523ab/1000g,质量分数为99.523ab/1000m0.597ab/m。2(2019届福建省莆田市第二十四中学高三上学期第一次调研考试)FeCl3 为中学化学中经常使用的物质,长郡化学实验小组为探究 FeCl3 的性质,进行了如下实验。(1)学习小组 A 为探究 FeCl3与 KI 溶液的反应,特设计如右图所示的原电池实 验装置。在实验过程中,学习小组 A 发现,灵敏电流计的指针先偏转,最后 示数为零。若此时向甲中加入适量 FeCl2 固体,灵敏电流计的指针又发生偏转 此时_(
6、填“甲”或“乙”)中石墨电极为负极,对应的电极反应方程式为_(2)学习小组 B 把 FeCl3 溶液分别加入Na2CO3 溶液和Na2SO3溶液中,发现有如下实验现象:对于中的实验现象,学习小组 B 的同学们有诸多猜测,继续进行实验: I小明取中的红棕色溶液少许,滴入盐酸酸化的 BaCl2溶液,产生白色沉淀。小明得出结论:FeCl3 与 Na2SO3 发生了氧化还原反应,离子方程式是_。,小红认为小明的实验不严谨,重新设计实验方案并进行实验,证实了小明的结论是正确的。其实验方 案是_。(3)学习小组 C 进一步探究 FeCl3 溶液与足量锌粉的反应。实验操作及实验现象如下表所示:已知:Zn 的
7、化学性质与 Al 相似,能发生反应结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因:_分离出黑色固体,经下列实验证实了其中含有的主要物质。i黑色固体可以被磁铁吸引ii向黑色固体中加入足量的 NaOH 溶液,产生气泡;iii将 ii 中剩余固体用蒸馏水洗涤后,加入稀盐酸,产生大量气泡; iv.向 iii 反应后的溶液中滴加 KSCN 溶液,无变化。 a黑色固体中一定含有的物质是_。b学习小组 C 认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有 Fe3O4,理由是_ (4)为进一步探究 10 mol/L FeCl3 溶液中 Fe3+和 H+氧化性的相对强弱,学习小组 C 补充实验并观察到反应开始时的实验
8、现象如下表所示:学习小组 C 得出结论:在 10 mol/L FeCl3 溶液中,Fe3+的氧化性比 H+强。则表格中横杠处应填_。【答案】(1)甲 (2)Fe2+-e-= Fe3+(3)2Fe3+SO32-+H2O=2Fe2+ SO42-+2H+(4)取中红棕色溶液少许,滴加铁氰化钾溶液,出现蓝色沉淀。(5)溶液温度升高,反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低,同时促进了Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+的水解,使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀(6)Fe和Zn(7)III中若存在Fe3O4,稀盐酸和Fe3O4反应,产生的Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+,导致VI中检测不到Fe3+
9、。所以不能确定是否存在Fe3O4(8)5mL 1.0mol.L-的盐酸(3)因为Zn 的化学性质与 Al 相似,能与碱发生反应放出氢气,由实验知溶液温度升高,反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低,会促进Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+的水解,使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀。答案:溶液温度升高,反应过程中生成H2使溶液中的c(H+)降低,都会促进Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+的水解,使溶液中出现红褐色的氢氧化铁沉淀。因为Zn 的化学性质与 Al 相似,能与碱发生反应放出氢气,根据向黑色固体中加入足量的 NaOH 溶液,产生气泡,说明有Zn存在,ii 中剩余固体用蒸馏水洗
10、涤后,加入稀盐酸,产生大量气泡,说明含有金属Fe; iv.向 iii 反应后的溶液中滴加 KSCN 溶液无变化,说明没有Fe3+,无法确定是否有Fe3O4, 因为Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+,导致VI中检测不到Fe3+ 。所以黑色固体中一定含有的物质是Fe和Zn。答案:Fe和Zn。b因为Fe3O4也是黑色固体,也可以被磁铁吸引,但是上述实验无法确定黑色固体中是否含有 Fe3O4,理由是III中若存在Fe3O4,稀盐酸和Fe3O4反应,产生的Fe3+可与铁继续反应生成Fe2+,导致VI中检测不到Fe3+。所以不能确定是否存在Fe3O4 。(4)本实验的目的是探究 10 mol/L FeCl
11、3 溶液中 Fe3+和 H+氧化性的相对强弱。所以盐酸和FeCl3 溶液的浓度和体积应该相同,所以应该选择5mL 1.0mol.L-1的盐酸做对比实验。3(2019届甘肃省武威市第六中学高三上学期第二次阶段性复习过关考试)某学习小组通过查阅资料得知,CO2与Na2O2的反应需要在一定量水蒸气存在的条件下才能进行,于是他们设计了如图所示的装置对此问题进行探究,同时验证Na2O2与CO2反应的气体产物。(1)写出装置A中有关反应的离子方程式:_,装置B中的试剂是_,装置E的作用是_。(2)U形管C中的试剂是_。若要求根据装置D中的现象来确定CO2与Na2O2之间的反应是否需要在潮湿的条件下才能进行
12、,对两个止水夹的操作方式为先打开K1,关闭K2,D中无明显现象;当打开K2,关闭K1,D中的现象为 _,则说明反应需要在潮湿条件下进行。(3)检验气体产物的方法:用玻璃片在水里盖住集气瓶口,将集气瓶从水中取出,正放在实验台上,_。(4)有人认为,经过较长时间反应后,装置D中生成的物质只有Na2CO3而没有NaOH。请设计一个方案证明此结论是正确的:_。【答案】CaCO3+2H+=Ca2+CO2+H2O饱和碳酸氢钠溶液防止后续装置中的水蒸气进入D中干扰实验无水氯化钙D中淡黄色固体变为白色移去玻璃片,将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,证明气体产物是氧气取少量装置D中固体溶于水,加入足量的BaC
13、l2(或CaCl2)溶液,静置,用pH试纸测得上层清液的pH=7(2).由上述分析可知,U型管C的作用是干燥二氧化碳,所以C中的试剂是无水氯化钙,先打开K1、关闭K2,二氧化碳先进入U型管C中干燥,再进入D中,此时D中无明显现象,当打开K2,关闭K1,二氧化碳直接进入D中,D中过氧化钠固体的颜色由淡黄色变为白色,则说明反应需要在潮湿条件下进行,故答案为:无水氯化钙;D中淡黄色固体变为白色;(3).该反应的气体产物为氧气,检验氧气的方法是:用玻璃片在水里盖住集气瓶口,将集气瓶从水中取出,正放在实验台上,移去玻璃片,将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,证明气体产物是氧气,故答案为:移去玻璃片,将
14、带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,证明气体产物是氧气;(4).因Na2CO3和NaOH均会使溶液呈碱性,所以不能直接用酸碱指示剂或pH试纸检验,可以先将固体溶于水,再加入足量的BaCl2(或CaCl2)溶液,使碳酸根离子完全沉淀,静置,用pH试纸测得上层清液的pH=7,即可证明装置D中生成的物质只有Na2CO3而没有NaOH,故答案为:取少量装置D中固体溶于水,加入足量的BaCl2(或CaCl2)溶液,静置,用pH试纸测得上层清液的pH=7。4(2019届辽宁省六校协作体高三上学期期初联考)实验室以绿矾(FeSO47H2O)制备补血剂甘氨酸亚铁(NH2CH2COO)2Fe 有关物质性质甘氨酸
15、(NH2CH2COOH)柠檬酸甘氨酸亚铁易溶于水,微溶于乙醇,两性化合物易溶于水和乙醇,有强酸性和还原性易溶于水,难溶于乙醇实验过程:.配制含0.10mol FeSO4的绿矾溶液。.制备FeCO3:将配制好的绿矾溶液与200mL 1.1molL-1NH4HCO3溶液混合,反应结束后过滤并洗涤沉淀。.制备(NH2CH2COO)2Fe:实验装置如下图(夹持和加热仪器已省略),将实验得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中,然后利用A中的反应将C中空气排净,接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤,滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题:(1)实验I中:实验室配制绿
16、矾溶液,将铁粉与稀硫酸混合时哪种试剂应该过量_(2)实验II中:制备FeCO3时应向_溶液中缓慢加入_溶液边加边搅拌,若颠倒试剂滴加顺序可能产生的后果是_生成沉淀的离子方程式为_(3)确认C中空气排尽的实验现象是_(4)加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH促进FeCO3溶解,另一个作用是_(5)洗涤实验中得到的沉淀,所选用的最佳洗涤试剂是_。(填序号)A热水 B乙醇溶液 C柠檬酸溶液 (6)若产品的质量为17.34g,则产率为_%。【答案】FeFeSO4NH4HCO3可能生成氢氧化亚铁沉淀Fe2+2HCO3-=FeCO3+CO2+ H2OD中澄清石灰水变浑浊防止二价铁被氧化B85(3). 当C
17、中充满CO2后,CO2开始进入D中,使D中的澄清石灰水变浑浊,这时说明C中空气已经排尽;(4).由题中信息可知,柠檬酸具有强还原性,可防止Fe2被氧化;(5).因甘氨酸亚铁易溶于水,难溶于乙醇,所以应选择乙醇溶液作为洗涤剂,故答案为:B;(6).含0.10mol FeSO4的绿矾溶液中Fe2的物质的量为0.10mol,因NH4HCO3溶液过量,所以生成(NH2CH2COO)2Fe的物质的量为0.10mol、质量为20.4g,则产率为: 100%=85%。5(2019届河北省邢台市第二中学高三上学期第一次月考)根据下图所示各装置和实验室制取氧气的原理,回答下列问题:(1) 仪器B的名称为_。(2
18、) 用mgMnO2和n g KC1O3组成的固体混合物加热制取氧气时,可选用的实验装置是_(填装罝序号)。(3) 将MnO2和KC1O3的混合物充分加热至不再产生氧气时,若要将其中的催化剂MnO2回收再利用,应进行的实验操作是将固体冷却、加水溶解、_、洗涤、干燥。证明MnO2固体已洗涤干净的操作方法为_。(4) 将(2)中的固体混合物加热一段时间,冷却后称得剩余固体为p g,则当(m+n-p):n=_时,表明KC1O3已完全分解。(5) 用双氧水和MnO2制取氧气时,不能选用装置c,其原因是_。(6) 用装置d制取氨气时,所需的化学药品是_。用电子式表示氨气的形成过程_。【答案】长颈漏斗b过滤
19、取最后一次的洗涤液,加硝酸、硝酸银无白色沉淀生成,则洗涤干净96:245c中MnO2粉末固体与液体接触后不能关闭止水夹使固体与液体分离,则不选c装置浓氨水与氢氧化钠固体(或生石灰或碱石灰)+3。6(2019届山东省德州市武城县第二中学高三9月月考)有一含NaCl、Na2CO310H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如图所示的实验装置,通过测量反应产生的CO2和H2O的质量,来确定该混合物中各组分的质量分数。(1)实验步骤:按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后,首先进行的操作是_。称取样品,并将其放入硬质玻璃管中;称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。打开活塞K1、K2,
20、关闭K3,缓缓鼓入空气数分钟,其目的是_。关闭活塞K1、K2,打开K3,点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为_、_。打开活塞K1,缓缓鼓入空气数分钟,然后拆下装置,再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。(2)关于该实验方案,请回答下列问题。如果实验中没有E装置,则会导致测量结果NaHCO3的质量_(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。若样品质量为w g,反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g,则混合物中Na2CO310H2O的质量分数为_(用含w、m1、m2的代数式表示)。【答案】检查装置气密性除去装置中的水蒸气和二氧化碳2NaHCO3Na2CO3H2OC
21、O2Na2CO310H2ONa2CO310H2O偏大100%含NaCl、Na2CO310H2O和NaHCO3的混合物加热时,碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水,碳酸钠晶体失去结晶水生成碳酸钠,反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3H2OCO2、Na2CO310H2ONa2CO310H2O;(2)干燥管中盛放的是碱石灰,碱石灰能吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,所以干燥管的作用是防止空气中的CO2和水蒸气进入影响测定结果,若撤去E装置,则测定的碳酸氢钠的质量偏大;若样品质量为w g,反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g,D装置中增加的质量为二氧化碳的质量,碳酸氢钠分解生成的水蒸
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