2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第29讲　物质的制备　实验方案的设计与评价 Word版含解析

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第29讲 物质的制备 实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．(2021·河北衡水高三检测)下列有关物质的制备装置、制备时使用的原料与收集方法均正确的是( C )
[解析] 制取氧气时如果选用A中装置，选用的药品应该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．(2021·山东潍坊高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是( A )
[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，该实验证明酸性：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 \\al(2－,3)，C项错误；氯水把Na2SO3氧化成Na2SO4，D项错误。
3．(2021·山东潍坊高三检测)锌与一定浓度的硫酸溶液反应，可用如下装置探究反应产物，若实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6.5 g锌与硫酸反应后，硫酸有剩余，氢氧化钠溶液增重为6.4 g，此时无法确定量气管中是否收集到气体
C．若a g锌与足量硫酸反应完全后，氢氧化钠溶液增重b g，量气管内收集到V mL气体，则eq \f(a g,65 g·ml－1)＝eq \f(b g,64 g·ml－1)＋eq \f(V mL,22 400 mL·ml－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；6.5 g(0.1 ml)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6.4 g(0.1 ml)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－，根据电荷守恒，可知eq \f(a g,65 g·ml－1)＝eq \f(b g,64 g·ml－1)＋eq \f(V mL,22 400 mL·ml－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．(2021·山东济南月考)下图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(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KMnO4
B．装置B具有除杂和贮存气体的作用
C．实验结束后，振荡D会观察到液体分层且下层呈紫红色
D．利用该装置能证明氯、溴、碘的非金属性逐渐减弱
[解析] 根据装置图，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；根据萃取原理，苯的密度比水小，故振荡D会观察到液体分层且上层呈紫红色，C错误；根据装置C、D中的颜色变化可知，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、碘的非金属性逐渐减弱，D正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共24分)
5．(2021·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，实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用于吸收尾气，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，阐述原因： 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请设计实验证明你的假设(仅用离子方程式表示)： SOeq \\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)71 g氯气的物质的量是1 ml，可得到2 ml电子；而71 g二氧化氯的物质的量是eq \f(71 g,67.5 g/ml)≈1.05 ml,1 ml ClO2可得到5 ml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用于吸收尾气，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，二者不可能不反应，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 \\al(2－,4)，可通过检验SOeq \\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 \\al(2－,4)===BaSO4↓。
[易错警示] 性质探究实验的注意事项
(1)在离子检验、气体成分检验的过程中，要严格掌握检验的先后顺序，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)，通过实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)对于需要进行转化才能检验的成分，如CO的检验，要注意先检验CO中是否含有CO2，如果有CO2，应先除去CO2再对CO实施转化，最后再检验转化产物CO2，如HOOC—COOHeq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))CO2↑＋CO↑＋H2O↑中CO的检验。
(4)要重视试剂名称的描述，如有些试剂的准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。此外还应注意某些仪器的规格。
6．(2021·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，实验室以电石渣[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 \(=====,\s\up7(△))Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O 。
(2)为保证氯化过程中Cl2反应充分，制Cl2时应采取的措施是 控制活塞将浓盐酸缓慢而均匀地滴入三颈烧瓶中 ，导气口n后所连接装置合适的是 cd (填序号)。
(3)操作2包含一系列实验操作，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－，请设计实验方案测定A中氯元素含量 量取一定量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 \(=====,\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，因此可通过控制活塞将浓盐酸缓慢而均匀地滴入三颈烧瓶中；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，实验过程中常用NaOH溶液吸收过量的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，故其实验操作为：量取一定量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；最后结合氯元素守恒，计算A中氯元素的含量。
B组 能力提升题(60分)
一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)
1．(2021·河南郑州第一次质量预测)某兴趣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，以研究硫酸铜的浓度对稀硫酸与锌反应生成氢气速率的影响。下列判断错误的是( D )
A.V1＝30，V6＝10，V7＝20
B．本实验利用了控制变量思想，变量为铜离子浓度
C．反应一段时间后，实验1中的金属呈灰白色，实验6中的金属呈现红色
D．该小组的实验结论是硫酸铜的浓度与生成氢气的速率成正比
[解析] 本题考查探究性实验，考查的核心素养是科学探究与创新意识。本实验利用控制变量思想，通过改变铜离子浓度，来研究硫酸铜的浓度对反应速率的影响，B项正确；要研究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组实验的总体积也应该相同，根据实验l和实验6的数据，可知V1＝30，V6＝10，V7＝20，A项正确；反应一段时间后，实验1中的金属为Zn，呈灰白色，实验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．(2021·北京西城区期末)下列实验装置正确的是( B )
[解析] A项，二氧化氮能够与水反应，不能采用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，可以采用向下排空气法收集，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，容易产生倒吸现象，错误。
3．(2020·北京等级考适应性考试)实验小组同学探究SO2与AgNO3溶液的反应，实验如下：
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3 ml/L HNO3，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；取上层清液继续滴加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无法判断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．通过上述实验可判断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无法判断，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 \\al(2－,4)，则必须在加入BaCl2溶液之前用过量盐酸除去所有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．(2021·山东泰安一模)下列方案设计能达到实验目的的是( A )
[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；若要达到实验目的，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，故不能通过体积变化就断定发生了取代反应，故C错误；验证Ksp[Cu(OH)2]C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3
溶液
B
制备纯
净的NO
浓硝酸
Cu
水
C
检验溶液X
中含有COeq \\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
实验组别
混合溶液
1
2
3
4
5
6
4 ml·L－1 H2SO4
溶液/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
A
B
检验淀粉是否水解
由褪色快慢研究反应物浓
度对反应速率的影响
C
D
证明发生了取代反应
验证Ksp[Cu(OH)2]