高考化学二轮专题大题练习专题51《实验方案的设计与评价》(含详解)

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姓名：_______________  班级：_______________  得分：_______________

1．叠氮化钠(NaN3)可用于汽车安全气囊的添加剂，与酸反应生成N2 和H2。某学习小组在实验室用亚硝酸钠和氨在无氧环境中制备NaN3，设计如下实验(夹持装置略去) :

（1）按气流从左到右的方向，上述装置合理的连接顺序为_________________(填仪器接口字母)。

（2）试剂X 可选用________________(填试剂名称)。

（3）装置C中发生反应的化学方程式为_________________________________________，该反应需要在无氧环境中进行的原因为_______________________________________________。

（4）装置B的作用为___________________________________________。

（5）加热条件下，NaNH2 和N2O反应也可制备NaN3，同时生成能使湿响的红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的化学方程式为_____________________________________________。

（6）HNO2是一元弱酸，不稳定，容易分解为两种氮的氧化物。现用如下试剂：NaNO2、pH试纸、水、稀硫酸、NaOH溶液、碱石灰、CuSO4、CuO，计实验证明((可加热)；

①HNO2为弱酸:____________________________________________________。

②装置C中反应进行一段时间后，有NaN3生成：______________________________________。

【答案】afg(或gf)de(或ed)c(b)    碱石灰(或生石灰或NaOH固体)    5NH3+4NaNO23NaN3+NaOH+7H2O    加热条件下，NaNO2容易被氧气氧化    防止外界空气进人C装置干扰实验并吸收来参加反应的氨气    2NaNH2+N2ONaN3+ NaOH+ NH3    将NaNO2溶于适量水中配成溶液，常温下，用pH试纸测定该溶液的pH>7    取少量装置C中固体加入稀硫酸中，将产生的气体通过足量的NaOH溶液，经碱石灰干燥后通过灼热的CuO，再将生成的气体通过CuSO4，若观察到CuO黑色固体变红，CuSO4变蓝，则有NaN3生成   

【解析】

2．工业上常用铁质容器盛装冷的浓硫酸。某兴趣小组的同学发现：将一定量的生铁与浓硫酸加热时，观察到固体能完全溶解，并产生大量气体。为探究反应后的产物，请你协助他们完成相关的实验。

[探究一]   

（1）另称取铁钉(碳素钢)6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe3+外还可能含有Fe2+。若要判断溶液X中是否含有Fe2+，应选用____

a．KSCN溶液和氯水     b．K3[Fe(CN)6]溶液     c．浓氨水    d．酸性KMnO4溶液

②乙同学将336mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发现溶液颜色变浅，试用化学方程式解释溴水颜色变浅的原因：_________________________________________________，然后向反应后的溶液中加入足量BaCl2溶液，经适当操作得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO2的体积分数为_________。

[探究二] 

分析上述实验中SO2体积分数的结果，两同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体。为此设计如图所示探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

（2）装置A中发生反应的离子方程式为___________，装置B中试剂的作用是____________。

（3）认为气体Y中还含有气体Q的理由是_______________(用化学方程式表示)。为了进一步确认Q的存在，需在装置中添加装置M于______(填序号)，M中所加试剂为______。

a．A～B之间        b．B～C之间        c．C～D之间        d．E～F之间

【答案】bdSO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO466.7%2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+ 检验SO2是否除尽C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2ObCa(OH)2或Ba(OH)2

【解析】

【分析】（1）Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀，Fe2+离子能使酸化的高锰酸钾溶液褪色；二氧化硫与溴水反应生成硫酸和氢溴酸，根据硫酸钡与二氧化硫的关系式计算二氧化硫的体积，再根据体积分数公式计算；（2）装置图中A的作用是吸收二氧化硫，装置B的作用是验证二氧化硫被完全除去，装置C的作用是吸收水蒸气，装置D、E的作用是检验氢气，装置F的作用是防止空气中水蒸气进入E中，干扰氢气的检验，装置M中的试剂是澄清石灰水，作用是检验二氧化碳，可以根据二氧化硫和二氧化碳的性质分析选择M位置。

【详解】（1）①Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀，K3[Fe(CN)6]溶液可以检验Fe2+离子；Fe2+离子具二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O；二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫还能使品红溶液褪色，所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰，B装置是检验二氧化硫是否除尽，所以澄清石灰水应放置在B和C之间，故选b。

【点睛】本题考查化学实验方案的设计与评价，涉及了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验、化学计算等知识点，注意常温下，铁和冷的浓硫酸不是不反应，而是反应生成了致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应。 

3．甲烷在加热条件下可还原氧化铜，气体产物除水蒸气外，还有碳的氧化物。某化学小组利用如图装置探究其反应产物。

[查阅资料]①CO能与银氨溶液反应：CO＋2[Ag(NH3)2]＋＋2OH－===2Ag↓＋2NH4+＋CO32－＋2NH3。

②Cu2O为红色，不与Ag+反应，能发生反应：Cu2O＋2H＋===Cu2+＋Cu＋H2O。

（1）装置A中反应的化学方程式为___________________________________________。

（2）按气流方向各装置从左到右的连接顺序为A→__________________。(填字母编号)

（3）实验中滴加稀盐酸的操作为______________________________________________。

（4）已知气体产物中含有CO，则装置C中可观察到的现象是________________；装置F的作用为_________________________________________。

（5）当反应结束后，装置D处试管中固体全部变为红色。

①设计实验证明红色固体中含有Cu2O：______________________________________________。

②欲证明红色固体中是否含有Cu，甲同学设计如下实验：向少量红色固体中加入适量0.1mol·L−1AgNO3溶液，发现溶液变蓝，据此判断红色固体中含有Cu。乙同学认为该方案不合理，欲证明甲同学的结论，还需增加如下对比实验，完成表中内容。

【答案】Al4C3＋12HCl===3CH4↑＋4AlCl3F→D→B→E→C→G先打开分液漏斗上口的玻璃塞(或先使分液漏斗上口的玻璃塞的凹槽对准漏斗上的小孔)，再将分液漏斗下面的旋塞打开，使稀盐酸缓慢滴下试管内有黑色固体生成(或试管内有银镜生成)除去甲烷中的HCl气体和水蒸气取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变为蓝色，则证明红色固体中含有Cu2O取少量Cu2O固体于试管中，加入适量0.1mol·L−1AgNO3溶液

【解析】

【详解】

①取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变蓝色，说明溶液中含有Cu2+，则证明红色固体中含Cu2O；综上所述，本题答案是：取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变为蓝色，则证明红色固体中含有Cu2O。

②取少量的Cu2O固体于试管中，加入适量的0.1mol·L−1AgNO3溶液，若溶液不变蓝，则可排除红色固体中Cu2O的干扰，证明其中含有Cu；综上所述，本题答案是：取少量Cu2O固体于试管中，加入适量0.1mol·L−1AgNO3溶液。 

【点睛】氧化铜与盐酸溶液反应生成氯化铜和水，固体全部溶解，显蓝色；氧化亚铜与盐酸发生氧化还原反应，红色固体部分溶解，溶液显蓝色，体现了+1价铜的氧化性和还原性。

4．为了测定实验室长期存放的Na2SO3固体的纯度，准确称取M g固体样品，配成250 mL溶液。设计了以下两种实验方案：

方案I：取50.00 mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的BaCl2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称量，得到沉淀的质量为m1 g

方案Ⅱ：取50.00 mL上述溶液，用a mol/L 的酸性KMnO4溶液进行滴定。

实验中所记录的数据如下表：

（1）配制250 mL Na2SO3溶液时，必须用到的实验仪器有：烧杯、玻棒、滴管、药匙和_______________、_________________。

（2）操作I为__________________操作Ⅱ为______________

（3）方案I中如何判别加入的氯化钡已经过量______________________________

（4）在方案Ⅱ中滴定终点的判断方法是_______________________________。

（5） 在方案Ⅱ中发生的离子反应方程式为__________________________

（6）根据方案Ⅱ所提供的数据，计算Na2SO3的纯度为___________。（写成分数形式）

（7）有同学模仿方案I，提出方案Ⅲ：取50.00 mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称重，得到沉淀质量为m2 g 并用方案I的方法计算结果。

根据方案Ⅲ，从理论上讲，下列说法正确的是________（填序号）

a．方案I比方案Ⅲ的计算结果要低       

b．方案I比方案Ⅲ的计算结果要高 

c．m1=m2 ，方案I和方案Ⅲ的结果一样   

d．方案Ⅲ不应根据方案I的方法计算

（8）上述实验中，由于操作错误所引起的实验误差分析正确的是__________（填序号）。

a．方案I中如果没有洗涤操作，实验结果将偏小

b．方案I中如果没有操作Ⅱ，实验结果将偏大

c．方案Ⅲ中如果没有洗涤操作，实验结果将偏小

d．方案Ⅲ中如果没有操作Ⅱ，实验结果将偏大

【答案】天平250mL的容量瓶过滤干燥（烘干）静置分层后，向上清液中加入盐酸酸化的氯化钡，不再产生沉淀，即已沉淀完全加入最后一滴高锰酸钾溶液后溶液由无色变为紫色，且在半分钟内不褪2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O1323a/40Mbdad 

【解析】

【详解】

（1）配制250 mL Na2SO3溶液的过程为：准确称取M g固体样品需要天平,溶解需要在烧杯中用玻璃棒搅拌, 淀来源于样品中含有的硫酸钠和亚硫酸钠,其中亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠,生成的硫酸钡沉淀的质量较大,  方案I计算硫酸钡的质量可确定硫酸钠的质量,进而计算亚硫酸钠的纯度,而方案Ⅲ根据硫酸钡的质量可确定硫酸钠、亚硫酸钠的物质的量总量,结合二者质量可确定亚硫酸钠的质量,两种方案不同,计算