高考化学二轮复习专题24《化学实验的设计与评价》考点专练（含详解）

专题24 化学实验的设计与评价

1．利用待测样品和指定的试剂设计实验能达到实验目的的是

【答案】D

2．下列实验所用试剂、现象和结论均正确的是

【答案】B

3．下图中能较长时间看到Fe（OH）2白色沉淀的是

A．①    B．①②    C．①②③    D．①②④

【答案】D

4．下列实验不合理的是

A．用红色石蕊试纸检验 NH3 时，需先用蒸馏水润湿

B．采用加热升华法除 Fe 中的 I2

C．用水可以鉴别乙醇、苯和 CCl4

D．利用丁达尔效应可鉴别溶液和胶体

【答案】B

【解析】A．NH3 溶于水形成弱碱NH3•H2O，才能使石蕊变蓝，故需先用蒸馏水润湿，A项合理；B．因Fe和I2在加热条件下反应生成FeI2，所以不能用升华法除去Fe粉中混有的I2，故B项不合理；C．水与乙醇可以互溶，水与苯和四氯化碳不互溶，但是苯比水密度小，而四氯化碳的密度比水的大，所以苯与水混合时，苯在上层；而四氯化碳与水混合时,四氯化碳在下层。故C项合理；D．胶体具有丁达尔效应，而溶液没有，可用丁达尔现象区分溶液与胶体，故D合理。

③通入H2S饱和溶液中有浅黄色浑浊，该气体可能是SO2，也可能为Cl2或NO2等气体，③错误；

④通入足量的NaOH溶液中，再滴入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，该沉淀溶于盐酸，不一定为二氧化硫，也可能为二氧化碳，④错误；

⑤通入溴水中使溴水褪色，再滴加BaCl2溶液有白色沉淀产生，该沉淀难溶于稀硝酸。

沉淀为BaSO4，该气体具有还原性，可被溴单质氧化，证明气体为SO2，⑤正确；

只有⑤符合题意，故合理选项是D。

8．下列各项中实验的设计或操作能达到预期实验目的是(　　)

【答案】C

9．有关下列四组实验描述不正确的是

A．加热甲装置中的烧杯可以分离SiO2和NH4Cl

B．利用装置乙可证明非金属性强弱：Cl＞C＞Si

C．打开丙中的止水夹，一段时间后，可观察到烧杯内溶液上升到试管中

D．向丁中铁电极区滴入2滴铁氰化钾溶液，一段时间后，烧杯中不会有蓝色沉淀生成

【答案】B

10．欲进行下列实验，其方案设计合理的是

【答案】C

【解析】A.该装置为恒压装置，加热气体会从长颈漏斗逸出，无法检验装置气密性，故A错误；B.利用该装置制得的过氧化钠不纯，过氧化钠会和空气中的水、二氧化碳反应，故B错误；C.浓硫酸加到蔗糖中，蔗糖变黑，体现浓硫酸的脱水性；品红溶液褪色，酸性高锰酸钾溶液褪色，说明碳和浓硫酸反应生成二氧化硫，体现浓硫酸的强氧化性，故C正确；D.向NaHCO3和Na2CO3固体中分别滴加少量水，触摸试管外壁，只能判断它们溶于水的温度变化，不能比较溶解度大小，故D错误。

14．下列实验方案、现象、得出的结论均正确的是(   )

【答案】B

15．将气体X通入溶液A（如下图，尾气吸收装置略）中，实验现象能够支持结论的是

【答案】C

16．某同学在常温下设计以下实验流程探究Na2S2O3的化学性质。下列说法正确的是

A．实验①说明Na2S2O3溶液中水电离的c(OH－)＝10－8mol·L－1

B．Na2S2O3溶液pH＝8的原因用离子方程式表示为S2O32-＋2H2OH2S2O3＋2OH－

C．生成的沉淀B可能是BaSO3或BaSO4，要进一步确认还需加入稀硝酸验证

D．实验②说明Na2S2O3具有还原性

【答案】D

17．下列实验装置进行相应实验，不能达到实验目的的是 

A．用图1所示装置可制备氢氧化亚铁

B．用图2所示装置从碘的CCl4溶液中分离出碘单质

C．用图3所示装置验证Na和水反应的热效应

D．用图4所示装置蒸干NaCl饱和溶液制备NaCl晶体

【答案】B

【解析】蒸馏时，温度计水银球应位于蒸馏烧瓶的支管口附近，故B项错误；其余选项均可达到实验目的；综上，本题选B。

20．实验小组同学对乙醛与新制的Cu(OH)2反应的实验进行探究。

实验Ⅰ：取2mL 10%的氢氧化钠溶液于试管中，加入5滴2%的CuSO4溶液和5滴5%的乙醛溶液，加热时蓝色悬浊液变黑，静置后未发现红色沉淀。

实验小组对影响实验Ⅰ成败的因素进行探究：

(1)探究乙醛溶液浓度对该反应的影响。

已知：乙醛在碱性条件下发生缩合反应： ，生成亮黄色物质，加热条件下进一步缩合成棕黄色的油状物质。

① 能证明乙醛被新制的Cu(OH)2 氧化的实验现象是______。

② 乙醛与新制的Cu(OH)2 发生反应的化学方程式是______。

③ 分析实验Ⅲ产生的红色沉淀少于实验Ⅱ的可能原因：______。

(2)探究NaOH溶液浓度对该反应的影响。

依据实验Ⅰ→Ⅴ，得出如下结论：

ⅰ. NaOH溶液浓度一定时，适当增大乙醛溶液浓度有利于生成Cu2O。

ⅱ. 乙醛溶液浓度一定时，______。

(3)探究NaOH溶液浓度与乙醛溶液浓度对该反应影响程度的差异。

由以上实验得出推论： ______。

【答案】蓝色悬浊液最终变为红色沉淀    CH3CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH CH3COONa + Cu2O↓+ 3H2O    相同条件下，乙醛的缩合反应快于氧化反应；多个乙醛缩合，使醛基物质的量减少    适当增大NaOH浓度有利于生成Cu2O    氢氧化钠溶液浓度对该反应的影响程度更大   

③实验Ⅲ中上层清液出现棕黄色油状液体，底部有少量红色沉淀，其可能的原因是相同条件下，乙醛的缩合反应快于氧化反应；多个乙醛缩合，使醛基物质的量减少，

故答案为：相同条件下，乙醛的缩合反应快于氧化反应；多个乙醛缩合，使醛基物质的量减少；

（2）通过实验Ⅳ和实验Ⅴ的现象可以看出，乙醛溶液浓度一定时，适当增大NaOH浓度有利于生成Cu2O，

故答案为：适当增大NaOH浓度有利于生成Cu2O；

（3）通过对比实验Ⅵ和实验Ⅶ，实验Ⅶ中氢氧化钠的浓度较大，乙醛的浓度较小，通过现象可以得出结论，氢氧化钠溶液浓度对该反应的影响程度更大，

故答案为：氢氧化钠溶液浓度对该反应的影响程度更大。

21．实验小组研究二价铁的还原性，设计如下实验。

（1）实验所用的FeSO4溶液由Fe2(SO4)3溶液和足量铁粉反应制得，离子方程式是____。

（2）实验I中沉淀变为红褐色的化学方程式是________。

（3）关于实验II中白色沉淀的组成，小组同学展开研究。

① 已知Fe(HCO3)2在水中不存在。对沉淀组成作出如下假设，请补充完整。

假设a：依据NaHCO3溶液显_______性，推测白色沉淀可能为Fe(OH)2；

假设b：白色沉淀可能为_______。

② 研究白色沉淀组成的实验如下：

i．取少量白色沉淀，充分洗涤，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，产生无色气泡；

ii．向所得溶液中滴入KSCN试剂，溶液几乎不变红；

iii．向ii溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即变为红色。

由此说明，白色沉淀中一定含有_________离子。

③ 研究过程中发现白色沉淀在空气中久置，最终变为红褐色。则该沉淀比实验I中所得的Fe(OH)2______（填“难”或“易”）于被空气氧化。

（4）对比实验I，研究酸碱性对二价铁还原性的影响，设计实验III：

将实验方案补充完整______。

（5）据以上实验，为避免二价铁被空气氧化，可采取的措施是______。

【答案】2Fe3++Fe=3Fe2+    4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3    碱    FeCO3    Fe2+和CO32-    难    滴加H2SO4溶液    控制溶液为酸性环境、使二价铁以碳酸盐的形式沉淀   

②i．取少量白色沉淀，充分洗涤，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，产生无色气泡，则无色气泡应为二氧化碳，则沉淀中应含有碳酸根；ii．向所得溶液中滴入KSCN试剂，溶液几乎不变红，说明溶液中不含有三价铁离子；iii．向ii溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即变为红色，说明原溶液中存在亚铁离子，被H2O2 氧化为铁离子；因此可以说明沉淀中一定含有Fe2+和CO32- ；

③实验II，3min后白色沉淀无变化，在空气中久置，最终变为红褐色。而实验I中的氢氧化亚铁在3min后完全被氧化，因此实验II中沉淀比实验I中所得的Fe(OH)2难于被空气氧化。

(4)实验III的实验目的是研究酸碱性对二价铁还原性的影响，而实验I已经研究了碱性条件对二价铁的还原性的影响，因此实验III应为研究酸性条件的影响，实验方案应为向硫酸亚铁溶液中滴加H2SO4溶液；

(5)实验III的现象显示，在酸性条件下，二价铁离子不易被氧化，因此为避免二价铁被空气氧化，可采取的措施是控制溶液为酸性环境，或使二价铁以碳酸盐的形式沉淀。

(4)若要更直接说明“NO2能否支持木条燃烧”这一问题，实验设计要除去NO2中的水蒸气，利用纯净的NO2做实验可充分证明“NO2能支持燃烧”， 即用金属铜与浓硝酸反应制取NO2气体，并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥，再将带火星的木条伸入二氧化氮中观察现象；

故答案为：用金属铜与浓硝酸反应制取NO2气体，并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥，再将带火星的木条伸入二氧化氮中观察现象。

23．在进行化学实验时，经常会有与预期不符的现象出现。某化学实验小组在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化的实验，就出现了与预设不太一致的现象。

实验I：将Fe3+转化为Fe2+

（1）Fe3+与Cu粉发生反应的离子方程式为_________________________________。

（2）该小组同学用对比实验法探究白色沉淀产生的原因，请将其方案补充完整：

查阅资料：①SCN－的化学性质与I－相似   ②2Cu2++4I－=2CuI↓+I2

③(SCN)2的化学性质与I2相似

则Cu2+与SCN－反应的离子方程式为____________________________________________。

实验Ⅱ：将Fe2+转化为Fe3+

探究上述现象出现的原因：

查阅资料：Fe2++NOFe(NO)2+(棕色)    ②Fe(NO)2+与HNO3不反应

（3）用离子方程式解释NO产生的原因____________________________________________。

（4）从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析：

反应I：Fe2+与HNO3反应；   反应Ⅱ：Fe2+与NO反应

①依据实验现象，甲认为反应I的速率比反应Ⅱ___________(填“快”或“慢”)。

②乙认为反应I是一个不可逆反应，并通过实验证明其猜测正确，乙设计的实验方案是________________。

③请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因______________________。

（5）丙认为若生成的NO与Fe2+不接触，溶液就不会出现棕色，他利用实验室常用的仪器和药品设计并完成了如图所示的实验，实现了Fe2+Fe3+的转化，同时避免出现此异常现象。实验发现：U形管右侧有气泡，U形管左侧的现象为___________、B溶液是___________溶液(填化学式)。

【答案】2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+    0.1    无明显现象    2Cu2++4SCN－=2CuSCN↓+(SCN)2    3Fe2++4H++NO3－＝3Fe3++NO↑+2H2O    慢    取反应后的黄色溶液少量于一支试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应    Fe2+被硝酸氧化为Fe3+，导致溶液中Fe2+浓度降低，平衡Fe2++NOFe(NO)2+逆向移动，最终Fe(NO)2+转化为Fe3+，溶液由棕色变为黄色    溶液由浅绿色变为黄色    HNO3   

【解析】（1）Fe3＋与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子，反应离子方程式为：2Fe3＋+Cu═2Fe2＋+Cu2＋；

（2）由反应2Fe3＋+Cu═2Fe2＋+Cu2＋，可知图1中得到溶液中Fe2＋为0.2mol·L－1，Cu2＋为0.1mol·L－1，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验，故实验方案为：

步骤1：取4mL 0.1mol·L－1 CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1 KSCN溶液；

步骤2：取4mL 0.2mol·L－1 FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1 KSCN溶液，无明显现象。

由题目信息①SCN－的化学性质与I－相似   ②2Cu2++4I－=2CuI↓+I2，可知，Cu2＋与SCN－反应生成CuSCN沉淀，同时生成（SCN）2，反应离子方程式为：2Cu2＋+4SCN－=2CuSCN↓+（SCN）2；

（3）亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水，反应离子方程为：3Fe2＋+4H＋+NO3－═3Fe3＋+NO↑+2H2O；

24．某学习小组探究稀HNO3、浓HNO3与铜的反应。

(1)试管Ⅰ中Cu与稀HNO3反应的化学方程式是________。

(2)Ⅱ中反应的速率比Ⅰ中的快，原因是________。

(3)针对Ⅱ中溶液呈绿色的原因，提出假设：

假设1：Cu2+的浓度较大所致；

假设2：溶解了生成的NO2。

探究如下：取Ⅱ中绿色溶液，分为两等份。

①取一份于如图所示装置中，_______(填“操作”和“现象”)，证实Ⅱ中溶解了NO2。

②向另一份溶液加入_____（填化学试剂），溶液变为蓝色。证实假设1不成立，假设2成立。

(4)对于稀HNO3与铜生成NO、浓HNO3与铜生成NO2的原因，提出两种解释：

解释1．HNO3浓度越稀，溶液中NO3-的数目越少，被还原时，每个NO3-从还原剂处获得较多电子的机会_____（填“增多”或“减少”），因此被还原为更低价态。

解释2．推测下列平衡导致了产物的不同，并通过如下实验证实了推测的合理性。

3NO2+H2O=2HNO3+NO

①B中盛放的试剂是________。

②C中盛放Cu(NO3)2和_________。 

③该小组证实推测的合理性所依据的实验现象是________。

【答案】3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O    硝酸浓度大    向上拉动活塞a，试管内液面上方出现红棕色气体    Cu(OH)2(或CuO等)    增多    水    浓硝酸    C中溶液变绿   

(4)解释1. HNO3浓度越稀，溶液中NO3-的数目越少，被还原时，每个NO3-从还原剂处获得较多电子的机会增多，被还原为较低的价态；

解释2.①Cu与浓硝酸反应产生NO2气体，NO2气体与B中水发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，将产生的NO气体通入到C溶液中，②C中含有较多NO3-离子，盛放Cu(NO3)2和浓硝酸，若C中溶液变为绿色，就证明解释1正确，否则2正确。

25．某同学在实验中不小心将几滴新制氯水滴入盛有溴化亚铁溶液的试剂瓶中，发现溶液变成了黄色，根据已有化学知识，请你参与上述现象形成原因的分析与探究：

（1）提出问题猜想：

猜想一：溶液呈黄色是因发生离子反应①_________________________________________(填离子方程式)所致。

猜想二：溶液呈黄色是因发生离子反应②______________________________________(填离子方程式)所致。

（2）设计实验并验证

为验证①与②中是哪个原因导致了溶液变黄色，设计并进行了以下实验。请根据以下所给试剂，进行合理选用，完成实验方案1和方案2：__________________、______________、__________________、______________。

（3）实验结论：以上实验不仅验证了溶液变黄的真实原因，同时证明了Fe2＋的还原性比Br－______________(填“强”或“弱”)。

（4）实验反思

Ⅰ.根据上述实验推测，若在溴化亚铁溶液中滴入足量氯水，再加入CCl4并充分振荡后静止，产生的现象是______________________________________。

Ⅱ.在100 mL FeBr2溶液中通入2.24 L Cl2(标准状况)，溶液中有1/2的Br－被氧化成单质Br2，则原FeBr2溶液中FeBr2的物质的量浓度为__________。

【答案】2Fe2＋＋Cl2=== 2Fe3＋＋2Cl－    2Br－＋Cl2=== Br2＋2Cl－    KSCN溶液    CCl4    溶液分上下两层，上层为黄色，下层为无色    ①    强    溶液分层，上层为黄色、下层为橙红色    1 mol·L－1   

（2）因Fe3+遇KSCN溶液变为红色，溴易溶于四氯化碳中，四氯化碳与水不溶，且Fe2+的还原性比Br-强，若溴离子被氧化，溴单质溶解于四氯化碳中，显示橙红色，水和四氯化碳是互不相溶的，三价铁溶解在水中，显示黄色，所以产生的现象是：溶液分上下两层，上层为黄色、下层为无色可知①成立；

（3）由于当滴入少量氯水时只有亚铁离子被氧化，溴离子没有被氧化，这说明Fe2+的还原性比Br-强；

（4）由于氧化性Br2＞Fe3+，则若在溴化亚铁溶液中滴入足量氯水，亚铁离子、溴均被氧化，再加入CCl4并充分振荡后静止，观察到溶液分层，上层为黄色、下层为橙红色；

（5）设FeBr2的物质的量浓度为c，消耗氯气的物质的量是2.24L÷22.4L/mol＝0.1mol，由电子守恒可知0.1mol×2×1=c×0.1L×（3-2）+c×0.1L×2×1/2×（1-0），解得c=1mol/L。