2023届高考化学二轮复习课后习题 专题能力训练10　化学实验设计与评价

专题能力训练10　化学实验设计与评价

一、选择题

1.以下实验设计能达到实验目的的是(　　)。

2.(2022江苏高三二模)已知:①NO可与过氧化钠粉末发生化合反应生成NaNO2,②NO能被酸性KMnO4溶液氧化成N。某兴趣小组设计了如图所示的装置制备NaNO2,下列说法不正确的是(　　)。

A.装置A无需加热,滴入浓硝酸就能发生反应

B.装置B中铜的作用是提高NO的生成率

C.装置C中装入的试剂可以是氢氧化钠固体

D.装置E中的酸性KMnO4溶液的主要作用是吸收多余的NO

3.某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数,设计了如下实验方案,下列有关判断中不正确的是(　　)。

方案Ⅰ:铜铝混合物测定生成气体的体积

方案Ⅱ:铜铝混合物测定剩余固体的质量

A.溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液

B.溶液A和B不可以均选用稀硝酸

C.若溶液B选用浓硝酸,则测得铜的质量分数偏大

D.实验室方案Ⅱ更便于实施

4.下列由实验得出的结论正确的是(　　)。

5.下列实验装置设计正确,且能达到目的的是 (　　)。

二、非选择题

6.(2022贵州贵阳高三一模)铁及其化合物在日常生产生活中用途广泛,利用FeSO4制备还原铁粉的工业流程如图所示:

实验室中可用FeSO4(由铁粉与稀硫酸反应制得)和NH4HCO3用如图装置(部分加热、夹持装置省略)模拟上述流程中的“转化”环节。

回答下列问题:

(1)配制溶液所用的蒸馏水须先除去其中溶解的氧气,具体方法是　                                                  。 

(2)装置A用于制备FeSO4,实验过程中,欲将生成的FeSO4溶液与装置B中的NH4HCO3溶液混合,操作方法是关闭　　　　　　,打开　　　　　　(填“K1”“K2”或“K3”);装置B中生成FeCO3的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)转化过程中温度不超过35 ℃,主要原因是　                                                  ; 

“过滤”环节,不需要使用下列仪器中的　　　　　　　　　　(填仪器名称)。 

(4)干燥过程的主要目的是脱去游离水,该过程中会有少量FeCO3在空气中被氧化为FeOOH,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;检验产品中是否含Fe3+需要的试剂有稀硫酸和　                                                  。 

(5)取干燥后的FeCO3样品(含少量FeOOH)37.47 g ,与炭混合后焙烧,最终得到还原铁粉18.48 g ,计算样品中FeCO3的质量分数为　% 

(计算结果取整数)。

7.(2021山东卷)六氯化钨(WCl6)可用作有机合成催化剂,熔点为283 ℃,沸点为340 ℃,易溶于CS2,极易水解。实验室中,先将三氧化钨(WO3)还原为金属钨(W)再制备WCl6,装置如图所示(夹持装置略)。回答下列问题:

(1)检查装置气密性并加入WO3。先通N2,其目的是　　　　　　　　　　　　;一段时间后,加热管式炉,改通H2,对B处逸出的H2进行后续处理。仪器A的名称为　　　　　　,证明WO3已被完全还原的现象是　                                                  。 

(2)WO3完全还原后,进行的操作为:①冷却,停止通H2;②以干燥的接收装置替换E;③在B处加装盛有碱石灰的干燥管;④……;⑤加热,通Cl2;⑥……

碱石灰的作用是                                                   　　;操作④是　　　　　　,目的是　　　　　　　　　。 

(3)利用碘量法测定WCl6产品纯度,实验如下:

①称量:将足量CS2(易挥发)加入干燥的称量瓶中,盖紧称重为m1 g;开盖并计时1分钟,盖紧称重为m2 g;再开盖加入待测样品并计时1分钟,盖紧称重为m3 g,则样品质量为　　　　　　　　　　g(不考虑空气中水蒸气的干扰)。 

②滴定:先将WCl6转化为可溶的Na2WO4,通过I离子交换柱发生反应:W+Ba(IO3)2BaWO4+2I;交换结束后,向所得含I的溶液中加入适量酸化的KI溶液,发生反应:I+5I-+6H+3I2+3H2O;反应完全后,用Na2S2O3标准溶液滴定,发生反应:I2+2S22I-+S4。

滴定达终点时消耗c mol·L-1的Na2S2O3溶液V mL,则样品中WCl6(摩尔质量为M g·mol-1)的质量分数为　　　　　　　　　　。 

称量时,若加入待测样品后,开盖时间超过1分钟,则滴定时消耗Na2S2O3溶液的体积将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”),样品中WCl6质量分数的测定值将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 

参考答案

专题能力训练10　化学实验设计与评价

1.D　解析 NaHCO3受热易分解,而Na2CO3受热不易分解,故A项错误;AlCl3易水解,故蒸发Al与稀盐酸反应后的溶液得不到AlCl3而是得到Al(OH)3,B项错误;苯甲酸常温下微溶于水,故提纯苯甲酸时,应将粗品在加热条件下溶于水,趁热过滤,冷却结晶,C项错误;氯水与NaBr和KI反应分别生成Br2、I2,两者都易溶于CCl4,分别在CCl4层中显橙红色、紫红色,D项正确。

2.A　解析 浓硝酸与炭在常温下不反应,在加热条件下发生反应,化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O,A项错误;装置A中产生的二氧化氮在装置B中与水反应生成硝酸和一氧化氮,生成的硝酸与铜反应生成一氧化氮,可以提高NO的生成率,B项正确;从装置B中出来的一氧化氮中混入了二氧化碳和水蒸气,CO2和H2O也都能与过氧化钠反应,故装置C中装入氢氧化钠固体以除去二氧化碳和水蒸气,C项正确;含有一氧化氮的尾气对环境有害,由题意可知一氧化氮可以被酸性高锰酸钾溶液吸收,D项正确。

3.C　解析 盐酸或NaOH溶液均只与铜、铝混合物中的铝反应,而稀硝酸与铜、铝都发生反应,A、B两项均正确;若溶液B选用浓硝酸,铜全部溶解,铝被钝化,使测得剩余固体质量偏大,铜的质量分数偏小,C项不正确;测质量比测气体的体积更便于实施,D项正确。

4.D

5.A　解析 应用湿润的pH试纸检验氨气,B项错误;冷却水的流向错误,C项错误;不能直接在容量瓶中溶解、稀释物质,D项错误。

6.答案 (1)加热煮沸

(2)K3　K2　Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O

(3)碳酸氢铵不稳定,受热容易分解　长颈漏斗、锥形瓶

(4)4FeCO3+O2+2H2O4FeOOH+4CO2　KSCN溶液

(5)93

解析 碳酸氢铵与硫酸亚铁反应生成FeCO3沉淀和二氧化碳气体,过滤分离出沉淀,洗涤干燥得到FeCO3,它与炭粉焙烧发生氧化还原反应生成铁粉。

(1)气体的溶解度随温度的升高而减小,蒸馏水须先除去其中溶解的氧气,具体方法是加热煮沸。

(2)由装置可知,K2处左侧导管在液面以下,K3处左侧与装置A中上侧相通,装置A中铁与硫酸生成硫酸亚铁,欲将生成的FeSO4溶液与装置B中的NH4HCO3溶液混合,操作方法是关闭K3,打开K2,装置中气体增多压强变大,液体被压入装置B中;装置B中进入的亚铁离子与碳酸氢根离子发生相互促进的水解反应生成FeCO3、CO2和H2O,离子方程式为Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O。

(3)碳酸氢铵不稳定,受热容易分解,故转化过程中温度不超过35 ℃;“过滤”环节需要使用玻璃棒、漏斗、烧杯,不需要使用长颈漏斗、锥形瓶。

(4)空气中氧气具有氧化性,FeCO3在空气中被氧化为FeOOH,根据质量守恒可知,还会生成二氧化碳气体,该反应的化学方程式为4FeCO3+O2+2H2O4FeOOH+4CO2;Fe3+与KSCN溶液反应,溶液变为红色,故检验产品中是否含Fe3+需要的试剂有稀硫酸和KSCN溶液。

(5)设FeCO3、FeOOH的物质的量分别为x mol、y mol,则116x g+89y g=37.47 g,根据质量守恒可知,(x+y) mol×56 g·mol-1=18.48 g,解得x=0.3,y=0.03,故样品中FeCO3的质量分数为

×100%≈93%。

7.答案 (1)排出装置中的空气　直形冷凝管　不再有水凝结

(2)吸收多余氯气防止污染空气,同时防止空气中的水蒸气进入E　再次通入N2　排出装置中的H2

(3)①(m3+m1-2m2)　②%[或×100%]　不变　偏大

解析 (1)用H2还原WO3制备W,装置中不能有空气,先通N2的目的是排出装置中的空气。由仪器构造图示可知,仪器A的名称为直形冷凝管。H2还原WO3生成W和H2O,水蒸气经冷凝变为液体,故锥形瓶中不再有水滴滴入,证明WO3已经完全被还原。

(2)由于WCl6极易水解,所以在B处加装盛有碱石灰的干燥管,其作用之一是防止空气中的水蒸气进入E,其二是吸收多余的Cl2,防止造成空气污染。在操作⑤加热,通Cl2之前,装置中有多余的H2,所以操作④是再次通入N2,排出装置中的H2。

(3)①由于CS2易挥发,第一次开盖挥发出的CS2为(m1-m2) g,加入待测样品后又挥发出CS2(m1-m2) g,则待测样品质量为[m3+2(m1-m2)-m1] g=(m3+m1-2m2) g。

②根据相关反应的离子方程式可得如下关系式:W~2I~6I2~12S2,n(WCl6)=n(W)=n(S2)=cV×10-3 mol,m(WCl6)=cV×10-3 mol×M g·mol-1= g,则样品中WCl6的质量分数为×100%=

%[或×100%]。称量时若加入待测样品后开盖超过1分钟,挥发出的CS2增多,m3偏小,但由于WCl6的质量不变,则滴定时消耗Na2S2O3溶液的体积不变,样品中WCl6质量分数的测定值将偏大。