高考化学一轮复习课时分层提升练三十三10.4化学实验方案的设计与评价（含解析）

这是一份高考化学一轮复习课时分层提升练三十三10.4化学实验方案的设计与评价（含解析），共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
　化学实验方案的设计与评价

一、选择题
1.(2019·长春模拟)下列实验设计能完成或实验结论合理的是 (　　)
A.证明一瓶红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,可用湿润的碘化钾-淀粉试纸检验,观察试纸颜色的变化
B.铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中一定不含铁的氧化物
C.检验硫酸根离子,加盐酸酸化的氯化钡,生成白色沉淀,则有硫酸根离子
D.用饱和碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳中混有的少量SO2气体
【解析】选D。A、因溴能氧化KI,二氧化氮与水反应生成的硝酸也能氧化KI,则证明红棕色气体是溴蒸气还是二氧化氮,不能用湿润的碘化钾-淀粉试纸检验,可选用水,A错误;B、因Fe与盐酸反应生成亚铁离子,遇KSCN溶液不变色,则铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加KSCN溶液,未出现红色,铝热剂中可含铁的氧化物,B错误;C、白色沉淀也可能是氯化银,C错误;D、用饱和碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳中混有的少量SO2气体,D正确。
2.(2019·洛阳模拟)下列有关实验原理、现象、结论等均正确的是 (　　)




A.a图示装置,滴加乙醇试管中橙色溶液变为绿色,乙醇发生消去反应生成乙酸
B.b图示装置,右边试管中产生气泡迅速,说明氯化铁的催化效果比二氧化锰好
C.c图示装置,根据试管中收集到无色气体,验证铜与稀硝酸的反应产物是NO
D.d图示装置,试管中先有白色沉淀、后有黑色沉淀,不能验证Ksp(AgCl)> Ksp(Ag2S)
【解析】选D。A项,乙醇具有还原性,能被重铬酸钾氧化为乙酸,不发生消去反应;B项,双氧水的浓度应相同,浓度影响反应速率,无法比较;C项,因为红棕色的二氧化氮可与水反应生成无色的NO,故根据排水集气法收集的无色气体不能证明铜与稀硝酸反应生成NO;D项,由于硝酸银过量,故沉淀中既有氯化银又有硫化银,不能据此比较氯化银、硫化银溶度积的大小。
【加固训练】
(2019·济南模拟)下列所设计的鉴定方案或者结论正确的是 (　　)

A.检验KClO3中的氯元素时,将KClO3溶于水,加入硝酸酸化的硝酸银溶液检验
B.向溶液中加入盐酸,有无色气体逸出,此气体能使澄清石灰水变浑浊,则该溶液中可能不含有C和HC
C.向某溶液中加入少量NaOH溶液,有白色沉淀产生,若加入过量的NaOH溶液,沉淀消失,则原溶液中可能含有Al
D.向上图所示烧杯中滴入KSCN溶液,溶液不变红色,说明Fe在电极上失去电子生成Fe2+而不是Fe3+
【解析】选B。选项A,KClO3中不含Cl-,故加入硝酸酸化的AgNO3溶液,不会生成AgCl沉淀,故不正确;选项B,加入盐酸后产生的无色气体可使澄清石灰水变浑浊,可能是二氧化碳,也可能是二氧化硫。若为二氧化碳,则原溶液中可能有C,也可能有HC,若为二氧化硫,则原溶液中可能有S,也可能有HS,故选项B正确;加少量氢氧化钠产生白色沉淀,氢氧化钠过量后沉淀消失,则原溶液中可能含有Al3+,选项C不正确;图示装置中Zn为负极,Fe被保护不被氧化,D项错误。
二、非选择题
3.四氯化钛是生产金属钛及其化合物的重要中间体。某校化学课外活动小组准备利用如图装置制备四氯化钛(部分夹持仪器已略去)。

资料表明:室温下,四氯化钛为无色液体,熔点:-25 ℃,沸点:136.4 ℃。在空气中发烟生成二氧化钛固体。在650～850 ℃下,将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体。回答下列问题:
(1)检查该装置气密性的方法是_______________________。 
(2)实验中B装置的作用是_______________________。 
(3)写出D装置中物质制备的化学方程式:__________________________;写出四氯化钛在空气中发烟的化学方程式:__________________________。 
(4)E处球形冷凝管的冷却水应从________(填“c”或“d”)口通入。 
(5)F装置中盛装的物质是________。 
(6)该实验设计略有缺陷,请指出其不足之处:_____________。 
【解析】(1)检查装置气密性的方法是整个装置要形成密闭体系,通过液柱的升降来判断装置的气密性;检查该装置气密性的方法是在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升一定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)。
(2)氯气中含有氯化氢杂质气体,可以用饱和食盐水除去氯化氢,同时,一旦气体发生堵塞,还能起到安全瓶的作用。
(3)D装置中,氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和有毒气体一氧化碳;反应的化学方程式:TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO;根据信息可知,四氯化钛在空气中和水蒸气反应生成二氧化钛固体和氯化氢,看到发烟现象;化学方程式:TiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑。
(4)为保证冷凝效果,采用逆流原理,冷凝效果好;E处球形冷凝管的冷却水应从c口通入。
(5)TiCl4与水易发生水解,反应剩余的氯气不能直接排放到空气中,污染环境;因此F装置中盛装的物质既能吸水,又能吸收氯气,因此该试剂为碱石灰。
(6)在制备TiCl4过程中,会产生有毒气体CO,不能被碱石灰吸收,直接排放到空气中,污染空气。
答案:(1)在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,关闭活塞b,微热A装置中的烧瓶,若导管a中的液面上升一定的高度,则气密性良好(或在B装置中加入蒸馏水至浸没玻璃导管a的下端,F装置处连接导气管并将尾端放到水槽中,微热A装置中的烧瓶,水槽中导气管的尾端有气泡冒出,停止加热,倒吸一段水柱,则气密性良好等合理即可)
(2)洗去Cl2中的HCl气体;用作安全瓶(或用作平衡气压的安全装置,或用作防堵塞的安全装置)
(3)TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO
TiCl4+2H2OTiO2+4HCl↑
(4)c　(5)碱石灰　(6)没有对CO进行尾气处理
4.(新题预测)我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献,他以饱和食盐水、NH3、CO2为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。回答下列问题:
某探究活动小组根据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备实验,同学们按各自设计方案实验。一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,实验装置如图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。


(1)装置甲中用稀盐酸与CaCO3反应制备CO2,发现CaCO3与试管内的稀盐酸不能接触,在加稀盐酸时,发现试剂瓶中的稀盐酸已用完,为使反应能顺利进行,可向长颈漏斗中加入的试剂是________。 
A.硫酸溶液　　　　　　　B.CCl4
C.苯 D.稀硝酸
(2)乙装置中的试剂是________________________;丁装置中稀硫酸的作用是________________________。 
(3)另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行实验。实验时,须先从________管通入________气体。 
(4)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是____________________
____________________________________________________。 
(5)下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据(g/100 g水):

0 ℃
10 ℃
20 ℃
30 ℃
40 ℃
50 ℃
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
NaHCO3
6.9
8.1
9.6
11.1
12.7
14.5
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
参照表中数据,请分析丙、戊装置中使用冷却水或者冰水的原因:___________。 
【解析】(1)CaCO3与硫酸反应生成硫酸钙微溶,阻止反应进行;苯的密度比水小,不溶于水,在盐酸溶液的上层,盐酸仍然不能与碳酸钙接触,起不到作用;四氯化碳密度比水大,不溶于水,盐酸在四氯化碳溶液上层,能够与碳酸钙接触;增加了硝酸的量,硝酸也能和碳酸钙反应生成二氧化碳;据以上分析解答。
(2)A中制得的CO2中混有HCl,需要利用B装置除去CO2中的HCl;硫酸可以吸收多余的氨气。
(3)氨气极易溶解于水,易产生倒吸。
(4)多孔球泡的使用,增大气体与溶液接触面积,提高CO2吸收率。
(5)温度越低,碳酸氢钠的溶解度越小,易于析出。
答案:(1)B、D
(2)饱和NaHCO3溶液　吸收未反应挥发出的NH3
(3)a　NH3
(4)增大气体与溶液接触面积,提高CO2吸收率
(5)温度越低碳酸氢钠的溶解度越小,便于析出

一、选择题
1.下列实验设计方案中,可行的是 (　　)
A.用加入适量铜粉的方法除去Cu(NO3)2溶液中混有的AgNO3
B.用洗气瓶中的NaOH溶液除去CO2中混有的HCl气体
C.向某无色未知溶液中仅加入BaCl2溶液,以检验未知溶液中的S
D.用加热的方法提纯含有少量碳酸钠的碳酸氢钠
【解析】选A。A项,铜比银活泼,可置换出银,可以达到除去Cu(NO3)2溶液中混有的AgNO3的目的;B项,CO2和HCl都能与NaOH反应,应用饱和碳酸氢钠溶液除杂;C项,仅加入BaCl2溶液,不能排除Cl-或S的影响,可能生成AgCl或BaSO3、BaSO4等沉淀;D项,碳酸氢钠加热分解生成碳酸钠,则用加热的方法可以提纯含有少量碳酸氢钠的碳酸钠。
2.(2019·临沂模拟)四氯化锡(SnCl4)用作媒染剂和有机合成上的氯化催化剂。实验室制备四氯化锡的装置如图(部分夹持装置已略去)。已知:①金属锡熔融时通入干燥氯气反应可生成四氯化锡;②无水四氯化锡熔点:-33 ℃,沸点:
114.1 ℃;③无水四氯化锡遇水蒸气生成白色烟雾。下列说法不正确的是
(　　)

A.①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装MnO2、饱和食盐水、浓硫酸、NaOH溶液
B.实验时滴加浓盐酸反应一段时间,然后再点燃④处的酒精灯
C.⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中效果更好
D.⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替
【解析】选A。A项,二氧化锰常温下不与浓盐酸反应,常温下高锰酸钾可与浓盐酸反应生成氯气,故①、②、⑥、⑦的试管中依次盛装KMnO4、饱和食盐水、浓硫酸NaOH溶液;B项,实验时滴加浓盐酸反应一段时间使装置④充满氯气(排出空气),然后再点燃④处的酒精灯;C项,⑤装置用于收集SnCl4,浸泡在冷水浴中使其液化,效果更好;D项,⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替,起到干燥和除去多余的氯气的作用。
3.用下列实验装置进行相应实验,装置正确且能达到实验目的的是 (　　)

A.用图a所示装置验证H2在Cl2中燃烧的实验现象
B.用图b所示装置从饱和食盐水中提取氯化钠
C.用图c所示装置探究氧化性:KMnO4>Cl2>I2
D.用图d所示装置分解MgCl2·6H2O获取MgCl2
【解析】选C。A项,氯气的密度大于空气密度,盛有氯气的集气瓶应该正放;B项,蒸发氯化钠溶液应该用蒸发皿而不是坩埚;C项,高锰酸钾氧化氯离子变为氯气,氯气氧化碘离子变为碘单质;D项,MgCl2·6H2O受热发生分解。
4.下列说法中,正确的是 (　　)
A.向溴乙烷中加入NaOH溶液,加热,充分反应,再加入AgNO3溶液,产生淡黄色沉淀,证明溴乙烷中含有溴元素
B.实验室制备乙烯时,温度计水银球应该插入浓硫酸和无水乙醇的混合液液面以下
C.溴乙烷和NaOH醇溶液共热,产生的气体通入酸性KMnO4溶液,发现溶液褪色,证明溴乙烷发生了消去反应
D.制备新制Cu(OH)2悬浊液时,将4～6滴2%的NaOH溶液滴入2 mL 2%的CuSO4溶液中,边滴边振荡
【解析】选B。A项,溴乙烷与NaOH溶液混合共热,发生水解反应生成溴离子,检验溴离子先加硝酸酸化,再滴加AgNO3溶液,生成浅黄色沉淀可证明;B项,实验室制备乙烯时,温度计水银球应该插入浓硫酸和无水乙醇的混合液液面以下,以测定反应物的温度,迅速加热至170 ℃;C项,乙醇易挥发,乙醇与乙烯均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,则不能证明溴乙烷发生了消去反应生成乙烯;D项,制备新制Cu(OH)2悬浊液时,将4～6滴2%的NaOH溶液滴入2 mL 2%的CuSO4溶液中,氢氧化钠不足,得不到氢氧化铜悬浊液。
二、非选择题
5.(新题预测)硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O)。
Ⅰ.[查阅资料]
(1)Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体,易溶于水,其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。
(2)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3,所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。
(3)Na2SO3易被氧化;BaSO3难溶于水,可溶于稀盐酸。
Ⅱ.[制备产品]
实验装置如图所示(省略夹持装置):

实验步骤:
(1)检查装置气密性,按图示加入试剂。
仪器a的名称是________;E中的试剂是________(选填下列字母编号)。 
A.稀硫酸　 B.NaOH溶液　 C.饱和NaHSO3溶液
(2)先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液,再向A中烧瓶滴加浓硫酸。
(3)待Na2S和Na2CO3完全消耗后,结束反应。过滤C中混合物,滤液经________(填写操作名称)、结晶、过滤、洗涤、干燥,得到产品。 
Ⅲ.[探究与反思]
(1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4,该小组设计了以下实验方案,请将方案补充完整。
(所需试剂从稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸、蒸馏水中选择)取适量产品配成稀溶液,滴加足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,________________________________,若沉淀未完全溶解,并有刺激性气味的气体产生,则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。 
(2)为减少装置C中生成Na2SO4的量,在不改变原有装置的基础上对实验步骤(2)进行了改进,改进后的操作是_________________________________________。 
(3)Na2S2O3·5H2O的溶解度随温度升高显著增大,所得产品通过________方法提纯。 
【解析】Ⅱ.(1)仪器a有活塞,故a为分液漏斗;在A装置中产生污染环境的气体SO2,故E装置用于处理未反应的SO2,在给定的三种溶液中,只有NaOH溶液能吸收SO2。
(3)从溶液中得到晶体的操作包括蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥这五步。
Ⅲ.(1)根据Ⅰ中(3)可知BaSO3可溶于盐酸,而BaSO4难溶于盐酸,则在配制的稀溶液中加入BaCl2溶液后,将生成的沉淀过滤、洗涤后,向沉淀中加入盐酸,沉淀未完全溶解,说明溶液中含有S,沉淀溶解的部分生成了刺激性气味的气体为SO2,则沉淀中含有BaSO3,故原溶液中含有S。
(2)由Ⅰ(3)可知Na2SO3易被氧化,故装置中的氧气能将Na2SO3氧化,为了减少Na2SO4的生成量,应先将装置中的空气排尽,可先用A装置中生成的SO2将装置中的空气排尽。
(3)因为硫代硫酸钠的溶解度随温度升高而显著增大,故可采用重结晶法将其提纯。
答案:Ⅱ.(1)分液漏斗B
(3)蒸发
Ⅲ.(1)用蒸馏水洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀盐酸
(2)先向A中烧瓶滴加浓硫酸,产生的气体将装置中空气排尽后,再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液
(3)重结晶
【加固训练】
1.已知某气态化石燃料X中只含有碳、氢两种元素,为探究该气体中碳和氢两种元素的质量比,某同学设计了燃烧法测量的实验方案,通过测量装置C和D的增重即可求得碳和氢两种元素的质量比。实验装置如图所示(已知CuO可以作为碳氢化合物燃烧的催化剂):

(1)若A装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,装置A的作用有:
① ________________________________________________________
② ________________________________________________________
(2)C装置中所盛放的药品是无水CaCl2或P2O5,作用是________________。 
(3)D装置中所盛放的药品是浓NaOH溶液,作用是____________________
____________________。 
(4)E装置中所盛放的药品是________,作用是____________________。 
(5)上述装置中有一处错误,请按要求填写下表(不考虑酒精灯和加热方法可能存在的错误;若增加仪器和药品,请指明仪器、药品名称和位置):
错误原因
______________________________ ____________
改正方法
______________________________ ____________
(6)若实验装置经过改正后,得到的实验数据如下:
质量
实验前
实验后
药品+U形管的质量/g
101.1
102.9
药品+广口瓶D的质量/g
312.0
314.2
则该气体中碳和氢两种元素的质量比为________。 
【解析】(1)由于空气中含有CO2,会干扰燃烧产物CO2的吸收,所以必须利用氢氧化钠除去空气中的CO2。其次还可以利用A中气泡产生的快慢来判断X和空气的通入速率,以保证O2过量;(2)根据燃烧产物水和CO2可知,首先应该先吸收水,然后再吸收CO2,由于C是吸收水蒸气的,而C是U形管,所以盛放的试剂是无水CaCl2或P2O5;(3)D是吸收CO2的,所以盛放的试剂是浓NaOH溶液;(4)由于空气中也含有水蒸气和CO2,所以E装置是吸收空气中的水和CO2的,因此试剂是碱石灰或固体NaOH;(5)由于从A中出来的气体中一定含有水蒸气,会对后续的实验产生影响,所以需要在A和B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管;(6)药品+U形管的质量增加1.8 g为生成水的质量,广口瓶D质量增加2.2 g为燃烧生成二氧化碳气体的质量,物质的量分别是0.1 mol水和0.05 mol二氧化碳,计算得到碳和氢元素的质量之比。
答案:(1)①除去空气中的CO2气体②调节X和空气的通入速率,保证O2过量
(2)吸收混合气体中的水蒸气
(3)吸收燃烧生成的二氧化碳气体
(4)碱石灰或固体NaOH
防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置D,对结果产生影响
(5)加热前没有除去对本实验有影响的水蒸气　在A、B之间加一个盛浓硫酸的洗气瓶或盛无水CaCl2(或P2O5、碱石灰、固体NaOH等)的干燥管
(6)3∶1
2.(2019·重庆模拟)无水AlCl3可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。
已知:①AlCl3、FeCl3分别在183 ℃、315 ℃时升华;②无水AlCl3遇潮湿空气变质。
Ⅰ.实验室可用下列装置制备无水AlCl3。

(1)组装好仪器后,首先应____________________,具体操作为______________。
(2)装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是__________________________________。装置C中盛放的试剂是________。装置F中试剂的作用是________________________。若用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用,所装填的试剂为________。
(3)将所制得的无水AlCl3配制溶液时需加入盐酸的目的是________。
Ⅱ.工业上可由铝土矿(主要成分是Al2O3和Fe2O3)和焦炭制备,流程如下:
(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和焦炭在高温下发生反应的化学方程式为__________。
(2)700 ℃时,升华器中物质充分反应后降温实现FeCl3和AlCl3的分离。温度范围应为______ 
a.低于183 ℃
b.介于183 ℃和315 ℃之间
c.高于315 ℃
(3)样品(含少量FeCl3)中AlCl3含量可通过下列操作测得(部分物质略去)。
m克样品NaAlO2溶液Al(OH)3n克Al2O3
计算该样品中AlCl3的质量分数为________(结果用m、n表示,不必化简)。
【解析】Ⅰ.(1)装置A制备氯气,因此需要检验装置的气密性,本实验的气密性的检验方法是关闭装置A中分液漏斗的活塞,向G中加入蒸馏水没过导管,微热A,一段时间后若G中有气泡冒出,停止加热后导管内有水柱,则气密性良好;(2)A中制备的氯气中混有HCl和H2O,HCl能与Al发生反应,AlCl3遇水易变质,因此必须除去HCl和H2O,装置B的作用是除去氯气中的HCl,装置C的作用是除去水蒸气,即盛放的是浓硫酸。因为AlCl3遇水易变质,因此装置F的作用是防止G中水蒸气进入E装置,使AlCl3变质;氯气有毒,需要吸收尾气,因此装置G的作用是吸收多余的氯气,防止污染空气,如果G和F改为一个装置,应用干燥管,盛放试剂为碱石灰;(3)AlCl3属于强酸弱碱盐,Al3+发生水解:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,加入盐酸的目的是抑制Al3+的水解;Ⅱ.(1)流程的目的是制备AlCl3,因此氯化炉中得到产物是AlCl3,焦炭在高温下,生成CO,因此反应方程式为Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO;(2)AlCl3、FeCl3分别在183 ℃、315 ℃时升华,因此进行分离,需要控制温度在183 ℃到315 ℃之间,故选项b正确;(3)根据铝元素守恒,AlCl3的物质的量为n× mol,则AlCl3的质量为133.5×2× g,即AlCl3的质量分数为×100%或×100%。
答案:Ⅰ.(1)检查装置气密性　关闭装置A中分液漏斗的活塞,向G中加入蒸馏水没过导管,微热A,一段时间后若G中有气泡冒出,停止加热后导管内有水柱,则气密性良好
(2)除HCl　浓硫酸　吸收水,防止无水AlCl3遇潮湿空气变质　碱石灰
(3)抑制铝离子水解
Ⅱ.(1)Al2O3+3Cl2+3C2AlCl3+3CO
(2)b
(3)×100%或×100%