2022年高三化学寒假同步优化训练（含解析）：12综合实验设计

这是一份2022年高三化学寒假同步优化训练（含解析）：12综合实验设计，共8页。试卷主要包含了下列实验现象预测正确的是，下列实验设计能够成功的是，下列实验不能达到预期目的的是等内容，欢迎下载使用。

1．下列实验中没有涉及气体压强原理的是( )
解析：选D。苯和水不相溶是产生分层的原因，与压强无关。
2.
如图的装置中，干燥烧瓶中盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压胶管的胶头，下列与实验事实不相符的是( )
A．CO2(NaHCO3溶液)无色喷泉
B．NH3(H2O含酚酞)红色喷泉
C．H2S(CuSO4溶液)黑色喷泉
D．HCl(AgNO3溶液)白色喷泉
解析：选A。选项A中NaHCO3与CO2不反应，烧瓶内的压强不变，不能形成喷泉；选项B中NH3易溶于水，形成NH3·H2O，NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－，溶液呈碱性，能形成红色喷泉；选项C中H2S＋CuSO4===H2SO4＋CuS↓，CuS为黑色沉淀，能形成黑色喷泉；选项D中HCl＋AgNO3===HNO3＋AgCl↓，AgCl为白色沉淀，能形成白色喷泉。
3．下列实验现象预测正确的是(双选)( )
A．实验Ⅰ：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变
B．实验Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去
C．实验Ⅲ：微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色
D．实验Ⅳ：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应
解析：选BD。A项苯层中的溴与氢氧化钠发生反应而褪色；B项中浓硫酸使蔗糖炭化，浓硫酸被还原生成二氧化硫气体，通过酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，使其褪色；C项中的铜与稀硝酸反应生成一氧化氮，在广口瓶中与氧气反应生成红棕色的二氧化氮；D项生成了氢氧化铁胶体，能产生丁达尔效应。
4．下列实验设计能够成功的是( )
解析：选D。选项A，加盐酸酸化过程中，Fe2＋要被HNO3氧化为Fe3＋，无法确定Fe(NO3)2是否变质。选项B，不能用硫酸酸化，因为SOeq \\al(2－,4)也能与Ag＋反应生成白色的Ag2SO4沉淀，应选用HNO3酸化。选项C，HNO3也能将I－氧化为I2，对实验产生干扰。选项D，利用KNO3与NaCl的溶解度差异，采用结晶的方法可将KNO3除去。
5．某校进行化学实验考查时，教师给了同学们一小包黑色粉末，这种黑色粉末可能是氧化铜、炭粉或者是这两种的混合物，让同学们通过实验探究来确定。某同学探究过程如下：
(1)提出假设：
假设1：黑色粉末是炭粉；
假设2：_________________________________________________________________；
假设3：_________________________________________________________________。
(2)设计实验方案：
他对实验做了如下设想和分析：取少量黑色粉末于烧杯中，并加入过量的稀硫酸。则实验中可能出现的现象与对应结论如下表，请你完成下表。
(3)进行实验：通过实验及分析，确定该黑色物质为炭粉和氧化铜的混合物。
(4)拓展：为了进一步探究炭粉和氧化铜的性质，他又利用这种混合物补充做了如下实验，将此黑色粉末隔绝空气加热(若炭完全反应)，待冷却到室温后，取剩余固体于烧杯中，再加入过量稀硫酸，反应完全后，静置。请完成下列各题：
①烧杯中________(填“有”或“无”)不溶物；
②若静置后溶液呈无色，则该溶液中溶质是________(写化学式)；
③若静置后溶液呈蓝色，该反应的化学方程式为：
________________________________________________________________________。
解析：炭粉不溶于稀硫酸，氧化铜溶于稀硫酸，发生反应CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，根据不同的现象可确定黑色粉末的可能组成。炭粉在隔绝空气和氧化铜反应后的固体物质可能是Cu或Cu和CuO的混合物。
答案：(1)黑色粉末是氧化铜 黑色粉末是炭粉和氧化铜的混合物 (2)①无变化 ②溶液变蓝色，黑色粉末完全溶解 ③溶液变蓝色，仍有部分黑色不溶物
(4)①有 ②H2SO4 ③CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O
1．下图所示实验操作中正确的是( )
解析：选A。给试管中的液体加热时，液体的量不能超过试管容积的1/3，故B错；为避免试剂污染，滴管不能伸入容器内部滴加试剂，故C错；为避免失火，不能用燃着的酒精灯去对火点燃另一个酒精灯，故D错。
2．下列是摘取学生实验报告单中的语句，其中说法正确的是( )
A．日常生活中不能用粥汤检验碘盐中是否含有KIO3
B．将铁屑、浓溴水、苯混合可制得溴苯
C．用蒸馏方法除去乙醇中的水
D．洗涤沉淀时，应用玻璃棒轻轻搅拌，使得沉淀表面上的杂质溶于水中
解析：选A。粥汤只能检验碘单质的存在，而不能检验KIO3的存在，故A项正确；B项，制溴苯需要液溴而不是浓溴水；C项，须加入氧化钙后，再进行蒸馏方可除去水，否则会形成乙醇、水二元恒沸体系；洗涤沉淀不能搅拌，否则会捅破滤纸，故D项错误，正确操作是向沉淀中加蒸馏水，使水没过沉淀，等水流完后再重复操作几次。
3．下列装置或操作能达到实验目的的是( )
解析：选C。A中由于氨气的密度小于空气的密度，所以用向下排空气法收集是正确的，但集气瓶口不能密封(塞橡皮塞)，可塞一团疏松的棉花，目的是防止气体对流，以便收集到较纯的氨气。B中左边烧杯中电解质溶液硫酸铜将与Zn电极直接反应，无法形成原电池；要构成铜锌原电池，在两个烧杯中电解质溶液不变的情况下应将两个电极交换。装置C中，通过观察长颈漏斗中液面是否下降，可以检验装置的气密性。D中收集比空气重的二氧化碳气体应该为长管进，短管出。
4．下列各组物质的分离、提纯或除杂，可采用相同的原理和操作方法的是( )
A．除去苏打中混有的小苏打杂质；分离氯化钠固体中混有的碘单质
B．除去粗食盐中的泥沙；除去氯化钾中的二氧化锰
C．分离硝酸钾与氯化钠；除去氢氧化铁胶体中混有的氯化钠
D．除去二氧化碳中混有的少量二氧化硫；除去二氧化碳中混有的少量一氧化碳
解析：选B。除去苏打中混有的小苏打杂质是利用小苏打易分解为苏打的性质；分离氯化钠固体中混有的碘单质是利用碘易升华的性质，A项不正确。分离硝酸钾与氯化钠用重结晶法；除去氢氧化铁胶体中混有的氯化钠用渗析法，C项不正确。除去二氧化碳中混有的少量二氧化硫，是将混合气体通入饱和碳酸氢钠溶液；除去二氧化碳中混有的少量一氧化碳，则是将混合气体通过灼热的氧化铜，D项不正确。
5.
如图为实验室制氢气的简易装置。若在加稀硫酸时，发现锌粒与稀硫酸没有接触，而稀硫酸准备的又不够了，为使该反应顺利进行，则可以从长颈漏斗中加入的试剂是( )
①食盐水 ②KNO3溶液 ③适量硫酸铜稀溶液 ④Na2CO3溶液 ⑤CCl4 ⑥浓氨水
A．①③⑤ B．②⑥
C．③⑤ D．①②④
解析： 选A。原装置是锌粒与稀硫酸制氢气，从长颈漏斗中加入的试剂不能消耗硫酸，不能引发产生其他气体的副反应。Na2CO3溶液、浓氨水会消耗稀硫酸，KNO3溶液会与锌粒、稀硫酸共同反应产生一氧化氮气体。可以选用的是食盐水、适量硫酸铜稀溶液、CCl4，适量硫酸铜稀溶液还会加快反应生成H2的速率。
6．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是( )
A．a－a′→d－d′→e
B．b－b′→d－d′→g
C．c－c′→d－d′→g
D．d－d′→c－c′→f
解析：选C。由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，除去的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。CO2的相对分子质量为44，比空气29大，因此收集CO2时应用向上排空气法。所以正确的答案应为C选项。
7．下列实验不能达到预期目的的是( )
解析：选C。A项，氯气、溴与氢气反应，可根据反应的剧烈程度不同，从而比较出氯气和溴的非金属性的强弱，即能达到预期目的；B项，氯气、硫与铁反应，可根据反应产物氯化铁和硫化亚铁，判断出氯气的氧化性大于硫；C项，测定碳酸钠和硫酸钠两溶液的pH，只能比较硫酸与碳酸的酸性强弱，而不能比较它们的稳定性强弱，故不能达到预期目的；D项，可以达到预期目的，由于盐酸是强酸，能完全电离，醋酸是弱酸，部分电离，故盐酸中自由移动的离子浓度大，则导电能力强。
8．某同学仿照“喷泉”实验的原理，在实验室中做了一个“喷烟”实验，如图所示。他在甲、乙两个烧瓶中分别充入X、Y两种无色气体，在胶头滴管中盛有含酚酞的NaOH溶液，实验时将胶头滴管内的液体挤入甲烧瓶内，然后打开止水夹，便可看到甲烧瓶中的导管口喷出白色的烟，同时甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅。若已知X、Y是HCl、NH3、Cl2、O2、CH4、SO2、NO七种气体中的两种，则下列判断中，正确的是( )
A．X是NH3，Y是HCl B．X是Cl2，Y是CH4
C．X是SO2，Y是O2 D．X是NO，Y是O2
解析：选A。X必须是一种易溶于NaOH溶液的气体，才能使甲内气压减小导致乙中的气体进入甲，可排除D；乙中的气体进入甲后反应产生白烟，可排除B、C，因Cl2与CH4光照能反应但无白烟现象，SO2与 O2在通常情况下不反应。
9．比较MnO2和CuO对H2O2分解反应的催化能力大小的实验中，若催化剂的质量均控制在0.1 g,6%的H2O2溶液(密度按1 g·cm－3计算)均取2 mL，可选择的实验装置是( )
解析：选D。A、B两装置中使用的长颈漏斗没有形成液封，无法收集气体；根据双氧水分解反应的化学方程式进行粗略计算可知，2 mL 6%的H2O2溶液完全分解产生的氧气在标准状况下的体积约为39.5 mL，故答案选D。
10．某溶液中只可能含有下列离子中的几种(不考虑溶液中含的较少的H＋和OH－)Na＋、NHeq \\al(＋,4)、SOeq \\al(2－,4)、COeq \\al(2－,3)、NOeq \\al(－,3)。取200 mL该溶液，分为等体积的两份做下列实验。
实验1：第一份加入足量的烧碱并加热，产生的气体在标准状况下为224 mL。
实验2：第二份先加入足量的盐酸，无现象，再加足量的BaCl2溶液，得固体2.33克。
下列说法正确的是( )
A．该溶液中可能含有Na＋
B．该溶液中肯定含有NHeq \\al(＋,4)、SOeq \\al(2－,4)、COeq \\al(2－,3)、NOeq \\al(－,3)
C．该溶液中一定不含NOeq \\al(－,3)
D．该溶液中一定含Na＋且c(Na＋)≥0.1 ml/L
解析：选D。由实验1知NHeq \\al(＋,4)的物质的量为0.01 ml；由实验2 “加入盐酸无现象”知无COeq \\al(2－,3)，加入BaCl2产生沉淀为2.33 g，知SOeq \\al(2－,4)为0.01 ml，由溶液显电中性知肯定还有Na＋，无法确定是否存在NOeq \\al(－,3)。
11．试回答下列中学化学实验室中常见仪器的有关问题：
(1)在仪器①分液漏斗、②试剂瓶、③集气瓶、④滴瓶、⑤滴定管、⑥容量瓶、⑦量筒、⑧托盘天平中，标有“0”刻度的是(填序号，下同)________________；标有使用温度的仪器是________________。
(2)“磨砂”是增加玻璃仪器密封性的一种处理工艺。在仪器①试管、②分液漏斗、③细口试剂瓶、④广口试剂瓶、⑤集气瓶、⑥滴瓶、⑦酸式滴定管、⑧碱式滴定管中，用到“磨砂”的有__________________。
(3)在仪器①漏斗、②容量瓶、③蒸馏烧瓶、④分液漏斗、⑤烧杯、⑥蒸发皿中，可用于粗盐提纯实验的有________________；可用于分离两种沸点接近且互不相溶的液态混合物实验的有__________________。
解析：本题是对常见仪器的名称、结构特点、主要用途的考查：(1)是考查常见仪器的结构特点，其中标有“0”刻度的是滴定管、托盘天平，其中注意量筒无“0”刻度；有使用温度的是滴定管、量筒、容量瓶。(2)用到“磨砂”的仪器一定是与气密性有关的，所以选分液漏斗、细口试剂瓶、广口试剂瓶、集气瓶、滴瓶、酸式滴定管。(3)是考查常见仪器的主要用途，用于粗盐提纯的有漏斗、烧杯、蒸发皿；用于分液的仪器为分液漏斗。熟悉高中化学实验中使用的每一件仪器，明确它们的构造原理，是避免这类问题出错的关键。
答案：(1)⑤⑧ ⑤⑥⑦ (2)②③④⑤⑥⑦
(3)①⑤⑥ ④
12．某化学兴趣小组的同学在分析甲酸的组成和结构后，对甲酸的性质提出如下猜想并设计了相关实验加以验证：
猜想Ⅰ：甲酸具有酸性
实验Ⅰ：在甲酸溶液中滴加紫色石蕊试液
猜想Ⅱ：甲酸能发生酯化反应
实验Ⅱ：[装置如图(1)所示]
猜想Ⅲ：甲酸能生银镜反应
实验Ⅲ：[步骤如图(2)所示]
问题Ⅰ：请你进一步设计实验证明甲酸是强酸还是弱酸：
________________________________________________________________________。
问题Ⅱ：实验Ⅱ能验证猜想Ⅱ吗？__________________；如能，请说明你的理由；如不能，请指出实验Ⅱ中的错误
________________________________________________________________________。
问题Ⅲ：分析甲酸的结构，实验Ⅲ中没有出现任何现象的可能原因是
________________________________________________________________________。
问题Ⅳ：请你在仔细分析甲酸的组成和结构的基础上，再提出一个关于甲酸性质的猜想并设计实验方案验证你的猜想：
(1)你提出的猜想是
________________________________________________________________________。
(2)你设计的实验方案是
________________________________________________________________________。
解析：问题Ⅰ的证明方法很多，相当于验证HCOOH是强电解质还是弱电解质。图(1)是酯化反应的实验，很显然有两个不当之处，一是没有使用催化剂浓硫酸致使酯化反应很难发生，二是导管不能插入饱和碳酸钠溶液的下方，易引起倒吸。不能盲目回答问题Ⅲ，从图(2)的实验操作过程上分析应该没有问题，题目提示要从甲酸结构上分析，甲酸可看成醛基连接一个羟基；因此实验Ⅲ中没有出现任何现象的可能原因是羟基的影响。
答案：问题Ⅰ：测定HCOONa溶液的pH(或将等pH的HCOOH溶液和HCl溶液稀释相同倍数测其pH的变化或比较等浓度甲酸和盐酸的导电性等) 问题Ⅱ：不能 反应混合液中没有浓硫酸；吸收装置中导管伸到饱和碳酸钠溶液液面以下 问题Ⅲ：由于羟基对醛基的影响，导致甲酸中的醛基不具有典型醛基的性质 问题Ⅳ：(1)甲酸在浓硫酸的作用下脱水生成CO和H2O
(2) eq \x(甲酸)eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(加热))eq \x(气体)eq \(――→,\s\up7(无水硫酸铜))eq \x(气体)
eq \(――→,\s\up7(澄清石灰水))eq \x(气体)eq \(――→,\s\up7(氧化铜),\s\d5(加热))eq \x(气体)eq \(――→,\s\up7(澄清石灰水))eq \x(得出结论)
13．为测定碳酸钙粉末的纯度(含杂质SiO2)，某学校学生设计了如下几个实验方案：
方案一：①称取碳酸钙样品M g；②加入过量盐酸；③收集并测定生成的气体体积V mL。
方案二：①称取碳酸钙样品M g；②用c ml/L盐酸V mL(过量)溶解样品；③取溶解后的溶液用c′ml/L NaOH溶液滴定，恰用去V′ mL。
方案三：①称取碳酸钙样品M g；②高温1000 ℃煅烧直至质量不再改变，冷却后称量，质量为M′ g。
方案四：①称取碳酸钙样品M g；②加入足量c ml/L盐酸V mL使之完全溶解；③过滤并取滤液；④在滤液中加入过量的c′ml/L Na2CO3溶液V′mL；⑤将步骤④中的沉淀滤出，洗涤、干燥、称量为M′g。
依据以上实验方案回答以下问题：
(1)方案一中如果称量样品时，砝码底部有一处未被发现的残缺，那么测得的碳酸钙纯度会________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
(2)方案二中：列出本实验中所用到的仪器名称(除铁架台、烧杯、铁架台附件外)_________________________________________________________________________。
(3)方案三中的“冷却”应如何操作：
____________________________________________________________；
理由是_________________________________________________________。
(4)方案四中计算碳酸钙纯度的公式为______________；步骤⑤中要将沉淀进行洗涤，如果未经洗涤，则测定结果碳酸钙纯度将________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
(5)综上所述，请从实验条件的难易、操作引起实验误差的大小等方面进行综合判断，你认为四个方案中，最好的方案是________。其他方案的缺点分别是：
方案四：沉淀的洗涤、干燥、称量操作过程复杂，容易造成较大误差。
方案________：_____________________________________________________。
方案________：____________________________________________________。
解析：(1)砝码底部有残缺，则所称样品的质量偏小，通过实验所测得的二氧化碳的体积偏小，即所测的碳酸钙样品纯度偏低；(2)称取碳酸钙样品需要托盘天平和药匙，量取盐酸用酸式滴定管，用盐酸溶解样品时需要烧杯和玻璃棒，用氢氧化钠溶液滴定需要铁架台、滴定管夹、碱式滴定管、锥形瓶等仪器；(3)碳酸钙分解产物固体是氧化钙，因氧化钙会吸收空气中的水蒸气，故必须在干燥器中冷却；(4)碳酸钙样品与盐酸反应后，将不溶性的杂质过滤除去，在滤液中加入过量的碳酸钠溶液，形成碳酸钙沉淀，如果未洗涤，干燥后，固体上残留氯化钠，则所得碳酸钙的纯度偏高；计算公式为eq \f(M′,M)×100%；(5)从实验条件的难易和操作引起的实验误差大小综合判断，四个方案中最好的是方案二。方案一的缺点是气体的体积难以测量，另外气体的体积受温度和压强的影响；方案三的缺点是加热所需的温度太高。
答案：(1)偏低
(2)托盘天平、药匙、滴定管夹、酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、玻璃棒
(3)在干燥器中冷却 防止生成的氧化钙与空气中的水蒸气反应，造成质量改变而产生误差
(4)eq \f(M′,M)×100% 偏高
(5)方案二 一 气体体积难以测量准确，气体体积受外界影响太大 三 实验温度高(1000 ℃的高温)，对实验条件要求较高 实验目的
实验步骤及现象
A
检验Fe(NO3)2试样是否变质
试样加水溶解，加盐酸酸化，加KSCN溶液，出现血红色
B
检验某卤代烃是否是氯代烃
试样eq \(――→,\s\up7(氢氧化钠溶液),\s\d5(煮沸))冷却
eq \(――→,\s\up7(稀硫酸至酸性硝酸银溶液))出现白色沉淀
C
证明酸性条件H2O2氧化性比I2强
NaI溶液eq \(――→,\s\up7(30%H2O2溶液))
eq \(――→,\s\up7(稀硝酸及淀粉))溶液变蓝色
D
除去氯化钠晶体中少量硝酸钾
试样eq \(――→,\s\up7(加适量水溶解))
eq \(――→,\s\up7(蒸发到剩少量液体))
eq \(――→,\s\up7(趁热过滤))eq \(――→,\s\up7(洗涤晶体))重结晶
实验中可能出现的现象
结论
①
假设1成立
②
假设2成立
③
假设3成立
序号
实验内容
实验目的
A
Cl2、Br2分别与H2反应
比较氯、溴的非金属性强弱
B
Cl2、S分别与Fe反应
比较Cl2、S的氧化性强弱
C
测定相同浓度的Na2CO3、Na2SO4两溶液的pH
比较碳酸、硫酸的稳定性强弱
D
用同一电路测定等浓度的盐酸、醋酸两溶液的导电性
比较盐酸、醋酸的酸性强弱