2019届二轮复习 化学实验方案的设计 作业（全国通用） 练习

化学实验方案的设计

1．(2018·山东泰安高三第二次模拟考试理科综合试题)研究物质制备是化学学科的任务之一。

(1)请从Cl2、H2、CO2、NO、NH3五种气体中选择一种气体，该气体在实验室可用如图装置制取、净化、收集(可以含水蒸气)，制取该气体的化学方程式为______________________________________________________________。

(2)已知：

NaCl＋CH2===CH2↑＋Na3PO4＋3H2O，可用下述装置制取1,2二溴乙烷(无色液体，密度2.18 g·cm－3，熔、沸点分别为9.79 ℃、131.4 ℃，不溶于水)；试管d中装有液溴(表面覆盖少量水)。

①e装置的作用是_______________________________________；

当观察到________现象时，试管d中反应基本结束；

②若用冰水代替烧杯中的冷水，可能引起的不安全后果是

_____________________________________________________________；

③实验后，需通过水洗、________、水洗、用干燥剂干燥、蒸馏等操作对试管d中的粗产品进行精制；

④实验消耗40%乙烯利(摩尔质量为M)溶液50 g，制得产品m g，则乙烯利合成1,2二溴乙烷的产率为________(用含M、m的代数式表示)；

⑤设计实验证明，反应后烧瓶中的混合溶液含有Cl－、PO。简述实验方案：____________________________________________________________________。

解析：(1)根据图中的装置可知，该气体的制取使用不加热制气体装置，可以使用向上排空气收集，可知该气体的密度比空气大，H2、NH3的密度比空气小不能用向上排空气法，Cl2和NO不能用排空气法收集，所以只能是CO2，所以反应的方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。(2)①溴有毒，需要使用尾气吸收装置，氢氧化钠溶液能够与溴反应，所以e中的氢氧化钠溶液吸收挥发的溴蒸气，防止污染大气，当观察到试管内溶液褪为无色时，试管d中反应基本结束。②若用冰水代替烧杯中的冷水，温度太低造成生成的1,2二溴乙烷(熔点为9.79 ℃)凝固会堵塞d中长导管。③用氢氧化钠溶液可以洗去粗产品中未反应完的溴单质。④1,2二溴乙烷的物质的量为，乙烯利的物质的量为，可以计算出产率为×100%＝×100%。⑤取适量混合溶液，加入过量的Ba(NO3)2溶液，产生白色沉淀，证明溶液中存在PO，静置，取适量上层清液于试管中，加入过量稀硝酸和AgNO3溶液，产生白色沉淀，证明溶液中存在Cl－。

答案：(1)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

(2)①吸收溴蒸气　试管内溶液褪为无色　②试管d中长导管堵塞　③用稀NaOH溶液洗　④×100%　⑤取适量混合溶液，加入过量的Ba(NO3)2溶液，产生白色沉淀，证明溶液中存在PO，静置，取适量上层清液于试管中，加入过量稀硝酸和AgNO3溶液，产生白色沉淀，证明溶液中存在Cl－

2．(2018·河北唐山五校高三联考A卷理综试卷)某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究。

查阅资料：Cu2O在酸性溶液中会发生反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O

探究一：用如图所示装置进行实验，回答下列问题：

(1)仪器组装完成后，夹好止水夹，__________________，则说明装置A的气密性良好。

(2)装置A是氢气的发生装置，可以选用的药品是______(填选项)。

A．稀硫酸和锌片　　　　　　　　　B．稀硝酸和铁片

C．氢氧化钠溶液和铝片  D．浓硫酸和镁片

(3)从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：①________③(填序号)。

①打开止水夹

②熄灭C处的酒精喷灯

③C处冷却至室温后，关闭止水夹

④点燃C处的酒精喷灯

⑤收集氢气并验纯

⑥通入气体一段时间，排尽装置内的空气

探究二：

(4)甲同学取少量样品于试管中，加入适量的稀硫酸，若无红色物质生成，则说明样品中不含Cu2O；乙同学认为观点不正确，其原因是______________(用离子方程式表示)；丙同学另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色的气体，证明样品中一定含有________，其反应的离子方程式为________________；丁同学设计实验证明另一种物质是否存在，则其设计方案中检验另一种物质所有试剂名称为________。

(5)取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，若反应后经过滤得到固体3.2 g，滤液中Fe2＋有1.0 mol，则样品中n(Cu2O)＝________ mol。

解析：(2)由反应原理和物质性质可知，稀硫酸和锌反应生成氢气，金属铝和强碱溶液反应生成氢气；A.稀硫酸和锌片反应生成硫酸锌和氢气，故A符合；B.稀硝酸和铁片反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，不能生成氢气，故B不符合；C.氢氧化钠溶液和铝片反应生成偏铝酸钠和氢气，故C符合；D.浓硫酸和镁片反应生成硫酸镁、二氧化硫和水，故D不符合。(3)氢气混有空气加热发生爆炸，所以开始先通氢气，打开止水夹生成氢气，通过后续装置充满氢气，目的是排出装置中的空气，检验最后U形管出来的气体氢气纯度，气体纯净后再点燃C处的酒精喷灯，反应完成后先撤酒精灯，玻璃管冷却后再停氢气，防止生成的铜被空气中氧气氧化，正确的存在顺序为①⑥⑤④②③。(4)取少量样品于试管中，加入适量的稀硫酸，若无红色物质生成，可能是铁离子溶解生成的红色铜，不能证明样品中不含Cu2O，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色的气体，证明样品中一定含有Cu2O，氧化亚铜和浓硝酸反应生成硝酸铜，二氧化氮和水，反应的化学方程式为Cu2O＋6HNO3(浓)===2Cu(NO3)2＋2NO2↑＋3H2O，离子方程式为Cu2O＋6H＋＋2NO===2Cu2＋＋2NO2↑＋3H2O，要设计实验证明另一种物质氧化铁是否存在，需要首先用盐酸将固体溶解，然后依据铁离子和硫氰化钾溶液反应生成血红色溶液设计，若加入硫氰化钾溶液变红色，证明含有铁离子，否则不含有铁离子。(5)2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O，固体为铜，铁离子全部反应生成亚铁离子，生成1.0 mol Fe2＋，消耗Cu 0.5 mol，剩余Cu物质的量＝＝0.05 mol，原样品中Cu2O物质的量＝0.05 mol＋0.5 mol＝0.55 mol。

答案：(1)向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变

(2)AC　(3)⑥⑤④②

(4)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋　Cu2O　Cu2O＋6H＋＋2NO===2Cu2＋＋2NO2↑＋3H2O　盐酸、硫氰化钾

(5)0.55

3．(2018·黑龙江哈尔滨第六中学高三模拟考试)碳酸亚铁(白色固体，难溶于水)是一种重要的工业原料，可用于制备补血剂乳酸亚铁，也可用作可充电电池的电极。某研究小组通过下列实验，寻找利用复分解反应制备FeCO3沉淀的最佳方案：

(1)实验Ⅰ中红褐色沉淀产生的原因可用如下反应表示，请补全反应：

Fe2＋＋________＋________＋H2O＝　Fe(OH)3＋HCO

(2)实验Ⅱ中产生FeCO3的离子方程式为____________________________。

(3)为了探究实验Ⅲ中NH所起的作用，甲同学设计了实验Ⅳ进行探究：

实验Ⅳ中加入Na2SO4固体的目的是②_____________________________。

对比实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，甲同学得出结论：NH水解产生H＋，降低溶液pH，减少了副产物Fe(OH)2的产生。

乙同学认为该实验方案不够严谨，应补充的对比实验操作是：③________________________，再取该溶液一滴管，与2 mL 1 mol/L NaHCO3溶液混合。

(4)小组同学进一步讨论认为，定性实验现象并不能直接证明实验Ⅲ中FeCO3的纯度最高，需要利用如图所示的装置进行定量测定。分别将实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的沉淀进行过滤、洗涤、干燥后称量，然后转移至A处的广口瓶中。

为测定FeCO3的纯度，除样品总质量外，还需测定的物理量是________。

(5)实验反思：经测定，实验Ⅲ中的FeCO3纯度高于方案Ⅰ和方案Ⅱ。通过以上实验分析，制备FeCO3实验成功的关键因素是_______________________________________________________________。

解析：(1)Fe2＋被氧气氧化为铁离子，铁离子与碳酸根离子发生水解生成Fe(OH)3；根据电子得失守恒：Fe2＋→Fe(OH)3，铁元素化合价升高了1，O2→2O2－，化合价降低了4，因此，Fe2＋、Fe(OH)3前面系数为4，氧气前面系数为1，再根据电荷守恒，CO和HCO前面系数为8，最后再根据原子守恒，水前面系数为10，具体系数如下：4Fe2＋＋8CO＋1O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8HCO。(2)根据实验现象可知，亚铁离子与碳酸氢根离子反应，生成FeCO3和CO2，离子方程式为Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。(3)①探究同一酸性环境下的铵根离子的作用，因此要用硫酸调控溶液的pH＝4.0。②为了保证溶液中的硫酸根离子浓度的不变，向溶液中加入硫酸钠来控制SO的浓度。③为了增强实验的严谨性，还应向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固体至c(SO)＝1.6 mol/L，同一条件下做对比实验，这样结论更准确。(4)碳酸铁和稀硫酸反应生成二氧化碳气体，水蒸气被浓硫酸吸收后，碱石灰(C)吸收二氧化碳气体，通过测定C中U形管的增重，测出反应产生二氧化碳气体的量，最后根据反应关系来测定FeCO3的纯度。(5)通过三组实验分析可知，溶液的pH不同，生成FeCO3的量不同，因此制备FeCO3实验成功的关键因素是调节溶液pH。

答案：(1)4Fe2＋＋8CO＋1O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8HCO

(2)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O

(3)①硫酸至pH＝4.0　②控制SO的浓度　③向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固体至c(SO)＝1.6 mol/L

(4)C中U形管的增重

(5)调节溶液pH

4．四氯化钛(TiCl4)是生产金属钛及其化合物的重要中间体。室温下，四氯化钛为无色液体。某化学兴趣小组同学以TiO2和CCl4为原料在实验室制取液态TiCl4，装置如图所示。

有关信息如下：

①反应原理：TiO2(s)＋CCl4(g)TiCl4(g)＋CO2(g)。

②反应条件：无水无氧且加热。

③有关物质性质如下表：

请回答下列问题：

(1)装置F橡皮管的作用是____________________________________，

装置F中有氮气生成，该反应的化学方程式为

________________________________________________________。

(2)实验装置依次连接的顺序为F→B→________→________→________→________。

(3)欲分离C中的液态混合物，所采用操作的名称是________。

(4)实验开始前首先点燃________处酒精灯(填“D”或“F”)，目的是________________________________________________________________。

(5)E装置________(填“能或不能”)换成B装置，理由是

________________________________________________________________________。

解析：(1)装置F中连有一段橡皮管，可以平衡分液漏斗和圆底烧瓶之间的气压，便于分液漏斗中的液体顺利流下。(2)装置F中产生氮气，通过氮气将装置中空气排出，防止TiCl4被氧化，B为干燥管，干燥氮气，防止生成的TiCl4遇潮湿的气体产生白雾；A装置加热使四氯化碳挥发，D中装置在加热条件下，发生反应TiO2(s)＋CCl4(g)TiCl4(g)＋CO2(g)，CCl4、TiCl4熔点较低，C装置使这两种物质转化为液态，E装置应该盛放浓硫酸，干燥空气，根据以上分析可知，实验装置依次连接的顺序为F→B→A→D→C→E。(3)C中的液态混合物为TiCl4与未反应的CCl4，二者互溶，采取蒸馏方法进行分离。(4)D中的反应要保证在无水、无氧环境下进行，要先通一会儿氮气，排除装置中的空气，再点燃酒精灯，因此实验开始前首先点燃F处酒精灯。(5)因为TiCl4遇潮湿空气产生白雾，发生水解反应，且反应在无氧条件下进行，故E装置作用是防止空气中水蒸气、氧气进入；B装置可以吸收水，但不能吸收空气中的氧气，不能保证反应在无氧环境下进行，故E装置不能换成B装置。

答案：(1)平衡气压，使液体顺利流下　NaNO2＋NH4ClN2↑＋NaCl＋2H2O

(2)A、D、C、E

(3)蒸馏

(4)F　排除装置中的空气，保证反应在无水无氧环境下进行

(5)不能　B装置可以吸收水，但不能阻止空气中的氧气进入反应装置，不能保证反应在无氧环境下进行