三十四实验方案的设计与评价 高考化学一轮复习课时作业含解析新人教版

实验方案的设计与评价

(建议用时40分钟)

1．(2021·潍坊模拟)已知KMnO4在常温下与浓盐酸反应生成Cl2，下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2的简易装置，下列叙述不正确的是(　　)

A.在试管①中盛有饱和食盐水，用试管②收集Cl2

B．用试管①收集Cl2，试管②可防止NaOH溶液倒吸到试管①中

C．③用于吸收多余的Cl2，防止污染环境

D．用该装置收集到的Cl2中会混有HCl气体和水蒸气

【解析】选A。根据导管的进出长短可知试管①用于收集Cl2，试管②用于防止NaOH溶液倒吸入①中，NaOH溶液吸收多余的Cl2，防止污染环境，①中收集到的Cl2不纯，混有HCl和水蒸气，故A选项错误，B、C、D选项正确。

【加固训练—拔高】

(2021·马鞍山模拟)下列装置和原理不能达到实验目的的是(　　)

A.①实验室制取Cl2

B．②除去SO2中少量的HCl气体

C．③验证非金属性：S＞C＞Si

D．④升华提取碘

【解析】选B。二氧化锰和浓盐酸在加热的条件下反应生成氯化锰，氯气和水，①可以用于实验室制氯气，故A正确；②除去SO2中少量的HCl气体可以选择与氯化氢反应，不与二氧化硫反应的饱和亚硫酸氢钠溶液，不能使用饱和亚硫酸钠溶液，因为亚硫酸钠会与二氧化硫反应，故B错误；③中稀硫酸与碳酸钠反应得到硫酸钠、水和二氧化碳，二氧化碳与硅酸钠反应得到硅酸和碳酸钠或碳酸氢钠，非金属元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，元素的非金属性越强，酸性硫酸＞碳酸＞硅酸，故非金属性S＞C＞Si，可以验证非金属性，故C正确；④中粗碘经水浴加热后，升华为碘蒸气，在蒸馏烧瓶中加入冷水，碘将凝华在蒸馏烧瓶的底部，故D正确。

2．(2021·中山模拟)实验室验证钠能与二氧化碳发生反应，并确定其产物的装置如图所示(已知PdCl2溶液遇CO能产生黑色的Pd)，下列说法错误的是(　　)

A.装置①的仪器还可以制取H2

B．装置⑤中石灰水变浑浊后，再点燃酒精灯

C．装置②③中分别盛装饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4

D．装置⑥中有黑色沉淀，发生的反应是PdCl2＋CO＋H2O===Pd↓＋CO2＋2HCl

【解析】选C。由实验装置图可知，装置①为二氧化碳制备装置，装置②中盛有饱和碳酸氢钠溶液，用以除去二氧化碳中的氯化氢，装置③中盛有浓硫酸，用以除去水蒸气，装置④为钠与干燥二氧化碳在加热条件下发生反应的装置，装置⑤为二氧化碳的检验装置，装置⑥为一氧化碳的检验和吸收装置。装置①为固体和液体不加热反应制备气体的装置，锌和稀硫酸反应制氢气可以用装置①，故A正确；金属钠易与空气中的氧气、水蒸气等发生反应，实验之前，应用二氧化碳气体排出装置中的空气，当装置⑤中石灰水变浑浊后，说明空气已排净，再点燃酒精灯，可排除氧气、水蒸气等对钠与二氧化碳反应的干扰，故B正确；装置①中反应产生的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气，因为碳酸钠溶液与二氧化碳反应，应先用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳气体中的氯化氢，故C错误；根据题给信息可知，PdCl2溶液与CO发生氧化还原反应生成黑色的Pd、二氧化碳和氯化氢，反应的化学方程式为PdCl2＋CO＋H2O===Pd↓＋CO2＋2HCl，故D正确。

3．(2021·泰安模拟)下列实验操作中，对应的实验现象以及实验结论都正确且两者具有因果关系的是(　　)

【解析】选D。盐酸是无氧酸，不能根据盐酸酸性强弱判断非金属性，故A不合理；将氯化铝溶液蒸干析出的白色固体是氢氧化铝，故B不合理；苯的密度比水小，无色溶液，先滴加氯水，再加入少量苯，振荡、静置，溶液分层，上层呈紫红色，则原无色溶液中一定有I－，故C不合理；铜与浓硫酸加热，反应生成硫酸铜、二氧化硫、水，表现浓硫酸强氧化性和酸性，故D合理。

4．(2021·泰安模拟)Na2S2O3可用作氰化物中毒的解毒剂，易溶于水，几乎不溶于乙醇。取Na2SO3(s)、S、蒸馏水于烧杯中，在105 ℃左右反应后过滤Ⅰ，将滤液Ⅰ浓缩、冷却，待晶体析出后过滤Ⅱ、洗涤，低温干燥可得Na2S2O3·5H2O晶体。下列说法错误的是(　　)

A．采用酒精灯加热时需使用外焰加热

B．将滤液Ⅰ浓缩至溶液变浑浊，再冷却可析出晶体

C．反应原理为Na2SO3＋SNa2S2O3

D．过滤Ⅱ后得到的晶体先用浓硝酸洗后用水洗

【解析】选D。采用酒精灯加热时需使用外焰加热，A正确，B、C正确；过滤Ⅱ后得到的晶体Na2S2O3·5H2O不能用浓硝酸洗，浓硝酸具有强氧化性，D错误。

5．2019年3月8日，联合国妇女署在推特上发布了一张中国女科学家屠呦呦的照片。致敬她从传统中医药中找到了治疗疟疾的药物——青蒿素。青蒿素是从复合花序植物黄花蒿中提取得到的一种有效治疗疟疾的药物。查阅资料知：常温下，青蒿素为无色针状晶体，味道较苦，难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点为156～157 ℃；从青蒿中提取青蒿素的方法主要有乙醚浸提法和溶剂汽油浸提法。

回答下列问题：

(一)用乙醚浸提法提取青蒿素的流程如图：

(1)对青蒿进行破碎的目的是_____________________________________。

(2)操作Ⅰ所用到的玻璃仪器是________________________________________，操作Ⅱ的仪器选择及安装都正确的是________(填标号)。

(3)操作Ⅲ的主要过程可能是________。

a．加水溶解，蒸发浓缩、冷却结晶

b．加95%乙醇，浓缩、结晶、过滤

c．加入乙醚进行萃取分液

(二)青蒿素分子式的测定

用如图所示的实验装置测定青蒿素的分子式，将28.2 g青蒿素放在燃烧管C中充分燃烧：

(4)①仪器各接口的连接顺序从左到右依次为__________________(每个装置限用一次)；

②装置E中干燥管的作用是_______________________________________；

③装置D中的试剂为____________________________________________；

④已知青蒿素分子中只含碳、氢、氧三种元素，用合理连接后的装置进行实验，测量数据如表：

则青蒿素分子中碳、氢、氧三种原子的个数比为________。

【解析】(1)根据乙醚浸取法的流程可知，对青蒿进行干燥破碎，可以增大青蒿与乙醚的接触面积，提高青蒿素的浸取率；(2)根据上面的分析，操作Ⅰ为过滤，需要的玻璃仪器主要有：烧杯、漏斗、玻璃棒；分离相互混溶的液体混合物可依据沸点差异，操作Ⅱ为蒸馏，蒸馏中温度计水银球在支管口位置，用直形冷凝管，故选b；(3)已知：青蒿素难溶于水，易溶于有机溶剂，可用乙醇提取粗产品中的青蒿素，故加95%乙醇，浓缩、结晶、过滤可得精品，故答案为b；(4)①为了能准确测量青蒿素燃烧生成的CO2和H2O，实验前应先排出装置内的空气，防止干扰实验。A装置生成O2，用于排出装置中的空气以及与青蒿素反应，用双氧水制取的O2中含有水蒸气，需要干燥，因此A和C之间加个干燥装置。根据表格中的数据，B装置用于吸收H2O，E装置中的U形管用于吸收生成的CO2，干燥管防止外界空气中CO2和H2O的进入，即装置的连接顺序为afgdebchi；②装置E中干燥管的作用是防止空气中的CO2和H2O进入装置E中的U形管，影响CO2的测定；③装置D中试剂为浓硫酸；④由数据可知m(H2O)＝42.4 g－22.6 g＝19.8 g，所以n(H2O)＝1.1 mol，m(CO2)＝146.2 g－80.2 g＝66 g，所以n(CO2)＝1.5 mol，所以青蒿素中氧原子的质量为m(O)＝28.2－(2.2×1)－(1.5×12)＝8 g，所以n(O)＝0.5 mol，N(C)∶N(H)∶N(O)＝1.5∶2.2∶0.5＝15∶22∶5。

答案：(1)增大青蒿与乙醚的接触面积，提高青蒿素的浸取率　(2)漏斗、烧杯、玻璃棒　b

(3)b　(4)①afgdebchi　②防止空气中的CO2和H2O进入装置E中的U形管，影响CO2的测定　③浓硫酸　　④15∶22∶5

6．(2021·孝感模拟)用如图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差。下列有关说法不正确的是(　　)

A.装置Ⅰ(启普发生器)用于制备H2，还可用于大理石与稀盐酸制CO2

B．“点燃酒精灯”和“打开活塞K”这两步操作中间应该进行的操作是检验H2的纯度

C．若Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝，则实验测得的m(H)∶m(O)<1∶8

D．该装置存在的缺陷有：Ⅰ、Ⅱ装置之间以及Ⅲ装置之后缺少干燥装置

【解析】选C。启普发生器适用于颗粒状或片状固体与液体不加热反应制气，大理石与稀盐酸制CO2可以用启普发生器，A说法正确；实验时应先打开活塞K一段时间，待检验H2的纯度后再点燃酒精灯，故二者之间的操作是检验H2的纯度，B说法正确；装置Ⅱ中玻璃管内有水冷凝，即玻璃管内增加了氢元素，导致玻璃管内的质量差减小，故实验测得的m(H)∶m(O)应大于1∶8，C说法错误；装置Ⅰ、Ⅱ之间加干燥装置可防止H2中混有的水蒸气对实验的干扰，装置Ⅲ之后加干燥装置，可防止外界空气中的水蒸气对实验造成干扰，D说法正确。

【加固训练—拔高】

(2021·重庆模拟)氧化铅(PbO)是黄色固体。实验室用草酸在浓硫酸作用下分解制备CO，其原理为H2C2O4CO↑＋CO2↑＋H2O。某课题小组同学设计实验探究CO还原氧化铅并检验氧化产物(已知CO能使银氨溶液产生黑色沉淀)的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.装置②④⑤中的试剂依次为碱石灰、银氨溶液、澄清石灰水

B．实验时，先点燃装置①处酒精灯，当装置⑤中产生连续气泡且有明显现象后再点燃装置③处酒精灯

C.实验完毕时，先熄灭装置①处酒精灯，再熄灭装置③处酒精灯

D．尾气处理可选用点燃、气袋收集、NaOH溶液吸收

【解析】选B。装置①中草酸在浓硫酸作用并加热的条件下反应产生CO、H2O、CO2，装置②中用碱石灰除去H2O和CO2，装置③中发生反应CO＋PbOPb＋CO2，装置④中用澄清石灰水检验并除去产生的CO2，装置⑤中用银氨溶液检验反应前CO是否将装置中的空气排尽，A错误；实验时先点燃①处酒精灯，用CO排尽装置中的空气，再点燃③处酒精灯，B正确；实验完毕时应先熄灭③处酒精灯，待Pb冷却后再熄灭①处酒精灯，C错误；尾气中的CO不能被NaOH溶液吸收，D错误。

7．实验室用N2H4(肼，又名联氨，常温下为无色油状液体，沸点为113.5 ℃，具有与氨相似的气味，有弱碱性和较强的还原性)还原Cu(OH)2制备纳米Cu2O的装置(部分加热装置已省略)如图所示：

已知NaNO2溶液与NH4Cl溶液反应能得到N2。

下列说法不正确的是(　　)

A．装置②⑥中分别盛装浓硫酸和稀硫酸

B．无水硫酸铜由白色变为蓝色说明从装置④中出来的气体中含有水蒸气

C．装置④中发生反应的化学方程式为N2H4＋4Cu(OH)2===2Cu2O＋N2↑＋6H2O

D．加入反应试剂后，先打开K2，待装置④中反应完且冷却至室温，再打开K1排尽装置中的N2H4

【解析】选D。装置①中产生的N2中含有水蒸气，应先干燥，然后通入后续反应装置赶走空气，避免空气对实验造成影响，故装置②中盛装浓硫酸干燥氮气，装置⑥中盛装稀硫酸可吸收未反应的N2H4，A正确；无水硫酸铜变蓝色说明从装置④中出来的气体中含有水蒸气，B正确；根据题意可知，Cu(OH)2作氧化剂，被还原为Cu2O，N2H4作还原剂，被氧化为N2，化学方程式为N2H4＋4Cu(OH)2===2Cu2O＋N2↑＋6H2O，C正确；加入反应试剂后，应该先打开K1排出装置中的空气，待装置中的空气排尽后，关闭K1，再打开K2，待反应结束且冷却至室温后，关闭K2，再打开K1排尽装置中的N2H4，D错误。

8．(2021·海口模拟)氯苯在染料、医药工业中常用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基苯酚等有机中间体。实验室中制备氯苯的装置如图所示(其中夹持仪器已略去)。

请回答下列问题：

(1)仪器a中盛有KMnO4晶体，仪器b中盛有浓盐酸。打开仪器b中的活塞，使浓盐酸缓缓滴下，可观察到仪器a内的现象是________________________。

(2)仪器b外侧的细玻璃导管的作用是__________________________________。

(3)仪器d中盛有苯、FeCl3粉末，仪器a中生成的Cl2经过仪器e进入仪器d中。

①仪器e的名称是__________________，其中盛装的试剂名称是________________________。

②仪器d中的反应进行过程中，应保持温度在40～60 ℃之间，以减少副反应的发生。仪器d的加热方式最好采用________加热。

(4)仪器c的作用是_____________________________________________。

(5)该方法制备的氯苯中含有很多杂质。在工业生产中，先通过水洗除去FeCl3、HCl及部分Cl2，然后通过碱洗除去其余Cl2，碱洗后通过分液得到含氯苯的有机混合物，混合物成分及各成分的沸点如表所示：

①碱洗前先进行水洗的目的是___________________________________。

②从该有机混合物中提取氯苯时，采用蒸馏方法，收集________℃左右的馏分。

(6)实验工业生产中，苯的流失量如表所示：

某一次投产，加入13 t苯，则制得的氯苯为________t(保留一位小数)。

【解析】(1)仪器a中发生的反应是KMnO4在酸性条件下氧化Cl－生成Cl2。(2)仪器b外侧的细玻璃导管能使仪器a与仪器b中的压强保持相同，从而使浓盐酸能顺利滴下。(3)①仪器a中制备的Cl2中含有水蒸气和HCl杂质，而后续氯苯的制备中也产生HCl，故HCl对氯苯的制备无影响，因此洗气瓶中应盛有浓硫酸，对气体进行干燥。②制备氯苯的反应温度为40～60 ℃，低于100 ℃，故最好采用平缓易控的水浴加热方式。(4)仪器c为球形冷凝管，起冷凝回流的作用。(6)制得氯苯的质量为13 t××≈17.1 t。

答案：(1)有黄绿色气体生成　(2)使浓盐酸能顺利滴下(或平衡仪器a、b内的压强)　(3)①洗气瓶　浓硫酸　②水浴　(4)冷凝回流　(5)①减少后续碱洗操作时碱的用量，节约成本　②132.2　(6)17.1