全国版2021高考化学一轮复习课时作业41化学实验方案的设计评价及探究实验含解析 练习

课时作业(四十一)　化学实验方案的设计、评价及探究实验

1．(2018·天津卷，4)由下列实验及现象推出的相应结论正确的是(　　)

B　[B对：符合较强酸制较弱酸的原理。A错：可以证明含有Fe2＋，但不能确定是否含有Fe3＋。C错：由于ZnS难溶而Na2S易溶，且浓度未知，向悬浊液中滴加CuSO4溶液产生黑色沉淀，不能比较ZnS和CuS的Ksp大小。D错：若原溶液中存在SO，也会产生同样的现象。]

2．(2018·江苏卷，12)根据下列实验操作和现象所得出的结论正确的是(　　)

B　[B对：向碘水中加入等体积CCl4，振荡后静置，上层接近无色，下层显紫红色，由于CCl4的密度大于水，则下层是有机层，从而得出结论：I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度。A错：苯酚与Na2CO3溶液反应生成苯酚钠和NaHCO3，故实验的结论应是苯酚的酸性强于HCO。C错：向CuSO4溶液中加入铁粉，有红色固体析出，发生反应：Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu，Cu2＋是氧化剂，Fe2＋是氧化产物，则氧化性：Cu2＋＞Fe2＋。D错：向NaCl、NaI的混合稀溶液中滴入少量稀AgNO3溶液，有黄色沉淀生成，说明生成AgI沉淀，得出结论：c(Ag＋)·c(I－)＞Ksp(AgI)。由于题目未指明NaCl、NaI物质的量浓度大小，故无法根据生成沉淀的先后比较Ksp(AgCl)、Ksp(AgI)的大小。]

3．(2019·河北石家庄模拟)AgNO3是中学化学常用试剂，某兴趣小组设计如下实验探究其性质。

I．AgNO3的热稳定性

AgNO3受热易分解，用下图装置加热AgNO3固体，试管内有红棕色气体生成，一段时间后，在末端导管口可收集到无色气体a。

(1)实验室检验气体a的方法为_____________________________________________。

(2)已知B中只生成一种盐，据此判断AgNO3受热分解的化学方程式为

________________________________________________________________________。

(3)从安全角度考虑，上述实验装置存在一处明显缺陷，改进措施为

________________________________________________________________________。

Ⅱ. AgNO3与盐溶液的反应

(4)甲同学认为试管②中产生银镜是Fe2＋所致，其离子方程式为________________________________________________________________________；

乙同学认为要判断该观点正确，需增加如下实验，取2 mL 0.5mol/L AgNO3溶液于试管中，向其中满加几滴________________，若只产生白色远淀，证明甲同学观点正确。

(5)已知：AgSCN为白色沉淀。试管③中红色褪去的原因为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________(请从平衡移动的角度解释)。

(6)设计实验证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)。

限选试剂：0.1 mol/L AgNO3溶液、0.1 mol/L KI溶液、0.1 mol/L KSCN溶液

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　(1)根据实验，加热硝酸银，有红棕色气体产生，说明产生NO2，通过装置B后，在末端导管口可收集到无色气体，无色气体可能为氧气，检验氧气的方法是将带火星的木条放至导管口，木条复燃；(2)NO2与NaOH反应：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，氧气能把NaNO2氧化成NaNO3，根据信息，B中只生成一种盐，说明氧气过量，根据得失电子数目守恒，Ag的化合价降低，推断出硝酸银受热分解的方程式为：2AgNO32Ag＋2NO2↑＋O2↑；(3)NO2能与NaOH发生反应，容易造成导管内的气体压强减小，容易引起倒吸，因此 A、B装置之间连接一个防倒吸的安全瓶；(4)Ag＋的氧化性比Fe3＋强，因此发生Ag＋＋Fe2＋===Fe3＋＋Ag；根据②的实验现象以及若只产生白色沉淀，证明甲同学观点正确，推出所加溶液为0.5mol·L－1(NH4)2SO4；(5)溶液中发生Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3使局部变红；振荡试管时，过量的Ag＋与SCN－反应生成AgSCN沉淀，降低了c(SCN－)，平衡逆向移动，溶液褪色；(6)方案一：向盛有0.1 mol·L－1 AgNO3溶液的试管中滴加0.1 mol·L－1 KSCN溶液至不再有白色沉淀生成，向其中滴加0.1 mol·L－1 KI溶液，白色沉淀转化为黄色沉淀，则证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)。方案二：将等体积的0.1 mol·L－1 KSCN溶液和0.1 mol·L－1 KI溶液混合，向混合液中滴加0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，若生成黄色沉淀，则证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)。

答案　(1)将带火星的木条放至导管口，木条复燃

(2)2AgNO32Ag＋2NO2↑＋O2↑　(3)A、B装置之间连接一个防倒吸的安全瓶　(4)Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋

0.5 mol/L (NH4)2SO4溶液　(5)溶液中发生Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3使局部变红；振荡试管时，过量的Ag＋与SCN－反应生成AgSCN沉淀，降低了c(SCN－)，平衡逆向移动，溶液褪色　(6)方案一：向盛有0.1 mol/L AgNO3溶液的试管中滴加0.1 mol/L KSCN溶液至不再有白色沉淀生成，向其中滴加0.1 mol/L KI溶液，白色沉淀转化为黄色沉淀，则证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)。方案二：将等体积的0.1 mol/L KSCN溶液和0.1 mol/L KI溶液混合，向混合液中滴加0.1 mol/L AgNO3溶液，若生成黄色沉淀，则证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)。

4．(2019·辽宁丹东一模)某化学实验小组的同学将打磨过的镁条投入到滴有酚酞的饱和NaHCO3溶液中，发现反应迅速，产生大量气泡和白色不溶物，溶液的浅红色加深。该小组同学对白色不溶物的成分进行了探究和确定。

I．提出假设：

(1)甲同学：可能只是MgCO3；

乙同学：可能只是________；

丙同学：可能是xMgCO3·yMg(OH)2。

(2)在探究沉淀成分前，需将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，洗涤沉淀的操作方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

Ⅱ.定量实验探究：取一定量已干燥过的沉淀样品，利用下列装置测定其组成(部分固定夹持装置未画出)，经实验前后对比各装置的质量变化来分析沉淀样品的组成，得出丙同学的假设是正确的。请回答下列问题：

(3)写出xMgCO3·yMg(OH)2受热分解的化学方程式

___________________________________________________。(用x、y 表示)

(4)①实验中合理的实验装置连接顺序为；

e→____→____→____→____→____→____→____。(各装置只使用一次)

②实验一段时间后，当装置B中__________(填实验现象)时，停止加热，说明沉淀样品已完全分解，然后打开f处的活塞，缓缓通入空气数分钟的目的是____________________。

③指导老师认为在上述实验装置末端还需再连接一个装置D，若无此装置，则会使测出的x∶y的值__________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(5)若改进实验后，最终装置B质量增加m克，装置D质量增加n克，则x∶y＝________(用含m、n 的代数式表示)。

解析　I．(1)综合甲和丙的假设，乙的假设只能是Mg(OH)2；(2)洗涤沉淀的操作方法是向过滤器中沿玻璃棒注入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后重复操作2～3次；

Ⅱ.(3)根据原子守恒可知xMgCO3·yMg(OH)2受热分解的化学方程式为xMgCO3·yMg(OH)2(x＋y)MgO＋xCO2↑＋yH2O；(4)①根据各装置的特点可以发现该定量实验是这样设计的，先用除去二氧化碳和水的空气把整套装置内的空气排尽，再把一定质量的沉淀样品加热让其完全分解，分解产生的气体先通过浓硫酸吸收水，再通过碱石灰吸收二氧化碳，分别称量浓硫酸和碱石灰的增重，即可计算出样品的组成。所以合理的实验装置连接顺序为efabcdgh；②实验一段时间后，当装置B中无气泡冒出时，停止加热，说明沉淀样品完全分解；然后打开f处的活塞，缓缓通入空气数分钟的目的是将装置中生成的CO2和水蒸气排入后续装置被碱石灰和浓硫酸充分吸收；③指导老师认为在上述实验装置末端还需再连接一个装置D，其目的是防止空气中的水蒸气和二氧化碳被原来的D装置吸收，以致因测得二氧化碳的质量偏大导致碳酸镁的含量偏多，所以若无此装置，会使测出的x∶y的值偏大；

(5)若改进实验后，最终装置B质量增加m克，水的物质的量是mol。装置D质量增加n克，即CO2的物质的量是mol，则根据原子守恒可知x∶y＝mol∶＝9n∶22m。

答案　(1)Mg(OH)2　(2)向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次　(3)xMgCO3· yMg(OH)2(x＋y)MgO＋xCO2↑＋yH2O　(4)①fabcdgh

②无气泡冒出　排出装置中的CO2和水蒸气　③偏大

(5)9n∶22m

5．为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。

Ⅰ.AgNO3的氧化性

将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag＋除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。

(1)请完成下表：

[实验结论]　Fe的氧化产物为Fe2＋和Fe3＋

Ⅱ.AgNO3的热稳定性

用如图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。

(2)装置B的作用是__________。

(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是

________________________________________________________________________。

(4) [查阅资料]　Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。

[提出设想]　试管中残留的黑色固体可能是：ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。

[实验验证]　该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。

[实验评价]　根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是______(填实验编号)。

[实验结论]　根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。

解析　(1)检验Fe3＋可用KSCN溶液，现象为溶液呈红色。检验Fe2＋可用K3[Fe(CN)6]溶液，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应可产生蓝色沉淀。(2)装置B的作用为防止溶液倒吸进入试管中。(3)O2的检验方法为用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃。(4)由题干信息可知，Ag2O可溶于氨水，实验a加入足量氨水，固体不溶解，所以固体成分为Ag；而Ag和Ag2O都溶于稀HNO3，所以实验b不能确定固体成分。

答案　(1)①溶液呈红色　②K3[Fe(CN)6]溶液　③产生蓝色沉淀　(2)防倒吸　(3)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2　(4)b　Ag、NO2、O2

6．(2019·广东六校联考)某化学小组拟采用如下装置(夹持和加热仪器已略去)来电解饱和食盐水，并用电解产生的H2还原CuO粉末来测定Cu的相对原子质量，同时检验氯气的氧化性。

(1)写出装置甲的电解总反应方程式

____________________________________________________________________。

(2)为完成上述实验，正确的连接顺序为E→__________(填写连接的字母)。

(3)对硬质玻璃管里的氧化铜粉末进行加热前，需要先通一段时间某气体并检验该气体的纯度，检验该气体已经纯的具体的操作和现象为

________________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(4)乙装置的a瓶溶液可选用________。

A．淀粉碘化钾溶液　 B．酸性高锰酸钾溶液

C．硫化钠溶液　 D．Fe(NO3)2溶液

(5)若a瓶中盛放过量的NaHSO3溶液，写出发生的离子反应方程式________________________________________________________________________。

(6)为测定Cu的相对原子质量，设计了如下甲、乙两个实验方案。精确测量硬质玻璃管的质量为a g，加入CuO后，精确测量硬质玻璃管和CuO的总质量为b g , 实验完毕后：

甲方案：通过精确测量硬质玻璃管和Cu粉的总质量为c g, 进而确定Cu的相对原子质量。

乙方案：通过精确测定生成水的质量d g，进而确定Cu的相对原子质量。

乙方案不足之处是_________________________________________________。

按甲方案进行计算，Cu的相对原子质量为__________。(用含a、b、c的式子来表示)

解析　(1)电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气、氢气，反应的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

(2)A是阴极，阴极上产生的是氢气，B是阳极，阳极上产生的是氯气，要用氢气来还原氧化铜，所以A连接E，干燥氢气后用氢气来还原氧化铜，所以B连接C。

(3)氢气属于易燃气体，对硬质玻璃管里的氧化铜粉末进行加热前，需要先通一段时间某氢气，以排除装置中的空气，检验氢气的纯度的方法为用排水法收集一小试管该气体，用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指，如果听到轻微的爆鸣声，说明该气体已纯。

(4)检验氯气的氧化性可以利用还原性的物质发生反应，且有明显的现象，可以把氯气通入淀粉碘化钾溶液发生氧化还原反应，生成碘单质遇淀粉变蓝；也可以将氯气通入硫化钠溶液中，反应生成淡黄色的沉淀，氯气与酸性高锰酸钾溶液不反应，氯气与硝酸亚铁反应不能证明是氯气的氧化性，可能是硝酸的氧化性，故选AC；

(5)若a瓶中盛放过量的NaHSO3溶液，氯气将亚硫酸氢钠氧化为硫酸钠，反应的离子反应方程式为4HSO＋Cl2===SO＋2Cl－＋3SO2＋2H2O。

(6)在乙方案中，装置中U型管会吸收空气中的CO2和水，会导致测定Cu的相对原子质量有误差，所以乙方案不合理，甲合理；根据甲方案，设金属铜的原子量为M，则

CuO　～　Cu

M＋16　　M

b－a　　　c－a

则：＝，解得：M＝。

答案　(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　(2)A→B→C　(3)用排水法收集一小试管该气体，用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指，如果听到轻微的爆鸣声，说明该气体已纯　(4)AC　(5)4HSO＋Cl2===SO＋2Cl－＋3SO2＋2H2O　(6)空气中的CO2和H2O可以通过D口进入U形管造成所测水质量偏大　16(c－a)/(b－c)