江蘇省2014屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)簡易通：第13講-化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價

PAGEPAGE1第13講化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價(時間：45分鐘分值：100分)(共6個題，共100分)1．(2013·福建理綜，25)(16分)固體硝酸鹽加熱易分解且產(chǎn)物較復(fù)雜。某學(xué)習(xí)小組以Mg(NO3)2為研究對象，擬通過實驗探究其熱分解的產(chǎn)物，提出如下4種猜想：甲：Mg(NO2)2、NO2、O2乙：MgO、NO2、O2丙：Mg3N2、O2?。篗gO、NO2、N2(1)實驗小組成員經(jīng)討論認(rèn)定猜想丁不成立，理由是_______________________。查閱資料得知：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O針對甲、乙、丙猜想，設(shè)計如下圖所示的實驗裝置(圖中加熱、夾持儀器等均省略)：(2)實驗過程①儀器連接后，放入固體試劑之前，關(guān)閉k，微熱硬質(zhì)玻璃管(A)，觀察到E中有氣泡連續(xù)放出，表明__________。②稱取Mg(NO3)2固體3.7g置于A中，加熱前通入N2以驅(qū)盡裝置內(nèi)的空氣，其目的是________；關(guān)閉k，用酒精燈加熱時，正確操作是先________，然后固定在管中固體部位下加熱。③觀察到A中有紅棕色氣體出現(xiàn)，C、D中未見明顯變化。④待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測得剩余固體的質(zhì)量為1.0g。⑤取少量剩余固體于試管中，加入適量水，未見明顯現(xiàn)象。(3)實驗結(jié)果分析討論①根據(jù)實驗現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析可初步確認(rèn)猜想______是正確的。②根據(jù)D中無明顯現(xiàn)象，一位同學(xué)認(rèn)為不能確認(rèn)分解產(chǎn)物中有O2，因為若有O2，D中將發(fā)生氧化還原反應(yīng)：______________(填寫化學(xué)方程式)，溶液顏色會褪去；小組討論認(rèn)定分解產(chǎn)物中有O2存在，未檢測到的原因是______________________________________________________________。③小組討論后達(dá)成的共識是上述實驗設(shè)計仍不完善，需改進(jìn)裝置進(jìn)一步探究。解析(1)丁產(chǎn)物中只有N的化合價降低，沒有化合價升高的，不符合電子守恒規(guī)律。(2)在做有關(guān)氣體多步連續(xù)實驗時，首先應(yīng)檢查裝置的氣密性，還要考慮裝置中的空氣對產(chǎn)物的生成及檢驗是否會產(chǎn)生影響，若有干擾必須先排凈干擾氣體。對玻璃加熱時要先均勻預(yù)熱，再集中加熱。(3)①不可能是甲，因為甲中Mg(NO2)2可溶于水。不可能是丙，因為丙中Mg3N2能與水反應(yīng)產(chǎn)生NH3和Mg(OH)2沉淀。只能是乙，Mg(NO3)2～MgO148403.7gmm＝40×eq\f(3.7g,148)＝1.0g氧化鎂難溶于水，且符合質(zhì)量變化。②Na2SO3具有還原性，能被O2氧化；NO2和O2可被NaOH共同吸收。答案(1)不符合氧化還原反應(yīng)原理(或其他合理答案)(2)①裝置氣密性良好②避免對產(chǎn)物O2的檢驗產(chǎn)生干擾(或其他合理答案)移動酒精燈預(yù)熱硬質(zhì)玻璃管(3)①乙②2Na2SO3＋O2=2Na2SO4O2在通過裝置B時已參與反應(yīng)(或其他合理答案)2．(2013·蘇北四市聯(lián)考)(16分)硼位于ⅢA族，三鹵化硼是物質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究熱點，也是重要的化工原料。三氯化硼(BCl3)可用于制取乙硼烷(B2H6)，也可作有機(jī)合成的催化劑?！静殚嗁Y料】①BCl3的沸點為12.5℃，熔點為－107.3℃；②2B＋6HCleq\o(=,\s\up14(△))2BCl3↑＋3H2↑；③硼與鋁的性質(zhì)相似，也能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)?！驹O(shè)計實驗】某同學(xué)設(shè)計如圖所示裝置制備三氯化硼：請回答下列問題：(1)常溫下，高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸發(fā)生的反應(yīng)可替代A裝置中的反應(yīng)，兩個反應(yīng)的產(chǎn)物中錳的價態(tài)相同。寫出高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式：_____________________________________________________。(2)E裝置的作用是_______________________________________________。如果拆去B裝置，可能的后果是________________________________________________________________________。(3)寫出D裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________；實驗中可以用一個盛裝________(填試劑名稱)的干燥管代替F＋G裝置，使實驗更簡便。(4)三氯化硼遇水劇烈反應(yīng)生成硼酸(H3BO3)和白霧，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________________；實驗室保存三氯化硼的注意事項是_________________________________。(5)為了順利完成實驗，正確的操作是________(填序號)，并解釋原因：________。①先點燃A處酒精燈，后點燃D處酒精燈②先點燃D處酒精燈，后點燃A處酒精燈③同時點燃A、D處酒精燈(6)請你設(shè)計一個簡易實驗，驗證制得的產(chǎn)品中是否含有硼粉：________________________________________________。解析本實驗屬于物質(zhì)制備與檢驗綜合設(shè)計實驗，涉及制備氣體、凈化氣體、干燥氣體和尾氣處理。(1)見答案。(2)三氯化硼的沸點低，易揮發(fā)，需要冷卻產(chǎn)品。B裝置的作用是吸收Cl2中混有的HCl，由題給資料知，硼與氯化氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物中有氫氣，加熱氫氣和氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸。(3)硼與氯氣在加熱條件下反應(yīng)生成三氯化硼。F裝置用于吸收水蒸氣，避免G裝置中的水蒸氣進(jìn)入U形管。G裝置可以盛裝氫氧化鈉溶液吸收尾氣，故實驗中可以用一個盛裝堿石灰的干燥管來代替F＋G裝置。(4)因硼與鋁的性質(zhì)相似，硼酸的化學(xué)式為H3BO3，類似鋁酸(H3AlO3)。因三氯化硼遇水能反應(yīng)，故實驗室應(yīng)密封保存三氯化硼。(5)若不先排盡裝置中的空氣，O2會與硼反應(yīng)：4B＋3O2eq\o(=,\s\up14(△))2B2O3。(6)由題給材料知硼與氫氧化鈉溶液反應(yīng)：2B＋2H2O＋2NaOH=2NaBO2＋3H2↑，三氯化硼溶于氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)：BCl3＋4NaOH=NaBO2＋2H2O＋3NaCl。答案(1)2MnOeq\o\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋=2Mn2＋＋8H2O＋5Cl2↑(2)冷卻和收集三氯化硼硼粉與氯化氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物中有氫氣，加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸(3)2B＋3Cl2eq\o(=,\s\up14(△))2BCl3堿石灰(4)BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl↑密封保存(5)①排盡裝置中的空氣，避免氧氣與硼粉反應(yīng)生成B2O3(6)取少量樣品于試管中，滴加濃氫氧化鈉溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則樣品中含有硼粉；若無氣泡產(chǎn)生，則樣品中無硼粉3．(2013·山東理綜，30)(18分)TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料，又是一種性能優(yōu)異的白色顏料。(1)實驗室利用反應(yīng)TiO2(s)＋CCl4(g)eq\o(=,\s\up14(△))TiCl4(g)＋CO2(g)，在無水無氧條件下制備TiCl4，實驗裝置示意圖如下：有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)如下表：物質(zhì)熔點/℃沸點/℃其他CCl4－2376與TiCl4互溶TiCl4－25136遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧儀器A的名稱是________。裝置E中的試劑是________。反應(yīng)開始前依次進(jìn)行如下操作：組裝儀器、________、加裝藥品、通N2一段時間后點燃酒精燈。反應(yīng)結(jié)束后的操作包括：①停止通N2②熄滅酒精燈③冷卻至室溫。正確的順序為________(填序號)。欲分離D中的液態(tài)混合物，所采用操作的名稱是________。(2)工業(yè)上由鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))制備TiO2的有關(guān)反應(yīng)包括：酸溶FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)水解TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up14(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)簡要工藝流程如下：①試劑A為________。鈦液Ⅰ需冷卻至70℃左右，若溫度過高會導(dǎo)致產(chǎn)品TiO2產(chǎn)率降低，原因是________________________________________________________________________。②取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加H2O2后出現(xiàn)微紅色，說明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是________。這種H2TiO3即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO2也會發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是____________________(填化學(xué)式)。解析(1)注意審題，該反應(yīng)是在無水無氧條件下制備的；安裝完裝置，首先檢查氣密性，然后裝入藥品。根據(jù)反應(yīng)條件，N2必須進(jìn)行干燥處理(干燥管)。然后通過N2排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣(O2)，點燃酒精燈，使反應(yīng)發(fā)生。為了防止倒吸，反應(yīng)結(jié)束后，應(yīng)先熄滅酒精燈，再冷卻到室溫，最后停止通N2。在D中冷凝的液體有CCl4和TiCl4，根據(jù)沸點不同，可采用分餾的方法分離。(2)①加入H2SO4，除發(fā)生FeTiO3酸溶外，還發(fā)生反應(yīng)Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，為了使Fe3＋轉(zhuǎn)化成Fe2＋，所以應(yīng)加入Fe粉(A)，鈦液中含有FeSO4和TiOSO4，考慮到溫度越高，TiOSO4的水解程度越大，造成TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀，在過濾時，造成鈦損失。②由于Fe2＋不可能全部結(jié)晶生成綠礬，造成H2TiO3中含F(xiàn)e2＋，滴入H2O2發(fā)生反應(yīng)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2=2Fe3＋＋2H2O，所以當(dāng)加入KSCN后，顯紅色，由于在H2TiO3中含F(xiàn)e2＋，所以煅燒后會發(fā)生反應(yīng)生成Fe2O3，造成TiO2發(fā)黃。答案(1)干燥管濃H2SO4檢查氣密性②③①分餾(或蒸餾)(2)①Fe溫度過高會導(dǎo)致TiOSO4提前水解，產(chǎn)生H2TiO3沉淀②Fe2＋Fe2O34．(2013·南京淮安二模，26)(16分)碳酸鈉—過氧化氫加合物(aNa2CO3·bH2O2)具有漂白、殺菌作用。實驗室用“醇析法”制備該物質(zhì)的實驗步驟如下：第1步：取適量碳酸鈉溶解于一定量水里，倒入燒瓶中；再加入少量穩(wěn)定劑(MgCl2和Na2SiO3)，攪拌均勻。第2步：將適量30%的H2O2溶液在攪拌狀態(tài)下滴入燒瓶中，于15℃左右反應(yīng)1h。第3步：反應(yīng)完畢后再加入適量無水乙醇，靜置、結(jié)晶，過濾、干燥得產(chǎn)品。(1)第1步中，穩(wěn)定劑與水反應(yīng)生成兩種常見的難溶物，其化學(xué)方程式為___________________________________________________________。(2)第2步中，反應(yīng)保持為15℃左右可采取的措施是________________________________________________________________________。(3)第3步中，無水乙醇的作用是____________________________________。(4)H2O2的含量可衡量產(chǎn)品的優(yōu)劣?，F(xiàn)稱取mg(約0.5g)樣品，用新煮沸過的蒸餾水配制成250mL溶液，取25.0mL于錐形瓶中，先用稀硫酸酸化，再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至終點。①配制250mL溶液所需的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、量筒________、________；②滴定終點觀察到的現(xiàn)象是______________________________________。(5)可模擬用蒸餾法測定樣品中碳酸鈉的含量。裝置如右圖所示(加熱和固定裝置已略去)，實驗步驟如下：步驟1：按右圖所示組裝儀器，檢查裝置氣密性。步驟2：準(zhǔn)確量取(4)中所配溶液50mL于燒瓶中。步驟3：準(zhǔn)確量取40.00mL約0.2mol·L－1NaOH溶液兩份，分別注入燒杯和錐形瓶中。步驟4：打開活塞K1、K2，關(guān)閉活塞K3緩緩?fù)ㄈ氲獨庖欢螘r間后，關(guān)閉K1、K2，打開K3；經(jīng)分液漏斗向燒瓶中加入10mL3mol·L－1硫酸溶液。步驟5：加熱至燒瓶中的液體沸騰，蒸餾，并保持一段時間。步驟6：經(jīng)K1再緩緩?fù)ㄈ氲獨庖欢螘r間。步驟7：向錐形瓶中加入酸堿指示劑，用c1mol·L－1H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液V1mL。步驟8：將實驗步驟1～7重復(fù)兩次。①步驟3中，準(zhǔn)確移取40.00mLNaOH溶液所需要使用的儀器是________；②步驟1～7中，確保生成的二氧化碳被氫氧化鈉溶液完全吸收的實驗步驟是________(填序號)；③為獲得樣品中碳酸鈉的含量，還需補充的實驗是______________________。解析(1)由于穩(wěn)定劑是氯化鎂和硅酸鈉，由題意混合后生成兩種難溶化合物，因此該反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl2＋Na2SiO3＋2H2O=Mg(OH)2↓＋H2SiO3↓＋2NaCl。(2)要想較穩(wěn)定的保持溶液的溫度為15℃，較好的方法是用15℃的水浴。(3)反應(yīng)完畢后向溶液中加入無水乙醇，主要作用是降低過碳酸鈉的溶解度，有利于其結(jié)晶析出。(4)配制250mL溶液需要的關(guān)鍵儀器是250mL的容量瓶作為量器，準(zhǔn)確確定溶液的體積，還需要燒杯、量筒、玻璃棒、膠頭滴管等；由于用酸性高錳酸鉀溶液滴定雙氧水，因此達(dá)到終點時，過量的高錳酸鉀可以做指示劑，終點時的現(xiàn)象為滴入最后一滴酸性高錳酸鉀溶液顏色呈粉紅色，且半分鐘不變色。(5)要準(zhǔn)確量取40.00mLNaOH溶液，需要精度高的量器，不能用量筒，應(yīng)該用堿式滴定管；實驗時先通入氮氣是為了防止系統(tǒng)中空氣的CO2影響實驗結(jié)果，最后通氮氣是為了把生成的CO2全部被燒堿吸收，檢查裝置氣密性是為了防止生成的CO2逸出，加熱煮沸燒瓶中的溶液是把生成并溶解在溶液中的CO2趕出然后被燒堿吸收，因此實驗步驟1、5、6是為了保證生成的CO2完全被燒堿吸收；由于實驗中燒堿溶液的濃度是大約為0.2mol·L－1，因此要想準(zhǔn)確計算實驗結(jié)果，還需要知道燒堿溶液的準(zhǔn)確濃度，這就需要用標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液滴定燒堿溶液的濃度。答案(1)MgCl2＋Na2SiO3＋2H2O=2NaCl＋Mg(OH)2↓＋H2SiO3↓(2)15℃水浴或冷水浴(3)降低過碳酸鈉的溶解度(有利于晶體析出)(4)①250mL容量瓶膠頭滴管②溶液呈粉紅色且30s不褪色(5)①堿式滴定管②1,5,6③用H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定NaOH溶液的濃度5．(16分)利用硫酸渣(主要含F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3、MgO等雜質(zhì))制備氧化鐵的工藝流程如下：(1)“酸浸”中硫酸要適當(dāng)過量，目的是：①提高鐵的浸出率；②________。(2)“還原”是將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，同時FeS2被氧化為SOeq\o\al(2－,4)，該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。(3)為測定“酸浸”步驟后溶液中Fe3＋的量以控制加入FeS2的量。實驗步驟為：準(zhǔn)確量取一定體積的酸浸后的溶液于錐形瓶中，加入稀鹽酸、稍過量SnCl2，再加HgCl2除去過量的SnCl2，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：2Fe3＋＋Sn2＋＋6Cl－=2Fe2＋＋SnCleq\o\al(2－,6)Sn2＋＋4Cl－＋2HgCl2=SnCleq\o\al(2－,6)＋Hg2Cl2↓6Fe2＋＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O①若SnCl2不足量，則測定的Fe3＋量________(填“偏高”、“偏低”或“不變”，下同)；②若不加HgCl2，則測定的Fe3＋量________。(4)①可選用________(填試劑)檢驗濾液中含有Fe3＋。產(chǎn)生Fe3＋的原因是________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。②已知部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2Mn(OH)2開始沉淀2.73.87.59.48.3完全沉淀3.25.29.712.49.8實驗可選用的試劑有：稀硝酸、Ba(NO3)2溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液，要求制備過程中不產(chǎn)生有毒氣體。請完成由“過濾”后的溶液模擬制備氧化鐵的實驗步驟：a．氧化：________________________________________________________；b．沉淀：__________________________________________________________；c．分離，洗滌；d．烘干，研磨。解析(1)Fe3＋的水解方程式為Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，酸過量，抑制Fe3＋的水解。(2)根據(jù)題給信息，寫出反應(yīng)物和生成物，因為在酸性環(huán)境下反應(yīng)，則介質(zhì)為H2O和H＋，根據(jù)電子得失守恒和離子所帶電荷守恒可以寫出離子方程式。(3)①SnCl2不足，F(xiàn)e3＋沒有完全反應(yīng)，生成的Fe2＋偏少，則消耗的K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液體積偏小，則測定的Fe3＋量偏低；②若不加HgCl2，過量的Sn2＋也能夠被K2Cr2O7氧化，則消耗的K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液體積偏高，則測定的Fe3＋量偏高。(4)①Fe3＋與KSCN的絡(luò)合反應(yīng)或者Fe3＋與OH的顯色反應(yīng)均可以用于鑒別。產(chǎn)生Fe3＋的原因是Fe2＋被空氣中的氧氣氧化。②“過濾”后的溶液中有Fe2＋、Al3＋、Mg2＋以及少量Fe3＋，首先將Fe2＋完全氧化為Fe3＋，然后控制pH，只使Fe(OH)3沉淀，從表格數(shù)據(jù)可以分析，控制pH為3.2～3.8。答案(1)抑制Fe3＋的水解(2)14Fe3＋＋FeS2＋8H2O=15Fe2＋＋2SOeq\o\al(2－,4)＋16H＋(3)①偏低②偏高(4)①KSCN(或OH)4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O②a.向溶液中加入過量的酸性高錳酸鉀溶液，攪拌b．滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH為3.2～3.86．(18分)用氯化鐵浸出-重鉻酸鉀(K2Cr2O7)滴定法測定鈦精粉試樣中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[w(Fe)]，實驗步驟如下：步驟1：稱取試樣0.100g于250mL洗凈的錐形瓶中。步驟2：加入FeCl3溶液100mL，迅速塞上膠塞，用電磁攪拌器攪拌30min。步驟3：過濾，用水洗滌錐形瓶和濾渣各3～4次，洗液全部并入濾液中。步驟4：將濾液稀釋至500mL，再移取100mL稀釋液于錐形瓶中，加入20mL硫酸和磷酸的混合酸，加0.5%二苯胺磺酸鈉指示劑4滴。步驟5：以K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至出現(xiàn)明顯紫色為終點。發(fā)生的反應(yīng)為Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。步驟6：重復(fù)測定兩次。步驟7：數(shù)據(jù)處理。(1)步驟2中加入FeCl3溶液后錐形瓶中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________，迅速塞上膠塞的原因是________________________________________________________________________。(2)步驟3中判斷濾紙上殘渣已洗凈的方法是_______________________________________________________________