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第13讲 实验方案的设计与评价
考点1 实验方案的设计
1.北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载了用“苦泉水”制取铜的方法,其主要生产流程如图所示。
下列解释合理的是 ( )
A.①通过蒸发溶剂可获得晶体
B.②是通过复分解反应获得铜
C.③所得硫酸铜溶液一定是饱和的
D.④说明铁元素变成了铜元素
2.1783年,拉瓦锡利用如图所示装置探究水的组成:往A杯中滴加少量的水,水通过灼热的铁管时发生汽化,水蒸气与灼热的铁反应,生成了一种黑色固体(Fe3O4)和“可燃空气”,将气体通过放在冷水中的铜管,在B装置中收集到纯净的“可燃空气”。最终,拉瓦锡证明了水是由两种元素组成的。
(1)将气体通过放在冷水中的铜管,目的是除去 。
(2)将B装置收集到的“可燃空气”在氧气中点燃,生成了水。可燃空气的名称是 。
(3)若该实验中生成的黑色固体质量为m1,“可燃空气”的质量为m2,“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为m3,如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的,则m1、m2、m3三者应满足的关系是 。
3.市场上常见的苏打水有苏打气泡水和无汽苏打水两种。它们的主要成分中都含有碳酸氢钠,俗称小苏打,具有以下性质。
性质一:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑(NaHCO3在50 ℃以上开始逐渐分解)
性质二:NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑
(1)苏打气泡水中含有大量二氧化碳,瓶盖一打开就有大量气泡产生,所以叫气泡水。无汽苏打水则不含二氧化碳,但小明认为他喝入体内也会产生二氧化碳,主要是利用了碳酸氢钠的性质 (选填“一”或“二”),理由是 。
(2)小明查阅了相关资料想自制苏打水,于是购买了一袋小苏打,包装袋上标注的碳酸氢钠含量是99%。真的有这么高吗 小明取了10 g小苏打样品放入装置,逐次加入稀硫酸进行实验,得到相关数据。请通过计算帮助小明判断包装袋上的标注是否准确。(2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑)
序号 反应前 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次
加入稀硫酸质量/g 0 10 10 10 10 10
C装置中溶液总质量/g 100.0 101.1 102.2 103.3 104.4 105.0
(3)如果去掉装置B,测量结果将会 (选填“偏大”或“偏小”)。
4.在“探究稀盐酸和稀硫酸的化学性质”实验中,小科发现镁带与稀盐酸反应后的试管内出现了灰白色沉淀。
【提出问题】
灰白色沉淀是什么物质
【提出猜想】
小科在老师指导下,猜想灰白色沉淀是下列物质中的一种或几种:
①镁;②氯化镁;③氢氧化镁;④碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]。
老师肯定了小科的猜想,并鼓励他继续进行实验探究。
【实验探究】
步骤一:将上述镁带与稀盐酸反应后试管内的物质过滤,得到滤液和灰白色滤渣。
步骤二:取滤液于试管中,加入适量的氯化镁粉末,粉末全部溶解。
步骤三:取少量灰白色滤渣于试管中,加入适量稀盐酸,沉淀全部溶解,无其他现象。
步骤四:将剩余滤渣用蒸馏水充分洗涤。取洗涤后的滤渣于试管中,加入过量稀硝酸,滤渣全部溶解,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀产生。
【实验反思及结论】
(1)从步骤二可知,灰白色沉淀不可能是氯化镁,因为滤液是氯化镁的 (填“饱和”或“不饱和”)溶液。
(2)从步骤三可知,该沉淀中没有 。
(3)步骤四中将滤渣用蒸馏水充分洗涤是为了 。
(4)根据实验探究可知,该反应产生的灰白色沉淀中一定含有 。
5.碱式碳酸锌[Znx(OH)y(CO3)z]是制备功能材料ZnO的原料,其化学反应表达式为Znx(OH)y(CO3)z ZnO+CO2↑+H2O(x、y、z为正整数)。小金设计了图甲所示装置对碱式碳酸锌的组成进行探究(装置气密性良好,药品足量,实验操作正确):
甲
(1)图甲中装置B的作用是 。
(2)查阅资料发现,在不同温度条件下充分加热等质量的碱式碳酸锌样品,剩余固体的质量与加热温度的关系如图乙所示。实验中加热时,热分解装置的温度至少要达到 (选填“200”“300”或“400”)℃。
乙
(3)部分实验步骤为“……加热前先通入N2排尽装置内的空气,关闭通入N2的活塞……控制一定温度下加热……”。实验过程中可根据 现象判断碱式碳酸锌样品已完全分解。
(4)小金取54.7 g碱式碳酸锌样品(不含杂质),放置于热分解装置内,完全反应后测得装置A增重5.4 g,装置B增重8.8 g。则x、y、z的最简整数比为 。
6.学校组织春游,小科准备了一份“自热火锅”(图甲),他撕开包装看到了内部结构(图乙),并了解到相关信息(图丙)。
相关信息
食盒材料:无污染,可再生;
发热包主要成分:氧化钙、铝粉、碳酸钠;
铝粉作用:在碱性热水中能发生反应产生氢气,缓慢放热。
丙
小科按食用方法进行如下操作:①加热盒中倒入适量冷水,将发热包放入冷水中;②放上食盒,加入食材并倒入适量的饮用水,扣紧盒盖。在等待食物煮熟过程中,小科发现加热盒逐渐变烫、盒内传出“嘶嘶”的声音、盒盖小孔的上方有水汽。请结合火锅“自热”过程解释盒盖上小孔的作用。
考点2 实验方案的评价
7.下列实验方案能达到相应实验目的的是 ( )
选项 实验目的 实验方案
A 除去CO2中混有的少量氯化氢气体 将气体通过足量的氢氧化钠溶液
B 测定空气中O2体积大致所占比例 用铁丝代替红磷做实验
C 证明CO2能与水反应 将CO2通入滴有无色酚酞试液的水中
D 除去氧气中混有的少量水蒸气 将气体通过盛有足量浓硫酸的洗气瓶
8.下列依据实验现象得出的结论错误的是 ( )
选项 实验操作与现象 实验结论
A 将1 g白磷、1 g红磷分别放入两支带塞的试管中,再将试管同时浸入约80 ℃的热水里,只有白磷燃烧 白磷的着火点比红磷低
B 将二氧化碳通入紫色石蕊试液,试液变红 二氧化碳是一种酸
C 在常温常压下,硫在氧气中燃烧比在空气中燃烧更剧烈 该条件下,氧气的浓度越大,硫燃烧得越剧烈
D 将铁粉、硫粉按一定比例混合加热后,所得固体物质不能被磁铁吸引 铁粉已跟硫粉发生了化学反应
9.工业上常用碳酸镁矿石(主要成分是难溶于水的碳酸镁,杂质不溶于水也不与酸反应)与稀硫酸反应来制备硫酸镁。硫酸镁在不同温度时的溶解度如下表所示。
温度(℃) 60 80 90 100
硫酸镁溶解度(克) 54.6 55.8 52.9 50.4
制备流程如图。
(1)用150千克溶质质量分数为98%的浓硫酸配制9.8%的稀硫酸,需要水 千克。
(2)小明模拟工业制备硫酸镁晶体,将碳酸镁矿石和稀硫酸充分反应后过滤,发现滤液中含有硫酸。为了测定所得滤液中硫酸镁和硫酸的质量比,他取少量滤液倒入烧杯,将溶质质量分数为10%的氢氧化钠溶液逐渐加入。除要知道实验前氢氧化钠溶液质量外,实验中还要通过测量获取哪两个数据,才可计算硫酸镁与硫酸的质量比 。
[硫酸镁与氢氧化钠反应的化学方程式:MgSO4+2NaOH Mg(OH)2↓+Na2SO4]
(3)小明将除去杂质后的滤液加热至90 ℃,得到硫酸镁浓溶液,继续加热,观察到晶体快速析出。其原因可能是 。
A组 基础题组
1.下列四种实验设计及操作,实验过程中其现象不足以说明CO2与NaOH溶液发生了反应的是 ( )
2.下列实验操作、现象与对应关系正确的是 ( )
选项 实验操作 现象 结论
A 向NaOH溶液中通入CO2气体 无明显现象 二者不发生反应
B 将两根铁丝分别伸入硝酸铜溶液和硝酸银溶液中 铁丝上均有附着物 金属活动性顺序:Fe>Cu>Ag
C 纸锅烧豆腐 纸没有燃烧 燃烧的条件之一:温度达到着火点
D 向质量分数为5%的氢氧化钠溶液中加入少量新鲜猪肝 有大量气泡产生 猪肝起催化作用
3.对于H2、CO还原氧化铜的实验,下列说法错误的是 ( )
A.实验均需加热
B.实验均需对尾气进行处理
C.实验均有紫红色固体生成
D.H2和CO均体现出还原性
4.根据图1回答有关问题:
图1
(1)发生装置A中仪器a的名称是 ,小组同学用过氧化氢溶液和二氧化锰反应制取氧气,选择A装置为发生装置,用C装置收集氧气,则A装置的b导管应该与C装置的 (选填“m”或“n”)导管相连。C装置验满的方法是 。
(2)B装置是小组同学组装的实验室制取二氧化碳气体的发生装置,该装置的优点是能使反应随时进行或停止,为了解装置具有该优点的原因,他们在B装置中连接了压强传感器,从而测定实验中试管内气体压强变化的情况(如图2),根据装置及曲线,回答下列问题:
图2
图2曲线中的a点对应的操作是 ,曲线中 bc段压强保持不变的原因是 。
B组 提升题组
5.下列图像能正确反映其对应实验操作的是 ( )
A.将一定质量的镁带放在充满氧气的密闭容器中完全燃烧
B.将一定质量的二氧化锰与10毫升5%的过氧化氢溶液充分混合
C.将等质量的镁、锌分别与溶质质量分数相同的足量稀硫酸反应
D.一定温度下,向一定量的水中加入氯化钠并充分搅拌
6.Mg(OH)2是一种新型的阻燃剂,在温度达到380 ℃时分解吸收热量并释放出水,同时生成的氧化镁附着于可燃物的表面阻止了进一步燃烧。某同学用氨水在实验室模拟制取Mg(OH)2的过程:一定温度下,往一定量的氯化镁中加入氨水(氨水易挥发)﹐生成Mg(OH)2,再通过结晶、过滤,得到Mg(OH)2晶体。为探究获得较高Mg(OH)2晶体转化率的条件,该同学进行下述对比实验,数据如下:
实验编号 氯化镁溶液浓度/g·L-1 反应温度/℃ Mg (OH)2转化率/%
a 20 30 27.06
b 40 30 56.77
c 40 40 69.64
d 40 60 54.30
e 60 60 50.60
(1)实验b和c的目的是 。
(2)由实验数据可知,能够得到最多Mg (OH)2的条件是 (填浓度和温度)。
(3)在氯化镁溶液浓度都是40 g·L-1的情况下,60 ℃时 Mg(OH)2的转化率比40 ℃时低的原因是 。
7.中国首款具有完全的自主知识产权的民用客机C919飞机的钛合金用量达9.3%,工业上利用钛白粉(主要成分是 TiO2)制备海绵钛的工艺流程如图所示:
(1)钛白粉的主要成分是 TiO2,TiO2中钛元素的化合价是 。
(2)反应Ⅰ的化学方程式是2Cl2+TiO2+2C TiCl4+2X,则X的化学式是 。
(3)反应Ⅲ属于基本反应类型中的 。
(4)该反应中可以循环使用的物质是 。
8.小明设计了图1所示的实验装置,进行一氧化碳还原氧化铜的实验。为分离A装置中反应排出的一氧化碳和二氧化碳,他又设计了图2所示的装置(铁架台、铁夹等固定用装置已略去,a、b为活塞)。
请回答:
(1)实验前先要检查装置的气密性,并检验气体的纯度,再对图1装置进行加热,加热前还要进行的一步操作是 。
(2)为分离得到CO和CO2,应该对图2装置进行怎样的操作 。
(3)对于A装置中反应后得到的红色固体(此时氧化铜已全部反应完),小明又进行了以下探究:
【查阅资料】①氧化铜经一氧化碳还原不仅能生成铜,还可能生成中间产物氧化亚铜(化学式为Cu2O)。
②Cu2O是不溶于水的红色固体,能与酸发生反应,生成Cu2+和Cu。
【提出猜想】氧化铜经一氧化碳还原所得到的红色固体中除Cu外还可能含有Cu2O。
【进行实验】小明设计了一个简单的实验方案:
实验步骤 取少量该红色固体放入盛有 的试管中,振荡
实验现象及结论
思维亮剑
小英设计了探究SO2与AgNO3溶液反应的实验。将SO2通入质量分数为1.7%的AgNO3溶液中,反应后过滤,得到无色溶液A和白色沉淀B。通过对体系中有关物质性质分析得知沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者的混合物。
【查阅资料】Ag2SO4为白色固体,微溶于水;
Ag2SO3为白色固体,难溶于水,溶于过量的Na2SO3溶液。
【提出问题】白色沉淀B的成分是什么
【猜想与假设】猜想一:仅有Ag2SO4;
猜想二:仅有Ag2SO3;
猜想三: 。
【实验探究】
实验操作 实验现象 结论
取少量溶液A于试管中,滴加足量Ba(NO3)2溶液 无明显现象 猜想 成立
【实验结论】SO2与AgNO3溶液反应生成一种酸和沉淀B,反应的化学方程式是 。
【拓展延伸】
①另取溶液A,滴加足量Ba(NO3)2溶液,无明显现象,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,原因是 。
②向盛有少量AgNO3溶液的试管里滴入Na2SO3溶液至过量,实验现象是 。
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第13讲 实验方案的设计与评价
考点1 实验方案的设计
1.北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载了用“苦泉水”制取铜的方法,其主要生产流程如图所示。
下列解释合理的是 ( )
A.①通过蒸发溶剂可获得晶体
B.②是通过复分解反应获得铜
C.③所得硫酸铜溶液一定是饱和的
D.④说明铁元素变成了铜元素
答案 A
解析 将“苦泉水”加热蒸发得到硫酸铜晶体,A正确;复分解反应是化合物与化合物反应,得到两种新的化合物,不可能得到铜单质,B错误;加水溶解,没有说加多少水,故无法判定是否饱和,C错误;化学变化中元素的种类不会发生改变,D错误。
2.1783年,拉瓦锡利用如图所示装置探究水的组成:往A杯中滴加少量的水,水通过灼热的铁管时发生汽化,水蒸气与灼热的铁反应,生成了一种黑色固体(Fe3O4)和“可燃空气”,将气体通过放在冷水中的铜管,在B装置中收集到纯净的“可燃空气”。最终,拉瓦锡证明了水是由两种元素组成的。
(1)将气体通过放在冷水中的铜管,目的是除去 。
(2)将B装置收集到的“可燃空气”在氧气中点燃,生成了水。可燃空气的名称是 。
(3)若该实验中生成的黑色固体质量为m1,“可燃空气”的质量为m2,“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为m3,如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的,则m1、m2、m3三者应满足的关系是 。
答案 (1)水蒸气 (2)氢气 (3)m1+m2=m3
解析 (1)水蒸气通过放在冷水中的铜管,发生液化。(2)“可燃空气”在氧气中点燃生成水,根据质量守恒定律可知,“可燃空气”为氢气。(3)根据质量守恒定律分析,水蒸气中的氧、氢元素变为四氧化三铁中的氧元素和氢气中的氢元素,故m1+m2=m3。
3.市场上常见的苏打水有苏打气泡水和无汽苏打水两种。它们的主要成分中都含有碳酸氢钠,俗称小苏打,具有以下性质。
性质一:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑(NaHCO3在50 ℃以上开始逐渐分解)
性质二:NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑
(1)苏打气泡水中含有大量二氧化碳,瓶盖一打开就有大量气泡产生,所以叫气泡水。无汽苏打水则不含二氧化碳,但小明认为他喝入体内也会产生二氧化碳,主要是利用了碳酸氢钠的性质 (选填“一”或“二”),理由是 。
(2)小明查阅了相关资料想自制苏打水,于是购买了一袋小苏打,包装袋上标注的碳酸氢钠含量是99%。真的有这么高吗 小明取了10 g小苏打样品放入装置,逐次加入稀硫酸进行实验,得到相关数据。请通过计算帮助小明判断包装袋上的标注是否准确。(2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑)
序号 反应前 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次
加入稀硫酸质量/g 0 10 10 10 10 10
C装置中溶液总质量/g 100.0 101.1 102.2 103.3 104.4 105.0
(3)如果去掉装置B,测量结果将会 (选填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)二 人体内不能达到50 ℃的温度或人体的胃内有盐酸
(2)=105.0 g-100.0 g=5.0 g
2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑
168 88
x 5.0 g
= x≈9.55 g
碳酸氢钠的质量分数为×100%=95.5%
(3)偏大
解析 (3)如果没有装置B会使水蒸气进入C中,使测量值偏大。
4.在“探究稀盐酸和稀硫酸的化学性质”实验中,小科发现镁带与稀盐酸反应后的试管内出现了灰白色沉淀。
【提出问题】
灰白色沉淀是什么物质
【提出猜想】
小科在老师指导下,猜想灰白色沉淀是下列物质中的一种或几种:
①镁;②氯化镁;③氢氧化镁;④碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]。
老师肯定了小科的猜想,并鼓励他继续进行实验探究。
【实验探究】
步骤一:将上述镁带与稀盐酸反应后试管内的物质过滤,得到滤液和灰白色滤渣。
步骤二:取滤液于试管中,加入适量的氯化镁粉末,粉末全部溶解。
步骤三:取少量灰白色滤渣于试管中,加入适量稀盐酸,沉淀全部溶解,无其他现象。
步骤四:将剩余滤渣用蒸馏水充分洗涤。取洗涤后的滤渣于试管中,加入过量稀硝酸,滤渣全部溶解,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀产生。
【实验反思及结论】
(1)从步骤二可知,灰白色沉淀不可能是氯化镁,因为滤液是氯化镁的 (填“饱和”或“不饱和”)溶液。
(2)从步骤三可知,该沉淀中没有 。
(3)步骤四中将滤渣用蒸馏水充分洗涤是为了 。
(4)根据实验探究可知,该反应产生的灰白色沉淀中一定含有 。
答案 (1)不饱和 (2)镁 (3)洗去滤渣表面的氯化镁,防止氯化镁干扰后续实验 (4)Mg(OH)Cl
解析 (1)从步骤二可知,灰白色沉淀不可能是氯化镁,因为滤液中能够继续溶解氯化镁,是氯化镁的不饱和溶液;(2)从步骤三可知,该沉淀中没有镁,因为如果还有镁,则镁和盐酸反应生成氯化镁和氢气,过程中产生气泡;(3)步骤四中将滤渣用蒸馏水充分洗涤是为了除尽滤渣表面的氯化镁,防止对检验碱式氯化镁产生影响;(4)根据实验探究可知,取洗涤后的滤渣于试管中,加入过量稀硝酸,滤渣全部溶解,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀产生,是因为稀硝酸和碱式氯化镁反应生成氯化镁等物质,氯化镁和硝酸银反应生成白色沉淀氯化银,因此该反应产生的灰白色沉淀中一定含有碱式氯化镁。
5.碱式碳酸锌[Znx(OH)y(CO3)z]是制备功能材料ZnO的原料,其化学反应表达式为Znx(OH)y(CO3)z ZnO+CO2↑+H2O(x、y、z为正整数)。小金设计了图甲所示装置对碱式碳酸锌的组成进行探究(装置气密性良好,药品足量,实验操作正确):
甲
(1)图甲中装置B的作用是 。
(2)查阅资料发现,在不同温度条件下充分加热等质量的碱式碳酸锌样品,剩余固体的质量与加热温度的关系如图乙所示。实验中加热时,热分解装置的温度至少要达到 (选填“200”“300”或“400”)℃。
乙
(3)部分实验步骤为“……加热前先通入N2排尽装置内的空气,关闭通入N2的活塞……控制一定温度下加热……”。实验过程中可根据 现象判断碱式碳酸锌样品已完全分解。
(4)小金取54.7 g碱式碳酸锌样品(不含杂质),放置于热分解装置内,完全反应后测得装置A增重5.4 g,装置B增重8.8 g。则x、y、z的最简整数比为 。
答案 (1)吸收反应生成的CO2
(2)300
(3)一段时间,A装置中的长导管管口不再有气泡冒出
(4)5∶6∶2
解析 (1)实验目的是探究碱式碳酸锌的组成,题图甲A 中浓硫酸吸收生成的水,B 中碱石灰主要用来吸收反应生成的二氧化碳。(2)由题图乙可知在200 ℃左右时碱式碳酸锌开始分解,300 ℃左右时固体质量不再发生变化,说明其完全分解,所以热分解装置的温度至少要达到300 ℃。(3)A装置中长导管管口不再有气泡冒出,说明碱式碳酸锌样品已完全分解。(4)利用A装置增加的质量和B装置增加的质量可以求得碱式碳酸锌中锌元素的质量,再根据质量守恒定律可以求得x、y、z的比。
6.学校组织春游,小科准备了一份“自热火锅”(图甲),他撕开包装看到了内部结构(图乙),并了解到相关信息(图丙)。
相关信息
食盒材料:无污染,可再生;
发热包主要成分:氧化钙、铝粉、碳酸钠;
铝粉作用:在碱性热水中能发生反应产生氢气,缓慢放热。
丙
小科按食用方法进行如下操作:①加热盒中倒入适量冷水,将发热包放入冷水中;②放上食盒,加入食材并倒入适量的饮用水,扣紧盒盖。在等待食物煮熟过程中,小科发现加热盒逐渐变烫、盒内传出“嘶嘶”的声音、盒盖小孔的上方有水汽。请结合火锅“自热”过程解释盒盖上小孔的作用。
答案 (6分)
等级 回答
水平Ⅰ 原理正确、逻辑严密、表达完整
示例:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。氢气和水汽化产生的水蒸气使盒内气压变大。盒内的空气、氢气、水蒸气在受热后,体积膨胀,也使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
水平Ⅱ 原理正确、逻辑较严密、表达较完整
示例1:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
示例2:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。氢气和水汽化产生的水蒸气使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
水平Ⅲ 原理单一、逻辑不严密、表达不完整
示例1:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
示例2:铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
水平Ⅳ 原理缺少、逻辑混乱、表达不完整
示例1:盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
示例2:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。
示例3:铝粉在碱性热水中能发生反应产生氢气,缓慢放热。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险。
水平Ⅴ 没有作答或答案与情境无关
考点2 实验方案的评价
7.下列实验方案能达到相应实验目的的是 ( )
选项 实验目的 实验方案
A 除去CO2中混有的少量氯化氢气体 将气体通过足量的氢氧化钠溶液
B 测定空气中O2体积大致所占比例 用铁丝代替红磷做实验
C 证明CO2能与水反应 将CO2通入滴有无色酚酞试液的水中
D 除去氧气中混有的少量水蒸气 将气体通过盛有足量浓硫酸的洗气瓶
答案 D
解析 CO2和HCl均能与NaOH溶液反应,不但能把杂质除去,也会把原物质除去,不符合除杂原则,A错误;铁丝不能在空气中燃烧,B错误;二氧化碳与水反应生成碳酸,碳酸不能使无色酚酞试液变色,不能证明CO2能与水反应,C错误;浓硫酸具有吸水性,且不与氧气反应,能除去杂质且没有引入新的杂质,符合除杂原则,D正确。
8.下列依据实验现象得出的结论错误的是 ( )
选项 实验操作与现象 实验结论
A 将1 g白磷、1 g红磷分别放入两支带塞的试管中,再将试管同时浸入约80 ℃的热水里,只有白磷燃烧 白磷的着火点比红磷低
B 将二氧化碳通入紫色石蕊试液,试液变红 二氧化碳是一种酸
C 在常温常压下,硫在氧气中燃烧比在空气中燃烧更剧烈 该条件下,氧气的浓度越大,硫燃烧得越剧烈
D 将铁粉、硫粉按一定比例混合加热后,所得固体物质不能被磁铁吸引 铁粉已跟硫粉发生了化学反应
答案 B
解析 将分别盛有1 g白磷、1 g红磷的带塞试管同时浸入80 ℃的热水中,只有白磷燃烧,说明达到了白磷的着火点,未达到红磷的着火点,证明白磷的着火点比红磷低,A正确;二氧化碳通入水中,和水反应生成碳酸,碳酸使紫色石蕊试液变红,二氧化碳是氧化物,不是酸,B错误;常温常压下,硫在氧气中比在空气中燃烧剧烈,证明在该条件下,氧气浓度越大,硫燃烧得越剧烈,C正确;铁粉、硫粉按一定比例混合加热后,所得固体不能被磁铁吸引,说明铁与硫在加热条件下反应生成了新物质,发生了化学变化,D正确。
9.工业上常用碳酸镁矿石(主要成分是难溶于水的碳酸镁,杂质不溶于水也不与酸反应)与稀硫酸反应来制备硫酸镁。硫酸镁在不同温度时的溶解度如下表所示。
温度(℃) 60 80 90 100
硫酸镁溶解度(克) 54.6 55.8 52.9 50.4
制备流程如图。
(1)用150千克溶质质量分数为98%的浓硫酸配制9.8%的稀硫酸,需要水 千克。
(2)小明模拟工业制备硫酸镁晶体,将碳酸镁矿石和稀硫酸充分反应后过滤,发现滤液中含有硫酸。为了测定所得滤液中硫酸镁和硫酸的质量比,他取少量滤液倒入烧杯,将溶质质量分数为10%的氢氧化钠溶液逐渐加入。除要知道实验前氢氧化钠溶液质量外,实验中还要通过测量获取哪两个数据,才可计算硫酸镁与硫酸的质量比 。
[硫酸镁与氢氧化钠反应的化学方程式:MgSO4+2NaOH Mg(OH)2↓+Na2SO4]
(3)小明将除去杂质后的滤液加热至90 ℃,得到硫酸镁浓溶液,继续加热,观察到晶体快速析出。其原因可能是 。
答案 (1)1 350
(2)刚出现沉淀时剩余氢氧化钠溶液的质量;不再出现沉淀时剩余氢氧化钠溶液的质量(其他合理答案也可)
(3)继续加热温度升高,硫酸镁溶解度减小,且溶剂快速蒸发
解析 (1)由稀释前后溶质质量不变分析,设需要水的质量为x,则150千克×98%=(150千克+x)×9.8%,解得x=1 350千克。(2)要计算硫酸镁与硫酸的质量比,需要分析出分别与硫酸、硫酸镁反应的氢氧化钠质量,据此分析需要的数据。(3)继续加热,温度升高,硫酸镁溶解度减小,且溶剂快速蒸发,能溶解的硫酸镁质量减少,晶体析出。
A组 基础题组
1.下列四种实验设计及操作,实验过程中其现象不足以说明CO2与NaOH溶液发生了反应的是 ( )
答案 B
解析 A项,剥壳熟鸡蛋进入瓶内,说明二氧化碳与氢氧化钠浓溶液发生了反应,导致瓶内压强减小,正确;B项,二氧化碳能溶于水,也能与水反应生成碳酸,试管内液面上升不足以说明二氧化碳能与氢氧化钠浓溶液反应,错误;C项,气球变大,说明二氧化碳与氢氧化钠浓溶液发生了反应,导致瓶内的压强减小,正确;D项,塑料瓶变瘪是由于NaOH与CO2反应使装置内的压强减小,正确。
2.下列实验操作、现象与对应关系正确的是 ( )
选项 实验操作 现象 结论
A 向NaOH溶液中通入CO2气体 无明显现象 二者不发生反应
B 将两根铁丝分别伸入硝酸铜溶液和硝酸银溶液中 铁丝上均有附着物 金属活动性顺序:Fe>Cu>Ag
C 纸锅烧豆腐 纸没有燃烧 燃烧的条件之一:温度达到着火点
D 向质量分数为5%的氢氧化钠溶液中加入少量新鲜猪肝 有大量气泡产生 猪肝起催化作用
答案 C
解析 氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水,故A错误;两根铁丝上均有固体附着,说明在铁、铜、银中铁最活泼,但不能比较铜和银的活动性,故B错误;纸锅里的豆腐烧熟了,纸却不会燃烧掉,是因为温度没有达到纸的着火点,故C正确;有大量气泡产生,不能说明猪肝起催化作用,因为不知道反应前后猪肝的质量和化学性质是否改变,故D错误。
3.对于H2、CO还原氧化铜的实验,下列说法错误的是 ( )
A.实验均需加热
B.实验均需对尾气进行处理
C.实验均有紫红色固体生成
D.H2和CO均体现出还原性
答案 B
解析 氢气与氧化铜反应,尾气无毒,不需尾气处理,B符合题意。
4.根据图1回答有关问题:
图1
(1)发生装置A中仪器a的名称是 ,小组同学用过氧化氢溶液和二氧化锰反应制取氧气,选择A装置为发生装置,用C装置收集氧气,则A装置的b导管应该与C装置的 (选填“m”或“n”)导管相连。C装置验满的方法是 。
(2)B装置是小组同学组装的实验室制取二氧化碳气体的发生装置,该装置的优点是能使反应随时进行或停止,为了解装置具有该优点的原因,他们在B装置中连接了压强传感器,从而测定实验中试管内气体压强变化的情况(如图2),根据装置及曲线,回答下列问题:
图2
图2曲线中的a点对应的操作是 ,曲线中 bc段压强保持不变的原因是 。
答案 (1)锥形瓶 m 在n导管口放置带火星的小木条,若木条复燃,则C装置氧气已收集满
(2)关闭弹簧夹 石灰石与稀盐酸完全脱离,不再产生气体,装置内气体体积恒定,压强不变
解析 (1)用C装置来收集氧气,采用的是排空气法,氧气的密度大于空气的密度,故应该从m导管进气。在n导管口放置带火星的小木条,若木条复燃,则C装置已收集满氧气。(2)B装置的原理:关闭弹簧夹时,试管中的气体增多,压强增大,把液体压回长颈漏斗中,固体和液体分离,反应停止;打开弹簧夹时,气体导出,试管中的气体减少,压强减小,液体和固体混合,反应进行。
B组 提升题组
5.下列图像能正确反映其对应实验操作的是 ( )
A.将一定质量的镁带放在充满氧气的密闭容器中完全燃烧
B.将一定质量的二氧化锰与10毫升5%的过氧化氢溶液充分混合
C.将等质量的镁、锌分别与溶质质量分数相同的足量稀硫酸反应
D.一定温度下,向一定量的水中加入氯化钠并充分搅拌
答案 B
解析 镁燃烧生成氧化镁,固体的质量增加,A错误;二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂,在反应过程中质量不变,B正确;等质量的Mg、Zn分别与溶质质量分数相同的足量稀硫酸反应,镁反应生成的氢气多,C错误;一定温度下,向一定量的水中加入氯化钠,开始时溶质的质量分数应为0,D错误。
6.Mg(OH)2是一种新型的阻燃剂,在温度达到380 ℃时分解吸收热量并释放出水,同时生成的氧化镁附着于可燃物的表面阻止了进一步燃烧。某同学用氨水在实验室模拟制取Mg(OH)2的过程:一定温度下,往一定量的氯化镁中加入氨水(氨水易挥发)﹐生成Mg(OH)2,再通过结晶、过滤,得到Mg(OH)2晶体。为探究获得较高Mg(OH)2晶体转化率的条件,该同学进行下述对比实验,数据如下:
实验编号 氯化镁溶液浓度/g·L-1 反应温度/℃ Mg (OH)2转化率/%
a 20 30 27.06
b 40 30 56.77
c 40 40 69.64
d 40 60 54.30
e 60 60 50.60
(1)实验b和c的目的是 。
(2)由实验数据可知,能够得到最多Mg (OH)2的条件是 (填浓度和温度)。
(3)在氯化镁溶液浓度都是40 g·L-1的情况下,60 ℃时 Mg(OH)2的转化率比40 ℃时低的原因是 。
答案 (1)探究氯化镁溶液浓度相同时,反应温度对氢氧化镁转化率的影响
(2)40 g·L-1、40 ℃
(3)氨水易挥发,温度越高,氨水挥发越快。参与反应的氨水越少,获得的氢氧化镁晶体越少
解析 (2)由实验数据可知,氢氧化镁的转化率最高为69.64%,故能够得到最多Mg(OH)2的条件是40 g·L-1、40 ℃。(3)在氯化镁溶液浓度都是40 g·L-1的情况下,60 ℃时Mg(OH)2的转化率比40 ℃时低的原因:氨水易挥发,温度越高,氨水挥发越快。参与反应的氨水越少,获得的氢氧化镁晶体越少。
7.中国首款具有完全的自主知识产权的民用客机C919飞机的钛合金用量达9.3%,工业上利用钛白粉(主要成分是 TiO2)制备海绵钛的工艺流程如图所示:
(1)钛白粉的主要成分是 TiO2,TiO2中钛元素的化合价是 。
(2)反应Ⅰ的化学方程式是2Cl2+TiO2+2C TiCl4+2X,则X的化学式是 。
(3)反应Ⅲ属于基本反应类型中的 。
(4)该反应中可以循环使用的物质是 。
答案 (1) +4 (2)CO (3)分解反应 (4)Cl2、Mg
解析 (1)TiO2中氧元素为-2价,所以钛元素化合价为+4;(2)根据质量守恒定律,2X中共有2个碳原子和2个氧原子,所以X的化学式为CO;(3)反应Ⅲ的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,一种物质生成两种物质,属于分解反应;(4)由题图可以看出Cl2、Mg既是流程中的原料又是产物,可以循环利用。
8.小明设计了图1所示的实验装置,进行一氧化碳还原氧化铜的实验。为分离A装置中反应排出的一氧化碳和二氧化碳,他又设计了图2所示的装置(铁架台、铁夹等固定用装置已略去,a、b为活塞)。
请回答:
(1)实验前先要检查装置的气密性,并检验气体的纯度,再对图1装置进行加热,加热前还要进行的一步操作是 。
(2)为分离得到CO和CO2,应该对图2装置进行怎样的操作 。
(3)对于A装置中反应后得到的红色固体(此时氧化铜已全部反应完),小明又进行了以下探究:
【查阅资料】①氧化铜经一氧化碳还原不仅能生成铜,还可能生成中间产物氧化亚铜(化学式为Cu2O)。
②Cu2O是不溶于水的红色固体,能与酸发生反应,生成Cu2+和Cu。
【提出猜想】氧化铜经一氧化碳还原所得到的红色固体中除Cu外还可能含有Cu2O。
【进行实验】小明设计了一个简单的实验方案:
实验步骤 取少量该红色固体放入盛有 的试管中,振荡
实验现象及结论
答案 (1)通一会儿CO气体
(2)先关闭活塞b,打开活塞a,可分离得到CO;然后关闭活塞a,打开活塞b,又可得到CO2
(3)稀硫酸(或稀盐酸) 若溶液变蓝色,说明产物中有Cu2O;若溶液仍为无色,说明产物中无Cu2O
解析 (1)一氧化碳和空气的混合气体受热时可能发生爆炸,故先通入一氧化碳,排尽玻璃管中的空气。(2)由于二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水,碳酸钠能与稀硫酸反应生成硫酸钠、二氧化碳和水,一氧化碳与氢氧化钠不反应,所以为了分离CO和CO2,先关闭活塞b,打开活塞a,通入的混合气体中的二氧化碳会与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠,从而将二氧化碳除去,分离得到一氧化碳;再关闭活塞a,打开活塞b,滴入稀硫酸,可得CO2。(3)由于氧化亚铜能与酸反应生成蓝色的铜盐溶液,而铜不与酸反应,所以实验的步骤、现象和结论为取少量该红色固体放入盛有稀硫酸的试管中,振荡,溶液变蓝,有Cu2O;溶液不变蓝,则没有Cu2O。
思维亮剑
小英设计了探究SO2与AgNO3溶液反应的实验。将SO2通入质量分数为1.7%的AgNO3溶液中,反应后过滤,得到无色溶液A和白色沉淀B。通过对体系中有关物质性质分析得知沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者的混合物。
【查阅资料】Ag2SO4为白色固体,微溶于水;
Ag2SO3为白色固体,难溶于水,溶于过量的Na2SO3溶液。
【提出问题】白色沉淀B的成分是什么
【猜想与假设】猜想一:仅有Ag2SO4;
猜想二:仅有Ag2SO3;
猜想三: 。
【实验探究】
实验操作 实验现象 结论
取少量溶液A于试管中,滴加足量Ba(NO3)2溶液 无明显现象 猜想 成立
【实验结论】SO2与AgNO3溶液反应生成一种酸和沉淀B,反应的化学方程式是 。
【拓展延伸】
①另取溶液A,滴加足量Ba(NO3)2溶液,无明显现象,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,原因是 。
②向盛有少量AgNO3溶液的试管里滴入Na2SO3溶液至过量,实验现象是 。
答案 (6分)【猜想与假设】有Ag2SO3和Ag2SO4
【实验探究】二
【实验结论】2AgNO3+SO2+H2O Ag2SO3↓+2HNO3
【拓展延伸】①AgNO3过量(合理均可)
②先产生白色沉淀,然后沉淀溶解(缺一不给分)
解析 【猜想与假设】根据题目信息可知,猜想三应为Ag2SO3和Ag2SO4的混合物。【实验探究】因Ag2SO4微溶于水,能与硝酸钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,但该实验过程中没有明显现象,说明白色沉淀B的成分为Ag2SO3,故猜想二成立。【实验结论】根据反应物的元素组成可以推断生成的酸应为硝酸,生成物中含有氢元素,故还应有水参与反应,利用最小公倍数法配平化学方程式即可。【拓展延伸】①另取溶液A,滴加足量Ba(NO3)2溶液,无明显现象,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明溶液A中有剩余的AgNO3,它与BaCl2溶液反应生成AgCl白色沉淀。②向盛有少量AgNO3溶液的试管里滴入Na2SO3溶液至过量,AgNO3溶液先与Na2SO3溶液发生复分解反应生成Ag2SO3白色沉淀。当加入Na2SO3溶液过量时,Ag2SO3白色沉淀又会溶于过量的Na2SO3溶液中,故观察到的现象是先产生白色沉淀,然后沉淀溶解。
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