【备考2023】浙教版科学“冲刺重高”压轴训练（五）：化学实验设计【word，含答案】

1．在用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气实验后，为了进一步探究二氧化锰的用量对氯酸钾分解速度的影响，小明用如图装置，以及实验室提供的实验所需药品和器材进行实验。老师对实验的建议：①每组实验氯酸钾用量可取4克，二氧化锰质量不宜超过2克。②实验应设计4组。
（1）结合老师建议，补充完整实验步骤①之后的其它步骤。
①检查装置的气密性；
……
（2）实验结束后，小明回收了二氧化锰。如果要证明二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，还需验证该二氧化锰的　 　保持不变。
2.化学实验竞赛中，甲、乙两组抽到的题目是“从NaCl和Na2CO3的固体混合物中提纯NaCl，并测定碳酸钠的质量”。甲、乙两组同学的实验方案及相关数据如下。
已知：Na2CO3+CaCl2＝2NaCl+CaCO3↓
加入试剂A 测得数据
甲组方案 过量CaCl2溶液 CaCO3沉淀5g
乙组方案 适量稀硫酸 CO2气体2.2g
（1）固体混合物中Na2CO3的质量为　5.3　g。
（2）老师指出甲、乙两组方案均不能得到纯净的NaCl，请选择一种方案回答下列问题。
①该方案不能得到纯净的NaCl的原因是　 　。
②该方案的改进方法是　 　。
3．在做一氧化碳还原氧化铜实验中，若反应温度不够高则生成的红色固体中可能含有Cu2O(显红色)。于是他们对“生成的红色固体到底是什么”进行实验探究。他们猜想生成的红色固体有可能是：
猜想①：Cu2O 猜想②：Cu 猜想③：Cu和Cu2O
查阅资料：Cu2O能和硫酸反应，化学方程式为Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O
可供选择的器材：电子天平、过滤装置、其他器材自选。
（1）实验中选择澄清石灰水，其目的是　 　。
（2）针对红色固体为何种物质的探究，结合资料，选择合适的器材和药品，写出相应实验步骤。
4.资料信息：超氧化钾（KO2）固体与HCl、H2O、CO2都能发生反应，且都有O2产生。宇宙飞船中可用KO2固体与人呼出的CO2反应生成氧气：4KO2+2CO2＝2K2CO3+3O2
为了验证CO2与KO2固体能反应产生氧气，某小组同学以大理石和浓盐酸反应生成的CO2来与KO2反应制取O2，设计了如图实验装置：
（1）C处应从A、B两种装置中选择　 　作CO2发生装置；
（2）已知CO2不溶于饱和碳酸氢钠溶液，D装置有足量碳酸氢钠溶液，其作用是　 　；
（3）据资料知，水与水蒸气也能与超氧化钾反应生成氧气。于是有同学提出，上述实验能生成氧气可能与CO2中混有的水蒸气有关。若要确认是CO2与超氧化钾反应生成氧气，你对上述实验装置的改进方法是　 　；
（4）为了除去O2中可能剩余的CO2，F中可盛放过量 　溶液。
5.以CuSO4溶液和Na2CO3溶液为原料制备碱式碳酸铜【化学式表示为：aCuCO3 bCu（OH）2】的过程如下：
由于药品用量等原因，产品中可能会混有碱式硫酸铜【化学式表示为：cCuSO4 dCu（OH）2】。
【定性研究】
（1）检验产品的成分：①取适量产品于试管中，加入足量的稀盐酸，固体全部溶解；若同时能观察到试管中有 　 　（填实验现象），可证明有碱式碳酸铜存在。②向反应后的试管中继续加入 　 　（填试剂的化学式），可用以检验碱式硫酸铜是否存在。
【定量研究】
（2）通过定性研究发现产品中只有碱式碳酸铜。为了进一步确定碱式碳酸铜的化学式，小乐设计了如图所示实验（夹持装置已略去，已知碱式碳酸铜受热分解为氧化铜、二氧化碳和水）：
③请写出N2在实验中的作用 　 　。
④若装置B和装置C在反应前后的质量增加量分别为△mB，△mC；则△mB：△mC＝　 　时，碱式碳酸铜的化学式为Cu2（OH）2CO3。
6．甲、乙两学习小组准备测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数。它们分别采用了不同的测定方法。甲组同学的方法是：将样品与稀盐酸反应，测定反应后生成CO2的体积，再根据体积换算为质量最后根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。如图1为大理石与稀盐酸反应的反应装置，图2用于测量O2的体积
（1）写出图1中仪器的名称：①　 　。
（2）图1检查装置气密性的方法是：　 　。
（3）图2装置中油层的作用是　 　。
（4）图1中，长颈漏斗的下端必须伸入液面以下，这样做的目的是　 　。
（5）　 （填操作方法）可使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同，此时排出水的体积即为生成二氧化碳的体积。
乙组同学的实验方法是：将采集到的样品用水冲洗后晾干，称取20.00g样品平均分成两份，分别与足量相同质量分数的稀盐酸反应进行下列测定（如图3），经数据处理得到释放出二氧化碳的质量与反应时间的关系图（如图4）。
（6）图3所示实验中数据记录纸上应该连续记录的实验数据是　 。
（7）石灰石与稀盐酸反应的化学方程式 　
（8）由图4中曲线可以看出，固体物质与液体物质反应，当其他条件相同时，其影响实验反应速率的因素是 　 　。
（9）有同学认为图3装置不能准确测定产生的气体的质量，原因是　 　。
7．碳酸钠与工农业生产、日常生活紧密相关。工业碳酸钠大多采用侯氏制碱法制取，所得碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。请回答下列有关问题：
方案一：沉淀分析法
（1）把一定质量的样品溶解后加入过量的CaCl2溶液，将所得沉淀　 　（填操作）、洗涤、烘干、称量，判断沉淀已洗涤干净的操作是　 　。
方案二：气体分析法
（2）把一定量的样品与足量盐酸反应后，用如图所示装置测定产生CO2的体积，为了确保测定结果的准确性，B中的溶液最好采用 ，装置A中发生反应的离子方程式为　 　。
方案三：质量差分析法
（3）把一定质量的样品和足量的稀硫酸反应，采用如图2所示装置，通过称量反应前后盛有碱石灰的干燥管的质量，利用其质量差求算样品的纯度。
该实验的操作步骤有：
①取ng样品装入广口瓶中，打开止水夹，缓慢鼓入空气数分钟
②关闭止水夹，在干燥管内填满碱石灰，质量为mg
③缓慢加入稀硫酸至不再产生气体为止
④打开止水夹缓慢鼓入空气数分钟，再称量干燥管质量为wg
Ⅰ.装置组装完成后，进行步骤①前还必要进行的操作为　 ；
Ⅱ.装置B的作用是　 ，若去掉装置A，测定结果　 　。
Ⅲ.根据上述数据可以计算出样品中Na2CO3的质量分数为　 　（用字母表示）。
8．某兴趣小组的同学按课本进行的一个化学实验如图1所示，在进行实验时，同学们闻到一股难闻的刺激性气味，于是对原实验重新进行了设计（如图2所示）。
【实验方案一】图1中观察到的实验现象是 　，其中烧杯B的作用是 　 　。
【实验方案二】图2中的无色透明塑料瓶的材质、大小、形状完全相同，瓶内用细线固定着用滤纸折叠成的大小和形状相同的小纸花，小纸花上都均匀喷有酚酞溶液，按照A的操作方式分别用注射器向B和C中的塑料瓶同时注入5滴浓氨水，然后将针孔处密封，再分别将两个塑料瓶同时放入等体积的冷水和40℃的热水中。观察到的现象是 　 　。
【实验结论】由此可以得出的实验结论是 　 　。
【分析讨论】对比改进前的实验，改进后的实验的优点是 　 　（填一条）。
【实验方案三】小林设计的方案如图3所示，用长柄V形玻璃管进行实验，分别向左、右两端的V形玻璃管中同时滴入等量的浓氨水和浓盐酸，塞紧橡胶塞。已知浓盐酸会挥发出氯化氢气体，浓氨水会挥发出氨气，两种气体反应生成白色固体氯化铵。
（1）过一会儿后，从图3中观察到有白烟产生且位置偏右，说明氨气分子运动得比氯化氢分子运动得 　 　（选填“快”或“慢”）。
（2）写出图3中产生白烟的文字表达式：　 　。
9．应用如图所示装置（部分夹持装置已省略），在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”，产物为Fe3O4和一种单质。
已知：氧化还原反应的特征是有元素化合价发生变化，所含元素化合价升高的反应为氧化反应，反之为还原反应。请完成该实验中的问题。
（1）写出该反应的化学方程式：　 　，该反应中发生氧化反应的物质是 　 　。
（2）实验前应首先进行的操作是 　。
（3）圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是 　 　。烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是 　 　。
（4）酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是 　 　。
（5）干燥管的作用是 　。
（6）试管中收集的气体是 　 　。如果要在A处的玻璃管处点燃该气体，则必须对该气体进行 　。
10．小明查阅资料得知，潜艇中可用超氧化钾（KO2）作为氧气再生剂。超氧化钾是一种固体，它与人呼出的二氧化碳反应生成氧气：4KO2+2CO2═2K2CO3+3O2。为了验证这个反应能够产生氧气，小明以大理石和盐酸反应生成的CO2与KO2反应制取O2，设计了如图实验装置：（已知CO2不溶于饱和碳酸氢钠溶液）
（1）仪器①的名称是 　 　。
（2）装置B中饱和碳酸氢钠溶液的作用是 　。
（3）有同学提出，CO2中混有的水蒸气可能会对实验产生影响。若要验证干燥的CO2也能与超氧化钾反应生成氧气，你认为实验装置改进的方法为 　 　。
参考答案
1．（1）②取4克氯酸钾与0.5克二氧化锰，均匀混合后加入试管中，连接好装置；
③开始加热试管，用秒表记录量筒收集一定体积氧气的时间；
④换用三支相同的试管，各加入4克氯酸钾，分别与1克、1.5克、2克二氧化锰均匀混合，用相同装置重复步骤②、③；
⑤比较实验记录的四次时间大小，判断氯酸钾的分解速度与二氧化锰用量的关系。
（2）质量和化学性质
【解答】（1）设计实验步骤制取氧气，探究二氧化锰的用量对氯酸钾分解速度的影响，
②取4克氯酸钾与0.5克二氧化锰，均匀混合后加入试管中，连接好装置；
③开始加热试管，用秒表记录量筒收集一定体积氧气的时间；
④换用三支相同的试管，各加入4克氯酸钾，分别与1克、1.5克、2克二氧化锰均匀混合，用相同装置重复步骤②、③；
⑤比较实验记录的四次时间大小，判断氯酸钾的分解速度与二氧化锰用量的关系；
（2）要证明二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，需保证二氧化锰的质量和化学性质保持不变。
故答案为：（1）②取4克氯酸钾与0.5克二氧化锰，均匀混合后加入试管中，连接好装置；③开始加热试管，用秒表记录量筒收集一定体积氧气的时间；④换用三支相同的试管，各加入4克氯酸钾，分别与1克、1.5克、2克二氧化锰均匀混合，用相同装置重复步骤②、③；⑤比较实验记录的四次时间大小，判断氯酸钾的分解速度与二氧化锰用量的关系；（2）质量和化学性质。
2.解：（1）根据甲方案，生成的碳酸钙的质量为5g
设原混合物中碳酸钠的质量为x，
Na2CO3+CaCl2＝CaCO3↓+2NaCl
106 100
x 5g
解得：x＝5.3g
（2）由于过量的氯化钙会引入新的杂质，因此甲方案应该加入适量的氯化钙；稀硫酸和碳酸钠反应会产生新的杂质硫酸钠，因此可以将硫酸换成稀盐酸；
故答案为：（1）5.3
（2）甲方案：①引入新杂质CaCl2②加入适量的CaCl2
或乙方案：①引入新杂质Na2SO4②加入适量稀盐酸
3．（1）检验二氧化碳的生成
（2）满分示例一：用电子天平称量反应前的氧化铜固体质量为a，若反应后的固体质最为0.8a则全是铜，猜想二正确。若质量介于0.8a和0.9a，猜想三正确。若等于0.9a则全是氧化亚铜，猜想一正确。
满分示例二：用电子天平称量反应后的氧化铜固体质量为b，向反应后的固体中加入过量稀硫酸，若溶液未变蓝，则猜想二不可能。若溶液变蓝，将生成的固体过滤，洗涤、烘干并称量，若剩余固体质量为4b/9，则猜想一成立；若剩余固体质量大于4b/9，则猜想二成立。
满分示例三：取反应后的红色固体，加入过量稀硫酸，岩溶液未变蓝，则猜想二不可能：岩变蓝，重新取反应后的红色固体加入硝酸银溶液，若析出银白色金属，则猜想三成立，若无现象，猜想二成立
【解答】（1）实验中选择澄清石灰水，其目的是：检验二氧化碳的生成。
（2）①设氧化铜固体反应前的质量为a，
如果反应后固体全部是铜，那么铜的质量应该为：；
如果反应后固体全部是氧化亚铜，那么固体的质量应该为：。
那么步骤和方法为：用电子天平称量反应前的氧化铜固体质量为a，若反应后的固体质最为0.8a则全是铜，猜想二正确。若质量介于0.8a和0.9a，猜想三正确。若等于0.9a则全是氧化亚铜，猜想一正确。
②设反应后剩余固体质量为b，
加入稀硫酸后溶液变蓝，说明剩余固体存在氧化亚铜。
如果剩余固体都是氧化亚铜，
Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O ；
144 64
b
那么反应后剩余铜单质的质量为；
那么步骤和方法二：用电子天平称量反应后的氧化铜固体质冠为b，向反应后的周体中加入过量稀硫酸，若溶液未变蓝，则猜想二不可能。若溶液变蓝，将生成的固体过滤，洗涤、烘干并称量，若剩余固体质量为，则猜想一成立；若剩余固体质量大于，则猜想二成立。
③氧化亚铜与硝酸银不反应，而铜与硝酸银反应会生成白色的银单质。
那么步骤和方法三：取反应后的红色固体，加入过量稀硫酸，岩溶液未变蓝，则猜想二不可能：岩变蓝，重新取反应后的红色固体加入硝酸银溶液，若析出银白色金属，则猜想三成立，若无现象，猜想二成立。
4.解：（1）C处应从A、B两种装置中选择A作CO2发生装置，这是因为碳酸钙和稀盐酸反应不需要加热。
故填：A。
（2）已知CO2不溶于饱和碳酸氢钠溶液，D装置有足量碳酸氢钠溶液，其作用是吸收氯化氢气体。
故填：吸收氯化氢气体。
（3）若要确认是CO2与超氧化钾反应生成氧气，对上述实验装置的改进方法是在D、E之间连接一个装有浓硫酸的洗气瓶，以除去二氧化碳中的水蒸气。
故填：在D、E之间连接一个装有浓硫酸的洗气瓶。
（4）为了除去O2中可能剩余的CO2，F中可盛放过量氢氧化钠溶液，这是因为氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳气体。
故填：氢氧化钠。
5.解：（1）①碱式碳酸铜与盐酸反应会生成二氧化碳气体。取适量产品于试管中，加入足量的稀盐酸，固体全部溶解，若同时能观察到试管中有气泡产生，则可证明有碱式碳酸铜存在。②硫酸铜能与氯化钡溶液反应生成白色沉淀，因此向反应后的试管中继续加入氯化钡溶液，可用以检验碱式硫酸铜是否存在。故填：气泡产生；BaCl2。
（2）③N2在实验中的作用是将装置内的二氧化碳、水蒸气给排除掉，以防影响实验结果，故填：将装置内的二氧化碳、水蒸气给排除掉。
④碱式碳酸铜的化学式为Cu2（OH）2CO3，其中氢、碳元素质量比为2：12＝1：6，根据质量守恒定律可知，△mB：△mC＝（1）：（6）＝9：22时，碱式碳酸铜的化学式为Cu2（OH）2CO3．故填：9：22。
6．解：（1）仪器①为向发生装置内加入液体药品的长颈漏斗；
（2）根据装置特点可知该装置检验气密性的方法是：关闭导管使装置形成封闭体系，然后通过长颈漏斗向装置内倒水，若装置气密性良好，则水不能持续倒入，检验装置I的气密性；
（3）因为二氧化碳能溶于水，影响实验结果，不溶于油，所以加入油防止CO2溶于水；
（4）图1中，长颈漏斗的下端必须伸入液面以下，这样做的目的是防止生成的气体从长颈漏斗逸出；
（5）若使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同，根据物理压强平衡的原理，只要使两侧的液面相平即可；
（6）结合图4所示的两个量可知：图3实验数据记录纸上应该连续记录的实验数据是：电子天平示数和计时器示数；
（7）石灰石与稀盐酸反应的化学方程式为CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；
（8）由图4所示的图象可知：在反应结束前某一温度时，粉末状的石灰岩产生的二氧化碳多，是由于粉末状的石灰岩与稀盐酸的接触面积大，因此反应速率快；块状的石灰岩产生的二氧化碳少，是由于块状的石灰岩与稀盐酸的接触面积小，因此反应速率慢；
（9）因为图3中的锥形瓶中有空气，而空气中含有二氧化碳气体，所以图3装置不能准确测定产生的气体的质量；
故答案为：（1）长颈漏斗；
（2）关闭导管使装置形成封闭体系，然后通过长颈漏斗向装置内倒水，若装置气密性良好，则水不能持续倒入；
（3）防止CO2溶于水；
（4）防止生成的气体从长颈漏斗逸出；
（5）使两侧的液面相平即可；
（6）电子天平示数；计时器示数；
（7）CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；
（8）反应物接触面积；
（9）锥形瓶中有空气，而空气中含有二氧化碳气体。
7．解：（1）沉淀需要经过过滤、洗涤、烘干、称量；洗涤干净后，洗涤液内则没有氯化钙和氯化钠，因此加入硝酸银不生成溶于水的氯化银，说明不含有氯化钙和氯化钠了，沉淀洗涤干净；
故答案为：过滤；取最后一次的洗涤液，加入硝酸银和稀硝酸混合液，没有沉淀生成，说明沉淀已经洗涤干净。
（2）二氧化碳能溶于水，因此需要该试剂不吸收二氧化碳，所以利用饱和碳酸氢钠溶液，可以确保二氧化碳不被溶解；盐酸与碳酸钠反应生成氯化钠、二氧化碳和水，所以参与反应的离子为氢离子和碳酸根离子，氢离子与碳酸根离子反应生成水和二氧化碳，书写离子方程式注意配平及气体符号，所以离子方程式为2H++CO32﹣＝CO2↑+H2O；
故答案为：饱和碳酸氢钠溶液；2H++CO32﹣＝CO2↑+H2O。
（3）Ⅰ.反应过程有气体生成，为了确保气体收集准确，因此需要保证装置气密性；
故答案为：检查装置气密性。
Ⅱ.空气中以及反应物中都含有水，容易产生水蒸气，水蒸气也可以被碱石灰吸收，因此确保碱石灰只吸收二氧化碳，所以增加浓硫酸去除水蒸气；去掉A，则空气中二氧化碳被吸收，导致最终得到二氧化碳质量增大，使测试结果偏大；
故答案为：吸收水蒸气；偏大。
Ⅲ.生成二氧化碳质量＝wg﹣mg，设碳酸钠质量为x，则根据碳元素质量守恒，二氧化碳中碳元素质量＝碳酸钠中碳元素质量，所以（wg﹣mg）x，x，所以碳酸钠质量分数；
故答案为：。
8．解：【实验方案一】浓氨水有挥发性，氨分子进入A烧杯的溶液中与水反应生成氨水，氨水显碱性，能使无色酚酞溶液变红。大烧杯隔绝了B烧杯中的溶液，所以B中的溶液未变红；烧杯B的作用是对照，故答案为：A烧杯中的溶液变红色；对照；
【实验方案二】实验二观察到的现象是小纸花由下而上依次变红色，并且热水中的小纸花变红色较快。故答案为：小纸花由下而上依次变红色，并且热水中的小纸花变红色较快；
【实验结论】由实验现象可知，可得出分子是在不断运动的，还可以得出分子运动速率与温度有关，温度升高，分子运动速率加快；故答案为：分子在不断运动，分子运动速率与温度有关，温度升高，分子运动速率加快；
【分析讨论】在实验二中浓氨水被注入密闭塑料瓶中，和实验一相比较其突出优点是装置密封，不污染空气，且能节约药品；故答案为：装置密封，不污染空气（合理即可）；
【实验方案三】（1）过一会儿后，从图3中观察到有白烟产生且位置偏右，说明氨气分子运动得比氯化氢分子运动得快；故答案为：快；
（2）氨气与氯化氢气体反应生成氯化铵白色固体，文字表达式为：氨气+氯化氢→氯化铵；故答案为：氨气+氯化氢→氯化铵。
9．解：（1）水蒸气能与铁在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，该反应的化学方程式为3Fe+4H2O（气）Fe3O4+4H2，该反应中发生氧化反应的物质是 Fe，故填：3Fe+4H2O（气）Fe3O4+4H2；Fe；
（2）实验前应首先要检查装置的气密性，防止漏气，故填：检查装置的气密性；
（3）圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是持续不断的提供水蒸气，烧瓶底部放置的几片碎瓷片可以防止暴沸，故填：持续不断的提供水蒸气；防止暴沸；
（4）实验进行时，要得到水蒸气以排出装置内的水蒸气，故酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯，故填：先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯；
（5）干燥管可以吸收水蒸气，得到干燥的氢气，故填：吸收水蒸气；
（6）试管中收集的气体是氢气，氢气不纯时点燃容易产生爆炸，故要在A处的玻璃管处点燃该气体，则必须对该气体进行验纯，故填：验纯。
10．解：（1）仪器①的名称是分液漏斗；故填：分液漏斗；
（2）制取的二氧化碳中混有少量的氯化氢气体，氯化氢溶于水形成盐酸，盐酸能与碳酸氢钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，所以装置B中饱和碳酸氢钠溶液的作用是吸收氯化氢气体；故填：吸收氯化氢气体；
（3）浓硫酸有吸水性，所以要检验干燥的CO2能否与超氧化钾反应生成氧气，对上述实验装置的改进方法是：在B装置和C装置之间加一个盛有浓硫酸的洗气瓶；故填：在B装置和C装置之间加一个盛有浓硫酸的洗气瓶。
化学实验设计