2024届高三化学二轮复习 化学新情境训练3：创新实验探究（含解析）

2024年高考化学新情境训练3 创新实验探究
1.(2023·北京通州区高三统考)某同学在家中用天然气灶炒菜，不慎使油在锅中燃烧起来，但火势未溢出锅外。该同学果断地关闭了天然气灶，但家中没有灭火器等消防器材。此时，以下方法可以扑灭锅中火的是(　　)
A.迅速用锅盖把锅盖严实，等锅的温度降下来再揭盖
B.向锅中倒入少量凉水
C.向锅中倒入面粉
D.打开厨房的窗户，加大通风
2.(2023·泰安统考)某同学按图示装置进行实验，向抽滤瓶溶液中通入足量a气体获得a的饱和溶液，再通入足量的b气体，抽滤瓶中最终一定得到沉淀。下列物质组合符合要求的是(　　)
序号 a b c
① CO2 NH3 饱和食盐水
② Cl2 SO2 BaCl2溶液
③ HCl NH3 AgNO3溶液
④ NH3 CO2 AlCl3溶液
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
3.(2023·厦门二模)为探究“2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O”碘离子氧化过程进行如下实验。
编号 1 2
实验内容
实验现象 随着液体不断滴入，产生大量气体；溶液变黄并不断加深至棕黄色后又变浅 随着液体不断滴入，溶液变黄，摇匀后又褪色，不断重复直至析出紫色沉淀
下列说法不正确的是(　　)
A.实验1中溶液变浅是因为I2＋5H2O2===2HIO3＋4H2O
B.实验2中出现紫色沉淀是因为HIO3＋5HI===3I2↓＋3H2O
C.实验1中产生大量气体的原因是I－被氧化的过程大量放热
D.实验2相较于实验1，可节约H2O2用量且有利于反应终点观察
4.(2022·威海高三统考)下列实验的装置和试剂选用不合理的是(　　)
选项 实验目的 装置 选用试剂
A 制备AlCl3(易升华)固体 甲 ①为Cl2，②为铝粉， ③为浓硫酸，④为碱石灰
B 海水制淡水 乙 x为海水，y为冷水
C 实验室制备SO2 丙 a为浓硫酸，b为铜片， c为浓硫酸，d为NaOH溶液
D 除去CO2中少量的HCl气体得到纯净CO2气体 丁 Ⅰ为饱和NaHCO3溶液，Ⅱ为浓硫酸
5.(2023·衡阳一中模拟)二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的过程是无机基础化工的重要催化过程，目前各国工业上用于SO2催化氧化的是钒系催化剂。如图是实验室模拟制取三氧化硫的装置图：
已知：二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，可认为分成两步进行。
①2SO2＋2V2O5===2SO3＋4VO2
②……
总反应：2SO2＋O22SO3
下列说法错误的是(　　)
A.浓硫酸的作用是与亚硫酸钠反应制取二氧化硫
B.若将烧杯中的NaOH溶液换成澄清石灰水也可以充分吸收尾气
C.冰盐浴的作用是冷凝三氧化硫
D.反应②为4VO2＋O2===2V2O5
6.(2023·连云港高三统考)实验室制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2沸点为76 ℃，遇水极易反应生成两种酸性气体，下列说法错误的是(　　)
A.实验开始时通入N2的目的是排除装置中的O2，防止FeCl2被氧化
B.可先给b加热，再用水浴加热的方式给a加热
C.装置c、d的作用是冷凝回流SOCl2
D.装置f作用是吸收反应生成的HCl和SO2
7.(2023·衡阳二模)为探究温度、浓度对铝和碳酸钠溶液反应的影响，某兴趣小组查询了相关资料，并进行了实验探究。以下三组实验均采用了相同形状且等质量的打磨后的铝片。
【文献资料】
(Ⅰ)铝和碱液的反应实质是铝先和水反应生成Al(OH)3和H2，生成的Al(OH)3和OH－反应生成[Al(OH)4]－而溶解。
(Ⅱ)碳酸氢钠溶液常温下就能缓慢分解，温度越高分解速率越大。
实验 温度/℃ c(Na2CO3)/(mol/L) V(Na2CO3)溶液/mL 实验现象
① 25 0.5 5 有细小的气泡
② 25 a 5 有较多气泡，气体不能使澄清石灰水变浑浊；用试管收集的气体靠近火焰有爆鸣声
③ 80 2.0 5 有大量白色絮状沉淀和气泡，气体可使澄清石灰水变浑浊；气体通过NaOH溶液除杂后用试管收集，靠近火焰有爆鸣声
下列说法错误的是(　　)
A.a＝2.0
B.实验①②中未见白色絮状沉淀可能是因为铝与水反应生成的氢氧化铝附着在铝表面，阻止了反应的进一步进行
C.实验③的反应速率比实验②更大的原因之一是实验③中OH－浓度更大
D.实验③中的气体为CO2、H2混合气体，白色沉淀的产生可能是由于CO2往溶液上方移动时与[Al(OH)4]－反应生成
8.(2023·湖北名校模拟)碘化钾为白色固体，可用作分析试剂、感光材料、制药和食品添加剂等，可通过碘酸钾与硫化氢反应制备。实验装置如图所示(夹持及加热装置已省略)，下列说法错误的是(　　)
A.仪器a、b名称是恒压滴液漏斗，实验中应先关闭K，打开仪器b，制备碘酸钾
B.滴入30%氢氧化钾溶液后，乙装置中紫黑色固体溶解，棕黄色溶液逐渐变为无色
C.乙装置中稀硫酸主要作用是减小硫化氢溶解度，以利于其逸出在丙装置中被吸收
D.如果乙装置中最终生成4.8 g黄色沉淀，则理论上可制得碘化钾的质量为8.3 g
9.(2023·重庆巴蜀中学模拟)三聚氯氰是重要的精细化工产品，具有广泛的用途，其生产通常是由氯化氰制备和氯化氰聚合两个过程组成。
Ⅰ.氯化氰制备
已知：氯化氰为无色液体，熔点－6.5 ℃，沸点12.5 ℃。可溶于水、乙醇、乙醚等，遇水缓慢水解为氰酸和盐酸。现用氰化钠和氯气在四氯化碳中反应制备氯化氰，反应式：NaCN＋Cl2===NaCl＋CNCl。反应装置如图所示，在三口烧瓶上装有温度计、搅拌器、进气管、出气管，据图回答下列问题：
(1)CNCl的结构式为________；其中C原子的杂化类型为________。
(2)在氯化氰的制备装置中，装置3、装置9中的试剂为________。在反应前需要先向装置内通入约3分钟干燥氮气，目的是_____________________________________________________________________。
(3)该制备分为两个阶段。
阶段一：将40 g氰化钠粉末及140 mL四氯化碳装入烧瓶中，缓慢送入氯气并搅拌使得氯气与NaCN充分反应。此阶段装置7、装置10、装置11作用相同，为______________；当D中出现______________现象时，说明阶段一结束。
阶段二：将________(填“装置7”“装置10”或“装置11”)的温度调整至60 ℃，将________(填“装置7”“装置10”或“装置11”)的温度调整至－40 ℃并缓慢通入氮气直至阶段二结束。阶段二结束之后产品将被集中在________中(填字母)。
Ⅱ.氯化氰聚合
(4)氯化氰干燥后，在聚合塔中加热至400 ℃后便能得到氯化氰三聚物，请画出氯化氰三聚物的结构式：________________。
10.(2023·厦门二模)某小组探究CuCl2溶液和Na2SO3溶液的反应物，开展如下活动。
【理论预测】
预测 反应的离子方程式 实验现象
1 Cu2＋＋SO===CuSO3↓ 生成绿色沉淀
2 Cu2＋＋SO＋H2O=== Cu(OH)2↓＋SO2↑ ________
3 2Cu2＋＋2SO＋H2O===Cu2SO3↓＋SO＋2H＋ 生成红色沉淀
4 ____________________ 生成白色沉淀(CuCl)
(1)预测2中的实验现象为____________________________________________。
(2)预测4中反应的离子方程式为_________________________________________
____________________________________________________________________。
【实验探究】
实验1 1 mL 0.2 mol·L－1Na2SO3溶液 立即生成橙黄色沉淀，3 min后沉淀颜色变浅并伴有少量白色沉淀产生，振荡1 min沉淀全部变为白色
2 mL 0.2 mol·L－1CuCl2溶液
(3)为证明实验1中白色沉淀为CuCl，设计实验如下。
①已知[Cu(NH3)2]＋在水中呈无色。实验2总反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
②为证明深蓝色溶液中含有Cl－，进一步实验所需的试剂为_________________________________________________________(填化学式)。
【进一步探究】查阅资料获知橙黄色沉淀可能为xCuSO4·yCu2SO3·zH2O。在实验1获得橙黄色沉淀后，立即离心分离并洗涤。为探究其组成进行如下实验。
实验3
(4)离心分离的目的是加快过滤速度，防止__________________________________
_____________________________________________________________________。
(5)已知2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2。实验3能否证明橙黄色沉淀中含有Cu2＋和SO，结合实验现象做出判断并说明理由__________________________________
_____________________________________________________________________。
(6)橙黄色沉淀转化为CuCl的原因可能是Cl－提高了Cu2＋的氧化性，进行如下实验(已知装置中物质氧化性与还原性强弱差异越大，电压越大)。
实验4
装置
试剂a 0.2 mol·L－1 Na2SO3溶液 0.2 mol·L－1 Na2SO3溶液
试剂b 0.2 mol·L－1 CuCl2溶液 X
电压表读数 V1 V2
①表中X为_______________________________________________________。
②能证实实验结论的实验现象为______________________________________。
【解释和结论】综上，Cu2＋与SO发生复分解反应速率较快，发生氧化还原反应趋势更大。
参考答案
1.A　[A.迅速用锅盖把锅盖严实，使油与空气隔绝，没有了氧气，油就不能持续燃烧，从而达到灭火效果，等锅温度降下来以确保油不会再燃烧再揭盖，A正确；B.向锅中倒入少量凉水，由于水的密度比油大，会沉到油层下，无法使油与空气隔绝，且水的沸点比油低会导致暴沸，油滴飞溅出来与空气充分接触使燃烧更猛烈，B错误；C.面粉是可燃物，向锅中倒入面粉时，当面粉扬起的粉尘和明火相遇时，由于接触面积极大，会加速燃烧，甚至可能引发爆炸，C错误；D.打开厨房的窗户，加大通风，相当于增加燃烧空间中氧气的浓度，使油燃烧更剧烈，D错误。]
2.D　[①二氧化碳在饱和氯化钠溶液中溶解性很小，通入氨气不能产生大量的碳酸氢根离子，碳酸氢根离子浓度较低，不会析出NaHCO3晶体，不符合题意；②Cl2、H2O会与SO2反应生成SO，再与BaCl2溶液生成硫酸钡沉淀，有沉淀生成，符合题意；③HCl和AgNO3溶液反应生成白色沉淀，在加入足量的氨气，氨气溶于水形成氨水，氯化银与氨水生成银氨络离子，氯化银沉淀溶解，不符合题意；④氨气通入AlCl3溶液中会生成氢氧化铝的白色沉淀，二氧化碳和水反应生成的碳酸是弱酸，不与氢氧化铝反应，会产生白色沉淀，符合题意。]
3.C　[A.溶液变黄说明生成碘单质，变黄色并不断加深至棕黄色后又变浅，说明生成的碘单质又和过氧化氢反应转化为高价态的碘酸，导致溶液颜色变浅，A正确； B.碘单质为紫黑色固体，溶液变黄，摇匀后又褪色，说明生成了碘酸，再加入过量的碘离子，碘离子具有还原性，和碘酸发生氧化还原反应生成碘单质，B正确；C.过氧化氢不稳定，在碘离子催化作用下会生成氧气，故产生大量气体的原因是过氧化氢在碘离子催化下生成了氧气，C错误； D.实验1中开始过氧化氢分解生成氧气导致过氧化氢没有和碘离子反应，且实验2中生成紫色沉淀现象明显，故实验2相较于实验1，可节约H2O2用量且有利于反应终点观察，D正确。]
4.C　[A.AlCl3可用Cl2和Al化合制备，AlCl3易水解，反应、收集装置内不能有水出现，因此Cl2必须先用浓硫酸干燥，装置末端还要用碱石灰吸收多余Cl2防止污染空气，并防止空气中的水蒸气进入反应、收集装置，A合理；B.用蒸馏实验进行海水制淡水，水的沸点为100 ℃，水沸腾后控制好收集的时间段即可收集到淡水，因此实验可不用温度计，冷凝管冷却水按“下进上出”通过，因此，B合理；C.SO2是酸性氧化物，易与NaOH溶液反应，装置末端导管直接伸入d烧杯的NaOH溶液中，会产生液体倒吸现象，C不合理；D.CO2中混合的HCl气体可与饱和NaHCO3溶液反应而被吸收除去，同时生成CO2气体，CO2气体通入浓硫酸中进行干燥，最后得到纯净干燥的CO2气体，D合理。]
5.B　[实验中通过二氧化锰与过氧化氢制取氧气，用浓硫酸与亚硫酸钠反应制取二氧化硫，生成的二氧化硫和氧气在a中混合后进入b，在催化剂、高温条件下发生反应生成三氧化硫，反应后混合气体进入c中，在冰盐浴中将三氧化硫冷凝为液体或固体实现混合气体的分离，未反应的二氧化硫用氢氧化钠溶液吸收，据此分析解答。A.该实验中用浓硫酸与亚硫酸钠反应制取二氧化硫，故A正确；B.氢氧化钙在水中的溶解度较小，澄清石灰水的浓度较低，不利于二氧化硫充分吸收，故B错误；C.为实现产物三氧化硫分离，利用冰盐浴将三氧化硫冷凝以得到液态或固态三氧化硫，故C正确；D.②中应实现VO2转化为V2O5，该过程中VO2被氧化，可知应与氧气反应，反应方程式为：4VO2＋O2===2V2O5，故D正确。]
6.B　[由实验装置图可知，实验开始时应通入氮气排尽装置中的空气，防止氯化亚铁被氧化，A正确；为防止氯化亚铁水解，制备无水氯化亚铁时应先用水浴加热的方式给a加热使SOCl2挥发为气体，再给b加热，使四水氯化亚铁与SOCl2反应制得无水氯化亚铁，B错误；装置c、d的作用是冷凝回流SOCl2，防止挥发出的SOCl2与水反应，造成试剂不必要的损耗，C正确；装置e中盛有的浓硫酸用于吸收水蒸气，防止水蒸气进入c中导致SOCl2与水反应，装置f中盛有的碱溶液用于吸收反应生成的氯化氢和二氧化硫，D正确。]
7.B　[A.实验需控制单一变量，②和③温度不同，因此a＝2.0，故A正确；B.实验①②中未见白色絮状沉淀的原因是铝与水反应生成Al(OH)3，碳酸根离子水解产生OH－，Al(OH)3和OH－反应生成[Al(OH)4]－溶解，故B错误；C.实验③的反应速率比实验②更大的原因有两点：温度升高，反应速率加快，温度升高促进平衡CO＋H2O??HCO＋OH－正向移动导致OH－浓度增大，故C正确；D.由实验现象可知实验③中的气体为CO2、H2混合气体，80 ℃时碳酸氢钠溶液分解产生CO2，CO2往溶液上方移动时与[Al(OH)4]－反应生成白色絮状沉淀Al(OH)3，故D正确。]
8.D　[本题为利用碘酸钾和硫化氢制备碘化钾，由装置所盛试剂可知，装置甲为启普发生器，利用硫化亚铁和稀硫酸制备硫化氢气体，装置乙中盛放碘单质和氢氧化钠，用以制备碘酸钾，待碘酸钾制备完成，将硫化氢通入碘酸钾溶液制备碘化钾，同时有淡黄色硫单质生成，最后用氢氧化钠吸收尾气。A.仪器a、b为恒压滴液漏斗，利用碘酸钾与硫化氢气体制备碘化钾，由于碘酸钾为溶液，硫化氢为气体，因此需先关闭K制备碘酸钾，然后制备并将硫化氢通入碘酸钾溶液制备碘化钾，A正确；B.碘单质溶解后溶液呈棕黄色，随着碘单质与氢氧化钠反应生成无色的碘化钾和碘酸钾，溶液逐渐变为无色，B正确；C.硫化氢为弱电解质，加入稀硫酸能抑制硫化氢的电离，降低其溶解度，使其逸出在丙中吸收，C正确；D.黄色沉淀为S，4.8 g S为0.15 mol，硫元素由硫化氢中的－2价升高为0价，0.15 mol S转移0.3 mol电子，I2最终转化为KI，每生成1 mol碘化钾转移1 mol电子，因此共生成碘化钾0.3 mol，质量为49.8 g，D错误。]
9.(1)　sp　(2)浓硫酸　将装置内的空气排净　(3)维持低温环境，防止产物气化　黄绿色气体　装置11　装置10　C
(4)
解析　(1)碳为四价结构，N为三价结构，所以CNCl的结构式为。C形成了两个π键，采取sp杂化。(2)氯化氰与水反应需要进行干燥无水处理，选择浓硫酸干燥，同时需要排尽装置中的空气。(3)为了减少Cl2挥发使其充分反应和便于收集氯化氰，需要降温冷凝，所以装置7、10、11均为冷凝作用。而多余的Cl2则进入D中而呈现黄绿色。当反应结束后需要将装置中残留的氯化氰蒸出，所以对装置11升温便于氯化氰逸出，同时装置10降温冷凝收集氯化氰。(4)氯化氰碳氮三键可进行加聚，所以三聚物为。
10.(1)生成蓝色沉淀、并伴有刺激性气味气体生成
(2)2Cu2＋＋SO＋H2O＋2Cl－===2CuCl↓＋SO＋2H＋
(3)①4CuCl＋O2＋16NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4Cl－＋4OH－＋14H2O　②HNO3、AgNO3
(4)沉淀长时间与空气接触而被氧化
(5)能，实验中生成白色沉淀CuI，说明橙黄色沉淀中含有铜离子被碘离子还原；溶液无色、无明显现象，说明橙黄色沉淀中含有亚硫酸根离子将最初生成的碘单质还原为碘离子
(6)①0.2 mol·L－1CuSO4溶液　②V1>V2
解析　控制变量的实验探究中要注意变量的唯一性，通过控制变量进行对比实验研究某一因素对实验结果的影响。(1)预测2中反应生成氢氧化铜沉淀和二氧化硫气体，故其现象为：溶液中生成蓝色沉淀、并伴有刺激性气味气体生成；(2)预测4中生成白色沉淀CuCl，铜元素化合价降低，则硫元素化合价升高转化为硫酸根离子，结合电子守恒和质量守恒可知，反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO＋H2O＋2Cl－===2CuCl↓＋SO＋2H＋；(3)①已知[Cu(NH3)2]＋在水中呈无色，根据题意，实验中白色沉淀为CuCl，放置一段时间后溶液变为蓝色，说明空气中氧气将正一价铜氧化为正二价铜，则实验2总反应为CuCl、一水合氨、氧气反应转化为四氨合铜离子、氯离子、氢氧根离子和水，离子方程式为4CuCl＋O2＋16NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4Cl－＋4OH－＋14H2O；②氯离子和银离子生成不溶于酸的氯化银沉淀，故为证明深蓝色溶液中含有Cl－，进一步实验所需的试剂为稀硝酸和硝酸银溶液；(4)正一价铜容易被空气中氧气氧化为正二价铜，故离心分离的目的是加快过滤速度，防止沉淀长时间与空气接触而被氧化；(5)已知2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，碘单质能使淀粉变蓝色，碘单质也能和亚硫酸根离子发生氧化还原反应；实验中生成白色沉淀CuI，说明橙黄色沉淀中含有铜离子被碘离子还原；溶液无色、无明显现象，说明橙黄色沉淀中含有亚硫酸根离子将最初生成的碘单质还原为碘离子；(6)①实验探究橙黄色沉淀转化为CuCl的原因可能是Cl－提高了Cu2＋的氧化性，则试剂b应该是不含氯离子的同浓度铜离子的溶液，故表中X为0.2 mol·L－1 CuSO4溶液；②已知装置中物质氧化性与还原性强弱差异越大，电压越大，则能证实实验结论的实验现象为电压V1更大，故V1>V2