化学实验方案与设计(45分钟 100分)一、选择题(本题包括6小题,每小题6分,共36分)1.(2022·石家庄质检)以下进行性质比较的实验设计,不合理的是 ( )A.比较Cu、Fe2+的还原性:Cu加入FeCl3溶液中B.比较氯、溴的非金属性:氯气通入溴化钠溶液中C.比较镁、铝的金属性:镁、铝(除氧化膜)分别放入4mol·L-1的NaOH溶液中D.比较高锰酸钾、氯气的氧化性:高锰酸钾中加入浓盐酸2.下列药品和装置合理且能完成相应实验的是 ( )A.喷泉实验B.实验室制取并收集氨气C.制备氢氧化亚铁D.验证苯中是否有碳碳双键3.下列有关实验装置进行的相应实验,能达到实验目的的是 ( )A.用图1所示装置除去HCl中含有的少量Cl2B.用图2所示装置将硫酸铜溶液蒸干,制备蓝矾C.用图3所示装置可以完成“喷泉”实验D.用图4所示装置制取并收集干燥纯净的NH34.下述实验设计能够达到目的的是 ( )编号实验目的实验设计A除去CO2中少量的SO2将混合气体通过饱和Na2CO3溶液B除去铜粉中混有的CuO向混合物中滴加适量稀硝酸C检验溶液中是否含有Fe2+向溶液中滴入氯水后,再滴加KSCN溶液D证明H2CO3酸性比H2SiO3强将CO2通入Na2SiO3溶液中5.(2022·海南高考)下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3,仪器连接顺序正确的是 ( )-7-\nA.a—b—c—d—e—f—g—hB.a—e—d—c—b—h—i—gC.a—d—e—c—b—h—i—gD.a—c—b—d—e—h—i—f6.(2022·长春一模)下列实验设计与结论不相符的是 ( )A.某溶液中加入Ba(NO3)2溶液,再滴加稀盐酸,出现白色沉淀且不溶解,则原溶液中可能含有SB.某气体使湿润的蓝色试纸变红,则该气体一定是酸性氧化物C.乙醇中混有乙酸,加入氢氧化钠后蒸馏即得纯净的乙醇D.在分液漏斗中加入溴水,然后加入适量CCl4,振荡后静置,溴可萃取到CCl4中二、非选择题(本题包括3小题,共64分)7.(23分)为探究足量锌与18.4mol·L-1浓硫酸的反应,某研究小组进行如下实验。【实验Ⅰ】反应生成物成分的定性探究取65.0g锌粒与98%的浓硫酸(ρ=1.84g·mL-1)110mL充分反应,锌全部溶解,对于制得的气体,有同学认为可能混有杂质。(1)研究小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是 (填分子式),产生这种结果的主要原因是 (用化学方程式和必要的文字加以说明)。(2)为证实相关分析,该化学小组的同学设计实验,组装了如下装置,对所制的气体进行探究。①装置C中加入的试剂是 ;装置D中加入的试剂是 。②装置F中加入的试剂是 ;U形管G的作用为 。③有同学认为A、B间应增加图中的甲装置,该装置的作用为 。【实验Ⅱ】硫酸浓度与生成气体成分的定量探究-7-\n为了定量测定浓硫酸具有强氧化性的最低浓度,设计的实验方案为取18.4mol·L-1浓硫酸amL与足量的锌于A中反应,将生成的气体通入某溶液并测定生成沉淀的质量。(1)A中产生的气体应通入上图中的 (填“乙”或“丙”)装置。(2)有同学认为要减小实验误差,需要增加一个将反应生成的SO2全部排出的操作。但也有同学认为没有必要,其理由是 。8.(22分)(2022·天津高考)某研究性学习小组为合成1-丁醇,查阅资料得知一条合成路线：CH3CH＝CH2+CO+H2CH3CH2CH2CHOCH3CH2CH2CH2OH；CO的制备原理：HCOOHCO↑+H2O,并设计出原料气的制备装置(如图)。请填写下列空白：(1)实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇,从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯,写出化学反应方程式： , 。(2)若用以上装置制备干燥纯净的CO,装置中a和b的作用分别是 , ；c和d中盛装的试剂分别是 , 。若用以上装置制备H2,气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是 ；在虚线框内画出收集干燥H2的装置图。(3)制丙烯时,还产生少量SO2、CO2及水蒸气,该小组用以下试剂检验这四种气体,混合气体通过试剂的顺序是 (填序号)。①饱和Na2SO3溶液 ②酸性KMnO4溶液③石灰水④无水CuSO4⑤品红溶液(4)合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应,为增大反应速率和提高原料气的转化率,你认为应该采用的适宜反应条件是 。a.低温、高压、催化剂 b.适当的温度、高压、催化剂c.常温、常压、催化剂d.适当的温度、常压、催化剂-7-\n(5)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品。为纯化1-丁醇,该小组查阅文献得知：①R—CHO+NaHSO3(饱和)RCH(OH)SO3Na↓；②沸点：乙醚34℃,1-丁醇118℃,并设计出如下提纯路线：试剂1为 ,操作1为 ,操作2为 ,操作3为 。9.(19分)(2022·池州一模)钨是我国丰产元素,是熔点最高的金属,广泛用于拉制灯泡的灯丝,有“光明使者”的美誉。钨在自然界主要以钨(+6价)酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。白钨矿的主要成分是钨酸钙(CaWO4);黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,化学式常写成(Fe,Mn)WO4。黑钨矿传统冶炼工艺的第一阶段是碱熔法:其中A、B、C都是钨的化合物。回答:(1)碱熔时,钨酸亚铁转化为氧化铁和钨酸钠,写出相应反应的化学方程式 。(2)操作2的名称是 ,实验室中证明沉淀B是否洗净的方法是 ;实验室中焙烧需要的主要仪器有 。(3)写出用氢气还原氧化钨制取金属钨的化学方程式: ;为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨,不宜用碳而必须用氢气作还原剂,因为 。(4)某种蓝色氧化钨的化学式可以表示为WO2.8,一般认为,蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在五价和六价两种价态的钨。则蓝色氧化钨中五价钨与六价钨的原子数目之比为 ∶ 。-7-\n答案解析1.【解析】选C。若溶液变蓝,说明氯化铁能腐蚀单质铜,则Cu是还原剂、Fe3+是氧化剂、Fe2+是还原产物,由于反应中还原剂的还原性大于还原产物的还原性,因此能比较Cu、Fe2+的还原性,故A合理;若无色溶液变为淡黄色,说明氯气能从盐中置换出单质溴,则氯气是氧化剂、溴离子是还原剂、单质溴是氧化产物,由于反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,则单质氯的氧化性大于单质溴,所以氯元素的非金属性比溴强,故B合理;元素金属性强弱可以根据其单质与酸反应置换出氢的难易程度来判断,因此可将镁、铝(除氧化膜)分别放入稀盐酸或稀硫酸中,根据置换出氢的难易程度可以比较镁、铝金属性,故C不合理;若产生黄绿色气体,说明高锰酸钾能氧化HCl,则高锰酸钾是氧化剂、HCl是还原剂、氯气是氧化产物,因此能比较高锰酸钾、氯气的氧化性,故D合理。2.【解析】选D。本题考查化学实验基本操作(物质的制备、性质验证等)。NO不溶于水,也不与水反应,故不能用于喷泉实验,A项错误;加热固体混合物时,试管口应向下倾斜,B项错误;Fe(OH)2具有较强的还原性,应将滴管插入液面以下,C项错误;通过溴水或酸性高锰酸钾溶液是否褪色,可以验证苯环中是否有碳碳双键,D项正确。3.【解析】选C。A适合除去氯气中含有的少量氯化氢气体;用图2装置制备蓝矾时,当有大量晶体析出时停止加热,用余热蒸干;D氨气密度比空气小,应用向下排空气法收集。4.【解析】选D。A中除去CO2中少量的SO2,可将混合气体通过饱和的NaHCO3溶液,A错误;B中除去铜粉中混有的CuO,可向混合物中滴加适量稀盐酸,而不能用稀硝酸,因为Cu也能与稀硝酸反应,B错误;C中检验溶液中是否含有Fe2+,应先向溶液中滴加KSCN溶液,若无明显现象,再向溶液中滴入氯水,若溶液变为红色则说明溶液中含有Fe2+,C错误;D中实验设计能够达到目的,D正确。5.【解析】选B。根据实验目的和所给仪器药品应首先制得氯气,然后再将氯气与铁粉反应,制取FeCl3,最后用NaOH溶液吸收多余的氯气防止污染环境。由于制得的氯气中含有HCl、H2O等杂质,所以与铁反应之前应先用饱和NaCl溶液吸收挥发出的HCl,然后用浓硫酸干燥。连接仪器时应注意长管进气,短管出气。6.【解析】选B。酸性条件下,N可以将S氧化为S;使湿润的蓝色试纸变红的气体可以是酸性氧化物,也可以是其他酸性气体,如HCl、HNO3等;乙酸与NaOH生成高沸点的盐;溴在四氯化碳中的溶解度很大,且四氯化碳与水互不相溶,四氯化碳可以作为萃取剂。7.【解析】【实验Ⅰ】(1)随着反应的进行,浓硫酸的浓度会逐渐变小,Zn与稀硫酸反应得到的气体是H2,反应的方程式为H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑。(2)B装置放置的品红溶液是为了检验SO2气体,C装置放置的是NaOH(或KMnO4)溶液,目的是吸收混合气体中的SO2,D装置的浓硫酸吸收水蒸气,避免其干扰H2和CuO的反应,否则F中的CuSO4变蓝就不能确定是H2和CuO反应生成的H2O,G的作用是防止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验;为防止B装置发生倒吸,在A与B之间加一个防倒吸的装置。【实验Ⅱ】(1)SO2与BaCl2溶液不反应,不能得到沉淀,故选丙装置。(2)随着反应的进行,稀硫酸与Zn反应得到的H2会将反应得到的SO2全部排入到丙装置中,没有必要增加其他装置或反应。答案:【实验Ⅰ】(1)H2 随着反应的进行,硫酸溶液浓度变稀,发生反应:H2SO4(稀)+Zn====ZnSO4+H2↑(2)①足量NaOH(或KMnO4)溶液 浓硫酸②无水CuSO4(或无水硫酸铜) 防止空气中的水蒸气进入系统,干扰实验③防止倒吸-7-\n【实验Ⅱ】(1)丙(2)后产生的氢气会将二氧化硫全部排入丙中【解题技巧】实验的设计与探究注意的问题(1)对实验方案的探究,首先要明确实验目的和要求,然后结合问题,运用有关化学知识和实验技能,对实验的仪器、步骤、方法进行逐步的分析。其中,有关方案的设计要特别明确:原理要有科学性,不能凭空捏造,不能脱离实际,所选方案应是在现实条件下能够完成的。实验装置要简便易行,操作必须安全可靠,效果要明显。(2)要善于对实验所得出的事实证据通过比较、归纳、概括、总结等方式进行处理,从而得出科学的结论,并由此解释化学现象,说明问题。8.【解析】(1)氢气可用活泼金属锌与非氧化性酸盐酸通过置换反应制备,氧化性酸如硝酸和浓硫酸与锌反应不能产生氢气,化学方程式为Zn+2HClZnCl2+H2↑；2-丙醇通过消去反应即得到丙烯,化学方程式为：(CH3)2CHOHCH2＝CHCH3↑+H2O；(2)甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成CO,由于甲酸易挥发,产生的CO中必然会混有甲酸,所以在收集之前需要除去甲酸,可以利用NaOH溶液吸收甲酸。又因为甲酸易溶于水,所以必须防止液体倒流,即b的作用是防止倒吸,最后通过浓硫酸干燥CO。为了使产生的气体能顺利地从发生装置中排出,就必须保持压强一致,因此a的作用是保持恒压；若用以上装置制备氢气,就不再需要加热,所以此时发生装置中的玻璃仪器名称是分液漏斗和蒸馏烧瓶；氢气密度小于空气的密度,因此要收集干燥的氢气,就只能用向下排空气法,而不能用排水法收集；(3)检验丙烯可以用酸性KMnO4溶液,检验SO2可以用酸性KMnO4溶液、品红溶液或石灰水,检验CO2可以用石灰水,检验水蒸气可以用无水CuSO4,所以检验这四种气体必须考虑试剂的选择和顺序。只要通过溶液,就会产生水蒸气,因此先检验水蒸气；然后检验SO2并在检验之后除去SO2,除SO2可以用饱和Na2SO3溶液,还应再用品红溶液验证SO2是否除净,最后检验CO2和丙烯,因此顺序为④⑤①⑤③②；(4)由于反应是一个体积减小的可逆反应,所以采用高压,有利于增大反应速率和提高原料气的转化率；正向反应是放热反应,虽然低温有利于提高原料气的转化率,但不利于增大反应速率,因此要采用适当的温度；催化剂不能提高原料气的转化率,但有利于增大反应速率,缩短达到平衡所需的时间,故正确选项是b；(5)根据信息可知正丁醛会和饱和NaHSO3溶液反应得到钠盐沉淀,故试剂1为饱和NaHSO3溶液,操作1是过滤；滤液是1-丁醇的水溶液,加入乙醚进行萃取后分液,故操作2是萃取；有机层经过干燥之后,再利用1-丁醇和乙醚的沸点差异进行蒸馏分离。答案：(1)Zn+2HClZnCl2+H2↑(CH3)2CHOHCH2CHCH3↑+H2O(2)保持恒压 防倒吸 NaOH溶液 浓硫酸分液漏斗、蒸馏烧瓶-7-\n(3)④⑤①⑤③② (4)b(5)饱和NaHSO3溶液 过滤 萃取 蒸馏9.【解析】本题是工艺流程题,考查了化学实验基本操作、方程式的书写、计算等。(1)根据题意该反应是氧化还原反应,其中氧气为氧化剂,Fe2O3为氧化产物,反应为4FeWO4+8NaOH+O24Na2WO4+2Fe2O3+4H2O。(2)根据流程可知操作2为过滤,取最后一次洗涤液,加硝酸酸化的硝酸银溶液,若未见白色沉淀,则沉淀洗涤干净。焙烧用到的仪器有坩埚、三脚架、泥三角、坩埚钳、酒精灯。(3)用碳作还原剂会引入碳杂质。(4)+6价W的氧化物为WO3,+5价W的氧化物为W2O5,看作WO2.5,根据十字交叉法:,+5价W与+6价W的原子个数比为2∶3。答案:(1)4FeWO4+8NaOH+O24Na2WO4+2Fe2O3+4H2O(2)过滤 取最后一次洗涤液,滴加硝酸酸化后再滴入硝酸银溶液酒精灯、坩埚、泥三角、铁架台或三脚架(3)WO3+3H2W+3H2O氢气还原时氢气和生成的水不会成为钨中的杂质,而用碳还原时生成的钨中可能会含有碳杂质(只要答出不引入杂质的含义即可)(4)2 3-7-
