第三讲物质的制备及实验方案的设计与评价一、选择题1．用下列实验装置完成对应的实验(部分仪器已省略)，能达到实验目的的是( )解析 A中稀释浓H2SO4不能在量筒中进行；B中称量NaOH固体应在干燥的小烧杯中称量；C中冷却水的流向不对，温度计水银球的位置不对。答案 D2．浓硫酸常用于干燥气体，下列气体不能用浓H2SO4干燥的是（）①Cl2②SO2③SO3（g）④CO2⑤H2S⑥NH3⑦NO2A.③④⑥B.②④⑥C.②③⑤⑥D.③⑤⑥解析 根据干燥剂选择原则，干燥剂不能与被干燥气体发生反应，因浓H2SO4具有氧化性及酸性，故不能干燥还原性气体（H2S）及碱性气体（NH3），SO3（g）会被浓H2SO4吸收为发烟硫酸。答案 D3．某无色气体可能由O2、CO、CO2、HCl、NH3、NO、Br2中的一种或几种组成，通过图中洗气瓶后气体体积减少（该装置前后都不与大气直接相连），通过干燥管（内盛放Na2O2）后气9\n体呈红棕色，则下列推断正确的是（）A.原气体中一定有NO和O2B.原气体中一定有NH3、NO、CO2、COC.原气体中一定没有COD.原气体中一定没有HCl、Br2、O2解析 由题中给出无色气体，可以排除Br2，通过浓H2SO4体积减少，可以得出无色气体中存在NH3而排除HCl，又通过Na2O2后有红棕色气体生成，可以推出有NO、CO2的存在，而排除O2，所以一定存在的是NH3、NO、CO2，一定不存在的是HCl、Br2、O2，不能确定的是CO。答案 D4．可用如下图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是( )①H2S ②HCl ③NH3 ④Cl2 ⑤SO2 ⑥C2H4A．①和②B．②和⑤C．③和④D．⑤和⑥解析 ①③中气体不能用浓H2SO4干燥；④不能用水吸收Cl2；⑥不能用向上排空气法收集尾气处理应用溴水；HCl、SO2必须用防倒吸装置进行尾气处理。答案 B5．关于下图中各装置的叙述不正确的是( )9\nA．装置①能验证AgCl沉淀可转化为溶解度更小的Ag2S沉淀B．装置②中若X为四氯化碳，可用于吸收氨气，并防止发生倒吸C．装置③的实验可推断硫、碳、硅三种元素的非金属性强弱D．装置④可检验溴乙烷发生消去反应得到的气体中含有乙烯解析 A项，硝酸银与氯化钠反应中硝酸银过量，再加入硫化钠，硫化钠与过量的硝酸银反应会产生硫化银沉淀，故不能说明是氯化银转变为硫化银沉淀，不正确。答案 A6．下列生活中的化学小实验不合理的是（）A.用米汤检验加碘盐中的碘酸钾（KIO3）B.用食用醋除去热水瓶中的水垢C.用纯碱（Na2CO3）溶液洗涤沾有油污的器具D.用灼烧并闻气味的方法区分化纤织物与纯毛织物解析 淀粉溶液遇I2呈蓝色，但KIO3中是化合态的碘。答案 A7．下列实验装置设计正确且能达到目的的是( )解析 干燥气体时，应“长进短出”，A项错误；浓硫酸稀释时，应将浓硫酸加入水中，B项错误；NaOH溶液应置于碱式滴定管中，D项错误。答案 C8．下列实验设计能够成功的是( )实验目的实验步骤及现象A检验亚硫酸钠试样是否变质试样白色沉淀9\n沉淀不溶解B除去乙酸乙酯中混有的乙酸混合液溶液分层得上层液体C证明酸性条件下H2O2氧化性比I2强NaI溶液溶液变蓝色D鉴定盐A的成分是FeBr2A解析 A项中亚硫酸钠变质应被氧化成硫酸钠，检验时应使用氯化钡溶液和稀盐酸作检验试剂，而不应该使用硝酸钡和稀硝酸，因为在酸性条件下硝酸根(硝酸)能将亚硫酸盐(亚硫酸根)氧化成硫酸盐，干扰实验现象，A错误；B项中由于乙酸能和碳酸钠溶液反应生成可溶性的乙酸钠，且乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度小，故可通过分液分离，B正确；C项中后续操作用到了具有强氧化性的稀硝酸，稀硝酸也能将I－氧化成I2，干扰实验现象，应改用稀盐酸，C错误；D项中并没有检验出Fe2＋，因为硝酸具有强氧化性，将Fe2＋氧化成了Fe3＋，D错误。答案 B二、非选择题9．某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：[实验]制备银镜，并与Fe(NO3)3溶液反应，发现银镜溶解。(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是__________。a．边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止b．将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中c．制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热d．银氨溶液具有较弱的氧化性e．在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大[提出假设]假设1：Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe(NO3)3溶液显酸性，在此酸性条件下NO能氧化Ag。[设计实验方案，验证假设](2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2＋，验证了假设1成立。请写出Fe3＋9\n氧化Ag的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容(提示：NO在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生)。实验步骤(不要求写具体操作过程)预期现象和结论①②……若银镜消失，假设2成立。若银镜不消失，假设2不成立。[思考与交流](4)甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立，则丙同学由此得出结论：Fe(NO3)3溶液中的Fe3＋和NO都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论、并简述理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)ade(2)Ag＋Fe3＋===Ag＋＋Fe2＋(3)实验步骤(不要求写具体操作过程)预期现象和结论①测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH②配制相同pH的稀硝酸溶液，将此溶液加入有银镜的试管内(4)不同意。甲同学检验出了Fe2＋，可确定Fe3＋一定氧化了Ag；乙同学虽然验证了此条件下NO能氧化Ag，但在硝酸铁溶液氧化Ag时，由于没有检验NO的还原产物，因此不能确定NO是否氧化了Ag[(3)、(4)其他合理答案均可]10．某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验混合溶液 ABCDEF9\n4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100(1)请完成此实验设计，其中：V1＝__________，V6＝__________，V9＝__________；(2)反应一段时间后，实验A中的金属呈__________色，实验E中的金属呈________色；(3)该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 稀硫酸与锌的反应过程中加入少量硫酸铜，是利用锌置换出铜，构成Cu－Zn－H2SO4原电池，加快锌的反应速率。由于是研究CuSO4的量对氢气生成速率的影响，所以硫酸的浓度要相同，一是所加硫酸的量相同，二是混合溶液的体积相同，所以V1～V5均为30，由F组数据可知，CuSO4溶液与水的体积和为20mL。A组中无铜生成，反应后锌呈灰黑色，E组中生成较多的铜，呈暗红色。有较多的铜生成时，其覆盖在锌表面，降低了锌与溶液的接触面积。答案 (1)30 10 17.5 (2)灰黑 暗红 (3)当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积11．某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：(1)上述实验中发生反应的化学方程式有__________________________________________________________________________________________________________________；(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________________________________________________________________________________________________________；(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________。(4)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有____________________(答两种)；(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验ABCDEF9\n混合溶液4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100①请完成此实验设计，其中：V1＝________，V6＝________，V9＝________；②反应一段时间后，实验A中的金属呈________色，实验E中的金属呈________色；③该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：________________。解析 (1)在稀硫酸中加入硫酸后发生了两个反应：CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu、Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。(2)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸溶液组成了Cu—Zn微电池，大大加快了生成氢气的反应速率。(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池，都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。(4)要加快生成氢气的反应速率，还可以采取如下措施：升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。(5)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30mL，根据F中加入的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V6＝10mL，V8＝19.5mL，V9＝17.5mL，V10＝15mL。A中没加CuSO4反应一段时间后剩余的锌为灰黑色，E中析出较多的铜，则显示出了铜晶体的颜色：暗红色。由于析出的铜的量较多，会覆盖在锌的表面，使得锌与稀硫酸接触面积大大减小，故反应速率反而会减慢了。答案 (1)Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu—Zn微电池，加快了氢气产生的速率(3)Ag2SO4(4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等(任写两种即可)(5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积12．实验室以含有Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO、Br－等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2，流程如下：9\n(1)操作Ⅰ使用的试剂是________，所用主要仪器的名称是________。(2)加入溶液W的目的是________。用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2＋。由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是________。酸化溶液Z时，使用的试剂为________。开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHMg2＋9.611.0Ca2＋12.2c(OH－)＝1.8mol·L－1(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是________。(4)常温下，H2SO3的电离常数Ka1＝1.2×10－2，Ka2＝6.3×10－8；H2CO3的电离常数Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3；将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于________。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)。____________________________。仪器自选。9\n供选择的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。解析 (1)操作Ⅰ是萃取和分液，需要的仪器主要是分液漏斗，用到的试剂是四氯化碳。(2)加入溶液W的目的是除去溶液中的硫酸根离子，用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2＋，而不除去Ca2＋，故pH的范围是11.0≤pH<12.2。(3)收集二氧化碳用向上排气法，故a不对；使用长颈漏斗需要液封，c错误。答案 (1)四氯化碳 分液漏斗(2)除去溶液中的SO 11.0≤pH<12.2 盐酸(3)b、d(4)用于比较pH的两种酸的物质的量浓度不相等；三种参考方案如下：方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO3和NaHCO3溶液，用酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH。前者的pH小于后者，证明H2SO3酸性强于H2CO3。方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水。品红溶液不褪色、且澄清石灰水变浑浊，证明H2SO3酸性强于H2CO3。方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品红溶液。品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO3。9
