第三讲 物质的制备及实验方案的设计与评价(时间：45分钟 满分：100分)考 点题 号常见气体的制备2、3、4、5、9实验方案设计与评价1、6、7、8、10、11一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)1．(2022·宜宾模拟)下列实验方案合理的是( )。A．用通入酸性高锰酸钾溶液的方法除去乙烯中混有的二氧化硫B．用加入浓溴水的方法分离苯和苯酚的混合物C．用灼热的铜丝网除去N2中混有的少量O2D．用燃烧的方法除去CO2中混有的少量CO解析 乙烯能被酸性高锰酸钾溶液氧化，A项错误；浓溴水与苯酚反应生成的三溴苯酚难溶于水但易溶于有机溶剂，如苯中，B项错误；氧气能与灼热的铜反应生成氧化铜而除去，氮气在加热条件下不能与铜反应，C项正确；因CO2中混有少量的CO，此混合气体不能燃烧，D项错误。答案 C2．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。其中连接顺序合理的是( )。 A．a—a′→d′—d→eB．c—c′→d—d′→gC．b—b′→d—d′→gD．d—d′→c—c′→f解析 盐酸和大理石制得的CO2气体含有氯化氢和水蒸气，除氯化氢用饱和碳酸氢钠溶液，干燥用浓硫酸，二氧化碳比空气密度大，所以用向上排空气法。答案 B3．(2022·郑州摸底)下图的实验装置用来分离CO29\n和CO气体并干燥。图中a为止水夹，b为分液漏斗的活塞，通过Y形管和止水夹分别接c、d两球胆，现装置内的空气已排尽。为使实验成功，甲、乙、丙中盛放的溶液分别是( )。A．NaHCO3饱和溶液、12mol·L－1盐酸、18.4mol·L－1硫酸B．Na2CO3饱和溶液、2mol·L－1硫酸、NaOH饱和溶液C．NaOH饱和溶液、2mol·L－1硫酸、18.4mol·L－1硫酸D．18.4mol·L－1硫酸、NaOH饱和溶液、18.4mol·L－1硫酸解析 由图示可知甲中所盛试剂用于吸收混合气中的CO2，可排除A、D两项；丙中所盛试剂用于干燥CO和CO2气体，排除B项。答案 C4．(2022·潍坊二调)下列实验操作正确的是( )。解析 B项NO不能用排空气法收集；C项浓硫酸不能在量筒中稀释；D项易发生倒吸现象。9\n答案 A5．(2022·自贡摸底)下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )。解析 用氯化铵和氢氧化钙固体制氨气时有水生成，试管口应向下倾斜；NO能与空气中的氧气反应生成NO2且和空气密度相近，应用排水法收集；氢气密度比空气小，收集氢气时导管应“短进长出”。答案 D6．某地污水中含有Zn2＋、Hg2＋、Fe3＋和Cu2＋4种阳离子。甲、乙、丙3位同学设计的从该污水中回收金属铜的方案如下。甲：乙：丙：下列判断正确的是( )。A．三种实验方案中都能制得纯净的铜B．乙方案中加过量铁粉可以将4种阳离子全部还原C．甲方案中的反应涉及置换、分解、化合、复分解4种反应类型D．丙方案会产生环境污染解析 甲实验得到的沉淀中含有Fe(OH)3、Cu(OH)2和Hg(OH)2，加热后得到Fe2O3、CuO和HgO，HgO进一步分解变为汞蒸气，通H29\n还原后得到Fe和Cu；乙实验中加入过量铁粉，过滤所得的滤渣中含有汞、铜以及过量的铁粉，最后也不能得到纯净的铜；丙实验中用盐酸溶解了滤渣中的铁，加热汞变为蒸气，最后可以得到纯净的铜。因为锌比铁活泼，所以方案乙中加入的铁不能还原Zn2＋。甲方案中没有涉及化合反应。丙方案有可能产生汞蒸气和酸性废水，从而导致环境污染。答案 D7．下述实验设计能够达到目的的是( )。选项实验目的实验设计A除去CO2中少量的SO2将混合气体通过饱和Na2CO3溶液B除去Cu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溶液中解析 除去CO2中少量的SO2，应将混合气体通过饱和NaHCO3溶液，A错误；除去Cu粉中混有的CuO，应向混合物中滴加适量非氧化性酸(如稀硫酸、稀盐酸等)，B错误；检验溶液中是否含有Fe2＋，应向溶液中先滴加KSCN溶液，若颜色无变化，再滴入氯水溶液变血红色，C错误。答案 D二、非选择题(本题共4个小题，共58分)8．(14分)(2022·泸州模拟)某同学想利用图示装置(夹持装置已略去)实验，探究SO2与Na2O2反应的产物。测得反应前C管的质量为m1g，反应后C管的质量为m2g，反应后装置D质量增加了ng。请分析：Ⅰ.装置B的作用_________________________________________________；装置D的作用_________________________________________________。Ⅱ.如何检验反应中是否有O2生成______________________________________。Ⅲ.对C中固体产物提出如下假设：假设1：只有Na2SO3，假设2：只有Na2SO4假设3：______________________________________________。(1)若Na2O2反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲同学设计如下实验：将C中的固体配成溶液，加Ba(NO3)2溶液，得到白色沉淀，加足量稀硝酸，沉淀不溶解。得出结论：产物是Na2SO4。9\n该方案是否合理________(填“是”或“否”)，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若假设1成立，某同学以反应前后C管的质量差(m2－m1)g为依据推断生成Na2SO3的质量为(m2－m1)×g。老师提示推算不合理，请你分析其中的缘由，________。(3)若假设2成立，则参加反应的Na2O2的物质的量为________mol(列计算式)。解析 Ⅰ.过氧化钠能与水蒸气反应，装置B的作用就是干燥二氧化硫，装置D的作用是防止空气进入C中。Ⅱ.检验氧气的方法是用带火星的木条，观察是否复燃。Ⅲ.假设3为Na2SO3和Na2SO4两者的混合物；(1)该方案不合理，因为硝酸有氧化性，即使产物为亚硫酸钠，生成的亚硫酸钡也被氧化成硫酸钡；(2)若假设1成立，则发生反应2Na2O2＋2SO2===2Na2SO3＋O2，(m2－m1)g不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理。(3)若假设2成立，则发生反应Na2O2＋SO2===Na2SO4，二氧化硫的质量为(m2－m1)g，n(Na2O2)＝mol。答案 Ⅰ.干燥SO2气体，防止水蒸气与Na2O2反应防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置与Na2O2反应；同时吸收过量的SO2，以免污染空气Ⅱ.用带火星的木条靠近干燥管口a，观察其是否复燃Ⅲ.有Na2SO3和Na2SO4(1)否 HNO3有氧化性，可将BaSO3氧化为BaSO4，据此不能确定产物是Na2SO3还是Na2SO4或二者兼有(2)因为该反应中吸收SO2的同时有O2产生，所以(m2－m1)g不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理(3)9．(14分)(2022·德阳模拟)如图所示是学生课外活动小组设计的制取氨气并进行氨气溶于水的喷泉实验等实验的装置示意图。9\n请回答下列问题：(1)学生甲用图A所示装置制备氨气，写出该法制取氨气的化学方程式________________________________________________________________________；制出的氨气应使用________法来收集，要得到干燥的氨气可选用________做干燥剂。(2)学生乙用图B所示装置也制出了氨气，他选用的制取试剂可能是________和________。(3)学生丙用图C所示装置进行喷泉实验，烧瓶内已充满干燥的氨气，引发水向上喷的操作是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)学生丁将装置C误认为装置D，但经同学讨论后，认为也可引发喷泉。请说明用该装置引发喷泉的方法__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)学生戊用装置E吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经过加热的铂丝插入E装置的锥形瓶内，看到了具有催化作用的铂丝保持红热，同时瓶内生成了红棕色的气体。写出在此过程中可能发生反应的化学方程式__________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)A装置是固体和固体混合加热制备氨气的装置，应选用的试剂是NH4Cl和Ca(OH)2固体。氨气极易溶于水，比空气密度小，要用向下排空气法收集。干燥氨气用碱石灰等碱性干燥剂。(2)B装置是固体和液体在不加热时反应制氨气的装置，可选用浓氨水和生石灰(或固体NaOH)混合反应。(3)氨气极易溶于水，用C装置进行喷泉实验时，先要打开止水夹，然后挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶，氨气溶于水导致烧瓶内压强急剧减小，外界大气压将烧杯内的水压入烧瓶即可形成喷泉。(4)对于装置D，可以设法使烧瓶受热，瓶内气体膨胀，排出玻璃导管中的空气，瓶内氨气与水接触即产生喷泉。(5)本实验的原理：氨在受热时被催化氧化为NO，NO与O2反应变成红棕色的NO2。答案 (1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H29\nO 向下排空气 碱石灰(或氢氧化钠固体、氧化钙固体等)(2)氧化钙或固体氢氧化钠 浓氨水(3)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水(4)打开止水夹，用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管中的空气，氨气与水接触，即发生喷泉(5)4NH3＋5O24NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO210．(15分)(2022·济南联考)实验室有NH4HCO3和NaHSO3的干燥粉状混合物，某兴趣小组为测定其中NH4HCO3的含量，设计了在混合物中加酸的实验方法来测定其质量分数。回答以下问题：(1)化学小组主要选用了下列药品和仪器进行实验(图中每种仪器或装置只用一次，铁架台等固定用到的仪器未画出)。请按气流由左向右的方向，仪器连接顺序是(填仪器的接口字母a、b……)a→________→________→________→________→f→g→________→________。(2)实验开始，混合物加酸前，A装置需要鼓入空气，作用是________________________________________________________________________；加酸反应后A装置再次鼓入空气的作用是________________________________________________________________________。(3)E装置的作用是______________________________________________。(4)实验中，若C瓶中溶液褪色，则测定结果可能会偏________(填“高”或“低”)。(5)若混合物样品质量为13.1g，充分作用后碱石灰增重4.4g，则混合物中NH4HCO3的质量分数为__________________________________________。(6)从定量测定的准确性考虑，该套装置还应作进一步的改进是________________________________________________________________________。答案 (1)i h d e b c9\n(2)排出装置中原有空气 将生成的气体全部送入后续装置(3)除去SO2，以防止SO2对测定结果的影响(4)高 (5)60.3% (6)在B之后再接一个阻止空气中水和二氧化碳进入B的装置11．(15分)(2022·金华三模)Fe、Cu都是人类最早使用的金属。某校化学研究性学习小组的同学运用实验手段研究Fe、Cu的相关性质，请你参与研究并完成下列各题：(1)甲同学取一束细铜丝用砂纸打磨后放在酒精灯上加热至红热，然后迅速伸入盛Cl2的集气瓶中。你认为甲同学在实验中应该观察到的现象是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)乙同学为探究Fe在冷浓硝酸和热浓硝酸中的反应情况，设计了如图所示的实验装置：①乙同学发现装置1中Fe未溶解，其原因是________________________________________________________________________；②装置2生成的气体(假定为NO2和NO混合气体)全部通入100mL4mol·L－1NaOH溶液，恰好被完全吸收，反应为：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O若生成NaNO3和NaNO2物质的量之比为1∶3，则混合气体中NO2和NO的体积比为________。(3)丙同学在Fe和浓硝酸反应后的溶液中加入一块Cu片，Cu片先逐渐溶解，反应一段时间后不再溶解。①丙同学依据反应现象得出Cu片溶解的原因是和HNO3发生反应。他依据的反应现象是_______________________________________________________________________________________________________________________。②丁同学认为丙同学的结论不完全正确，他的理由是________________________________________________________________________。(4)请你设计实验证明(3)反应后的溶液中只含Fe2＋而不含Fe3＋。说明具体实验操作和实验现象：________________________________________________________________________________________________________________________。9\n解析 (1)Cu在Cl2中燃烧的现象是生成棕色的烟。(2)①铁、铝在常温下遇到浓硫酸、浓硝酸会发生钝化；②从化学方程式可以看出：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O2 1 1NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O1 1 2混合气体中NO2和NO的体积比为3∶1。(3)①若试管内出现红棕色气体或铜片表面有气泡生成就可以证明Cu片溶解的原因是和HNO3发生反应；②Fe和硝酸反应后的溶液中有HNO3，也一定有Fe3＋，而Fe3＋也能和Cu反应，使Cu片溶解，所以丁同学认为丙同学的结论不完全正确。(4)检验Fe2＋、Fe3＋是常考的知识点。检验时可以取少许该溶液滴加几滴KSCN溶液，不出现血红色，再滴加适量新制氯水；出现血红色，证明溶液中只含Fe2＋而不含Fe3＋。答案 (1)Cu在Cl2中燃烧生成棕色的烟(2)①Fe在冷浓硝酸中发生钝化 ②3∶1(3)①试管内出现红棕色气体或铜片表面有气泡生成②Fe和浓硝酸反应后的溶液中有HNO3，也一定有Fe3＋，而Fe3＋也能和Cu反应，使Cu片溶解(4)取少许该溶液滴加几滴KSCN溶液，不出现血红色，再滴适量新制氯水，出现血红色(答案合理即可)9
