江苏省高考化学 冲刺训练 5.2 探究性实验 14页

江苏省高考化学 冲刺训练 5.2 探究性实验 一、单项选择题 1.(2011·崇文模拟)某课外实验小组设计的下列实验不合理的是( ) 2.(2011·四川高考)下列实验“操作和现象”与“结论”对应关系正确的是( 3.下列实验装置正确的是( ) 4.下列化学实验装置或操作正确的是( ) 5.“封管实验”具有简易、方便、节约、绿色等优点，观察下面四个“封管实验”(夹持装置未画出)，判 断下列说法正确的是( ) A．加热时，①上部汇集了固体 NH4Cl，说明 NH4Cl 的热稳定性比较好 B．加热时，②、③溶液均变红，冷却后又都变为无色 C．④中，浸泡在热水中的容器内气体颜色变深，浸泡在冰水中的容器内气体颜色变浅 D．四个“封管实验”中所发生的化学反应都是可逆反应 二、不定项选择题 6.(2011·南京模拟)某同学想用实验证明高锰酸钾的紫红色是 MnO4 －的颜色，而不是 K+的颜色，他设计了 以下实验方案。请你判断下列方案与本实验目的无关的是( ) A．观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中的 K+无色 B．在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡、静置后未见明显变化，表明锌与 K+不反应 C．在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡、静置后紫红色褪去，表明 MnO4 －为紫红色 D．将高锰酸钾晶体加热分解，所得的固体质量减轻 7.下列装置所示的实验中，能达到实验目的的是( ) A．装置①可用于乙醇与乙酸的分离 B．装置②可用于实验室中制取少量的乙酸乙酯 C．装置③可用于实验室制取少量的乙烯 D．装置④可用于证明溴乙烷与 NaOH 醇溶液共热生成乙烯 8.(2011·无锡模拟)下列相关实验不能达到预期目的的是( ) 三、非选择题 9.(2010·江苏高考)高纯 MnCO3 是制备高性能磁性材料的主要原料。实验室以 MnO2 为原料制备少量高纯 MnCO3 的操作步骤如下： (1)制备 MnSO4 溶液： 在烧瓶中(装置见下图)加入一定量 MnO2 和水，搅拌，通入 SO2 和 N2 混合气体，反应 3 h。停止通入 SO2，继 续反应片刻，过滤(已知 MnO2+H2SO3====MnSO4+H2O)。 ①石灰乳参与反应的化学方程式为_____________________________________。 ②反应过程中，为使 SO2 尽可能转化完全，在通入 SO2 和 N2 比例一定、不改变固液投料的条件下，可采取的 合理措施有____________________、____________________。 ③若实验中将 N2 换成空气，测得反应液中 Mn2+、SO4 2-的浓度随反应时 间 t 变化如图。 导致溶液中 Mn2+、SO4 2-浓度变化产生明显差异的原因是__________。 (2)制备高纯 MnCO3 固体：已知 MnCO3 难溶于水、乙醇，潮湿时易被 空气氧化， 100 ℃开始分解；Mn(OH)2 开始沉淀时 pH=7.7。请补充由(1)制得的 MnSO4 溶液制备高纯 MnCO3 的操作步骤［实 验中可选用的试剂：Ca(OH)2、NaHCO3、Na2CO3、C2H5OH］。 ①__________；②__________；③__________；④__________；⑤低于 100 ℃干燥。 10.［问题提出］ 教材中在检验 Cu 与稀硝酸反应的还原产物时，实验直接在试管中进行，由于试管中有 空气，开始往往看到的是红棕色气体，导致实验现象与实验原理无法吻合。某校化学活动小组对这一实验 进行了研究，并提出改进措施。 ［研究目的与要求 ］ (1)克服教材实验的缺点，并能证明 Cu 与稀硝酸反应生成的是 NO。NO 不溶于水，可以与 O2 反应产生红棕 色的 NO2。 (2)改进后的实验必须达到的要求：节约药品、操作简便、现象明显、减少污染。 ［实验过程］ 实验方案一： (1)按图 1 所示接好仪器 检查装置气密性的方法是_________________________ ___________________________________________________________________。 (2)根据你对装置和研究目的的理解，请补充制取 NO 并验证 NO 不溶于水的实验操作： _______________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)验证 NO 和 O2 生成 NO2 的实验操作和现象是______________________________ ___________________________________________________________________。 实验方案二： (4)按图 2 所示连接装置，检查气密性后，在干燥管内加入 3.2 g 铜片 ，在烧杯中加入适量经过预热的稀 硝酸。 (5)打开止水夹，用注射器快速抽空干燥管内的空气，使稀硝酸充满整个干燥管，然后关闭止水夹。观察 到的现象是______________________________________。 (6)反应停止后，打开止水夹，用注射器将抽取的空气慢慢推入干燥管内，发现干燥管内的气体变成红棕 色，且液面缓缓上升，Cu 和稀硝酸反应继续进行。不断充入 O2，直至加入的 3.2 g Cu 完全反应，则共消 耗的氧气在标准状况下的体积为__________L。 11.(2011·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+H2 一定条件 CH3CH2CH2CHO 2H Ni，△ CH3CH2CH2CH2OH； CO 的制备原理：HCOOH 2 4H SO浓 △ CO↑+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 CuSO4 ⑤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 (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__________。 12．已知，室温下存在反应 3HNO2====HNO3＋2NO↑＋H2O；在酸性溶液中，NO2 －可将 MnO4 －还原为 Mn2＋且无气 体生成。某化学兴趣小组设计了如下探究实验： 请回答下列问题： (1)装置 A 的试管中发生反应的化学方程式是____________________。 (2)B 瓶中可以观察到的现象是____________________，C 瓶出来的气体是____________________。 (3)实验时观察到 D 管内固体颜色逐渐变为白色。据此甲同学认为 D 管中生成物是 NaNO3，而乙同学则认为 D 管中生成的是 NaNO2，请设计实验证明乙同学的观点正确。 (4)E 装置的作用是______________________________。 (5)该小组的同学经讨论认为上述装置仍有缺陷，为了避免 D 管中生成 NaOH，你认为应该进行的改进是 _______________________________________________ ___________________________________________________________________。 高考创新预测 1.下列有关实验原理、装置、操作或结论的描述中，不正确的是(有关装置中的夹持仪器略去) ( ) 2.某校化学研究性学习小组查阅资料了解到以下内容： 乙二酸(HOOC—COOH，可简写为 H2C2O4)俗称草酸，易溶于水，属于二元中强酸(为弱电解质)，且酸性强于 碳酸，其熔点为 101.5 ℃，在 157 ℃升华。为探究乙二酸的部分化学性质，进行了如下实验： (1)向盛有 1 mL 饱和 NaHCO3 溶液的试管中加入足量乙二酸溶液，观察到有无色气泡产生。该反应的离子方 程式为______________________________________。 (2)向盛有乙二酸饱和溶液的试管中滴入几滴硫酸酸化的 KMnO4 溶液，振荡，发现其溶液的紫红色褪去，说 明乙二酸具有__________(填“氧化性”、“还原性”或“酸性”)，请配平该反应的离子方程式： __________MnO4 -+__________H2C2O4+__________H+====__________Mn2++____CO2↑+__________H2O (3)将一定量的乙二酸放于试管中，按如图所示装置进行实验(夹持装置未标出)： 实验发现：装置 C、G 中澄清石灰水变浑浊，B 中 CuSO4 粉末变蓝，F 中 CuO 粉末变红。据此回答： 上述装置中，D 的作用是_______________________________________________。 乙二酸分解的化学方程式为___________________________________________。 (4)该小组同学将 2.52 g 乙二酸晶体(H2C2O4·2H2O)加入到 100 mL 0.2 mol·L－1 的 NaOH 溶液中充分反应， 测得反应后溶液呈酸性，其原因是__________________ ___________________________________________________(用文字简单表述)。 (5)以上溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为：__________________________ (用离子符号表示)。 答案解析 1.【解析】选 C。A 项，生成的 H2 能将体系中的 O2 排出，观察到 Fe(OH)2 白色沉淀；B 项，脱脂棉燃烧，能 说明 Na2O2 与水反应放热；C 项，不能用排水法收集 NO2 气体；D 项，NaOH 溶于水放热，且提供 OH－，抑制 NH3·H2O 的电离，能用于制备少量 NH3。 2.【解析】选 D。A 项会发生反应：3Fe2++4H++NO3 -====3Fe3++NO↑+2H2O, 2NO+O2====2NO2，NO2 是红棕色气体， 由此可知 NO2 不是 HNO3 分解产生的，故 A 错误；B 项淀粉水解后未加 NaOH 溶液调成碱性环境，故 B 错误； C 项产生的气体除乙烯外，还含有 SO2，因此使酸性 KMnO4 溶液褪色的不能确定只是乙烯，故 C 错误；D 项 发生的反应为：Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3，析出了 NaHCO3，由此可知 D 项正确。 3.【解析】选 A。 A 项是实验室制取氯气的装置；B 项收集氧气应该“长进短出”；C 项氯化铵固体分解生 成氨气和氯化氢，氨气和氯化氢在试管口又化合成氯化铵固体，得不到氨气，甚至可能会堵塞导管；D 项 浸有稀硫酸的棉花团不能吸收 SO2，应改为“浸有 NaOH 溶液的棉花团”。 4.【解析】选 D。浓硫酸稀释不能在容量瓶中进行，更不能将浓硫酸倒入水中，A 项错；蒸馏时温度计水 银球应在蒸馏烧瓶支管口下沿相切处，B 项错；收集比空气密度大的 NO2 气体应长进短出，C 项错，所以答 案为 D。 5.【解析】选 C。加热时 NH4Cl 分解为 NH3 和 HCl，在封管上部遇冷 NH3 和 HCl 又化合成 NH4Cl，说明 NH4Cl 的热稳定性差，故 A 项错误；加热时②溶液变无色，冷却后变为红色，加热时③溶液变为红色，冷却后变 为无色，故 B 项错误；由于 2NO2 ˆˆ†‡ˆˆ N2O4 为放热反应，浸泡在热水中的容器内气体颜色变深，浸泡在冰 水中的容器内气体颜色变浅，故 C 项正确；封管①中发生的化学反应不是可逆反应，故 D 项错误。 6.【解析】选 D。氯化钾在水中完全电离，溶液无色，则 K+无色，A 正确；由 B、C 两项对比分析可知，锌 不与 K+反应，紫红色褪去只能是锌与 MnO4 －反应，则证明 MnO4 －为紫红色，B、C 两项正确；高锰酸钾晶体加 热分解，所得固体质量减轻不能达到实验目的，D 不正确。 7.【解析】选 B、C。装置①中乙酸与乙醇互溶，不能用分液法分离，A 错；装置④应该在两装置间添加除 乙醇装置，D 错。 8.【解析】选 A、C。温度、浓度对反应速率也有影响，因此欲探究接触面积对化学反应速率的影响必须控 制其他条件均相同；蔗糖在稀硫酸溶液中水解后，应加入 NaOH 溶液中和掉硫酸，使溶液呈碱性，否则加 入新制 Cu(OH)2 悬浊液并加热时，得不到 Cu2O 红色沉淀，也无法探究蔗糖水解产物具有还原性。 9.【解析】本题主要考查的是实验的基本操作、实验仪器的选择、实验误差分析。因此实验基础的考查依 然是以后学习和复习的重点。(1)①石灰乳参与反应主要是与 SO2 的反应。②为使 SO2 尽快转化，在比例不 变的情况下，可以通过控制温度或控制气体的流速以确保反应的充分进行；③从图中可以看出，c(Mn2+)减 少，c(SO4 2-)增加，可以认为 Mn2+在 O2 与 H2SO3 反应中起了催化作用；(2)根据题给信息，可以得出制备高纯 MnCO3 的操作流程：加入 NaHCO3 溶液，同时控制溶液的 pH<7.7→过滤、洗涤→检验 SO4 2-是否被除去→为了 降低 MnCO3 的损耗，用 C2H5OH 洗涤→低温干燥。 答案：(1)①Ca(OH)2+SO2====CaSO3+H2O ②控制适当的温度 缓慢通入混合气体 ③Mn2+催化 O2 与 H2SO3 反应生成 H2SO4 (2)①边搅拌边加入 NaHCO3(Na2CO3 ),并控制溶液 pH<7.7 ②过滤，用少量水洗涤 2～3 次 ③检验 SO4 2- 是否被洗涤除去 ④用少量 C2H5OH 洗涤 (凡合理答案均可) 10.【解析】题干已经指出教材实验的不足，并提出了改进实验方案的要求，要克服教材实验的缺点，必 须使反应在无 O2 的环境中进行。 实验方案一： (1)根据实验装置图 1 可以确定检查装置气密性的方法是关闭活塞，从 U 形管的右端加水使两边产生液面 差，静置一会，观察液面差是否缩小。 (2)连接好装置，打开活塞，从 U 形管的右端快速注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，关闭活塞，会发 现 U 形管中液面左降右升，这就证明了生成的 NO 不溶于水。 (3)打开分液漏斗的活塞，在压力作用下，NO 会进入分液漏斗内，与分液漏斗中的空气反应生成红棕色气 体 NO2。 实验方案二： (5)根据操作和装置知反应时铜片表面有气泡产生，液面下降，溶液变蓝等现象。 (6)根据电子守恒：2n(O2) =n(Cu)=3.2÷64=0.05(mol)，V(O2)=0.56 L。 答案：(1)关闭活塞，从 U 形管的右端加水，使两边产生液面差，静置一会，观察液面差是否缩小 (2)连接好装置，打开活塞，从 U 形管的右端注入稀硝酸，直到左端完全充满液体，然后关闭活塞，观察 现象 (3)将活塞慢慢打开，观察到分液漏斗内有红棕色气体生成 (5)干燥管内铜片溶解，表面有气泡产生，干燥管内液面逐渐下降，溶液变成蓝色，当稀硝酸不与铜片接 触时，液面停止下降 (6)0.56 11.【解析】(1)选择锌和稀盐酸反应制氢气，2-丙醇在浓硫酸中发生消去反应制丙烯，反应方程式是 Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑、 2 4H SOV 浓 CH3CH=CH2↑+H2O。 (2)导管 a 连通了分液漏斗上部和蒸馏烧瓶的上部，使二者压强相等，起到了保持恒压的作用，有利于分 液漏斗中的液体顺利滴下；锥形瓶 b 起到了安全瓶的作用，可以防倒吸；若用上述装置制取 H2，气体发生 装置中必需的玻璃仪器是分液漏斗和蒸馏烧瓶；要收集干燥的氢气必须用向下排空气法收集氢气。 (3)先通过使无水硫酸铜变蓝来检验水蒸气，检验丙烯之前必须先检验二氧化硫，因为二者都可以使酸性 高锰酸钾溶液褪色，用品红溶液来检验二氧化硫，检验完后用饱和亚硫酸钠溶液将二氧化硫除去，再检验 丙烯和二氧化碳(二者顺序可互换)。 (4)合成正丁醛的反应为放热反应，降温有利于平衡正向移动，但是温度越低反应速率越小，故温度不能 太高也不能太低，必须采用适当的温度；合成正丁醛的反应是气体体积减小的反应，故高压既有利于反应 正向移动又有利于提高反应速率；使用催化剂有利于提高反应速率。 (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+2HCl====ZnCl2+H2↑ 2 4H SOV 浓 CH3CH=CH2↑+H2O。 (2)保持恒压 防倒吸 NaOH 溶液 浓 H2SO4 分液漏斗、蒸馏烧瓶 (3)④⑤①②③(或④⑤①③②) (4)b (5)饱和 NaHSO3 溶液 过滤 萃取 蒸馏 12．【解析】装置 A 的试管中发生的是 C 与浓硝酸的反应，生成的 CO2 和 NO2 混合气体进入 B 装置与水反应， 生成的硝酸与 Cu 反应，B 瓶中可以观察到的现象是：产生无色气体，溶液逐渐变蓝。C 瓶出来的气体是 NO。 要验证 D 管中生成的是否是 NaNO2，可通过以下方法来验证：一种方法是将生成物置于试管中，加入稀硫 酸，产生无色气体并在液面上方变为红棕色；另一种方法是将生成物置于试管中，加入酸性 KMnO4 溶液， 看溶液紫色是否褪去。E 装置的作用是吸收尾气，以免污染空气。为避免 D 管中生成 NaOH，可在 C、D 之 间增加一个干燥装置。 答案：(1)C＋4HNO3(浓) △ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O (2)产生无色气体，溶液逐渐变蓝 NO (3)将生成物置于试管中，加入稀硫酸 产生无色气体并在液面上方变为红棕色 3NO2 －＋2H＋====NO3 － ＋2NO↑＋H2O、2NO+O2====2NO2(或将生成物置于试管中，加入酸性 KMnO4 溶液 溶液紫色褪去 5NO2 － ＋2MnO4 －＋6H＋====5NO3 －＋2Mn2＋＋3H2O) (4)吸收尾气，以免污染空气 (5)在 C、D 之间增加一个盛浓硫酸的洗气瓶(或在 C、D 之间增加一个装无水 CaCl2 的干燥管) 高考创新预测 1.【解析】选 C。因碘在溶液中具有一定的溶解性，它不会从溶液中 析出，故无法用过滤的方法分离。 2.【解析】(1)由于题中强调足量的乙二酸，故反应后乙二酸转化为 HC2O4 -，若写成 C2O4 2-是错误的。 (2)中显然说明乙二酸具有还原性，把 MnO4 -还原为 Mn2+。 (3)由各物质的性质可推测 B 中 CuSO4 固体检验乙二酸分解产物中的水，C 装置检验乙二酸分解产物中的 CO2， D 装置的目的是为了除尽 CO 2，防止影响后续实验现象的判断，E 装置用来干燥气体，F、G 装置用来判断乙 二酸分解产物中有无 CO 生成。 (4)两者正好 1∶1 反应生成 NaHC2O4，溶液显酸性说明 HC2O4 -的电离程度大于其水解程度。(5)由(4)中原因 可得离子浓度间的大小关系。 答案：(1)HCO3 -+H2C2O4====HC2O4 -+CO2↑+H2O (2)还原性 2 5 6 2 10 8 (3)除去混合气体中的 CO2 H2C2O4 △ H2O+CO↑+CO2↑ (4)反应所得溶液为 NaHC2O4 溶液，由于 HC2O4 -的电离程度比水解程度大，导致溶液中 c(H+)>c(OH-)，所以溶 液呈酸性 (5)Na+>HC2O4 ->H+>C2O4 2->OH-