2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习课后达标检测：专题10 7 第五单元　探究型实验　实验方案的设计与评价 8页

‎1．(2020·江门调研)已知：Mg能在NO2中燃烧，可能产物为Mg3N2、MgO和N2。Mg3N2容易与水反应。‎ ‎(1)某实验探究小组探究Mg与NO2反应的固体产物成分，对固体产物提出三种假设：‎ 假设Ⅰ：固体产物为MgO；假设Ⅱ：____________________________________________；‎ 假设Ⅲ：____________________________________________________________。‎ ‎(2)该小组通过如下实验装置来验证Mg在NO2中燃烧反应产物(夹持装置省略，部分仪器可重复使用)。‎ ‎①实验装置连接的顺序为____________(填字母)。‎ ‎②装置B中盛装的试剂可以是________ (填字母)。‎ a．浓硫酸　　　　　　　 b．碱石灰 c．无水CaCl2 d．五氧化二磷 ‎③确定产物中有N2生成的实验现象为____________________。‎ ‎(3)设计实验证明产物中存在Mg3N2：________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)已知装置C中初始加入Mg粉质量为13.2 g，在足量的NO2中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21.0 g，产生N2的体积为 1 120 mL(标准状况)。写出玻璃管中发生反应的化学方程式：_______________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据已知Mg在NO2中燃烧产物的可能性分析判断，假设Ⅰ：固体产物为MgO；假设Ⅱ：固体产物为Mg3N2；假设Ⅲ：固体产物为MgO和Mg3N2的混合物。‎ ‎(2)①A中铜与浓硝酸反应产生二氧化氮，用B中干燥剂干燥后，通入硬质玻璃管C中与镁粉反应，用E中NaOH溶液除去多余的二氧化氮，最后用D中排水法收集氮气，为确保C中无水蒸气，在C和E之间也应连接干燥装置，故装置的连接顺序为ABCBED；②二氧化氮不能用碱性干燥剂干燥，U形管盛装的是固体干燥剂，故B中盛放的试剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷等，选cd；③从C中导出的气体通过NaOH溶液吸收NO2后，‎ 仍有气体将D中试剂瓶中的水压入烧杯中，则确定产物中有N2生成。‎ ‎(3)Mg3N2能与水反应生成氨，氨是具有刺激性气味的碱性气体，所以取少量反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色，则证明产物中有Mg3N2。‎ ‎(4)13.2 g镁的物质的量为0.55 mol，设生成Mg3N2的物质的量为x mol，MgO的物质的量为y mol，根据镁原子守恒得①3x＋y＝0.55 mol；根据固体质量得②100x＋40y＝21.0 g，联立①②解得x＝0.05，y＝0.4；氮气的物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol－1＝0.05 mol，综上分析反应物为Mg和NO2，生成物为Mg3N2、MgO和N2且物质的量之比为1∶8∶1，所以化学方程式为11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2。‎ 答案：(1)固体产物为Mg3N2　固体产物为MgO和Mg3N2的混合物 ‎(2)①ABCBED　②cd　③D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中 ‎(3)取 C 中少量反应产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝 ‎(4)11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2‎ ‎2．(1)甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。‎ 方案一：取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。‎ 方案二：取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。‎ 请你对两方案做出评价。‎ 方案一：________(填“合理”或“不合理”)，理由是__________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 方案二：________(填“合理”或“不合理”)，理由是_________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0 mol·L－1Na2SO3溶液的实际浓度。‎ ‎①分液漏斗中应加入足量的________(填字母)。‎ a．浓硝酸　　　b．65%硫酸　　　c．浓盐酸 ‎②实验前后测得C装置增重3.2 g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为________。‎ ‎(3)该实验装置还存在一个明显的缺陷，该缺陷是______________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 如何改进？______________________________________________________________。‎ 解析：(2)①制备二氧化硫气体选用硫酸。②C装置增重3.2 g，产生的n(SO2)＝0.05 mol，所以n(Na2SO3)＝0.05 mol，c(Na2SO3)＝0.05 mol÷0.06 L≈0.83 mol·L－1。(3)该实验装置中存在的一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置。‎ 答案：(1)不合理　亚硫酸钠部分变质时加入稀盐酸也会产生气泡　不合理　亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀，亚硫酸钠未变质或部分变质时加入氯化钡溶液也会产生白色沉淀 ‎(2)①b　②0.83 mol·L－1　‎ ‎(3)缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置(或其他合理答案)　在A装置中加一个带活塞的导气管 ‎3．(2017·高考北京卷)某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。‎ 向硝酸酸化的0.05 mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。‎ ‎(1)检验产物 ‎①取出少量黑色固体，洗涤后，____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。‎ ‎②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有________。‎ ‎(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是__________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：‎ ‎①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：‎ 序号 取样时间/min 现象 ⅰ ‎3‎ 产生大量白色沉淀；溶液呈红色 ⅱ ‎30‎ 产生白色沉淀，较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深 ⅲ ‎120‎ 产生白色沉淀，较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅 ‎(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)‎ ‎②对Fe3＋产生的原因做出如下假设：‎ 假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；‎ 假设b：空气中存在O2，由于__________________(用离子方程式表示)，可产生Fe3＋；‎ 假设c：酸性溶液中的NO具有氧化性，可产生Fe3＋；‎ 假设d：根据______________________________________现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。‎ ‎③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因。实验Ⅱ 可证实假设d成立。‎ 实验Ⅰ：向硝酸酸化的____________________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。‎ 实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是________，操作及现象是______________________‎ ‎________________________________________________________________________。 ‎ ‎(3)根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3＋浓度变化的原因：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①黑色固体溶于热的硝酸溶液后，向其中加入稀盐酸，产生白色沉淀，可证明黑色固体中含有Ag。②可利用K3[Fe(CN)6]检验Fe2＋的存在。(2)过量的铁粉会与Fe3＋反应。②空气中的O2会与Fe2＋发生氧化还原反应，产生Fe3＋；加入KSCN溶液后产生白色沉淀，说明溶液中存在Ag＋，Ag＋可与Fe2＋反应产生Fe3＋。③实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因，只要将原实验反应体系中的Ag＋替换，其他微粒的种类及浓度保持不变，做对比实验即可，所以可选用0.05 mol·L－1 NaNO3溶液(pH≈2)；实验Ⅱ利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生，所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和现象：分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深。‎ 答案：(1)①加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀　②Fe2＋‎ ‎(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋‎ ‎②4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　加入KSCN溶液后产生白色沉淀　③0.05 mol·L－1 NaNO3　FeSO4溶液　分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深 ‎(3)溶液中存在反应：①2Ag＋＋Fe===Fe2＋＋2Ag，②Ag＋＋Fe2＋===Fe3＋＋Ag，③Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。反应开始时，c(Ag＋)大，以反应①②为主，c(Fe3＋) 增大。约30 min后，c(Ag＋)小，以反应③为主，c(Fe3＋)减小 ‎4．(2020·湖北八校第二次联考)Ⅰ.某化学兴趣小组利用以下装置模拟合成氨并制备少量氨水。‎ 已知：加热(85 ℃)NH4Cl和NaNO2饱和溶液可以制取N2。‎ ‎(1)B装置中仪器名称是________________。‎ ‎(2)为了完成实验，装置从左到右接口的连接顺序是 ‎。‎ ‎(3)D装置中玻璃纤维的作用是_____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)小组中甲同学认为F装置不太合理，实验中会产生倒吸。乙同学认真分析后认为该装置无须改进，他的理由是_____________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ Ⅱ.实验探究 ‎(5)该小组同学利用制备的氨水再进行银镜反应实验。经查阅资料，配制的银氨溶液主要成分是Ag(NH3)2OH，该小组同学对其组成进行了如下实验探究：‎ ‎①在洁净的小试管中加入2 mL 2%的AgNO3溶液，然后边振荡试管边滴加2%的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，制得银氨溶液。‎ ‎②在制得的银氨溶液中加入无水乙醇，溶液变浑浊，过滤，用____________洗涤，得到白色固体。‎ ‎③将该白色固体用适量蒸馏水溶解，得到无色溶液，用广范pH试纸检验溶液近似呈中性；向溶液中逐滴加入稀盐酸至不再产生沉淀，静置，取上层清液于另一支放有一小片铜的小试管中并微热，发现铜片的表面有气泡产生，遇到空气变成红棕色；另取少量上层清液加过量的NaOH溶液并加热，得到无色刺激性气体。由此确定通过上述方法制备的白色固体的主要成分是________________。‎ ‎(6)请根据以上探究，设计实验来制备少量纯净的Ag(NH3)2OH 溶液：取2 mL 2%的AgNO3溶液于洁净的小试管中，_______________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 即得到纯净的Ag(NH3)2OH溶液。‎ 解析：本实验分两部分，Ⅰ是物质的制备，反应原理为N2＋3H22NH3，NH3＋H2ONH3·H2O，该实验可分解为“常见仪器的使用”“装置的连接”“实验安全(防倒吸)”三个小实验；Ⅱ是探究物质的成分，依据元素化合物的性质即可作答。‎ ‎(2)根据实验原理N2＋3H22NH3，A装置产生N2(含水蒸气)，B装置产生H2(含HCl和水蒸气)，H2通过E装置除去HCl后与N2一同通入C装置(干燥、混合、调节两气体比例)，得到N2和H2的混合气体，然后进入D装置，与铁触媒接触发生反应，生成的NH3中混有未反应的N2、H2，该混合气体通入F装置中制得氨水，尾气中的H2用G装置处理，因此装置接口的连接顺序是 ‎(4)弄清产生倒吸的原理本问就不难回答。产生倒吸的原理是大量气体迅速溶于水，导致导管内气体压强迅速减小，液体被外界气压压入导管内从而产生倒吸现象。本题中反应产生的NH3中含有大量未反应的N2和H2，这两种气体均难溶于水，不会使导管内压强迅速减小，因而也就不会产生倒吸现象。‎ ‎(5)在银氨溶液中加入无水乙醇， 溶液变浑浊，说明得到的沉淀物难溶于乙醇，因此可用无水乙醇洗涤该沉淀。由实验现象可知，该白色固体中含有Ag(NH3)和NO，因此其成分是 Ag(NH3)2NO3。‎ ‎(6)实验探究①中制备银氨溶液的反应原理为AgNO3＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH4NO3，AgOH＋2NH3·H2O===Ag(NH3)2OH＋2H2O，按此反应原理分析，实验方案就不难设计了。‎ 答案：(1)启普发生器 ‎(2)bih　fg(或gf)kjl ‎(3)增大气体与催化剂铁触媒的接触面积 ‎(4)合成氨的反应为可逆反应，反应物的转化率低，NH3中混有较多难溶于水的气体，F装置中不会产生倒吸 ‎(5)无水乙醇　Ag(NH3)2NO3‎ ‎(6)逐滴加入稀NaOH溶液至不再有沉淀生成，过滤，用适量蒸馏水洗涤，再将固体转移至小试管中，逐滴加入2%的稀氨水至沉淀恰好溶解(其他合理答案均可)‎ ‎5．(2020·景德镇高三质检)已知铁离子、氯气、溴均为常见的氧化剂，某化学兴趣小组设计了如下实验探究其氧化性强弱：‎ ‎(1)①装置A中发生反应的离子方程式是_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②整套实验装置存在一处明显的不足，请指出：__________________________。‎ ‎(2)用改正后的装置进行实验，实验过程如下：‎ 实验操作 实验现象 结论 打开活塞a，向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸；然后________________________‎ D装置中：溶液变血红色；E装置中：水层溶液变黄， 振荡后，CCl4层无明显变化。一段时间后_______________________‎ Cl2、Br2、Fe3＋的氧化性由强到弱的顺序为Cl2 ＞Br2 ＞Fe3＋‎ ‎(3)因忙于观察和记录，没有及时停止反应，D、E中均发生了新的变化。‎ D装置中：血红色慢慢褪去。‎ E装置中：CCl4层颜色逐渐加深，直至变成红色。‎ 为探究上述实验现象的本质，小组同学查得资料如下：‎ ⅰ.Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3 是一个可逆反应。‎ ⅱ.(SCN)2性质与卤素单质类似。氧化性：Cl2 ＞(SCN)2。‎ ‎①请用平衡移动原理(结合上述资料)解释Cl2过量时D中溶液血红色褪去的原因：______________________________________________________________________________。‎ 现设计简单实验证明上述解释：取少量褪色后的溶液，滴加__________溶液，若溶液颜色________________，则上述解释是合理的。‎ 小组同学另查得资料如下：‎ ⅲ.Cl2和Br2反应生成BrCl，BrCl呈红色(略带黄色)，沸点约5 ℃，它与水能发生水解反应，且该反应为非氧化还原反应。‎ ⅳ.AgClO、AgBrO均可溶于水。‎ ‎②欲探究E中颜色变化的原因，设计实验如下：‎ 用分液漏斗分离出E的下层溶液，蒸馏、收集红色物质，取少量，加入AgNO3溶液，结果观察到仅有白色沉淀产生。请结合 上述资料用两步离子方程式解释仅产生白色沉淀的原因：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①浓盐酸与二氧化锰加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。②由于氯气有毒，直接排放到空气中会污染大气，要用碱液吸收尾气，实验装置缺少尾气处理装置。(2)打开活塞a，向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸，然后关闭活塞a，点燃酒精灯加热；亚铁离子的还原性比溴离子强，氯气首先氧化亚铁离子，再氧化溴离子，所以D装置中溶液变血红色，E装置中首先水层溶液变黄，然后CCl4层由无色变为橙色。(3)①过量氯气和SCN－反应：2SCN－＋Cl2===2Cl－＋(SCN)2，使SCN－浓度减小，则Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动，溶液褪色。为证明上述解释，方法为取少量褪色后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液变血红色，则上述解释合理；或取少量褪色后的溶液，滴加FeCl3溶液，若溶液不变血红色，则上述解释合理。②根据所给资料知，过量的氯气和溴反应生成氯化溴，氯化溴中加入AgNO3溶液后与水反应生成盐酸和次溴酸：BrCl＋H2O===HBrO＋H＋＋Cl－，氯离子和银离子反应生成白色沉淀氯化银：Ag＋＋Cl－===AgCl↓，次溴酸银可溶于水，所以仅生成白色沉淀氯化银。‎ 答案：(1)①MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　②缺少尾气处理装置 ‎(2)关闭活塞a，点燃酒精灯　CCl4层由无色变为橙色 ‎(3)①过量氯气和SCN－反应：2SCN－＋Cl2===2Cl－＋(SCN)2，使SCN－浓度减小，则Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3 平衡逆向移动，溶液褪色　KSCN　变血红色(或 FeCl3　不变血红色)‎ ‎②BrCl＋H2O===HBrO＋H＋＋Cl－、Ag＋＋Cl－===AgCl↓‎