广西专用2020版高考化学二轮复习非选择题专项训练3化学实验设计与评价含解析 6页

非选择题专项训练三　化学实验设计与评价 ‎1.(2017全国Ⅱ)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:‎ Ⅰ.取样、氧的固定 用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定。‎ Ⅱ.酸化、滴定 将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O‎3‎‎2-‎+I22I-+S4O‎6‎‎2-‎)。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面,这样操作的主要目的是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和　　　　;蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除　　　　及二氧化碳。 ‎ ‎(4)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,终点现象为　　　　　　　　　　　;若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为　　　　 mg·L-1。 ‎ ‎(5)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏　　　(填“高”或“低”)。 ‎ 答案:(1)使测定值与水体中溶氧量实际值保持一致,避免产生误差 ‎(2)2Mn(OH)2+O22MnO(OH)2‎ ‎(3)量筒　氧气 ‎(4)当最后一滴标准液滴入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化　80ab ‎(5)低 解析:本题采用碘量法测定水中的溶解氧的含量,属于氧化还原反应滴定。‎ ‎(1)取水样时,若扰动水体表面,会改变水体中的溶解氧,导致测定误差。‎ ‎(2)根据氧化还原反应原理,Mn(OH)2被氧气氧化为MnO(OH)2,根据电子得失守恒可得化学方程式:2Mn(OH)2+O22MnO(OH)2。‎ ‎(3)本题主要考查溶液的配制,由于滴定前还要标定其浓度,所以此处应该为快速简洁的粗配任意浓度的溶液,故用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶、量筒。本问考生普遍会选择容量瓶,关键是没有深入的理解题意。配溶液用的蒸馏水常用煮沸的方式除去O2,以减小实验误差。‎ ‎(4)该实验用硫代硫酸钠标准液滴定I2,选用淀粉溶液作指示剂,终点现象为当最后一滴标准液滴入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化(或不恢复蓝色);由得失电子守恒可得关系式:O2~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3‎ 故水样中溶解氧的含量为ab×1‎0‎‎-3‎×32×1‎0‎‎3‎mg‎4×0.1 L=80ab mg·L-1。‎ ‎(5)终点读数时滴定管尖嘴处有气泡,气泡占据液体应占有的体积,会导致消耗标准液体积数值偏小,测量结果偏低。‎ ‎2.碳铵是一种较常使用的化肥,它在常温下易分解。某化学兴趣小组对碳铵的成分存在疑问,进行了如下探究。‎ ‎[定性实验]检验溶液中的阴、阳离子。‎ - 6 -‎ 取少量固体放入试管中,加入盐酸,把生成的气体通入澄清石灰水中,有白色沉淀生成。另取少量碳铵放入试管中,加入浓NaOH溶液,加热,用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体,石蕊试纸变蓝色。‎ ‎(1)根据实验现象,推测碳铵中所含有的阴离子可能是　　　　　　和　　　　　　。 ‎ ‎(2)根据实验现象,碳铵与足量NaOH溶液加热反应的离子方程式可能是　　　　　　　　　　　　。‎ ‎[定量实验]测定碳铵中碳元素和氮元素的质量比。‎ 该兴趣小组准确称取a g碳铵,加热使之分解,并把产物通入碱石灰中,如下图所示。‎ ‎(3)碳铵固体应放在　　　　中进行加热。 ‎ A.试管 B.蒸发皿 C.烧瓶 D.坩埚 ‎(4)从安全的角度考虑,尾气处理的装置可以选用　　　　　　　。 ‎ ‎(5)若灼烧后没有固体残余,称量U形管在实验前后的质量差为b g。由此测得氮元素的质量是　　　　 g。 ‎ ‎(6)为了测定碳铵中碳元素的质量,他们设计的实验方案是将a g碳铵完全溶解于水,加入过量BaCl2,然后测定生成沉淀的质量。请你评价该方案是否合理?　　　　　(填“合理”或“不合理”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案:(1)HCO‎3‎‎-‎　CO‎3‎‎2-‎ ‎(2)NH‎4‎‎+‎+OH-NH3↑+H2O、HCO‎3‎‎-‎+OH-CO‎3‎‎2-‎+H2O(或NH‎4‎‎+‎+HCO‎3‎‎-‎+2OH-NH3↑+CO‎3‎‎2-‎+2H2O)‎ ‎(3)A　(4)A　(5)‎14‎‎17‎(a-b)‎ ‎(6)不合理　碳铵中含有的HCO‎3‎‎-‎不能与BaCl2反应产生沉淀,所测得碳元素质量分数不准确 解析:(1)HCO‎3‎‎-‎和CO‎3‎‎2-‎均能与HCl反应产生CO2气体,加碱产生的碱性气体只有NH3,因而碳铵是(NH4)2CO3或NH4HCO3。(3)由于灼烧固体后对气体成分进行探究,故不能用坩埚加热,要用试管。(4)尾气主要成分是氨气,B、C均不能起到防倒吸作用。(5)碱石灰的干燥管吸收CO2和H2O,原样品减轻的质量(a-b) g为氨气的质量。‎ ‎3.三苯甲醇(C6H5)3C—OH是一种重要的化工原料和医药中间体。实验室合成三苯甲醇的实验装置如图所示。‎ - 6 -‎ 已知:①过程中生成的中间物质格氏试剂易发生水解反应;‎ ‎②部分相关物质的沸点如下:‎ 物质 沸点/℃‎ 三苯甲醇 ‎380‎ 乙醚 ‎34.6‎ 溴苯 ‎156.2‎ ‎③三苯甲醇的相对分子质量为260。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)装置中玻璃仪器B的名称为　　　　　;装有无水CaCl2的仪器A的作用是　　　　　　　　　。‎ ‎(2)装置中滴加液体未用普通分液漏斗而用滴液漏斗的作用是　　　　　　　　　　　　　　;制取格氏试剂时要保持温度约为40 ℃,可以采用　　　　　加热方式。 ‎ ‎(3)制得的三苯甲醇粗产品中含有乙醚、溴苯、氯化铵等杂质,可以设计如下提纯方案:‎ 其中,操作①的名称是　　　　　　　　;洗涤液最好选用　　　　(填字母序号)。 ‎ a.水 b.乙醚 c.乙醇 d.苯 检验产品已经洗涤干净的操作为　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)纯度测定:称取2.60 g产品,配成乙醚溶液,加入足量金属钠(乙醚与钠不反应),充分反应后,测得生成的气体在标准状况下的体积为100.80 mL。则产品中三苯甲醇的质量分数为　　　　　　　。 ‎ 答案:(1)冷凝管　防止空气中的水蒸气进入装置,避免格氏试剂水解 ‎(2)平衡压强,使漏斗内液体顺利滴下　水浴 ‎(3)蒸馏或分馏　a　取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸银溶液,若无沉淀生成,则已经洗涤干净 ‎(4)90%‎ 解析:(1)图中玻璃仪器B的名称是冷凝管;由于格氏试剂容易水解,A的作用是防止空气中的水蒸气进入装置,避免格式试剂水解。‎ ‎(2)装置中滴加液体未用普通分液漏斗而用滴液漏斗的作用是平衡压强,使漏斗内液体顺利滴下;利用水浴加热,受热均匀,便于控制温度。‎ - 6 -‎ ‎(3)三苯甲醇粗产品中含有乙醚、溴苯、苯甲酸乙酯等有机物,三苯甲醇的沸点最高,所以先用蒸馏或分馏的方法除去有机杂质;由于氯化铵溶于水,不溶于有机溶剂,所以洗涤液选用水,故选a;检查洗涤是否干净的一般步骤是:取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸银溶液,若无沉淀生成,则已洗涤干净,反之则未洗涤干净。‎ ‎(4)由2—OH~H2,可知三苯甲醇的物质的量是‎0.100 8 L‎22.4 L·mol‎-1‎×2=0.009 mol,所以产品中三苯甲醇的质量是0.009 mol×260 g·mol-1=2.34 g,则产品中三苯甲醇的质量分数=‎2.34 g‎2.60 g×100%=90%。‎ ‎4.硼位于ⅢA族,三卤化硼是物质结构化学的研究热点,也是重要的化工原料。三氯化硼(BCl3)可用于制取乙硼烷(B2H6),也可作有机合成的催化剂。‎ ‎[查阅资料]①BCl3的熔点为-107.3 ℃,沸点为12.5 ℃;②2B+6HCl2BCl3↑+3H2↑;③硼与铝的性质相似,也能与氢氧化钠溶液反应。‎ ‎[设计实验]某同学设计如图所示装置制备三氯化硼:‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)常温下,高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生的反应可替代A装置中的反应,两个反应的产物中锰的价态相同。写出高锰酸钾固体粉末与浓盐酸反应的离子方程式: 　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)E装置的作用是　　　　　　　　　　　。 ‎ 如果拆去B装置,可能的后果是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)写出D装置中发生反应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　; ‎ 实验中可以用一个盛装　　　　　(填试剂名称)的干燥管代替F和G装置,使实验更简便。 ‎ ‎(4)三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　。实验室保存三氯化硼的注意事项是　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)为了顺利完成实验,正确的操作是　　　　　(填序号),并解释原因　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎①先点燃A处酒精灯,后点燃D处酒精灯 ‎②先点燃D处酒精灯,后点燃A处酒精灯 ‎③同时点燃A、D处酒精灯 ‎(6)请你设计一个简易实验,验证制得的产品中是否含有硼粉: 　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案:(1)2MnO‎4‎‎-‎+10Cl-+16H+2Mn2++8H2O+5Cl2↑‎ ‎(2)冷却和收集三氯化硼　硼粉与氯化氢反应生成的产物中有氢气,加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸 ‎(3)2B+3Cl22BCl3　碱石灰 - 6 -‎ ‎(4)BCl3+3H2OH3BO3+3HCl↑　密封冷暗处保存 ‎(5)①　排尽装置中的空气,避免氧气和硼粉反应生成B2O3(或避免生成的三氯化硼与水蒸气反应)‎ ‎(6)取少量样品于试管中,滴加浓氢氧化钠溶液,若有气泡产生,则样品中含有硼粉;若无气泡产生,则样品中无硼粉 解析:(1)在A装置中用高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生反应可以制取氯气,反应的离子方程式为2MnO‎4‎‎-‎+10Cl-+16H+2Mn2++8H2O+5Cl2↑。(2)(3)由于浓盐酸有挥发性,所以在氯气中含有HCl,用饱和NaCl溶液除去HCl杂质,用浓硫酸进行干燥,在D中发生反应:3Cl2+2B2BCl3。E装置的作用是冷却和收集三氯化硼;如果拆去B装置,可能会发生反应2B+6HCl2BCl3↑+3H2↑,在D中加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸。为防止倒吸及BCl3水解,在E与G之间连接一个盛有浓硫酸的装置。在实验中也可以用一个盛装碱石灰的干燥管代替F和G装置,使实验更简便。(4)三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾,该反应的化学方程式是BCl3+3H2OH3BO3+3HCl↑;因此在实验室保存三氯化硼时要密封保存,防止受潮水解。(5)①先点燃A处酒精灯,待整套装置中都充满Cl2后再点燃D处酒精灯,使之发生反应。(6)由于B的性质与Al相似,既能与强酸反应放出氢气,也能与强碱反应放出氢气,所以取少量样品于试管中,滴加浓NaOH溶液,若有气泡产生,则样品中含有硼粉。‎ ‎5.某化学兴趣小组为研究过氧化钠与SO2的反应情况,进行如下探究。‎ ‎(1)[提出假设]‎ 向一定量的过氧化钠固体中通入足量的SO2,对反应后的固体产物成分及反应原理提出如下假设:‎ 假设一:反应后固体中只有Na2SO3,证明SO2未被氧化;‎ 假设二:反应后固体中只有Na2SO4,证明SO2完全被氧化;‎ 假设三:反应后固体　　　　　　　　　　　　,证明SO2部分被氧化。 ‎ ‎(2)[定性研究]‎ 为验证假设三,该小组进行如下研究,请你完成下表中内容。‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期的实验现象和结论 取适量反应后的固体放入试管中,　　　　　 　　　　　　　 ‎ ‎　　　　　　　　　　 ‎ ‎(3)[定量研究]‎ 通过测量气体的体积判断发生的化学反应,实验装置如下:‎ ‎①B中所盛装试剂的名称为　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②装置D的作用是　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎③请画出实验装置E。‎ - 6 -‎ ‎④实验测得装置C中过氧化钠质量增加了m1 g,装置D质量增加了m2 g,装置E中收集到的气体为V L(已换算成标准状况下),用上述有关测量数据进行填表判断。‎ SO2被氧化的程度 V与m1或m2的关系 未被氧化 ‎—‎ 完全被氧化 V=0‎ 部分被氧化 答案:(1)为Na2SO3和Na2SO4的混合物 ‎(2)‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期的实验现象和结论 加少量水溶解,加入BaCl2溶液,再加入稀盐酸 加入BaCl2溶液有白色沉淀产生,加入稀盐酸沉淀部分溶解,证明原固体中既有亚硫酸钠也有硫酸钠 ‎(其他合理答案均可。如先加足量盐酸,再加BaCl2溶液)‎ ‎(3)①浓硫酸　②吸收未反应的SO2‎ ‎③‎ ‎④0