2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)課時跟蹤練第10章第4節(jié)化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價

課時跟蹤練(三十四)化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價1．某研究小組探究在加熱條件下FeSO4分解的氣體產(chǎn)物及相關(guān)性質(zhì)。已知：SO2的沸點為－10℃、SO3的沸點為44.8℃。Ⅰ.用如圖所示裝置設(shè)計實驗，驗證FeSO4分解生成的氣體產(chǎn)物。(1)實驗前必須進行的操作是____________________________。(2)按氣流方向連接各儀器，用字母表示接口的連接順序：a→____________________。(3)若觀察到裝置丙中有無色液體產(chǎn)生，裝置丁中溶液變成無色，則FeSO4分解的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________________。Ⅱ.為探究SO2使品紅溶液褪色的原理，進行如下實驗：實驗1：將稀鹽酸和NaOH溶液分別滴入品紅水溶液中。觀察到前者溶液顏色變淺，但未能完全褪色，后者溶液顏色幾乎不變。實驗2：向滴有稀鹽酸和NaOH溶液的兩份品紅水溶液中分別通入SO2。觀察到前者溶液逐漸褪色，后者溶液很快褪色。實驗3：在兩份品紅水溶液中分別加入一小粒Na2SO3固體和NaHSO3固體，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。(4)由實驗1可推測品紅水溶液呈________性。(5)由實驗2、3可推知，使品紅水溶液褪色的主要微粒是________(填化學(xué)式)。(6)若將SO2通入品紅的無水乙醇溶液，試預(yù)測可能出現(xiàn)的現(xiàn)象：_____________________________________________________。(7)加熱溶有Na2SO3的品紅水溶液，發(fā)現(xiàn)不能恢復(fù)紅色，試解釋原因：______________________________________________________________________________________________________。解析：Ⅰ.(1)驗證FeSO4分解生成的氣體產(chǎn)物，氣體制備或檢驗氣體產(chǎn)生的實驗，在實驗前必須檢查裝置氣密性。(2)先將高溫分解氣體通過裝置丙，冷卻收集得三氧化硫，再通過裝置丁的品紅水溶液檢驗二氧化硫的存在，最后用裝置乙吸收尾氣，按氣流方向連接順序為a→d→e→f→g→b→c。(3)若觀察到裝置丙中有無色液體產(chǎn)生，則產(chǎn)物有三氧化硫；裝置丁中溶液變成無色，則產(chǎn)物中有二氧化硫，則FeSO4分解的化學(xué)方程式為2FeSO4eq\o(=,\s\up15(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。Ⅱ.(4)加入稀鹽酸時品紅顏色變淺，而加入氫氧化鈉溶液時溶液顏色幾乎不變，說明酸對品紅溶液影響大，則由實驗1可推測品紅水溶液呈堿性。(5)實驗2：SO2通入鹽酸中不反應(yīng)，以亞硫酸的形式存在溶液中，溶液中電離出的亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子濃度都很小，品紅水溶液逐漸褪色；SO2通入氫氧化鈉溶液中反應(yīng)生成亞硫酸鈉，溶液中亞硫酸根離子(或亞硫酸氫根離子)濃度較大，品紅水溶液很快褪色；可能是由亞硫酸根離子或亞硫酸氫根離子引起；實驗3：在兩份品紅水溶液中分別加入一小粒Na2SO3固體和NaHSO3固體，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。進一步說明是由亞硫酸根離子引起的褪色而不是亞硫酸氫根離子；即SOeq\o\al(2－,3)。(6)根據(jù)上述實驗可知，使品紅水溶液褪色的是亞硫酸根離子，若將SO2通入品紅的無水乙醇溶液中，溶液中不存在亞硫酸根離子，則品紅的無水乙醇溶液不褪色。(7)Na2SO3溶液中的c(SOeq\o\al(2－,3))大，加熱后雖然SOeq\o\al(2－,3)水解程度增大，但仍無法除盡，不能使品紅水溶液恢復(fù)紅色。答案：Ⅰ.(1)檢查裝置氣密性(2)d→e→f→g→b→c(3)2FeSO4eq\o(=,\s\up15(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑Ⅱ.(4)堿(5)SOeq\o\al(2－,3)(6)品紅的無水乙醇溶液不褪色(7)Na2SO3溶液中的c(SOeq\o\al(2－,3))大，加熱后雖然SOeq\o\al(2－,3)水解程度增大，但仍無法除盡2．(2019·濟南調(diào)研)三氯氧磷(POCl3)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可以直接氧化PCl3制備POCl3，反應(yīng)原理為P4(白磷)＋6Cl2=4PCl3、2PCl3＋O2=2POCl3。PCl3、POCl3的部分性質(zhì)如下：項目熔點/℃沸點/℃其他PCl3－11275.5遇水生成H3PO3和HClPOCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl某興趣小組模擬該工藝設(shè)計實驗裝置如下(某些夾持裝置、加熱裝置已略去)：(1)儀器a的名稱為______________，B裝置中長頸漏斗的作用是______________________________________________________。(2)裝置E用來制取Cl2，反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________。(3)為使實驗順利進行，還需補充的裝置為_______________________________________________________________________。(4)反應(yīng)時，需嚴(yán)格控制三個條件：①先制取______________，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一種氣體。②C裝置用水浴加熱控制溫度為60℃～65℃，除加快反應(yīng)速率外，另一目的是________________________________________________________________________________________________。③反應(yīng)物必須干燥，否則會在C裝置中產(chǎn)生大量的白霧，其主要成分為_____________________________________(寫化學(xué)式)。(5)反應(yīng)結(jié)束后通過下面步驟測定POCl3產(chǎn)品中Cl的含量，元素Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________________________________________________________________________________(寫出計算式)。Ⅰ.取xg產(chǎn)品于錐形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反應(yīng)后加稀硝酸至酸性；Ⅱ.向錐形瓶中加入0.1000mol·L－1的AgNO3溶液40.00mL，使Cl－完全沉淀；Ⅲ.再向錐形瓶中加入20mL硝基苯，振蕩，使沉淀表面被有機物覆蓋；Ⅳ.然后加入指示劑，用cmol·L－1NH4SCN溶液滴定過量Ag＋至終點，記下所用體積為VmL。[已知：AgPO4溶于酸，Ksp(AgCl)＝32×10－10，Ksp(AgSCN)＝2×10－12]解析：(1)儀器a的名稱是冷凝管(或球形冷凝管)，裝置A中產(chǎn)生氧氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑(或2H2O2eq\o(=,\s\up15(MnO2))2H2O＋O2↑)；B裝置的作用除觀察O2的流速之外，還有平衡氣壓、干燥O2(或平衡氣壓和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反應(yīng)引入雜質(zhì))。(2)二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，反應(yīng)的離子方程式為4H＋＋2Cl－＋MnO2eq\o(=,\s\up15(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)C裝置為氯氣和磷發(fā)生反應(yīng)的裝置，反應(yīng)結(jié)束后會有氯氣從冷凝管a中溢出，污染空氣，需要吸收處理；同時，POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng)，為使實驗順利進行，需要在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管，防止外界中水蒸氣進入C裝置內(nèi)。(4)根據(jù)題意可知，要先制備出三氯化磷，然后其被氧化為POCl3，所以先制取氯氣，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一種氧氣。②由于PCl3的沸點是75.5℃，因此控制溫度60℃～65℃，其主要目的是加快反應(yīng)速率，同時防止PCl3氣化。③POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng)，均生成氯化氫，遇到水蒸氣產(chǎn)生大量的白霧，所以反應(yīng)物必須干燥。(5)根據(jù)題意可知，NH4SCN的物質(zhì)的量為0.001cVmol，則與之反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.001cVmol，而總的銀離子的物質(zhì)的量為0.004mol，所以與氯離子反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.004mol－0.001cVmol，因此氯離子的物質(zhì)的量為0.004mol－0.001cVmol，則產(chǎn)品中Cl元素的含量為eq\f(（0.004－0.001cV）×35.5,x)×100%。答案：(1)球形冷凝管平衡氣壓(2)4H＋＋2Cl－＋MnO2eq\o(=,\s\up15(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(3)在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管(4)①Cl2②防止PCl3氣化③HCl(5)eq\f(（4×10－3－cV×10－3）×35.5,x)×100%eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(3.55×（4－cV）,x)%))3．有資料顯示過量的氨氣和氯氣在常溫下可合成巖腦砂(主要成分為NH4Cl)，某小組對巖腦砂進行以下探究。Ⅰ.巖腦砂的實驗室制備。(1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為_____________________。(2)為使氨氣和氯氣在D中充分混合并反應(yīng)，上述裝置的連接順序為a→d→c→________、__________←j←i←h←g←b。(3)裝置D處除易堵塞導(dǎo)管外，還有不足之處為__________________________________________________________________。(4)檢驗氨氣和氯氣反應(yīng)有巖腦砂生成時，除了蒸餾水、稀HNO3、AgNO3溶液、紅色石蕊試紙外，還需要的試劑為________________。Ⅱ.天然巖腦砂中NH4Cl純度的測定(雜質(zhì)不影響NH4Cl純度測定)。已知：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。步驟：①準(zhǔn)確稱取1.19g巖腦砂；②將巖腦砂與足量的氧化銅混合加熱(裝置如下)。(5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，_________________________________________，則氣密性良好。(6)裝置H的作用____________________________________________________________________________________________。(7)實驗結(jié)束后，裝置I增重0.73g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_______________________________________________。(8)若用K中氣體體積測定NH4Cl純度，當(dāng)量氣管內(nèi)液面低于量筒內(nèi)液面時，所測純度__________(填“偏高”“偏低”或“無影響”)解析：(1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為干燥管。(2)制取氨氣的氣流順序為adc，制取氯氣的氣流順序為bghij，考慮到氯氣的密度比空氣大，氨氣的密度比空氣小，所以氨氣從e口進，氯氣從f口進，氨氣和氯氣會形成逆向流動，更有利于二者充分混合，同時注意確定連接順序時，氯氣氣流是從右向左的，合理的連接順序為a→d→c→e→f←j←i←h←g←b。(3)裝置D處發(fā)生反應(yīng)生成了氯化銨，氯化銨為固體小顆粒，導(dǎo)管太細(xì)，固體顆粒容易堵塞導(dǎo)管；因為氯氣有毒，需要有尾氣處理裝置，所以不足之處為：無尾氣處理裝置。(4)檢驗固體氯化銨中的銨根離子需要氫氧化鈉溶液和紅色石蕊試紙，檢驗氯離子需要蒸餾水、硝酸銀和稀硝酸，所以還需要的試劑為氫氧化鈉濃溶液。Ⅱ.(5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，導(dǎo)管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內(nèi)形成一段水柱，則氣密性良好。(6)產(chǎn)生的氣體通過裝置H中的濃硫酸，能夠吸收混合氣體中的水蒸氣，防止對HCl測定造成干擾，減小實驗誤差。(7)裝置I增重為氯化氫氣體的質(zhì)量，0.73g氯化氫的物質(zhì)的量為0.02mol，根據(jù)反應(yīng)：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，消耗氯化銨的量為0.02mol，質(zhì)量為0.02×53.5＝1.07g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(1.07g,1.19g)×100%＝89.9%。(8)當(dāng)量氣管內(nèi)液面低于量筒內(nèi)液面時，所測定氮氣的體積偏小，根據(jù)反應(yīng)：2NH4Cl＋3CuOeq\o(=,\s\up15(△))3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，氯化銨的質(zhì)量偏小，所測純度偏低。答案：Ⅰ.(1)干燥管(2)ef(3)無尾氣處理裝置(4)氫氧化鈉濃溶液Ⅱ.(5)導(dǎo)管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內(nèi)形成一段水柱(6)吸收反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣，防止對HCl測定造成干擾(7)89.9%(8)偏低4．(2018·天津卷)煙道氣中的NOx是主要的大氣污染物之一，為了監(jiān)測其含量，選用如下采樣和檢測方法?；卮鹣铝袉栴}：Ⅰ.采樣采樣步驟：①檢驗系統(tǒng)氣密性；②加熱器將煙道氣加熱至140℃；③打開抽氣泵置換系統(tǒng)內(nèi)空氣；④采集無塵、干燥的氣樣；⑤關(guān)閉系統(tǒng)，停止采樣。(1)A中裝有無堿玻璃棉，其作用為______________________________________________________________________________。(2)C中填充的干燥劑是________(填序號)。a．堿石灰b．無水CuSO4c．P2O5(3)用實驗室常用儀器組裝一套裝置，其作用與D(裝有堿液)相同，在虛線框中畫出該裝置的示意圖，標(biāo)明氣體的流向及試劑。(4)采樣步驟②加熱煙道氣的目的是____________________________________________________________________________。Ⅱ.NOx含量的測定將vL氣樣通入適量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NOeq\o\al(－,3)，加水稀釋至100.00mL。量取20.00mL該溶液，加入v1mLc1mol·L－1FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液(過量)，充分反應(yīng)后，用c2mol·L－1K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的Fe2＋，終點時消耗v2mL。(5)NO被H2O2氧化為NOeq\o\al(－,3)的離子方程式為______________________________________________________________________。(6)滴定操作使用的玻璃儀器主要有______________________。(7)滴定過程中發(fā)生下列反應(yīng)：3Fe2＋＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=NO↑＋3Fe3＋＋2H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O則氣樣中NOx折合成NO2的含量為______mg·m－3。(8)判斷下列情況對NOx含量測定結(jié)果的影響(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。若缺少采樣步驟③，會使測定結(jié)果________________________。若FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液部分變質(zhì)，會使測定結(jié)果________________。解析：(1)裝置A是過濾器，裝有無堿玻璃棉的作用是過濾除去粉塵。(2)C中填充的是干燥劑，除去H2O且不能與NOx反應(yīng)，所以應(yīng)選有酸性、干燥能力強的P2O5。(3)D裝置中裝有堿液，用于除去NOx，作用與實驗室中的洗氣瓶相同，該裝置的示意圖為。(4)煙道氣中有水，采樣步驟②加熱器將煙道氣加熱至140℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化為NOeq\o\al(－,3)，H