2022化学规范练30物质的制备实验方案的设计与评价含解析

物质的制备、实验方案的设计与评价
（时间：45分钟满分：100分）
非选择题(共6小题,共100分）
1.(16分)二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为-59 ℃,沸点为11。

0 ℃，易溶于水。

工业上用稍潮湿的KClO3和草酸(H2C2O4）在60 ℃时反应制得。

某学生用下图所示的装置模拟工业制取及收集ClO2，其中A为ClO2的发生装置，B为ClO2的凝集装置,C为尾气吸收装置。

请回答下列问题：
（1）A中反应产物有K2CO3、ClO2和CO2等，请写出该反应的化学方程式:.
A部分还应添加温水浴装置,控制温度在60 ℃,B部分还应补充装置：。

（2）C中的试剂为NaOH溶液，反应时生成氯酸钠和亚氯酸钠(NaClO2），该反应的离子方程式
为。

若实验时需要450 mL 4 mol·L-1的NaOH溶液，则在精确配制时,需要称取NaOH的质量是g,所使用的仪器除托盘天平、量筒、胶头滴管、玻璃棒外，还必须
有。

答案：（1)2KClO3+H2C2O4K2CO3+2ClO2↑+CO2↑+H2O
盛有冰水混合物的水槽（或冰水浴装置）(2）
2ClO2+2OH—Cl O3-+Cl O2-+H2O80。

0500 mL容量瓶、烧杯解析：（1)A中反应产物有K2CO3、ClO2、CO2,由反应物与生成物可知反应为2KClO3+H2C2O4K2CO3+2ClO2↑+CO2↑+H2O,因为B为ClO2的凝集装置,二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为-59℃,沸点为11.0℃,所以B部分还应补充装置为冰水浴冷凝装置或盛有冰水的水槽。

(2）C为尾气吸收装置，可选择NaOH溶液来吸收尾气，发生的氧化还原反应为2ClO2+2NaOH NaClO2+NaClO3+H2O,离子反应为2ClO2+2OH—Cl O2-+Cl O3-+H2O，配制450mL4mol·L—1的NaOH溶液,应该选用500mL容量瓶，根据提供的仪器可知，还需要烧杯,需要NaOH的质量为0.5L×4mol·L-1×40g·mol-1=80。

0g。

2。

(16分)硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4］是分析化学中的重要试剂，某学习小组探究其分解产物。

(1)甲组同学按照图(Ⅰ)所示的装置进行实验，关闭止水夹，加热A中的硫酸亚铁铵固体至分解完全，检验其分解产物.
（Ⅰ）
(Ⅱ)
①装置B仪器名称是,所盛试剂
是.
②装置C中可观察到的现象
是，由此可知硫酸亚铁铵分解的产物中有。

（2)乙组同学选用甲组实验中的装置A和图(Ⅱ）所示的装置，进行实验验证硫酸亚铁铵分解的产物中还有SO2和SO3。

①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序(用装置字母表示)为A、。

取适量固体于A中，通入N2一段时间后，关闭止水夹,再点燃酒精灯,通入N2的目的
是。

②装置H中有白色沉淀，则证明分解产物中有；能证明分解产物中有SO2的实验现象是.
（3)丙组同学将一定量的硫酸亚铁铵在500 ℃时隔绝空气加热一段时间后,检验其固体产物，设计实验证明:
①此固体产物不含二价铁：。

②此固体产物只含Fe2O3: 。

）①球形干燥管碱石灰（其他合理答案均可）②溶液由无色变为红色NH3
(2)①D、H、E、G、F赶走装置中的空气，防止对SO2验证产生干扰②SO3E中无明显现象,G中出现白色沉淀
（3)①取固体样品少许,加入稀硫酸溶解,加入酸性KMnO4溶液，不褪色［或加入K3Fe（CN）6溶液，不产生蓝色沉淀]
②精确称量充分加热前后固体的质量，经过计算即可判定残留固体的成分是否全部为Fe2O3
）①装置B仪器的名称为球形干燥管，所盛试剂为碱石灰,用于吸收硫酸亚铁铵分解生成的酸性气体和H2O（g）.②装置C中盛有酚酞溶液，用于定性检验碱性气体(NH3），酚酞溶液由无色变成红色.
(2）①装置A用于分解硫酸亚铁铵固体,分析装置D~H发现,D 装置进气管与出气管等长,显然为安全瓶,紧接在A装置后面,防止液体倒吸;装置H用于检验SO3,溶液中产生白色沉淀(BaSO4）;装置E用于检验SO3是否被装置H完全吸收；装置G用于检验SO2，溶液中产生白色沉淀(BaSO4);装置F用于吸收SO2尾气，防止污染环境，故仪器的连接顺序为A、D、H、E、G、F。

②装置H中盛有足量HCl和BaCl2混合溶液，产生白色沉淀（BaSO4)，证明分解产物中有SO3；E中无明显现象，且G中产生白色沉淀（BaSO4）,证明分解产物中有SO2。

（3）①要证明固体产物中不含Fe2+，可取少量固体样品，加入稀硫酸溶解,再滴加酸性KMnO4溶液,溶液不褪色;或加入
K3Fe(CN)6溶液,不产生蓝色沉淀,都可说明固体产物中不含有
Fe2+。

②可采用定量分析的方法证明固体产物只含Fe2O3，精确称取一定质量的样品，充分加热分解后,再称量剩余固体的质量，经过计算可判断残留固体的成分是否全部为Fe2O3。

3.（16分)某化学兴趣小组的同学利用下图所示实验装置进行某些气体的制备、性质等实验（图中夹持装置有省略)。

请按有关要求填空.
（1）根据上述实验装置,为制备干燥NH3可选用的发生、净化装置为接,其中发生装置中可以选用药品为（填序号)。

a.碱石灰和浓氨水b。

无水CaCl2和浓氨水
c。

碱石灰和氯化铵d。

生石灰和氯化铵
（2）根据上述实验装置,为制备纯净、干燥的Cl2可选用的发生、净化装置为接E、E（用两个相同的装置）,而第一个E装置内的药品是。

(3）利用装置F可探究Cl2与NH3的反应.实验时打开开关1、3,关闭2，先向烧瓶中通入,然后关闭1、3，打开2，向烧瓶中慢慢通入一定量的另一种气体。

一段时间后烧瓶内出现的现象
为。

其中装置F烧杯中发生反应的离子方程式
为。

请设计一个实验方案（答出操作过程、实验现象）鉴定生成固体中的阳离子。

已知Cl2与NH3可发生反应:3Cl2+2NH3N2+6HCl.
(4)若制取的Cl2与CH4在装置F（光照）中发生反应,其有机产物有（填化学式)。

1）C D a
(2)A饱和食盐水
（3）氯气气体的黄绿色逐渐变浅甚至消失，有白烟产生
Cl2+2OH—Cl—+ClO-+H2O取少量固体放入试管中,加入适量NaOH溶液并加热,在管口用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体,若湿润的红色石蕊试纸变蓝，证明固体中有N H
+
4
（4)CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4
）根据氨气的制备原理,可利用碱性物质与浓氨水反应，故采用装置C制备,干燥氨气可用碱石灰或生石灰在干燥管（装置D)中干燥；（2)实验室利用MnO2与浓盐酸反应制取的氯气中含有HCl和水蒸气，要得到干燥、纯净的Cl2,可用饱和食盐水
除HCl,再用浓硫酸干燥Cl2,采用的制备装置是A;(3）应先向烧瓶中通Cl2，再通NH3,因为Cl2的密度大且有颜色，便于观察是否充满;一开始若通NH3,由于弹簧夹3打开，容易形成喷泉；通入NH3后,NH3与Cl2反应,烧瓶中气体颜色变浅甚至消失,生成的HCl与NH3反应生成NH4Cl，有白烟生成;其中装置F的烧杯中盛有NaOH溶液,可吸收多余的Cl2，防止污染环境,反应的离子方程式为Cl2+2OH—Cl-+ClO-+H2O;检验N H4+利用铵盐和碱共热条件下反应生成氨气，通过检验氨气确定固体中含有N H
+；（4）
4
烧瓶F中发生如下反应：CH4+Cl2CH3Cl+HCl、
CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl、
CHCl3+Cl2CCl4+HCl,其有机产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4。

4。

（18分)纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体,可与水以任意比混合,过氧化氢水溶液俗称双氧水，为无色透明液体。

实验室常用过氧化氢制取氧气，工业上过氧化氢是重要的氧化剂和还原剂，常用于消毒、杀菌、漂白等。

某化学兴趣小组的同学围绕过氧化氢开展了调查研究与实验，请你参与其中一起完成下列学习任务:
(1)写出过氧化氢的电子式:。

（2）实验室中用过氧化氢制取氧气的化学方程式
为，当生成标准状况下2。

24 L O2时，转移电子为mol。

(3)该兴趣小组的同学查阅资料后发现H 2O 2为二元弱酸，其酸性比碳酸弱。

请写出H 2O 2在其水溶液中的电离方程
式: 。

（4）同学们用0.100 0 mol·L —1的酸性高锰酸钾标准溶液滴定某试样中过氧化氢的含量,反应原理为
2Mn O 4
-+5H 2O 2+6H +2Mn 2++8H 2O+5O 2↑。

①在该反应中,H 2O 2被 （填“氧化”或“还原"）;
②滴定到达终点的现象是 ；
③用移液管吸取25。

00 mL 试样置于锥形瓶中,重复滴定四次,每次消耗的KMnO 4标准溶液体积如下表所示:
则试样中过氧化氢的浓度为 mol·L —1；
④若滴定前尖嘴中有气泡,滴定后消失，则滴定结果 （填“偏低”“偏高”
或“不变"）。

(5)同学们发现向滴加了酚酞溶液的NaOH 溶液中加入H 2O 2后，溶液中红色消失。

关于褪色原因：甲同学认为H 2O 2是二元弱酸，消耗了OH —使红色消失;乙同学认为H 2O 2具有漂白性使溶液褪色。

请设计一个简单的实验方案来判断甲、乙两位同学的说法是否正确: 。

1)
H ··O ······O ······H
（2)2H 2O 22H 2O+O 2↑ 0。

2
(3)H 2O 2H ++H O 2-、H O 2-H ++O 22-
（4）①氧化 ②锥形瓶内溶液颜色恰好由无色变为浅紫色，且半分钟内溶液不褪色 ③0。

180 0 ④偏高
（5）向褪色后的溶液中加入NaOH 溶液，若变红，甲的说法正确；若不变红,乙的说法正确
1）H 2O 2的结构式为H-O —O —H,其电子式为
H ··O ······O ······H 。

(2)H 2O 2不稳定，在MnO 2催化作用下分解生成H 2O 和O 2,化学方程式为2H 2O 22H 2O+O 2↑，氧元素发生歧化反应,由-1价变成-2价和0价,生成1molO 2时转移2mol 电子,故生成标准状况下2.24LO 2(即0。

1mol ）时，转移0.2mol 电子。

(3)H 2O 2为二元弱酸,其酸性比H 2CO 3弱,在水溶液中分步电离,以第一步电离为主，电离方程式为H 2O 2H ++H O 2
-、H O 2-H ++O 22-. (4)①反应2Mn O 4-+5H 2O 2+6H +2Mn 2++8H 2O+5O 2↑中，Mn O 4-被还
原为Mn 2+，H 2O 2则被氧化为O 2。

②到达滴定终点时,H 2O 2被完全氧化，溶液由无色变成浅紫色,且半分钟内不褪色。

③第一次消耗标准KMnO 4溶液的体积为17.10mL,与其他三次相比存在明显误差,应舍去,利用后三次实验数据计算:消耗标准KMnO 4溶液的平均体积为18.10mL +18.00mL +17.90mL 3=18。

00mL ，则有n (H 2O 2）=52n （KMnO 4)=5
2×0.1000mol·L -1×18.00×10—3L=4。

5×10-3mol ，故试
样中H 2O 2的浓度为4.5×10-3mol
25.00×10-3L =0.1800mol·L -1。

④滴定前尖嘴中有气
泡，滴定后消失，则测得的标准KMnO 4溶液的体积偏大，导致测定试样中H 2O 2的浓度偏高。

(5)甲同学认为H2O2是二元弱酸,消耗了OH—使红色消失，可向褪色后的溶液中滴加NaOH溶液,若溶液重新变成红色，说明甲同学的说法正确；若溶液不变色，说明乙同学的说法正确。

5.(16分)某化学兴趣小组在实验室用除去表面氧化物的铁钉（碳素钢）与浓硫酸共热制取SO2并完成相关性质探究（不考虑水蒸气）。

(1）有同学认为制得的SO2中可能混有杂质，杂质化学式可能为和，原因
是。

（2）为验证气体成分，兴趣小组同学设计了如图所示装置进行了实验探究.
①为验证并吸收SO2,装置B中加入的试剂为,装置C中品红溶液的作用是;
②装置D中加入的试剂为;
③装置G中可能出现的现象为；
④装置H的作用为.
(3)兴趣小组设计如图装置验证二氧化硫的化学性质.
①能验证SO2具有氧化性的实验现象
为;
②为验证SO2的还原性,取试管b中充分反应后的溶液分成三份，分别进行如下实验:
方案Ⅰ：向第一份溶液中加入品红溶液，红色褪去
方案Ⅱ：向第二份溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成
方案Ⅲ:向第三份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成
上述方案中合理的是（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子方程式为。

）CO2H2铁钉中的碳在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2；随着反应进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应产生H2
（2)①酸性KMnO4溶液（其他合理答案也可)验证SO2是否吸收完全②澄清石灰水③无水硫酸铜变蓝色④防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验
(3）①a试管中有淡黄色沉淀生成②Ⅱ
Cl2+SO2+2H2O4H++2Cl—+S O42-
1)铁钉中含有的碳在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2；随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气，故制得的SO2中可能混有的杂质为CO2和H2.
(2)①装置B中加入酸性KMnO4溶液能检验并吸收SO2，若SO2
被吸收完全,装置C中品红溶液不褪色;②装置D中加入澄清石灰水,可检验气体中是否有CO2；③装置E中浓硫酸可干燥气体，装置F中CuO与H2反应生成H2O,G中无水硫酸铜吸收水蒸气后变蓝色；④装置H装有干燥剂,其作用为防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验。

(3)①Na2S与SO2发生氧化还原反应生成S，故a试管中有淡黄
色沉淀生成；②Ⅱ合理，SO2被氧化生成S O
2-，与Ba2+反应生成
4
白色沉淀，据此能证明SO2的还原性,试管b中发生反应的离子方程式为Cl2+SO2+2H2O4H++2Cl-+S O42-。

6。

(18分）实验室用甲酸和浓硫酸反应制备CO,用于还原氧化铜，实验装置图和实验步骤如下:
①按上图连接好装置，检查装置气密性。

②点燃Ⅰ处酒精灯，缓慢滴入甲酸。

③在完成某项操作后,点燃另外两处酒精灯.
④反应结束后熄灭酒精灯,待产物冷却至室温后,收集产物。

请回答下列问题：
Ⅰ.(1)甲酸在浓硫酸存在的条件下加热能分解生成CO和H2O，体现浓硫酸具有。

A.氧化性B。

脱水性 C.吸水性
（2）NaOH溶液的作用是。

实验步骤③某项操作是指；
（3)若干燥管中的固体颗粒堵塞干燥管的出口，则装置Ⅱ中出现的现象为;
（4)该实验能证明HCOOH受热分解产物中有CO的现象
为;
(5）实验步骤④中酒精灯Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的熄灭顺序
为。

Ⅱ。

学习小组查阅资料知:
①Cu的颜色为红色或紫红色,而Cu2O的颜色为红色或砖红色.
②4CuO2Cu2O+O2↑
③Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O
因此,该学习小组的同学对CO充分还原CuO后所得红色固体中是否含有Cu2O进行了认真的研究,设计了如下探究方案:取该红色固体溶于足量稀硫酸中，观察溶液颜色的变化。

(6)请你评价该方案的合理性,并简述理由:
方案（填“合理”或“不合理”),理
由:。

）B(2)洗气，除去酸性气体检验CO的纯度（3）长颈漏斗中液面上升
（4)装置Ⅳ中黑色固体变红;装置Ⅲ中的澄清石灰水变浑浊（5)Ⅳ、Ⅰ、Ⅲ
（6）合理因为Cu2O与稀硫酸反应生成Cu2+，会使溶液变蓝
.(1)甲酸在浓硫酸存在的条件下加热分解生成CO和H2O,体现浓硫酸具有脱水性,答案选B。

（2)由于浓硫酸还具有强氧化性，故生成的CO中可能含有酸性气体,这些气体的存在会干扰后续的实验，故NaOH溶液的作用是洗气,除去酸性气体。

由于CO是可燃性气体,因此实验步骤③中的“某项操作"是检验CO的纯度。

(3）若干燥管中的固体颗粒堵塞干燥管的出口,则装置Ⅱ中压强增大,出现的现象为长颈漏斗中液面上升.
(4）CO能与氧化铜反应生成二氧化碳和铜，所以该实验证明HCOOH受热分解产物中有CO的现象为：装置Ⅳ中黑色固体变红;装置Ⅲ中的澄清石灰水变浑浊。

(5)CO有毒,可利用点燃除去尾气中的CO;为防止空气进入氧化生成的铜，应使Ⅳ中生成的铜在CO气流中冷却，故实验步骤④中酒精灯Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的熄灭顺序为Ⅳ、Ⅰ、Ⅲ。

Ⅱ。

(6)Cu2O可与稀硫酸反应生成Cu2+,会使溶液变蓝,而铜与稀硫酸不反应，故确定产物中是否含有Cu2O的实验方案是合理的。