实验方案的设计与评价专题练习

第47讲实验方案的设计与评价1.下列实验操作不可行的是( )A.为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+,在加热搅拌的条件下加入MgCO3,过滤B.用50 mL酸式滴定管量取25.00 mL的高锰酸钾溶液C.配制5.0 mol/L的NaOH溶液,可将20.0 g NaOH固体直接放入100 mL的容量瓶中,然后加水至刻度线D.可用水来鉴别食盐､氢氧化钠和硝酸铵三种固体物质解析:除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+,在加热搅拌的条件下加入MgCO3后,MgCO3与溶液中的H+作用,降低溶液的酸性,使Fe3+水解成Fe(OH)3沉淀,最后通过过滤除去Fe(OH)3沉淀和剩余的MgCO3,从而达到目的;滴定管是准确量取液体的仪器,其精确度为0.01 mL,所以B选项也可行;食盐､氢氧化钠和硝酸铵三种固体物质溶于水时热效应不同,氢氧化钠放热､硝酸铵吸热､食盐溶于水溶液温度不变,所以可用水来鉴别食盐､氢氧化钠和硝酸铵三种固体物质;而用容量瓶配制一定浓度的溶液时,必须先在烧杯中将NaOH溶解,待冷却后再转入容量瓶中进行定容,所以选项C不可行｡答案:C2.下列实验中,所加物质的浓度不会影响实验现象的是( )A.向Fe(OH)3胶体中滴加HCl,先出现沉淀,后沉淀溶解B.向少量苯酚溶液中滴入溴水,有白色沉淀产生C.向盛有少量MnO2的烧瓶中加入盐酸,加热,有黄绿色气体产生D.向盛有少量铜片的试管中加入H2SO4,加热,有气体放出解析:选项A,向Fe(OH)3胶体中加入盐酸时,首先是HCl中和Fe(OH)3胶粒所带的电荷导致胶体聚沉而生成Fe(OH)3沉淀,然后Fe(OH)3溶解在盐酸中,沉淀消失｡选项B,苯酚溶液中加入稀溴水时不会产生白色沉淀｡选项C,稀盐酸不能与MnO2反应生成Cl2｡选项D,稀硫酸不能与Cu反应产生气体｡答案:A3.(2010·北京卷)用下图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应｡下列实验不合理的是( )A.上下移动①中铜丝可控制SO2的量B.②中选用品红溶液验证SO2的生成C.③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2D.为确认CuSO4生成,向①中加水,观察颜色解析:本题考查铜和浓硫酸反应的实验,意在考查考生对化学实验原理的分析能力｡上下移动铜丝可以控制铜与浓硫酸的接触面积的大小,从而可以控制反应生成SO2的量,A项正确;SO2可使品红溶液褪色,因此B项正确;SO2有毒,能与NaOH溶液反应,因此C项正确;铜与浓硫酸反应后①中溶液显蓝色即可证明有CuSO4生成,无需向其中加水,D项错误｡答案:D4.下列实验设计和结论相符的是( )A.将碘水倒入分液漏斗,加适量乙醇,振荡后静置,可将碘萃取到乙醇中B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体水溶液一定显碱性C.某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液,再加稀盐酸,沉淀不溶解,则原溶液中一定有SO2-4D.在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后,充分加热,除去过量的Cl2,即可得到较纯净的FeCl3溶液解析:乙醇溶于水,不能作萃取剂,A不正确;B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是NH3,其水溶液显碱性,B正确;加入盐酸后,NO^-_3有强氧化性,若生成的是BaSO3沉淀,NO^-_3能将其氧化为BaSO4,C不正确;加热FeCl3溶液,Fe3+水解程度增大,生成Fe(OH)3,不能得到纯净的FeCl3溶液,D不正确｡答案:B5.(2010·广东卷)对实验Ⅰ~Ⅳ的实验现象预测正确的是( )A.实验Ⅰ:液体分层,下层呈无色B.实验Ⅱ:烧杯中先出现白色沉淀,后溶解C.实验Ⅲ:试管中溶液颜色变为红色D.实验Ⅳ:放置一段时间后,饱和CuSO4溶液中出现蓝色晶体解析:本题考查化学实验,意在考查考生对化学实验的操作和分析能力｡实验Ⅰ中振荡静置,由于碘在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度,又CCl4的密度大于水的密度且二者互不相溶,故上层为水,几乎无色,下层为碘的四氯化碳溶液,显紫红色,A项错误;实验Ⅱ中NH4Cl 和Ca(OH)2共热时生成NH3,NH3通入AlCl3溶液中产生Al(OH)3白色沉淀,但沉淀不溶于氨水,B 项错误;实验Ⅲ中Fe3+遇到SCN-显红色,C项正确;实验Ⅳ中右边试管中CaO能够吸收左边试管中的水汽并与水反应,因此左边试管中饱和硫酸铜溶液中有蓝色晶体析出,D项正确｡答案:CD6.(2010·安徽卷)某研究性学习小组在网上收集到如下信息:Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银,制作美丽的银饰｡他们对蚀刻银的原因进行了如下探究:实验:制备银镜,并与Fe(NO3)3溶液反应,发现银镜溶解｡(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是________｡a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管,边滴入2%的氨水,至最初的沉淀恰好溶解为止b.将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中c.制备银镜时,用酒精灯的外焰给试管底部加热d.银氨溶液具有较弱的氧化性e.在银氨溶液配制过程中,溶液的pH增大提出假设假设1:Fe3+具有氧化性,能氧化Ag｡假设2:Fe(NO3)3溶液显酸性,在此酸性条件下NO^-_3能氧化Ag｡设计实验方案,验证假设(2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+,验证了假设1成立｡请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式:____________________ ｡(3)乙同学设计实验验证假设2,请帮他完成下表中内容(提示:NO^-_3在不同条件下的还原产物较复杂,有时难以观察到气体产生)｡思考与交流(4)甲同学验证了假设1成立,若乙同学验证了假设2也成立,则丙同学由此得出结论:Fe(NO 3)3溶液中的Fe 3+和3NO -都氧化了Ag ｡ 你是否同意丙同学的结论,并简述理由:________________________________________________________________________________ ｡解析:主要考查Fe 3+､硝酸的氧化性和盐类水解等知识,意在考查考生的实验探究能力｡(1)制备银镜时,应在银氨溶液中滴入几滴乙醛,水浴加热｡(2)Fe 3+有较强的氧化性,能氧化Ag:Fe 3++Ag ＝Fe 2++Ag +｡答案:(1)a 、d 、e(2)Ag+Fe 3+＝Ag ++Fe 2+3NO -能氧化Ag,但在硝酸铁溶液氧化Ag 时,由于没有检验3NO -的还原产物,因此不能确定3NO -是否氧化了Ag7.某学习小组探究浓､稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)｡实验表明浓硝酸能将NO 氧化成NO 2,而稀硝酸不能氧化NO ｡由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸｡可选药品:浓硝酸､3 mol/L 稀硝酸､蒸馏水､浓硫酸､氢氧化钠溶液及二氧化碳已知:氢氧化钠溶液不与NO 反应,能与NO 2反应｡2NO 2+2NaOH ＝NaNO 3+NaNO 2+H 2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中｡装置③､④､⑥中盛放的药品依次是____________________ ｡(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后____________________ ｡(3)装置①中发生反应的化学方程式是______________________________｡(4)装置②的作用是________,发生反应的化学方程式是____________________｡(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是____________________________｡(6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色｡甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体｡同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确｡这些方案中可行的是(选填序号字母)________｡a.加热该绿色溶液,观察颜色变化b.加水稀释该绿色溶液,观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化解析:本题实验目的是证明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,实验关键是避免装置中的氧气氧化NO,实验设计思路是:先制备NO,然后分别通入浓硝酸､稀硝酸中观察现象｡(1)分析装置图知,⑤装置用于排水法收集气体,⑥装置用于吸收尾气｡根据题目提示:NO不与氢氧化钠溶液反应,NO2与氢氧化钠溶液反应,说明⑥装置盛放的药品是氢氧化钠溶液,逆推④装置盛放浓硝酸;⑤装置盛放水,逆推③装置应盛放稀硝酸,②装置用于提供NO,装有蒸馏水｡(2)通入二氧化碳排尽装置里的空气,装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内,收集NO｡(3)铜与浓硝酸反应生成硝酸铜､二氧化氮和水,写出产生二氧化氮的化学方程式｡(4)②装置作用是通过NO2与水反应得到NO｡(5)实验中③装置上方气体仍为无色,证明稀硝酸不能氧化一氧化氮;④装置上方产生红棕色气体,证明浓硝酸能将一氧化氮氧化成二氧化氮｡(6)装置①里溶液呈绿色,可能原因是硝酸铜溶液浓度较大,也可能是溶有二氧化氮,设计实验思路有两种途径:一种是除去该浓溶液中溶有的气体,如通入惰性气体排出二氧化氮或加热使二氧化氮逸出;另一种是向饱和硝酸铜溶液中通入二氧化氮｡值得注意的是:向该绿色溶液中加水稀释,一方面硝酸铜溶液的浓度变小,另一方面二氧化氮溶于水,即两个因素同时存在,无法判断哪个因素导致该溶液颜色发生变化｡答案:(1)3 mol·L-1稀硝酸､浓硝酸､氢氧化钠溶液(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu+4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(4)将NO2转化为NO 3NO2+H2O＝2HNO3+NO(5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红综色(6)acd8.(2010·山东卷)聚合硫酸铁又称聚铁,化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-0.5n]m,广泛用于污水处理｡实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O),过程如下:(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是____________________ ｡(2)实验室制备､收集干燥的SO2,所需仪器如下｡装置A产生SO2,按气流方向连接各仪器接口,顺序为a→______→______→______→______→f｡装置D的作用是__________________,装置E中NaOH溶液的作用是____________________ ｡(3)制备绿矾时,向溶液X中加入过量________,充分反应后,经________操作得到溶液Y,再经浓缩､结晶等步骤得到绿矾｡(4)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数,用pH试纸测定溶液pH的操作方法为______________________｡若溶液Z的pH偏小,将导致聚铁中铁的质量分数偏________｡解析:本题以元素化合物为载体,意在考查考生的综合实验能力｡(1)检验SO2气体可选用品红试液､溴水或酸性KMnO4溶液｡(2)生成的SO2先通过C装置干燥,然后经B装置用排空气法收集,最后连接装置D,显然装置D作安全瓶,防倒吸,而E中NaOH溶液用于吸收尾气｡(3)根据聚铁的化学式可知铁元素的化合价为+3,由此可推知溶液X中主要含Fe3+,因此在制绿矾时,应向溶液X中加入过量的铁屑,经过滤操作即得FeSO4溶液｡(4)若pH太小,酸性太强,则Fe3+不易沉淀生成聚铁,故铁的质量分数偏小｡答案:(1)将气体通入品红溶液,溶液褪色,加热恢复原色(2)d e c b 防止倒吸吸收多余的SO2(3)铁屑过滤(4)将小片pH试纸放在点滴板(或表面皿)上,用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上,与标准比色卡对照低(小)9.(2010·福建卷)工业上常用铁质溶器盛装冷浓硫酸｡为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组进行了以下探究活动:探究一(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,10分钟后移入硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是____________________ ｡(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到溶液X并收集到气体Y｡①甲同学认为X中除Fe3+外还可能含有Fe2+｡若要确认其中的Fe2+,应选用________(选填序号)｡a.KSCN溶液和氯水b.铁粉和KSCN溶液c.浓氨水d.酸性KMnO4溶液②乙同学取336 mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生反应:SO2+Br2+2H2O＝2HBr+H2SO4然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得干燥固体2.33 g｡由此推知气体Y中SO2的体积分数为________｡探究二分析上述实验中SO2体积分数的结果,丙同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体｡为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)｡(3)装置B 中试剂的作用是____________________ ｡(4)认为气体Y 中还含有Q 的理由是______________________(用化学方程式表示)｡(5)为确认Q 的存在,需在装置中添加M 于________(选填序号)｡a.A 之前b.A-B 间c.B-C 间d.C-D 间(6)如果气体Y 中含有H 2,预计实验现象应是________________________________________ ｡(7)若要测定限定体积气体Y 中H 2的含量(标准状况下约有28 mL H 2),除可用测量H 2体积的方法外,可否选用质量称量的方法?做出判断并说明理由:____________________ ｡解析:本题考查化学实验,意在考查考生化学实验的设计和分析能力｡探究一:(1)铁钉遇冷的浓硫酸钝化,因此放入硫酸铜溶液中无明显变化｡(2)①检验Fe3+中含有Fe 2+,可以利用Fe 2+的还原性,其能使酸性高锰酸钾溶液褪色｡②根据SO 2~H 2SO 4~BaSO 4,则气体Y 中SO 2的物质的量n(SO 2)=n(BaSO 4)= 2.33233/g g mol=0.01 mol,则SO 2的体积分数为0.0122.4/0.336mol L mol L⨯×100%=66.7%｡ 探究二:(3)装置A 用于除去混合气体中的SO 2,装置B 用于检验SO 2是否除尽｡(4)因为铁钉由碳素钢制成,因此将其溶于浓硫酸中加热,必然发生C 和浓硫酸的反应,因此气体Y 中还含有CO 2｡(5)为确认CO 2的存在,可以在除尽SO 2后即B-C 间添加M(内盛装澄清石灰水)｡(6)如果气体Y 中含有H 2,则通过D 装置时,D 中黑色CuO 被还原为红色Cu,生成的H 2O 能使E 中白色的无水硫酸铜变为蓝色｡答案:(1)铁钉表面被钝化(2)①d ②66.7%(3)检验SO 2是否除尽(4)C+2H 2SO 4(浓)∆ CO 2↑+2SO 2↑+2H 2O(5)c(6)D 中固体由黑变红和E 中固体由白变蓝(7)否,用托盘天平无法称量D 或E 的差量(或可用分析天平称量D 或E 的差量)[LM]。