11-3 物質(zhì)的制備及實驗方案的設(shè)計與評價

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1、第三講 物質(zhì)的制備及實驗方案的設(shè)計與評價一、選擇題1用下列實驗裝置完成對應(yīng)的實驗(部分儀器已省略),能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?)解析A中稀釋濃H2SO4不能在量筒中進(jìn)行;B中稱量NaOH固體應(yīng)在干燥的小燒杯中稱量;C中冷卻水的流向不對,溫度計水銀球的位置不對。答案D2下列實驗數(shù)據(jù)記錄和實驗方法正確的是 ()A用天平稱取4.0 g NaOH固體,用100 mL量筒配制1.00 molL1的NaOH溶液B用25 mL的滴定管(內(nèi)裝有標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液)滴定未知濃度的鹽酸用去NaOH溶液22.32 mLC用pH試紙測得新制氯水的pH為4D常溫下,用氣球收集500 mL NO2氣體,求得NO2氣體的物質(zhì)的量為

2、 mol解析實驗數(shù)據(jù)和實驗方法是中學(xué)化學(xué)的重點內(nèi)容,對這兩個方面都有較高的要求。配制溶液不能在量筒中進(jìn)行,所以A是錯誤的;滴定管的精確度達(dá)到0.01 mL,所以B是正確的;氯水具有漂白性,所以不能用pH試紙來測定pH,C錯;常溫下氣體的摩爾體積不是22.4 Lmol1,所以500 mL NO2氣體的物質(zhì)的量不是mol,D錯。本題易錯選D,22.4 Lmol1是標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體摩爾體積,只有在標(biāo)準(zhǔn)狀況下才適用。答案B3下列有關(guān)實驗原理或操作正確的是 ()A選擇合適的試劑,用圖1所示裝置可分別制取少量CO2、NO和O2B制備乙酸乙酯時,向乙醇中緩慢加入濃硫酸和冰醋酸C洗滌沉淀時(見圖2),向漏斗中

3、加適量水,攪拌并濾干D用廣泛pH試紙測得0.10 molL1NH4Cl溶液的pH5.2解析A項,無法用排空氣法收集NO;B項正確;C項,洗滌沉淀時向漏斗中加適量水后要讓水自然濾出,不能攪拌;D項,pH試紙測出的pH無法精確到0.1,只能是整數(shù)。答案B4可用如下圖所示裝置干燥、收集及尾氣處理的氣體是 ()H2SHClNH3Cl2SO2C2H4A和 B和 C和 D和解析中氣體不能用濃H2SO4干燥;不能用水吸收Cl2;不能用向上排空氣法收集尾氣處理應(yīng)用溴水;HCl、SO2必須用防倒吸裝置進(jìn)行尾氣處理。答案B5設(shè)計學(xué)生實驗要注意安全、無污染、現(xiàn)象明顯。根據(jù)啟普發(fā)生器原理,可用底部有小孔的試管制簡易的

4、氣體發(fā)生器(見右圖)。若關(guān)閉K,不能使反應(yīng)停止,可將試管從燒杯中取出(會有部分氣體逸散)。下列氣體的制取宜使用該裝置的是 ()A用二氧化錳(粉末)與雙氧水制氧氣B用鋅粒與稀硫酸制氫氣C用硫化亞鐵(塊狀)與鹽酸制硫化氫D用碳酸鈣(塊狀)與稀硫酸制二氧化碳解析A項,粉末會從孔中漏出提出試管,反應(yīng)也無法停止;C項,H2S逸出污染空氣;D項,反應(yīng)生成的微溶性的CaSO4附著在CaCO3的表面,使反應(yīng)不能繼續(xù),制氣量有限。答案B6利用下列實驗裝置能完成相應(yīng)實驗的是 ()A裝置測定化學(xué)反應(yīng)速率B裝置制取并吸收HClC裝置制備純凈的NH3D裝置模擬鐵的腐蝕解析中稀鹽酸不與MnO2反應(yīng),HCl極易溶于水,吸收

5、時要防止倒吸,中不能除去CO2且不能用CaCl2干燥氨,所以A、B、C均不正確。答案D7下列實驗裝置設(shè)計正確且能達(dá)到目的的是()解析干燥氣體時,應(yīng)“長進(jìn)短出”,A項錯誤;濃硫酸稀釋時,應(yīng)將濃硫酸加入水中,B項錯誤;NaOH溶液應(yīng)置于堿式滴定管中,D項錯誤。答案C8下列實驗設(shè)計能夠成功的是()實驗?zāi)康膶嶒灢襟E及現(xiàn)象A檢驗亞硫酸鈉試樣是否變質(zhì)試樣白色沉淀沉淀不溶解B除去乙酸乙酯中混有的乙酸混合液溶液分層得上層液體C證明酸性條件下H2O2氧化性比I2強NaI溶液溶液變藍(lán)色D鑒定鹽A的成分是FeBr2A解析A項中亞硫酸鈉變質(zhì)應(yīng)被氧化成硫酸鈉,檢驗時應(yīng)使用氯化鋇溶液和稀鹽酸作檢驗試劑,而不應(yīng)該使用硝酸鋇

6、和稀硝酸,因為在酸性條件下硝酸根(硝酸)能將亞硫酸鹽(亞硫酸根)氧化成硫酸鹽,干擾實驗現(xiàn)象,A錯誤;B項中由于乙酸能和碳酸鈉溶液反應(yīng)生成可溶性的乙酸鈉,且乙酸乙酯在飽和碳酸鈉溶液中的溶解度小,故可通過分液分離,B正確;C項中后續(xù)操作用到了具有強氧化性的稀硝酸,稀硝酸也能將I氧化成I2,干擾實驗現(xiàn)象,應(yīng)改用稀鹽酸,C錯誤;D項中并沒有檢驗出Fe2,因為硝酸具有強氧化性,將Fe2氧化成了Fe3,D錯誤。答案B二、非選擇題9氫化鈣固體是登山運動員常用的能源提供劑。某興趣小組擬選用如圖裝置制備氫化鈣。請回答下列問題:(1)請選擇必要的裝置,按氣流方向連接順序為_(填儀器接口的字母編號)。(2)根據(jù)完整

7、的實驗裝置進(jìn)行實驗,實驗步驟如下:檢查裝置氣密性后,裝入藥品;打開分液漏斗活塞;_(請按正確的順序填入下列步驟的標(biāo)號)。A加熱反應(yīng)一段時間B收集氣體并檢驗其純度C關(guān)閉分液漏斗活塞D停止加熱,充分冷卻(3)實驗結(jié)束后,某同學(xué)取少量產(chǎn)物,小心加入水中,觀察到有氣泡冒出,溶液中加入酚酞后顯紅色。該同學(xué)據(jù)此判斷,上述實驗確有CaH2生成。寫出CaH2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式_;該同學(xué)的判斷不準(zhǔn)確,原因是_。(4)請你設(shè)計一個實驗,用化學(xué)方法區(qū)分鈣與氫化鈣,寫出實驗簡要步驟及觀察到的現(xiàn)象_。(5)登山運動員常用氫化鈣作為能源提供劑,與氫氣相比,其優(yōu)點是_。解析本題主要考查制取氫化鈣的實驗步驟、實驗裝置的連接

8、以及氫化鈣的鑒別與用途,意在考查考生的實驗操作、探究能力。(1)首先用鹽酸和鋅粒反應(yīng)制取氫氣,再與鈣反應(yīng)制得氫化鈣,其中氫氣通入裝有鈣的硬質(zhì)玻璃管前要除去雜質(zhì)HCl,再用濃硫酸干燥除去水蒸氣,制取氫化鈣的裝置要與盛有無水氯化鈣的干燥管連接,從而防止空氣中的水蒸氣與其反應(yīng)。(2)首先收集氫氣并驗純,然后加熱反應(yīng),停止加熱,充分冷卻,最后關(guān)閉活塞。(3)氫化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣,方程式:CaH22H2O=Ca(OH)22H2,金屬鈣與水反應(yīng)也生成氫氧化鈣和氫氣。(4)區(qū)別金屬鈣和氫化鈣,可根據(jù)氫化鈣中含有氫元素,讓其與氧氣反應(yīng)生成水,并用無水硫酸銅來檢驗。答案(1)ie,fd,cj,k(或

9、k,j)a(2)B、A、D、C(3)CaH22H2O=Ca(OH)22H2金屬鈣與水反應(yīng)也有類似現(xiàn)象(4)取適量氫化鈣,在加熱條件下與干燥氧氣反應(yīng),將反應(yīng)氣體產(chǎn)物通過裝有無水硫酸銅的干燥管,觀察到白色變?yōu)樗{(lán)色;取鈣做類似實驗,觀察不到白色變?yōu)樗{(lán)色(5)氫化鈣是固體,攜帶方便10化學(xué)興趣小組對某品牌牙膏中摩擦劑成分及其含量進(jìn)行以下探究:查得資料:該牙膏摩擦劑由碳酸鈣、氫氧化鋁組成;牙膏中其它成分遇到鹽酸時無氣體產(chǎn)生。.摩擦劑中氫氧化鋁的定性檢驗。取適量牙膏樣品,加水充分?jǐn)嚢?、過濾。(1)往濾渣中加入過量NaOH溶液,過濾。氫氧化鋁與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式是_。(2)往(1)所得濾液中先通入

10、過量二氧化碳,再加入過量稀鹽酸。觀察到的現(xiàn)象是_。.牙膏樣品中碳酸鈣的定量測定利用下圖所示裝置(圖中夾持儀器略去)進(jìn)行實驗,充分反應(yīng)后,測定C中生成的BaCO3沉淀質(zhì)量,以確定碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。依據(jù)實驗過程回答下列問題:(3)實驗過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝狻F渥饔贸丝蓴嚢鐱、C中的反應(yīng)物外,還有:_。(4)C中反應(yīng)生成BaCO3的化學(xué)方程式是_。(5)下列各項措施中,不能提高測定準(zhǔn)確度的是_(填標(biāo)號)。a在加入鹽酸之前,應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO2氣體b滴加鹽酸不宜過快c在AB之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置d在BC之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置(6)實驗中準(zhǔn)確稱取8.00 g樣品三份,進(jìn)行三次測

11、定,測得BaCO3平均質(zhì)量為3.94 g。則樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。(7)有人認(rèn)為不必測定C中生成的BaCO3質(zhì)量,只要測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差,一樣可以確定碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實驗證明按此方法測定的結(jié)果明顯偏高,原因是_。解析(2)(1)中所得濾液中成分為NaAl(OH)4,通入CO2時,發(fā)生反應(yīng)為Al(OH)4CO2=Al(OH)3HCO(CO2過量),故有白色沉淀生成。再加入過量稀鹽酸,發(fā)生反應(yīng)為HHCO=CO2H2O,Al(OH)33H=Al33H2O,故有氣體產(chǎn)生,且沉淀逐漸溶解。(3)牙膏樣品中CaCO3的定量測定原理是:使牙膏樣品與鹽酸反應(yīng)釋放出CO2,用Ba(OH)

12、2溶液來吸收CO2,通過測定C中生成的BaCO3沉淀的質(zhì)量,以確定CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此,實驗的關(guān)鍵是必須使B中產(chǎn)生的CO2全部被Ba(OH)2溶液吸收。所以,實驗過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝狻?5)a.裝置內(nèi)空氣中的CO2,也會隨氣流進(jìn)入Ba(OH)2溶液,被之吸收,這樣會使測定結(jié)果偏大。因此,為減小實驗誤差,在加入鹽酸之前,應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO2。b若滴加鹽酸過快,樣品與鹽酸反應(yīng)釋放CO2的速度也快,這樣會造成CO2進(jìn)入Ba(OH)2溶液的速度過快,會使一部分CO2沒被Ba(OH)2溶液吸收就從Ba(OH)2溶液中逸出,造成誤差。因此,滴加鹽酸不宜過快。c根據(jù)測定原理可知,A、B之間沒有必要

13、增添干燥裝置。d從B中出來的CO2含有 HCl氣體雜質(zhì),若在BC之間增添盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣裝置,雜質(zhì)HCl氣體被NaHCO3溶液吸收后,也會產(chǎn)生CO2,和B中產(chǎn)生的CO2同時進(jìn)入Ba(OH)2溶液,會使測定結(jié)果偏高,不能提高測定準(zhǔn)確度。(6)由關(guān)系式:BaCO3CaCO30.02 moln(CaCO3)可得n(CaCO3)0.02 mol,碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%25%。(7)從B中出來的CO2氣體,含有H2O(g)及HCl氣體雜質(zhì),也會被C中的Ba(OH)2溶液吸收。因此,測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差,測定結(jié)果會偏高。技巧點撥解決實驗題的關(guān)鍵是首先要明確實驗的目的,其次是

14、要弄清實驗的原理,最后要分析裝置儀器,試劑藥品的作用。答案(1)Al(OH)3OH=Al(OH)4或Al(OH)3OH=AlO2H2O(2)通入CO2氣體有白色沉淀生成;加入鹽酸有氣體產(chǎn)生、沉淀溶解(3)把生成的CO2全部排入C中,使之完全被Ba(OH)2溶液吸收(4)Ba(OH)2CO2=BaCO3H2O(5)c、d(6)25%(7)B中的水蒸氣、氯化氫氣體等進(jìn)入裝置C中(或其他合理答案)11某同學(xué)在用稀硫酸與鋅反應(yīng)制取氫氣的實驗中,發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題:(1)上述實驗中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有_;(2)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是_;(3)實驗

15、室中現(xiàn)有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4種溶液,可與上述實驗中CuSO4溶液起相似作用的是_。(4)要加快上述實驗中氣體產(chǎn)生的速率,還可采取的措施有_(答兩種);(5)為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響,該同學(xué)設(shè)計了如下一系列實驗。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中,收集產(chǎn)生的氣體,記錄獲得相同體積的氣體所需時間。實驗混合溶液ABCDEF4 molL1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100請完成此實驗設(shè)計,其中:V1_,V6_,V9_;反應(yīng)一段時間后,實

16、驗A中的金屬呈_色,實驗E中的金屬呈_色;該同學(xué)最后得出的結(jié)論為:當(dāng)加入少量CuSO4溶液時,生成氫氣的速率會大大提高,但當(dāng)加入的CuSO4溶液超過一定量時,生成氫氣的速率反而會下降。請分析氫氣生成速率下降的主要原因:_。解析(1)在稀硫酸中加入硫酸后發(fā)生了兩個反應(yīng):CuSO4Zn=ZnSO4Cu、ZnH2SO4=ZnSO4H2。(2)由于Zn與反應(yīng)生成的Cu及硫酸溶液組成了CuZn微電池,大大加快了生成氫氣的反應(yīng)速率。(3)只要是比鋅的金屬性差的金屬都可以與鋅組成原電池,都可以加快生成氫氣的反應(yīng)速率,故在所給的物質(zhì)中只有Ag2SO4符合題意。(4)要加快生成氫氣的反應(yīng)速率,還可以采取如下措施

17、:升高溫度、適當(dāng)增大硫酸的濃度、增加鋅粒的比表面積等。(5)因為要研究硫酸銅的量對反應(yīng)速率的影響,故應(yīng)保持硫酸的濃度在各組實驗中相同,則硫酸溶液的體積均取30 mL,根據(jù)F中加入的水與硫酸銅溶液的體積之和為20 mL,可以求得各組實驗中加入水的體積分別為V610 mL,V819.5 mL,V917.5 mL,V1015 mL。A中沒加CuSO4反應(yīng)一段時間后剩余的鋅為灰黑色,E中析出較多的銅,則顯示出了銅晶體的顏色:暗紅色。由于析出的銅的量較多,會覆蓋在鋅的表面,使得鋅與稀硫酸接觸面積大大減小,故反應(yīng)速率反而會減慢了。答案(1)ZnCuSO4=ZnSO4CuZnH2SO4=ZnSO4H2(2)

18、CuSO4與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成CuZn微電池,加快了氫氣產(chǎn)生的速率(3)Ag2SO4(4)升高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增加硫酸的濃度、增加鋅粒的比表面積等(任寫兩種即可)(5)301017.5灰黑暗紅當(dāng)加入一定量的CuSO4后,生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面,降低了Zn與溶液的接觸面積12實驗室以含有Ca2、Mg2、Cl、SO、Br等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl2和Br2,流程如下:(1)操作使用的試劑是_,所用主要儀器的名稱是_。(2)加入溶液W的目的是_。用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH,可以除去Mg2。由表中數(shù)據(jù)可知,理論上可選擇的pH最大范圍是_。酸化溶液Z時,使用的試劑為_。開始沉

19、淀時的pH沉淀完全時的pHMg29.611.0Ca212.2c(OH)1.8 molL1(3)實驗室用貝殼與稀鹽酸反應(yīng)制備并收集CO2氣體,下列裝置中合理的是_。(4)常溫下,H2SO3的電離常數(shù)Ka11.2102,Ka26.3108;H2CO3的電離常數(shù)Ka14.5107,Ka24.71011。某同學(xué)設(shè)計實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3;將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和,立即用酸度計測兩溶液的pH,若前者的pH小于后者,則H2SO3酸性強于H2CO3。該實驗設(shè)計不正確,錯誤在于_。設(shè)計合理實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3(簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論)。_。儀器自選。供選擇的試

20、劑:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。解析(1)操作是萃取和分液,需要的儀器主要是分液漏斗,用到的試劑是四氯化碳。(2)加入溶液W的目的是除去溶液中的硫酸根離子,用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH,可以除去Mg2,而不除去Ca2,故pH的范圍是11.0pH12.2。(3)收集二氧化碳用向上排氣法,故a不對;使用長頸漏斗需要液封,c錯誤。答案(1)四氯化碳分液漏斗(2)除去溶液中的SO11.0pH12.2鹽酸(3)b、d(4)用于比較pH的兩種酸的物質(zhì)的量濃度不相等;三種參考方案如下:方案一:配制相同物質(zhì)的量

21、濃度的NaHSO3和NaHCO3溶液,用酸度計(或pH試紙)測兩溶液的pH。前者的pH小于后者,證明H2SO3酸性強于H2CO3。方案二:將SO2氣體依次通過NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水。品紅溶液不褪色、且澄清石灰水變渾濁,證明H2SO3酸性強于H2CO3。方案三:將CO2氣體依次通過NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品紅溶液。品紅溶液不褪色,證明H2SO 3酸性強于H2CO3。知識拓展在物質(zhì)檢驗的實驗設(shè)計中,應(yīng)注意以下幾個方面:(1)注意樣品的物理性質(zhì),如顏色、狀態(tài)、氣味等,使之成為方案設(shè)計和成分推斷的重要參考。(2)注意操作過程的細(xì)節(jié)。如配制的樣品溶液每次均取少量,以保證整個檢驗過程有足夠的樣品用;再如,滴加試劑的方式要逐滴滴入,以保證觀察過程及現(xiàn)象的完整性;此外還要注意樣品的濃度和試劑的濃度,以確??梢杂^察到明顯的實驗現(xiàn)象。(3)注意離子(物質(zhì))間的干擾。預(yù)料到可能出現(xiàn)的實驗干擾,通過試劑的選擇和操作方法的設(shè)計,來消除這種干擾。

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