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第五节 化学实验方案的设计与评价
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案
一、单项选择题
1．(2012•北京丰台区二模)下列实验方案不能达到预期目的的是( )
选项 实验方案 预期目的
A 将含有HCl的CO2气体通过饱和NaHCO3溶液 除去CO2中的HCl
B 向X溶液中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液 检验X溶液中是否含有SO2－4
C 向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后若红色加深 证明盐类的水解是吸热的
D 向含有少量苯酚的苯中加入NaOH溶液，振荡、静置、分液 除去苯中的苯酚
2.(2012•北京海淀区二模)孔雀石的主要成分为xCuCO3•yCu(OH)2•zH2O，为测定其中CuCO3的质量分数，称取a g样品进行实验。下列实验方案可行的是( )
A．充分加热样品，用碱石灰吸收逸出气体，增重b g
B．加热至样品质量不再发生变化，称得其质量为b g
C．向样品中加入足量的稀盐酸，用排水法收集逸出气体，得b mL气体
D．向样品中加入足量的稀盐酸，充分反应，将生成的气体全部通入到足量Ba(OH)2溶液中，过滤、洗涤、烘干，得b g固体
3．(2012•北京海淀区一模)下列实验方案不能达到实验目的的是( )
实验目的 实验方案
A 证明溴乙烷发生消去反应有乙烯生成 向试管中加入适量的溴乙烷和NaOH的乙醇溶液，加热，将反应产生的气体通入溴的四氯化碳溶液中
B 证明Mg(OH)2沉淀可以转化为Fe(OH)3沉淀 向2 mL 1 mol•L－1 NaOH溶液中先加入3滴1 mol•L－1 MgCl2溶液，再加入3滴1 mol•L－1 FeCl3溶液
C 检验蔗糖水解产物具有还原性 向蔗糖溶液中加入几滴稀硫酸，水浴加热几分钟，然后加入适量稀NaOH溶液，再向其中加入新制的银氨溶液，并水浴加热
D 测定铝箔中氧化铝的含量 取a g铝箔与足量稀盐酸充分反应，逸出的气体通过碱石灰后，测其体积为b L(已转化为标准状况下)
4.(2012•北京朝阳区期末)某同学对下列四个实验都设计了两种方案，其中两种方案均合理的是( )
选项 A B C D
实验
目的 除去碳酸钠中少量的碳酸氢钠 清洗铁制品表面的铁锈 检验苯中含有少量甲苯 鉴别二氧化氮和溴蒸气
方案1 溶解后加入盐酸 加适量稀盐酸 加入 Br2/CCl4 加水
方案2 加热 用水洗涤 加入酸性KMnO4 加压
5.为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如下图所示实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法中不正确的是( )
A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处
B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C．通过开启或关闭活塞1可以控制反应的进行
D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，还不能证明该气体为NO
6．(2012•浙江高考)下列说法正确的是( )
A．在“镀锌铁皮锌镀层厚度的测定”实验中，将镀锌铁皮放入稀硫酸中，待产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全
B．在“火柴头中氯元素的检验”实验中，摘下几根未燃过的火柴头，将其浸于水中，稍后取少量溶液于试管中，滴加硝酸银溶液和稀硝酸后，即可判断氯元素的存在
C．在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热
D．受强酸或强碱腐蚀致伤时，应先用大量水冲洗，再用2%醋酸溶液或饱和硼酸溶液洗，最后用水冲洗，并视情况作进一步处理
二、双项选择题
7．(2012•北京西城一模)下列实验“操作和现象”与“结论”对应关系正确的是( )
操作和现象 结论
A 处理锅炉水垢中CaSO4时，依次加入饱和Na2CO3溶液和盐酸，水垢溶解 溶解度：S(CaCO3)＜S(CuSO4)
B 用石墨作电极电解MgSO4溶液，某电极附近有白色沉淀生成 该电极为阳极
C 向FeCl3和CuCl2混合溶液中加入铁粉，后期有红色固体析出 氧化性：Cu2＋＜Fe3＋
D 向某溶液中先滴加硝酸酸化，再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成 该溶液中一定含有Ag＋
8.(2013•苏州质检)下列实验设计能够成功的是( )
A．检验Na2O2试样是否变质为Na2CO3：向试样中加入盐酸，产生无色无味的气体
B．检验某卤代烃是否是氯代烃：试样――→氢氧化钠溶液煮沸冷却，加入稀硝酸至酸性――→硝酸银溶液出现白色沉淀
C．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：混合液――→饱和碳酸钠溶液 ――→振荡溶液分层――→分液得上层液体
D．鉴定盐A的成分是FeBr2：
A的AgNO3溶液适量硝酸酸化B淡黄色沉淀CKSCN溶液,D溶液
没变化――→加硝酸E溶液
变红
三、非选择题
9．(2012•北京朝阳区一模)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。
实验操作步骤：
Ⅰ.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。
Ⅱ.A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a。
请回答：
(1)B中反应的离子方程式是_______________________________________________________。
(2)通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是________(填字母)。
A．挥发性 B．还原性
C．氧化性 D．酸性
(3)C装置的作用是________，X是________(写化学式)。
(4)为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是________________________________________，D中反应的化学方程式是________________________。
(5)碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________________________________________(从原子结构角度加以解释)。
10．(2012•北京市重点学校模拟)某过碳酸钠中含有少量过氧化钠，甲、乙两位同学各称取一定质量的该样品，并用如下图所示仪器测定样品的纯度。仪器的连接顺序，甲同学：⑤—⑧—③—⑦—④；乙同学：⑤—③—②。
已知：过碳酸钠(Na2CO4)、过氧化钠分别跟足量稀硫酸反应的化学方程式如下：2Na2CO4＋2H2SO4===2Na2SO4＋2CO2↑＋O2↑＋2H2O；2Na2O2＋2H2SO4===2Na2SO4＋O2↑＋2H2O。
(1)甲同学想通过实验测得的数据是____________，他选用的装置________(填序号)是没有必要的。实验中甲同学测得气体体积为V L(20 ℃，1大气压)，计算时他未将V L换算到标准状况，则他得到的Na2CO4的质量分数________(填“偏高”或“偏低”)。
(2)乙同学想通过实验测得的数据是____________。按他测得的数据计算出的实验结果有可能偏高，原因是____________________；也有可能偏低，原因是______________。
(3)为了测得准确的实验数据，请你将乙同学的实验设计进行改进，写出你所选用仪器的连接顺序(每种仪器最多使用一次，也可以不用)：________(填序号)。
11．(2012•北京市东城区示范校综合练习)某化学小组拟采用如下装置(夹持和加热仪器已略去)来电解饱和食盐水，并用电解产生的H2还原CuO粉末来测定Cu的相对原子质量，同时检验氯气的氧化性。
(1)写出甲装置中电解饱和食盐水的化学方程式。
_____________________________________________________。
(2)为完成上述实验，正确的连接顺序为A连________；B连________(填写导管口字母)。
(3)对硬质玻璃管里的氧化铜粉末加热前，需要进行的操作为_________________________________________________________。
(4)若检验氯气的氧化性，则乙装置的a瓶中溶液可以是__________，对应的现象为______________________。乙装置烧杯中发生反应的离子方程式是________________________________________。
(5)丙装置的c瓶中盛放的试剂为________，作用是________________________________________________。
(6)为测定Cu的相对原子质量，设计了如下甲、乙两个实验方案：精确测量硬质玻璃管的质量为a g，放入CuO后，精确测量硬质玻璃管和CuO的总质量为b g(假设CuO充分反应)。实验完毕后：甲方案：通过精确测量硬质玻璃管和Cu粉的总质量为c g，进而确定Cu的相对原子质量。乙方案：通过精确测定生成水的质量d g，进而确定Cu的相对原子质量。
①请你分析并回答：________方案所测结果更准确。你认为不合理的方案的不足之处是________________________________________________。
②若按合理方案测定的数据计算，Cu的相对原子质量为__________________________________。
12．(2012•潍坊一模)黄铜矿的主要成分是CuFeS2，是工业炼铜的主要原料。已知黄铜矿在空气中焙烧生成Cu、FeS和SO2，FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑，H2S是一种剧毒气体。某科研小组设计以黄铜矿为原料制取单质铜和氯化铁晶体(FeCl3•6H2O)的流程如下：
(1)92 g CuFeS2在空气中焙烧生成Cu、FeS和SO2转移电子的物质的量为________。
(2)请简述检验气体Ⅰ的操作步骤。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在实验室中，欲用38%(密度为1.18 g• mL－1)的盐酸配制30%的盐酸，需要的玻璃仪器主要有__________。
(4)气体Ⅲ最好选用______(填字母)，其主要作用是________。
A．O2 B．H2
C．Cl2 D．N2
欲选用下列仪器在实验室中制取纯净干燥的该气体。
装置A中发生反应的离子方程式为________________________________________。选用合适装置导管口的连接顺序为a接________。图中仪器G的名称是________；在使用该仪器时，应首先________________。
参考答案
1．解析：A项，饱和碳酸氢钠溶液不吸收二氧化碳，能吸收氯化氢生成二氧化碳，A项正确；B项，银离子会干扰实验，B项不正确；C项，醋酸钠水解呈碱性，加热，红色加深，说明生成OH－浓度增大，C项正确；D项，苯不与氢氧化钠反应，而苯酚能与氢氧化钠反应，生成苯酚钠不溶于苯，分层，可以用分液漏斗分离，D项正确。
答案：B
2．解析：A项，碱式碳酸铜分解生成氧化铜、二氧化碳和水蒸气，碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气，不能测定碳酸铜质量分数，A项错误；B项，碳酸铜、氢氧化铜都能分解生成氧化铜，减少的质量包括二氧化碳、生成的水和结晶水，故根据氧化铜无法计算碳酸铜质量分数，B项错误；C项，只有碳酸铜与盐酸反应产生二氧化碳，二氧化碳一部分溶于水中，不能准确测定二氧化碳体积，C项不正确；D项，根据碳酸钡计算碳酸铜质量，D项正确。
答案：D
3．解析：向2 mL 1 mol•L－1 NaOH溶液中先加入3滴1 mol•L－1MgCl2溶液，再加入3滴1 mol•L－1FeCl3溶液，既有Mg(OH)2沉淀也有Fe(OH)3沉淀。不能证明Mg(OH)2沉淀可以转化为Fe(OH)3沉淀。
答案：B
4．解析：A项，方案1，在碳酸钠和碳酸氢钠中加入盐酸，碳酸钠与盐酸反应，且碳酸氢钠与盐酸反应生成新杂质氯化钠，A项不正确。B项，方案2，水不能溶解铁锈，B项不正确。C项，方案1，苯和甲苯都不能与溴的四氯化碳溶液发生化学反应，且苯和甲苯的密度都小于四氯化碳的密度，不能达到目标；甲苯能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应，C项不正确。D项，二氧化氮溶于水得到无色溶液，溴蒸气在水中溶解度小，溶液呈橙色，方案1正确；加压时，溴蒸气变成液态，二氧化氮为气态，方案2正确，D项正确。
答案：D
5．解析：A项，关闭活塞1，装置内有空气，在右端加稀硝酸，左端液面上升至一定高度，不再上升，A项错误；B项，升温，反应加快，B项正确；C项，关闭活塞1，左管内产生的NO将液体压入右管，液体与铜丝脱离，反应停止；打开活塞1，右端液面高，将液体压入左端，使铜与硝酸接触，反应产生气体，C项正确；D项，开始收集的气体可能是空气，D项正确。
答案：A
6．解析：B项，火柴头中含有KClO3，未燃烧或用还原剂还原，得不到Cl－，加硝酸银无法检验，错误；C项，硫酸亚铁铵晶体带有结晶水，加热到有晶膜出现即可，到大量晶体析出时停止加热，得到的晶体中会失去部分结晶水，错误；D项，受强酸致伤时，冲洗后涂上稀的NaHCO3溶液，强碱致伤，冲洗后涂硼酸，错误。
答案：A
二、双项选择题
7．解析：A项中硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙，碳酸钙再和稀盐酸反应溶解，A项正确；B项，电解MgSO4溶液阴极有白色沉淀生成。因为阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，B项不正确；C项中有红色固体析出，铁先与氯化铁反应，过量的铁与氯化铜反应，因为铁离子氧化性比铜离子的强，C项正确。D项中也有可能是硫酸钡、硅酸等，不一定是AgCl，原溶液中可能含SO2－4、SO2－3、SiO2－3等。
答案：AC
8．解析：选项A，电解Na2SO4溶液相当于电解H2O，左边电极OH-放电，产生大量H+，SO2-4通过阴离子交换膜，在左边电极附近产生H2SO4；右边电极H+放电，产生大量OH-，Na+通过阳离子交换膜，在右边电极附近产生NaOH；选项B，首先加入H2O使粗盐溶解，加入过量Ba(OH) 2溶液除去Mg2+?、SO2-4，再加入过量Na2CO3溶液除去Ca2＋?、Ba2＋?，最后加入HCl调节溶液至中性即可；选项C，由于Fe2＋在酸性环境中能被NO-3氧化生成Fe3＋，加入KSCN无法检验Fe(NO3) 2是否变质；选项D，CH3CHO在碱性环境中被新制的Cu(OH) 2悬浊液氧化。
答案：BC
三、非选择题
9．解析：盐酸有挥发性，氯化氢能使硅酸钠溶液变浑浊，使实验失败。用饱和碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳中的氯化氢，如果用氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、水吸收氯化氢，会损失二氧化碳。验证碳的非金属性比硅的强，可以利用碳酸比硅酸的酸性强来证明，硅酸和原硅酸难溶于水，有白色沉淀，现象明显。
答案：(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
(2)AD (3)除去HCl气体 NaHCO3 (4)关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，D中出现白色胶状沉淀 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3 (5)碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱
10．解析：(1)甲同学设计方案为⑤—⑧—③—⑦—④，⑧装置中氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳，用排水集气法测定氧气体积。排水法收集氧气，氧气不必先干燥。2Na2CO4＋2H2SO4===2Na2SO4＋2CO2↑＋O2↑＋2H2O,2Na2O2＋2H2SO4===2Na2SO4＋O2↑＋2H2O，由反应方程式知，等质量的固体，过氧化钠产生的氧气较多，如果没有冷却至标准状况(20 ℃)，氧气体积偏大，测定过氧化钠质量偏高，导致过碳酸钠质量分数偏低；(2)乙同学：⑤—③—②，通过测定二氧化碳气体质量直接求出过碳酸钠质量分数，U型管里碱石灰，用于吸收二氧化碳，根据U型管质量差求二氧化碳质量。存在两个问题：一是空气中二氧化碳和水蒸气进入②装置，使测得过碳酸钠的质量分数偏高。二是发生装置没有考虑排二氧化碳气体，部分残留二氧化碳存在于③⑤装置中，使二氧化碳测定量偏低；(3)测定二氧化碳质量要考虑三个因素：如何排出装置内残留二氧化碳至U型管里，使其被碱石灰完全吸收；如何除去二氧化碳中水蒸气；如何防止空气中水蒸气和二氧化碳进入U型管中。⑩装置提供氮气，氮气不参与反应；①装置用作气体发生装置，通过A管进气，将装置内二氧化碳排入U型管中；③装置用于干燥二氧化碳；②装置用于吸收二氧化碳，接触面较大，吸收较充分；⑨装置防止空气中二氧化碳和水进入U型管。
答案：(1)生成的氧气的体积 ③ 偏低 (2)生成的二氧化碳的质量 空气中的水与二氧化碳进入②，增重使结果偏大 产生的二氧化碳在装置⑤、③及导管中没有完全被②吸收，使结果偏小 (3)⑩①③②⑨
11．解析：本实验目的有三条：电解饱和食盐水、利用氢气还原氧化铜测定铜的相对原子质量、证明氯气有强氧化性。根据实验目的确定装置连接顺序、选择试剂、操作步骤等。(1)根据电解原理，碳棒即为石墨电极，属于惰性电极，不参与反应，电解饱和食盐水，阳极产生氯气，阴极产生氢气，氢氧化钠在阴极区生成。(2)根据电池符号知，A管口导出阴极产生的氢气，B管口导出阳极产生的氯气。甲装置用于电解饱和食盐水，乙装置用于验证氯气具有强氧化性，丙装置用于氢气还原氧化铜，并测定生成水的质量。由于氢气还原氧化铜，属于固体与气体反应，仅在固体表面进行反应，氢气不能完全反应，导出一部分气体。如果A接D，剩余氢气在c瓶中无法排出，不能准确测定氢气还原氧化铜时生成水的质量，且易发生危险，并将c瓶液体导出瓶外，所以，A应接E，B接C。(3)加热氢气与空气混合物，易发生危险，故加热之前，先通入氢气，在D管处收集氢气验纯后，再加热硬质试管。(4)乙装置a瓶可以装淀粉KI溶液、硫化氢饱和溶液、硫化钠饱和溶液、含KSCN的氯化亚铁溶液等，都能证明氯气具有强氧化性，可能观察到的现象依次为溶液变蓝色、变浑浊、变浑浊、变血红色。烧杯里装强碱溶液，用于吸收尾气中的氯气。(5)因为本实验要测定生成水的质量，氢气必须用c瓶的液体干燥，液体干燥剂常见的有浓硫酸；如果氢气不干燥，还会使硬质玻璃管受热炸裂。(6)分析丙装置知，U型管里碱石灰直接与空气相通，空气中水蒸气和二氧化碳都可能进入U型管，使方案乙测定水的质量偏大，导致测得铜的相对原子质量偏小。选择甲方案的数据计算： m(CuO)＝(b－a) g, m(Cu)＝(c－a) g，MrCuMrO＝c－ab－c，Mr(Cu)＝c－ab－c×16。
答案：(1)2NaCl＋2H2O2=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)E C (3)先通一段时间氢气并在D处检验氢气的纯度 (4)淀粉KI溶液 溶液变为蓝色(合理答案即可) Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (5)浓硫酸 吸收H2中的H2O，防止硬质玻璃管炸裂 (6)①甲 空气中的CO2和H2O通过D口进入U型管造成实验误差较大或影响测定水的质量(因为乙方案是测水的质量) ②16c－ab－c
12．解析：(1)n(CuFeS2)＝92184＝0.5 (mol)，CuFeS2(Cu、Fe、S的化合价分别为＋2、＋2和－2价)在空气中焙烧生成Cu、FeS和SO2的化学方程式为CuFeS2＋O2===Cu＋FeS＋SO2↑，分析化学方程式知，1 mol CuFeS2参加反应转移6 mol电子，故0.5 mol CuFeS2参加反应转移3 mol电子。(2)根据题给信息，黄铜矿焙烧生成的气体Ⅰ是SO2，检验SO2的方法是将气体通入品红溶液中，溶液褪色，加热溶液恢复红色。(3)用溶液配制一定质量分数的溶液，要用到的玻璃仪器有量筒、烧杯和玻璃棒。(4)气体Ⅲ的作用是将FeCl2氧化成FeCl3，故最好选用Cl2；实验室中用MnO2和浓盐酸在加热条件下制取Cl2，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－=====△Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。从导气管口a处流出的气体除Cl2外，还含有杂质气体HCl和水蒸气，应首先用装置F除HCl气体，然后用装置E除水蒸气，最后选择装置B用向上排空气法收集Cl2，故导气管口的连接顺序为ghefb。仪器G是分液漏斗，使用该仪器时要检验是否漏水。
答案：(1)3 mol (2)收集适量气体Ⅰ通入品红溶液中，溶液褪色，加热溶液恢复红色 (3)玻璃棒、烧杯、量筒 (4)C 把Fe2＋氧化成Fe3＋ MnO2＋4H＋＋2Cl－=====△Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O ghefb
分液漏斗 检验其是否漏水