专题二十三实验方案设计与评价

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1、专题二十三 实验方案的设计与评价高考试题高考试题考点一 常见气体的实验室制法1. (2013 年安徽理综,8,6 分)实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验,最合理的选项是( )选项a 中的物质b 中的物质c 中收集的气体d 中的物质A浓氨水CaONH3H2OB浓硫酸Na2SO3SO2NaOH 溶液C稀硝酸CuNO2H2OD浓盐酸MnO2Cl2NaOH 溶液解析:NH3应用向下排气法收集,A 项不合理;稀硝酸与 Cu 反应,产物为 NO,且 NO 与空气中的 O2反应,不应用排气法收集,C 项不合理;浓盐酸与 MnO2在

2、常温下不反应,D 项不合理。答案:B2.(2012 年江苏化学,6,2 分)用下列实验装置进行相应实验,能达到实验目的的是( )A.用图 1 所示装置除去 Cl2中含有的少量 HClB.用图 2 所示装置蒸干 NH4Cl 饱和溶液制备 NH4Cl 晶体C.用图 3 所示装置制取少量纯净的 CO2气体D.用图 4 所示装置分离 CCl4萃取碘水后已分层的有机层和水层解析:气体的除杂要保证原气体与洗涤液不反应,由于 Cl2能与 NaOH 溶液反应,A 选项错;由于 NH4Cl 受热易分解,所以不能蒸干溶液,应该加热浓缩,冷却结晶获得 NH4Cl 晶体,B 选项错;图 3 是简易启普发生器装置,要求

3、用块状固体,纯碱是粉末状固体,使粉末漏于容器底部而无法控制反应速率,C 选项错;对于不相混溶的液体,用分液漏斗进行分离,D 选项正确。答案:D3.(2012 年福建理综,25,15 分)实验室常用 MnO2与浓盐酸反应制备 Cl2(反应装置如图所示)。(1)制备实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是 (填序号)。 A.往烧瓶中加入 MnO2粉末B.加热C.往烧瓶中加入浓盐酸(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出的下列实验方案:甲方案:与足量 AgNO3溶液反应,称量生成的 AgCl 质量。乙方案:采用酸碱中和滴定法测定。丙方案:与已知量

4、CaCO3(过量)反应,称量剩余的 CaCO3质量。丁方案:与足量 Zn 反应,测量生成的 H2体积。继而进行下列判断和实验:判定甲方案不可行,理由是 。 进行乙方案实验:准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。a.量取试样 20.00 mL,用 0.100 0 molL-1NaOH 标准溶液滴定,消耗 22.00 mL,该次滴定测的试样中盐酸浓度为 molL-1; b.平行滴定后获得实验结果。判断丙方案的实验结果 (填“偏大”、“偏小”或“准确”)。 已知:Ksp(CaCO3)=2.810-9、Ksp(MnCO3)=2.310-11进行丁方案实验:装置如图所示(夹持器具已略去)。(i)使 Y

5、 形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将 转移到 中。 (ii)反应完毕,每间隔 1 分钟读取气体体积,气体体积逐次减小,直至不变。气体体积逐次减小的原因是(排除仪器和实验操作的影响因素)。 解析:(1)加药顺序一般是先加入固体药品,再加入液体药品,最后再加热。则依次顺序是 ACB。(2)加入足量的硝酸银溶液只能求出氯离子的量,而不能求出剩余盐酸的浓度。由 cHClVHCl=cNaOHVNaOH可得出盐酸的浓度为 0.110 0 mol/L。由于 Ksp(MnCO3)M(CaCO3),故最终剩余的固体质量增加,导致测得 c(H+)偏小。使 Zn 粒进入残余清液中让其发生反应。这样残余清液就可

6、以充分反应,如果反过来,残余清液不可能全部转移到左边。反应完毕时,相同时间内则气体体积减少,又排除了其他影响因素,只能从气体本身角度思考,联想到该反应是放热的,就可能想到气体未冷却了。答案:(1)ACB(按序号写出三项)(2)残余清液中,n(Cl-)n(H+)(或其他合理答案)0.110 0 偏小 (i)Zn 粒 残余清液(按序号写出两项)(ii)装置内气体尚未冷却至室温4.(2011 年天津理综,9,18 分)某研究性学习小组为合成 1 丁醇,查阅资料得知一条合成路线:CH3CH=CH2+CO+H2CH3CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2OH;CO 的制备原理:HCOOHCO+H2

7、O,并设计出原料气的制备装置(如图)。请填写下列空白:(1)实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2 丙醇,从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯,写出化学反应方程式: , 。 (2)若用以上装置制备干燥纯净的 CO,装置中 a 和 b 的作用分别是 , 。c 和 d 中盛装的试剂分别是 , 。若用以上装置制备 H2,气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是 ;在虚线框内画出收集干燥 H2的装置图。 (3)制丙烯时,还产生少量 SO2、CO2及水蒸气,该小组用以下试剂检验这四种气体,混合气体通过试剂的顺序是 (填序号)。 饱和 Na2SO3溶液 酸性 KMnO4溶液 石灰水 无水 CuSO4 品红溶液(

8、4)合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应,为增大反应速率和提高原料气的转化率,你认为应该采用的适宜反应条件是 。 a.低温、高压、催化剂b.适当的温度、高压、催化剂c.常温、常压、催化剂d.适当的温度、常压、催化剂(5)正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的 1 丁醇粗品。为纯化 1 丁醇,该小组查阅文献得知:RCHO+NaHSO3(饱和)RCH(OH)SO3Na;沸点:乙醚 34,1 丁醇 118,并设计出如下提纯路线:粗品滤液有机层1 丁醇、乙醚纯品试剂 1 为 ,操作 1 为 ,操作 2 为 ,操作 3 为 。 解析:(1)实验室用锌粒和稀盐酸制备氢气;用 2 丙醇和浓硫酸共热,消去反应制备

9、丙烯;(2)在题给装置中,a 的作用是保持分液漏斗和烧瓶内的气压相等,以保证分液漏斗内的液体能顺利加入烧瓶中;b 主要是起安全瓶的作用,以防止倒吸;c 为除去 CO 中的酸性气体,选用NaOH 溶液,d 为除去 CO 中的 H2O(g),试剂选用浓硫酸;若用题给装置制备 H2,则不需要酒精灯,必须得是反应容器和滴加盐酸的仪器,氢气用向下排空气法收集,注意导气管伸入底部;(3)检验丙烯和少量 SO2、CO2及水蒸气组成的混合气体各成分时,应首先选无水 CuSO4检验水蒸气,然后用品红溶液检验 SO2,并用饱和 Na2SO3溶液除去 SO2;然后用石灰水检验 CO2,用酸性 KMnO4溶液检验丙烯

10、,应该先除尽 SO2,因为丙烯和 SO2都能使酸性 KMnO4褪色;(4)题给合成正丁醛的反应为气体体积减小的放热反应,为增大反应速率和提高原料气的转化率,选 b;(5)由操作 1 后得到“滤液”和信息可知,试剂 1 应为 NaHSO3饱和溶液,操作为过滤;加入乙醚时 1 丁醇易溶解于其中,故操作 2 为萃取分液;根据两种有机物沸点的不同,操作 3 应为蒸馏。答案:(1)Zn+2HClZnCl2+H2CH3CHCH2+H2O(3)(或)(4)b (5)饱和 NaHSO3溶液 过滤 萃取 蒸馏5.(2009 年福建理综,25,17 分)某研究性小组借助 AD 的仪器装置完成有关实验【实验一】 收

11、集 NO 气体。(1)用装置 A 收集 NO 气体,正确的操作是 (填序号)。 a.从口进气,用排水法集气b.从口进气,用排空气法集气c.从口进气,用排水法集气d.从口进气,用排空气法集气【实验二】 为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数 w(Zn)和镀层厚度,查询得知锌易溶于碱:Zn+2NaOHNa2ZnO2+H2据此,截取面积为 S 的双面镀锌薄铁板试样,剪碎、称得质量为 m1g。用固体烧碱和水作试剂,拟出下列实验方案并进行相关实验。方案甲:通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究目标。(2)选用 B 和 (填仪器标号)两个装置进行实验。 (3)测得充分反应后生成氢气的体积为 VL(标准状

12、况),w(Zn)= 。 (4)计算镀层厚度,还需要的一个物理量是 。 (5)若装置 B 中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗,测量结果将 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。 方案乙:通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。选用仪器 C 做实验,试样经充分反应,滤出不溶物、洗涤、烘干,称得其质量为 m2g。(6)w(Zn)= 。 方案丙:通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量(其差值即为 H2的质量)实现探究目标。实验同样使用仪器 C。(7)从实验误差角度分析,方案丙 方案乙(填“优于”、“劣于”或“等同于”)。 解析:(1)NO 遇空气立即被氧化,故不能用排空气法收集,只能用排水

13、法收集。排水时应用短进长出。(2)方案甲:Zn 和 Fe 中只有 Zn 可以与 NaOH 产生气体,通过排水收集气体,依据反应方程式即可算出 Zn 的质量分数。所以需要的装置有测 H2的体积的 D 装置。(3)Zn 与 H2之间量为 11,则 n(Zn)= mol,w(Zn)=22.4V1Znmm165 22.4V m(4)有了 Zn 的质量,如果有密度,则可以求出 Zn 的体积,再由 Zn 的截面积,即可求出 Zn 的高度(厚度)。(5)恒压式分液漏斗产生的气体有部分残留在分液漏斗上方,故收集气体少了,所以用普通分液漏斗时收集的 H2多一些,则计算出的 Zn 的量偏大。(6)减少的质量即为

14、Zn 的质量。(7)丙方案 H2逸出时会带出部分水蒸气造成较大误差,再者 H2质量很小,用该法测出的误差较大。答案:(1)c (2)D (3) (或等其他合理答案)165 22.4V m12.9V m(4)金属锌的密度(或其他合理答案) (5)偏大(6)(或其他合理答案) (7)劣于121mm m考点二 实验方案的设计与评价1.(2013 年天津理综,9,18 分)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水 FeCl3,再用副产品 FeCl3溶液吸收有毒的 H2S。.经查阅资料得知:无水 FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。他们设计了制备无水 FeCl3的实

15、验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:检验装置的气密性;通入干燥的 Cl2,赶尽装置中的空气;用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;体系冷却后,停止通入 Cl2,并用干燥的 N2赶尽 Cl2,将收集器密封。请回答下列问题:(1)装置 A 中反应的化学方程式为 。 (2)第步加热后,生成的烟状 FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管 A 右端。要使沉积的 FeCl3进入收集器,第步操作是 。 (3)操作步骤中,为防止 FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号) 。 (4)装置 B 中冷水浴的作用为 ;装置 C 的名称为 ;装置 D 中 FeCl2全部反应后,因失去吸收 Cl2的作用而失效,写出检验 FeCl2是否失效的试剂: 。 (5)在虚线框中画出尾气吸收装置 E 并注明试剂。.该组同学用装置 D 中的副产品 FeCl3溶液吸收 H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为