2012年高考化学分类解析：化学实验方案的设计与评价

考点20化学实验方案的设计与评价1、（2012·上海高考·15）下图所示是验证氯气性质的微型实验，a、b、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后，立即用另一培养皿扣在上面。已知：2KMnO4+16HCl→2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O对实验现象的“解释或结论”正确的是选项实验现象解释或结论Aa处变蓝，b处变红棕色氧化性：Cl2Br2I2Bc处先变红，后褪色氯气与水生成了酸性物质Cd处立即褪色7氯气与水生成了漂白性物质De处变红色还原性：Fe2+Cl-D【解析】本题通过元素化合物知识，考查考生实验能力和对实验现象的分析、推断能力。a处变蓝、b处变红棕色，说明Cl2分别与KI、NaBr作用生成I2、Br2，可证明氧化性：Cl2＞I2、Cl2＞Br2，无法证明I2与Br2之间氧化性的强弱，A项错误；C处先变红，说明氯气与水生成酸性物质，后褪色，则证明氯气与水生成具有漂白性物质，B项错误；d处立即褪色，也可能是氯气与水生成酸性物质中和了NaOH，C项错误；D处变红说明Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，证明还原性：Fe2+＞Cl-，D项正确。2、（2012·上海高考·16）实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是A．①是氨气发生装置B．③是氨气发生装置C．②是氨气吸收装置D．④是氨气收集、检验装置B【解析】本题通过NH3的制取实验，意在考查考生实验分析、实验评价能力。①装置在管口处又生成NH4Cl，无法制得NH3，A项错误；选用装置③，使用浓氨水与CaO或NaOH作用，可制取NH3，B项正确；②作为NH3的吸收装置，漏斗插入水中，不能防止倒吸，C项错误；利用④收集NH3时，收集气体不纯，D项错误。3、（2012·江苏高考·16）(12分)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO3)2，其部分工艺流程如下：(1)一定条件下，NO与NO2存在下列反应：NO(g)＋NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K=。(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是；滤渣可循环利用，滤渣的主要成分是(填化学式)。(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1：1。若n(NO)：n(NO)＞1：1,则会导致；若n(NO)：n(NO)＜1：1,则会导致。(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO3)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式。【参考答案】(1)k=c(N2O3)/c(NO)·c(NO2)(2)使尾气中NO、NO2被充分吸收Ca(OH)2(3)放气体中NO含量升高产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高(4)3NO2－＋2H＋=NO3－＋2NO↑＋H2O【分析】本题让元素化合物知识与生产工艺、化学平衡原理结合起来，引导中学化学教学关注化学学科的应用性和实践性。本题考查学生在“工艺流程阅读分析，化学反应原理在工艺流程的应用，氧化还原反应分析，相关付反应的书写”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力。【备考提示】我们元素化合物知识教学要与基本实验实验、化学反应原理、氧化还原反应、化工生产工艺、日常生活等结合起来，做到学以致用，而不是简单的来回重复和死记硬背。【解题指南】解答本题时应依据所给流程结合氮氧化物的性质和有关化学原理分析整个过程中发生的化学反应和有关操作。【解析】（1）根据反应方程式，书写有关平衡常数表达式；（2）逆流有利于气体的吸收，滤渣应为没有溶解的物质，结合流程中涉及的相关物质可知滤渣主要成分为氢氧化钙；（3）根据化合价，当一氧化氮和二氧化氮物质的量之比为1：1，刚好转化为Ca(NO2)2当一氧化氮多时，一氧化氮将过剩，当二氧化氮多时，将会有高价氮氧化物生成；（4）Ca(NO2)2转化为NO，氮化合价降低，其它产物中定有元素化合价升高，结合质量守恒、电荷平衡和电子守恒书写反应式,注意酸性条件。4、（2012·安徽高考·28）（13分）工业上从废铅酸电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏（主要成分为PbSO4）发生反应：PbSO4(s)+CO32—(aq)PbCO3(s)+SO42—(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。（1）上述反应的平衡常数表达式：K＝。（2）室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在溶液中PbSO4转化率较大，理由是。（3）查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物（不考虑PbSO4）的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：全部为PbCO3；假设二：；假设三：。（4）为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。①定性研究：请你完成下表中内容。实验步骤（不要求写出具体操作过程）预期的实验现象和结论取一定量样品充分干燥，……②定量研究：取26.7mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：。【解题指南】本题的难点是第4小题实验方案的设计，解答时要充分注意题目信息的提示，“PbCO3·Pb(OH)2和PbCO3受热都易分解生成PbO”，“取一定量样品充分干燥”这些信息都指向了运用二者加热分解产物不同的方法进行实验设计。【解析】⑴根据反应方程式容易写出反应的平衡常数表达式：K＝2423(SO)(CO)cc。⑵HCO－3难电离，相同浓度时，Na2CO3溶液中CO2－3浓度远大于NaHCO3溶液中CO2－3的浓度，CO2－3浓度越大，越有利于PbSO4的转化。⑶根据信息及假设一，不难得出假设二和假设三分别为全部为PbCO3·Pb(OH)2、PbCO321.0固体质量/mg26.722.40200400温度/℃与PbCO3·Pb(OH)2的混合物。⑷①从题目信息可知“PbCO3·Pb(OH)2和PbCO3受热都易分解生成PbO”并且前者分解有水生成，而后者没有，再联系实验步骤开始的第一句话，不难推出用验证加热分解后是否有二氧化碳和水生成的方法设计实验方案。②若全部为PbCO3根据PbCO3△PbO＋CO2↑，26.7g全部分解得到的PbO：26.7g267g·mol－1)×223g·mol－1＝22.3g，而实际质量为22.4g，因此假设一不成立【答案】⑴2423(SO)(CO)cc⑵Na2CO3相同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中，前者c(CO2－3)较大⑶全部为PbCO3·Pb(OH)2PbCO3与PbCO3·Pb(OH)2的混合物⑷①实验步骤预期的实验现象和结论取一定量样品充分干燥，然后将样品加热分解，将产生的气体依次通过盛有无水硫酸铜的干燥管和盛有澄清石灰水的烧瓶若无水硫酸铜不变蓝色，澄清石灰水变浑浊，说明样品全部是PbCO3[来源:学#科#网]②同意若全部为PbCO3，26.7g完全分解后，其固体质量为22.3g5、（2012·山东高考·30）（14分）实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4，主要流程如下：MgCl2、AlCl3的混合溶液（A）氨水（B）（1）为使Mg2+、Al3+同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入________（填“A”或“B”），再滴加另一反应物。（2）如右图所示，过滤操作中的一处错误是________。（3）判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是________。高温焙烧时，用于盛放固体的仪器名称是________。（4）无水AlCl3（183°C升华）遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是______。F中试剂的作用是__________。用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为__________。沉淀反应器过滤洗涤沉淀MgAl2O4高温焙烧干燥【解题指南】解答本题时应掌握沉淀分步析出的原理，即谁先满足QCKSp，谁先析出沉淀；另外，对于混合分离、提纯的实验原理及所用到的仪器要做到心中有数，如蒸发操作要用到蒸发皿，灼烧要用到坩埚和坩埚钳。同时要注意题目信息的运用，如AlCl3遇潮湿的空气易发生反应，注意制备它的过程中必须与水隔绝的问题。【解析】（1）为保证同时产生两种沉淀，保证足够大的OH-的浓度，同时满足QCKSp，故应先向沉淀反应器中加入氨水，即B。（2）漏斗下端应紧靠烧杯内壁。（3）除了生成沉淀Mg(OH)2、Al(OH)3外，还生成了可溶性的NH4Cl，故检验沉淀是否洗涤干净时，可检验可溶性的氯离子即可，所用的试剂为硝酸和AgNO3溶液。高温焙烧时所用盛放的仪器为坩埚。（4）从制取的氯化铝易与水反应来看，制取氯化铝的一定不用与水接触，故F中试剂的作用是防止G中水蒸气进入E中，导致氯化铝与水发生反应。装置B的作用为吸收氯气中的HCl。（5）所填试剂必须满足两个功能，一是吸水，防止空气中的水进入装置E，二是进行尾气处理，因氯气与碱反应，因此选用试剂碱石灰。【答案】（1）B（2）漏斗下端尖嘴未紧贴烧杯内壁。（3）AgNO3溶液（或硝酸酸化的AgNO3溶液），坩埚（4）除去HCl，吸收水蒸气碱石灰（或NaOH与CaO混合物）6、（2012·江苏高考·19）(15分)废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收铜并制备ZnO的部分实验过程如下：(1)①铜帽溶解时加入H2O2的目的是(用化学方程式表示)。②铜帽溶解后需将溶液中过量H2O2除去。除去H2O2的简便方法是。(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物)含量，实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu2＋的含量。实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu2＋的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节pH=3～4，加入过量KI，用Na2S2O3标准溶液滴定至终点。上述过程中的离子方程式如下：2Cu2＋＋4I－=2CuI(白色)↓＋I2I2＋2S2O32－=2I－＋S4O62－①滴定选用的指示剂为，滴定终点观察到的现象为。②若滴定前溶液中H2O2没有除尽，所测定的Cu2＋的含量将会(填“偏高”“偏低”“不变”)。(3)已知pH＞11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2－。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算)开始沉淀的pH完全沉淀的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋5.98.9实验中可选用的试剂：30%H2O2、1.0mol·L－1HNO3、1.0mol·L－1NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为：①；②；③过滤；④；⑤过滤、洗涤、干燥⑥900℃煅烧。【参考答案】(1)①Cu＋H2O2＋H2SO4=CuSO4＋2H2O②加热(至沸)(2)①淀粉溶液蓝色褪去②偏高(3)①向滤液中加入30%的H2O2使其充分反应②滴加1.0moL·L－1的氢氧化钠，调节pH约为5(或3.2≤pH＜5.9)，使Fe3＋沉淀完全④向滤液中滴加1.0moL·L－1的氢氧化钠，调节pH约为10(或8.9≤pH≤11)，使Zn2＋沉淀完全【分析】本题以实验室利用废弃旧电池的铜帽回收铜并制备ZnO制取和分析为背景的综合实验题，涉及元素化合物知识、氧化还原滴定、指示剂选择、误差分析、实验步骤、pH调节等多方面内容，考查学生对综合实验处理能力。【备考提示】实验的基本操作、实验仪器的选择、实验误差分析、物质的除杂和检验等内容依然是高三复习的重点，也是我们能力培养的重要目标之一。【解题指南】可按以下思路解答本题：【解析】（1）①结合第（1）问要求将铜帽溶解可知其目的是将铜溶解；②双氧水受热易分解；（2）①碘遇淀粉显