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1第2讲化学实验方案的设计与评价一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分,每小题只有一个选项符合题意)1.为证明铁的金属活动性比铜的强,某同学设计了如下一些方案:方案现象或产物①将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出②将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2③将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4④将铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解铜片逐渐溶解⑤将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中,并用导线连接铁片溶解,铜片上有气泡产生能根据现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有()A.2种B.3种C.4种D.5种解析:证明金属的活动性强弱,通常可根据以下一些实验事实来设计实验方案:金属单质与水或酸反应置换氢气的难易、形成的氢氧化物的碱性强弱、金属之间的相互置换、构成原电池的电极反应等。①是利用了置换反应,可行;⑤是利用原电池的电极反应来判断金属的活动性强弱,而②③④都不能用于判断金属的活动性强弱。答案:A2.(2014四川理综,4)下列实验方案中,不能达到实验目的的是()选项实验目的实验方案A检验CH3CH2Br在NaOH溶液中是否发生水解将CH3CH2Br与NaOH溶液共热。冷却后,取出上层水溶液,用稀硝酸酸化,加入AgNO3溶液,观察是否产生淡黄色沉淀续表选项实验目的实验方案B检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变红C验证Br2的氧化性强于I2将少量溴水加入KI溶液中,再加入CCl4,振荡,静置,可观察到下层液体呈紫色D验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡,可观察到沉淀由白色变为红褐色解析:CH3CH2Br在NaOH溶液中水解会产生Br-,先加稀硝酸中和NaOH,再加入AgNO3溶液检验Br-的存在,A正确;Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后,在酸性条件下N能氧化Fe2+生成Fe3+,滴加KSCN溶液,溶液一定会变红,B错误;单质氧化性强弱可利用置换反应验证,C正确;溶解度小的沉淀容易向溶解度更小的沉淀转化,Mg(OH)2悬浊液中加入FeCl3溶液,沉淀由白色转化为红褐色,证明Fe(OH)3的溶解度更小,D正确。答案:B3.下列实验设计不能达到预期目的的是()选项实验操作实验目的A向盛有1mL硝酸银溶液的试管中滴加NaCl溶液,至不再有沉淀生成,再向其中滴加Na2S溶液说明一种沉淀能转化为另一种更难溶的沉淀B在两支试管中分别加入相同体积相同浓度的H2O2溶液,再向研究催化剂对反应速率的影响2其中一支试管中加入适量FeCl3溶液C向沸腾的蒸馏水中逐滴滴入适量FeCl3饱和溶液,边滴边用玻璃棒搅拌,继续煮沸制备Fe(OH)3胶体D将铜片和锌片用导线连接后同时插入稀硫酸溶液中比较锌和铜的金属活动性解析:A项中的AgCl会转化为Ag2S,可观察到白色沉淀转化为黑色沉淀,说明一种沉淀能转化为另一种更难溶的沉淀,故A正确。氯化铁在过氧化氢分解反应中作催化剂,则在两支试管中分别加入相同体积相同浓度的H2O2溶液,再向其中一支试管中加入适量FeCl3溶液,观察到加了氯化铁的反应快,可说明催化剂加快了反应速率,故B正确。向沸腾的蒸馏水中逐滴滴入适量FeCl3饱和溶液,可制备胶体,但制备胶体的过程中不能搅拌或加热,搅拌或加热能促进胶体聚沉,故C错误。原电池中负极金属较活泼,则将铜片和锌片用导线连接后同时插入稀硫酸溶液中,Zn作负极,可比较锌和铜的金属活动性,故D正确。答案:C4.(2014江苏南京、盐城二模)下列有关实验正确的是()A.图1:稀释浓硫酸B.图2:实验室制备氨气C.图3:实验室制备乙酸乙酯D.图4:检验浓硫酸与蔗糖反应产生的二氧化硫解析:浓硫酸溶于水为放热过程,不可在量筒中直接稀释浓硫酸,以免损坏仪器,故A错误。氯化铵加热分解生成氨气和氯化氢气体,遇冷又化合成氯化铵,得不到氨气,故B错误。实验室制备乙酸乙酯,应该用饱和Na2CO3溶液冷却吸收乙酸乙酯蒸气,不可用氢氧化钠溶液吸收,因在NaOH溶液存在的条件下,乙酸乙酯会水解,故C错误。蔗糖与浓硫酸反应产生的SO2能使品红溶液褪色,过量的SO2用酸性KMnO4溶液吸收,以防止污染环境,故D正确。答案:D5.(2014课标全国Ⅰ,13)利用下图所示装置进行下列实验,能得出相应实验结论的是()选项①②③实验结论A稀硫酸Na2SAgNO3与AgCl的浊液Ksp(AgCl)Ksp(Ag2S)B浓硫酸蔗糖溴水浓硫酸具有脱水性、氧化性C稀盐酸Na2SO3Ba(NO3)2溶液SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀D浓硝酸Na2CO3Na2SiO3溶液酸性:硝酸碳酸硅酸3解析:A选项,H2S与AgNO3反应生成黑色沉淀Ag2S,无法说明生成的Ag2S是由AgCl与H2S反应转化得到的,错误;B选项,蔗糖变黑说明浓硫酸具有脱水性,溴水褪色说明有SO2生成,可以证明浓硫酸具有氧化性,正确;SO2与BaCl2不反应,与Ba(NO3)2发生氧化还原反应而生成白色沉淀,故C选项错误;D选项,浓硝酸具有挥发性,③中生成的沉淀H2SiO3可能是硅酸钠与硝酸反应生成的,错误。答案:B6.已知某白色混合物粉末由下表中的部分离子组成:阳离子K+、Na+、N阴离子S、C、Cl-、HC为初步探究其组成,设计实验方案如下:步骤操作现象(1)取少许该白色粉末于一支试管中,用酒精灯充分加热固体质量无变化(2)另取少量该白色粉末于试管中,用蒸馏水溶解后滴加稀硝酸至过量有气泡产生(3)取步骤(2)中少许溶液于一支试管中,加入Ba(NO3)2溶液,振荡无明显变化则该混合物的组成可能是()A.K2SO4、Na2CO3B.KHCO3、NaClC.KCl、Na2CO3D.(NH4)2CO3、NaCl解析:(1)取少许该白色粉末于试管中,用酒精灯充分加热,固体质量无变化,说明不含HC。(2)另取少量该白色粉末于试管中,用蒸馏水溶解后滴加稀硝酸至过量有气泡产生,说明含有C,因加热时固体质量不变,则说明不含(NH4)2CO3。(3)取步骤(2)中少许溶液于试管中,加入Ba(NO3)2溶液,振荡无明显变化,说明不含S,综上所述,可知C正确。答案:C7.下列实验不能达到目的的是()解析:锌可与稀硫酸反应生成氢气,可根据一定时间内注射器内收集的气体的体积变化计算出反应速率,故A正确。CO2可与NaOH浓溶液反应导致烧瓶内压强减小而形成喷泉,故B正确。氨气溶于水后烧瓶内压强减小,从而导致气球体积增大,故C正确。NaHCO3不稳定,应放在小试管中,碳酸钠难分解,故D错误。答案:D二、非选择题(本题包括4小题,共58分)8.(2014广东理综,33)(12分)H2O2是一种绿色氧化还原试剂,在化学研究中应用广泛。4(1)某小组拟在同浓度Fe3+的催化下,探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器:30%H2O2、0.1mol·L-1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。①写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目:。②设计实验方案:在不同H2O2浓度下,测定(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。③设计实验装置,完成如图装置示意图。④参照下表格式,拟定实验表格,完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据;数据用字母表示)。物理量实验序号V[0.1mol·L-1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……(2)利用下图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连接的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的(填“深”或“浅”),其原因是。解析:(1)电子转移的方向和数目用单线桥或双线桥表示均可;依据题给图示可知应该是测定氧气的体积,结合题给提示要求所测得的数据能直接体现反应速率大小,可知实验方案设计可以是测定收集到相同体积的O2所需的时间(或相同时间内所收集O2的体积);测定氧气的体积可以用量筒,也可以采用排水的量气装置;依据变量唯一化的原则,催化剂Fe2(SO4)3溶液的浓度不能改变,H2O2的浓度发生改变,两次实验Fe2(SO4)3溶液、H2O2溶液和蒸馏水的总体积应该相同,所记录的数据是V[0.1mol·L-1Fe2(SO4)3]、V(30%H2O2)、V(蒸馏水)、收集到气体的体积、时间。(2)由图(a)可知双氧水分解的反应是放热的,由图(b)可知NO2生成N2O4的反应也是放热的,H2O2分解放出的热量使右侧烧杯中的液体温度升高,热量传导给B瓶气体,使放热反应2NO2N2O4的平衡逆向移动,导致c(NO2)增大,体系内气体的颜色加深。答案:(1)①或5②收集到相同体积的O2所需的时间(或相同时间内所收集O2的体积)③或或④对应于②中“收集到相同体积的O2所需的时间”时的答案示例物理量实验序号V[0.1mol·L-1Fe2(SO4)3]/mLV(30%H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2)/mLt/min1abcd2acbd对应于②中“相同时间内所收集O2的体积”时的答案示例物理量实验序号V[0.1mol·L-1Fe2(SO4)3]/mLV(30%H2O2)/mLV(H2O)/mLt/minV(O2)/mL1abcd2acbd备注:两次实验需要保持溶液总体积不变(2)深由图(a)可知H2O2分解放热,导致B瓶温度升高,又据图(b)可知反应2NO2(g)N2O4(g)为放热反应,温度升高使平衡逆向移动,从而使B瓶中NO2浓度升高,颜色变深9.(2014山东理综,31)(14分)工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O,实验室可用如下装置(略去部分夹持仪器)模拟生产过程。烧瓶C中发生反应如下:Na2S(aq)+H2O(l)+SO2(g)Na2SO3(aq)+H2S(aq)(Ⅰ)2H2S(aq)+SO2(g)3S(s)+2H2O(l)(Ⅱ)S(s)+Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq)(Ⅲ)(1)仪器组装完成后,关闭两端活塞,向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱,若,则整个装置气密性良好。装置D的作用是。装置E中为溶液。(2)为提高产品纯度,应使烧瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反应,则烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为。(3)装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,其中的液体最好选择。a.蒸馏水b.饱和Na2SO3溶液c.饱和NaHSO3溶液d.饱和NaHCO3溶液实验中,为使SO2缓慢进入烧瓶C,采用的操作是。已知反应(Ⅲ)相对较慢,则烧瓶C中反应达到终点的现象是。反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A,实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器还有。6a.烧杯b.蒸发皿c.试管d.锥形瓶(4)反应终止后,烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶即可析出Na2S2O3·5H2O,其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。利用所给试剂设计实验,检测产品中是否存在Na2SO4,简要说明实验操作、现象和结论:。已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解:S2+2H+S↓+SO2↑+H2O供选择的试剂:稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液解析:(1)E中溶液用来吸收多余的SO2气体,应用NaOH溶液,由于SO2易溶于NaOH溶液,会发生倒吸,故装置D“短进长出”用来防倒吸。(2)由C中发生的三个反应可知其总反应为2Na2S+Na2SO3+3SO23Na2S2O3,所以Na2S与Na2SO3的物质的量之比为2∶1。(3)B中液体不能溶解SO2,不能与SO2反应,符合条件的只有饱和NaHSO3溶液;为使SO2缓慢进入烧瓶C,A中反应应缓慢进行,可通过控制滴加硫酸的速度来实现;反应(Ⅲ)是固体硫与Na2SO3溶液的反应,若反应达到终点,硫会消失,溶液变澄清。底部面积较大的玻璃仪器加热时需垫石棉网,如烧杯、烧瓶、锥形瓶等。(4)利用所给信息,可将产品溶于足量稀盐酸,再加