2020届一轮复习人教版物质的制备实验方案的设计与评价作业
第十章 化学实验基础
第31讲 物质的制备 实验方案的设计与评价
A组 基础必做题
1．下列有关实验原理或实验操作正确的是 ( C )
A．用装置甲收集SO2并验证其漂白性
B．用装置乙验证氯气与水反应有盐酸生成
C．用NaOH溶液除去苯中混有的少量苯酚，反应后分液
D．用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液
[解析] 二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色体现其还原性而非漂白性，故A错误；氯化氢易挥发，应除掉后再通入到NaHCO3溶液中，故B错误；氢氧化钠溶液与苯酚反应生成苯酚钠，苯酚钠溶于水，苯不溶于水，通过分液进行分离，故C正确；Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH、2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，都出现白色沉淀，无法鉴别，故D错误。
2．下列实验装置正确的是 ( B )
[解析] A项，二氧化氮能够与水反应，不能采用排水集气法收集二氧化氮，错误；B项，氯化铵和氢氧化钙混合加热，生成氨气，氨气的密度比空气小，可以采用向下排空气法收集，试管口塞棉花防止气体的对流，正确；C项，浓硫酸与乙醇加热时会产生二氧化硫等气体，二氧化硫也能使溴水褪色，应先除去杂质气体再进行检验，错误；D项，收集乙酸乙酯的导气管不能插入溶液中，容易产生倒吸现象，错误。
3．下列气体中，可用如图所示装置干燥、收集及处理尾气的气体是 ( C )
①H2 ②HCl ③NH3 ④Cl2 ⑤SO2 ⑥H2S ⑦NO
A．①② B．③④
C．②⑤ D．⑥⑦
[解析] 干燥剂是浓硫酸，不能干燥具有较强还原性的气体和碱性气体，故H2S、NH3不能用浓H2SO4干燥；气体收集采用的是向上排空气法，H2不能用向上排空气法收集；NO易与空气中氧气反应，不能用排空气法收集；HCl、Cl2、SO2不与浓硫酸反应，且密度比空气大，HCl、SO2在水中溶解度较大，应该用防倒吸装置进行尾气处理，氯气需要用NaOH溶液吸收，所以可用图中所示装置干燥、收集及尾气处理的气体为HCl和SO2，故C正确。
4．如图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3，仪器连接顺序正确的是 ( B )
A．a－b－c－d－e－f－g－h B．a－e－d－c－b－h－i－g
C．a－d－e－c－b－h－i－g D．a－c－b－d－e－h－i－f
[解析] 根据反应2Fe＋3Cl22FeCl3，可知装置顺序为制取氯气、除杂(HCl、水蒸气)、反应制备、尾气处理，故导管的连接顺序为a－e－d－c－b－h－i－g。
5．下列有关实验操作和结论均正确的是 ( D )
选项
实验操作
结论
A
配制Fe(NO3)2溶液时加入适量的硝酸
抑制Fe3＋水解
B
浓硫酸和蔗糖反应产生的气体通过足量的KMnO4溶液，气体全部被吸收且溶液紫红色褪去
“黑面包实验”产生的气体具有还原性
C
往溶液中滴加NaOH溶液，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸不变蓝
原溶液中无NH
D
幼儿使用含NaF的牙膏可以使牙齿上的Ca5(PO4)3OH转化为Ca5(PO4)3F，防止蛀牙
Ksp[Ca5(PO4)3F]
H3BO3
向Na2CO3溶液中滴入过量H3BO3溶液，无气泡冒出
D
验证铁的吸氧腐蚀
将铁钉放入试管中，用盐酸浸没，产生气泡
[解析] 分离胶体与溶液应该用半透膜渗析，A项错误；ZnCl2与Na2S反应后Na2S有剩余，加入CuSO4溶液，剩余的Na2S和CuSO4反应产生黑色沉淀，不能比较两者溶度积的大小，B项错误；根据强酸制弱酸原理，向Na2CO3溶液中滴入H3BO3溶液，无气泡冒出，说明H3BO3不能与Na2CO3溶液反应生成H2CO3，因而不能产生二氧化碳气体，所以能够证明酸性：H2CO3>H3BO3，C项正确；吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性条件下，在酸性条件下发生的是析氢腐蚀或化学腐蚀，D项错误。
8．某研究小组选用以下装置(夹持装置省略，装置可重复选用)进行氯化亚铁与氧气反应的探究。已知氯化亚铁的熔点为674 ℃、沸点为1023 ℃；三氯化铁在300 ℃以上易升华，易溶于水并且有强烈的吸水性。在500 ℃条件下氯化亚铁与氧气可能发生多种反应，反应之一为12FeCl2＋3O22Fe2O3＋8FeCl3。回答下列问题：
(1)仪器C的名称是__干燥管__，连接好装置后，加入药品前的操作为__检验装置的气密性__。
(2)E装置的作用是__冷凝FeCl3并收集__。
(3)反应过程发现，装置B中除生成红棕色固体外，还观察到黄绿色反应，生成该气体的化学方程式为__4FeCl2＋3O22Fe2O3＋4Cl2__。
(4)待B中充分反应后，停止加热，仍继续通入氧气直至反应管冷却。
则停止加热前是否需要先将D中导管口移出水面，为什么？__不需要；因为O2还在继续通入，不会引起倒吸__。
(5)设计实验：
①利用E装置U形管里的固体验证Fe(OH)3是弱碱：__取少量固体加水溶解，用pH试纸(或pH计)测得溶液显酸性__(简述方法)。
②利用E装置U形管里的固体配成溶液，制得某种胶体，写出制备该胶体的化学方程式：__FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl__。
[解析] (1)仪器C是干燥管；本实验是涉及气体的实验，连接好装置后，加入药品前要检验装置的气密性。
(2)三氯化铁在300 ℃以上易升华，E装置盛放的是冰盐水，作用是冷凝FeCl3并收集。
(3)装置B中生成红棕色的氧化铁和黄绿色的氯气，生成氯气的化学方程式为4FeCl2＋3O22Fe2O3＋4Cl2。
(4)待B中充分反应后，停止加热，因为继续通入氧气直至反应管冷却，所以停止加热前不需要先将D中导管口移出水面。
(5)①E装置U形管中收集的物质是氯化铁，取少量固体加水溶解，用pH试纸(或pH计)测得溶液显酸性，证明氯化铁是强酸弱碱盐，即证明Fe(OH)3是弱碱。
②在沸水中加入饱和氯化铁溶液并加热，可制备氢氧化铁胶体，化学方程式为FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。
B组 能力提升题
9．下列气体的制备和性质实验中，由现象得出的结论错误的是 ( D )
选项
试剂
试纸或试液
现象
结论
A
浓氨水、生石灰
红色石蕊试纸
变蓝
NH3为碱性气体
B
浓盐酸、浓硫酸
pH试纸
变红
HCl为酸性气体
C
浓盐酸、二氧化锰
淀粉碘化钾试液
变蓝
Cl2具有氧化性
D
亚硫酸钠、硫酸
品红试液
褪色
SO2具有还原性
[解析] A项，NH3可以用浓氨水和生石灰制取，可用红色石蕊试纸检验，试纸变蓝则说明NH3为碱性气体，正确；B项，可以制取HCl气体，pH试纸变红，则说明HCl为酸性气体，正确；C项，浓盐酸和二氧化锰加热可以制取Cl2，Cl2可以用湿润的淀粉碘化钾试液检验，试液变蓝，说明KI转化为I2，则说明Cl2有强氧化性，正确；D项，SO2使品红试液褪色体现的是SO2的漂白性，错误。
10．利用如图装置可以进行实验并能达到实验目的的是 ( D )
选项
实验目的
X中试剂
Y中试剂
A
用MnO2和浓盐酸制取并收集纯净干燥的Cl2
饱和食盐水
浓硫酸
B
用Cu与稀硝酸制取并收集纯净干燥的NO
水
浓硫酸
C
用CaO与浓氨水制取并收集纯净干燥的NH3
NaOH溶液
碱石灰
D
CaCO3和稀盐酸制取并收集纯净干燥的CO2
饱和NaHCO3溶液
浓硫酸
[解析] 用MnO2和浓盐酸制取Cl2需要加热，故A错误；由于NO易被空气中的氧气氧化，所以不能使用排空气法收集NO，故B错误；碱石灰呈固态，不能使用Y装置盛放碱石灰，且NH3密度比空气小，集气瓶的导气管应“长进短出”，故C错误；CaCO3和稀盐酸制取的CO2含有HCl和水蒸气，饱和NaHCO3溶液可以除去HCl，浓硫酸可以干燥CO2，所以可以制取并收集纯净干燥的CO2，故D正确。
11．下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是 ( C )
选项
实验目的
操作、现象
结论或原因
A
探究FeCl3溶液对H2O2的分解是否有催化作用
将2 mL 5%的H2O2溶液分别放在两支相同的试管中，其中一支浸入热水中，且加入2滴FeCl3溶液，浸入热水中的试管冒出气泡的速率快
FeCl3溶液对H2O2的分解有催化作用
B
分离乙酸(沸点117.9 ℃)和乙醇(沸点78 ℃)的混合物
蒸馏，分别收集78 ℃和117.9 ℃的馏分
沸点不同，且相差较大
C
确定碳、硅两元素的非金属性强弱
常温下测相同浓度的Na2CO3溶液和Na2SiO3溶液的pH，后者pH大
碳的非金属性强于硅的非金属性
D
探究电解池中铁作阳极时铁是否为活性电极
以铁棒作阳极，石墨棒作阴极电解稀硫酸，向阳极区滴加KSCN溶液，溶液出现红色
铁为活性电极
[解析] 验证FeCl3对H2O2分解反应有催化作用时，应保持温度相同，A项错误。乙酸在温度低于117.9 ℃也具有挥发性，收集的乙醇中会含有乙酸，正确的分离方法应是先加入足量的生石灰，然后蒸馏，收集78 ℃的馏分；向残留物中再加入浓硫酸蒸馏，收集117.9 ℃的馏分，B项错误。同浓度的Na2CO3溶液和Na2SiO3
溶液的pH后者大，说明硅酸的水解程度大于碳酸水解程度，则硅酸的酸性弱于碳酸，故可得出碳的非金属性强于硅的结论，C项正确。电解池中铁作阳极时的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，向阳极区滴加KSCN溶液，溶液不会出现红色，D项错误。
12．某同学设计了三种制备方案：①用KI晶体与浓硫酸反应制HI ②用浓度均为0.1 mol·L－1的氯化铁和氢氧化钠混合制备氢氧化铁胶体 ③用纯碱和石灰水制烧碱，可用的方案是 ( B )
A．① B．③
C．②③ D．全部
[解析] KI中的I－具有强还原性，不可用氧化性物质浓硫酸制取HI；制备氢氧化铁胶体应把饱和氯化铁溶液滴入沸水中至液体呈红褐色；用纯碱和石灰水反应除去沉淀制烧碱，只有B项正确。
13．利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是 ( C )
选项
①
②
③
实验结论
A.
浓盐酸
MnO2
NaBr溶液
氧化性Cl2>Br2
B.
浓氨水
碱石灰
AgNO3溶液
AgOH具有两性
C.
浓硫酸
Na2SO3
FeCl3溶液
SO2具有还原性
D.
稀盐酸
Na2CO3
Na2SiO3
非金属性：
Cl>C>Si
[解析] A项，浓盐酸和二氧化锰反应是在加热的条件下发生的，故不能完成实验；B项，本实验中只在硝酸银溶液中通入了氨气这一种碱性的气体，没有加入酸性的物质，故不能说明AgOH具有两性；C项，可以根据本实验得到实验的结论；D项，稀盐酸和Na2CO3反应生成的CO2中含有氯化氢气杂质，故与Na2SiO3反应生成沉淀的不知道是哪一种气体且应比较HClO4与H2CO3酸性强弱来比较非金属性，得不到正确的结论。
14．为验证氧化性Cl2>Fe3＋>SO2，某小组用如图1所示装置进行实验(夹持仪器和A中加热装置已略，气密性已检查)。
实验过程：
Ⅰ.打开弹簧夹K1～K4，从两侧通入一段时间N2，再将T形导管插入B中，继续通入N2，然后关闭K1、K3、K4。
Ⅱ.打开活塞a，滴加一定量的浓盐酸，给A加热。
Ⅲ.当B中溶液变黄时，停止加热，夹紧弹簧夹K2。
Ⅳ.打开活塞b，使约2 mL的溶液流入D试管中，检验其中的离子。
Ⅴ.打开弹簧夹K3、活塞c，加入70%的硫酸，一段时间后夹紧弹簧夹K3。
Ⅵ.更新试管D，重复过程Ⅳ，检验B溶液中的离子。
(1)A中发生反应的离子方程式为__MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O__。
(2)用70%的硫酸制取SO2，反应速率比用98%的硫酸快，原因是__70%的硫酸中的氢离子比98%的硫酸中的氢离子浓度大__。
(3)甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，他们的检测结果一定能够证明氧化性Cl2>Fe3＋>SO2的是__乙、丙__(填“甲”“乙”或“丙”)。
过程ⅣB溶液中含有的离子
过程ⅥB溶液中含有的离子
甲
有Fe3＋无Fe2＋
有SO
乙
既有Fe3＋又有Fe2＋
有SO
丙
有Fe3＋无Fe2＋
有Fe2＋
(4)进行实验过程Ⅴ时，B中溶液颜色由黄色逐渐变为红棕色，停止通气，放置一段时间后溶液颜色变为浅绿色。
查阅资源：Fe2＋(aq)＋SO(aq)FeSO3(s)(墨绿色)
提出假设：FeCl3与SO2的反应经历了中间产物FeSO3，溶液的红棕色是FeSO3(墨绿色)与FeCl3(黄色)的混合色。某同学设计如图2实验，证实该假设成立：
①溶液E和F分别为__Na2SO3__、__FeCl3__。
②请用化学平衡原理解释步骤3中红棕色溶液颜色变为浅绿色的原因__Fe3＋消耗SO，c(SO)减小，平衡Fe2＋(aq)＋SO(aq)FeSO3(s)(墨绿色)逆向移动，溶液颜色由红棕色变为浅绿色__。
15．在一定条件下，二氧化硫和氧气发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0。查阅资源知SO3的熔点为16.83 ℃，沸点为44.8℃。某化学学习小组欲通过实验测定上述反应中SO2的转化率，他们设计了如下实验。
请根据要求回答下列问题：
(1)各装置接口的连接顺序是a→__h→i→b→c→f→g→d→e__。
(2)装置Ⅳ烧杯中盛放冰水的作用是__使SO3冷凝以便从气相中分离出来__。
(3)装置Ⅰ所用硫酸，一般选用浓度为70%～80%的硫酸，原因是__硫酸浓度过大时主要以分子形式存在，反应较慢；硫酸浓度过小时生成的SO2会部分溶解在稀硫酸中__。
(4)当装置Ⅰ中反应结束时，要打开止水夹继续通入O2一段时间。继续通入O2的目的是__将装置中的SO2全部赶入装置Ⅱ中发生反应，将SO3全部赶入装置Ⅳ中冷凝为固体__。
(5)称量a g Na2SO3粉末与足量硫酸反应，实验结束后称得装置Ⅳ增重b g，列式表示该实验中SO2的转化率__×100%__。
[解析] (1)各装置接口的连接顺序为：a→h→i→b→c→f→g→d→e，装置Ⅰ的作用是制取SO2并与O2混合，装置Ⅴ的作用是干燥气体，装置Ⅱ中发生SO2的催化氧化反应，装置Ⅳ中收集SO3，装置Ⅲ的作用是吸收尾气。
(2)根据SO3的熔沸点知，装置Ⅳ烧杯中盛放冰水可使SO3冷凝以便从气相中分离出来。
(4)反应过程中装置Ⅰ中会残留SO2，装置Ⅱ中会残留SO3，反应结束后，继续通入氧气一段时间，可以将装置中的SO2全部赶入装置Ⅱ中发生反应，将SO3全部赶入装置Ⅳ中冷凝为固体，避免影响SO2转化率的测定。
(5)n(SO3)＝ mol，SO2的转化率＝÷×100%＝×100%。
