2020届一轮复习人教版第10章第4节化学实验方案的设计与评价作业

2020届一轮复习人教版第10章第4节化学实验方案的设计与评价作业

课时跟踪 练(三十四)　化 学实验方案的 设计与评价 1．某研究小组探究在加热条件下 FeSO4 分解的气体产物及相关 性质。已知：SO2 的沸点为－10 ℃、SO3 的沸点为 44.8 ℃。 Ⅰ.用如图所示装置设计实验，验证 FeSO4 分解生成的气体产物。 (1)实验前必须进行的操作是____________________________。 (2)按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：a→ ____________________。 (3)若观察到装置丙中有无色液体产生，装置丁中溶液变成无色， 则 FeSO4 分解的化学方程式为_______________________________ _____________________________________________________。 Ⅱ.为探究 SO2 使品红溶液褪色的原理，进行如下实验： 实验 1：将稀盐酸和 NaOH 溶液分别滴入品红水溶液中。观察到 前者溶液颜色变浅，但未能完全褪色，后者溶液颜色几乎不变。 实验 2：向滴有稀盐酸和 NaOH 溶液的两份品红水溶液中分别 通入 SO2。观察到前者溶液逐渐褪色，后者溶液很快褪色。 实验 3：在两份品红水溶液中分别加入一小粒 Na2SO3 固体和 NaHSO3 固体，前者溶液很快褪色，后者溶液褪色很慢。 (4)由实验 1 可推测品红水溶液呈________性。 (5)由实验 2、3 可推知，使品红水溶液褪色的主要微粒是 ________(填化学式)。 (6)若将 SO2 通入品红的无水乙醇溶液，试预测可能出现的现象： _____________________________________________________。 (7)加热溶有 Na2SO3 的品红水溶液，发现不能恢复红色，试解释 原因：_________________________________________________ _____________________________________________________。 解析：Ⅰ.(1)验证 FeSO4 分解生成的气体产物，气体制备或检验 气体产生的实验，在实验前必须检查装置气密性。 (2)先将高温分解气体通过装置丙，冷却收集得三氧化硫，再通 过装置丁的品红水溶液检验二氧化硫的存在，最后用装置乙吸收尾气， 按气流方向连接顺序为 a→d→e→f→g→b→c。 (3)若观察到装置丙中有无色液体产生，则产物有三氧化硫；装 置丁中溶液变成无色，则产物中有二氧化硫，则 FeSO4 分解的化学方 程式为 2FeSO4 ===== △ Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。 Ⅱ.(4)加入稀盐酸时品红颜色变浅，而加入氢氧化钠溶液时溶液 颜色几乎不变，说明酸对品红溶液影响大，则由实验 1 可推测品红水 溶液呈碱性。 (5)实验 2：SO2 通入盐酸中不反应，以亚硫酸的形式存在溶液中， 溶液中电离出的亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子浓度都很小，品红水 溶液逐渐褪色；SO2 通入氢氧化钠溶液中反应生成亚硫酸钠，溶液中 亚硫酸根离子(或亚硫酸氢根离子)浓度较大，品红水溶液很快褪色； 可能是由亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子引起；实验 3：在两份品红 水溶液中分别加入一小粒 Na2SO3 固体和 NaHSO3 固体，前者溶液很 快褪色，后者溶液褪色很慢。进一步说明是由亚硫酸根离子引起的褪 色而不是亚硫酸氢根离子；即 SO2－3 。 (6)根据上述实验可知，使品红水溶液褪色的是亚硫酸根离子， 若将 SO2 通入品红的无水乙醇溶液中，溶液中不存在亚硫酸根离子， 则品红的无水乙醇溶液不褪色。 (7)Na2SO3 溶液中的 c(SO2－3 )大，加热后虽然 SO 2－3 水解程度增大， 但仍无法除尽，不能使品红水溶液恢复红色。 答案：Ⅰ.(1)检查装置气密性　(2)d→e→f→g→b→c (3)2FeSO4 ===== △ Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑　Ⅱ.(4)碱 (5)SO2－3 　(6)品红的无水乙醇溶液不褪色 (7)Na2SO3 溶液中的 c(SO2－3 )大，加热后虽然 SO 2－3 水解程度增大， 但仍无法除尽 2．(2019·济南调研)三氯氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料，工 业 上 可 以 直 接 氧 化 PCl3 制 备 POCl3 ， 反 应 原 理 为 P4( 白 磷 ) ＋ 6Cl2===4PCl3、2PCl3＋O2===2POCl3。PCl3、POCl3 的部分性质如下： 项目 熔点/℃ 沸点/℃ 其他 PCl3 －112 75.5 遇水生成 H3PO3 和 HCl POCl3 2 105.3 遇水生成 H3PO4 和 HCl 某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下(某些夹持装置、加热 装置已略去)： (1)仪器 a 的名称为______________，B 装置中长颈漏斗的作用 是______________________________________________________。 (2)装置 E 用来制取 Cl2，反应的离子方程式为______________ _____________________________________________________。 (3)为使实验顺利进行，还需补充的装置为__________________ _____________________________________________________。 (4)反应时，需严格控制三个条件： ①先制取______________，缓慢地通入 C 中，直至 C 中的白磷 消失后，再通入另一种气体。 ②C 装置用水浴加热控制温度为 60 ℃～65 ℃，除加快反应速 率外，另一目的是___________________________________________ _____________________________________________________。 ③反应物必须干燥，否则会在 C 装置中产生大量的白雾，其主 要成分为_____________________________________(写化学式)。 (5)反应结束后通过下面步骤测定 POCl3 产品中 Cl 的含量，元素 Cl 的质量分数为___________________________________________ _______________________________________ (写出计算式)。 Ⅰ.取 x g 产品于锥形瓶中，加入足量 NaOH 溶液，POCl3 完全 反应后加稀硝酸至酸性； Ⅱ.向锥形瓶中加入 0.100 0 mol·L －1 的 AgNO3 溶液 40.00 mL， 使 Cl－完全沉淀； Ⅲ.再向锥形瓶中加入 20 mL 硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机 物覆盖； Ⅳ.然后加入指示剂，用 c mol·L －1 NH4SCN 溶液滴定过量 Ag＋ 至终点，记下所用体积为 V mL。 [已知：AgPO4 溶于酸，Ksp(AgCl )＝32×10－10，Ksp(AgSCN )＝2 ×10－12] 解析：(1) 仪器 a 的名称是冷凝管(或球形冷凝管)，装置 A 中产 生氧气，发生反应的化学方程式为 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ (或 2H2O2 ===== MnO2 2H2O＋O2↑)；B 装置的作用除观察 O2 的流速之外， 还有平衡气压、干燥 O2(或平衡气压和除去水，防止 PCl3 和 POCl3 遇 水反应引入杂质)。 (2)二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的 离子方程式为 4H＋＋2Cl－＋MnO2 ===== △ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (3)C 装置为氯气和磷发生反应的装置，反应结束后会有氯气从冷 凝管 a 中溢出，污染空气，需要吸收处理；同时，POCl3 和 PCl3 遇 水会发生反应，为使实验顺利进行，需要在 a 仪器后连接装有碱石灰 的干燥管，防止外界中水蒸气进入 C 装置内。 (4)根据题意可知，要先制备出三氯化磷，然后其被氧化为 POCl3，所以先制取氯气，缓慢地通入 C 中，直至 C 中的白磷消失后， 再通入另一种氧气。②由于 PCl3 的沸点是 75.5 ℃，因此控制温度 60 ℃～65 ℃，其主要目的是加快反应速率，同时防止 PCl3 气化。③ POCl3 和 PCl3 遇水会发生反应，均生成氯化氢，遇到水蒸气产生大 量的白雾，所以反应物必须干燥。 (5)根据题意可知，NH4SCN 的物质的量为 0.001 cVmol，则与之 反应的银离子的物质的量为 0.001 cVmol，而总的银离子的物质的量 为 0.004 mol，所以与氯离子反应的银离子的物质的量为 0.004 mol－ 0.001 cVmol，因此氯离子的物质的量为 0.004 mol－0.001 cVmol，则 产品中 Cl 元素的含量为（0.004－0.001cV） × 35.5 x ×100%。 答案：(1)球形冷凝管　平衡气压 (2)4H＋＋2Cl－＋MnO2 ===== △ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (3)在 a 仪器后连接装有碱石灰的干燥管 (4)①Cl2　②防止 PCl3 气化　③ HCl (5)（4 × 10－3－cV × 10－3） × 35.5 x ×100% (或3.55 × （4－cV） x %) 3．有资料显示过量的氨气和氯气在常温下可合成岩脑砂(主要成 分为 NH4Cl)，某小组对岩脑砂进行以下探究。 Ⅰ.岩脑砂的实验室制备。 (1)C 装置中盛放碱石灰的仪器名称为_____________________。 (2)为使氨气和氯气在 D 中充分混合并反应，上述装置的连接顺 序为 a→d→c→________、__________←j←i←h←g←b。 (3)装置 D 处除易堵塞导管外，还有不足之处为_____________ _____________________________________________________。 (4)检验氨气和氯气反应有岩脑砂生成时，除了蒸馏水、稀 HNO3 、 AgNO3 溶 液 、 红 色 石 蕊 试 纸 外 ， 还 需 要 的 试 剂 为 ________________。 Ⅱ.天然岩脑砂中 NH4Cl 纯度的测定(杂质不影响 NH4Cl 纯度测 定)。 已知：2NH4Cl＋3CuO ===== △ 3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。 步骤：①准确称取 1.19 g 岩脑砂；②将岩脑砂与足量的氧化铜混 合加热(装置如下)。 (5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将 H 和 K 中装入蒸 馏水，然后加热 G，_________________________________________， 则气密性良好。 (6)装置 H 的作用_______________________________________ _____________________________________________________。 (7)实验结束后，装置 I 增重 0.73 g，则天然岩脑砂中 NH4Cl 的 质量分数为_______________________________________________。 (8)若用 K 中气体体积测定 NH4Cl 纯度，当量气管内液面低于量 筒内液面时，所测纯度__________(填“偏高”“偏低”或“ 无影 响”) 解析：(1)C 装置中盛放碱石灰的仪器名称为干燥管。 (2)制取氨气的气流顺序为 adc，制取氯气的气流顺序为 bghij， 考虑到氯气的密度比空气大，氨气的密度比空气小，所以氨气从 e 口 进，氯气从 f 口进，氨气和氯气会形成逆向流动，更有利于二者充分 混合，同时注意确定连接顺序时，氯气气流是从右向左的，合理的连 接顺序为 a→d→c→e→f←j←i←h←g←b。　 (3)装置 D 处发生反应生成了氯化铵，氯化铵为固体小颗粒，导 管太细，固体颗粒容易堵塞导管；因为氯气有毒，需要有尾气处理装 置，所以不足之处为：无尾气处理装置。 (4)检验固体氯化铵中的铵根离子需要氢氧化钠溶液和红色石蕊 试纸，检验氯离子需要蒸馏水、硝酸银和稀硝酸，所以还需要的试剂 为氢氧化钠浓溶液。 Ⅱ.(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将 H 和 K 中装入 蒸馏水，然后加热 G，导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形 成一段水柱，则气密性良好。 (6)产生的气体通过装置 H 中的浓硫酸，能够吸收混合气体中的 水蒸气，防止对 HCl 测定造成干扰，减小实验误差。 (7)装置 I 增重为氯化氢气体的质量，0.73 g 氯化氢的物质的量为 0.02 mol，根据反应：2NH4Cl＋3CuO ===== △ 3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋ 3H2O 可知，消耗氯化铵的量为 0.02 mol，质量为 0.02×53.5＝1.07 g，则天然岩脑砂中 NH4Cl 的质量分数为1.07 g 1.19 g ×100%＝89.9%。 (8)当量气管内液面低于量筒内液面时，所测定氮气的体积偏小， 根据反应：2NH4Cl＋3CuO ===== △ 3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O 可知， 氯化铵的质量偏小，所测纯度偏低。 答案：Ⅰ.(1)干燥管　(2) e　f　(3)无尾气处理装置 (4)氢氧化钠浓溶液 Ⅱ.(5)导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱　 (6)吸收反应产生的水蒸气，防止对 HCl 测定造成干扰　(7) 89.9%　 (8)偏低 4．(2018·天津卷)烟道气中的 NOx 是主要的大气污染物之一， 为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。 回答下列问题： Ⅰ.采样 采样步骤： ①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至 140 ℃；③打开 抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停 止采样。 (1)A 中装有无碱玻璃棉，其作用为_________________________ _____________________________________________________。 (2)C 中填充的干燥剂是________(填序号)。 a．碱石灰　　　b．无水 CuSO4　　　c．P2O5 (3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与 D(装有碱液)相同， 在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。 (4)采样步骤②加热烟道气的目的是_______________________ _____________________________________________________。 Ⅱ.NOx 含量的测定 将 v L 气样通入适量酸化的 H2O2 溶液中，使 NOx 完全被氧化成 NO－3 ，加水稀释至 100.00 mL。量取 20.00 mL 该溶液，加入 v1 mL c1 mol·L－1 FeSO4 标准溶液(过量)，充分反应后，用 c2 mol·L－1 K2Cr2O7 标准溶液滴定剩余的 Fe2＋，终点时消耗 v2 mL。 (5)NO 被 H2O2 氧 化 为 NO －3 的 离 子 方 程 式 为 _________________ _____________________________________________________。 (6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有______________________。 (7)滴定过程中发生下列反应： 3Fe2＋＋NO－3 ＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O Cr2O2－7 ＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 则气样中 NOx 折合成 NO2 的含量为______mg·m－3。 (8)判断下列情况对 NOx 含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低” 或“无影响”)。 若缺少采样步骤③，会使测定结果________________________。 若 FeSO4 标准溶液部分变质，会使测定结果________________。 解析：(1)装置 A 是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去 粉尘。 (2)C 中填充的是干燥剂，除去 H2O 且不能与 NOx 反应，所以应 选有酸性、干燥能力强的 P2O5。 (3)D 装置中装有碱液，用于除去 NOx，作用与实验室中的洗气 瓶相同，该装置的示意图为 。 (4)烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至 140 ℃的 目的是防止 NOx 溶于冷凝水。 (5)NO 被 H2O2 氧化为 NO－3 ，H2O2 的还原产物为 H2O，离子方 程式为 2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO－3 ＋2H2O。 (6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴 定液呈酸性，所以选用酸式滴定管。 (7)滴定过程中发生反应： 3Fe2＋＋NO－3 ＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋3H2O Cr2O2－7 ＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 与 Cr2O 2－7 反 应的 Fe2＋的物质的量为 6c2v2×10－3 mol，标准液中 Fe2＋的物质的量 为 c1v1×10－3 mol，则与 NO －3 反应的 Fe2＋的物质的量为(c1v1－6c2v2) ×10－3 mol，NO－3 的物质的量为（c1v1－6c2v2） × 10－3 3 mol，则 v L 气样中折合成 NO2 的含量为（c1v1－6c2v2） × 10－3 3v L mol×46 g·mol －1× 100 mL 20 mL ×1 000 mg·g－1×1 000 L·m－3＝ 23 × （c1v1－6c2v2） 3v ×104 mg·m－3。 (8)若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中 NOx 偏少，测定结果偏低。若 FeSO4 标准溶液部分变质，溶液中的 Fe2＋ 浓度减小，消耗的 K2Cr2O7 标准溶液体积减小，使测定结果偏高。 答案：(1)除尘 (2)c (3) (4)防止 NOx 溶于冷凝水 (5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO－3 ＋2H2O (6)锥形瓶、酸式滴定管 (7)23 × （c1v1－6c2v2） 3v ×104 (8)偏低　偏高