2018届一轮复习人教版探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价学案

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第35讲　探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价 考点一　猜想型实验方案的设计 某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：‎ 假设一：溶液中的NO 假设二：溶液中溶解的O2‎ ‎(1)验证假设一 该小组设计实验验证了假设一。请在下表空白处填写相关实验现象。‎ 实验步骤 实验现象 结论 实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________‎ 假设一成立 实验2：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________‎ ‎(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图。‎ 实验1中溶液pH变小的原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)验证假设二 ‎ 请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：‎ ‎ ‎(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者________(填“大于”或“小于”)后者，理由是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)不含O2的BaCl2溶液中通入SO2气体无明显现象；向不含O2的Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体产生白色沉淀，表明溶液中的NO能氧化SO2气体产生BaSO4白色沉淀。(2)向BaCl2溶液中通入SO2气体，二者不发生反应，但SO2溶于水可以与水反应生成H2SO3使溶液显酸性；向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体，NO可以把SO2氧化为H2SO4使溶液pH减小，反应的离子方程式为3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋4H＋＋2NO。(4)由O2氧化H2SO3的离子方程式2H2SO3＋O2===4H＋＋2SO和NO氧化H2SO3的离子方程式3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O知，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者，故反应后两溶液的pH前者小于后者。‎ 答案：　(1)无明显现象　有白色沉淀 ‎(2)SO2溶于水生成H2SO3　3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋4H＋＋2NO(或3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O)‎ ‎(3)‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：‎ 实验1作为参照实验 实验3：将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的 25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立 ‎ ‎(4)小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者(本题部分小题属于开放性试题，合理答案均可)‎ ‎[即时巩固]‎ 漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂 ‎ 实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。‎ ‎(1)提出合理假设。‎ 假设1：该漂白粉未变质，只含有 ________；‎ 假设2：该漂白粉全部变质，只含有 ________；‎ 假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。‎ ‎(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol/L盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－)‎ 实验步骤 预期现象和结论 ‎①‎ 取少量上述漂白粉于试管中，________‎ ‎________‎ ‎②‎ ‎______________‎ ‎________‎ 答案：　(1)假设1：只含有Ca(ClO)2；假设2：只含有CaCO3‎ ‎(2)‎ 实验步骤 预期现象和结论 ‎①‎ 加入适量1 mol/L盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中 若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立；‎ 若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立 ‎②‎ 向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)‎ 若品红溶液褪色，则假设3成立；‎ 若品红溶液不褪色，则假设2成立 考点二　定量实验方案的设计及数据处理 考向一　测定数据的方法 ‎1．沉淀法 先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。‎ ‎2．测气体体积法 对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。‎ ‎3．测气体质量法 将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。‎ ‎4．滴定法 即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。‎ 某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下实验。‎ ‎①氨的测定：精确称取w g X，加适量水溶解，注入如下图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%的NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1 mL c1 mol·L－1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2 mol·L－1的NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。‎ ‎②氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)装置中安全管的作用原理是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用________式滴定管，可使用的指示剂为________。‎ ‎(3)样品中氨的质量分数表达式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验，若气密性不好，测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。‎ ‎(5)测定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是 ‎________________________________________________________________________；‎ 滴定终点时，若溶液中c(Ag＋)＝2.0×10－5 mol·L－1，c(CrO)为________mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12]‎ ‎(6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为________。制备X的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________；‎ X的制备过程中温度不能过高的原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)安全管的作用主要是平衡装置内的压强，当装置内压力过大时，安全管中液面上升，使装置中的压力稳定。(2)装NaOH标准溶液应使用碱式滴定管，指示剂可选择酚酞或甲基红等。(3)样品中氨的含量根据NH3消耗的盐酸标准溶液的量计算：w＝×100%。(4)若装置气密性不好，则氨可能泄漏，消耗的盐酸标准溶液减少，则测定结果偏低。(5)由于AgNO3见光易分解，故装AgNO3‎ 溶液选用棕色滴定管。滴定终点时：c(CrO)＝＝ mol·L－1＝2.8×10－3 mol·L－1。(6)样品中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，故X的化学式为[Co(NH3)6]Cl3，Co的化合价为＋3；制备X的化学方程式为2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O；由于反应物中含有H2O2和NH3，温度过高H2O2分解，氨气逸出，故制备过程中温度不能过高。 ‎ 答案：　(1)当A中压力过大时，安全管中液面上升，使A瓶中的压力稳定　(2)碱　酚酞(或甲基红)‎ ‎(3)×100%‎ ‎(4)偏低　(5)防止硝酸银见光分解　2.8×10－3‎ ‎(6)＋3　2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O 温度过高过氧化氢会分解、氨气会逸出 考向二　实验数据的处理与分析 ‎1．数据的表格化 项目 实验编号　　　‎ 项目1‎ 项目2‎ 项目3‎ 项目4…‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎ (1)根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。‎ ‎(2)应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。‎ ‎(3)设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。‎ ‎2．数据的图象化 图象化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图象化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。‎ ‎(2016·山东济南期末)某位同学在查阅资料时发现含氮化合物有以下性质：‎ ‎①常温下NO2和N2O4混合存在，在低于0 ℃的过冷水中只有无色的N2O4液体或晶体存在；‎ ‎②浓硝酸与铜、银等不活泼金属反应时除生成NO2气体外还有少量NO生成。‎ 该同学在验证了“性质①”后又设计了如下装置验证“性质②”，同时测定某电器元件中铜银合金材料的含铜量。实验步骤如下：‎ 第一步：检验装置的气密性后加入相关药品；‎ 第二步：打开K1，通入氮气一段时间，关闭K1，打开A中分液漏斗的活塞，向盛有7 ‎ g铜银合金粉末的圆底烧瓶中加入13.5 mol·L－1浓硝酸100 mL；‎ 第三步：A中反应结束后，……；‎ 第四步：打开K1，通入氮气一段时间。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)实验前、后都需要打开K1，通入氮气一段时间。‎ ‎“第二步”中通入氮气是为了 ‎________________________________________________________________________；‎ ‎“第四步”中通入氮气是为了 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)“第三步”的目的是验证“性质②”并确保有害气体被完全吸收，请补全实验步骤并写出能证实“性质②”的预期现象：A中反应结束后，‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)实验结束后，通过测量确定装置A烧瓶中溶液的体积为100 mL，装置C增重3.22 g，装置E增重0.54 g(E中N元素均以NO的形式存在)，不考虑硝酸的挥发与分解以及空气对试剂的影响，则实验所用铜银合金中铜的质量分数为__________(结果保留3位有效数字)，实验后装置A烧瓶内溶液中硝酸的物质的量浓度为__________mol·L－1。‎ ‎(4)已知存在可逆反应：Ag＋FeCl3AgCl＋FeCl2，另一位同学提出可以通过向盛有铜银合金的容器中加入足量FeCl3溶液的方法快速确定合金的含铜量，计算时所需的数据是铜银合金的质量和 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)由于装置中含有空气，而空气中的氧气能把NO氧化为NO2，从而干扰对NO的检验，所以实验前通入氮气是为了排尽装置中的空气，防止生成的NO被氧化；实验后通入氮气是为了保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收。(2)“第三步”的目的是验证浓硝酸与铜、银等不活泼金属反应时除去生成NO2气体外还有少量NO生成，所以打开K2，持续通入氧气，若D中出现红棕色气体，可证明“性质②”。(3)实验结束后，装置C增重3.22 g，装置E增重0.54 g(E中N元素均以NO的形式存在)，可知反应产生的NO2的物质的量为×2＝0.07 mol，设NO的物质的量为n mol，根据4NO＋3O2＋4NaOH===4NaNO3＋2H2O，参加反应的O2的物质的量为0.75n mol，则30 g·mol－1×n mol＋32 g·mol－1×0.75n mol＝0.54 g，解得n＝0.01，设铜的物质的量为x mol，银的物质的量为y ‎ mol，根据得失电子守恒与质量守恒可得2x mol＋y mol＝0.07 mol＋0.01 mol×3,64 g·mol－1×x mol＋108 g·mol－1×y mol＝7 g，联立可解得：x＝0.025，y＝0.05；故铜的质量分数为×100%＝22.9%；反应过程中消耗的硝酸为0.025 mol×2＋0.05 mol＋0.07 mol＋0.01 mol＝0.18 mol，则实验后装置A烧瓶内溶液中硝酸的物质的量浓度为＝11.7 mol·L－1。(4)由于反应后金属银生成了氯化银，所以要测定该铜银合金中铜的质量分数，测定铜银合金的质量和反应中产生沉淀的质量即可。‎ 答案：　(1)排尽装置中的空气，防止生成的NO被氧化　保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收 ‎(2)打开K2，持续通入氧气，D中出现红棕色气体 ‎(3)22.9%　11.7‎ ‎(4)反应中产生沉淀的质量 考点三　探究物质性质实验方案的设计 考向一　探究物质的性质 信息1：亚硝酸(HNO2)是一种弱酸，常温下，其电离常数Ka＝6.5×10－4；亚硝酸既具有氧化性又具有还原性；亚硝酸仅存在于稀溶液中，浓缩时，会分解为硝酸和NO。‎ 信息2：亚硝酸钠又名“工业盐”，常被大量用作建筑行业的防锈剂、防冻剂等，该物质是一种高毒性物质，但其颜色、形状、味道和食盐相似，很容易导致误食中毒；亚硝酸银为白色，难溶于水。‎ 根据上述信息，回答下列问题：‎ ‎(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品，用蒸馏水溶解，通过下列实验操作鉴别是否为食盐。在待检验浓溶液中滴加AgNO3溶液的现象是________________，倾出上清液，在沉淀中加入硝酸，振荡，沉淀溶解，则该样品为____________(写化学式)，沉淀溶解的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)乙组同学利用下列装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品：‎ ‎①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是__________，打开该仪器的活塞，使稀硫酸缓缓滴下，若样品为NaNO2，则在B装置中可观察到的现象为 ‎________________________________________________________________________，‎ 检验B装置中有NO的操作及产生的现象是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎ ②C装置中盛有的试剂名称是__________，作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)设计实验证明：‎ ‎①亚硝酸为弱酸：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②亚硝酸具有还原性：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质，故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸，而AgNO2与硝酸反应生成HNO2，该物质不稳定，又分解生成硝酸和NO。‎ ‎(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与装置A中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO，故其内气体颜色较淡，打开止水夹，鼓入空气，NO逐渐完全转化为NO2，使B装置内NO2浓度增大，红棕色变深。②氮的氧化物有毒，可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性，可检验其强碱盐的pH，也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂，故在酸性KMnO4溶液中加入NaNO2粉末或溶液，KMnO4被还原，从而使溶液褪色。‎ 答案：　(1)产生白色沉淀　NaNO2　3AgNO2＋2H＋===3Ag＋＋2NO↑＋NO＋H2O ‎(2)①分液漏斗　出现较淡的红棕色气体(或红棕色气体)　 打开止水夹，鼓入空气，‎ 红棕色变深　②碱液(或NaOH溶液)　吸收尾气 ‎(3)①取NaNO2溶液，用pH试纸检验，现象为试纸变为蓝色(或其他合理答案)‎ ‎②在酸性KMnO4溶液中加入NaNO2粉末或溶液，溶液褪色(或其他合理答案)‎ 考向二　验证物质的性质 NH4NO3热分解十分复杂。在一定条件下：3NH4NO32NH3↑＋2NO↑＋2NO2↑＋3H2O(不考虑2NO2N2O4)，现要选用下列装置(部分夹持装置省略)，通过实验验证反应产物：‎ 已知：①液化温度：NO2(21 ℃)、NO(－152 ℃)；‎ ‎②NH3与灼热的氧化铜反应得到N2和Cu；‎ ‎③在无催化剂的条件下NOx不能与灼热的铜反应；‎ ‎④NO2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。‎ ‎(1)所选择装置的连接顺序(按左→右连接，填各装置数字)为______________。‎ ‎(2)实验开始应先向装置⑧中通入 ‎________________________________________________________________________，‎ 再______________________________________________________________________。‎ ‎(3)为验证NO，可在③中通入 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)装置⑤的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)填表： ‎ 验证产物 装置代号 相应装置中的现象 NH3‎ NO NO2‎ H2O 解析：　⑧为加热装置，由题意3NH4NO32NH3↑＋2NO↑＋2NO2↑＋3H2‎ O，为了更好地检验产物中是否含有NO，在加热前先通入一定量的N2，排净装置中空气(或O2)。加热得到NH3、NO、NO2和H2O，利用装置⑦中无水硫酸铜检验生成的水，装置⑥吸收水蒸气，装置①检验NO2，装置④使二氧化氮液化，二氧化氮气体变成液态；装置③中通入一定量的氧气，无色气体变成红棕色，说明含有NO气体，装置②中NH3与CuO在加热的条件下反应得到N2、Cu和H2O，装置⑤尾气处理，防止污染空气，所以装置的连接顺序为⑧→⑦→⑥→①→④→③→②→⑤。‎ 答案：　(1)⑧→⑦→⑥→①→④→③→②→⑤‎ ‎(2)一定量的N2　点燃酒精灯(或加热)‎ ‎(3)一定量的氧气 ‎(4)尾气处理，防止污染空气 ‎(5)‎ 验证产物 装置代号 相应装置中的现象 NH3‎ ‎②‎ 黑色粉末变成红色 NO ‎③‎ 无色气体变成红棕色 NO2‎ ‎①④‎ ‎①中淀粉碘化钾试纸变蓝，④中红棕色气体变无色且瓶内有液体 H2O ‎⑦‎ 无水硫酸铜变蓝 考点四　实验方案的评价 考向一　从实验原理可行性评价 实验室制备Al2S3，下列方案可行的是(　　)‎ A．将AlCl3溶液与Na2S溶液混合 B．将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液中 C．将Al(NO3)3固体与K2S固体混合 D．将金属铝与硫黄混合加热 解析：　该题首先从原理角度辨析了Al2S3的制备，要注意可溶性的铝盐和硫化物溶液相遇会发生相互促进的水解反应，水解的离子方程式为2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，同理将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液也无法制备Al2S3，只有将金属铝与硫黄混合加热，方可制得。‎ 答案：　D 考向二　从原料的用量多少评价 以Al、稀H2SO4和NaOH为原料制取Al(OH)3，甲、乙、丙3个学生分别用3种不同的途径制备：‎ 甲：AlAl2(SO4)3Al(OH)3‎ 乙：AlNaAlO2Al(OH)3‎ 丙：→Al(OH)3‎ 若要制得等量的Al(OH)3，则上述哪个方案最好？‎ 解析：　现将甲、乙、丙三个方案制取1 mol Al(OH)3消耗的硫酸和氢氧化钠的物质的量剖析如下：‎ 实验方案(简述过程)‎ 消耗H2SO4/mol 消耗NaOH/mol 甲：Al→Al2(SO4)3→Al(OH)3‎ ‎1.5‎ ‎3‎ 乙：Al→NaAlO2→Al(OH)3‎ ‎0.5‎ ‎1‎ 丙 Al→Al2(SO4)3‎ ‎→Al(OH)3‎ ‎3/8‎ ‎3/4‎ Al→NaAlO2‎ 丙方案最好，产生等量Al(OH)3时所用原料最省。‎ 答案：　丙 考向三　从是否符合“绿色化学”观念评价 下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是__________，理由是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 方案 反应物 甲 Cu和浓HNO3‎ 乙 Cu和稀HNO3‎ 丙 Cu、O2和稀HNO3‎ 解析：　甲方案中Cu与浓HNO3反应生成污染环境的气体NO2，乙方案中铜与稀HNO3反应生成有毒气体NO，这两种方案中硝酸的利用率低。 丙方案中Cu与O2反应生成CuO，然后用CuO与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2，不产生污染环境的气体，且硝酸利用率高，故丙方案体现绿色化学理念。‎ 答案：　丙　甲、乙两方案都产生有毒的氮氧化物，丙方案硝酸利用率高 考向四　从不同装置的优化组合进行评价 某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置(图中的支撑仪器均未画出，“△”表示酒精灯热源)，每套装置又划分为①②③三部分。仪器中盛放的试剂：a.无水乙醇(沸点：78 ℃)；b.铜丝；c.无水硫酸铜；d.新制氢氧化铜悬浊液。‎ ‎(1)简述三套方案各自的优点。‎ 甲：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 乙：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 丙：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为________(例如：甲①，乙②，丙③)。‎ 解析：　(1)甲的优点在于②，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、反应充分。 乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水汽对产物H2O检验的干扰，丙的优点在①，无水生成，且装置简单。(2)将三套方案的优点组合：取丙①、甲②、乙③可组成一套完善的装置。‎ 答案：　(1)甲：②中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分；②中的斜长导管起到冷凝回流乙醇的作用 乙：①与③中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的验证 丙：①中氧气发生装置中无水生成，且装置简单 ‎(2)丙①，甲②，乙③‎ 考向五　从实验方案的优劣对比进行评价 某纯碱样品中含有氯化钠，测定纯碱样品纯度的方案有：‎ 方案1：称样品质量，加入足量稀硫酸，用碱石灰吸收二氧化碳，称重；‎ 方案2：称样品质量，溶于水，加入过量氯化钙溶液，过滤烘干后称量沉淀质量；‎ 方案3：称样品质量，加入过量盐酸，充分反应，蒸干，称固体质量；‎ 方案4：称样品质量，加入硫酸，排水法收集并测定二氧化碳体积；‎ 你认为最优方案是________。‎ 解析：　方案1：碱石灰吸收的除CO2的质量外，连有稀H2SO4挥发出的水蒸气，故测得Na2CO3的纯度偏高；方案2：碳酸钙烘干时易分解，且碳酸钙表面吸附杂质，称量的质量不准确。方案3：氯化钠稳定，将NaCl溶液蒸干后即得NaCl固体质量，可通过前后质量差测定Na2CO3的纯度。方案4：CO2能溶于水，且能与水发生反应，故测定CO2的体积不准确。‎ 答案：　方案3‎ 课时训练　探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价 ‎1．AgNO3的热稳定性实验：‎ 用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。‎ ‎(1)装置B的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)[查阅资料]Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。‎ ‎[提出设想]试管中残留的黑色固体可能是：ⅰ.Ag; ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。‎ ‎[实验验证]该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。‎ 实验编号 操作 现象 a 加入足量氨水，振荡 黑色固体不溶解 b 加入足量稀硝酸，振荡 黑色固体溶解，并有气体产生 ‎[实验评价]根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是________(填实验编号)。‎ ‎[实验结论]根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有__________。‎ 解析：　(1)由题意知装置B的作用是作安全瓶，防止倒吸。‎ ‎(2)验证无色气体是O2的方法是用带火星的木条，伸入集气瓶中，若木条复燃，证明无色气体为O2。‎ ‎(3)实验a说明黑色固体中不含有Ag2O，实验b中的现象说明固体是Ag或Ag和Ag2O的混合物，不能确定其成分；由上述实验结果得出AgNO3固体热分解的产物为Ag、NO2、O2。‎ 答案：　(1)防倒吸 ‎(2)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2‎ ‎(3)b　Ag、NO2、O2‎ ‎2．某校研究性学习小组的同学学习了氨之后，了解到NH3具有还原性，在加热条件下能还原氧化铜，该小组的同学对该性质进行了更深入的研究。‎ ‎(1)仪器a的名称为____________，试用平衡移动原理解释用A中药品制氨气的原因 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)该小组的同学用以上实验装置，并连接好后进行实验，观察到E中的固体变红，B中无水CuSO4变蓝，F中收集到无色无味的气体，则氨气还原氧化铜的化学反应方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 为确保实验的准确性，装置的合理连接顺序依次为：A、____________。(不可重复使用)‎ ‎(3)装置C的作用是 ‎________________________________________________________________________，‎ 如果没有C装置产生的后果是 ‎________________________________________________________________________，‎ 装置D的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)为了准确测量产生的气体在常温常压下的体积，对于F，在读数时除了视线与凹液面最低点水平相切之外，还应注意两点 ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)有同学认为：NH3与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu2O。已知：Cu2O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋―→Cu＋Cu2＋。请设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu2O____________。‎ 解析：　(1)仪器a的名称为分液漏斗。氨水中存在溶解平衡和电离平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，当氨水滴入到固体NaOH中时，NaOH溶解于水会放热，使NH3的溶解平衡向左移动，同时增大了OH－的浓度，使NH3·H2O的电离平衡向左移动，故氨气逸出。(2)根据观察到的实验现象：E中的固体变红说明有Cu生成，B中无水CuSO4变蓝说明有H2O生成，F中收集到无色无味的气体，根据氧化还原反应原理判断，反应中生成了N2，故氨气还原氧化铜的化学反应方程式为2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。连接装置时，要分析实验目的和各装置的作用及气体的流向和成分。实验目的为“探究氨气的还原性并验证产物”，各装置的作用：根据盛放的药品可确定B是验证有H2O生成的，C是吸水干燥的，D中的浓硫酸不能干燥氨气，E是氨气与氧化铜的反应装置，F用来测量N2的体积。而要验证有水生成，必须注意排除反应前后的干扰，因为制得的NH3‎ 中含有水蒸气，故必须先干燥，另外还要防止F中的水蒸气进入B中。综上分析即可得出合理的连接顺序为ACEBDF。(4)注意题目中强调的关键词“常温常压下的体积”，而从E中出来的气体是温度较高的气体，所以要恢复至常温之后再读数，当量气管中左右液面处于相同高度时，收集到的氮气的压强才等于外界大气压，故还要使左右液面相平。(5)根据信息“Cu2O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋―→Cu＋Cu2＋”，红色固体若只有铜，铜是不会与稀硫酸反应的，若红色固体中有Cu2O，Cu2O可以和稀硫酸反应且溶液由无色变成蓝色，故实验方案为：取少量红色固体于试管中，滴入稀硫酸，若溶液由无色变为蓝色，则含有Cu2O，若溶液不变蓝，则不含有Cu2O。‎ 答案：　(1)分液漏斗　氨水中存在溶解平衡和电离平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，当氨水滴入到固体NaOH中时，NaOH溶解于水放热，使NH3的溶解平衡向左移动，同时增大了OH－的浓度，使NH3·H2O的电离平衡向左移动，故氨气逸出 ‎(2)2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O　CEBDF ‎(3)干燥氨气　NH3中的水蒸气会对产物水的验证产生干扰　吸收未反应完的氨气同时防止F中的水蒸气进入B中 ‎(4)恢复至室温　使左右液面相平 ‎(5)取少量红色固体于试管中，滴入稀硫酸，若溶液由无色变为蓝色，则含有Cu2O；若溶液不变蓝，则不含Cu2O ‎3．某兴趣小组探究SO2气体还原Fe3＋、I2，他们使用的药品和装置如下图所示：‎ ‎(1)在配制氯化铁溶液时，需先把氯化铁晶体溶解在________中，再加水稀释，这样操作的目的是__________________。‎ ‎(2)装置C的作用是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若要从A中所得溶液提取晶体，必须进行的实验操作步骤：蒸发、冷却结晶、________、自然干燥，在这一系列操作中没有用到的仪器有________(填序号)。‎ A．蒸发皿　 B．石棉网　　　　C．漏斗 D．烧杯　　　　　E．玻璃棒　　　　F．坩埚 ‎(4)①写出SO2与FeCl3溶液反应的离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎②请设计实验方案检验有Fe2＋生成 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎③该小组同学向装置C反应后的溶液中加入硝酸酸化的BaCl2溶液，若出现白色沉淀，即可证明反应生成了SO。该做法________(填“合理”或“不合理”)，理由是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)能表明I－的还原性弱于SO2的现象是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)氯化铁容易水解，配制氯化铁溶液时需先把氯化铁晶体溶解在浓盐酸中以抑制其水解，否则配制出的溶液容易产生浑浊。‎ ‎(2)SO2气体有毒，在装置的最后应进行尾气处理，一般用碱液吸收。‎ ‎(3)从溶液中提取溶质晶体，一般经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤，蒸发浓缩时要使用蒸发皿而不使用坩埚，且蒸发皿可用酒精灯直接加热，不需要垫石棉网。‎ ‎(4)SO2与FeCl3溶液反应时，Fe3＋将SO2氧化为SO，Fe3＋被还原为Fe2＋，反应后O原子个数增多，因此反应物中还应该有H2O，再根据得失电子守恒和电荷守恒可写出反应的离子方程式；检验Fe2＋时，应先加入KSCN溶液，若溶液不变血红，再加入新制的氯水，溶液变血红，则可证明Fe2＋存在，也可以向待测液中加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，同样可证明有Fe2＋存在；装置C反应后的溶液中主要含有Na2SO3，也可能有部分Na2SO3被空气中的氧气氧化为Na2SO4，若加入硝酸酸化的BaCl2溶液，硝酸也可以将SO氧化为SO而出现白色的BaSO4沉淀，无法判断原溶液中是否有SO存在。‎ ‎(5)B中发生下列反应：SO2＋I2＋2H2O===SO＋2I－＋4H＋，该反应说明I－的还原性弱于SO2，而伴随该反应的实验现象是蓝色的溶液褪为无色。‎ 答案：　(1)浓盐酸(答盐酸也可)　抑制氯化铁水解　(2)吸收SO2尾气，防止污染空气 ‎(3)过滤　B、F ‎(4)①2Fe3＋＋SO2＋2H2O===SO＋2Fe2＋＋4H＋　②取A中反应后的溶液，向其中滴入KSCN溶液，不变血红，再加入新制的氯水，溶液变红　③不合理　硝酸可以将SO氧化为SO，干扰实验 ‎(5)B中蓝色溶液褪色 ‎4．二氧化硫是一种大气污染物，同时也是一种重要的化工原料。‎ ‎(1)某化学兴趣小组采用图1所示装置制取并探究SO2气体的某些性质。‎ ‎①下列实验方案能用图1所示装置制取所需SO2的是________(填序号)‎ A．Na2SO3溶液与HNO3溶液 ‎ B．Na2SO3固体与浓硫酸 C．固体硫在纯氧中燃烧 D．铜与浓硫酸 ‎②若要验证c中生成的气体是SO2，向试管d中加入品红溶液后，打开活塞b，反应开始，待d中溶液________后，再________(填实验操作)d中的溶液，溶液颜色又恢复原色，则说明气体是SO2。‎ ‎③图1所示装置存在一个明显的缺陷，请你进行改进并补充完整(用文字说明即可)：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在图1装置的d试管中加入BaCl2溶液，实验后发现d中有白色沉淀生成。为了探究沉淀的组成，该兴趣小组向d中加入过量稀盐酸，发现沉淀不溶解，你认为该沉淀物是________，形成该沉淀的主要原因是____________________________。为了进一步验证沉淀产生的原因，该兴趣小组另取BaCl2溶液并加热煮沸，冷却后及时加入少量苯进行液封，然后再通入SO2，结果发现沉淀量减少，但仍有轻微浑浊产生。该兴趣小组改用图2制气装置再进行实验，结果发现d中没有出现浑浊。下列气体可作为气体X的是________(填序号，不定项选择)。‎ A．CO2　 B．NH3　　 C．O3　 D．N2　　E．NO2‎ ‎(3)SO2通常作为保护剂添加到葡萄酒中，有杀菌、抗氧化、改善风味和增酸的作用，但吸入过量的SO2对人体有害。我国国家标准规定葡萄酒中SO2的最大使用量为0.25 g·L－1。图3(固定装置略)为该兴趣小组对葡萄酒中的SO2进行收集与含量测定的装置。‎ ‎①冷凝管中水的进口为________ (填“e”或“f”)。‎ ‎②g中加入300.00 mL葡萄酒和适量盐酸，加热使SO2全部逸出并与h中H2O2完全反应，反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③实验结束后，先除去h中过量的H2O2，然后用0.090 0 mol·L－1 ‎ NaOH标准溶液进行滴定，滴定至终点时，消耗NaOH溶液25.00 mL，则该葡萄酒中SO2的含量为________g·L－1。‎ 解析：　(1)①该装置适用于固体和液体(或液体和液体)反应制气体，硝酸有强氧化性，能将SO氧化为SO，A项错误；Na2SO3固体与浓硫酸反应能生成SO2气体，B项正确；固体硫在纯氧中燃烧能生成SO2，但不满足装置要求，C项错误；铜与浓H2SO4反应要加热，D项错误。②SO2有漂白性，能使品红溶液褪色，加热后溶液又恢复红色，据此可证明气体是SO2。③该装置中缺少尾气吸收装置，容易造成环境污染，应将尾气通入NaOH溶液中。(2)SO2不能与BaCl2溶液反应生成沉淀，但SO2(或H2SO3)易被空气中的氧气氧化生成H2SO4，所以d中的沉淀物是BaSO4。改用图2制气装置进行实验，通入的气体X应该是不能氧化SO2(或H2SO3)的CO2或N2；O3和NO2都有强氧化性，不符合要求；NH3能与SO2(或H2SO3)反应生成(NH4)2SO3，(NH4)2SO3与BaCl2溶液反应生成BaSO3沉淀，也不符合要求。(3)①冷凝管中冷却水应下进上出，水的进口为f。②SO2能被H2O2氧化为H2SO4。③n(SO2)＝n(H2SO4)＝n(NaOH)＝×0.090 0 mol·L－1×25.00×10－3 L＝1.125×10－3 mol，m(SO2)＝64 g·mol－1×1.125×10－3 mol＝0.072 g，则该葡萄酒中SO2的含量为0.072 g÷0.3 L＝0.24 g·L－1。‎ 答案：　(1)①B　②褪色　加热　③d中导气管通入NaOH溶液中，吸收尾气中的SO2‎ ‎(2)BaSO4　SO2在溶液中被O2氧化成H2SO4　AD ‎(3)①f　②SO2＋H2O2===H2SO4　③0.24‎ ‎5．已知硫酸铜加热分解生成CuO、O2、SO2和SO3(g)。通过测定产生的三种气体的量可确定该反应的化学方程式。实验用到的仪器如下图所示：‎ 有关操作和结果如下(已知：H＋＋HSO===SO2↑＋H2O)。‎ ‎①准确称取一定质量的无水CuSO4固体充分加热到完全分解。‎ ‎②实验后测得装置F的总质量比实验前减少了0.96 g(忽略水蒸气的损失和SO2的溶解)。‎ ‎③干燥管C在实验后质量增加3.84 g。‎ ‎④由量筒中水的体积，折算出标准状况下相应气体的体积为224 mL。‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)装置C的作用是 ‎________________________________________________________________________，‎ 装置D的作用是 ‎________________________________________________________________________，‎ 装置F的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)使用上图所给仪器装置(可重复使用)，按从左至右的方向连接，各仪器接口顺序为：①→⑨⑩→⑥⑤→________→________→________→②。(填序号)‎ ‎(3)装置F中发生反应的化学方程式为：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)装置E和B的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)测量气体体积时的注意事项是：①__________________；②______________；③待气体冷却到室温时再读数。 ‎ ‎(6)通过计算，推断出该实验条件下硫酸铜分解的化学方程式是 ‎________________________________________________________________________。‎ A．3CuSO43CuO＋SO3↑＋2SO2↑＋O2↑‎ B．4CuSO44CuO＋2SO3↑＋2SO2↑＋O2↑‎ C．5CuSO45CuO＋SO3↑＋4SO2↑＋2O2↑‎ D．6CuSO46CuO＋4SO3↑＋2SO2↑＋O2↑‎ 解析：　(1)装置C的作用是吸收SO2，装置D的作用是干燥SO2和O2，装置F的作用是吸收SO3。(2)按反应→吸收SO3→干燥SO2和O2→吸收SO2→干燥O2→收集O2的顺序，可知装置的连接顺序为A→F→D→C→D(或C)→E→B，装置C吸收SO2，从大口进，小口出，连接顺序为③④，吸收SO2后，要干燥O2，再排水测O2的体积，故干燥O2时连接⑥⑤(或③④)，排水法收集O2时O2从短管进，长管出，故连接⑧⑦。(3)装置F吸收SO3，同时生成SO2，化学方程式为SO3＋2NaHSO3===Na2SO4＋H2O＋2SO2。(4)装置E和B的作用是测定生成O2的体积。(5)用排水法测定O2的体积时，需要注意：待气体冷却到室温时再读数，视线要与凹液面最低处保持水平，读数时装置B、E的液面要相平。(6)设装置F中参加反应的SO3的物质的量为x，则生成的SO2为2x，则减少的质量为：64 g·mol－1×2x－80 g·mol－1×x＝0.96 g，得x＝0.02 mol。干燥管C吸收的是CuSO4分解产生的SO2和F中由SO3反应得到的SO2，则分解产生的SO2的物质的量为(3.84－2×0.02×64)÷64 mol＝0.02 mol。量筒中水的体积为分解生成的氧气的体积，在标准状况下的体积为224 mL，则分解得到的O2的物质的量是0.01 mol。根据生成的n(SO3)＝0.02 mol，n(SO2)＝0.02 mol，n(O2)＝0.01 ‎ mol，结合质量守恒定律，配平方程式：4CuSO44CuO＋2SO3↑＋2SO2↑＋O2↑。‎ 答案：　(1)吸收SO2　干燥SO2和O2　吸收SO3‎ ‎(2)③④　⑥⑤(或③④)　⑧⑦‎ ‎(3)SO3＋2NaHSO3===Na2SO4＋H2O＋2SO2‎ ‎(4)O2将E中的水压到量筒B中，测定生成O2的体积 ‎(5)视线要与凹液面最低处保持水平　读数时装置B、E的液面要相平 ‎(6)B ‎6．氧化亚铜是大型水面舰艇防护涂层的重要原料。某小组通过查阅资料，进行如下研究。‎ 资料： ‎ ‎1．氧化亚铜：化学式Cu2O，红色至红褐色结晶或粉末，不溶于水及有机溶剂，可溶于稀盐酸、稀硫酸等，在稀硫酸溶液中歧化为二价铜和铜单质。氧化亚铜在1 800 ℃时分解，在干燥空气中稳定，但在潮湿空气中被慢慢氧化为氧化铜。氧化亚铜主要用于制造船底防污漆、杀虫剂……‎ ‎2．葡萄糖还原法制备氧化亚铜：将葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液混合后进行反应，生成氧化亚铜，条件控制不当时会有少量氧化铜生成 ‎ Ⅰ.Cu2O的制取 ‎(1)葡萄糖还原法制Cu2O的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)实验室用此方法制取并获得少量Cu2O固体，需要的玻璃仪器除试管、酒精灯、烧杯外，还需要 ‎________________________________________________________________________。‎ Ⅱ.检验样品中是否含有CuO 方案Ⅰ：将制得的Cu2O样品溶于足量的稀硫酸。‎ ‎(3)甲同学认为若溶液变为蓝色，则说明样品中含有CuO杂质。乙同学认为此推论不合理，用化学方程式解释原因 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)甲同学通过反思，认为将定性检验改为定量测定便能确定样品中是否含有CuO杂质，应测量的数据是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 方案2：丙同学认为采用如下装置(所加药品均足量)进行实验，‎ 通过测定c装置反应后固体的质量以及d装置反应后增重的质量，可计算，从而确定样品中是否含有氧化铜。‎ ‎(5)装置a中所加的酸是________(填化学式)，装置e中碱石灰的作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)点燃装置c中酒精灯之前需进行的操作是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(7)熄灭酒精灯之后，仍需通一段时间H2至试管冷却，原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(2)用葡萄糖还原法制取并获得少量Cu2O固体后需经过过滤、洗涤、干燥等操作，其中缺少的玻璃仪器是过滤操作中的漏斗和玻璃棒。‎ ‎(3)根据资料信息可知，Cu2O在稀硫酸中会歧化为二价铜和铜单质，也会使溶液变为蓝色，所以推论不合理。‎ ‎(4)Cu2O溶于硫酸生成CuSO4、Cu和H2O，而CuO溶于硫酸只生成CuSO4和H2O，所以可测量Cu2O样品的质量和反应后剩余固体(Cu)的质量，由Cu的质量计算出Cu2O的质量，再和样品质量相比较即可得出结论。‎ ‎(5)～(7)丙同学所做实验为H2还原铜的氧化物，通过测定c装置反应后生成的Cu的质量及d装置吸收的生成的H2O的质量来计算样品中Cu和O的质量比，进而确定样品中是否含有氧化铜。所以装置a中应加入稀硫酸(不能加稀盐酸，因无除氯化氢杂质的装置)；装置e中碱石灰的作用是防止空气中的水进入d装置而使m(H2O)测定不准确；点燃装置c中酒精灯之前需用氢气将装置a、b、c中的空气排净，以免加热时引起爆炸；熄灭酒精灯之后，仍需通一段时间H2至试管冷却，防止生成的Cu单质在高温下又被氧气氧化为CuO，导致测定数据不准确。‎ 答案：　(1)CH2OH(CHOH)4CHO＋2Cu(OH)2＋NaOHCH2OH(CHOH)4COONa＋Cu2O↓＋3H2O ‎(2)漏斗、玻璃棒　(3)Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O ‎(4)Cu2O样品的质量、反应后剩余固体(Cu)的质量 ‎(5)H2SO4　防止空气中的水蒸气进入d装置而使m(H2O)测定不准确 ‎(6)打开K1，关闭K2，通一段时间氢气后验纯，打开K2，关闭K1‎ ‎(7)防止生成的Cu单质在高温下又被氧气氧化为CuO，导致测定数据不准确