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天天资源网 / 高中通用技术 / 教学同步 / 地质版 / 必修2 / 第三章 系统与设计 / 设计与评价 / 知识讲解 定性实验设计与评价(提高)

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1 定性实验设计与评价(提高) 【高考展望】 一、考纲要求 1.能根据实验试题要求,做到: (1).设计、评价或改进实验方案; (2).采取适当方法控制实验条件; (3).描述实验现象和收集有关数据; (4).分析或处理实验数据,得出合理结论; (5).能绘制和识别典型的实验仪器装置图。 2.实验知识和技能的综合应用。 二、高考动向 化学实验设计是高考的重要内容,主要考点有:①定性实验设计;②定量实验设计;③ 制备实验设计;④化学反应原理实验设计。今后的命题方向:选择必要的仪器或装置完成定 性和定量实验,对几种实验方案分析对比从中选取最佳的实验方法,根据要求设计简洁的方 案,操作简单安全,实验现象明显。 本节主要涉及定性实验设计与评价。 【方法点拨】 定性检验实验设计是用来判定实验对象具有哪些性质、某种因素是否存在、某个因素 是否起作用、某些因素之间是否具有某种关系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具 有怎样的内部结构等所进行的实验。它主要解决“有没有”、“是不是”的问题。所有影响正 确判定或干扰判定的因素均被视为干扰因素。定性检验实验设计主要分为以下两种情形:  ①性质探索性实验的设计:主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测 物质可能具有的一系列性质,而后据此设计出合理的实验方案,去探索它所可能具有的性质。  ②性质验证性实验的设计:主要是求证物质具备的性质,关键是设计出简捷的实验方案, 要求操作简单,简便易行,现象明显,且安全可行。 性质实验方案的基本流程为: 研究物质结构 → 预测可能性质 → 设计实验方案(方法、步骤、仪器、药品、操作要 点、现象及分析、结论等)→ 实施实验 → 结论。 性质实验方案设计的基本思路如下: 【典型例题】 2 类型一、性质验证性实验 【高清课堂:406674 例 4】 例 1.为验证卤素单质氧化性的相对较弱,某小组用下图装置进行实验(夹持仪器已略去, 气密性已检验)。 实验过程: Ⅰ.打开弹簧夹,打开活塞 a,滴加浓盐酸。 Ⅱ.当 B 和 C 中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。 Ⅲ.当 B 中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞 a。 Ⅳ.…… (1)A 中产生黄绿色气体,其电子式是 。 (2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。 (3)B 中溶液发生反应的离子方程式是 。 (4)为验证溴的氧化性强于碘,过程Ⅳ的操作和现象是 。 (5)过程Ⅲ实验的目的是 。 (6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:同主族元素从上到下 ,得电子 能力逐渐减弱。 【思路点拨】B 中溶液由黄色变为棕红色时,即溴水由稀变浓,这说明过程Ⅱ中当 B 和 C 中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹,此时 B 和 C 中均无氯气。 【答案】(1) (2)淀粉 KI 试纸变蓝 (3)Cl2+2Br- =Br2+2Cl- (4)打开活塞 b,将少量 C 中溶液滴入 D 中,关闭活塞 b,取下 D 振荡。静置后 CCl4 层溶 液变为紫红色。 (5)确认 C 的黄色溶液中无 Cl2,排除 Cl2 对溴置换碘实验的干扰。 (6)原子半径逐渐增大 【解析】 (1).A 中产生的黄绿色气体为氯气。(2).氯气遇淀粉 KI 试纸时,生成的 I2 遇 淀粉变蓝,可以证明氯气的氧化性强于碘单质。(3).B 中氯气和溴化钠发生置换反应,离 子方程式为:Cl2+2Br- =Br2+2Cl- 。(4).C 中溴化钠和氯气反应生成氯化钠和溴单质,将 C 中的溶液滴入 D 中,发生反应:Br2+2I- =I2+2 Br - ,此时 D 中溶液分层,下层为碘的四氯化碳 3 溶液,呈紫红色,说明溴的氧化性强于碘。(5).过程Ⅲ主要为了确认 C 的黄色溶液中无氯 气,排除对溴置换碘的干扰。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因是同主族元素从 上到下原子半径逐渐增大,得电子能力逐渐减弱。 【总结升华】本题考查化学实验的设计和分析。要证明溴单质的氧化性强于碘单质,必 须要控制氯气的量,排除氯气的干扰。 举一反三: 【变式 1】(2016 朝阳二模) 下表中“试剂”与“操作及现象”对应关系错误的是 【答案】B 【解析】A.先生成 AgOH,后生成银氨溶液,则硝酸银溶液中滴加氨水,产生沉淀;继续 滴加氨水,沉淀溶解,故 A 正确; B.Al 与 NaOH 溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,则加 NaOH 过量时不能生成白色沉淀,故 B 错误; C.先生成氢氧化铜沉淀,再加乙醛,发生氧化反应生成氧化亚铜,则硫酸铜溶液中加过量 NaOH 溶液,产生蓝色沉淀;再加乙醛,加热,产生红色沉淀,故 C 正确; D.氯水与 NaOH 反应生成盐和水,再加盐酸,酸性条件下 Cl―、ClO―发生氧化还原反应生 成氯气,则氯水中滴加 NaOH 溶液,溶液颜色褪去;再加 HCl,溶液颜色恢复,故 D 正确; 故选 B。 【高清课堂:406674 例 2】 例 2.用图示装置制备 NO 并验证其还原性。有下列主要操作: a.向广口瓶内注入足量热 NaOH 溶液,将盛有铜片的小烧杯放入 瓶中。 b.关闭止水夹,点燃红磷,伸入瓶中,塞好胶塞。 c.待红磷充分燃烧,一段时间后打开分液漏斗旋塞,向烧杯中滴 入少量稀硝酸。 ①步骤 c 后还缺少的一步主要________________。 ②红磷充分燃烧的产物与 NaOH 溶液反应的离子方程式是 ____________。 ③步骤 c 滴入稀硝酸后烧杯中的现象是_________。反应的离子方程式是___ 。 【思路点拨】点燃红磷是为了耗尽瓶中的氧气,从而使铜和稀硝酸反应生成无色的 NO 气体。 【答案】①打开止水夹,通入少量氧气。②P2O5+6OH-=2PO43-+3H2O。③铜片逐渐溶解, 选项 试剂 操作及现象 A AgNO3 溶液 滴加氨水,产生沉淀;继续滴加氨水,沉淀溶解 B 铝粉 滴加 NaOH 溶液,产生气体;继续滴加,产生白色沉淀 C CuSO4 溶液 加过量 NaOH 溶液,产生蓝色沉淀;再加乙醛,加热,产生红色沉淀 D 氯水 滴加 NaOH 溶液,溶液颜色褪去;再加 HCl,溶液颜色恢复 4 有无色气泡产生,溶液由无色变成蓝色。3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O 【解析】通过实验验证 NO 的还原性,要求书写与 NaOH 溶液反应反应的离子方程式 (比较陌生),描述铜与稀硝酸反应的现象并书写离子方程式,补充实验步骤,只要搞清楚 了实验目的,本步骤并不难。 【总结升华】用 NaOH 溶液吸收红磷充分燃烧的产生白烟(即 P2O5),从而观察到红棕 色的气体,故发生了反应 2NO+O2=2NO2,验证了 NO 的还原性,达到了实验目的。 举一反三: 【变式 1】下列实验操作、现象和结论均正确的是(  ) 选项 实验操作 现象 结论 A 向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸 均冒气 泡 两者均能与盐酸反应 B 向 AgNO3 溶液中滴加过量氨水 溶液澄 清 Ag+ 与 NH3 ·H2O 能大量共 存 C 将可调高度的铜丝伸入到稀 HNO3 中 溶液变 蓝 Cu 与稀 HNO3 发生置换反 应 D 将 KI 和 FeCl3 溶液在试管中混合后,加入 CCl4, 振荡,静置 下层溶 液 显紫红 色 氧化性:Fe3+>I2 【答案】AD  【解析】A 项,Na2CO3 和 NaHCO3 都能和盐酸反应生成 CO2 气体, A 正确;B 项,向 AgNO3 溶 液 中 滴 加 氨 水 , 发 生 反 应 :Ag++NH3 · H2O AgOH ↓ +NH4+,AgOH+2NH3 · H2O [Ag(NH3)2]++OH-+2H2O, 所以溶液先变浑浊, 后变澄清,B 错误;C 项,3Cu+8HNO 3( 稀) 3Cu(NO3)2+2NO ↑ +4H2O, 不 属 于 置 换 反 应 ,C 错 误;D 项 ,FeCl3 能 氧 化 KI:2Fe3++2I- 2Fe2++I2,说明氧化性:Fe3+>I2,D 正确。 【变式 2】学习小组设计了如下图实验(部分装置),将氯气依次通过下列装置以验证氯气 的性质: (1)通入氯气后,A 中的现象是 。 C 装置中发生反应的离子方程式为: 。 (2)通入氯气一段时间后,洗气瓶 B 溶液中有一部分 SO32-氧化成 SO42-。设计试验方案, 检验洗气瓶 B 溶液 中 Cl-和 SO42-的存在。在答题卡上补充填写出实验步骤、预期现象和结 论。(可填满也可不填满) 5 限选试剂及仪器:2 mol/LHCl、2 mol/LHNO3、1 mol/LBaCl2 溶液、l mol/LBa(NO3)2 溶 液、0.1 mol/LAgNO3 溶液、澄清石灰水、试管、胶头滴管。 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1:取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 A 中,滴加 。 若产生的白色沉淀,则洗气 瓶 B 溶液中存在 SO42-。 步骤 2:另取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 B 中,滴加 。 产生白色沉淀。 步骤 3:取步骤 2 后试管 B 中的上层清液于试管 C 中, 滴加 。 (3)为准确测定通入氯气一段时间后剩余 FeCl2 的物质的量。实验如下: ① 配制 250 mL 溶液:取洗气瓶 C 中全部溶液准确配制 250 mL 溶液。 ② 滴 定 : 准 确 量 取 25.00ml 所 配 溶 液 于 锥 形 瓶 中 , 将 0.1980mol/LKMnO4 溶 液 装 入 ,滴定至终点,记录数据。重复滴定 2 次。平均消耗 KMnO4 溶液 V mL。(反应式: Fe2+ + MnO4- + H+ — Fe3+ + Mn2+ + H2O,未配平) ③ 计算 250 mL 溶液中 FeCl2 的物质的量= mol(只列出算式,不做运算)。 【答案】(1)溶液变蓝色, 2Fe2++Cl2== 2Fe3++2Cl- (2) 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1:取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 A 中,滴加过量 2 mol/LHCl 和 1 mol/LBaCl2 溶液, 振荡 。 若产生的白色沉淀,则洗气 瓶 B 溶液中存在 SO42-。 步骤 2 :另取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 B 中,滴加入过量 l mol/LBa(NO3)2 溶液,振荡,静置。 产生白色沉淀。 步骤 3:取步骤 2 后试管 B 中的上层清液于试管 C 中,滴加 0.1mol/LAgNO3 溶液和过量的 2 mol/LHNO3, 振荡 。 若产生白色沉淀,则洗气瓶 B 溶液中存在 Cl-。 (若在步骤 2 中:先加足量 2 mol/L HNO3,再滴加入过量 l mol/LBa(NO3)2 溶液,)振荡,静 置。则在步骤 3 中就不需要再加入过量的 2 mol/L HNO3。) (3)②酸式滴定管 ③ ×0.1980×V×10-3×5 或 10×0.1980×V×10-3×5 类型二、性质探索性实验 例 3.某化学兴趣小组为探究 SO2 的性质,按下图所示装置进行实验。 250 25.00 6 请到答下列问题: (1)装置 A 中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ; (2)实验过程中,装置 B、C 中发生的现象分别是 、 ,这些现象分别说明 SO2 具有的性质是 和 ;装置 B 中发生反应的离子方程式为 ; (3)装置 D 的目的是探究 SO2 与品红作用的可逆性,请写出实验操作及现象 ; (4)尾气可采用 溶液吸收。 【思路点拨】装置 A 是实验室制取 SO2 的发生装置,其中发生反 应的化学方程式为: Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2+H2O↑ 【答案】(1)蒸馏烧瓶 (2)溶液由紫红色变为无色,无色溶液出现黄色浑浊 还原性和氧化性 5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42-+5Mn2++4H+ (3)品红溶液褪色后,关闭分液漏斗活塞,点燃酒精灯加热,溶液恢复红色 (4)NaOH 【解析】(1) A 中盛放亚硫酸钠的仪器名称是蒸馏烧瓶。 (2)A 中反应生成的 SO2 在 B 中会使 KMnO4 溶液由紫红色变为无色,装置 B 中发生反应的 离子方程式为 5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42+5Mn2++4H+,这说明 SO2 具有还原性;装置 C 中生成硫单质,现象为无色溶液出现黄色浑浊,说明 SO2 又具有氧化性。 (3)SO2 还具有漂白性,可使品红溶液褪色,但 SO2 的漂白是不稳定的,物质受热会恢复原来 的颜色,表现为可逆性。装置 D 的目的是探究 SO2 与品红作用的可逆性,请写出实验操作 及现象:品红溶液褪色后,关闭分液漏斗活塞,点燃酒精灯加热,溶液恢复红色。 (4)尾气为 SO2 酸性气体,可用 NaOH 溶液吸收。 【总结升华】该题为综合实验题,主要考查的是 SO2 的性质及其实验操作,是一个常 规的实验题,源于课本,主要考查了学生的分析能力、观察能力及文字表述能力等。该题既 具有基础知识的考查,又具有能力提升的考查。 举一反三: 【变式 1】SO2 是造成空气污染及酸雨的有害气体,研究 SO2 的性质可使其变废为宝。 (1)某小组设计了如下所示的实验装置(图中夹持和加热装置略去)。 7 ①若关闭 K,通入 SO2,装置 A 中发生的现象是 ;当装置 B 中溶液颜色逐 渐褪去时,其内发生反应的离子方程式为 ,此时装置 C、D、 E、F、G 中均没有明显反应现象发生。 ②若对装置 E 加热并通入 SO2,同时打开 K 通入 O2,装置 F 中产生白色浑浊,证明装 置 E 中发生的反应(化学方程式表示): ;装置 G 的作用是 。 ③反应结束后,若向试管 C 溶液中,加入足量下列溶液也可产生白色沉淀的是 。 A.氨水 B.稀盐酸 C.硝酸钾溶液 (2)根据原电池原理,设计了右图所示装置, 电极为含某催化剂、 多孔吸附性的惰性材料,在用 SO2 发电的同时实现了硫酸制备。 通入 SO2 的一极发生的反应: ; 电池发生的总反应: 。 【答案】(1)①红色逐渐褪去;SO2 + I2 + 2H2O = 4H++ 2I-+ SO42-。 ② 2SO2 + O2 2SO3;吸收尾气中的 SO2,防止污染空气。 ③ A C (2) SO2 – 2e-+ 2H2O = 4H++ SO42-; 2SO2 + O2 + 2H2O = 2H2SO4 。 例 4.甲、乙两同学为探究 SO2 与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色 BaSO3沉淀,用下图 所示装置进行实验(夹持装置和 A 中加热装置已略,气密性已检验) 实验操作和现象: 催化剂 加热 8 操作 现象 关闭弹簧夹,滴加一定量浓硫酸,加热 A 中有白雾生成,铜片表面产生气泡 B 中有气泡冒出,产生大量白色沉淀 C 中产生白色沉淀,液面上方略显浅棕色并逐渐 消失 打开弹簧夹,通入 N2,停止加热,一段时 间后关闭 ___________________ 从 B、C 中分别取少量白色沉淀,加稀盐 酸 均未发现白色沉淀溶解 (1)A 中反应的化学方程式是_________________。 (2)C 中白色沉淀是__________________,该沉淀的生成表明 SO2 具有___________性。 (3)C 中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_____________________。 (4)分析 B 中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因,甲认为是空气参与反应,乙认为是白雾 参与反应。 ①为证实各自的观点,在原实验基础上: 甲在原有操作之前增加一步操作,该操作是_____________; 乙在 A、B 间增加洗气瓶 D,D 中盛放的试剂是_____________。 ②进行实验,B 中现象: 甲 大量白色沉淀 乙 少量白色沉淀 检验白色沉淀,发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因: __________。 (5)合并(4)中两同学的方案进行试验。B 中无沉淀生成,而 C 中产生白色沉淀,由 此得出的结论是_______________。 【思路点拨】由于铜和浓硫酸反应放热,因此 A 中产生的白雾中含有硫酸。 【答案】(1)2H2SO4(浓)+Cu CuSO4+2H2O+2SO2↑; (2)BaSO4 还原 (3)2NO+O2=2NO2; (4)①通 N2 一段时间,排除装置的空气 饱和的 NaHSO3 溶液 ②甲:SO42-+Ba2+=BaSO4↓;乙:2Ba2++2SO2+O2+2H2O=2BaSO4+4H +;白雾的量要远多于装置中氧气的量 (5)SO2 与可溶性钡的强酸盐不能反应生成 BaSO3沉淀 【解析】(1)浓硫酸具有强氧化性,在加热时可以氧化单质铜,生成硫酸铜、二氧化硫 △ 9 和水,方程式为 2H2SO4(浓)+Cu CuSO4+2H2O+2SO2↑; (2)SO2 溶于水显酸性,而在酸性条件下 NO3-具有氧化性可将 SO2 氧化成硫酸,从而 生成既不溶于水也不溶于酸的硫酸钡沉淀,这说明 SO2 具有还原性;而 NO3-被还原成 NO 气体,由于试剂瓶中的空气将 NO 氧化成 NO2 ,因此会出现浅棕色气体,方程式为 2NO+O2=2NO2; (3)见解析(2) (4)①要排除空气参与反应,可在反应之前先通入氮气一段时间,将装置中的空气排 出;由于铜和浓硫酸反应放热,因此产生的白雾中含有硫酸,为防止硫酸干扰后面的反应, 需要饱和的 NaHSO3 溶液除去二氧化硫中混有的硫酸杂质;②甲仅仅是排除了空气,但并没 有除去二氧化硫中混有的硫酸,因此会产生大量沉淀,方程式为 SO42-+Ba2+=BaSO4↓; 而乙虽然排除了二氧化硫中混有的硫酸,但没有排尽空气,由于在溶液中空气可氧化二氧化 硫生成硫酸,所以也会生成硫酸钡沉淀,方程式为 2Ba2++2SO2+O2+2H2O=2BaSO4+4H +。但由于白雾的量要远多于装置中氧气的量,所以产生的沉淀少。 (5)通过以上分析不难得出 SO2 与可溶性钡的强酸盐不能反应生成白色 BaSO3沉淀。 【总结升华】本题主要考查了 SO2 的制取、性质及 BaSO3、BaSO4 的性质知识等,同时 考查了学生的实验设计、分析、检验、推断等基本技能,充分考查了学生的思维分析能力等。 举一反三: 【变式 1】某研究小组探究 SO2 和 Fe(NO3)3 溶液的反应。 已知: 1.0 mol/L 的 Fe(NO3)3 溶液的 pH=1 请回答: (1)装置 A 中反应的化 学方程式是 。 (2)为排除空气对实验的干扰,滴加浓硫酸之前应进行的操作是 。 (3)装置 B 中产生了白色沉淀,其成分是 ,说明 SO2 具有 性。 (4)分析 B 中产生白色沉淀的原因: 观点 1: ; 观点 2:SO2 与 Fe3+反应; 观点 3:在酸性条件下 SO2 与 NO3-反应; ①按观点 2,装置 B 中反应的离子方程式是 ,证明该观点应进一步确认生 △ 10 成的新物质,其实验操作及现象是 。 ②按观点 3,只需将装置 B 中的 Fe(NO3)3 溶液替换为等体积的下列溶液,在相同条 件下进行实验。应选择的试剂是(填序号) 。 a.0.1 mol/L 稀硝酸 b.1.5 mol/L Fe(NO3)2 溶液 c.6.0 mol/L NaNO3 和 0.2 mol/L 盐酸等体积混合的溶液 【答案】(1)Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O (2)打开弹簧夹,向装置中通入一段时间的 N2,关闭弹簧夹 (3)BaSO4 还原性 (4)观点 1:SO2 和 Fe3+、酸性条件下 NO3-都反应 ①SO2+2Fe3++Ba2++2H2O=BaSO4↓+2Fe2++4H+ (可分两步写) 取少量 B 中溶液于试管中,加入少量铁氰化钾[K3Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀,则溶液中有 Fe2+,观点 2 合理 ②c 【高清课堂:406674 例 1】 例 5.某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略 去)。实验表明浓硝酸能将 NO 氧化成 NO2,而稀硝酸不能氧化 NO。由此得出的结论是浓 硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品:浓硝酸、3 mol/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳 已知:氢氧化钠溶液不与 NO 反应,能与 NO2 反应 2NO2 + 2 NaOH = NaNO3 + NaNO2 +H2O ( 1 ) 实 验 应 避 免 有 害 气 体 排 放 到 空 气 中 。 装 置 ③ 、 ④ 、 ⑥ 中 盛 放 的 药 品 依 次 是 _____________________________________________________。 ( 2 ) 滴 加 浓 硝 酸 之 前 的 操 作 是 检 验 装 置 的 气 密 性 , 加 入 药 品 , 打 开 弹 簧 夹 后 _______________________________________________。 (3)装置①中发生反应的化学方程式是___________________________。 ( 4 ) 装 置 ② 的 作 用 是 __________________________ , 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 是 ___________________________________。 (5)该小组得出的结论所依据的实验现象是________________________。 11 (6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中 硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计 了以下 4 个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母) __________。 a.加热该绿色溶液,观察颜色变化 b.加水稀释绿色溶液,观察颜色变化 c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化 d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化 (1)3 mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液 (2)通入 CO2 一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内 (3)Cu + 4 HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2 NO2↑+ 2 H2O (4)将 NO2 转化为 NO 3 NO2 + H2O == 2 HNO3 + NO (5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色 (6)acd 【思路点拨】要证明浓硝酸能将 NO 氧化成 NO2,而稀硝酸不能氧化 NO,需在装置② 中应该盛放水,将 NO2 转化为 NO;在装置③中应该盛放稀硝酸,装置④中应该盛放浓硝酸。 【答案】(1)3mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液 (2)通入 CO2 一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内 (3)Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (4)将 NO2 转化为 NO 3NO2 + H2O =2HNO3 + NO (5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色 (6)a c d 【解析】(1)根据装置特点和实验目的,装置⑤是收集 NO,装置⑥中盛放 NaOH 溶 液吸收 NO2,因为要验证稀 HNO3 不能氧化 NO,所以装置③中应该盛放稀硝酸。 (2)由于装置中残存的空气能氧化 NO 而对实验产生干扰,所以滴加浓 HNO3 之前需要通 入一段时间 CO2 赶走装置中的空气,同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止 反应产生的 NO 气体逸出。 (3)Cu 与浓 HNO 3 反应生成 C u ( N O 3 ) 2 、NO2、H2O:Cu + 4HNO3(浓)=C u ( N O 3 ) 2 + 2NO2↑ +2 H2O。 (4)装置②中盛放 H2O,使 NO2 与 H2O 反应生成 NO:3NO2 + H2O=2HNO3 + NO。 (5)NO 通过稀 HNO3 溶液后,若无红棕色 NO2 产生,说明稀 HNO3 不能氧化 NO,所以盛 放稀 HNO3 装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。装置④中盛放的是浓 HNO3,若浓 HNO3 能氧化 NO 则装置④液面的上方会产生红棕色气体。 (6)要证明是 C u ( N O 3 ) 2 浓度过低或是溶解了 NO2 导致装置①中溶液呈绿色,一是可设 计将溶解的 NO2 赶走(a、c 方案)再观察颜色变化。二是增加溶液中 C u ( N O 3 ) 2 溶液的浓 12 度(d 方案)观察反应后的颜色变化。 【总结升华】本题主要考查 HNO3 的性质、化学基本实验设计和评价能力。 【巩固练习】 1.某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱,用下图所示装置进行实验(夹持仪 器已略去,气密性已检验)。 实验操作步骤: Ⅰ. 打开弹簧夹 1,关闭弹簧夹 2,并打开活塞 a,滴加盐酸。 Ⅱ. A 中看到白色沉淀时,…,关闭活塞 a。 请回答: (1)B 中反应的离子方程式是________。 (2)通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是________(填字母)。 A.挥发性 B. 还原性 C. 氧化性 D. 酸性 (3)C 装置的作用是________,X 是________(写化学式)。 (4)为了验证碳的非金属性强于硅,步骤Ⅱ中未写的操作和现象是________, D 中反应的化学方程式是________。 (5)碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________(从原子结构角度加以解释)。 2.某校化学实验兴趣小组为了要探究实验室制备 Cl2 的过程中会有水蒸气和 HCl 挥发出来, 同时要证明氯气的某些性质,甲同学设计了如下图所示的实验装置(支撑用的铁架台省略), 按要求回答问题。 13 (1)若用含有 0.2 mol HCl 的浓盐酸与足量的 MnO2 反应制 Cl2 ,制得的 Cl2 在标准状 况下体积总是 1.12 L(填“大于”或“等于”或“小于”)。 (2)①装置 B 中盛放的试剂名称为 , 作用是 。 ②装置 D 和 E 中出现的不同现象说明了 。 ③装置 F 的作用是 。 ④写出装置 G 中发生主要反应的离子方程式为 。 (3)乙同学认为甲同学的实验有缺陷,不能确保最终通入 AgNO3 溶液中的气体只有 一种。为了确保实验结论的可靠性,证明最终通入 AgNO3 溶液的气体只有一种,乙同学提 出在某两个装置之间再加一个装置。你认为该装置应加在 与 之间(填装置 字母序号),装置中应放入 (填写试剂或用品名称)。 3.(2015 安徽高考)某研究小组将纯净的 SO2 气体通入 0.1mol·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,该小组突出了如下 假设: 假设一:溶液中的 NO3- 假设二:溶液中溶解的 O2 (1)验证假设 该小组涉及实验验证了假设一,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 25ml0.1mol/LBaCl2 溶液的 烧杯中,缓慢通入纯净的 SO2 气体 实验 2:在盛有不含 O2 的 25ml0.1mol/LBa(NO3)2 溶液 的烧杯中,缓慢通入纯净的 SO2 气体 假设一成立 (2)为深入研究该反应,该小组还测得上述两个实验中溶液的 pH 随通入 SO2 体积的变化 曲线入下图 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 1 实验 2 V(SO2) b V1 O pH 14 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程) (3)若假设二成立,请预测:在相同条件下,分别通入足量的 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___________ 4.某研究小组用下图装置进行 SO2 与 FeCl3 溶液反应的相关实验(夹持装置已略去)。 (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 ,操作中不需要的仪器有 (填字 母)。 a .药匙 b.烧杯   c.石棉网 d.玻璃棒 e.坩埚 (2)通入足量 SO2 时 C 中观察到的现象为 , (3)根据以上现象,该小组同学认为 SO2 与 FeCl3 溶液发生氧化还原反应。 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 C 试管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 SO42—。该做法 (填“合理”或“不合理”),理由是 。 (4)D 装置中倒置漏斗的作用是 。 (5) 为了验证 SO2 具有还原性,实验中可以代替 FeCl3 的试剂有 (填入正确选项前 的字母) 。 a.浓 H2SO4 b.酸性 KMnO4 溶液   c.碘水 d.NaCl 溶液 5.(2016 年丰台区高三二模)某小组同学在实验室研究 Al 与 CuCl2 溶液的反应。 实验操作 实验现象 15 ⅰ. 红色物质附着于铝片表面 ⅱ. 大量无色气体从红色物质表面逸出,放出大 量的热 ⅲ. 烧杯底部出现白色沉淀 (1)现象ⅰ中的红色物质是 。 (2)经检验现象ⅱ中的无色气体为氢气。 ①甲认为 Al 与 H+反应产生了氢气,用离子方程式表示溶液中存在大量 H+的原 因 。 ②氢气从红色物质表面逸出的原因是 。 (3)探究白色沉淀的化学成分。 查阅资料:Cu+可与浓氨水反应生成 Cu(NH3)2+(无色),该无色物质在空气中易 被氧化变为蓝色。 乙认为白色沉淀可能是 CuCl,并通过实验证明其猜测正确,实验步骤如下: a. 取白色沉淀,充分洗涤; b. 向其中加入浓氨水,沉淀溶解得到无色溶液,将无色溶液分为两份; c. 取其中一份无色溶液…… d. 将另一份无色溶液放置于空气中,一段时间后,溶液变为蓝色。 ①步骤 c 的实验方案是 。 ②用化学平衡移动原理解释 CuCl 溶于浓氨水的原因 。 (4)探究 CuCl 产生的原因。 ①丙猜测可能是 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl,因为 Cu 具有 性。 ②取 Cu 粉与 1mol/L CuCl2 溶液混合,无白色沉淀产生,丙再次分析 Al 与 CuCl2 溶液反应的实验现象,改进实验方案,证明了 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl,改进之处是 。 6.某小组同学欲研究 SO2 的性质。 (1)将相关的含硫物质分为如下表所示 3 组,第 2 组中物质 X 的化学式是 。 第 1 组 第 2 组 第 3 组 S(单质) SO2、X、Na2SO3、NaHSO3 SO3、H2SO4、Na2SO4、NaHSO4 (2)利用下图所示的装置研究 SO2 的性质: (熔点:SO2 -76.1℃,SO3 16.8℃;沸点:SO2 -10℃,SO3 45℃) ①装置 I 模拟工业生产中 SO2 催化氧化的反应,其化学方程式是 。 1mol/L CuCl2 溶液 打磨过的铝片 16 ②甲同学按 I、II、III、IV 的顺序连接装置,装置 II 的作用是 ; 装置 III 中溶液逐渐褪色,生成 Mn2+,则该反应的离子方程式是 。 ③乙同学按 I、II、IV 的顺序连接装置,若装置 IV 中有 40 mL 2.5 mol•L-1 NaOH 溶液,反 应后增重 4.8 g,则装置 IV 中发生总反应的化学方程式是 。 7.某化学课 外活动小组设计实验探究氮的化合物的性质,装置如下图所示(A 装置未画出), 其中 A 为气体发生装置。A 中所用试剂,从下列固体物质中选取:①NH4HCO3、②NH4Cl、③ Ca(OH)2、④NaOH。 检查装置气密性后,先将 C 处铂丝网加热至红热,再将 A 处产生的气体通过 B 装置片刻后, 撤去 C 处酒精灯,铂丝继续保持红热,F 处铜片逐渐溶解。 (1)实验室制取 A 中气体时若只用一种试剂,该试剂是_________________(填代表备选试剂 的序号);此时 A 中主要的玻璃仪器有__________________________________(填名称)。 (2)下面关于 A 中所用试剂的说法正确的是___________________。 A.施用该物质会大大提高粮食产量而对环境无影响 B.向该物质的溶液中加入足量氢氧化钡溶液发生反应的离子方程式为:NH 4+ + OH– = NH3•H2O C.可通过加热方法区别该试剂和(NH4)2SO4 D.工业上用 NH3 等合成该物质的过程可称为氮的固定 (3)装置 C 中发生催化氧化反应的化学方程式为____________________________________, 装置 E 发生反应的化学方程式为_________________________________________________。 (4)假设 A、B 中的药品充足,则装置 F 中可以观察到的现象有________________________ ___________________________________________________________________ __。 (5)指导老师从安全与环保角度考虑,指出该装置有两处明显的缺陷,请你提出修改建议: _______________________________________________________________________________ ______ ____________________________________________________________。 8.(2015 全国高考 1)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其 K 1=5.4×102,K2= 5.4×105。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色, 熔点为 101℃,易溶于水,受热脱水、升华,170℃以上分解。回答下列问题: 17 (1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置 C 中可 观察到的现象是_________,由此可知草酸晶体分解的产物中有_______。装置 B 的主要作用 是________。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有 CO,为进行验证,选用甲组实验中的装 置 A、B 和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。 ①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为 A、B、______。装置 H 反应管中盛 有的物质是_______。 ②能证明草酸晶体分解产物中有 CO 的现象是_______。 (3)设计实验证明: ①草酸的酸性比碳酸的强______。 ②草酸为二元酸______。 9.(2016 全国高考卷 2)某班同学用如下实验探究 Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题: (1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成 0.1mol/L 的溶液.在 FeCl2 液中需加 入少量铁属,其目的是________。 (2)甲组同学取 2mlFeCl2 溶液.加入几滴氯水,再加入 1 滴 KSCN 溶液,溶液变红,说明 Cl2 可将 Fe2+氧化。FeCl2 溶液与氯水反应的离子方程式为_______。 (3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在 2mLFeCl2 溶液中先加入 0.5ml 煤油, 再于液面下依次加入几滴氯水和 l 滴 KSCN 溶液,溶液变红,煤油的作用是______。 (4)丙组同学取 10 mL 0.1mol/L KI 溶液,加入 6mL 0.1mol/L FeCl3 溶液混合。分别取 2mL 此溶液于 3 支试管中进行如下实验: 18 ① 第一支试管中加入 1mL CCl4 充分振荡、静置,CCl4 层呈紫色; ② 第二只试管中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6] 溶液,生成蓝色沉淀: ③ 第三支试管中加入 1 滴 KSCN 溶液,溶液变红。 实验②检验的离子是_____(填离子符号);实验①和③说明:在 I-过量的情况下,溶 液中仍含有______(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为______。 (5)丁组同学向盛有 H2O2 溶液的试管中加入几滴酸化的 FeCl3 溶液,溶液变成棕黄色,发 生反应的离子方程式为________;一段时间后.溶液中有气泡出现,并放热.随后有 红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是______;生成沉淀的原因是______(用平衡移动 原理解释)。 【答案与解析】 1.(1) CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2↑+ H2O (2) A D (3)除 HCl 气体 、 NaHCO3 (4)关闭弹簧夹 1,打开弹簧夹 2,当 D 中出现白色胶状沉淀后 Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3(胶体)+ Na2CO3 (5)碳和硅位于同一主族,从上到下,原子半径逐渐增大,得电子的能力减弱,非金属性 减弱。 2.(1)小于 (2)① 无水硫酸铜 证明有水蒸气产生 ②氯气无漂白性,次氯酸有漂白性 ③吸收氯气 ④Ag- + Cl- = AgCl↓ (3) F G 湿润的淀粉 KI 试纸(或湿润的有色布条) 3.(1)无现象、有白色沉淀生成 (2)SO2 溶于水后生成 H2SO3,亚硫酸显酸性,故 pH 值减小;SO2 +H2O H2SO3 ; 3Ba2++ 3SO2+2NO3-+2H2O=3 Ba SO4↓+2NO↑+4H+; (3) 实验步骤 实验现象 结论 实验 1:在盛有不含 O 2 的 25ml0.1mol/LBaCl2 溶 液的烧杯中,缓慢通入纯净的 SO2 气体 无现象 实验 2:在盛有富含 O 2 的 25ml0.1mol/LBaCl2 溶 液的烧杯中,缓慢通入纯净的 SO2 气体 有白色沉淀生成 假设二成立 (4)小于,根据:2 H2SO3+O2=4H++2SO42- 3 H2SO3+2NO3-=3SO42-+2NO↑+4H++H2O; 19 等物质的量的 H2SO3 分别被 O2 和 KNO3 氧化时产生氢离子的物质的量为 3:2。 【解析】本题基于氧化还原原理考查实验方案设计。 (1)二氧化硫不与氯化钡反应,所以无现象。硝酸根离子氧化二氧化硫,生成硫酸根离子, 与钡离子形成沉淀。 (2)二氧化硫溶于水形成亚硫酸,亚硫酸是弱酸溶液呈酸性;硝酸根离子氧化亚硫酸,生 成硫酸,硫酸是强酸,PH 值比实验 1 小。 (3)同样进行不含氧气和通入氧气的对比实验,判断是否氧气参加反应。 (4)等物质的量的 H2SO3 分别被 O2 和 KNO3 氧化时产生氢离子的物质的量为 3:2。 4. (1)浓盐酸、抑制氯化铁水解、c、e (2)溶液由棕黄色变为浅绿色 (3)①2Fe3+ + SO2 +2H2O=SO42-+4H++2Fe2+ ②取 C 中反应后的溶液,向其中滴入 KSCN 溶液,不变红,再加入新制的氯水,溶液变红 (2 分) ③不合理硝酸可以将溶解的 SO2 氧化为 H2SO4,干扰试验 (4)使气体充分吸收;防止溶液倒吸 (5)b、c 5. 【答案】(1)Cu (2)① Cu2++2H2O Cu(OH)2+2H+ ②Cu 和 Al 在酸性条件下形成原电池,Cu 为正极,H+在正极表面得电子生成氢气 (3)①加入足量的稀硝酸,再滴加几滴硝酸银溶液 ②CuCl 在水溶液中存在平衡:CuCl(s) Cu+(aq)+Cl-(aq),加入浓氨水,浓氨水与 Cu+ 反应生成 Cu(NH3)2+,Cu+浓度减小,平衡正向移动,促进 CuCl 溶解。 (4)还原 加热 【解析】(1)铝的活泼些大于铜,和硫酸铜溶液发生置换反应生成铜,铝表面析出红色的 铜。 (2)①氯化铜是强酸弱碱盐水解溶液显酸性,CuCl2+2H2O Cu(OH)2+2HCl,溶液中存 在大量 H+的原因是因为水解生成的; ②氯置换出铜附着在铝表面在电解质溶液中形成原电池反应,铜做正极,溶液中氢离 子在铜电极发生还原反应生成氢气,电极反应为 2H++2e-=H2↑。 (3)①依据实验步骤可知步骤 d 是验证 Cu+可与浓氨水反应生成 Cu(NH3)2+(无色),该无 色物质在空气中易被氧化变为蓝色,所以步骤 c 是验证白色沉淀可能是 CuCl,检验反应后 的溶液中是否含氯离子,步骤 c 的实验方案是加入足量的稀硝酸,再滴加几滴硝酸银溶液, 观察是否生成白色沉淀判断氯离子的存在; ②氯化亚铜白色沉淀在水溶液中存在沉淀溶解平衡,加入浓氨水会和亚铜离子形成 Cu(NH3)2+(无色),平衡正向进行促进沉淀溶解,用化学平衡移动原理解释 CuCl 溶液于浓 氨水的原因是:CuCl 在水溶液中存在平衡:CuCl(s) Cu+(aq)+Cl-(aq),加入浓氨水,浓氨 20 水与 Cu+反应生成 Cu(NH3)2+,Cu+浓度减小,平衡正向移动,促进 CuCl 溶解。 (4)①若是 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl,元素化合价分析可知铜化合价 0 价变化为 +1 价,元素化合价升高失电子做还原剂发生氧化反应,铜表现的是还原性; ②铝的氯化铜溶液反应过程中有白色沉淀生成,反应过程放出大量热量,证明了 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成 CuCl,可以加热观察是否生成白色沉淀,若加热出现沉淀说明 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl,若不出现沉淀说明 Cu 与 CuCl2 溶液不能反应生成了 CuCl。 6.(1)H2SO3 (2)①2SO2 + O2 2SO3 ②使 SO3 凝结成固体与 SO2 分离 5SO2 + 2H2O + 2MnO4- 5SO42- + 2Mn2+ + 4H+ ③3SO2 + 4NaOH Na2SO3 + 2NaHSO3 + H2O 【解析】第二组中 S 元素的化合价均为+4 价,故 X 为 H2SO3。 7. (1) NH4HCO3 试管、酒精灯 (2) C (3) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 (4)水中产生气泡,溶液逐渐变为蓝色,气体在 广口瓶上方变为红棕色 (5)在装置 E、F 之间增加一个防倒吸装置,在装置 F 后面增加一个尾气吸收装置 8.(1)有气泡逸出,澄清石灰水变浑浊;CO2;冷凝(水蒸气、草酸等),避免草酸进入装置 C 反应生成沉淀,干扰 CO2 的检验。 (2)①F、D、G、H、D、I; CuO(氧化铜); ②H 中的粉末有黑色变为红色,其后的 D 中的石灰水变浑浊; (3)①向盛有少量 NaHCO3 溶液的试管中滴加草酸溶液,有气泡产生。 ②用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液,消耗氢氧化钠的物质的量是草酸的两倍。 【解析】本题是以草酸为题材来考查学生的实验基本知识,难度中偏易。首先通读这道题, 合理猜测 H2C2O4·2H2O 的分解产物为 CO2、CO、H2O 三种,然后用氧化还原反应的有关知识 (化合价升降)来验证。 (1)问考常规,澄清石灰水变浑浊,说明有 CO2 产生,考虑到还有 CO,我觉得有必要强调一 下“气泡”;装置 B 的主要作用是冷凝分解产物中的水,同时草酸也可能升华,所以该装置 还有一个作用就是除去草酸蒸气,避免其进入装置 C 中。 (2)问考查物质性质和实验原理的综合应用能力。由装置 A、B 出来的气体含有 CO2、CO,容 易想到用灼热氧化铜来氧化 CO,进而检验其产物 CO2,但要注意到原产物中有 CO2,故要设 计除去 CO2 和验证 CO2 除尽的环 节。最终确认连接顺序 F(除 CO2)、D(验证 CO2 被除尽)、G ∆ 催化剂 21 (干燥)、H(氧化 CO)、D(通过验证 CO2 来证明 CO 的存在)、I(尾气处理);H 中要装 CuO (氧化铜)。 (3)问考查实验设计能力,利用强酸制取弱酸的原理,向盛有少量 NaHCO3 溶液的试管中滴加 草酸溶液,若有气泡产生,则证明“草酸的酸性比碳酸强”。 证明“草酸是二元酸”这个难一点,考虑到题中给出了 Ka 值,所以还可以设计了一个 NaHC2O4 溶液呈酸性的实验,也可以直接取 NaHC2O4 溶液测其 pH,呈酸性则说明草酸是二元 酸。若用中和滴定当然是更准确的方法了。 9. 【答案】(1)防止 Fe2+被空气中的氧气氧化 (2)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气,防止空气中的氧气将 Fe2+氧化,产生干扰 (4)Fe2+;Fe3+;2Fe3++2I-=2Fe2++I2 (5)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O;反应产生的 Fe3+是 H2O2 分解的催化剂,使 H2O2 分解产生 O2; H2O2 与 Fe2+反应消耗 H+使溶液中 c(H+)降低,水解平衡 Fe3++ 3H2O Fe(OH)3+3H+正向 移动,产生较多 Fe(OH)3,聚集形成沉淀。 【解析】(1)亚铁离子具有还原性,能被空气中的氧气氧化,所以在配制的 FeCl2 溶液中加 入少量铁属的目的是防止 Fe2+被空气氧化。 (2)Cl2 可将 Fe2+氧化成铁离子,Cl2 本身得电子生成氯离子,反应的离子方程式为 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-。 (3)防止空气中的氧气将 Fe2+氧化,产生干扰,所以煤油的作用是隔绝空气。 (4)根据 Fe2+的检验方法,向溶液中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6] 溶液,生成蓝色沉淀,一 定含有亚铁离子;则实验②检验的离子是 Fe2+;碘易溶于 CCl4,在 CCl4 中呈紫色,Fe3+ 遇 KSCN 溶液显血红色,实验①和③说明,在 I-过量的情况下,溶液中仍含有 Fe2+,由 此可以证明该氧化还原反应为 2Fe3++2I-=2Fe2++I2。 (5)H2O2 溶液中加入几滴酸化的 FeCl2 溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程 式为 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O,铁离子的溶液呈棕黄色;一段时间后,溶液中有气泡 出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成,产生气泡的原因是反应产生的 Fe3+是 H2O2 分 解的催化剂,使 H2O2 分解产生 O2;生成沉淀的原因是 Fe3++ 3H2O Fe(OH)3+3H+,反 应消耗 H+使 c(H+)降低,水解平衡正向移动,产生较多 Fe(OH)3,聚集形成沉淀。 查看更多

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