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2021高考化学一轮复习 课时作业34 探究物质组成、性质实验方案的设计与评价鲁科版

2021高考化学一轮复习 课时作业34 探究物质组成、性质实验方案的设计与评价鲁科版

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- 12 -

探究物质组成、性质实验方案的设计与评价
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．(2019·河南洛阳统考)一氯甲烷是一种重要的化工原料，常温下它是无色有毒气体，微溶于水，易溶于乙醇、CCl4等。
(1)甲组同学在实验室用如图甲所示装置模拟催化法制备和收集一氯甲烷。①以无水ZnCl2为催化剂，a瓶中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________，
如果实验时a瓶加热时间过长，最终在瓶底得到一种白色物质，该物质的化学式是________。
②装置B的主要作用是________。

(2)乙组同学选用甲组装置A、B和如图乙所示的部分装置检验CH3Cl中的氯元素。(已知：CH3Cl＋NaOH―→CH3OH＋NaCl)

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、____________。
②通入一段时间的CH3Cl气体，打开装置D中分液漏斗的活塞观察实验现象。分液漏斗中盛放的试剂是________。
③能证明CH3Cl中含有氯元素的实验现象是________________________________。
解析：　(1)①甲醇与浓盐酸在ZnCl2作催化剂、加热的条件下发生取代反应生成CH3Cl和H2O，反应的化学方程式为CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O；ZnCl2加热时间过长会水解生成Zn(OH)2或高温分解生成ZnO。②浓盐酸和甲醇均易挥发，所以装置B的主要作用是除去氯化氢气体和甲醇。
(2)A装置为制取一氯甲烷的装置，B装置用于除去HCl，F装置用于检验HCl是否被除尽，D装置中CH3Cl和热NaOH溶液反应，G装置为尾气处理装置。①根据上述分析可知，装置依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G。
②根据上述分析可知，分液漏斗中盛放的试剂是硝酸酸化的硝酸银溶液。③能证明CH3Cl中含有氯元素的实验现象是F中无白色沉淀生成，D中有白色沉淀生成。
答案：　(1)①CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O
Zn(OH)2或ZnO
②除去氯化氢气体和甲醇
(2)①F、D、G　②硝酸酸化的硝酸银溶液　③F中无白色沉淀生成，D中有白色沉淀生成
2．乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0 mol·L－1Na2SO3溶液的实际浓度。

(1)分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？____(填字母)。
a．浓硝酸　　b．65%硫酸　　c．浓盐酸
(2)实验前后测得C装置增重3.2 g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为________。
(3)该实验装置还存在一个明显的缺陷是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
如何改进？
________________________________________________________________________。
解析：　制备二氧化硫气体选用硫酸。C装置增重3.2 g，产生的n(SO2)＝0.05 mol，所以n(Na2SO3)＝0.05 mol，c(Na2SO3)＝0.05 mol÷0.06 L≈0.83 mol·L－1。该实验装置中一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置。
答案：　(1)b　(2)0.83 mol·L－1
(3)缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置(或其他合理答案)　在A装置中加引一个带活塞的导气管
3．NH4NO3热分解十分复杂。在一定条件下：3NH4NO32NH3↑＋2NO↑＋2NO2↑＋3H2O(不考虑2NO2⇌N2O4)，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↑＋3H2O，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
4.(2019·山东青岛二中月考)常温常压下，一氧化二氯(Cl2O)为棕黄色气体，沸点为3.8 ℃，42 ℃以上会分解生成Cl2和O2，Cl2O易溶于水并与水反应生成HClO。
Ⅰ.制备产品
将氯气和空气(不参与反应)按体积比1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O，并用水吸收Cl2O(不含Cl2)制备次氯酸溶液。

(1)各装置的连接顺序为________→________→________→________→________。
(2)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
装置C的作用是
________________________________________________________________________。
(3)制备Cl2O的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)反应过程中，装置B需放在冷水中，其目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)此方法相对于用氯气直接溶于水制备次氯酸溶液有两个主要优点，分别是
________________________________________________________________________。
Ⅱ.测定浓度
(6)已知次氯酸可被FeSO4等物质还原。用下列实验方案测定装置E所得溶液中次氯酸的物质的量浓度：量取10 mL上述次氯酸溶液，并稀释至100 mL，再从其中取出10.00 mL于锥形瓶中，并加入10.00 mL 0.80 mol·L－1的FeSO4溶液，充分反应后，用0.050 00 mol·L－1的酸性KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液24.00 mL，则原次氯酸溶液的浓度为________。
解析：　本题主要考查一氧化二氯(Cl2O)的制备及含量测定，涉及的知识点有仪器连接、化学方程式的书写、实验评价、浓度计算。(1)装置A制备Cl2；装置D用于吸收Cl2中的HCl气体；Cl2与空气按体积比1∶3混合通入盛有含水8%的碳酸钠的装置B，充分反应制备Cl2O；装置C用于除去Cl2O中的Cl2；装置E中用水吸收Cl2O制备次氯酸溶液，故装置的连接顺序为A→D→B→C→E。(2)多孔球泡可增大气体与溶液的接触面积，搅拌棒也是为了使气体与溶液充分接触，故两者的作用都是加快反应速率，使反应充分进行；装置C盛有足量的四氯化碳溶液，Cl2易溶于CCl4中，其作用是除去Cl2O中的Cl2。(3)制备Cl2O是将体积比为1∶3的氯气和空气的混合气体通入含水8%的碳酸钠中，根据得失电子守恒及原子守恒可得反应的化学方程式为2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋2NaCl＋CO2或2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3。(4)由题中信息知，Cl2O在42 ℃以上会分解生成Cl2和O2，故为防止反应放热温度过高导致Cl2O分解，装置B需放在冷水中。 (5)氯气直接溶于水除了生成HClO，还有HCl生成，纯度较低，且反应可逆，而Cl2O溶于水制备的次氯酸纯度较高，溶液浓度较大。(6)根据得失电子守恒可得关系式：HClO～2Fe2＋、MnO～5Fe2＋，n(KMnO4)＝0.05 mol·L－1×24×10－3L＝1.2×10－3mol，则与次氯酸反应后剩余的n(Fe2＋)＝5n(KMnO4)＝5×1.2×10－3mol＝6×10－3mol，则与次氯酸反应的n(Fe2＋)＝0.8 mol·L－1×10×10－3L－6×10－3mol＝2×10－3mol，可得n(HClO)＝n(Fe2＋)＝1×10－3mol，则原溶液中次氯酸的浓度为＝1.000 mol·L－1。
答案：　(1)A　D　B　C　E
(2)加快反应速率，使反应充分进行　除去Cl2O中的Cl2
(3)2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋2NaCl＋CO2(或2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3)
(4)防止反应放热温度过高导致Cl2O分解
(5)制得的次氯酸纯度较高，溶液浓度较大
(6)1.000 mol·L－1
5．某兴趣小组的同学发现，将CuSO4溶液与K2CO3溶液混合会产生蓝绿色沉淀。他们对沉淀的组成很感兴趣，决定采用实验的方法进行探究。
(1)[提出假设]
假设1：所得沉淀为Cu(OH)2；
假设2：所得沉淀为________(填化学式)；
假设3：所得沉淀为碱式碳酸铜[化学式可表示为mCu(OH)2·nCuCO3]。
[查阅资料]无论是哪一种沉淀受热均易分解(假设沉淀均不含结晶水)。
[实验探究]
步骤1：将所得悬浊液过滤，先用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，风干；
步骤2：甲同学取一定量固体，用气密性良好的装置如图(夹持仪器未画)进行实验。

(2)若反应后A中蓝绿色固体变黑，C中无明显现象，证明假设________成立。
(3)乙同学认为只要将图中B装置的试剂改用下列某试剂后，便可验证上述所有假设，该试剂是________(填编号)。
A．浓硫酸　　　　　　 B．无水CuSO4
C．碱石灰 D．P2O5
(4)乙同学验证假设3成立的实验现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)D装置的作用是________。
(6)乙同学进一步探究假设3中固体的组成。他将C中的澄清石灰水改为Ba(OH)2溶液，其原因可能是________________、____________________________。若所取蓝绿色固体质量为27.1 g，实验结束后，装置B的质量增加2.7 g，C中产生沉淀的质量为19.7 g。则该蓝绿色固体的化学式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
A中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
解析：　(1)CuSO4还有可能与K2CO3直接发生复分解反应生成CuCO3。(2)蓝绿色固体变黑说明生成了CuO，C中无明显现象说明没有CO2生成，所以该沉淀中无CuCO3，则假设1成立。(3)由于生成的水无法检测，所以将B中CaCl2改为无水CuSO4则可检验生成的H2O。(4)假设3中固体的成分是碱式碳酸铜，受热分解后得到的产物是CuO、H2O和CO2，所以现象是A中蓝绿色固体变黑，B中无水CuSO4变蓝、C中澄清石灰水变浑浊。(5)若没有D装置，空气中的CO2会进入C中而使C中澄清石灰水变浑浊。(6)由于B中增加的是生成水的质量，C中生成的沉淀是BaCO3，所以n(CO2)＝n(BaCO3)＝＝0.1 mol，则由质量守恒可知m(CuO)＝27.1 g－2.7 g－0.1 mol×44 g/mol＝20 g，则n(CuO)＝＝0.25 mol，而n(H2O)＝＝0.15 mol，所以固体中：n(OH－)＝0.3 mol、n(CO)＝0.1 mol、n(Cu2＋)＝0.25 mol，则该蓝绿色固体的化学式为Cu5(OH)6(CO3)2，也可以写成2CuCO3·3Cu(OH)2或3Cu(OH)2·2CuCO3的形式。
答案：　(1)CuCO3
(2)1
(3)B
(4)A中蓝绿色固体变黑，B中无水CuSO4固体变蓝，C中有白色沉淀产生
(5)吸收空气中的CO2
(6)Ba(OH)2溶解度大，能充分吸收CO2　BaCO3的式量大于CaCO3，测量误差小　2CuCO3·3Cu(OH)2或3Cu(OH)2·2CuCO3或Cu5(OH)6(CO3)2
2CuCO3·3Cu(OH)25CuO＋3H2O↑＋2CO2↑
6.

某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。
实验Ⅰ.将Fe3＋转化为Fe2＋
(1)Fe3＋与Cu粉发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(2)探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案：
实验方案
现象
结论
步骤1：取4 mL________mol/L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液
产生白色沉淀
CuSO4溶液与KSCN溶液反应产生了白色沉淀
步骤2：取________
无明显现象
查阅资料：
已知：①SCN－的化学性质与I－相似
②2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2
Cu2＋与SCN－反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
实验Ⅱ.将Fe2＋转化为Fe3＋
实验方案
现象
向3 mL 0.1 mol/L FeSO4溶液中加入稍过量稀硝酸
溶液变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色
探究上述现象出现的原因：
查阅资料：Fe2＋＋NO⇌Fe(NO)2＋(棕色)
(3)用离子方程式解释NO产生的原因：
________________________________________________________________________。
(4)从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析：
反应Ⅰ：Fe2＋与HNO3反应；
反应Ⅱ：Fe2＋与NO反应
①依据实验现象，可推知反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ________(填“快”或“慢”)。
②反应Ⅰ是一个不可逆反应，设计实验方案加以证明：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)Fe3＋与Cu粉发生反应生成亚铁盐和铜盐，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)由反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可知图中得到溶液中Fe2＋的浓度为0.2 mol/L，Cu2＋的浓度为0.1 mol/L，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验，步骤1：取4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液；步骤2：取4 mL 0.2 mol/L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液。由题目信息②可知，Cu2＋与SCN－反应生成CuSCN沉淀，同时生成(SCN)2，反应离子方程式为2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2。(3)亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水，反应离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消
失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最先表现，则反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的慢。②反应中硝酸过量，若存在平衡，溶液中含有Fe2＋，否则没有Fe2＋，具体的实验方案是取少量反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应Ⅰ是不可逆反应。③Fe2＋被硝酸氧化为Fe3＋，溶液中Fe2＋浓度降低，导致平衡Fe2＋＋NO⇌Fe(NO)2＋逆向移动，最终Fe(NO)2＋完全转化为Fe3＋，溶液由棕色变为黄色。
答案：　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)0.1　4 mL 0.2 mol/L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol/L KSCN溶液　2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2
(3)3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
(4)①慢　②取少量反应Ⅰ的溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应Ⅰ是一个不可逆反应(合理即可)　③Fe2＋被硝酸氧化为Fe3＋，溶液中Fe2＋浓度降低，导致平衡Fe2＋＋NO⇌Fe(NO)2＋逆向移动，最终Fe(NO)2＋完全转化为Fe3＋，溶液由棕色变为黄色