2021届高考化学二轮复习专题突破提能专训14-实验方案的设计与评价.docx

提能专训(十四)　试验方案的设计与评价　
(时间60分钟　满分100分)
一、选择题(共5小题，每题4分，共20分)
1．下列试验方案的设计或结论不正确的是(　　)
A．用润湿的pH试纸测量饱和Na2CO3溶液的pH

B．通过观看右图导管中水柱的变化，验证铁钉生锈的缘由主要是吸氧腐蚀
C．向Mg(OH)2悬浊液中滴加FeCl3溶液，消灭红褐色沉淀，说明溶解度：Fe(OH)3<Mg(OH)2
D．向同pH、同体积的醋酸和盐酸中加入足量Zn粒，通过完全反应后收集到的H2的体积比较两种酸的电离程度：醋酸<盐酸
答案：A　解析：本题考查了化学试验方案的设计，意在考查考生规范操作化学试验以及分析试验现象的力量。A项，测量溶液的pH时，pH试纸不能用蒸馏水润湿；B项，小试管中导管内液面上升，证明大试管中消耗了氧气，发生了吸氧腐蚀；C项犯难溶电解质的转化，溶解度较大的难溶电解质可转化为溶解度较小的难溶电解质；pH相同的醋酸和盐酸，醋酸的物质的量浓度大，等体积两种酸分别与足量Zn粒反应时，前者放出H2多，可比较两种酸的电离程度。
2．(2022·河北保定调研)下述试验设计能够达到目的的是(　　)

编号
试验目的
试验设计
A
证明盐酸的酸性比醋酸强
用同一电路测等体积盐酸、醋酸溶液的导电性
B
证明H2CO3酸性比H2SiO3强
将CO2通入Na2SiO3溶液中
C
证明钠的金属活动性比铜强
向CuCl2溶液中投入金属钠
D
证明溶液中含有I－
向溶液中加入淀粉溶液
答案：B　解析：本题考查了试验设计学问，意在考查考生对试验学问的把握状况。溶液的导电力量与溶液中的离子浓度有关，离子浓度越大导电力量越强，盐酸和醋酸的浓度不肯定相同，所以二者的强弱不能通过此试验确定，A选项错误；将CO2通入Na2SiO3溶液中，发生反应CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，利用了“强酸制弱酸”原理，所以H2CO3的酸性强于H2SiO3，B选项正确；将钠投入氯化铜溶液中，钠与水先反应，所以不能置换出铜，不能证明钠的金属性比铜强，C选项错误；能使淀粉变蓝的是单质碘，碘离子不能使淀粉变蓝，D选项错误。
3．(2022·山东仿真冲刺)“绿色化学试验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是(　　)

① 试验室收集氨气接受图1所示装置
② 试验室中做氯气与钠的反应试验时接受图2所示装置
③ 试验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与盐酸反应生成铵盐的试验
④ 试验室中接受图3所示装置进行铜与稀硝酸的反应
A．②③④　　　　　　　 B．①②③
C．①②④ D．①③④
答案：C　解析：在③中分别蘸取浓盐酸、浓氨水做试验，会挥发HCl、NH3，不符合绿色化学。
4．(2022·邯郸一模)利用下列试验装置进行的相应试验，不能达到试验目的的是(　　)

A．图1所示装置可制取氨气
B．图2所示装置可分别CH3CH2OH和CH3COOC2H5混合液
C．图3所示装置可制取乙烯并验证其易被氧化
D．图4所示装置可说明浓H2SO4具有脱水性、强氧化性，SO2具有漂白性、还原性
答案：B　解析：CH3CH2OH、CH3COOC2H5二者互溶，不能用分液漏斗分别。
5．(2022·重庆联考)下列装置能达到试验目的的是(　　)

A．用图①所示装置测定NaOH的浓度
B．用图②所示装置分馏少量石油
C．用图③所示装置在试验室制备收集氨气
D．用图④所示装置鉴别碳酸钠和碳酸氢钠
答案：D　解析：本题考查化学试验装置及其应用，意在考查考生分析试验和设计试验的力量。图①中NaOH溶液应盛放在碱式滴定管中，图示为酸式滴定管，A项错误；图②中温度计水银球应置于蒸馏烧瓶支管口处，B项错误；图③中收集氨气的试管中的导管应通到试管底部，C项错误；图④中加热时澄清石灰水变浑浊，则被加热的物质为NaHCO3，加热时澄清石灰水无明显现象，则被加热的物质为Na2CO3，D项正确。
二、非选择题(共4小题，共80分)
6．(20分)(2022·河南开封一模)二氧化硫是重要的工业原料，探究其制备方法和性质具有格外重要的意义。
(1)工业上用黄铁矿(FeS2)在高温下和氧气反应制备SO2：4FeS2＋11O28SO2＋2Fe2O3，该反应中被氧化的元素是________(填元素符号)。当该反应转移2.75 mol电子时，生成的二氧化硫在标准状况下的体积为________L。
(2)试验室中用下列装置测定SO2催化氧化为SO3的转化率(已知SO3熔点为16.8 ℃，假设气体进入装置时分别被完全吸取，且忽视空气中CO2的影响)。

①简述使用分液漏斗向圆底烧瓶中滴加浓硫酸的操作是
________________________________________________________________________。
②当停止通入SO2，熄灭酒精灯后，需要连续通一段时间的氧气，其目的是___________________________________________________ _____________________。
③试验结束后，若装置D增加的质量为m g，装置E中产生白色沉淀的质量为n g，则此条件下二氧化硫的转化率是____________________(用含字母的代数式表示，不用化简)。
(3)某爱好小组欲在绿色环保的条件下探究SO2的性质，设计如图试验装置。

B、C、D分别用于检验SO2的漂白性、还原性和氧化性，则B中所盛试剂为________；C中反应的离子方程式为______________________；D中的试验现象为____________________________；E装置的作用是_______________ _________________________________________________________。
答案：(1)S、Fe　11.2　(2)①打开分液漏斗上的活塞，旋开分液漏斗的旋塞，缓慢滴加　②使残留在装置中的二氧化硫和三氧化硫被充分吸取　③×100%
(3)品红溶液　SO2＋I2＋2H2O===SO＋2I－＋4H＋　试管中有淡黄色沉淀生成　吸取尾气，防止倒吸
解析：本题考查化学试验学问，意在考查考生利用化学原理分析问题的力量。(1)元素化合价上升，发生氧化反应，由反应方程式可知，被氧化的元素为S和Fe；当反应中转移2.75 mol电子时，有0.5 mol SO2生成，标准状况下，其体积为11.2 L。(2)①通过分液漏斗滴加浓硫酸时，可先打开分液漏斗上的活塞，然后旋开分液漏斗的旋塞，缓慢滴加即可。②为使残留在装置中的二氧化硫和三氧化硫被完全吸取，在熄灭酒精灯后应连续通入一段时间的氧气。③由于三氧化硫熔点较低，故D装置中增加的m g为SO3的质量，可计算出转化的SO2的物质的量为mol, SO2通入E装置后与Ba(NO3)2溶液反应生成BaSO4，其质量为n g，由BaSO4的质量可计算出未转化的SO2的物质的量为mol，最终计算出二氧化硫的转化率为×100%。(3)检验SO2的漂白性常用品红溶液；碘水具有氧化性，可将SO2氧化，其反应的离子方程式为SO2＋I2＋2H2O===SO＋2I－＋4H＋；H2S具有还原性，可与SO2发生氧化还原反应生成S，即2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，使D装置的试管中消灭淡黄色沉淀；为避开SO2污染空气，可用氨水进行吸取，并用倒置漏斗防止倒吸。
7．(20分)(2022·安徽皖南八校联考)某校争辩性学习小组的同学进行了以下化学试验：将金属钙置于空气中燃烧，然后向所得固体产物中加入肯定量蒸馏水，此过程中反应放出大量的热，并且放出有臭味的气体。
(1)甲同学提出：运用类比学习的思想，Ca与Mg是同一主族元素，化学性质具有肯定的相像性，依据甲同学的观点写出Ca在空气中燃烧时发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)乙同学提出：Ca的性质比Na活泼，在空气中燃烧还应有CaO2生成，CaO2与Na2O2性质相像，综合甲、乙同学的观点写出Ca燃烧后的固体产物与水反应放出气体的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)丙同学提出用试验的方法探究放出的有臭味气体的成分：
【查阅资料】
①CaO2遇水反应生成H2O2，H2O2会分解产生肯定量的O3。
②碘量法是最常用的臭氧测定方法，其原理为O3＋2KI＋H2O===O2＋I2＋2KOH。
【提出假设】
假设1：该有臭味气体只含NH3；
假设2：该有臭味气体只含____________；
假设3：该有臭味气体含有____________。
【设计方案进行试验探究】
限选试验试剂：红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、pH试纸、淀粉­KI溶液、蒸馏水。
设计试验方案证明假设，请在下表中写出试验操作步骤、预期现象与结论。

答案：(1)2Ca＋O22CaO、3Ca＋N2Ca3N2、2Ca＋CO22CaO＋C
(2)2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑、Ca3N2＋6H2O===3Ca(OH)2＋2NH3↑　(3)O3　O3和NH3
试验操作步骤
预期现象与结论
向试管中加入少量水，将潮湿的红色石蕊试纸置于试管口；另取少量Ca燃烧后的固体产物于另一支试管中，向试管中加入少量水，将产生的气体通入淀粉­KI溶液中
若红色石蕊试纸显蓝色，而淀粉­KI溶液不变色，则假设1成立；若红色石蕊试纸不显蓝色，而淀粉­KI溶液变蓝色，则假设2成立；若红色石蕊试纸显蓝色，且淀粉­KI溶液变蓝色，则假设3成立
【命题立意】本题考查综合试验探究，意在考查考生对化学试验基本方法和技能的把握状况。
解析：(1)依据甲同学的观点，Ca与Mg的化学性质具有肯定的相像性，Mg在空气中燃烧，可与O2、N2、CO2反应，所以Ca也能与O2、N2、CO2反应，由此可写出反应的化学方程式。(2)综合甲、乙同学的观点，Ca在空气中燃烧的固体产物有CaO、Ca3N2和CaO2，其中CaO2、Ca3N2与水反应均会产生气体，留意Ca3N2与水的反应相当于Ca2＋与N3－发生的相互促进的水解反应，N3－与水中的氢离子结合生成NH3。
8．(20分)(2022·四川眉山市诊断性考试)依据Mg能在CO2中燃烧，某爱好小组推想Na应当也能在CO2中燃烧，且固体产物可能为C、Na2O和Na2CO3中的两种或三种。该小组用如图装置进行了试验探究。已知PdCl2能被CO还原得到黑色的Pd。

回答下列问题：
(1)为了使反应随开随用，随关随停，上图虚线方框内应选用________装置(填下图字母代号)，如何检验所选装置的气密性________。

(2)装置2中所盛试剂为________。
A．NaOH溶液 B．饱和NaHCO3溶液
C．饱和Na2CO3溶液 D．饱和NaCl溶液
(3)检测装置的气密性完好并装好药品后，在点燃酒精灯前应先进行装置1中的反应操作，待观看到现象时，再点燃酒精灯，这步操作的目的是_________________________________________ _______________________________。
(4)由试验现象和进一步的探究得出反应机理。
A．装置6中有黑色沉淀生成；
B．取反应后盛Na的玻璃管中固体物质23.0 g溶于足量的水中，无气泡产生且得到澄清的溶液；将溶液加水稀释配成250 mL的溶液；
C．取25.00 mL步骤B的溶液，滴加足量BaCl2溶液，将生成的白色沉淀过滤、洗涤、干燥，称量得固体质量为1.97 g。
①步骤C中不溶物干燥前必需经过洗涤，如何检验该沉淀是否洗涤洁净__________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________。
②该探究得出钠与二氧化碳反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案：(1)C'关闭弹簧夹，向长颈漏斗中加水，一段时间后静置液面保持不变，说明气密性良好
(2)B　(3)装置5中消灭大量浑浊；排尽装置中的空气
(4)①取最终一次洗涤液加入稀H2SO4，不消灭浑浊说明沉淀洗涤洁净　②6Na＋4CO22Na2O＋Na2CO3＋3CO
解析：(1)C装置是接受固液分开的设计，打开弹簧夹，加入液体反应开头，关闭弹簧夹，气体产生的压强使固液分开，反应停止，检验有多个出口的试验装置的气密性，一般只保留一个出口，封住其他出口进行试验，关闭弹簧夹，向长颈漏斗中加水，一段时间后静置液面保持不变，说明气密性良好。
(2)CaCO3与盐酸反应产生的CO2中会混有HCl杂质，故应用饱和NaHCO3溶液除去HCl，NaOH、Na2CO3都会消耗CO2。
(3)CO易燃，混有空气可能会发生爆炸，反应前需用CO2排尽装置中的空气，当观看到5中澄清石灰水变浑浊时，认为装置中布满CO2，空气已排尽。
(4)①检验洗涤是否洁净，一般是要取最终一次的洗涤液，进行检验可能存在的杂质离子，鉴于洗涤液中离子浓度较低，一般检验易消灭现象的离子如Ba2＋或Cl－等，取最终一次洗涤液加入稀H2SO4，不消灭浑浊说明沉淀已洗涤洁净。
(5)据试验现象知产物中无C单质，无Na剩余，据BaCO3的质量计算出n(Na2CO3)＝n(BaCO3)＝1.97 g÷197 g·mol－1×10＝0.1 mol，m(Na2CO3)＝0.1 mol×106 g·mol－1＝10.6 g。所以固体中含有Na2O，n(Na2O)＝(23 g－10.6 g)÷62 g·mol－1＝0.2 mol，依据氧化还原反应原理，反应中CO2中C化合价下降为＋2价的CO，故反应方程式为6Na＋4CO22Na2O＋Na2CO3＋3CO。
9．(20分)(2022·安徽省省级示范校联考)NaHSO3可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗时即有I2析出。某课题组用淀粉作指示剂，通过测定溶液变蓝所用时间来探究影响化学反应速率的因素。
(1)写出NaHSO3溶液与过量KIO3溶液反应生成I2的离子方程式：______________________________________________________ __________________。
(2)调整反应物浓度和温度进行对比试验，记录结果如下：
试验
编号
0.02 mol/L
NaHSO3溶液/mL
0.02 mol/L
KIO3溶液/mL
H2O/mL
反应温
度/℃
溶液变蓝
的时间t/s
①
10
15
a
10
t1
②
10
30
0
10
t2
③
10
b
0
20
t3
表中a＝________，b＝________。
(3)转变反应温度，重复试验③，得到温度(T)与溶液变蓝所需时间(t)的关系如图所示(“×××”表示超过50 ℃后溶液不会再变蓝)。

①在30 ℃下，若溶液变蓝时，I2的物质的量为n mol，则从反应开头至溶液变蓝，IO－3的平均反应速率为____________mol·L－1·s－1(写出表达式即可，不要化简)。
②依据图像，请你分析温度低于50 ℃时，溶液变蓝所需时间与反应温度的关系：____________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。
(4)将NaHSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂)，用速率检测仪检测出起始阶段反应速率渐渐增大，一段时间后反应速率又渐渐减小。课题组对起始阶段反应速率渐渐增大的缘由提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：反应生成的SO对反应起催化作用，SO浓度越大反应速率越快；
假设二：________________________________________________ _______________________；
假设三：________________________________________________ _______________________；
……
(5)请你设计试验验证上述假设一，完成下表中内容(反应速率可用测速仪测定)。
试验方案(不要求写出具体操作过程)
预期试验现象和结论

答案：(1)2IO＋5HSO===5SO＋I2＋3H＋＋H2O
(2)15　30
(3)①　②温度低于30 ℃时，温度越高，溶液变蓝所需时间越短；温度高于30 ℃时，温度越高，溶液变蓝所需时间越长(本小题具有开放性，答案合理即可)
(4)反应生成的H＋对反应起催化作用，H＋浓度越大反应速率越快'反应生成的I2对反应起催化作用，I2浓度越大反应速率越快(或该反应是放热反应，温度上升导致反应速率加快)(本小题具有开放性，答案合理即可)
(5)
试验方案(不要求写出具体操作过程)
预期试验现象和结论
在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合，用测速仪测定其起始时的反应速率v(甲)；在烧杯乙中进行同一反应(不同的是乙烧杯中预先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末，其他反应条件均完全相同)，测定其起始阶段的相同时间内的反应速率v(乙)
若v(甲)＝v(乙)，则假设一不成立；若v(甲)<v(乙)，则假设一成立
(本小题具有开放性，答案合理即可)
解析：(1)NaHSO3溶液与过量KIO3溶液反应有I2生成，说明KIO3中碘元素由＋5价降低到0价，KIO3作氧化剂，NaHSO3中硫元素化合价由＋4价上升到＋6价，反应后转化为SO，反应的离子方程式为2IO＋5HSO===5SO＋I2＋3H＋＋H2O。
(2)探究影响化学反应速率的因素时，应把握其他条件不变，只转变一个条件，如温度或浓度，试验①②是探究浓度对反应速率的影响，溶液总体积应相同，故a＝15，试验②③是探究温度对反应速率的影响，溶液浓度应相同，故b＝30。
(3)①n(IO)＝2n(I2)＝2n mol，由图知反应时间为65 s，溶液体积为10 mL＋30 mL＝40 mL，则v(IO)＝＝mol·L－1·s－1，由图可知温度低于30 ℃，温度上升反应速率越快，溶液变蓝时间越短；温度高于30 ℃，温度上升，反应速率越小，溶液变蓝的时间越长。
(4)依据离子反应2IO＋5HSO===5SO＋I2＋3H＋＋H2O，可完成假设二、假设三，反应生成的I2(或H＋)对反应起催化作用，I2浓度越大(或H＋浓度越大)反应速率越快。或该反应是放热反应，温度上升，反应速率加快。
(5)可通过把握SO量来测反应速率进行对比，如一只烧杯中加入NaHSO3与过量KIO3溶液测其反应速率，另一烧杯中先加入硫酸盐，如Na2SO4或K2SO4等，再加入NaHSO3与过量KIO3溶液测其反应速率，推断c(SO)是否对该反应速率产生影响。