第33讲 实验设计与评价
一、单项选择题
1．用铁制备较纯净的Fe2O3，下列实验方案最好的是( )。
A．使铁在潮湿的空气中缓慢氧化
B．铁在氯气中燃烧，加水溶解，加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤、然后充分加热分解
C．使铁溶解于稀硫酸，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
D．使铁与足量稀硝酸反应，然后加入足量NaOH溶液，过滤、洗涤，然后充分加热分解
2．某研究小组成员在讨论鉴别浓硫酸和稀硫酸的方案时，设计如下方案：
方案
操作
预测现象并做出结论
①
分别将硫酸滴在火柴梗上
变黑者为浓硫酸
②
分别加入小块金属铝片
产生刺激性气味者为浓硫酸
③
分别加入到盛水的试管中
放热者为浓硫酸
④
分别用玻璃棒蘸浓氨水靠近酸的瓶口
冒白烟者为浓硫酸
⑤
分别加到CuSO4·5H2O晶体中
晶体表面由蓝变白者为浓硫酸
其中可行的是( )。
A．①③④ B．②③④
C．①③⑤ D．②③⑤
3．下列实验设计能够成功的是( )。
A．检验亚硫酸钠试样是否变质：
试样溶液白色沉淀沉淀不溶解
B．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：
混合液溶液分层得上层液体
C．证明酸性条件下H2O2氧化性比I2强：
NaI溶液溶液变蓝色
D．鉴定盐A的成分是FeBr2：
4．用图K5－33－1装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差。李松同学通过实验得出的结论是m(H)∶m(O)>1∶8。下列对导致这一结果原因的分析中，一定不合理的是( )。
图K5－33－1
A．Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B．Ⅲ装置后缺少干燥装置
C．反应完成后Ⅱ装置中的粉末可能不干燥
D．CuO没有全部被还原
5．某无色气体可能由O2、CO、CO2、HCl、NH3、NO、Br2 中的一种或几种组成，通过图K5－33－2中洗气瓶后气体体积减少(该装置前后都不与大气直接相连)，通过干燥管(内盛放Na2O2)后气体呈红棕色，则下列推断正确的是( )。
图K5－33－2
A．原气体中一定有NO和O2
B．原气体中一定有NH3、NO、CO2、CO
C．原气体中一定没有CO
D．原气体中一定没有HCl、Br2、O2
6．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设(猜想)引导下的探究肯定没有意义是( )。
A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B．探究Na与水的反应可能有O2生成
C．探究浓硫酸与铜在一定条件下反应产生的黑色物质可能是CuO
D．探究向滴有酚酞试液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的现象是因溶液的酸碱性改变所致，还是因HClO的漂白性所致
7．(2010年上海高考)图K5－33－3是模拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置。下列有关说法错误的是( )。
图K5－33－3
A．烧瓶中立即出现白烟
B．烧瓶中立即出现红棕色
C．烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性
D．烧杯中的溶液是为了吸收有害气体
8．下列实验设计不能成功的是( )。
选项
实验目的
实验操作及现象
A
检验Na2O2试样是否变质为Na2CO3
向试样中加入盐酸，产生无色无味的气体
B
从碘水中萃取碘
向碘水中滴加CCl4，振荡静置后分层，下层呈紫红色
C
证明Br2的氧化性比I2强
将溴水滴入淀粉KI溶液中，溶液变蓝色
D
鉴别AlCl3和MgCl2溶液
分别向两种溶液中滴加NaOH溶液直至过量，现象不同
二、双项选择题
9．将淀粉－KI混合溶液装在半透膜袋中，浸泡在盛有蒸馏水的烧杯中，过一段时间后，取杯中液体进行实验，能证明半透膜袋有破损的是( )。
A．加入碘水变蓝 B．加入碘水不变蓝
C．加入AgNO3溶液产生黄色沉淀 D．加入新制氯水变蓝色
10．现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，请从下列仪器中选择适当的实验装置，设计实验，测定Na2O2的纯度(可供选择的反应物有CaCO3固体、6 mol/L盐酸和蒸馏水)。下列说法正确的是( )。
图K5－33－4
A．此实验方案原理是Na2O2与水反应有氧气生成
B．实验需用的仪器及顺序是⑥⑦①④
C．所用装置的连接顺序为GABF
D．所用装置的连接顺序为GCDBAF
11．为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，甲乙两组同学分别设计了如图K5－33－5中图Ⅰ、图Ⅱ所示的实验。下列叙述中不正确的是( )。
图K5－33－5
A．图Ⅰ实验可通过观察产生气泡快慢来比较反应速率的大小
B．若图Ⅰ所示实验中反应速率为①＞②，则一定说明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解催化效果好
C．用图Ⅱ装置测定反应速率，只测定反应产生的气体体积
D．为检查图Ⅱ装置的气密性，可关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，观察活塞是否回到原位
三、非选择题
12．已知碱金属或碱土金属(ⅡA)与H2在隔绝空气加热时可以发生反应，生成离子型金属氢化物，如NaH﹑CaH2等，它们易与水反应。现有甲、乙两位同学分别设计了制备CaH2的实验，装置如图K5－33－6所示(分别以序号Ⅰ﹑Ⅱ表示)，铁架台等夹持固定仪器已略去。请回答下列问题：
图K5－33－6
(1)最后实验结果显示，两位同学的实验装置设计都有缺陷。
装置Ⅰ的不足之处是____________________________________________________，
装置Ⅱ的不足之处是____________________________________________________。
(2)请你从两套装置中选取你认为合理的部分，按从左到右的顺序组装一套制取CaH2的合理装置(用序号A、B、C……表示)____________________。
(3)检查完装置的气密性后，为了保证产品的纯度和实验安全必须先____________，然后再____________________________，才能点燃酒精灯加热。同样，为了安全，反应开始后，在E口处应________________。
(4)军事和气象野外作业常用CaH2作生氢剂，使之与水反应产生H2，其反应的化学方程式为：__________________________________。
13．(2012年浙江联考)碱式碳酸镁有多种不同的组成，如：Mg2(OH)2CO3、Mg4(OH)2(CO3)3、Mg5(OH)2(CO3)4等。某研究性学习小组的同学们为了确定某碱式碳酸镁的组成，使用如图K5－33－7所示的实验装置。
图K5－33－7
(1)实验步骤：
①按上图(夹持仪器未画出)组装好置后，首先进行的操作是________。E处干燥管盛放的药品是________________。
②称取碱式碳酸镁样品m1 g，并将其放入硬质玻璃管中；
称量：装浓硫酸的洗气瓶C的质量为m2 g；装碱石灰的U形管D的质量为m3 g 。
③打开活塞____________，关闭____________，缓缓鼓入空气数分钟。
④关闭活塞________，打开________，点燃酒精灯加热，待不再产生气体为止。
⑤打开活塞K1，缓缓鼓入空气数分钟，然后拆下装置，称得洗气瓶C的质量为m4 g；U形管D的质量为m5 g。实验测得数据如下：m1＝31 g，m2＝87.7 g，m3＝74.7 g，m4＝89.4 g，m5＝87.9 g，计算推导：该碱式碳酸镁的化学式为________________。
(2)关于该实验方案，以下说法你认为正确的是______(填字母)。
A．硬质玻璃管中有水凝结对测定结果有较大影响
B．不称量碱式碳酸镁样品的质量无法确定碱式碳酸镁的组成
C．该实验装置也可用于确定天然碱[aNa2CO3·bNaHCO3·cH2O(a、b、c为正整数)的化学组成
14．(2010年广东高考)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
(1)请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2＋2NaOH=== ________________。
(2)反应：Cl2＋Na2SO3＋2NaOH===2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为______________。
(3)吸收尾气一段时间后，吸收液(强碱性)中肯定存在Cl－、OH－和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气的CO2的影响)。
① 提出合理假设 。
假设1：只存在SO；假设2：既不存在SO也不存在ClO－；假设3：____________。
② 设计实验方案，进行实验。请在下面表格中写出实验步骤以及预期现象和结论。限选试剂：3 moL·L－1H2SO4、1 moL·L－1NaOH、0.01 mol·L－1KMnO4、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moL·L－1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2：
步骤3：
第33讲 实验设计与评价
1．B 解析：A项，最终生成铁锈(氧化铁水合物)；B项，FeFeCl3Fe(OH)3Fe2O3，方案合理；C项，FeFeSO4Fe(OH)2，Fe(OH)2在空气中加热时部分氧化为Fe(OH)3，分解产物中既有FeO，又有Fe2O3等；D项，Fe与HNO3反应产生大气污染物NO。
2．C
3．B 解析：A项，HNO3能氧化SO，不能证明原试样是否变质；B项，乙酸能与Na2CO3反应，乙酸乙酯密度比水小，故在上层；C项，HNO3也能氧化I－，不能证明；D项，由于加硝酸酸化会使Fe2＋氧化成Fe3＋，不能鉴定原来A盐的成分。
4．D 解析：通氢气前后玻璃管的质量差就是CuO中氧元素的质量，U型管的质量差是反应生成H2O的质量，H2O的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量。m(H)∶m(O)>1∶8，则n(H)∶n(O)>2∶1，说明实验中氢元素的质量偏大，即所测得H2O的质量偏大。前三个选项都可以导致所测得H2O的质量偏大，但CuO没有被全部被还原不会影响实验结果。
5．D 解析：题中给出无色气体，可以排除Br2的存在，通过浓硫酸体积减小，可以得出无色气体中存在NH3，而排除HCl的存在，又通过Na2O2有红棕色气体生成，可以得出NO、CO2的存在，排除O2的存在，所以一定存在的是NH3、NO、CO2，一定不存在的是HCl、Br2、O2，不能确定的是CO。
6．B 解析：水中的氧元素处于最低价态，只能发生氧化反应，而钠也只能被氧化，与氧化还原反应的原理相违背。
7．B 解析：分析装置图，可知氨气和氯气接触时发生反应：4NH3＋3Cl2===2NH4Cl＋4HCl＋N2，烧瓶中出现白烟，A正确；不能出现红棕色气体，B错误；该反应中氨气中的氮元素化合价升高，表现还原性，C正确；烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体，D正确。
8．A 解析：Na2O2加盐酸也会有无色无味的气体放出，应将产生的气体通入澄清石灰水中，观察石灰水是否变浑浊。
9．AD 解析：若半透膜破损，取出的清液应该含淀粉，故可以加入碘水，或者加入氯水氧化KI生成碘，使发生碘和淀粉的特征反应而显蓝色，AD符合。
10．AB 解析：测定含Na2O杂质的Na2O2的纯度，可以从Na2O2的性质入手，Na2O2与CO2和H2O都能发生反应，若用CO2与Na2O2反应，可以从测定生成气体的质量或者Na2O2反应前后的质量差进行设计，但实验装置药品中未提供干燥试剂和天平，证明利用CO2与Na2O2反应的方案不可行，并且CO2也是气体，过量的CO2影响O2体积的测定。若用H2O与Na2O2反应，方案可行、合理、简单。
11．BC 解析：A项因为H2O2分解生成O2，在其他反应条件相同的情况下，可以通过观察产生气泡快慢来比较反应速率的大小；B项因为FeCl3和CuSO4所含的阴离子不同，Cl－、SO也可能对此反应有催化效果，所以只能说明FeCl3比CuSO4催化效果好；C项测反应速率要测在相同的时间内产生气体的体积才正确。
12．(1)制H2装置后缺少除HCl气体的装置 制CaH2装置后缺少干燥装置
(2)C、B
(3)通氢气 检查氢气纯度至达标 点燃尾气(或外接气球等)
(4)CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑
解析：由题目信息：碱金属或碱土金属(ⅡA)的离子型氢化物易与水反应，所以在设计制备实验方案要保持氢气与钙反应的无水体系，两个同学的设计方案也可以从无水入手进行分析是否合理，同时要注意盐酸挥发出来的HCl气体也会与钙反应，也是要考虑的因素。第(3)小问与氢气还原氧化铜实验有相似之处。
13．(1)①检查装置的气密性 碱石灰 ③K1，K2 K3
④K1，K2 K3 ⑤Mg4(OH)2(CO3)3
(2)AC
解析：由实验装置可推断实验原理是加热样品，使其完全分解，然后测定生成的H2O、CO2的质量，进而推断出样品的化学式。(1)测定样品分解产生的H2O、CO2的质量，应避免空气的干扰，故实验装置前后加装干燥装置；洗气瓶C、U形管D的作用分别是吸收样品分解的H2O、CO2，故样品中n(H2O)＝(m4－m2)/18 mol≈0.1 mol；n(CO2)＝(m5－m3)/44 mol＝0.3 mol。根据元素守恒有：n(OH－)∶n(CO)＝n(H)∶n(C)＝2∶3，结合化合物中正负化合价代数和为零，可推断碱式碳酸镁的化学式为：Mg4(OH)2 (CO3)3。(2)由(1)中的推断可知B错误。
14．(1)Na2SO3＋H2O
(2)Na2SO3
(3)①SO、ClO－都存在
②
实验步骤
预期现象和结论
步骤2：在A试管中滴加紫色石蕊试液
若先变红后褪色，证明有ClO－，否则无
步骤3：在B试管中滴加0.01 mol·L－1 KMnO4溶液
若紫红色褪去，证明有SO，否则无
解析：(1)NaOH过量，故生成的是正盐：SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O。
(2)S元素的价态从＋4→＋6，失去电子表现还原性，故还原剂为Na2SO3。
(3)①很明显，假设3是两种离子都存在。②加入硫酸的试管，若存在SO、ClO－，分别生成了H2SO3和HClO；在A试管中滴加紫色石蕊试液，若先变红后褪色，证明有ClO－，否则无；在B试管中滴加0.01 mol·L－1 KMnO4溶液，若紫红色褪去，证明有SO，否则无。
【点此下载】