专题升级训练13 实验方案的设计与评价
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分，每小题只有一个正确答案)
1．关于下列实验装置说法中正确的是( )。
A．用图①所示实验可比较硫、碳、硅三种元素的非金属性强弱
B．用图②所示实验装置排空气法收集O2气体
C．用图③可以检验火柴燃烧生成的SO2气体
D．用图④提取海带中的碘
2．(2012绍兴部分重点中学月考，12)下列实验现象预测正确的是( )。
A．实验Ⅰ：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变
B．实验Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出现气泡，颜色逐渐褪去，这里利用SO2的漂白性
C．实验Ⅲ：微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色
D．实验Ⅳ：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应
3．(2012宁波十校联考，9)下列实验方法能达到目的的是( )。
A．用相互滴加的方法鉴别Ca(OH)2和NaHCO3溶液
B．取皂化反应后的混合液滴入水中，判断皂化反应是否完全
C．用饱和Na2CO3溶液除去乙醇中少量的乙酸和水
D．用氨水清洗试管内壁附着的银镜
4．(2012台州中学统练试题，11)类推的思维方法是化学学习和研究中常用的重要思维方法，但所得结论要经过实践的检验才能确定其正确与否。根据你所掌握的知识，判断下列类推结论中正确的是( )。
化学事实
类推结论
A
pH＝3的盐酸稀释1 000倍后pH＝6
pH＝6的盐酸稀释1 000倍后pH＝9
B
用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁
用电解熔融NaCl的方法冶炼金属钠
C
将SO2通入BaCl2溶液中无沉淀生成
将SO2通入Ba(NO3)2溶液中也无沉淀生成
D
Al在O2中燃烧生成Al2O3
Fe在O2中燃烧生成Fe2O3
5.如下图装置进行实验，将液体A逐滴加入到固体B中，下列叙述正确的是( )。
A．若A为浓盐酸，B为MnO2，C中盛品红溶液，则C中溶液褪色
B．若A为醋酸，B为贝壳，C中盛氯化钙溶液，则C中溶液变浑浊
C．若A为浓氨水，B为生石灰，C中盛AlCl3溶液，则C中先产生白色沉淀后沉淀又溶解
D．实验仪器D可以起到防止溶液倒吸的作用
6．下列实验方案不能达到实验目的的是( )。
实验目的
实验方案
A
探究接触面积对化学反应速率的影响
相同温度下，取等质量的大理石块、大理石粉分别投入到等体积、等浓度的盐酸中
B
证明Mg(OH)2沉淀可以转化为Fe(OH)3沉淀
向2 mL 1 mol·L－1 NaOH溶液中先加入3滴1 mol·L－1 MgCl2溶液，再加入3滴1 mol·L－1 FeCl3溶液
C
检验蔗糖水解产物具有还原性
向蔗糖溶液中加入几滴稀硫酸，水浴加热几分钟，然后加入适量稀NaOH溶液，再向其中加入新制的银氨溶液，并水浴加热
D
测定铝箔中氧化铝的含量
取a g铝箔与足量稀盐酸充分反应，逸出的气体通过碱石灰后，测其体积为b L(已转化为标准状况下)
7.(2012杭师大附中月考，13)某无色混合盐溶液中，除水电离产生的离子外可能含有①Na＋、②Ba2＋、③Cl－、④Br－、⑤SO、⑥SO离子中的若干种，依次进行下列实验，且每步所加试剂均过量，观察到的现象如下。
步骤
操作
现象
(1)
用pH试纸检验
溶液的pH大于7
(2)
向溶液中滴加氯水，再加入CCl4振荡，静置
CCl4层呈橙色
(3)
分液，向所得水溶液中加入Ba(NO3)2溶液和稀HNO3
有白色沉淀产生
(4)
过滤，向滤液中加入AgNO3溶液和稀HNO3
有白色沉淀产生
下列结论正确的是( )。
A．肯定含有的离子是①④⑤ B．肯定没有的离子是②⑥
C．不能确定的离子是① D．只能确定④存在，②不存在
二、简答题(本题包括4小题，共58分)
8．(14分)某化学课外活动小组对污染大气的部分非金属氧化物进行探究。请根据题目要求回答下列问题。
(1)写出用硝酸制取一氧化氮的离子方程式________________________________。
(2)查资料得知，HCOOHCO↑＋H2O。实验室有如图1所示的装置，制取CO气体可选用的装置为____(填序号)，实验室利用该装置还可制取的常见气体有________(填写一种气体的分子式)。
图1
(3)查资料得知，利用催化剂可使汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物大部分发生反应转化为二氧化碳和氮气。该小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图2所示装置(部分夹持和固定装置已略去)。
图2
①实验前关闭旋塞K，先通氮气排净装置中的空气，其目的是____________________。
②装置Ⅲ的主要作用是__________________。
③该套装置中有不完善之处，还应在装置Ⅳ后补充________________装置。
9．(2012杭师大附中月考，26)(14分)二氧化氯(ClO2)作为一种高效强氧化剂，已被联合国世界卫生组织(WHO)列为AⅠ级安全消毒剂。常温下二氧化氯为黄绿色或橘黄色气体，性质非常不稳定，温度过高或水溶液中ClO2的质量分数高于30%等均有可能引起爆炸，易与碱液反应生成盐和水。
(1)某研究小组设计如图所示实验制备ClO2溶液，其反应的化学方程式为
2KClO3＋H2C2O4＋2H2SO42KHSO4＋2ClO2↑＋2CO2↑＋2H2O。
①在反应开始之前将烧杯中的水加热到80 ℃，然后停止加热，并使其温度保持在60～80 ℃之间。控制温度的目的是____________，图示装置中缺少的一种必须的玻璃仪器是________________________________________________________________________。
②装置A用于溶解产生的二氧化氯气体，其中最好盛放__________(填字母)。
a．20 mL 60 ℃的温水 b．100 mL冰水 c．100 mL饱和食盐水 d．100 mL沸水
③在烧瓶中加入12.25 g KClO3和9 g草酸(H2C2O4)，然后再加入足量的稀硫酸，水浴加热，反应后生成ClO2的质量为__________________________。
(2)用ClO2处理过的饮用水(pH为5.5～6.5)常含有一定量对人体不利的亚氯酸根离子(ClO)。饮用水中ClO2、ClO的含量可用连续碘量法进行测定，实验步骤如下：
步骤1：准确量取一定体积的水样加入锥形瓶中；
步骤2：调节水样的pH至7.0～8.0；
步骤3：加入足量的KI晶体；
步骤4：加入少量指示剂，用一定浓度的Na2S2O3溶液滴定至终点；
步骤5：再调节溶液的pH≤2.0；
步骤6：继续用相同浓度的Na2S2O3溶液滴定至终点。
①步骤1中若要量取20.00 mL水样，则应选用的仪器是__________________________。
②步骤1～4的目的是测定水样中ClO2的含量，其反应的化学方程式为：
2ClO2＋2KI===2KClO2＋I2,2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，则步骤4中加入的指示剂为__________，滴定达到终点时溶液的颜色变化为________________________________。
③步骤5的目的是使I－将溶液中的ClO还原为Cl－以测定其含量，该反应的离子方程式为______________________________________________。
10．(16分)硫代硫酸钠是一种常见的化工原料。将SO2通入按一定比例配成的Na2S和Na2CO3的混合溶液中，便可得到Na2S2O3，其制备反应方程式为：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。
(1)在配制混合溶液前先将蒸馏水加热煮沸一段时间后待用，其目的是________。
(2)用该方法获得的Na2S2O3·5H2O晶体中常混有一定量的杂质，某兴趣小组欲对其中所含杂质成分进行探究(不考虑副反应和杂质所带的结晶水)。
【提出假设】
假设1：晶体中只含Na2CO3杂质
假设2：晶体中只含Na2S杂质
假设3：________
【查阅资料】①SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O
②Na2S2O3在中性、碱性溶液中较稳定，而在酸性溶液中能迅速反应：
Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O
③CuSO4＋H2S===CuS↓(黑色沉淀)＋H2SO4
【判断与思考】
某同学取少量制得的晶体溶于足量稀硫酸，并将产生的气体通入CuSO4溶液中，未见黑色沉淀，据此认为假设2不成立。你认为其结论是否合理？________(填“合理”或“不合理”)，并说明理由：_____________________________________________________________。
【设计方案进行实验】
基于假设1，完成下表实验方案、现象及结论(仪器自选)。
限选实验试剂：3 mol·L－1 H2SO4、1 mol·L－1 NaOH、酸性KMnO4溶液、饱和NaHCO3溶液、品红溶液、澄清石灰水。
实验方案
现象及结论
(3)已知：2Na2S2O3＋I2===2NaI＋Na2S4O6。为测定所制得晶体的纯度，该小组以淀粉作指示剂，用0.010 mol·L－1的碘水进行多次取样滴定，测得Na2S2O3·5H2O的含量约为102%。若所用试剂及操作均无不当，产生该结果最可能的原因是_____________________________。
11．(14分)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)。
参考答案
一、选择题
1．A 解析：A选项依据强酸制弱酸，滴入稀硫酸后，锥形瓶中有气泡产生，说明硫酸酸性大于碳酸，试管中有白色沉淀生成，说明碳酸酸性大于硅酸，均是最高价含氧酸，酸性越强非金属性越强，正确；B选项应该用向上排空气法收集“长进短出”，错误；C选项导气管的长短错误；D选项分液漏斗尖端要紧靠烧杯内壁。
2．D 解析：单质溴能与NaOH溶液发生氧化还原反应，所以振荡后静置，上层溶液颜色会逐渐消失，A不正确；浓硫酸具有脱水性和强氧化性，浓硫酸首先将蔗糖脱水生成单质碳，然后浓硫酸被还原成SO2，SO2具有还原性可使酸性KMnO4溶液褪色，所以B错误；在加热时稀硝酸与铜发生氧化还原反应，硝酸被还原成NO，NO与空气接触被氧化生成NO2，NO2是红棕色气体，C不正确；装置Ⅳ属于氢氧化铁胶体的制备，而胶体具有丁达尔效应，D正确。
3．B 解析：A中相互滴加会产生相同的实验现象，A错；D中应用稀硝酸清洗试管内壁附着的银镜，D错。
4．B 解析：酸溶液无限稀释只向中性靠近，A错；C项，在溶液中SO2易被NO氧化，最终会产生硫酸钡沉淀，C错；D中Fe在O2中燃烧生成Fe3O4。
5．D 解析：浓盐酸与MnO2反应需要加热，A错误；CaCl2不与CO2反应，B错误；氨水是弱碱不与Al(OH)3反应，C错误；只有D正确。
6．B 解析：B选项中NaOH过剩，会与FeCl3反应生成Fe(OH)3。
7．A 解析：(1)用pH试纸检验，溶液的pH大于7，说明溶液呈碱性，故一定含有SO，因为所给离子只有它水解后可以使溶液呈碱性，进而可以判断无Ba2＋；(2)向溶液中滴加氯水，再加入CCl4振荡，静置，CCl4层呈橙色，说明原溶液中含有Br－；(3)分液，向所得水溶液中加入Ba(NO3)2溶液和稀HNO3，有白色沉淀产生，结合(1)，可以判断原溶液中可能也含有SO；(4)过滤，向滤液中加入AgNO3溶液和稀HNO3，有白色沉淀产生，说明有Cl－存在，但第2步中因为已经引入了Cl－，故不能判断原溶液中是否有Cl－，据溶液电中性原理，得出有①Na＋，综上所述，可以得出：一定有的离子是：①Na＋、④Br－、⑤SO；一定没有的是：②Ba2＋；可能含有的离子是③Cl－、⑥SO。
二、简答题
8．答案：(1)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(2)A Cl2
(3)①防止CO与空气混合加热发生爆炸 ②检验CO是否转化为CO2 ③尾气处理
解析：(2)液液反应需要加热，只有A装置符合；固液反应(或液液反应)需要加热制取的气体有：Cl2、SO2等；(3)评价实验要从安全、环保的角度分析。
9．答案：(1)①保证反应所需温度、防止温度过高发生爆炸 温度计
②b
③6.75 g
(2)①25 mL的酸式滴定管(或20.00 mL的移液管)
②淀粉溶液 蓝色褪去
③4I－＋ClO＋4H＋===2I2＋Cl－＋2H2O
解析：(1)①题目信息已经给出，ClO2性质非常不稳定，温度过高有可能引起爆炸，在反应开始之前将烧杯中的水加热到80 ℃，然后停止加热，并使其温度保持在60～80 ℃之间，另一个原因就是保证反应所需的温度，并使其温度保持在60～80 ℃之间，所以必须要用温度计。②b最好盛放100 mL冰水。③根据方程式可知道，H2C2O4过量，用KClO3的量计算，可得ClO2 6.75 g。(2)①因为用ClO2处理过的饮用水(pH为5.5～6.5)，又要精确量取20.00 mL，故可用25.00 mL酸式滴定管。②因为反应到终点时，I2用尽，为了检验I2的存在，故用淀粉溶液作指示剂，反应到终点时，I2耗尽，蓝色褪去。③已经告知了氧化还原反应的氧化剂ClO、还原剂I－、还原产物Cl－，又可以推知氧化产物为I2，根据得失电子，质量守恒就很容易得出答案：4I－＋ClO＋4H＋===2I2＋Cl－＋2H2O。
10．答案：(1)赶走水中的溶解氧(或空气)
(2)晶体中含Na2S和Na2CO3两种杂质 不合理
Na2S2O3与稀硫酸反应生成的SO2和H2S发生反应，可能无H2S逸出
实验方案
现象及结论
取适量晶体于烧瓶中，加入足量3 mol·L－1H2SO4，塞上带导气管的橡皮塞，将产生的气体导出并依次通过盛有酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水的洗气瓶
品红溶液不褪色、澄清石灰水变浑浊，晶体中含Na2CO3杂质
(其他合理答案均给分)
(3)晶体中含有杂质(如Na2S等)在滴定时参与反应或晶体部分失去结晶水(其他合理答案均给分)
解析：(1)因为Na2S、SO2均具有还原性，所以应该除去蒸馏水中的氧气。(2)Na2S2O3·5H2O与稀H2SO4反应生成的SO2对H2S和CO2的检验都有干扰，在检验时应充分考虑，所以检验是否生成CO2时，应用酸性KMnO4溶液除去反应生成的SO2(注意不能用饱和碳酸氢钠溶液除)，然后再通入澄清石灰水进行检验。(3)考虑到晶体中含有的杂质在滴定时参与反应，是解答此小题的关键，所以首先找出晶体中还与碘水反应的物质——Na2S，Na2S＋I2===2NaI＋S,78 g Na2S消耗1 mol I2，而496 g Na2S2O3·5H2O才消耗1 mol I2。
11．答案：(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
(2)AD
(3)除HCl气体 NaHCO3
(4)关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，D中出现白色胶状沉淀
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋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
解析：(2)B中有气泡生成说明盐酸的酸性大于碳酸、A中有白色沉淀生成说明盐酸具有挥发性；(3)因为盐酸具有挥发性，挥发的HCl会与Na2SiO3溶液反应生成白色沉淀，从而干扰实验，应该除去。
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