实验方案设计与评价 突破训练（六）.doc

实验方案设计与评价 突破训练（六）‎ ‎1.实验室用海带提取碘的操作过程中,所选仪器错误的是 (　　)‎ 选项 操作 所选仪器 A 称取3 g左右的干海带 托盘天平 B 灼烧干海带至完全变成灰烬 烧杯 C 过滤煮沸后的海带灰与 水的混合液 漏斗 D 用四氯化碳从氧化后的海带 灰浸取液中提取碘 分液漏斗 ‎【解析】选B。粗略称量干海带可用托盘天平,A正确;灼烧固体应在坩埚中进行,B错误;过滤煮沸后的海带灰与水的混合液可用漏斗分离,C正确;四氯化碳与水互不相溶,可用分液漏斗进行分液,D正确。‎ ‎2.下列实验的现象及结论均正确且两者具有因果关系的是 ‎ (　　)‎ 选项 实验 现象 结论 A 向FeCl2溶液中加入适量Na2O2粉末 出现红褐色沉淀和无色气体 FeCl2部分变质 B 向NaBr溶液中滴入少量氯水和苯,振荡,静置 分层,上层呈橙红色 Br-还原性强于Cl-‎ C 将SO2通入BaCl2溶液中,然后滴入稀硝酸 产生白色沉淀且沉淀不溶于稀硝酸 白色沉淀为BaSO3,然后转化为BaSO4‎ D 将稀硫酸滴入淀粉溶液中并加热,冷却后再加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热 未出现红色沉淀 淀粉未水解 ‎【解析】选B。过氧化钠具有强氧化性,可氧化Fe2+,则不能说明FeCl2溶液部分变质,A错误;溴溶于苯中,呈橙红色,说明氯气能够把Br―氧化为溴单质,则还原性:Br->Cl-,B正确;SO2与BaCl2溶液不发生反应,不能生成亚硫酸钡沉淀,然后滴入稀硝酸发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀,C错误;实验中没有用NaOH溶液中和作催化剂的稀硫酸,酸性条件下无论淀粉是否水解,都看不到红色沉淀,D错误。‎ ‎3.实验室用下列装置制备无水AlCl3(183 ℃升华,遇潮湿空气即产生大量白雾)。下列说法正确的是 (　　)‎ A.该实验过程中e瓶可能产生白雾 B.b、c装置中分别盛装饱和NaHCO3溶液和浓硫酸 C.实验开始时应先点燃d处酒精灯,再点燃a处酒精灯 D.实验后向烧瓶中加入足量硝酸银和稀硝酸,可确定生成的MnCl2的质量 ‎【解析】选A。d装置中产生的AlCl3受热易升华,f装置中的水蒸气挥发到e装置中,由于氯化铝极易水解生成氢氧化铝和氯化氢,而氯化氢与水蒸气形成白雾,所以在e装置中可能产生白雾,A说法正确;a装置产生Cl2,同时有HCl和水蒸气,所以b装置中应该是饱和食盐水,除去HCl气体,B说法错误;由于金属铝是活泼的金属,极易被氧化,所以首先点燃a处酒精灯,然后点燃d处酒精灯,C说法错误;实验室制取氯气用浓盐酸与二氧化锰反应,随着反应的进行,盐酸的浓度下降,当浓盐酸变成稀盐酸,反应停止,此时反应后的溶液中仍然有盐酸,所以通过测定AgCl的质量来确定生成的MnCl2的质量是错误的,D选项错误。‎ ‎4.已知:2-硝基-1,3-苯二酚是橘黄色固体,易溶于水、溶液呈酸性,沸点为88 ℃,是重要的医药中间体。实验室常以间苯二酚为原料分以下三步合成:‎ 具体实验步骤如下:‎ Ⅰ.磺化:称取5.5 g碾成粉状的间苯二酚放入烧杯中,慢慢加入浓硫酸并不断搅拌,控制温度为60～65 ℃约15 min。‎ Ⅱ.硝化:将烧杯置于冷水中冷却后加入混酸,控制温度(25±5)℃左右继续搅拌15 min。‎ Ⅲ.蒸馏:将反应混合物移入圆底烧瓶B中,小心加入适量的水稀释,再加入约 ‎0.1 g尿素,然后用下图所示装置进行水蒸气蒸馏;将馏出液冷却后再加入乙 醇-水混合剂重结晶。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)实验中设计Ⅰ、Ⅲ两步的目的是______________________________。 ‎ ‎(2)硝化步骤中制取“混酸”的具体操作是________________________。 ‎ ‎(3)写出步骤Ⅱ的化学方程式____________________________________。 ‎ ‎(4)烧瓶A中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故,又能 ‎____________________________________________________________。 ‎ ‎(5)步骤②的温度应严格控制不超过30 ℃,原因是___________________‎ ‎___________________________________________________________。 ‎ ‎(6)步骤③所得2-硝基-1,3-苯二酚中仍含少量杂质,可用少量乙醇-水混合剂洗涤。请设计简单的实验证明2-硝基-1,3-苯二酚已经洗涤干净:__________。 ‎ ‎(7)本实验最终获得1.55 g橘黄色固体,则2-硝基-1,3-苯二酚的产率约为___________________________________。 ‎ ‎【解析】(1)实验中设计Ⅰ、Ⅲ两步分别是引入磺酸基、去掉磺酸基,所以目的是避免多硝基副产物的生成。‎ ‎(2)制取“混酸”是把浓硝酸、浓硫酸混合,具体操作是在锥形瓶中加入适量的浓硝酸,在振荡下缓慢加入一定量的浓硫酸,冷却。‎ ‎(3)步骤Ⅱ是与浓硝酸在浓硫酸的催化作用下发生取代反应生成 ‎,反应方程式是。‎ ‎(4)装置中压强过大时玻璃管中液面上升,装置中压强过小时,空气可以由玻璃管进入装置中;所以烧瓶A中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故,又能防止压强过小引起倒吸。‎ ‎(5)温度较高时硝酸易分解(酚易被氧化),产率过低,所以步骤②的温度应严格控制不超过30 ℃。‎ ‎(6)2-硝基-1,3-苯二酚若没有洗涤干净,则洗涤液中含有硫酸根离子,所以取最后一次洗涤滤液少量,滴加BaCl2溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净。‎ ‎(7)设2-硝基-1,3-苯二酚的理论产量是x,‎ ‎110 g·mol-1 155 g·mol-1‎ ‎5.5 g x ‎=‎ x=7.75 g,2-硝基-1,3-苯二酚的产率×100%=20%。‎ 答案:(1)避免副产物的产生　‎ ‎(2)在锥形瓶中加入适量的浓硝酸,在振荡下缓慢加入一定量的浓硫酸,冷却　‎ ‎(3)‎ ‎(4)防止压强过小引起倒吸 ‎(5)温度较高时硝酸易分解(酚易被氧化),产率过低 ‎(6)取最后一次洗涤滤液少量,滴加BaCl2溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净　(7)20%‎ ‎5.某地菱锰矿的主要成分为MnCO3,还含有少量的FeCO3、CaCO3、MgCO3、Al2O3等杂质,工业上以菱锰矿为原料制备高纯度碳酸锰的流程如图所示:‎ 已知:MnCO3+2NH4ClMnCl2+CO2↑+2NH3↑+H2O↑‎ ‎(1)焙烧时温度对锰浸取率的影响如图。‎ 焙烧时适宜温度为________;800 ℃以上锰的浸取率偏低,可能原因是_____‎ ‎___________________________________。 ‎ ‎(2)净化包含三步:①加入少量MnO2,反应的离子方程式为________________‎ ‎_____________________; ‎ ‎②加氨水调pH,生成沉淀主要是____________________________________; ‎ ‎③加入NH4F,除去Ca2+、Mg2+。‎ ‎(3)碳化结晶中生成MnCO3的离子方程式为______________________________。 ‎ ‎(4)滴定法测产品纯度 Ⅰ.取固体产品1.160 g于烧杯中,加入过量稀硫酸充分振荡,再加入NaOH溶液至碱性,发生反应2Mn2++O2+4OH-2MnO(OH)2;‎ Ⅱ.加入过量KI溶液和适量稀硫酸,发生反应:MnO(OH)2+2I-+4H+Mn2++I2+3H2O;‎ Ⅲ.取Ⅱ中混合液的于锥形瓶中,加入淀粉溶液作指示剂,用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液进行滴定,发生反应:2S2+I2S4+2I-,滴定终点时消耗Na2S2O3溶液20.00 mL。‎ ‎①判断滴定终点的方法是__________________________________________。 ‎ ‎②假设杂质不参与反应,则产品纯度为_______________________________。 ‎ ‎【解析】(1)由图示得到,焙烧时温度500 ℃的时候,锰的浸取率已经很大,所以 选取500 ℃即可,没有必要选择更高的温度(因为温度越高,能耗越大)。温度很 高时,浸取率下降,有可能是高温下氯化铵分解使反应的量减少(不是很好的答 案,因为氯化铵分解的温度大约为337 ℃);可能是生成的氯化锰转化为气体离开体系(也不是很好,氯化锰沸点为1 190 ℃);可能是高温下发生副反应,锰转化为其他化合物。‎ ‎(2)①加入二氧化锰的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,所以方程式为MnO2+2Fe2++4H+‎ Mn2++2Fe3++2H2O。‎ ‎②物质中的杂质主要是Fe、Ca、Mg、Al等元素,因为步骤③中除去Ca2+、Mg2+,所以步骤②加氨水调pH,是为了除去铁和铝元素,所以沉淀主要是Fe(OH)3、Al(OH)3。‎ ‎(3)碳化结晶是向氯化锰溶液中加入碳酸氢铵和氨气,得到碳酸锰的固体,所以离子方程式为Mn2++HC+NH3MnCO3↓+N。‎ ‎(4)①取Ⅱ中混合液于锥形瓶中,用淀粉溶液作指示剂,此时溶液显蓝色,用硫代硫酸钠滴定单质碘,终点时,碘单质都被反应,所以溶液褪为无色,所以终点的现象为滴入最后一滴Na2S2O3溶液,溶液蓝色褪去且半分钟内颜色不复原。‎ ‎②根据滴定中的反应得到关系式Mn2+～MnO(OH)2～I2～2S2。滴加的硫代硫酸钠的物质的量为0.100 0 mol·L-1×20.00×10-3 L=0.002 mol,根据关系式得Mn2+的物质的量为0.001 mol,因为是取混合液的进行滴定,所以Mn2+为0.01 mol,所以MnCO3也是0.01 mol,质量为115 g·mol-1×0.01 mol=1.15 g,质量分数为×100%=99.14%。‎ 答案:(1)500 ℃　温度过高,NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底,使浸取率减 小(或MnCO3分解发生其他副反应,使浸取率减小或MnCl2挥发导致Mn损失或高温 下锰被氧化成高价态造成浸取率低或高温固体烧结,固体表面积减少等)　‎ ‎(2)①MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O　②Fe(OH)3、Al(OH)3　‎ ‎(3)Mn2++HC+NH3MnCO3↓+N ‎(4)①滴入最后一滴Na2S2O3溶液,溶液蓝色褪去且半分钟内颜色不复原　②99.14%‎ ‎6.Na2S2O3可用作照相的定影剂等。已知Na2S2O3的某些性质如下:‎ ‎(Ⅰ)S2能被I2氧化为S4;‎ ‎(Ⅱ)酸性条件下S2迅速分解为S和SO2;‎ ‎(Ⅲ)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3;‎ 所得产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4。‎ 实验室可用如图K35-3装置(略去夹持仪器)模拟生成过程。‎ 图K35-3‎ 实验步骤:‎ ‎(1)仪器组装完成后,    　　　　,则整个装置气密性良好。装置D的作用是　　　,装置E中溶液的作用是　　　　　　　。 ‎ ‎(2)先向C烧瓶中加入Na2CO3和Na2S混合溶液,再向A烧瓶中滴加浓H2SO4。‎ ‎(3)等Na2CO3和Na2S完全消耗后,结束反应。过滤C中混合物,将溶液蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥,得到产品。‎ ‎(4)为验证产品中含有硫酸盐,该小组设计了以下实验方案,请将方案补充完整。‎ 实验步骤 预期现象或结论 a.取少量固体样品溶于无氧蒸馏水中 固体完全溶解得无色澄清溶液 b.加入过量盐酸 c.静置后取上清液,加入BaCl2溶液 ‎(5)利用KMnO4标准溶液可以定量测定硫代硫酸钠试剂的纯度,步骤为 ‎①溶液配制:称取1.0 g Na2S2O3试样,用新煮沸并冷却的蒸馏水溶解,最终定容至100 mL。‎ ‎②滴定:取10.00 mL 0.01 mol·L-1 KMnO4标准溶液,加硫酸酸化,再加过量KI溶液。写出该反应的离子方程式:  　。 ‎ ‎③往步骤②所得溶液中加入某指示剂,用Na2S2O3溶液滴定至终点(2S2+I2S4+2I-),记录Na2S2O3溶液用量,滴定3次。指示剂最好选用　　　　　　,本次滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外,还有　　　　　　。 ‎ ‎④若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL,则样品的纯度为　　　　。‎ ‎ 【解析】关闭A、C中分液漏斗活塞,将E中导管伸入盛水的水槽中,微热A中圆底烧瓶,E中导管口有气泡冒出,停止加热,导管中回流一段稳定的水柱　防止倒吸　吸收多余的SO2‎ ‎(4)‎ 预期现象或结论 有浅黄色浑浊出现,有刺激性气味气体产生 有白色沉淀产生,说明样品中含有S ‎(5)②2Mn+16H++10I-5I2+2Mn2++8H2O ‎③淀粉溶液　碱式滴定管 ④65.8%(或0.658)‎ ‎[解析] 仪器组装完成后,必须检验装置的气密性;在题给装置中,A为SO2的发生装置,B、D为安全瓶,以防止倒吸;E为尾气处理装置,吸收多余的SO2,以防污染空气。因制得的Na2S2O3产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4,为验证产品中含有硫酸盐,取少量固体样品溶于无氧蒸馏水中,以防S转化为S,固体完全溶解得无色澄清溶液,然后加入过量盐酸,排除S2和S对S检验的干扰,有浅黄色浑浊出现,有刺激性气味气体产生,静置后取上清液,加入BaCl2溶液,有白色沉淀产生,说明样品中含有S;酸性KMnO4溶液与过量KI溶液反应的离子方程式为2Mn+16H++10I-5I2+2Mn2++8H2O;用Na2S2O3滴定其中生成的I2时,选用淀粉溶液作为终点指示剂;滴定时所用的玻璃仪器除锥形瓶外,还有盛放Na2S2O3溶液的碱式滴定管;根据电子得失守恒可得:5Na2S2O3~KMnO4,若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00 mL,则样品的纯度为×100%≈65.8%。‎ ‎7.将绿矾(FeSO4·7H2O)在隔绝空气条件下加强热分解。已知产物全部为氧化物。为探究绿矾分解的产物,某同学进行了以下实验:‎ ‎【实验一】为探究固体产物中铁元素的价态,该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液,进行以下猜想和实验:‎ 猜想 实验操作 预期现象 猜想一:铁元素只显　　　价 ‎ ‎①向所得溶液中滴入KSCN溶液;‎ ‎②向稀酸性KMnO4溶液中滴入所得溶液 KSCN溶液无明显现象 稀酸性KMnO4溶液颜色　　　 ‎ 猜想二:铁元素只显　　　价 ‎ KSCN溶液呈　　　　色; ‎ 稀酸性KMnO4溶液颜色　　　 ‎ 猜想三:铁元素既有+2价又有+3价 KSCN溶液呈　　　　色; ‎ 稀酸性KMnO4溶液颜色　　　 ‎ ‎【实验二】为进一步探究该反应的产物,进行了如图K35-4所示的实验:‎ 图K35-4‎ ‎(1)实验开始时,点燃B处酒精喷灯之前应先打开A处活塞通CO2,其目的是　　　　　　。 ‎ ‎(2)装置图中C的作用是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)该组同学称取了55.6 g绿矾按如图K35-4装置进行实验,待绿矾分解完全后,测得D瓶中沉淀的质量为23.3 g,根据这些数据,可以得知,绿矾分解的化学方程式为　 。 ‎ ‎(4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是　　　 　。 ‎ ‎【解析】‎ ‎【实验一】猜想一:+2　褪去　猜想二:+3　血红　无变化　猜想三:血红　褪去 ‎【实验二】(1)排净装置内的空气　(2)防止倒吸 ‎(3)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O ‎(4)未进行尾气处理 ‎[解析] 【实验一】由题意知绿矾分解的产物全为氧化物,则铁元素可能为+2价,也可能为+3价,或者既有+2价又有+3价。+2价Fe具有还原性,可使酸性高锰酸钾溶液褪色,+3价Fe遇KSCN溶液生成血红色物质,利用这些性质可以检验铁元素的价态。‎ ‎【实验二】(1)FeSO4具有还原性,能够被空气中的氧气氧化,实验开始时先通CO2的目的是排净装置内的空气防止FeSO4·7H2O被氧化。(2)本实验有加热装置,反应产生气体,气体与氯化钡溶液反应产生白色沉淀,导气管内压强减小,容易发生倒吸,C为防倒吸装置。(3)55.6 g绿矾的物质的量为=0.2 mol,那么分解前硫原子的物质的量为0.2 mol,白色沉淀为硫酸钡,其物质的量为=0.1 mol,所以除了SO3以外还应有SO2,其物质的量也为0.1 mol,因此绿矾分解的化学方程式是2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O。(4)二氧化硫会污染环境,应添加尾气处理装置。‎