2022届高三化学一轮化学实验专题细练:31实验方案设计探究实验 WORD版含答案.docx
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1、2022届高三化学一轮化学实验专题细练:31实验方案设计探究实验非选择题(共10题)1溴乙烷是卤代烃的代表,通过对溴乙烷的探究来掌握卤代烃的性质,可以达到举一反三、触类旁通的效果。I已知:NaBr+H2SO4(浓)NaHSO4+ HBr CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O溴乙烷的沸点38.4,实验室制备溴乙烷(CH3CH2Br)的装置和步骤如下:检查装置的气密性,向装置图所示的U形管和大烧杯中加入冰水;在圆底烧瓶中加入10mL95%乙醇、28mL78%浓硫酸,然后加入研细的13g溴化钠和几粒碎瓷片;小心加热,使其充分反应。回答下列问题:(1)为了更好的控制反应温度,除用图示的小火
2、加热,更好的加热方式是_。(2)浓硫酸具有强氧化性,能氧化还原性气体HBr为Br2,导致U形管中粗制的溴乙烷呈棕黄色。为了除去粗产品中的杂质Br2,可选择下列试剂中的:_(填序号)ANaOH溶液BH2OCNa2SO3溶液DCCl4分离时所需的主要玻璃仪器是_(填仪器名称)。要进一步制得纯净的溴乙烷,可用水洗,然后加入无水CaCl2,再进行_(填操作名称)。II溴乙烷在不同溶剂中与NaOH可发生不同类型的反应,生成不同的反应产物。某同学依据溴乙烷的性质,用图实验装置(铁架台、酒精灯略)验证取代反应和消去反应的产物,请你一起参与探究。(1)在试管中加入5 mL 1 mol/L NaOH水溶液和5
3、mL溴乙烷,将试管如图固定后,加热。试管口安装一长导管的作用是_。鉴定生成物中乙醇的结构,可用的波谱是_和_。(2)在试管中加入5 mL NaOH乙醇溶液和5 mL溴乙烷,将试管如图固定后,加热。请写出该反应的化学方程式_。为证明溴乙烷在NaOH乙醇溶液中发生的是消去反应,在设计的实验方案中,需要检验的是_,检验的装置如图所示,在气体通入酸性高锰酸钾溶液前加一个盛水的试管,其作用是_。2硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2是分析化学中的重要试剂,在不同温度下加热分解产物不同。设计如图实验装置(夹持装置略去),在500时隔绝空气加热A中的硫酸亚铁铵至分解完全。确定分解产物的成分。(1)B装置的
4、作用是_。(2)实验中,观察到C中无明显现象,D中有白色沉淀生成,可确定产物中定有_气体产生,写出D中发生反应的离子方程式_。若去掉C,是否能得出同样结论并解释其原因_。(3)A中固体完全分解后变为红宗色粉末,某同学设计实验验证固体残留物仅为Fe2O3.而不含FeO。请完成表内容。(试剂,仅然和用品自选)实验步骤预期现象结论取少量A中残留物于试管中,加入适量稀硫酸,充分振荡使其完全溶解:_固体残留物仅为Fe2O3(4)E中收集到的气体只有N2,其物质的量为xmol,固体残留物刚体死目物Fe2O3的物质的量为ymol,D中沉淀物质的量为zmol,根据氧化还原反应的基本规律,x、y和z应满足的关系
5、为_。(5)结合上述实验现象和相关数据的分析。写出硫酸亚铁铵在500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式:_。3某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+ 的氧化性。查阅资料:Ag+ + I- = AgI K1 =1.21016;2Ag+ + 2I- = 2Ag+ I2 K2 = 8.7108(1)方案1:通过置换反应比较向酸化的AgNO3溶液插入铜丝,析出黑色固体,溶液变蓝,说明氧化性Ag+Cu2+。反应的离子方程式是_。(2)方案2:通过Cu2+、Ag+ 分别与同一物质反应进行比较实验试 剂编号及现象试 管滴 管1.0 mol/LKI溶液1.0 mol/L AgNO3溶液产生黄色沉淀,溶液无
6、色1.0 mol/L CuSO4溶液产生白色沉淀A,溶液变黄经检验,中溶液不含I2,黄色沉淀是_。经检验,中溶液含I2。推测Cu2+做氧化剂,白色沉淀A是CuI。确认A的实验如下:a检验滤液无I2。溶液呈蓝色说明溶液含有_(填离子符号)。b白色沉淀B是_。c白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是_,说明氧化性Ag+Cu2+。(3)分析方案2中Ag+ 未能氧化I- ,但Cu2+氧化了I-的原因,设计实验如下:编号实验1实验2实验3实验KI溶液 KI溶液 AgNO3溶液a bKI溶液 CuSO4溶液c d现象无明显变化a中溶液较快变棕黄色,b中电极上析出银;电流计指针偏转c中溶液较慢变浅黄色
7、;电流计指针偏转(电极均为石墨,溶液浓度均为 1 mol/L,b、d中溶液pH4)a中溶液呈棕黄色的原因是_(用电极反应式表示)。“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。依据是空气中的氧气也有氧化作用,设计实验证实了该依据,实验方案及现象是_。方案2中,Cu2+能氧化I-,而Ag+未能氧化I-。其原因一是从K值分析:_;二是从Cu2+的反应特点分析:_。4实验小组用下列装置进行乙醇催化氧化的实验。已知:乙醛可被氧化为乙酸。(1)实验过程中铜网出现红色和黑色交替的现象,请写出相应的化学方程式_ 、_。(2)在不断鼓入空气的情况下,熄灭酒精灯,反应仍能继续进行,说明该乙醇催化反应是_ 反应。进一步研
8、究表明,鼓入空气的速率与反应体系的温度关系曲线如图所示。试解释出现图中现象的原因_。(3)甲和乙两个水浴作用不相同。甲的作用是_;乙的作用是_。(4)若试管a中收集到的液体用紫色石蕊试纸检验,试纸显红色,说明液体中还含有_。要除去该物质,可在混合液中加入_ (填写字母)。然后,再通过_(填实验操作名称)即可除去。A氯化钠溶液 B苯 C碳酸氢钠溶液 D四氯化碳5某小组研究AgCl的溶解平衡:向10 mL 1mol/L KCl 溶液中加入1 mL 0.2 mol/LAgNO3溶液,将浑浊液均分为2份,进行如下实验:实验序号实验操作实验现象I将其中一份浑浊液过滤,向滤液中放入Mg条i. 滤液澄清透明
9、,用激光照射有丁达尔现象。ii. 放入Mg条后,立即有无色气泡产生,气体可燃,滤液中出现白色浑浊。iii. 一段时间后开始出现棕褐色浑浊物,Mg条表面也逐渐变为棕褐色,产生气泡的速率变缓慢。II向另一份浑浊液中放入大小相同的Mg条iv. 棕褐色浑浊物的量明显多于实验I,Mg条表面棕褐色更深,其他现象与ii、iii相同。已知:AgOH不稳定,立即分解为Ag2O(棕褐色或棕黑色),Ag粉为黑色,AgCl、Ag2O可溶于浓氨水生成Ag(NH3)2(1)滤液所属分散系为_。(2)现象ii中无色气泡产生的原因是_(写出化学方程式)。(3)现象iii中,导致产生气泡的速率下降的主要影响因素是_。(4)甲认
10、为Mg条表面的棕褐色物质中一定有Ag和Ag2O,其中生成Ag的离子方程式为_。(5)甲设计实验检验Ag:取实验I中表面变为棕褐色的Mg条于试管中,向其中加入足量试剂a,反应结束后,继续向其中加入浓硝酸,产生棕色气体,溶液中有白色不溶物。 白色不溶物为_(填化学式),棕色气体产生的原因是_(写离子方程式)。 试剂a为_,加入试剂a的目的是_。 该实验能证明棕褐色物质中一定有Ag的实验现象是_。(6)甲进一步设计实验验证了Mg条表面的棕褐色物质中有Ag2O,实验方案是:取实验I中表面变为棕褐色的Mg条_。(7)综合上述实验,能说明存在AgCl(s) Ag+(aq) + Cl(aq)的证据及理由有_
11、。6碘化钠在医疗及食品方面有重要的作用。实验室用NaOH、单质碘和水合肼(N2HH2O)为原料制备碘化钠。已知:水合肼具有还原性。回答下列问题:(1)水合肼的制备有关反应原理为:CO(NH2)2(尿素)+NaClO+2NaOHN2H4H2O+NaCl+Na2CO3制取次氯酸钠和氧氧化钠混合液的连接顺序为_(按气流方向,用小写字母表示)。若该实验温度控制不当,反应后测得三颈瓶内ClO-与ClO3-的物质的量之比为5:1,则氯气与氢氧化钠反应时,被还原的氯元素与被氧化的氯元素的物质的量之比为_。制备水合肼时,应将_滴到 _ 中(填“NaClO溶液”或“尿素溶液”),且滴加速度不能过快。(2)碘化钠
12、的制备采用水合肼还原法制取碘化钠固体,其制备流程如图所示:在“还原”过程中,主要消耗反应过程中生成的副产物IO3-,该过程的离子方程式为_。工业上也可以用硫化钠或铁屑还原碘酸钠制备碘化钠,但水合肼还原法制得的产品纯度更高,其原因是_。(3)测定产品中NaI含量的实验步骤如下:a称取1000g样品并溶解,在500mL容量瓶中定容;b量取2500mL待测液于锥形瓶中,然后加入足量的FeCl3溶液,充分反应后,再加入M溶液作指示剂:c用02100molL-1的Na2S2O3标准溶液滴定至终点(反应方程式为;2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI),重复实验多次,测得消耗标准溶液的体积为15
13、00mL。M为_(写名称)。该样品中NaI的质量分数为_。7某同学设计了测定气体摩尔体积的探究实验,利用氯酸钾分解制O2。实验步骤如下:连接好实验装置,检查装置的气密性。把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量试管和药品的总质量为15.95 g。加热,开始反应,直到不再有气体产生为止。测量排入量筒中水的体积为285.0 mL,换算成标准状况下氧气的体积为279. 7 mL。准确称量试管和残留物的质量为15. 55 g。根据上述实验过程,回答下列问题:(1)如何检查装置的气密性?_。(2)以下是测量收集的气体体积必须包括的几个步骤:调整量筒的高度使广口瓶和量筒内的
14、液面高度相同;使试管和广口瓶内气体都冷却至室温;读取量筒内液体的体积。这三步操作的正确顺序是_(请填写步骤代号)。进行的实验操作时,若仰视读数,则读取氧气的体积_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(3)实验过程中产生氧气的物质的量是_mol;实验测得氧气的气体摩尔体积是_(保留小数点后两位)。8某化学兴趣小组对2-溴丙烷与NaOH溶液发生的反应进行探究,实验装置如下(夹持和加热装置已略去):实验步骤:将圆底烧瓶用水浴加热,冷凝管中通入冷凝水;将分液漏斗中的2-溴丙烷与NaOH溶液的混合液滴入圆底烧瓶内。(1)水冷凝管a口是_(填“进水口”或“出水口”)。(2)取具支试管中收集到的液体,经红外
15、光谱检测,其中一种物质中存在C-O键和O-H键。则该物质的结构简式是_。(3)实验中酸性KMnO4溶液褪色,生成该使酸性KMnO4溶液褪色的物质的反应的化学方程式是_。(4)通过该实验得到的结论是_。9汽车用汽油的抗爆剂约含 17的 1,2一二溴乙烷。某学习小组用下图所示装置制备少量 1,2 一二溴乙烷,具体流秳如下: 已知:1,2 一二溴乙烷的沸点为131,熔点为9.3。1,2 一二溴乙烷的制备步聚、的实验装置为:实验步骤: ()在冰水冷却下,将 24mL 浓硫酸慢慢注入12mL乙醇中混合均匀。()向 D 装置的试管中加入3.0mL 液溴(0.10mol),然后加入适量水液封,开向烧杯中加入
16、冷却剂。()连接仪器并检验气密性。向三口烧瓶中加入碎瓷片,通过滴液漏斗滴入一部分浓硫酸与乙醇的混合物,一部分留在滴液漏斗中。()先切断瓶C与瓶D的连接处,加热三口瓶,待温度上升到约120,连接瓶 C与瓶D,待温度升高到180200,通过滴液漏斗慢慢滴入混合液。(V)继续加热三口烧瓶,待D装置中试管内的颜色完全褪去,切断瓶C与瓶D的连接处,再停止加热。回答下列问题:(1)图中 B 装置玻璃管的作用为_。(2)()中“先切断瓶C与瓶D的连接处,再加热三口瓶”的原因是_。(3)装置D的烧杯中需加入冷却剂,下列冷却剂合适的为_。a.冰水混合物 b.5的水 c.10的水1,2 一二溴乙烷的纯化步骤:冷却
17、后,把装置 D 试管中的产物转移至分液漏斗中,用 1的氢氧化钠水溶液洗涤。步骤:用水洗至中性。步骤:“向所得的有机层中加入适量无水氯化钙,过滤,转移至蒸馏烧瓶中蒸馏,收集130132的馏分,得到产品5.64g。(4)步骤中加入 1的氢氧化钠水溶液时,发生反应的离子方程式为_。(5)步骤中加入无水氯化钙的作用为_。该实验所得产品的产率为_。10某小组同学探究物质的溶解度大小与沉淀转化方向之间的关系。已知:(1)探究BaCO3和BaSO4之间的转化,实验操作: 试剂A试剂B试剂C加入盐酸后的现象实验BaCl2Na2CO3Na2SO4实验Na2SO4Na2CO3有少量气泡产生,沉淀部分溶解实验说明B
18、aCO3全部转化为BaSO4,依据的现象是加入盐酸后,_实验中加入稀盐酸后发生反应的离子方程式是_。实验说明沉淀发生了部分转化,结合BaSO4的沉淀溶解平衡解释原因:_(2)探究AgCl和AgI之间的转化,实验:实验:在试管中进行溶液间反应时,同学们无法观察到AgI转化为AgCl,于是又设计了如下实验(电压表读数:acb0)。注:其他条件不变时,参与原电池反应的氧化剂(或还原剂)的氧化性(或还原性)越强,原电池的电压越大;离子的氧化性(或还原性)强弱与其浓度有关。 实验证明了AgCl转化为AgI,甲溶液可以是_(填序号)。a. AgNO3溶液 b. NaCl溶液 c. KI溶液 实验的步骤中,
19、B中石墨上的电极反应式是 _ 结合信息,解释实验中ba的原因:_。 实验的现象能说明AgI转化为AgCl,理由是_11某实验小组探究少量Cl2和FeBr2反应的过程。(1)配制FeBr2溶液:.配制50mL1.0mol/LFeBr2溶液;.上述溶液呈淡黄色。取少量此溶液,向其中滴入KSCN溶液,变为浅红色。配制50mL1.0mol/LFeBr2溶液需要的玻璃容器是_。由可知,此FeBr2溶液呈黄色的原因是其中含有_,用离子方程式解释产生其原因:_。(2)氯气和FeBr2反应实验操作及现象如下:据此甲同学得出结论:少量Cl2既能和Fe2+又能和Br-发生氧化还原反应。Cl2和Fe2+发生反应的离
20、子方程式是_。乙同学认为上述实验不能证明Cl2和Br-发生反应,理由是_。乙同学改进实验如下:在上述FeBr2溶液中加入过量铁粉,取上清液2 mL,向其中滴加3滴饱和氯水后,再加入CCl4,振荡后静置,观察现象。乙得出结论:少量Cl2只与Fe2+反应,不与Br-反应。乙得出该结论依据的实验现象是_。(3)丙同学继续设计实验,探究反应过程:转移到大试管前CCl4液体中呈红棕色的物质是_。丙通过此实验可得出结论:_。12某化学兴趣小组为探究高锰酸钾与铜的反应,设计实验如下:实验一现象酸性溶液一段时间后,培养皿中由铜片向外侧依次呈现:A区澄清且几乎无色;B区底部覆盖棕黑色固体;C区澄清且紫色变浅资料
21、:a.在酸性溶液中不能稳定存在:b.为粉红色沉淀、溶于强酸;为黑色沉淀、不溶于强酸(1)被氧化成_,依据是_。(2)为探究的还原产物,取A区中溶液_(填操作和现象),证明有生成。(3)A区中与反应的离子方程式是_。(4)经检验,B区的棕黑色固体是,从溶液中离子扩散的角度,结合离子方程式解释B区和C区中的现象:_。(5)小组同学又进行了以下定量实验:实验一现象酸性溶液一段时间后,铜片质量减少了0.02g,溶液中无固体析出、溶液紫色变浅通过计算,分析溶液紫色变浅而未完全褪色的原因:_。参考答案1水浴加热 C 分液漏斗 蒸馏 冷凝回流 红外光谱 核磁共振氢谱 CH3CH2Br+NaOHCH2=CH2
22、NaBrH2O 乙烯 除去乙烯中混有的乙醇蒸汽 【分析】I.(1)为了更好的控制温度,最好用水浴加热的方法;(2)U形管得到了溴乙烷,溴乙烷中混有溴,除杂时注意溴和溴乙烷的性质角度考虑;分液用到分液漏斗;溴乙烷不溶于水,水洗后分液分离,再加入无水CaCl2,最后进行蒸馏操作;II.(1)溴乙烷易挥发,用长导管进行冷凝回流减少溴乙烷的损失;根据乙醇分子结构中有三种氢原子选择检测方法;(2)溴乙烷为卤代烃,同NaOH乙醇溶液在加热条件下会发生消去反应,其反应方程式为:CH3CH2Br+NaOHCH2=CH2NaBrH2O;无论发生取代反应还是消去反应,溶液中都会产生Br-,但生成的有机物不同,故应
23、检验生成的有机物;乙醇易溶于水,而乙烯难溶于水。【详解】I.(1)为了更好的控制温度,除用图示的小火加热外,最好用水浴加热的方法;(2)在U形管内有Br2,A.溴乙烷能够与氢氧化钠反应,故A错误;B.溴乙烷和溴单质均不溶于水,无法进行分离,故B错误;C.Na2SO3与溴发生氧化还原反应,Na2SO3可除去溴,故C正确;D.溴和溴乙烷都能溶于四氯化碳,不能将二者分离,故D错误;加入氢氧化钠溶液洗涤后静置然后分液,萃取分液使用的主要仪器是分液漏斗;要进一步制得纯净的C2H5Br,可用水洗,分液后再加入无水CaCl2,利用沸点不同再进行蒸馏分离;II.(1)溴乙烷的沸点38.4,溴乙烷易挥发,用长导
24、管进行冷凝回流减少溴乙烷的损失;乙醇分子结构中有三种氢原子,它们的比为3:2:1,利用核磁共振氢谱可检测,也可用红外光谱检测;(2)溴乙烷为卤代烃,同NaOH乙醇溶液在加热条件下会发生消去反应,其反应方程式为:CH3CH2Br+NaOHCH2=CH2NaBrH2O;无论发生取代反应还是消去反应,溶液中都会产生Br-,但生成的有机物不同,溴乙烷发生消去反应生成乙烯,所以应检验生成的有机物乙烯;检验乙烯可根据其能使酸性高锰酸钾褪色的原理进行,但同时乙醇也能使酸性高锰酸钾褪色,故需要除去乙烯中的乙醇,乙醇能溶于水,而乙烯不能溶于水,故在气体通入酸性高锰酸钾溶液前加一个盛水的试管,其作用是除去乙烯中混
25、有的乙醇蒸汽。2检验产物中是否有水生成 SO2 SO2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H+ 否,若有SO3也有白色沉淀生成 将溶液分成两份,分别滴加高锰酸钾溶液、KSCN溶液 若高锰酸钾溶液不褪色,加入KSCN溶液后变红 3x+y=z 2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3+2NH3+N2+4SO2+5H2O 【详解】(1)硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2在500时隔绝空气加热分解,H、O结合有水生成,故B装置的作用是检验产物中是否有水生成。(2)装置C中BaC12溶液的作用是为了检验分解产物中是否有SO3气体生成,若含有该气体,会生成硫酸钡白色沉淀,观察到的现象为溶液变浑浊,但该
26、装置中没有明显现象,可知产物中无有SO3气体生成;装置D中有白色沉淀,说明产物中有SO2气体生成,通入过氧化氢发生氧化还原反应,生成硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀,反应的离子方程式为:SO2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H+,若去掉C,若有SO3也有白色沉淀生成,不能得出说明出有SO2而无SO3的结论。(3)根据Fe2+的还原性,可以用高锰酸钾溶液检验,依据Fe3+与KSCN溶液后变红可检验,方法为:取少量A中残留物与试管中,加入适量稀硫酸,充分振荡使其完全溶解,将溶液分成两份,分别滴加高锰酸钾溶液、KSCN溶液(或:依次滴加K3Fe(CN)6溶液、KSCN溶液或其他合理答案)并振荡,若
27、高锰酸钾溶液不褪色,加入KSCN溶液后变红(或:加入K3Fe(CN)6溶液无现象,加入KSCN溶液后变红,或其他合理答案),则残留物仅为Fe2O3而不含FeO。(4)若产物中有氮气生成,则失去电子的元素是Fe和N,得到电子的元素是S, (NH4)2Fe(SO4)2分解,E中生成xmolN2失去电子的物质的量是6xmol,生成ymol Fe2O3失去电子的物质的量是2y mol,D中沉淀物质的量为zmol,即生成的二氧化硫的物质的量是z mol,则得电子的物质的量是2z mol,根据得失电子守恒,6x+2y=2z即3x+y=z;(5)结合上述实验现象和相关数据的分析,完成硫酸亚铁铵(NH4)2F
28、e(SO4)2在500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式:2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3+2 NH3+N2+4SO2+5H2O【点睛】该题为实验探究题,主要考查物质的检验,如H2O,Fe2O3,FeO,SO2等,考查实验设计,氧化还原的计算等知识,理解实验目的和掌握基础知识为关键,难度适中。3Cu+2Ag+2Ag+Cu2+ ; AgI Cu2+ AgCl CuI+2Ag+Cu2+Ag+AgI 2I2eI2 将d烧杯内的溶液换为pH4的1 mol/L Na2SO4溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转 K1K2,故Ag+更易与I_发生复分解反应,生成AgI 2Cu2+ + 4I- =
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