- 化学实验方案的设计与评价
- 共98题
工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)+CO32—(aq) 
（1）上述反应的平衡常数表达式：K =_______。
（2）室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在______溶液中PbSO4转化率较大，理由是________。
（3）查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3•Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部为PbCO3；
假设二：___________；
假设三：__________。
（4）为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。
①定性研究：请你完成下表中内容。
②定量研究：取26.7 mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：____。
正确答案
（1）
（2） Na2CO3 Na2CO3溶液中c(CO32－)较大
（3）全部为PbCO3•Pb(OH)2 PbCO3与PbCO3•Pb(OH)2的混合 物
（4）①
②同意 若全部为PbCO3，26.7 mg完全分解后，其固体质量为22.3 mg （不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的）
解析
略
知识点
苯甲酸广泛应用于制药和化工行业。某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。
反应原理：
实验方法：一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。
已知：苯甲酸分子量是122，熔点122.4℃，在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g；纯净固体有机物一般都有固定熔点。
（1）操作Ⅰ为 ，操作Ⅱ为 。
（2）无色液体A是 ，定性检验A的试剂是 ，现象是 。
（3）测定白色固体B的熔点，发现其在115℃开始熔化，达到130℃时仍有少量不熔。该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物，设计了如下方案进行提纯和检验，实验结果表明推测正确。请在答题卡上完成表中内容。
（4）纯度测定：称取1.220g产品，配成100ml甲醇溶液，移取25.00ml溶液，滴定，消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol。产品中甲苯酸质量分数的计算表达式为 ，计算结果为 (保留两位有效数字)。
正确答案
见解析。
解析
（1） 分液，蒸馏
（2） 甲苯，酸性KMnO4溶液，溶液褪色
（3）
（4） (2.40×10-3×122×4)/1.22；96%
知识点
固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以Mg(NO3)2为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：
甲：Mg(NO2)2、NO2、O2 乙：MgO、NO2、O2 丙：Mg3N2、O2 丁：MgO、NO2、N2
（1）实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是 。
查阅资料得知：2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O
针对甲、乙、丙猜想，设计如下图所示的实验装置（图中加热、夹持仪器等均省略）：
（2）实验过程
①仪器连接后，放入固体试剂之前，关闭k，微热硬质玻璃管（A），观察到E 中有气泡连续放出，表明 。
②称取Mg(NO3)2固体3 .79 g置于A中，加热前通入N2以驱尽装置内的空气，其目的是 ；关闭K，用酒精灯加热时，正确操作是先 然后固定在管中固体部位下加热。
③观察到A 中有红棕色气体出现，C、D 中未见明显变化。
④待样品完全分解，A 装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1 . 0 g。
⑤取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未见明显现象。
（3）实验结果分析讨论
①根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想 是正确的。
②根据D 中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O2，因为若有O2，D中将发生氧化还原反应： （填写化学方程式），溶液颜色会退去；小组讨论认定分解产物中有O2存在，未检侧到的原因是 。
③小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究。
正确答案
见解析。
解析
（1）不符合氧化还原反应原理（或其它合理答案）
（2）①装置气密性良好
②避免对产物O2的检验产生干扰（或其它合理答案） 移动酒精灯预热硬质玻璃管
（3）①乙 ②2Na2SO3 + O2 
知识点
乳酸（2－羟基丙酸）为无色液体，与水混溶，弱挥发性。它在多种生物化学过程中起作用。某学习小组研究利用发酵法制乳酸以及探讨乳酸的部分性质。
实验（一）：乳酸的制取
步骤1：取14.40g葡萄糖（相对分子质量为180)于烧杯中，加入乳酸菌（厌氧）发酵，72 小时后，过滤，将滤液转移到仪器A中，定容，得到500mL原液；
步骤2：取20.00mL原液于锥形瓶中，加入酚酞作指示剂，用浓度为0.1000mol/L的NaOH
溶液滴定至终点，重复4次，数据记录如下表。（假定原液中其他物质不与NaOH
反应）
14.仪器A是 ；
15.如何判断已到达滴定终点 ；
16.乳酸的产率为____________
17. 实验（二）：乳酸的性质
已知乳酸的Ka=1.4 x 10－4，碳酸的Ka1=4.47 x 10－7
设计实验证明乳酸是弱酸： ；
18.小组利用下图所示的仪器和药品，通过实验来比较乳酸与碳酸的酸性强弱。
①可观察到烧杯中的现象是 ，
写出烧杯中发生的化学反应方程式 ；
②学习小组中有成员提出上述实验设计不够严谨，请你提出改进的措施 。
正确答案
500mL容量瓶
解析
掌握配制一定物质的量浓度的溶液实验所涉及的基本仪器。
考查方向
考察基本实验仪器的使用。
解题思路
理解题意，配制500mL原液，需要500mL规格的容量瓶。
易错点
容量瓶易漏规格500mL。
教师点评
难度不大，考察基本实验及仪器，但容易漏写容量瓶的规格。
正确答案
最后一滴标准NaOH溶液滴入，锥形瓶内溶液由无色变红色，半分钟内颜色不褪色。
解析
理解题意，注意试剂的滴加顺序，准确判断滴定终点颜色变化，不要漏写半分钟颜色的变化。
考查方向
考察了酸碱中和滴定过程中的基本操作、滴定终点的判断。
解题思路
理解酸碱中和滴定的意义，掌握酸碱中和滴定的操作步骤和滴定终点的判断方法。
易错点
（1）如果不注意试剂的滴加顺序，滴定终点颜色变化会弄错；
（2）半分钟颜色不发生改变容易漏写。
教师点评
考察基本实验操作，认真阅读题意，准确答题。
正确答案
30.00%
解析
（1）首先排除第3次实验的数据，误差太大，应舍去；
（2）取三次实验的平均值，消耗19.20mL NaOH溶液；
（3）计算出n(NaOH)=1.920×10-3mol=n(乳酸)
（4）计算出原液中的乳酸总量：
n总(乳酸)=1.920×10-3×500÷20=0.04800mol
（5）计算乳酸的总质量m=0.04800mol×90g/mol=4.320g
（6）计算出乳酸的产率=4.320÷14.40×100%=30.00%
考查方向
考察滴定实验中的化学计算，要理解题意，按部就班的进行计算，需要细心。
解题思路
（1）首先排除第3次实验的数据，误差太大，应舍去；
（2）取三次实验的平均值，消耗19.20mL NaOH溶液；
（3）计算出n(NaOH)=1.920×10-3mol=n(乳酸)
（4）计算出原液中的乳酸总量：
n总(乳酸)=1.920×10-3×500÷20=0.04800mol
（5）计算乳酸的总质量m=0.04800mol×90g/mol=4.320g
（6）计算出乳酸的产率=4.320÷14.40×100%=30.00%
易错点
（1）按题意，葡萄糖的质量就是乳酸的理论质量；
（2）要注意舍去第3组滴定数据；
（3）计算乳酸的实际质量时，不要忘了原液的500mL。
教师点评
本小题有较大难度，题目设置的“坑”比较多，需要小心处理好：实验数据的有效性、计算总量要乘倍数关系等实验过程中的实际问题。
正确答案
方法1：准确配制0.1mol/L乳酸溶液，用pH计测定乳酸溶液的pH值，pH＞1，证明乳酸是弱酸。
方法2：准确配制0.1mol/L乳酸钠溶液，用pH计测定乳酸钠溶液的pH值，pH＞7，证明乳酸是弱酸。
方法3：准确配制0.1mol/L乳酸溶液，加入等体积的蒸馏水稀释，用pH计测定稀释后的乳酸溶液的pH值，2＞pH＞1，证明乳酸是弱酸。
解析
利用弱酸的不完全电离性质来进行实验论证。
考查方向
考察了弱酸的性质：不完全电离。
解题思路
理解弱酸不完全电离的本质，可以利用多种方法来证明乳酸是弱酸。
易错点
知识点掌握得不牢固，在列举方法时思维不缜密。
教师点评
本小题难度较大，需要有比较强大的基础知识，并学会理解及应用。
正确答案
①烧杯内出现浑浊（或白色沉淀）；
CO2 +H2O + NaAlO2 =Al(OH)3↓ + NaHCO3
或者：CO2 +3H2O + 2NaAlO2 =2Al(OH)3↓ + Na2CO3
②在A、B装置之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
解析
（1）根据已知的两个电离平衡常数，准确判断乳酸酸性强于碳酸，所以能制备CO2气体；
（2）掌握AlO2- 的性质，熟练书写有关方程式；
（3）乳酸具有挥发性，挥发的乳酸进入B装置，同样可以生成白色沉淀，要理解实验过程中的这个缺陷。
考查方向
考察了以下基本知识：
（1）基本实验能力，理解强酸制弱酸；
（2）常规元素及其化合物知识：AlO2- 的性质；
（3）实验综合素养，理解实验过程中的缺陷。
解题思路
（1）根据已知的两个电离平衡常数，要理解强酸制弱酸；
（2）掌握AlO2- 的性质；
（3）认识乳酸可能具有挥发性，理解实验过程中的缺陷。
易错点
（1）化学方程式容易写成离子方程式；
（2）对物质性质掌握不牢固，化学方程式写错；
（3）未理解乳酸挥发性带来的缺陷。
教师点评
本小题考察了实验基本功，要根据电离平衡常数大小判断酸性强弱。
次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2·HCHO·2H2O)在印染、医药以及原子能工业中应用广泛。以Na2SO3、SO2、HCHO 和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：
步骤1：在烧瓶中(装置如图所示)加入一定量Na2SO3和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2， 至溶液pH 约为4，制得NaHSO3 溶液。
步骤2：将装置A 中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在80～90益下，反应约3h，冷却至室温，抽滤。
步骤3：将滤液真空蒸发浓缩，冷却结晶。
（1）装置B 的烧杯中应加入的溶液是 。
（2）①步骤2中，反应生成的Zn(OH)2 会覆盖在锌粉表面阻止反应进行，防止该现象发生的措施是 。
②冷凝管中回流的主要物质除H2O 外还有 (填化学式)。
（3）①抽滤装置所包含的仪器除减压系统外还有 、 (填仪器名称)。
②滤渣的主要成分有 、 (填化学式)。
（4）次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，且在120℃以上发生分解。步骤3中不在敞口容器中蒸发浓缩的原因是 。
正确答案
见解析。
解析
（1）NaOH溶液
（2）①快速搅拌 ②HCHO
（3）①吸漏瓶 布氏漏斗 ②Zn(OH)2 Zn
（4）防止产物被空气氧化
这是一道“实验化学”的基础性试题，通过次硫酸氢钠甲醛制备相关实验过程的一些探究，着力考查学生对化学原理、化学实验方法的掌握程度，对实验方案的分析评价和运用化学知识解决化学实验中的具体问题的能力。
知识点
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+2 NaOH===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
① 提出合理假设 。
假设1：只存在SO32-；假设2：既不存在SO32-也不存在ClO
② 设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3moL
正确答案
（1）Na2SO3+H2O
（2）Na2SO3
（3） ①只存在ClO-
②
解析
略
知识点
TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
（1）实验室利用反应TiO2（s）+2CCl4（g）==TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下，制取TiCl4实验装置示意图如下
有关性质如下表
仪器A的名称是 ，装置E中的试剂是 。反应开始前依次进行如下操作：①停止通氮气②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为 （填序号）。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是 。
（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：
酸溶FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）==FeSO4（aq）+ TiOSO4（aq）+ 2H2O（l）
水解
简要工艺流程如下：
①试剂A为 。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品收率降低，原因是
②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是 。这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是 （填化学式）。
正确答案
（1）干燥管；浓硫酸；检查气密性；②③①，蒸馏
（2）①铁粉，由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低。
②Fe2+，Fe2O3
解析
（1）仪器A是干燥管，因为TiCl4遇到水蒸气会水解，所以E中可以用浓硫酸来隔离空气。对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品。。。。。终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N2。分离两种沸点不同的液体混合物应该用蒸馏。
（2）①因为矿石经硫酸溶解后得到的Fe2（SO4）3，而后面过滤得到的是FeSO4·7H2O，所以试剂A是铁粉，把Fe3+还原为Fe2+。由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低。
②加KSCN溶液无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2+。经加热后Fe2+氧化为Fe2O3而使产品发黄。
知识点
苯酚具有弱酸性，在空气中易被氧化。工业上以苯、硫酸、氢氧化钠、亚硫酸钠为原料合成苯酚的方法可简单表示为：
（1）根据上述反应判断下列三种物质的酸性由强到弱的顺序为 （填序号）。
a。
（2）步骤④与使用CO2相比，使用SO2的优点是 （答一个方面）。
（3）经反应④得到的产物除
限选仪器及试剂：试管、滴管、玻璃棒、过滤装置和滤纸；2mol·L－1盐酸、1mol·L－1 BaCl2溶液、品红溶液、0.01 mol·L－1酸性KMnO4溶液、1 mol·L－1 FeCl3溶液、饱和溴水等。
（4）纯度测定：称取1.00g产品溶解于足量温水中，向其中加入足量饱和溴水（产品中除苯酚外，不含其它与饱和溴水反应生成沉淀的物质），苯酚全部生成三溴苯酚沉淀，经过滤、洗涤、干燥后，称得沉淀质量为3.31g，则产品中苯酚的质量分数为 (保留3位有效数字)。
正确答案
（1）A>C>B （3分）
（2）使用SO2可防止
（3）（8分）
评分说明：步骤2若用0.01 mol·L－1酸性KMnO4溶液，因
（4）94.0% （3分,有效数字错扣1分）
解析
略
知识点
碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以
已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。
（1）步骤Ⅰ前，
（2）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.0~6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。
（3）步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有______________。
（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为________________。
（5）从母液中可回收的主要物质是_____________。
正确答案
（1）增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率
（2）石灰石
（3）Fe2+、Mg2+、Ca2+
（4）
(5)
解析
略
知识点
28.（14分）某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L-1的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能养护通入的SO2，该小组提出了如下假设:
假设一：溶液中的NO3-
假设二：溶液中溶解的O2
（1） 验证假设一
该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象
（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如下图。
实验1中溶液pH变小的原因是____;V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）_________。
（2） 验证假设二：
（3） 验证假设二
请设计实验验证假设二，写出实验步骤，预期现象和结论。
（4） 若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3，氧化相同的H2SO3溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反应后两溶液的pH前者_______(填“大于”或“小于”)后者，理由是___________
正确答案
（1）无现象、白色沉淀生成
（2）SO2溶于水后生成H2SO3；3SO2+2
（3）
（4）小于；反应的离子方程式标明，足量的O2和
解析
解析已在路上飞奔，马上就到！
知识点
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