专题升级训练14 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．下列制取气体的方案，可以直接采用如图所示装置进行的是( )
①用H2O2和MnO2制取O2 ②用CaCO3和稀盐酸制取CO2 ③用KClO3和MnO2制取O2 ④用Zn和稀硫酸制取H2 ⑤用Cu和浓硝酸制取NO2
A．①④ B．②③④
C．①②⑤ D．①②④⑤
3．下图是实验室制备CO2的简易装置图。用该装置制备CO2可起到随时使反应发生，也可以随时使反应停止的效果。选项中装置可起到与下图装置相同效果的是( )
4．下列制取物质的方案中，最合理的是( )
A．用过量的铁与稀硫酸反应制绿矾(FeSO4·7H2O)
B．铜与浓硫酸反应制CuSO4
C．过量的Fe与Cl2反应制FeCl2
D．MnO2与稀盐酸反应制Cl2
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．(改编自2012北京海淀期中，9)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安徽合肥质检，10)下列实验操作正确且能达到预期目的的是( )
实验目的
操作
A
确定碳和硅两元素非金属性强弱
测同温同浓度Na2CO3和Na2SiO3水溶液的pH
B
除去苯中混有的苯酚
向混合液中加入浓溴水，充分反应后，过滤
C
证明SO2具有漂白性
将SO2通入酸性KMnO4溶液中
D
证明氯乙烷中含氯元素
向氯乙烷中滴几滴AgNO3溶液再滴加稀硝酸
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．(14分)某活动小组对CuSO4分解产物除CuO外的气体的3种可能性进行假设，并通过实验确定气体的物质的量。
(1)气体的3种可能性为__________；____________；有SO2、SO3和O2。
(2)为确定SO2、SO3和O2的物质的量之比，请你选用所给的仪器进行实验，按气体从左至右的方向连接各装置。顺序为：____________→B。(已知SO3溶于浓硫酸)
10．(2012河南豫东六校联考，28)(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．(2012安徽高考最后一卷B卷，28)(14分)某化学兴趣小组的甲、乙、丙三位同学在学习Na2O2与CO2的反应时，就提出SO2与Na2O2反应的问题。同学们设计实验探究SO2与Na2O2的反应。
(1)甲同学认为Na2O2和SO2的反应与Na2O2和CO2的反应类同，设计了下图实验装置，并将带火星的木条伸到导管口，预期现象与结果相反，如果甲同学的观点是正确的，请你分析实验失败的原因是__________________。
(2)反应完毕后，综合大家的观点，认为硬质玻璃管中的固体成分有多种可能：
可能Ⅰ：全部为Na2SO3；
可能Ⅱ：为Na2SO3和Na2O2的混合物；
可能Ⅲ：______________________；
可能Ⅳ：为Na2SO3和Na2SO4的混合物；
可能Ⅴ：为Na2O2和Na2SO4的混合物；
可能Ⅵ：为Na2O2、Na2SO3和Na2SO4的混合物。
(3)乙同学认为，无论哪种观点正确，甲同学设计的装置都有一个明显的缺陷，即________________________________________________。
(4)丙同学对可能Ⅳ持怀疑的态度。现有下列实验用品：几支试管、带胶塞的导管(单孔)、滴管、药匙、品红溶液、蒸馏水、Ba(NO3)2溶液、BaCl2溶液、稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸，请你帮助丙同学从中选出合适的用品对“可能Ⅳ”进行验证，完成下表(可以不填满)：
实验步
骤编号
实验操作
预期现象
和结论
①
待硬质玻璃管冷却到室温后，用药匙取少量白色固体于试管中
—
②
向①的试管中加入__________，塞紧带导管的胶塞，并将导管通入__________
③
④
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．A 解析：CO2、NO2均不能用排水法收集，③需要加热，所以只有①④正确。
3．B 解析：A装置如果关闭活塞，继续反应产生的CO2，可以把液体压入长颈漏斗，但锥形瓶中剩余的液体还继续与大理石反应，错误；B装置中的干燥管可以随时提起，正确；C装置为密闭体系、不能排开液体，错误；D装置，如果关闭活塞，继续反应产生的CO2，无法将右侧液体下压，因为左侧与大气不通，错误。
4．A 解析：A中Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；B中Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，产生污染性气体SO2；2Fe＋3Cl22FeCl3，无法制得FeCl2；MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，MnO2与稀盐酸不反应。
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：B溴水及三溴苯酚会溶于苯中，无法过滤除去；C应选用品红溶液证明SO2的漂白性；D应先将氯乙烷水解，向水解液中加硝酸酸化后再滴加硝酸银溶液。
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)仅SO3 仅SO2和O2
(2)A→D→C→(G→)E或A→F→D→C→(G→)E
解析：(1)CuSO4分解得到CuO，根据化合价守恒：化合价没有变化，仅SO3；化合价变化有SO2，一定有O2；(2)D浓硫酸吸收SO3(依据吸收前后质量变化求出SO3的量)，F可以把SO3转化为SO2(也可以依据吸收前后质量变化求出SO3的量)，C吸收SO2(依据吸收前后质量变化求出SO2的量，吸收前要除去SO2中的SO3或水蒸气)，E、B可以测出O2的量。
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)木条复燃，氧气需达到一定浓度才行；或通入的SO2速度太快，导出气体中氧气的含量太少，则不复燃
(2)全部为Na2SO4
(3)没有尾气处理装置
(4)
实验步骤编号
实验操作
预期现象和结论
②
过量的稀盐酸 装少量品红溶液的试管
若品红褪色则固体中含有Na2SO3；若品红不褪色则固体中不含有Na2SO3
③
取②充分反应后的溶液于试管中，滴入适量BaCl2溶液
若有白色沉淀生成则固体中含有Na2SO4；若没有白色沉淀生成则固体中不含有Na2SO4
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