化学实验的设计与评价

化学实验的设计与评价1．有一种工业废水，已知其中含有大量FeSO4，少量Ag+和Na+，以及部分污泥。试设计一个既经济又合理的方法以回收金属银、硫酸亚铁。分步列出实验步骤，并说明每一步骤的目的不必写化学方程式。上海86五3答：1过滤除去污泥，2滤液中加入过量铁粉，使Ag+还原为金属银，3过滤，将Ag和过量铁粉从溶液中分离出来，4将混有铁粉的Ag用稀硫酸处理，使Fe溶解，5过滤，分离出银，6将第3和5步的滤液合并，蒸发浓缩，冷却，使硫酸亚铁结晶析出，7过滤，得到硫酸亚铁晶体，Na+留在母液中。2．电子工业常用三氯化铁腐蚀印刷线路版。发生如下反应：2FeCl3＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2如何从腐蚀后的废液中回收铜及制取纯净的三氯化铁，写出有关化学方程式。回收及纯制过程中可选用任何试剂，但不能引入杂质离子。北京师范88Ⅱ二2答：在废液中加入过量铁屑，反应后过滤，得Cu、Fe固体混合物。在固体混合物中加入过量盐酸，铁转变为FeCl2，过滤得Cu。混合两次滤液，通入过量Cl2，得FeCl3溶液，蒸发、结晶得FeCl3固体。3．今用铁粉、食盐为主要原料水、空气等不作限量，实验室制备一定量的氢氧化铁，可分别采用如下两种实验方案：首先：第①步2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2＋Cl2第②步H2＋Cl22HCl方案Ⅰ：Fe③HClFe2+④NaOHFeOH2⑤放置空气中FeOH3过滤、洗涤、烘干即可方案Ⅱ：Fe③HClFe2+④2ClFe3+⑤NaOHFeOH3过滤、洗涤、烘干即可1请问上述哪一种方案比较节约时间。2请问上述哪一种方案比较节约试剂提示：可从每生产1molFeOH3所消耗的试剂用量予以思考。3原料相同，请设计更为节约实验步骤的方案以化学方程式表示31Ⅱ2Ⅰ32Fe＋3Cl2＝2FeCl3；FeCl3＋3NaOH＝FeOH3＋3NaCl4．实验室用锌粉和稀硫酸反应并用排水法收集一瓶氢气。1画出最简单的实验装置的示意图，示意图中的仪器可以用下面的方法表示：敞口玻璃容器有塞玻璃容器导管画图：2在装置中加入反应物时，应该先加入，后加入。3如果现在只有一支大试管直径2cm和一支小试管直径15cm两件仪器，如何用这两支试管制取一试管氢气？请画出实验装置图，方法同1。画图：412锌粒；稀硫酸35．实验室用浓盐酸和MnO2加热制Cl2并用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，现已知反应：2Cl2＋2Ca(OH)2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，温度稍高即发生副反应：6Cl2＋2Ca(OH)2＝5CaCl2＋Ca(ClO3)2＋6H2O现有三个学生分别设计的三套实验装置如下：⑴请从a.不易控制反应速率b.容易控制反应速率c.有副反应发生d.可防止副反应发生e.污染环境f.可防止污染环境几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点作出评价，并选择符合题目要求的选项填在空格内：（用字母表示）甲装置：优点，缺点。乙装置：优点，缺点。丙装置：优点，缺点。⑵请从上述甲、乙、丙装置中选取合理的组成部分，组装一套较完善的实验装置，装置各部分按气流从左到右的方向是（用字母表示）。⑶实验中若取12mol/L盐酸50mL与足量MnO2反应，最终生成Ca(ClO)2的物质的量总是0.15mol(填大于.小于或等于)其可能原因是：（假定各步反应均无反应物质损耗，且无副反应发生）。51d；ae；f；ac；b；ce2F—B—E3小于；浓盐酸逐渐变稀，稀盐酸与MnO2不反应，浓盐酸不能全部参加反应，所以生成的Ca(ClO)2少于0.15mol6．某学生拟用50mLNaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入的CO2气体过量，生成，他设计了如下实验步骤：①用25mLNaOH溶液吸收过量的CO2气体，至CO2不再溶解；②小心煮沸溶液1—2分钟；③在得到的溶液中加入另一半25mLNaOH溶液，使溶液充分混合。回答下列问题：1他能否制得较纯净的Na2CO3？理由是什么？2按他的设计，第①步实验装置如下：①装置A使用的试剂石灰石和盐酸溶液。可否使用纯碱代替石灰石？②装置B使用的试剂是，作用是③为了便于后续实验的煮沸、混合等操作，装NaOH溶液的容器还可使用填仪器名称④有人认为实验步骤的顺序对调，即先混合，再煮沸，更合理，你认为呢？为什么？6①能；实验①生成NaHCO3，其中溶解的CO2气体煮沸时除去，在实验③中NaHCO3恰好被NaOH中和完全转化为Na2CO3。②①不能；实验中使用的CO2气体发生器，只适用于块状固体和液体反应。Na2CO3是粉末状固体。③锥形瓶④不合理；若不先驱除溶液中溶解的CO2气体，实验③加入的NaOH将有一部分消耗于与CO2气体的反应，使NaHCO3不能完全转化为Na2CO3。7．选择使用下列仪器含药品，验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含有NON2和O2的用量可自由控制已知：ⅠNO＋NO2＋2OH－＝2NO2＋H2OⅡ气体液化温度NO2：21℃，NO：－152℃①现有甲、乙、丙3位同学分别设计了以下3个实验方案用仪器的连接顺序表示：甲：ACFDB乙：ABCE丙：AFDB甲、乙、丙3位同学提出的实验方案是否能验证Cu与适量浓硝酸反应，产生的气体中含有NO填“能”或“不能”甲，乙，丙．②反应前先通足量的N2，其目的是。③确认气体中含有NO的现象是。7①能；不能；不能②排尽整个装置中的空气，防止产生的NO被空气中的O2氧化③D装置中通入O2后有红棕色气体生成8．实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色、易潮解，100℃左右时升华。下图是两个学生设计的实验装置、左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如（Ⅰ）和（Ⅱ）所示。试回答：MCE2000241B中反应的化学方程式为：__________________________________________;2D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是；_____________________________________________________________________________。3D中反应化学方程式为：_________________________________________________。4装置（Ⅰ）的主要缺点是：______________________________________________。5装置（Ⅱ）的主要缺点是：_______________________________________________。如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：_____________________________________________________________________________。81MnO2＋4HClMnCl2＋2H2O＋Cl2或2KMnO4＋16HCl＝2KCl＋2MnCl2＋5Cl2＋8H2O2B中的反应进行一段时间后，看到黄绿色气体充满装置，再开始加热D32Fe＋3Cl22FeCl34导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染5产品易受潮解；在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置其它既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案也可以9．实验室在制取某些有毒气体时，为了尽量防止毒气逸散造成空气污染，有人设计了如下图所示的装置[Ⅰ]。并设想用[Ⅱ]或[Ⅲ]两种简易装置代替[Ⅰ]中b—c部分，以求达到同样的目的。试回答：1若用[Ⅰ]制取氯气，b瓶中宜加入的液体一般为。在选取试剂正确且适量的前提下，反应开始后，当关闭活塞时发现c中液面不明显上升，估计可能的原因是。检查原因的简单方法是。2若在[Ⅰ]中用Na2SO3固体与1∶1的硫酸制取SO2气体，通常可以对[Ⅰ]中制气装置进行怎样的简单改动？。b中的液体一般应选用。3装置[Ⅰ]中b瓶能防止多余气体逸散的原因是简要回答4用[Ⅱ]或[Ⅲ]代替[Ⅰ]中的b—c部分，是否可行？简要说明理由：。91饱和食盐水；装置漏气；用湿润的碘化钾淀粉试纸靠近各连接口处检验，漏气处试纸变蓝色2撤掉酒精灯或熄灭酒精灯；饱和NaHSO3溶液3关闭活塞后，若a中仍有气体发生，气体压力增大，将b中液体压入c中，整个装置成为储气装置，不会有气体逸出4[Ⅱ]可行；[Ⅲ]不可行：[Ⅱ]与[Ⅰ]原理相同；而[Ⅲ]中的C瓶因密闭，体积不能改变，压强增大时有危险10．水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气，其主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气。请用下列装置设计一个实验，以确认混合气中含有CO和H2。1连接上述装置的正确顺序是：填各接口的代码字母混合气接接接接2确认混合气中含有的实验现象是：，其理由是。10(1)(F)(E)接(D)(C)接(A)(B)[或(B)(A)]接(J)(I)接(H)(G)(2)黑色氧化铜变红，无水硫酸铜变蓝；因为H2通过灼热的CuO后生成Cu和水蒸气，水蒸气使无水硫酸铜变蓝。11．实验室可以通过三条途径按不同要求来制取氮：①加热条件下用NH3还原CuO得纯净N2和活性铜粉；②将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N2；③加热NaNO2一种致癌物质，有剧毒与NH4Cl的混合物浓溶液制取N2。如图8所示，给出了按上述途径制N2的可供选择的几种实验仪器，其他必要的仪器和铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、酒精灯等未列出。图81按途径①制取N2时所需要的氨气要用浓氨水与生石灰作原料制取，最好采用上述仪器中的（填仪器代码，下同）做氨气发生装置，该反应的化学方程式为。要制取并收集纯净的N2（允许含少量的水蒸气），还使用到上述仪器中的（按气流从左到右的顺序列出）。（2）按途径②制取N2，原料气空气是通过向中加入而送人反应器的，反应器内发生的现象是（3）上述三种制取N2的途径，①和②两条途径常常被协同使用而越来越受到人们的关注，这种方法与途径③相比优越性在于解析：途径①用固体与溶液在常温下反应来制备气体，可采用装置E，其中烧瓶内装生石灰，从分液漏斗中加入浓氨水，生石灰与水反应放出大量热，加上增加了OH浓度，NH3·H2ONH4+十OH的反应平衡向左移动，使氨气挥发出来。氨气与灼热的氧化铜反应（在仪器A中）生成的N2混有氨气，用浓硫酸吸收（在仪器C中），最后用排水法收集N2（仪器D。若用途径②制N2，可在A中装灼热的活性铜粉，再向其中通人空气，可把E当成贮气瓶，向其中加入蒸馏水时，瓶内空气被压入A中。反应后，红色的铜与O2反应生成黑色的氧化铜。如果将途径①与途径②结合起来，铜与氧化铜可循环使用，同时又避免了途径③中亚硝酸盐对环境的污染。答案（1）E；CaO＋2NH3·H2O＝CaOH2＋2NH3＋H2O；A、C、D（2E；蒸馏水；红色固体逐渐变黑。（3）可以循环使用，避免使用有毒物质。