【专题31】实验方案的设计与评价

-1-专题三十一实验方案的设计与评价例1、某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对饰刻银的原因进行了如下探究：【实验】制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是。a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止b.将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中c.制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热d.银氨溶液具有较弱的氧化性e.在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大【提出假设】假设1：Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO－3能氧化Ag。【设计实验方案，验证假设】（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2＋，验证了假设1成立。请写出Fe3＋氧化Ag的离子方程式：________________________________。（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO－3在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立，则丙同学由此得出结论：Fe（NO3）3溶液中的Fe3＋和NO－3都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论，并简述理由：_________________________。例2、某研究小组用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＋2NaOH===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－、OH－和SO2－4。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气中CO2的影响）。①提出合理假设。假设1：只存在SO2－3；假设2：既不存在SO2－3，也不存在ClO－；假设3：。②设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、0.01mol·L－1KMnO4、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液。-2-例3、某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。方案2.将一定质量的镀锌铁皮（W1）投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量（W2），计算铁皮上的锌的质量。方案3.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧、沉淀，最后称量。（1）方案2的主要特点是________________，方案3的主要缺点是________________。（2）方案1中用到测量气体体积的装置，下图不能用于测量气体体积的装置是______。学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：____________。例4、某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO－4的颜色，而不是K＋的颜色。他设计的实验步骤如下，你认为下述实验步骤一定没有意义的是（）A.将高锰酸钾晶体加热分解，所得固体质量减少B.观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中K＋无色C.在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置未见明显变化，表示锌与K＋不反应D.在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后见紫红色褪去，表明MnO－4为紫红色为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次平行实验测定结果的平均值)：方案一：将ag铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580mL(标准状况)；方案二：将a10g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.02000mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00mLKMnO4溶液。请回答下列问题：(1)配平下面的化学方程式：KMnO4＋FeSO4＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋MnSO4＋K2SO4＋H2O(2)在滴定实验中不能选择________式滴定管，理由是______________________________；(3)根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为________和________；-3-例4、工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：完成下列填空：（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式。A，B。（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、、沉淀、、、冷却结晶、、烘干。（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是______。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是______。（4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是_____（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是__________________。（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：。滤液D加石灰水前先要加热，原因是____。-4-【高考风向标】1．【2014年高考新课标Ⅰ卷】乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素质的成分之一，具有香蕉的香味，实验室制备乙酸异戊酯的反应装置示意图和有关数据如下：实验步骤：在A中加入4.4g的异戊醇，6.0g的乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片，开始缓慢加热A，回流50分钟，反应液冷至室温后，倒入分液漏斗中，分别用少量水，饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，分出的产物加入少量无水硫酸镁固体，静置片刻，过滤除去硫酸镁固体，，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯3.9g。回答下列问题：（1）装置B的名称是：（2）在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是：；第二次水洗的主要目的是：。（3）在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后（填标号），A．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗上口倒出B．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗下口放出C．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出D．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口放出（4）本实验中加入过量乙酸的目的是：（5）实验中加入少量无水硫酸镁的目的是：（6）在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是：(填标号)（7）本实验的产率是：A、30℅B、40℅C、50℅D、60℅（8）在进行蒸馏操作时，若从130℃开始收集馏分，产率偏(填高或者低)原因是-5-2．【2014年高考新课标Ⅱ卷】某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为测定其组成，进行如下实验。①氨的测定：精确称取wgX，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1mLc1mol·L—1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2mol·L—1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2mLNaOH溶液。②氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至出现淡红色沉淀不再消失为终点（Ag2CrO4为砖红色）。回答下列问题：（1）装置中安全管的作用原理是。（2）用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用式滴定管，可使用的指示剂为。（3）样品中氨的质量分数表达式为。（4）测定氨前应该对装置进行气密性检验，若气密性不好测定结果将（填“偏高”或“偏低”）。（5）测定氯的过程中，使用棕色滴定管的原因是；滴定终点时，若溶液中c(Ag＋)=2.0×10—5mol·L—1，c(CrO42—)为mol·L—1。（已知：Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10—12）（6）经测定，样品X中钴．氨．氯的物质的量之比为1:6:3，钴的化合价为，制备X的化学方程式为；X的制备过程中温度不能过高的原因是。3．【2014年高考安徽卷】某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%①为以下实验作参照0.52.090.0②醋酸浓度的影响0.536.0③0.22.090.0（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了(“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式-6-是。（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：；……4．【2014年高考江苏卷】实验室从含碘废液（除H2O外，含有CCl4、I2、I－等）中回收碘，其实验过程如下：（1）向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I－，其离子方程式为；该操作将I2还原为I－的目的是。（2）操作X的名称为。（3）氧化时，在三颈烧瓶中将含I－的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl2，在400C左右反应（实验装置如图所示）。实验控制在较低温度下进行的原因是；锥形瓶里盛放的溶液为。（4）已知：5SO32—+2IO3—+2H＋I2+5SO42—+H2O某含碘废水（pH约为8）中一定存在I2，可能存在I－、IO3—中的一种或两种。请补充完整检验含碘废水中是否含有I－、IO3—的实验方案：取适量含碘废水用CCl4多次萃取、分液，直到水层用淀粉溶液检验不出碘单质存在；。实验中可供选择的试剂：稀盐酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液5．【2014年高考重庆卷】中华人民共和国国家标准（GB2760－2011）规定葡萄酒中SO2最大使用量为0.25g/L。某兴趣小组用题9图1装置（夹持装置略）收集某葡萄酒中SO2，并对含量碱性测定。-7-（1）仪器A的名称是_______，水通入A的进口为_________。（2）B中加入300.00ml葡萄酒和适量盐酸，加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应，其化学方程式为________________________________。（3）除去C中过量的H2O2，然后用0.0900mol/LNaOH标准溶液进行滴定，滴定前排气泡时，应选择题9中图2中的_____；若滴定终点时溶液的pH＝8.8，则选择的指示剂为__________；若用50ml滴定管进行实验，当滴定管中的液面在“10”处，则管内液体的体积（填序号）____（①＝10ml，②＝40ml，③＜10ml，④＞40ml）（4）滴定至终点时，消耗NaOH溶液25.00ml，该葡萄酒中SO2含量为：__g/L。（5）该测定结果比实际值偏高，分析原因并利用现有装置提出改进措施_______。6．【2014年高考四川卷】硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体（Na2S2O3·5H2O）。I．[查阅资料]（1）Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水。其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。（2）向Na2CO3和Na2S混合液中通入SO2可制得Na2S2O3，所得产品中常含有少量Na2SO3和Na2SO4。（3）Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl。Ⅱ．[制备产品]实验装置如图所示（省略夹持装置）实验步骤：（1）检查装置气密性，按图示加入试剂。仪器a的名称是____；E中的试剂是___（选填下列字母编号）。A．稀H2SO4B．NaOH溶液C．饱和NaHSO3溶液（2）先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液，再向A中烧瓶滴加浓H2SO4。（3）待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合液，滤液经____（填写操作名称）、结晶、过滤、洗涤、干燥、得到产品。Ⅲ．[探究与反思]