1、1大题精做一 化学实验方案的设计和评价1.(2018 衡水联考)氨基甲酸铵(H 2NCOONH4)是一种白色晶体,是常见的实验药品,可由干燥的 NH3和干燥的 CO2在任何比例下反应得到每生成 1.0g 氨基甲酸铵放出 2.05kJ 的热量。回答下列问题:(1)实验室可选用下列装置(IV)制备干燥的 NH3和 CO2。用装置 I、制备并纯化 NH3时,接口 a 与_(填接口字母)相连,装置 I 中发生反应的化学方程式为_。制备并纯化 CO2时,按气流从左至右的方向,各接口连接顺序为_(填接口字母)(2)一种制备氨基甲酸铵的改进实验装置如下图所示:用仪器 W 代替分液漏斗的优点是_;用干冰装置代
2、替(1)中制备并纯化 CO2装置的优点是_。“薄膜反应器”中发生反应的热化学方程式为_;盛浓硫酸的装置的作用是_(列举 2 点)。体系中若有水蒸气,还可能生成的铵盐是_(填化学式)。【解析】根据装置图中各仪器的构造和作用分析解答;由题干信息计算反应热,进而书写热化学方程式。(1)为了使气体充分干燥,气体从大口通入,应的化学方程式为:2NH 4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H 2O,故答案为:d,2NH 4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H 2O;制备并= = = = = = = = 纯化 CO2时,先通过饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢,然后通入浓硫酸干燥,所以按气流从
3、左至右的方向,各接口连接顺序为 bhgef,故答案为:bhgef;(2)根据图中装置的构造可知,用仪器 W 代替分液漏斗的优点是:平衡压强,可使浓氨水一直顺利滴入三颈烧瓶;用干冰装置代替(1)中制备并纯化 CO2装置的优点是:装2置简单,产生的 CO2不需净化和干燥,故答案为:平衡压强,可使浓氨水一直顺利滴入三颈烧瓶;装置简单,产生的 CO2不需净化和干燥;生成 1.0g 氨基甲酸铵放出 2.05kJ 的热量,则生成 1mol 放出的热量为159.90kJ,所以热化学方程式为:2NH 3(g)+CO2(g)=H2NCOOONH4(s) H=-159.90kJmol1;盛浓硫酸的装置的作用是:吸
4、收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等,故答案为:2NH 3(g)+CO2(g)=H2NCOOONH4(s) H=-159.90kJmol1;吸收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等;体系中若有水蒸气,可与二氧化碳反应生成碳酸,碳酸与氨气反应生成盐,所以还可能生成的铵盐是(NH 4)2CO3(或 NH4HCO3),故答案为:(NH 4)2CO3(或 NH4HCO3)。【答案】 (1)d 2NH 4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H 2O bhgef= = = = (2)平衡压强,可使浓氨水一直
5、顺利滴入三颈烧瓶装置简单,产生的 CO2不需净化和干燥(或气体的温度低有利于提高 NH3和 CO2的平衡转化率,答案合理即可)2NH 3(g)+CO2(g)=H2NCOOONH4(s) H=-159.90kJmol1吸收未反应的氨气、防止空气中水蒸气进入反应器、通过观察是否有气泡调节滴入氨水的速率等(答出两条合理的优点即可)(NH 4)2CO3(或 NH4HCO3) 1.(2018 四川自贡市联考)亚硝酸钠(NaNO 2)是一种重要的化工原料,某学习小组通过下述实验制备亚硝酸钠,并测定所制备亚硝酸钠的纯度。I利用下列装置制备 NaNO2已知:2NO+Na 2O2=2NaNO2;NO 能被酸性
6、KMnO4氧化成 NO ,MnO 被还原为 Mn2+。请回答下列问题:3 4(1)利用上图中的装置制备 NaNO2,其连接顺序为 a_(按气流方向,用小写字母表示)。(2)实验开始时,先通一段时间 N2的目的是_。(3)装置 B 中盛放试剂的名称为_,装置 C 的作用是_。(4)装置 E 中发生反应的离子方程式为_。测定上述实验所制备的 NaNO2样品(含 NaNO3杂质)的纯度。称量 D 中所得样品 ag 溶解后配制成250mL 溶液取 25.00mL 于锥形瓶中,用 bmolL1酸性高锰酸钾溶液滴定到终点。重复上述滴定操作两次,测得数据如下表:3第一次 第二次 第三次酸性高锰酸钾溶液体积/
7、ml 19.98 19.75 20.02(5)滴定终点的实验现象为_。(6)下列实验操作可能导致出现上表中第二次实验数据的是_(填字母编号)。a.滴定时有部分酸性高锰酸钾溶液滴在锥形瓶外b.加入样品溶液前的锥形瓶未经干燥c.滴定前仰视读数,滴定后俯视读数(7)最终所得样品中 NaNO2的质量分数为_(用含 a、b 的关系式表示)。【解析】 (1)A 装置发生铜与浓硝酸的反应生成 NO2,通到 C 装置中,NO 2与水反应生成 NO,然后进入 B装置进行干燥,干燥完进入 D 装置和 Na2O2反应,最后进入 E 装置进行尾气处理,所以连接顺序为adebcf(或 g)g(或 f)i,故答案为:de
8、bcf(或 g)g(或 f)i。 (2)实验开始时,先通一段时间 N2的目的是:排除装置中的空气,防止 NO 被氧化为 NO2,故答案为:排除装置中的空气,防止NO 被氧化为 NO2。 (3)装置 B 是干燥 NO,应盛放试剂的名称为碱石灰或无水氯化钙,装置 C 中 NO2和水反应生成硝酸和 NO,故答案为:碱石灰或无水氯化钙;将 NO2转化为 NO。 (4)装置 E 中发生 NO 和酸性 KMnO4溶液的反应,NO 能被酸性 KMnO4氧化成 NO ,MnO 被还原为 Mn2+,反应的离子方程式为:3 45NO+3MnO +4H+=5NO +3Mn2+2H2O,故答案为:5NO+3MnO +
9、4H+=5NO +3Mn2+2H2O。 (5)NaNO 2与酸性高锰酸4 3 4 3钾溶液的离子反应为:5NO +2MnO +6H+=5NO +2Mn2+3H2O,滴定终点的实验现象为:溶液由无色变为紫色2 4 3(或紫红色) ,且半分钟不褪色,故答案为:溶液由无色变为紫色(或紫红色) ,且半分钟不褪色。 (6)酸性高锰酸钾溶液应放在酸式滴定管中,NaNO 2样品溶液放在锥形瓶中,第二次实验数据(酸性高锰酸钾溶液体积)偏小。a. 滴定时有部分酸性高锰酸钾溶液滴在锥形瓶外,酸性高锰酸钾溶液体积偏大,故 a 不可能;b. 加入样品溶液前的锥形瓶是否干燥对实验没有影响,故 b 不可能;c. 滴定前仰
10、视读数,滴定后俯视读数,读数出现错误,可以导致酸性高锰酸钾溶液体积 V(标)偏小,故 c 可能。故选 c。 (7)第二次实验数据误差较大,故舍去,酸性高锰酸钾溶液的平均体积为:(19.98mL+20.02mL)/2=20mL,根据方程式:5NO +2MnO +6H+=5NO +2Mn2+3H2O,2 4 35mol 2molx 20mL10-3bmol/L解得 x=0.05bmol,原样品中 NaNO2的物质的量为 0.5bmol,所以 NaNO2的质量分数为(0.5bmol69g/mol/ag)100=34.5b/a100,故答案为:34.5b/a100。【答案】(1)debcf(或 g)g
11、(或 f)i(2)排除装置中的空气,防止 NO 被氧化为 NO2(3)碱石灰或无水氯化钙将 NO2转化为 NO (4)5NO+3MnO +4H+=5NO +3Mn2+2H2O 4 34(5)溶液由无色变为紫色(或紫红色) ,且半分钟不褪色(6)c (7)34.5b/a1002.(2018 广东湛江调研)FeCl 3是一种常用的净水剂,化学研究两小组甲、乙分别用如图装置制备无水FeCl3并证明产品中没有 FeCl2,已知无水 FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。I小组甲拟用下图实验装置来制备无水 FeCl3。(每个虚线框表示一个单元装置)(1)请用文字描述方法改正以上装管的错误_。II小组乙用
12、下列装置组装制备无水 FeCl3的装置:(2)A 中发生反应的离子方程式为_。(3)装置接口的连接顺序为_(用 a、b、ci 表示):反应开始前应先点燃_处酒精灯(填“A”或“C”)。(4)装置 B 的作用_。(5)如果拆去 E 和 F 装置,可能的后果是_。(6)证明产品中没有 FeCl2的操作_。【解析】(1)洗气或干燥气体时通过洗气瓶的导管必须长进短出,氯化铁易水解,故改正以上装管的错误有:中导管改为长进短出,中试管口加一出气导管或加一个防水蒸气进入和尾气处理装置;(2)根据装置图,A 中浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水,发生反应的离子方程式为MnO2+4H+2Cl
13、Mn2+Cl2+2H 2O;(3)根据装置图,A 是氯气的制备装置,B 是氯化铁的生成装置,= = = = 生成的氯气中含有水蒸气和氯化氢杂质,需要用饱和食盐水和浓硫酸除去,最后未反应的氯气需要除去,防止污染空气,氯化铁易潮解,需要防止外界水蒸气进入装置,因此装置接口的连接顺序为 ahidebcf;反应开5始前应该首先加热 A 处酒精灯,用生成的氯气将装置中的空气排出,故答案为:ahidebcf;A;(4)装置 B 的作用是防止反应结束后空气中的水蒸气进入 D 装置中使无水 FeCl3潮解,吸收尾气,防止氧气污染空气;(5)如果拆去 E 和 F 装置,可能会发生反应 Fe+2HCl=FeCl2
14、+H2,在 C 中加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸;(6)证明产品中没有 FeCl2的操作取少量样品于表面皿中,用磁铁把铁吸出,取剩余的固体于试管水中,加蒸馏水溶解,向其中滴入 K3Fe(CN)6溶液,溶液中无明显现象,说明产品中没有 FeCl2。【答案】 (1)中导管改为长进短出,中试管口加一出气导管或加一个防水蒸气进入和尾气处理装置(2)MnO 2+4H+2Cl Mn2+Cl2+2H 2O= = = = (3)ahifgdeb A (4)防止反应结束后空气中的水蒸气进入 D 装置中使无水 FeCl3潮解,吸收尾气,防止氧气污染空气(5)如果拆去 E 和 F 装置,可能会发生反应 Fe+
15、2HCl=FeCl2+H2,在 C 中加热氢气与氯气的混合气体,易发生爆炸(6)取少量样品于表面皿中,用磁铁把铁吸出,取剩余的固体于试管水中,加蒸馏水溶解,向其中滴入K3Fe(CN)6溶液,溶液中无明显现象,说明产品中没有 FeCl23.(2018 山东东营二中期中)亚硝酸钠是一种工业盐,在生产、生活中应用广泛。现用下图所示装置(夹持装置已省略)及药品,探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。已知:NONO 22OH =2NO H 2O气体液化的温度:NO 2:21、NO:1522(1)反应前应打开弹簧夹,先通入一段时间氮气,排除装置中的空气,目的是_。(2)该实验装置明显缺陷是 _。(3)在关
16、闭弹簧夹,打开分液漏斗活塞,滴入 70%硫酸后,A 中产生红棕色气体。确认 A 中产生的气体含有 NO,依据的现象是_。装置 B 的作用是_。(4)通过上述实验探究过程,可得出装置 A 中反应的化学方程式是_。(5)水合肼(N 2H4H2O)是一种重要的化工原料,在医药、农业及燃料上都有着广泛的应用。目前,我国生产水合肼均采用尿素法,即利用 NaClO 溶液、NaOH 溶液与尿素CO(NH 2)2反应制得粗肼(N 2H4) 。生成粗肼反应的化学方程式为_。火箭发射时可用肼(N 2H4)为燃料,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质,写出反应方程式 6_。【解析】 (1)空气中的氧气能氧化 NO,所
17、以必须先排尽空气,防止可能生成的 NO 被完全氧化成 NO2,造成对 A 中反应气体产物检验不完全;(2)该实验装置明显缺陷是无尾气吸收装置,会导致氮的氧化物直接排放到空气中造成污染;(3)如果有 NO,则经过装置 B 的冷却后,进入 C 中的气体,能和氧气反应,生成红棕色气体,即现象是 C 中出现红棕色气体;装置 B 的作用是冷凝使 NO2完全液化;(4)装置 A 中亚硝酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、二氧化氮、一氧化氮和水,反应的化学方程式是 2NaNO2+H2SO4=Na2SO4+NO2+NO+H 2O;(5)NaClO 溶液、NaOH 溶液与尿素CO(NH 2)2反应制得粗肼(N 2H4),
18、同时生成碳酸钠和氯化钠,故生成粗肼反应的化学方程式为 NaClO+CO(NH2)2+2NaOH=N2H4H2O+Na2CO3+NaCl;火箭发射时可用肼(N 2H4)为燃料,二氧化氮作氧化剂,生成无毒害的物质氮气和水,反应的方程式为 2N2H4 +2NO2=3N2+4H2O。【答案】 (1)防止可能生成的 NO 被完全氧化成 NO2,造成对 A 中反应气体产物检验不完全(2)无尾气吸收装置(3)C 中出现红棕色气体冷凝使 NO2完全液化(4)2NaNO 2+H2SO4=Na2SO4+NO2+NO+H 2O (5)NaClO+CO(NH 2)2+2NaOH=N2H4H2O+Na2CO3+NaCl
19、2N2H4 +2NO2=3N2+4H2O4.(2018 成都第七中学三模)水合草酸亚铁(FeC 2O4xH2O)是生产锂电池的原料。难溶于水,受热易分解。某化学兴趣小组对草酸亚铁的一些性质进行探究。回答下列问题:(1)将水合草酸亚铁溶于适量盐酸。分别取 2mL 此溶液于 3 支试管中,进行实验。能证明水合草酸亚铁中存在 Fe2+的试剂有_(填代号)。AKSCN 溶液 BK 3Fe(CN)6溶液 C酸性 KMnO4溶液(2)为测定水合草酸亚铁中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关 K1和 K2)(设为装置 A)称重,记为 m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置 A 称重,记为 m2 g。按
20、下图连接好装置进行实验。实验步骤如下:a打开 K1和 K2,缓缓通入 N2 b低温加热装置 A 一段时间c停上加热,冷却到室温 d关闭 K1和 K2,称量 A;e. ,记为 m3 g补充实验步骤 e 为_(填实验操作和要求)。步骤 b 至步骤 e 继续通入 N2的目的是_。(3)为探究草酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置 A 接入下图所示部分的装置(可重复选用)进行实7验。打开 K1和 K2,缓缓通入 N2,充分加热。实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物。实验装置中,依次连接的合理顺序为 A_。证明产物有 CO 生成的现象是_。写出草酸亚铁受热分解的化学方程式_。【解析】
21、(1)A KSCN 溶液加到亚铁盐溶液中没有明显的现象,故 A 错误;BK 3Fe(CN)6溶液与亚铁离子反应生成蓝色沉淀,故 B 正确;C酸性 KMnO4溶液能够被亚铁离子和草酸跟离子还原褪色,不能说明有一定含有亚铁离子,故 C 错误;故选 B;(2)实验过程为:a打开 K1和 K2,缓缓通入 N2;b低温加热装置 A 一段时间;c停上加热,冷却到室温;d关闭 K1和 K2,称量 A;e重复上述 ad 步骤,直至 A 恒重;氮气不参加反应,为保护气体,考虑到实验目的是测定水合草酸亚铁中结晶水含量,所以通入氮气有两个目的;将装置 A 中的水蒸气带走;同时防止 FeC2O4被空气氧化;(3)加热
22、分解草酸亚铁生成一氧化碳和二氧化碳,则实验应验证一氧化碳和二氧化碳,先验证二氧化碳,可用澄清石灰水;然后除去二氧化碳、并检验二氧化碳已除尽;接着验证一氧化碳,可用还原氧化铜实验。所以连接装置顺序为:C(验证二氧化碳)E(除去二氧化碳)C(验证二氧化碳被除净)F(干燥气体)G(验证一氧化碳)C(验证一氧化碳被氧化成二氧化碳)H(尾气收集) ;证明产物有 CO 生成的现象是 G 装置黑色固体变红,其后的 C 中澄清石灰水变浑浊;实验后石英玻璃管中固体仅残留一种有磁性的黑色化合物,此黑色化合物为四氧化三铁,因此,加热后草酸亚铁分解,生成物为一氧化碳和二氧化碳和四氧化三铁,该反应的化学方程式为:3Fe
23、C 2O4Fe3O4+4CO+2CO 2。= = = = 【答案】 (1)B (2)重复上述 ad 步骤,直至 A 恒重将装置 A 中的水蒸气带走;同时防止 FeC2O4被空气氧化(3)CECFGCH G 装置黑色固体变红,其后的 C 中澄清石灰水变浑浊 3FeC2O4Fe3O4+4CO+2CO 2= = = = 5.(2018 新课标卷)K 3Fe(C2O4)33H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:(1)晒制蓝图时,用 K3Fe(C2O4)33H2O 作感光剂,以 K3Fe(CN)6溶液为显色剂。其光解反应的化学8方程式为:2K 3Fe(C2O4)3 2FeC
24、2O4+3K2C2O4+2CO2;显色反应的化学方程式为= = = = =光 照 _。(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。通入氮气的目的是_。实验中观察到装置 B、F 中澄清石灰水均变浑浊,装置 E 中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有_、_。为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是_。样品完全分解后,装置 A 中的残留物含有 FeO 和 Fe2O3,检验 Fe2O3存在的方法是:_。(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。称量 m g 样品于锥形瓶中,溶解后加稀 H2SO4酸化,用 c molL-1 KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是_。向上述溶液中
25、加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用 c molL1 KMnO4溶液滴定至终点,消耗 KMnO4溶液 V mL。该晶体中铁的质量分数的表达式为_。【解析】 (1)光解反应的化学方程式为 2K3Fe(C2O4)3 2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2,反应后= = = = =光 照 有草酸亚铁产生,所以显色反应的化学方程式为 3FeC2O4+2K3Fe(CN)6=Fe3Fe(CN)62+3K2C2O4。 (2)装置中的空气在高温下能氧化金属铜,能影响 E 中的反应,所以反应前通入氮气的目的是隔绝空气排尽装置中的空气;反应中有气体生成,
26、不会全部进入后续装置。实验中观察到装置 B、F 中澄清石灰水均变浑浊,说明反应中一定产生二氧化碳。装置 E 中固体变为红色,说明氧化铜被还原为铜,即有还原性气体 CO 生成,由此判断热分解产物中一定含有 CO2、CO;为防止倒吸,必须保证装置中保持一定的压力,所以停止实验时应进行的操作是先熄灭装置 A、E 的酒精灯,冷却后停止通入氮气即可。要检验 Fe2O3存在首先要转化为可溶性铁盐,因此方法是取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入 12 滴 KSCN 溶液,溶液变红色,证明含有 Fe2O3。 (3)高锰酸钾氧化草酸根离子,其溶液显红色,所以滴定终点的现象是粉红色出现。锌把铁离子还原为亚铁
27、离子,酸性高锰酸钾溶液又把亚铁离子氧化为铁离子。反应中消耗高锰酸钾是0.001cVmol,Mn 元素化合价从+7 价降低到+2 价,所以根据电子得失守恒可知铁离子的物质的量是90.005cVmol,则该晶体中铁的质量分数的表达式为 。0.005cV56m 100%=5cV561000m100%【答案】 (1)3FeC 2O4+2K3Fe(CN)6=Fe3Fe(CN)62+3K2C2O4(2)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 CO2、CO 先熄灭装置 A、E 的酒精灯,冷却后停止通入氮气取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入 12 滴 KSCN 溶液,溶液变红色,证明含有 Fe2O3 (3)粉红色出现5cV56m1000100