【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2021高考化學(xué)(江蘇專用)二輪專題題組訓(xùn)練：第14講-考點(diǎn)1-化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

第14講化學(xué)試驗(yàn)綜合應(yīng)用考點(diǎn)一化學(xué)試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[題組訓(xùn)練·考能]1．(2022·山東理綜，31)工業(yè)上常利用含硫廢水生產(chǎn)Na2S2O3·5H2O，試驗(yàn)室可用如下裝置(略去部分夾持儀器)模擬生產(chǎn)過程。燒瓶C中發(fā)生反應(yīng)如下：Na2S(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋H2S(aq)(Ⅰ)2H2S(aq)＋SO2(g)=3S(s)＋2H2O(l)(Ⅱ)S(s)＋Na2SO3(aq)eq\o(=,\s\up15(△))Na2S2O3(aq)(Ⅲ)(1)儀器組裝完成后，關(guān)閉兩端活塞，向裝置B中的長頸漏斗內(nèi)注入液體至形成一段液柱，若________，則整個(gè)裝置氣密性良好。裝置D的作用是________________________________________________________________。裝置E中為________溶液。(2)為提高產(chǎn)品純度，應(yīng)使燒瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反應(yīng)，則燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質(zhì)的量之比為________。(3)裝置B的作用之一是觀看SO2的生成速率，其中的液體最好選擇________。a．蒸餾水 b．飽和Na2SO3溶液c．飽和NaHSO3溶液 d．飽和NaHCO3溶液試驗(yàn)中，為使SO2緩慢進(jìn)入燒瓶C，接受的操作是____________________。已知反應(yīng)(Ⅲ)相對較慢，則燒瓶C中反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)的現(xiàn)象是_____________。反應(yīng)后期可用酒精燈適當(dāng)加熱燒瓶A，試驗(yàn)室用酒精燈加熱時(shí)必需使用石棉網(wǎng)的儀器還有________。a．燒杯 b．蒸發(fā)皿c．試管 d．錐形瓶(4)反應(yīng)終止后，燒瓶C中的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶即可析出Na2S2O3·5H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等雜質(zhì)。利用所給試劑設(shè)計(jì)試驗(yàn)，檢測產(chǎn)品中是否存在Na2SO4，簡要說明試驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解：S2Oeq\o\al(2－,3)＋2H＋=S↓＋SO2↑＋H2O供選擇的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液解析(1)若裝置不漏氣，則長頸漏斗中會(huì)形成一段液柱并且液柱高度保持不變；裝置D是平安瓶，可防止倒吸；裝置E是尾氣處理裝置，用來吸取過量的SO2，故所盛溶液可以是NaOH溶液等。(2)依據(jù)蓋斯定律，由(Ⅰ)×2＋(Ⅱ)＋(Ⅲ)×3，得2Na2S(aq)＋Na2SO3(aq)＋3SO2(g)=3Na2S2O3(aq)，故燒瓶C中Na2S和Na2SO3物質(zhì)的量之比為2∶1。(3)裝置B中的溶液不能和SO2發(fā)生反應(yīng)。蒸餾水溶解SO2；Na2SO3溶液能與SO2發(fā)生反應(yīng)：SO2＋Na2SO3＋H2O=2NaHSO3；NaHCO3溶液也能與SO2發(fā)生反應(yīng)：NaHCO3＋SO2=CO2＋NaHSO3；飽和NaHSO3溶液不能和SO2反應(yīng)，也不溶解SO2。為使SO2緩慢進(jìn)入燒瓶C，應(yīng)使生成SO2的速率減慢，可通過把握滴加硫酸的速度來實(shí)現(xiàn)；因反應(yīng)(Ⅲ)相對較慢，C中反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)S消耗完，現(xiàn)象是溶液變澄清。蒸發(fā)皿加熱時(shí)不需墊石棉網(wǎng)；試管是小型玻璃儀器，加熱時(shí)也不需墊石棉網(wǎng)；燒杯、錐形瓶底部面積大，防止受熱不均勻，在加熱時(shí)需墊石棉網(wǎng)。(4)Na2S2O3和Na2SO3的存在對SOeq\o\al(2－,4)的檢驗(yàn)有干擾，要先除去。依據(jù)題給信息，可先加入過量的稀鹽酸將二者除去，排解干擾，再檢驗(yàn)SOeq\o\al(2－,4)的存在。答案(1)液柱高度保持不變防止倒吸NaOH(合理即可)(2)2∶1(3)c把握滴加硫酸的速度(合理即可)溶液變澄清(或渾濁消逝)ad(4)取少量產(chǎn)品溶于足量稀鹽酸，靜置，取上層溶液(或過濾，取濾液)，滴加BaCl2溶液，若消滅沉淀則說明含有Na2SO4雜質(zhì)(合理即可)2．(2022·濟(jì)南沖刺)氯氣和漂白粉是現(xiàn)代工業(yè)和生活常用的消毒劑、殺菌劑。(1)試驗(yàn)室擬用下列裝置制備干燥純潔的氯氣，請依據(jù)氣體從左向右流淌的方向?qū)x器進(jìn)行連接：H→________、________→________、________→________；并指出其中廣口瓶Ⅱ中的試劑為________。(2)寫出工業(yè)上用氯氣和石灰乳制取漂白粉的化學(xué)反應(yīng)方程式___________。(3)試驗(yàn)室有一瓶密封不嚴(yán)的漂白粉樣品，其中確定存在CaCl2，請?jiān)O(shè)計(jì)試驗(yàn)，探究該樣品中除CaCl2外可能存在的其他固體物質(zhì)。①提出合理假設(shè)。假設(shè)1：該漂白粉未變質(zhì)，只含________；假設(shè)2：該漂白粉全部變質(zhì)，只含________；假設(shè)3：該漂白粉部分變質(zhì)，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。②設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，進(jìn)行試驗(yàn)。限選用的儀器和藥品：試管、滴管、帶導(dǎo)管的單孔塞、蒸餾水、自來水、1mol·L－1鹽酸、品紅溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必檢驗(yàn)Ca2＋和Cl－。)試驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論步驟1取少量上述漂白粉于試管中，____________________________________________________步驟2解析(1)裝置的連接挨次是制備裝置→洗氣除雜(除去氯化氫)→干燥裝置→收集裝置→尾氣吸取裝置。除去氯氣中的氯化氫最好用飽和食鹽水溶液。(3)①漂白粉的成分是Ca(ClO)2和CaCl2，在空氣中變質(zhì)后生成CaCO3，由于確定存在CaCl2，所以除CaCl2外，可能存在的其他固體物質(zhì)就有三種假設(shè)：只有Ca(ClO)2，只有CaCO3，既含有Ca(ClO)2又含有CaCO3。②將樣品與鹽酸混合，CaCO3能產(chǎn)生CO2，借助于澄清石灰水檢驗(yàn)其存在；Ca(ClO)2能將鹽酸氧化為氯氣，借助于品紅溶液檢測其存在。答案(1)BACDE飽和食鹽水(2)2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(3)①Ca(ClO)2CaCO3②試驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論步驟1加入適量1mol·L－1鹽酸溶解后，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中①若澄清石灰水未變渾濁，則假設(shè)1成立；②若澄清石灰水變渾濁，則假設(shè)2或假設(shè)3成立步驟2向步驟1反應(yīng)后的試管中滴入1～2滴品紅溶液，振蕩結(jié)合步驟1中的②：a.若品紅溶液褪色，則假設(shè)3成立；b.若品紅溶液不褪色，則假設(shè)2成立—————[思維建模]————————————三種常見試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程1．物質(zhì)制備試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程為：依據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物→確定可能原理→設(shè)計(jì)可能試驗(yàn)方案→優(yōu)化試驗(yàn)方案→選擇原料→設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置(方法、儀器等)→實(shí)施試驗(yàn)(步驟、操作要點(diǎn)、把握反應(yīng)條件等)→分別提純產(chǎn)品。2．性質(zhì)探究性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程為：依據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和類型→提出性質(zhì)猜想→設(shè)計(jì)試驗(yàn)逐個(gè)驗(yàn)證→記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)→歸納分析→合理推斷得出結(jié)論。3．性質(zhì)驗(yàn)證明驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程為：依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)→設(shè)計(jì)可能試驗(yàn)方案→優(yōu)化試驗(yàn)方案→實(shí)施試驗(yàn)(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點(diǎn)等)→觀看現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結(jié)論。3．(2022·西安聯(lián)考)信息時(shí)代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威逼。某“變廢為寶”同學(xué)探究小組將一批廢棄的線路板簡潔處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計(jì)出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：請回答下列問題：(1)第①步Cu與酸反應(yīng)的離子方程式為______________________________；得到濾渣1的主要成分為__________________________________________。(2)第②步加H2O2的作用是________________________________________，使用H2O2的優(yōu)點(diǎn)是_______________________________________________；調(diào)溶液pH的目的是使________生成沉淀。(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制備無水CuSO4的方法是_________________。(4)由濾渣2制取Al2(SO4)3·18H2O，探究小組設(shè)計(jì)了三種方案：上述三種方案中，________方案不行行，緣由是______________________：從原子利用率角度考慮，________方案更合理。(5)探究小組用滴定法測定CuSO4·5H2O(Mr＝250)含量。取ag試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消退干擾離子后，用cmol·L－1EDTA(H2Y2－)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，平均消耗EDTA溶液bmL。滴定反應(yīng)如下：Cu2＋＋H2Y2－=CuY2－＋2H＋寫出計(jì)算CuSO4·5H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式w＝__________________________；下列操作會(huì)導(dǎo)致CuSO4·5H2O含量的測定結(jié)果偏高的是________。a．未干燥錐形瓶b．滴定終點(diǎn)時(shí)滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡c．未除凈可與EDTA反應(yīng)的干擾離子解析(1)第①步加稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu2＋、Al3＋、Fe2＋。所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu2＋、Al3＋、Fe2＋。Cu和酸反應(yīng)的離子方程式為Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up15(△))Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up15(△))3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；(2)第②步加H2O2的作用是把Fe2＋氧化為Fe3＋，該氧化劑的優(yōu)點(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境無污染。調(diào)溶液pH的目的是使Fe3＋和Al3＋形成沉淀。所以濾液2的成分是Cu2＋，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁；(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制備CuSO4的方法應(yīng)是在坩堝中加熱脫水；(4)甲方案在濾渣中只加硫酸會(huì)生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，方法不行行；乙和丙方法均可行，乙方案先在濾渣中加H2SO4，生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，再加Al粉和Fe2(SO4)3反應(yīng)生成Al2(SO4)3和Fe，過濾后，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體；丙方案先在濾渣中加NaOH，和Al(OH)3反應(yīng)生成NaAlO2，過濾后再在濾液中加H2SO4生成Al2(SO4)3，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體，但從原子利用率角度考慮方案乙更合理；(5)CuSO4·5H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為w＝eq\f(cmol·L－1×b×10－3L×250g·mol－1×5,ag)×100%；滴定時(shí)，未干燥錐形瓶，不影響測定結(jié)果；若滴定終點(diǎn)時(shí)滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡，所讀取的消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏小，使測定結(jié)果偏低；若未除盡可與EDTA反應(yīng)的離子，消耗EDTA溶液的體積偏大，使測定結(jié)果偏高。答案