2015年湖北高考化学专题训练：化学实验综合应用

湖北2015年高考化学专题训练：化学实验综合应用

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　　一、低档题

　　1. (15分)某小组的同学对放置已久的过氧化钠的成分进行探究，请回答下列问题：

　　(1)反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑的还原剂是________(写化学式);反应2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2中，每生成1 mol O2转移________mol电子。

　　(2)进行探究：

　　
①提出假设。

　　假设1：全部是Na2O2

　　假设2：全部是Na2CO3

　　假设3：________________

　　
②设计方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论(可不填满)。

　　限选实验试剂和仪器：蒸馏水、1 mol·L-1 H2SO4溶液、澄清石灰水、淀粉-KI溶液、酚酞溶液、火柴、试管、小烧杯、胶头滴管。

　　实验步骤 预期现象和结论 步骤1：取少量固体样品于试管中，滴加足量1 mol·L-1 H2SO4溶液，然后将内壁附有澄清石灰水的烧杯罩于试管口 若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立;若澄清石灰水变浑浊，则______________________步骤2： 步骤3：

　　解析　(1)Na2O2与H2O反应时，Na2O2既是氧化剂又是还原剂;Na2O2与CO2反应时，每生成1 mol O2转移2 mol电子。(2)Na2O2在空气中与CO2和H2O反应分别生成Na2CO3、NaOH，NaOH在空气中与CO2反应最终也生成Na2CO3，所以不可能有NaOH，故有三种假设情况。

　　答案　(1)Na2O2　2

　　(2)
①Na2O2与Na2CO3的混合物

　　
②假设2或假设3成立　步骤2：另取少量固体样品于试管中，滴加适量蒸馏水，将带火星的火柴放在试管口　若带火星的火柴复燃，则假设3成立;若带火星的火柴不复燃，则假设2成立

　　2. (15分)硫酸铜受热分解生成氧化铜和气体，加热温度不同，气体成分也不同。气体成分可能含SO2、SO3和O2中的一种、两种或三种。某化学课外活动小组通过设计探究性实验，测定反应产生的SO2、SO3和O2的物质的量，并计算确定各物质的化学计量数，从而确定CuSO4分解的化学方程式。实验用到的仪器如下图所示：

　　[提出猜想]

　　Ⅰ.所得气体的成分可能只含SO3一种;

　　Ⅱ.所得气体的成分可能含有________两种;

　　Ⅲ.所得气体的成分可能含有________三种。

　　[实验探究]

　　实验操作过程略。已知实验结束时，硫酸铜完全分解。

　　(1)请你组装探究实验的装置，按从左至右的方向，各仪器接口的连接顺序为
①→⑨→⑩→⑥→
⑤→________→________→________→________→
②(填接口序号)。

　　(2)若实验结束时B中量筒没有收集到水，则证明猜想________正确。

　　(3)有两个实验小组进行该实验，由于加热时的温度不同，实验结束后测得相关数据也不同，数据如下：

　　实验小组 称取CuSO4的质量/g 装置C增加的质量/g 量筒中水的体积折算成标准状况下气体的体积/mL 一 6.4 2.56 448 二 6.4 2.56 224

　　请通过计算，推断出第一小组和第二小组的实验条件下CuSO4分解的化学方程式。

　　第一小组：______________________________________________;

　　第二小组：_______________________________________________。

　　解析　本题考查硫酸铜分解产物的实验探究。氧化还原反应中化合价有升必有降，如果产物中只有两种气体，必为SO2、O2的混合物;如果有三种气体，则必为SO2、SO3、O2的混合物。(1)SO3溶于水生成硫酸，硫酸会与F中NaHSO3溶液反应生成SO2，通过浓硫酸干燥后，再通过碱石灰的增重情况可测定二氧化硫的质量，通过E、B装置所测气体的体积就是氧气的体积。(2)若B中量筒中没有收集到水，则说明实验中没有生成O2即猜想Ⅰ正确。(3)根据氧化还原反应中得失电子守恒，硫酸铜分解产生的SO2与O2的物质的量之比必为2∶1。实验中，如果产生的SO2与O2的物质的量之比不是2∶1，则说明分解产物中还含有SO3。第一小组：n (CuSO4)=0.04 mol，n(O2)=0.02 mol，n(SO2)=2.56 g&pide;64 g·mol-1=0.04 mol，SO2与O2的物质的量之比为2∶1，所以该小组硫酸铜分解的产物是CuO、SO2、O2。第二小组：n(CuSO4)=0.04 mol，n(O2)=0.01 mol，n(SO2)=0.04 mol，说明硫酸铜分解时还生成了0.02 mol SO3，据此即可写出反应的化学方程式。

　　答案　Ⅱ.SO2、O2　Ⅲ.SO2、SO3、O2

　　(1)
③　
④　⑧　⑦　(2)Ⅰ

　　(3)2CuSO42CuO+2SO2↑+O2↑

　　4CuSO44CuO+2SO3↑+2SO2↑+O2↑

　　二、中档题

　　3.(15分)某课外活动兴趣小组欲用下列化学试剂在实验室里制取Cl2并验证Cl2的某些化学性质。实验试剂：3 mol·L-1 H2SO4、1 mol·L-1 NaOH溶液、MnO2、KMnO4、吸收少量SO2的NaOH溶液、浓盐酸、紫色石蕊试液、饱和NaCl溶液、BaCl2溶液、品红溶液。甲小组设计的实验装置图如下，在B中加入吸收少量SO2的NaOH溶液，D中加入1 mol·L-1 NaOH溶液。请回答下列问题：

　　Ⅰ. (1)写出仪器X的名称：________。

　　(2)写出A中发生反应的化学方程式：__________________________，不能用E装置代替

　　A装置的原因是__________________________________________。

　　(3)C装置的作用是_______________________________________。

　　(4)甲小组通过该实验要验证Cl2的________(填“漂白性”、“还原性”或“氧化性”)。

　　(5)乙小组认为甲小组设计的实验装置有缺陷，请你帮助甲小组完善该装置。即还要在________和________(填“A”、“B”、“C”或“D”)装置间连接一个装有________的洗气装置。

　　Ⅱ.丙小组认为反应一段时间后，B装置溶液(强碱性)中肯定存在Cl-、OH-和SO，可能还含有其他的阴离子。

　　请你设计实验帮助丙小组探究该吸收液中可能存在的其他阴离子。

　　(1)提出合理假设

　　假设1：只存在________，或只存在________。

　　假设2：可能两者都________(填“存在”或“不存在”)。

　　(2)请设计实验验证假设的正确性：_____________________________。

　　解析　本题考查物质的制备及性质探究

　　Ⅰ.(1)仪器X是分液漏斗。(2)A是制备氯气的装置，用高锰酸钾与浓盐酸制备氯气不必加热，而用二氧化锰与浓盐酸制备氯气需要加热，所以A中发生的是高锰酸钾与浓盐酸的反应。高锰酸钾是粉末状固体，所以不能用E代替A。(3)C是缓冲瓶，起防倒吸的作用。(4)由于B中是吸收了少量SO2的NaOH溶液，即含有两种溶质：NaOH和Na2SO3。当氯气通入B溶液中时，氯气将其中的Na2SO3氧化，表现出氧化性。(5)浓盐酸有挥发性，挥发出的HCl气体会与B中溶质发生反应，对氯气与Na2SO3的反应产生干扰。

　　Ⅱ.(1)氯气与NaOH反应生成NaCl、NaClO，所以吸收液中可能含有ClO-。由于吸收液呈强碱性，所以氯气不足，SO可能有剩余。又由于ClO-与SO可发生氧化还原反应生成Cl-与SO，所以二者可能都没有剩余。(2)如果存在SO，加入足量稀盐酸会生成二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色;如果存在ClO-，加入足量稀盐酸会生成氯气，紫色石蕊试液遇氯气先变红后褪色。

　　答案　Ⅰ.(1)分液漏斗　(2)2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O　KMnO4为易溶于水的粉末　(3)完全缓冲，防倒吸　(4)氧化性　(5)A　B　饱和食盐水

　　Ⅱ.(1)ClO-　SO　不存在　(2)取适量吸收液于两支试管中，向一支试管中加入足量盐酸，若产生能使品红溶液褪色的气体，则有SO;向另一支试管中加入盐酸，再加几滴紫色石蕊试液，若溶液先变红后褪色，则有ClO-(其他合理答案也可)

　　4. (15分)某研究小组在实验室中用铜粉(含铁粉5%以上)制取胆矾(CuSO4·5H2O)并检验其纯度，限选试剂：3 mol·L-1H2SO4溶液、浓硝酸、3%H2O2溶液、0.2 mol·L-1NaOH溶液、20% KSCN溶液、BaCl2溶液。有关物质溶解度如下表(单位g/100 g H2O)：

　　温度/℃ 0 20 40 60 80 100 CuSO4 14.3 20.7 28.5 40.0 55.0 75.4 Cu(NO3)2 81.8 124.8 163.1 181.8 207.8 247.3 (1)完成制取胆矾的实验方案。

　　实验步骤 预期现象 步骤1：除铁。将铜粉置于烧杯中，_________________________________________ 步骤2：溶解。将步骤1得到的铜粉置于烧杯中，

　　__________________________ _______________________步骤3：结晶。将步骤2所得溶液蒸发浓缩至液面有晶膜出现，冷却至室温，过滤得粗产品

　　(2)完成步骤1后，检验铜粉中的铁是否除尽的实验操作是___________。

　　(3)若胆矾中含有少量Cu(NO3)2·3H2O，测定其中CuSO4·5H2O的含量，实验步骤如下：称量胆矾样品的质量为m1，加水溶解，滴加足量BaCl2溶液，充分反应后过滤，将滤渣烘干、冷却，称得其质量为m2。样品中CuSO4·5H2O的质量分数为________(列出算式)。

　　解析　(1)制备胆矾的实验设计：根据所给试剂，由于铜不能直接与稀硫酸反应，因此需要氧化剂(H2O2或HNO3)将铜氧化为Cu2+，Cu2+对H2O2的分解有催化作用，因此只能用浓硝酸氧化，但如果直接用浓硝酸氧化生成Cu(NO3)2，再和硫酸通过复分解反应制备CuSO4，会增大HNO3的用量且会引入Cu(NO3)2杂质。因此实验中借助反应：3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O，即先加硫酸，再加浓硝酸。(2)检验铜中的铁粉是否除尽，还可以通过检验最后一次硫酸洗涤液中是否含有Fe2+来确定。

　　(3)CuSO4·5H2O　～　　　BaSO4

　　250　　　　　　　 233

　　m2

　　则样品中CuSO4·5H2O的质量分数为×100%。

　　答案　(1)

　　实验步骤 预期现象 步骤1：加入足量3 mol·L-1H2SO4溶液，充分反应后过滤，充分洗涤滤渣 有无色气泡产生，溶液由无色变成浅绿色 步骤2：加入适量3 mol·L-1H2SO4溶液，再缓慢、分批加入浓硝酸，边加边搅拌直至铜粉完全溶解 有红棕色气体产生，溶液由无色变成蓝色

　　(2)取少量铜粉于试管中，加入少量3 mol·L-1H2SO4溶液，充分振荡后取上层溶液于另一试管中，滴加少量3%H2O2溶液，再滴加几滴20%KSCN溶液

　　(3)×100%

　　5. (15分)某研究小组欲探究SO2的化学性质，设计了如下实验方案。

　　(1)在B中检验SO2的氧化性，则B中所盛试剂可为________。

　　(2)在C中装FeCl3溶液，检验SO2的还原性，则C中反应的离子方程式为_____________________________________________________。

　　(3)在D中装新制漂白粉浓溶液。通入SO2一段时间后，D中出现了大量白色沉淀。同学们对白色沉淀成分进行了探究。请回答下列问题：

　　限选的仪器和试剂：过滤装置、试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、0.5 mol·L-1盐酸、0.5 mol·L-1H2SO4溶液、0.5 mol·L-1BaCl2溶液、品红溶液、新制澄清石灰水。

　　(ⅰ)假设一：该白色沉淀为CaSO3;

　　假设二：该白色沉淀为________;

　　假设三：该白色沉淀为上述两种物质的混合物。

　　(ⅱ)基于假设一，填写下表：

　　实验操作 预期现象和结论 将D中沉淀过滤，洗涤干净备用 用另一干净试管取少量沉淀样品，加入______________ _________________________

　　(ⅲ)若假设二成立，试写出生成该白色沉淀的化学方程式：__________________________________________________。

　　解析　(1)～(2)涉及SO2的性质实验。SO2既有氧化性也有还原性，但多表现还原性(能够被氧化性稍强的Fe3+、H2O2或强氧化剂HClO等氧化)，一般在和H2S等-2价硫化物反应时表现其氧化性，因此B中为H2S(或Na2S、NaHS等)溶液。

　　(3)探究白色沉淀的成分，其实是检验SO和SO。常通过与非氧化性酸反应产生SO2使品红溶液褪色来检验SO或HSO。

　　答案　(1)硫化氢水溶液(或硫化钠、硫氢化钠或相应溶质的化学式都可以)

　　(2)2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO+4H+

　　(3)(ⅰ)CaSO4

　　(ⅱ)

　　实验操作 预期现象和结论 过(适)量0.5 mol·L-1盐酸，塞上带导管的单孔塞，将导管另一端插入盛有少量澄清石灰水(或品红溶液)的试管中 若固体完全溶解，有气泡放出、且澄清石灰水变浑浊(或品红溶液褪色)，则假设一成立。

　　若固体不溶解，或溶解但无气泡或澄清石灰水未变浑浊(或品红溶液不褪色)，则假设一不成立

　　(ⅲ)2SO2+2H2O+Ca(ClO)2===CaSO4↓+2HCl+H2SO4

　　6.(15分)某化学小组在学习元素周期律知识后，对教材中Cl2将Fe2+氧化成Fe3+的实验进一步思考，并提出问题：Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+，那么Br2和I2能否将Fe2+氧化成Fe3+?

　　环节一：理论推测。

　　部分同学认为Br2和I2都能将Fe2+氧化成Fe3+，依据是

　　____________________________________________。

　　部分同学认为Br2和I2都不能将Fe2+氧化成Fe3+。还有同学认为Br2能将

　　Fe2+氧化成Fe3+，而I2不能，依据是同一主族从上到下卤素单质的氧化性逐渐减弱。

　　环节二：设计实验进行验证。

　　向大试管中加入适量铁粉，加入10 mL稀盐酸，振荡试管，充分反应后，铁粉有剩余，取上层清液进行下列实验。

　　实验1：

　　试管 操作 现象
① 先向试管中加入2 mL新制的FeCl2溶液，再向试管中滴加少量红棕色的溴水，振荡试管 溶液为黄色
② 先向试管中加入2 mL新制的FeCl2溶液，再向试管中滴加少量棕黄色的碘水，振荡试管 溶液为黄色

　　环节三：实验现象的分析与解释。

　　(1)甲同学认为试管
①中的现象说明溴水能将Fe2+氧化，反应的离子方程式为______________________________________________________。

　　乙同学认为应该补做实验，才能得出甲同学的结论。请你帮助乙同学完成实验：

　　实验2：

　　操作 现象

　　(2)该小组同学对试管
②中所得的溶液呈黄色的原因展开讨论，并提出了两种假设：

　　假设1：碘水与FeCl2溶液不反应，黄色是碘水稀释后的颜色。

　　假设2.________________。

　　实验3：进行实验以判断假设是否成立。

　　操作 现象 向试管
②所得的溶液中继续加入0.5 mL CCl4，充分振荡，静置一段时间。取出上层溶液，滴加KSCN溶液 静置后，上层溶液几乎无色，下层溶液为紫色;取上层溶液滴加KSCN溶液后，溶液呈浅红色

　　丙同学认为实验3的现象可以说明假设2成立，丁同学认为不严谨，于是设计了实验4继续探究。

　　实验4：

　　操作 现象 向另一支试管中加入2 mL新制的FeCl2溶液，滴加0.5 mL碘水后，再加入0.5 mL乙酸乙酯，充分振荡，静置一段时间。取出下层溶液，滴加KSCN溶液 静置后，上层溶液为紫色，下层溶液几乎无色;取下层溶液，向其中滴加KSCN溶液后，溶液没有呈浅红色

　　你认为实验4中加入乙酸乙酯的主要目的是_____________________。

　　丁同学根据实验4的现象得出结论：在本次实验条件下，碘水与FeCl2溶液反应的程度很小。

　　(3)Cl2、Br2、I2氧化Fe2+的能力逐渐减弱，从原子结构角度解释原因：_____________________________________________。

　　解析　由题给信息和实验目的可知部分同学认为Br2和I2都能将Fe2+氧化成Fe3+的依据是这些单质均为ⅦA族元素的单质，氧化性均较强。

　　(1)实验1的试管
①中发生反应的离子方程式为2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-。由于甲同学的结论仅仅是根据溶液颜色的变化得出的，所以结论不一定可靠，必须通过实验进行验证，可探究该过程中是否有三价铁离子生成，所以实验的设计应是三价铁离子的检验，故对应的方案为取少量试管
①中的黄色溶液于试管
③中，滴加少量KSCN溶液，振荡，若溶液变为红色则表明有三价铁离子生成。

　　(2)可根据物质的颜色分析试管
②中所得溶液呈黄色的可能原因，一是碘水的颜色，二是三价铁离子的颜色。实验方案的设计需从这两个方面进行考虑，同时需要考虑亚铁离子在空气中容易被氧化成三价铁离子，所以实验的设计必须排除空气的影响，即实验4中加入乙酸乙酯的主要目的一是乙酸乙酯可作萃取剂，二是防止空气中的氧气将亚铁离子氧化成三价铁离子。

　　答案　环节一：均为ⅦA族元素，其单质的氧化性均较强

　　环节三：(1)2Fe2++Br2===2Fe3++2Br-

　　操作 现象 取少量试管
①中的黄色溶液于试管
③中，滴加少量KSCN溶液，振荡 溶液变为红色

　　(2)碘水与FeCl2溶液发生反应，FeCl3溶液呈黄色　亚铁离子与空气接触会被氧化，加入的乙酸乙酯既可作萃取剂又能起到液封的作用，防止空气对实验产生干扰

　　(3)同一主族元素从上到下，原子核外的电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，氧化性逐渐减弱