优化2020高考化学总复习必修部分专题10 化学实验第五单元探究型实验实验的设计与评价课后达标检测苏教版.doc

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探究型实验实验方案的设计与评价1．硫代硫酸钠(Na2S2O3)可看成是一个S原子取代了Na2SO4中的一个O原子而形成的。某校化学研究性学习小组运用类比学习的思想，通过实验探究Na2S2O3的化学性质。请填写以下空白：[提出问题]Na2S2O3是否与Na2SO4相似具备下列性质呢？猜想①：______________________________________________________；猜想②：溶液呈中性，且不与酸反应；猜想③：无还原性，不能被氧化剂氧化。[实验探究]基于上述猜想②、③，设计实验方案。请填写下列表格。实验操作实验现象或预期实验现象现象解释(用离子方程式表示)猜想②溶液pH＝8向pH＝2的硫酸中滴加Na2S2O3溶液S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O猜想③向新制氯水(pH<2)中滴加少量Na2S2O3溶液氯水颜色变浅[实验结论]Na2S2O3溶液呈碱性，能与酸反应，具有还原性，与Na2SO4的化学性质不相似。[问题讨论](1)甲同学向探究“猜想③”反应后的溶液中滴加硝酸银溶液，观察到有白色沉淀产生，并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化。你认为该方案是否正确并说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)请重新设计一个实验方案，证明Na2S2O3能被氯水氧化。该实验方案是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：本题考查验证性化学实验方案的设计以及实验现象、结论的表述。基于实验目的，根据实验现象或结论很容易判断实验方案的设计目的及验证哪部分猜想。要求注意问题讨论中的细节，即(1)中由猜想③的实验过程中滴加“少量”的Na2S2O3溶液可以得出甲同学实验方案不合理，原因是过量氯水能提供Cl－，与Ag＋产生白色沉淀，干扰性质验证，可变换试剂，用钡盐检测氧化产物SO。答案：[提出问题]猜想①：与BaCl2溶液反应有沉淀生成[实验探究]用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液，点到pH试纸的中央，将试纸呈现的颜色与标准比色卡对照有淡黄色沉淀和无色刺激性气味气体产生S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋[问题讨论](1)不正确。因氯水过量且其本身含有Cl－(2)取少量反应后的溶液，向其中滴入BaCl2溶液，若观察到有白色沉淀产生，则说明Na2S2O3能被氯水氧化2．化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究：查得资料：该牙膏摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成；牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生。Ⅰ.摩擦剂中氢氧化铝的定性检验取适量牙膏样品，加水充分搅拌、过滤。(1)往滤渣中加入过量NaOH溶液，过滤。氢氧化铝与NaOH溶液反应的离子方程式是__________________________________________________________________________________________。(2)往(1)所得滤液中先通入过量二氧化碳，再加入过量稀盐酸。观察到的现象是________________________________________________________________________________________。Ⅱ.牙膏样品中碳酸钙的定量测定利用下图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。依据实验过程回答下列问题：(3)实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有：________________________________________________________________________。(4)C中反应生成BaCO3的化学方程式是________________________________________________________________________________________。(5)下列各项措施中，不能提高测定准确度的是________(填标号)。a．在加入盐酸之前，应排净装置内的CO2气体b．滴加盐酸不宜过快c．在A～B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置d．在B～C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置(6)实验中准确称取8.00 g样品三份，进行三次测定，测得BaCO3平均质量为3.94 g。则样品中碳酸钙的质量分数为________。(7)有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量，只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是________________________________________________________________________。解析：Ⅰ.(1)Al(OH)3具有两性，能溶于NaOH溶液：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。(2)通入过量CO2时发生反应：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，产生白色沉淀，再加过量盐酸时发生反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，白色沉淀溶解，同时产生气体。Ⅱ.(3)从装置图分析可知，为保证实验的准确性，在加入盐酸前，应将装置内的空气排尽，防止空气中CO2的干扰；同时要将反应产生的CO2尽可能全部被Ba(OH)2溶液吸收，因此需要持续缓缓通入空气。(4)Ba(OH)2溶液足量，因此反应方程式为CO2＋Ba(OH)2===BaCO3↓＋H2O。(5)由前面分析知，a可提高测定准确度，不符合题意；B装置中有酸碱指示剂，说明反应中盐酸的加入量是有限制的，为保证准确，滴加过程要慢，b不符合题意；B中装有溶液，因此气体通入前没必要干燥，c符合题意；在B～C之间连接盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶会造成Ba(OH)2溶液还可能吸收由挥发出的HCl与NaHCO3反应生成的CO2气体，干扰实验，d符合题意。(6)根据碳元素守恒得BaCO3～CO2～CaCO3，m(CaCO3)＝×100 g·mol－1＝2.00 g，CaCO3的质量分数为×100%＝25%。(7)B中的水蒸气、氯化氢等气体进入装置C中，质量差要大于实际产生CO2气体的质量。答案：Ⅰ.(1)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O(2)通入CO2气体有白色沉淀生成；加入盐酸有气体产生，沉淀逐渐溶解Ⅱ.(3)把生成的CO2全部排入C中，使之完全被Ba(OH)2溶液吸收(4)Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O(5)cd(6)25%(7)B中的水蒸气、氯化氢等气体进入装置C中(或其他合理答案)3．(2020·黄冈高三模拟)某学习小组对硫代硫酸钠的相关性质进行探究。Ⅰ.通过硫代硫酸钠与硫酸反应的有关实验，研究反应速率的影响因素，实验过程数据记录如下。实验序号反应温度/℃参加反应的物质Na2S2O3H2SO4H2OV/mLc/mol·L－1V/mLc/mol·L－1V/mLA4050.1100.15B2050.1100.15C2050.150.110(1)硫代硫酸钠与硫酸反应的离子方程式是____________________。(2)A和B的组合比较，所研究的问题是____________________________________。(3)在上述实验中，反应速率最慢的是________________(填实验序号)。Ⅱ.查阅资料发现，在照片冲印过程中，要将曝光后的底片浸泡在过量Na2S2O3溶液中，Na2S2O3可以和涂在胶片上的Ag＋反应形成可溶性的无色离子[Ag(S2O3)2]3－，从而起到定影的作用。该组同学想验证这一过程，于是A同学将Na2S2O3溶液滴至AgNO3溶液中，发现立即生成白色沉淀，他马上停止了实验。一段时间后，发现沉淀逐渐变为黑色，过滤。他认为黑色物质可能是Ag2O或Ag2S。B同学在A同学分析、实验的基础上分析过滤所得滤液，发现滤液中除含未反应完的AgNO3外，只含有少量Na＋和SO。(4)B同学认为根据以上分析，即能判断黑色物质是___________。请简述B同学做出如上判断的理由：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)A同学未能验证定影过程的原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(2)A和B的组合比较，反应物浓度相同，温度不同，所研究的问题是温度对化学反应速率的影响。(3)其他条件相同时，温度高反应速率快，反应物浓度大反应速率快，所以C组反应速率最慢。(4)滤液中有SO，说明有硫元素升价，所以体系中必须有元素降价。若生成Ag2O，体系中无元素降价；所以只能是有一部分硫元素降为－2价，生成Ag2S。(5)定影过程要求将Ag＋与过量Na2S2O3溶液反应生成可溶性的无色离子[Ag(S2O3)2]3－，而A同学将Na2S2O3溶液滴至AgNO3溶液中(AgNO3过量)，由于反应物的比例关系不同，因此反应现象不同。答案：(1)S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O(2)温度对化学反应速率的影响(3)C(4)Ag2S滤液中含有SO，说明有硫元素升价，所以体系中必须有元素降价。若生成Ag2O，体系中无元素降价；所以只能是有一部分硫元素降为－2价，生成Ag2S(5)定影过程要求将Ag＋与过量Na2S2O3溶液反应生成可溶性的无色离子[Ag(S2O3)2]3－，而A同学将Na2S2O3溶液滴至AgNO3溶液中(AgNO3过量)，由于反应物的比例关系不同，因此反应现象不同4．(2020·景德镇高三质检)已知铁离子、氯气、溴均为常见的氧化剂，某化学兴趣小组设计了如下实验探究其氧化性强弱：(1)①装置A中发生反应的离子方程式是______________________________。②整套实验装置存在一处明显的不足，请指出：__________________________。(2)用改正后的装置进行实验，实验过程如下：实验操作实验现象结论打开活塞a，向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸；然后____________________(填具体实验操作)D装置中：溶液变血红色；E装置中：水层溶液变黄，振荡后，CCl4层无明显变化。一段时间后__________(填实验现象)Cl2、Br2、Fe3＋的氧化性由强到弱的顺序为Cl2＞Br2＞Fe3＋(3)因忙于观察和记录，没有及时停止反应，D、E中均发生了新的变化。D装置中：血红色慢慢褪去。E装置中：CCl4层颜色逐渐加深，直至变成红色。为探究上述实验现象的本质，小组同学查得资料如下：ⅰ.Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3是一个可逆反应。ⅱ.(SCN)2性质与卤素单质类似。氧化性：Cl2＞(SCN)2。①请用平衡移动原理(结合上述资料)解释Cl2过量时D中溶液血红色褪去的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。现设计简单实验证明上述解释：取少量褪色后的溶液，滴加________________溶液，若溶液颜色________________。则上述解释是合理的。小组同学另查得资料如下：ⅲ.Cl2和Br2反应生成BrCl，BrCl呈红色(略带黄色)，沸点约5℃，它与水能发生水解反应，且该反应为非氧化还原反应。ⅳ.AgClO、AgBrO均可溶于水。②欲探究E中颜色变化的原因，设计实验如下：用分液漏斗分离出E的下层溶液，蒸馏、收集红色物质，取少量，加入AgNO3溶液，结果观察到仅有白色沉淀产生。请结合上述资料用两步离子方程式解释仅产生白色沉淀的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________解析：(1)①浓盐酸与二氧化锰加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－===Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。②由于氯气有毒，直接排放到空气中会污染大气，要用碱液吸收尾气，实验装置缺少尾气处理装置。(2)打开活塞a，向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸，然后关闭活塞a，点燃酒精灯加热；亚铁离子的还原性比溴离子强，氯气首先氧化亚铁离子，再氧化溴离子，所以D装置中溶液变血红色，E装置中首先水层溶液变黄，然后CCl4层由无色变为橙色。(3)①过量氯气和SCN－反应：2SCN－＋Cl2===2Cl－＋(SCN)2，使SCN－浓度减小，则Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动，溶液褪色。为检验其褪色原因，检验方法为取少量褪色后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液变血红色，则上述推测合理；或取少量褪色后的溶液，滴加FeCl3溶液，若溶液不变血红色，则上述推测合理。②过量的氯气和溴反应生成氯化溴，氯化溴不稳定，易和水反应生成盐酸和次溴酸：BrCl＋H2O===HBrO＋H＋＋Cl－，氯离子和银离子反应生成白色沉淀氯化银：Ag＋＋Cl－===AgCl↓，次溴酸和银离子反应生成次溴酸银易溶于水，所以生成的白色沉淀为氯化银。答案：(1)①MnO2＋4H＋＋2Cl－===Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O②缺少尾气处理装置(2)关闭活塞a，点燃酒精灯CCl4层由无色变为橙色(3)①过量氯气和SCN－反应：2SCN－＋Cl2===2Cl－＋(SCN)2，使SCN－浓度减小，则Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3平衡逆向移动，溶液褪色KSCN变血红色(或FeCl3溶液不变血红色)②BrCl＋H2O===HBrO＋H＋＋Cl－、Ag＋＋Cl－===AgCl↓5．(2020·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40℃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：5SO＋2IO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O。某含碘废水(pH约为8)中一定存在I2，可能存在I－、IO中的一种或两种。请补充完整检验含碘废水中是否含有I－、IO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有碘单质存在；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验中可供选择的试剂：稀盐酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液。解析：(1)I2单质被SO还原为I－，SO被氧化为SO，离子方程式为SO＋I2＋H2O===2I－＋SO＋2H＋；使溶于CCl4中的碘进入水层。(2)CCl4不溶于水，因此可以通过分液的方法使其与水分离。(3)温度较低时Cl2的溶解度大，同时减少I2的升华；在锥形瓶里面放入NaOH溶液吸收尾气。(4)要证明I－的存在，可以利用Fe3＋将I－氧化为I2单质，利用淀粉遇I2变蓝色，可以证明反应的发生；要证明IO的存在，可以利用SO的还原性，将其还原为I2单质，利用淀粉遇I2变蓝色，可以证明反应的发生。答案：(1)SO＋I2＋H2O===2I－＋SO＋2H＋使溶于CCl4中的碘进入水层(2)分液(3)使氯气在溶液中有较大的溶解度(或防止I2升华或防止I2进一步被氧化)NaOH溶液(4)从水层取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加盐酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有I－；若溶液不变蓝，说明废水中不含有I－。另从水层取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加稀盐酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有IO；若溶液不变蓝，说明废水中不含有IO。