专题5.2 化学实验的设计与评价（疑难突破）--巅峰冲刺2020年高考化学二轮专项提升

一、单选题

1. 难度：中等

实验室制备溴苯的反应装置如下图所示，关于实验操作或叙述错误的是

 

A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开K

B.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色

C.装置c中的碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢

D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶，得到溴苯

二、综合题

2. 难度：中等

硼酸（H₃BO₃）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg₂B₂O₅·H₂O、SiO₂及少量Fe₂O₃、Al₂O₃）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）在95 ℃“溶侵”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。

（2）“滤渣1”的主要成分有_________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe³⁺离子，可选用的化学试剂是_________。

（3）根据H₃BO₃的解离反应：H₃BO₃+H₂OH⁺+B(OH)⁻₄，K_a=5.81×10⁻¹⁰，可判断H₃BO₃是_______酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。

（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)₂·MgCO₃沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。

三、实验题

3. 难度：简单

咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%，单宁酸(Ka约为10^－6，易溶于水及乙醇)约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如图所示：

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：

(1)实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是______________，圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒______________。

(2)提取过程不可选用明火直接加热，原因是__________，与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是_____。

(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂，与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是______________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有______________(填标号)。

A.直形冷凝管   B.球形冷凝管C.接收瓶D.烧杯

(4)浓缩液加生石灰的作用是中和______________和吸收________。

(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是______________。

4. 难度：中等

化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量（废水中不含干扰测定的物质）。

Ⅰ．用已准确称量的KBrO₃固体配制一定体积的a mol·L⁻¹ KBrO₃标准溶液；

Ⅱ．取v₁ mL上述溶液，加入过量KBr，加H₂SO₄酸化，溶液颜色呈棕黄色；

Ⅲ．向Ⅱ所得溶液中加入v₂ mL废水；

Ⅳ．向Ⅲ中加入过量KI；

Ⅴ．用b mol·L⁻¹ Na₂S₂O₃标准溶液滴定Ⅳ中溶液至浅黄色时，滴加2滴淀粉溶液，继续滴定至终点，共消耗Na₂S₂O₃溶液v₂ mL。

已知：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+ Na₂S₄O₆

Na₂S₂O₃和Na₂S₄O₆溶液颜色均为无色

（1）Ⅰ中配制溶液用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和____________。

（2）Ⅰ中发生反应的离子方程式是_______________________________。

（3）Ⅲ中发生反应的化学方程式是_________________________________。

（4）Ⅳ中加KI前，溶液颜色须为黄色，原因是______________________________。

（5）KI与KBrO₃物质的量关系为n（KI）≥6n（KBrO₃）时，KI一定过量，理由是________。

（6）Ⅴ中滴定至终点的现象是_____________________________。

（7）废水中苯酚的含量为___________g·L⁻¹（苯酚摩尔质量：94 g·mol ⁻¹）。

（8）由于Br₂具有____________性质，Ⅱ~Ⅳ中反应须在密闭容器中进行，否则会造成测定结果偏高。

5. 难度：简单

环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下：

回答下列问题：

Ⅰ．环己烯的制备与提纯

（1）原料环己醇中若含苯酚杂质，检验试剂为____________，现象为__________________。

（2）操作1的装置如图所示（加热和夹持装置已略去）。

①烧瓶A中进行的可逆反应化学方程式为________________________，浓硫酸也可作该反应的催化剂，选择而不用浓硫酸的原因为________________________（填序号）。

a．浓硫酸易使原料碳化并产生

b．污染小、可循环使用，符合绿色化学理念

c．同等条件下，用比浓硫酸的平衡转化率高

②仪器B的作用为____________。

（3）操作2用到的玻璃仪器是____________。

（4）将操作3（蒸馏）的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石，____________，弃去前馏分，收集83℃的馏分。

Ⅱ．环己烯含量的测定

在一定条件下，向环己烯样品中加入定量制得的，与环己烯充分反应后，剩余的与足量作用生成，用的标准溶液滴定，终点时消耗标准溶液（以上数据均已扣除干扰因素）。

测定过程中，发生的反应如下：

①

②

③

（5）滴定所用指示剂为____________。样品中环己烯的质量分数为____________（用字母表示）。

（6）下列情况会导致测定结果偏低的是____________（填序号）。

a．样品中含有苯酚杂质

b．在测定过程中部分环己烯挥发

c．标准溶液部分被氧化

6. 难度：困难

将绿矾（FeSO₄•7H₂O）隔绝空气条件下加强热分解，已知产物全部为氧化物，为探究绿矾分解的反应产物，某同学进行了以下实验：

（实验一）为探究固体产物中铁元素的价态，该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应的溶液，进行以下猜想和实验：

猜想	实验操作	预期现象
猜想一：铁元素只显_______价	① 取溶液样品，滴入KSCN溶液；②取溶液样品，滴入稀酸性KMnO4溶液	加入KSCN溶液无明显现象稀酸性KMnO4溶液颜色______
猜想二：铁元素只显_______价	加入KSCN溶液呈______色；稀酸性KMnO4溶液颜色无变化
猜想三：铁元素显+2，+3价	加入KSCN溶液呈血红色；稀酸性KMnO4溶液颜色褪色

（实验二）为进一步探究该反应的产物，进行了如下图所示的实验：

（1）实验开始时，点燃C处酒精喷灯之前应先打开A处活塞通CO₂，其目的是_________。

（2）饱和NaHCO₃的作用是______，其水溶液呈碱性的原因（用离子方程式解释）____________。

（3）该组同学称取了55.6克绿矾按如图装置进行试验，待绿矾分解完全后，E瓶中只出现白色沉淀且质量为23.3克；C中固体产物加入足量稀硫酸中，固体产物全部溶解，取溶液样品，加入KSCN，溶液呈血红色，取另一份溶液，加入酸性KMnO₄，不褪色。根据这些实验现象和数据，可以得知绿矾分解的化学方程式为____________________________。

（4）该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是__________________________。

7. 难度：简单

正丁醛是一种化工原料。某实验小组利用如图装置合成正丁醛。

发生的反应如下：CH₃CH₂CH₂CH₂OHCH₃CH₂CH₂CHO，反应物和产物的相关数据列表如下：

	沸点/℃	密度/(g·cm^－^3)	水中溶解性
正丁醇	117.2	0.810 9	微溶
正丁醛	75.7	0.801 7	微溶

实验步骤如下：将6.0 g Na₂Cr₂O₇放入100 mL烧杯中，加30 mL水溶解，与5 mL浓硫酸形成混合溶液，将所得溶液小心转移至B中。在A中加入4.0 g正丁醇和几粒沸石，加热。当有蒸气出现时，开始滴加B中溶液。滴加过程中保持反应温度为90～95 ℃，在E中收集90 ℃以下的馏分。将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，收集75～77 ℃馏分，产量2.0 g。回答下列问题：

(1)实验中，Na₂Cr₂O₇溶液和浓硫酸添加的顺序为_______。

(2)加入沸石的作用是_____________。若加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是__________。

(3)上述装置图中，D仪器的名称是________，E仪器的名称是________。

(4)分液漏斗使用前必须进行的操作是________。

(5)将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分水时，正丁醛在_______层(填“上”或“下”)。

(6)反应温度应保持在90～95 ℃，其原因是___________。

(7)本实验中，正丁醛的产率为________%(结果保留两位小数)。

8. 难度：中等

保险粉(Na₂S₂O₄)广泛应用于造纸、印染、环保、医药等行业。该物质具有强还原性，在空气中易被氧化，受热易分解，在碱性条件下比较稳定，易溶于水、不溶于乙醇。保险粉可以通过 NaHSO₃与NaBH₄反应制取。请按要求回答下列问题：

I．NaHSO₃溶液的制备

(1)上图仪器a的名称___________；装置C中反应后溶液pH=4.1，则发生反应的化学方程式为___________。

II．保险粉的制备

打开下图(部分装置已省略)中活塞K₁通入氮气，一段时间后，关闭K₁，打开恒压滴液漏斗活塞向装置E中滴入碱性NaBH₄溶液，在30-40℃下充分反应。向反应后的溶液中加入乙醇，经冷却结晶、过滤得到Na₂S₂O₄·2H₂O晶体，再用乙醇洗涤、真空烘干脱去晶体结晶水得到保险粉。

(2)反应产物中有NaBO₂，无气体。写出E中发生反应的化学方程式___________。

(3)通入氮气的作用是______________________。

(4)使用乙醇洗涤Na₂S₂O₄·2H₂O晶体的优点：______________________。

(5)对装置E的加热方式最好采用______________________。

Ⅲ．保险粉的纯度测定

(6)称取2.0g Na₂S₂O₄样品溶于冷水配成200mL溶液，取出25.00mL该溶液于锥形瓶中，用0.10mol/L碱性K₃[Fe(CN)₆]标准溶液滴定，原理为：4[Fe(CN)₆]^3-+2S₂O₄^2-+8OH^-=4[Fe(CN)₆]^4-+4SO₃^2-+4H₂O，用亚甲基蓝为指示剂，达到滴定终点时消耗标准溶液24.00mL，则样品中Na₂S₂O₄的质量分数为___________(杂质不参与反应)(计算结果精确至0.1%)。

四、单选题

9. 难度：中等

常温下，二氯化二硫(S₂Cl₂)为橙黄色液体，遇水易水解，工业上用于橡胶的硫化。某学习小组用氯气和硫单质合成S₂Cl₂的实验装置如图所示，下列说法不正确的是（   ）

A.实验时需后点燃E处的酒精灯

B.C、D中所盛试剂为饱和氯化钠溶液、浓硫酸

C.二氯化二硫(S₂Cl₂)水解反应产物为S、H₂S、HCl

D.G、H之间应加上D装置

10. 难度：中等

下列实验现象和结论相对应且正确的是

选项	实验	现象	结论
A	用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应	火焰呈黄色	证明该溶液中存在Na^+不含K^+
B	用浓盐酸和石灰石反应产生的气体直接通入Na2SiO3溶液中	Na2SiO3溶液变浑浊	C元素的非金属性大于Si元素
A	将石蜡油在碎瓷片上加热,产生的气体通过酸性KMnO4溶液	酸性KMnO4溶液紫红色褪去	石蜡油分解产生了不同于烷烃的气体，且该气体具有还原性
D	某溶液加入稀硝酸酸化的BaCl2溶液	产生白色沉淀	该溶液中一定存在SO4^2-或者Ag^+

A. A B. B C. C D. D

五、实验题

11. 难度：困难

（题文）以Cl₂、NaOH、(NH₂)₂CO（尿素）和SO₂为原料可制备N₂H₄·H₂O（水合肼）和无水Na₂SO₃，其主要实验流程如下：

已知：①Cl₂+2OH⁻ClO⁻+Cl⁻+H₂O是放热反应。

②N₂H₄·H₂O沸点约118 ℃，具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N₂。

（1）步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，若温度超过40 ℃，Cl₂与NaOH溶液反应生成NaClO₃和NaCl，其离子方程式为____________________________________；实验中控制温度除用冰水浴外，还需采取的措施是____________________________________。

（2）步骤Ⅱ合成N₂H₄·H₂O的装置如图−1所示。NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40 ℃以下反应一段时间后，再迅速升温至110 ℃继续反应。实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是_____________；使用冷凝管的目的是_________________________________。

（3）步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na₂CO₃制备无水Na₂SO₃（水溶液中H₂SO₃、、随pH的分布如图−2所示，Na₂SO₃的溶解度曲线如图−3所示）。

①边搅拌边向Na₂CO₃溶液中通入SO₂制备NaHSO₃溶液。实验中确定何时停止通SO₂的实验操作为_________________。

②请补充完整由NaHSO₃溶液制备无水Na₂SO₃的实验方案： _______________________，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。

12. 难度：困难

草酸是一种常用的还原剂，某校高三化学小组探究草酸被氧化的速率问题。

实验Ⅰ	试剂		混合后 溶液pH	现象 （1h后溶液）
试管	滴管
	a	4mL0.01mol·L^−1 KMnO4溶液，几滴浓H2SO4	2mL0.3mol·L^−1H2C2O4 溶液	2	褪为无色
b	4mL0.01mol·L^−1KMnO4溶液，几滴浓NaOH	7	无明显变化
c	4mL0.01mol·L^−1 K2Cr2O7溶液，几滴浓H2SO4	2	无明显变化
d	4mL0.01mol·L^−1 K2Cr2O7溶液，几滴浓NaOH	7	无明显变化

（1）H₂C₂O₄是二元弱酸，写出H₂C₂O₄溶于水的电离方程式：_____________。

（2）实验I试管a中KMnO₄最终被还原为Mn²⁺，该反应的离子方程式为：________。

（3）瑛瑛和超超查阅资料，实验I试管c中H₂C₂O₄与K₂Cr₂O₇溶液反应需数月时间才能完成，但加入MnO₂可促进H₂C₂O₄与K₂Cr₂O₇的反应。依据此资料，吉吉和昊昊设计如下实验证实了这一点。

	实验II	实验III	实验IV
实验操作
实验现象	6 min后固体完全溶解，溶液橙色变浅，温度不变	6 min后固体未溶解，溶液颜色无明显变化	6 min后固体未溶解，溶液颜色无明显变化

实验IV的目的是：_______________________。

（4）睿睿和萌萌对实验II继续进行探究，发现溶液中Cr₂O₇^2- 浓度变化如图：

臧臧和蔡蔡认为此变化是通过两个过程实现的。

过程i．MnO₂与H₂C₂O₄反应生成了Mn²⁺。

过程ii．__________________________________。

①查阅资料：溶液中Mn²⁺能被PbO₂氧化为MnO₄^-。针对过程i，可采用如下方法证实：将0.0001molMnO₂加入到6mL____________中，固体完全溶解；从中取出少量溶液，加入过量PbO₂固体，充分反应后静置，观察到_______________。

②波波和姝姝设计实验方案证实了过程ii成立，她们的实验方案是________。

（5）综合以上实验可知，草酸发生氧化反应的速率与__________________有关。

13. 难度：中等

黄铁矿石是制取硫酸的主要原料，主要成分为FeS₂和少量FeS(假设其它杂质中不含铁、硫元素，且高温下不发生化学变化)。某化学兴趣小组对该黄铁矿石进行如下实验探究。将m₁g该黄铁矿石的样品放入如图装置(夹持和加热装置略)的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧黄铁矿样品至反应完全。其反应的化学方程式为4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，4FeS+7O₂=2Fe₂O₃+4SO₂

(1)鼓人空气的作用是___________，锥形瓶乙中NaOH溶液的作用是___________。

（实验一）测定硫元素的含量

反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理：

(2)反应结束后，给乙瓶溶液中加入足量H₂O₂溶液的目的是___________(用化学方程式表示)。

(3)洗涤滤渣的方法是______________________。

(4)该黄铁矿石中硫元素的质量分数为___________(列出表达式即可)。

（实验二）测定铁元素的含量

①用足量稀硫酸溶解石英管中的固体残渣；②加还原剂使溶液中的Fe³⁺恰好完全转化为Fe²⁺后，过滤、洗涤；③将滤液稀释至250mL；④取25.00mL稀释液，用0.1000mol·L^－1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定实验，平均消耗酸性KMnO₄溶液25.00mL。

(5)操作②中用铁粉作还原剂，测定铁的含量___________(填“偏高”或“偏低”或“不变”)，操作④中滴定时酸性KMnO₄溶液盛装在___________填“酸式滴定管”或“碱式滴定管”)，③中稀释液中Fe²⁺的物质的量浓度c(Fe²⁺)=___________。

14. 难度：困难

FeBr₂是一种黄绿色固体，某学习小组制备并探究它的还原性。

I．实验室制备FeBr₂实验室用如图所示装置制取溴化亚铁。其中A为CO₂发生装置，D和d中均盛有液溴，E为外套电炉丝的不锈钢管，e是两个耐高温的瓷皿，其中盛有细铁粉。

实验开始时，先将铁粉加热至600—700℃，然后将干燥、纯净的CO₂气流通入D中，E管中反应开始。不断将d中液溴滴入温度为100—120℃的D中。经过几小时的连续反应，在铁管的一端沉积有黄绿色鳞片状溴化亚铁。

（1）若在A中盛固体CaCO₃，a中盛6 mol/L盐酸。为使导入D中的CO₂为干燥纯净的气体，则图中B、C处的装置和其中的试剂应是：B为_____________。C为________________。为防止污染空气，实验时应在F处连接盛___________的尾气吸收装置。

（2）反应过程中要不断通入CO₂，其主要作用是____________________。

Ⅱ．探究FeBr₂的还原性

（3）实验需要200 mL 0.1 mol/L FeBr₂溶液，配制FeBr₂溶液除烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒外，还需要的玻璃仪器是_____________，需称量FeBr₂的质量为：_________。

（4）取10 mL上述FeBr₂溶液，向其中滴加少量新制的氯水，振荡后溶液呈黄色。某同学对产生黄色的原因提出了假设：

假设1：Br^一被Cl₂氧化成Br₂溶解在溶液中；

假设2：Fe²⁺被Cl₂氧化成Fe³⁺

设计实验证明假设2是正确的：________

（5）请用一个离子方程式来证明还原性Fe²⁺>Br^一________：

（6）若在40 mL上述FeBr₂溶液中通入3×10^-3mol Cl₂，则反应的离子方程式为________