2017高考化学实验全突破之 实验方案的设计与评价：1.2深度探究

【典例】

(2015·全国卷Ⅰ)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。

回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是______________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是_____________________________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_______________________________________。

装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_________________________________________________。

(3)设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强________。 ②草酸为二元酸________。

【答案】(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

(2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊

(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍

【解析】(1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。

(2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。

②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。

(3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。 【名师在线】

(1)如何证明CO2气体中混有CO？请证明思路。

【提示】首先检验CO2存在→除去CO2→用CuO和澄清石灰水检验CO。

(2)如何证明盐酸的酸性比碳酸强？

【提示】 向NaHCO3溶液中加入盐酸，有无色气体生成。

题组1—制备实验方案的设计

1．下列制取物质的方案中，最合理的是( )

A．用过量的铁与稀硫酸反应制绿矾(FeSO4·7H2O)

B．铜与浓硫酸反应制CuSO4

C．过量的Fe与Cl2反应制FeCl2

D．MnO2与稀盐酸反应制Cl2

【答案】A

2．(2015·福建高考节选)在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行)：

试管编号 1 2 3 4

0.20 mol·L－1KI/mL 1.0 1.0 1.0 1.0

KClO3(s)/g 0.10 0.10 0.10 0.10

6.0 mol·L－1H2SO4/mL 0 3.0 6.0 9.0

蒸馏水/mL 9.0 6.0 3.0 0

实验现象

①系列a实验的实验目的是_______________________________。

②设计1号试管实验的作用是______________________________。

③若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色；假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为_________________________________________________________。

【答案】①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响 ②硫酸浓度为0的对照实验 ③ClO3－＋6I－＋6H＋===Cl－＋3I2＋3H2O

【解析】①根据图表可看出其他条件都相同，只有H2SO4的浓度不同，因此该实验研究的是硫酸的浓度对反应产物的影响。②1号实验中H2SO4的浓度为0，故该实验起到与其他实验对照的作用；③淀粉遇到碘单质会显蓝色，故氧化产物为碘单质，ClO3－被还原为Cl－。

题组2—性质探究实验方案的设计

3．(2015·全国卷Ⅱ)用下图所示装置进行下列实验：将①中溶液滴入②中，预测的现象与实际相符的是(

)

选项

①中物质 ②中物质 预测②中的现象

A. 稀盐酸 碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液 立即产生气泡

B. 浓硝酸 用砂纸打磨过的铝条 产生红棕色气体

C. 氯化铝溶液 浓氢氧化钠溶液 产生大量白色沉淀

D. 草酸溶液 高锰酸钾酸性溶液 溶液逐渐褪色

【答案】D

4．某研究性学习小组的同学欲探究某亚硫酸钠溶液样品是否变质，请回答下列问题。

(1)小组同学通过对亚硫酸钠的组成元素价态进行分析后认为，亚硫酸钠溶液在存放过程中有可能变质，若已变质，则相应反应的化学方程式为__________________。

(2)甲同学设计了如下两种方案来检验Na2SO3溶液是否变质。

方案Ⅰ：取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。

方案Ⅱ：取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。

乙同学认为上述两种方案均不合理，乙同学作出此判断的依据分别是：

方案Ⅰ_____________________________________________________；

方案_______________________________________________________。

(3)乙同学设计如图所示装置(夹持装置已略)探究Na2SO3溶液是否变质，实验时他取60 mL标签上注明为1.0

mol·L－1的Na2SO3溶液放入A中，通过测量生成SO2质量的方法来判断其是否变质。

①该实验装置存在的一个明显缺陷是

_________________________________________________________。

②改进缺陷后再进行实验，若实验后测得C装置增重3.2 g，则Na2SO3变质的百分率是________。

(4)丙同学认为若只是确定Na2SO3是否变质，乙同学的方案太复杂了，他认为只需要试管、胶头滴管、盐酸及氯化钡溶液就可以达到目的(不考虑对环境的影响)，请你回答自己的看法(若不同意，说明理由；若同意，请写出主要操作、现象及结论)：_____________________________________________。

【答案】(1)2Na2SO3＋O2===2Na2SO4

(2)亚硫酸钠部分变质时滴加盐酸也会产生气泡，因BaSO3也难溶于水，故加入氯化钡溶液，亚硫酸钠未变质或部分变质也会产生白色沉淀

(3)①缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置(写出要点即可) ②16.7%

(4)同意丙的看法。取适量待测溶液，放入试管中，加入足量BaCl2溶液后再加入足量稀盐酸，若生成的白色沉淀全部溶解，则Na2SO3没有变质；若部分溶解，则Na2SO3部分变质；若完全不溶解，则Na2SO3全部变质(答案合理即可)

【思维建模】

实验现象的准确、规范描述

有关化学实验现象的描述不仅要求准确，还要完全，有时还需要指明是何处产生了什么现象，先后发生了什么现象。其答题规范可利用下面的模式再结合特殊要求进行分析处理：

(1)“海”(溶液)

①颜色由……变成……②液面上升或下降(形成液面差)；③溶液产生倒吸；④生成(产生)……色沉淀；⑤溶液变浑浊；⑥产生大量气泡(有气体从溶液中逸出)；⑦有液体溢出。

(2)“陆”(固体)

①固体表面产生大量气泡；②固体逐渐溶解；③固体体积逐渐变小(变细)；④颜色由……变成……⑤固体熔成小球。

(3)“空”(气体)

①生成……色……味的气体；②气体由……色变成……色；③先变……后……(“加深”“变浅”或“褪色”)。

(4)其他

①器壁上有水珠出现；②器壁上有某色固体生成等。