1、1专项突破六 探究与评价综合型实验题的解题策略1.硝酸是一种特殊的酸,不仅具有酸性,而且不论稀硝酸还是浓硝酸都具有强氧化性。根据题图所示装置,以浓硝酸、铜片、稀硫酸、浓硫酸、浓 NaOH溶液为药品,进行实验。请回答下列问题:(1)写出浓硝酸与铜反应的化学方程式: 。 (2)某化学实验小组同学用装置甲、丙、丁制备并收集干燥的二氧化氮气体,且连接顺序为 adefg。从环境保护角度考虑,该方案存在一定弊端。请你利用题目提供的装置(可以重复使用)和实验试剂改进该方案: 。 (3)另一同学利用提供的所有装置同时收集到了干燥的二氧化氮和一氧化氮,装置连接顺序为 a 。其中装置乙的作用是 。 (4)随着反应
2、的进行,烧瓶中产生气体的颜色由 变为 ,最后反应停止,但烧瓶中还留有铜片。该小组同学用题中提供的一种试剂和上述烧瓶中的残液及剩余的铜片反应,又制取并收集到干燥的 NO,该小组同学选用的试剂是 ,该反应的离子方程式为 。 答案 (1)Cu+4HNO 3(浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H 2O(2)另取一个装置丁,向其中加入浓 NaOH溶液没过 f导管,连接在第一个装置丁之后,吸收集气装置中逸出的二氧化氮(3)defgbch 或 defgcbh 防止水槽中的水倒吸入二氧化氮的收集装置中(4)红棕色 无色 稀硫酸 3Cu+2N +8H+ 3Cu2+2NO+4H 2OO-3解析 (2)现有实验设
3、计在收集二氧化氮时,二氧化氮逸出会造成污染,可以在原装置丁后,再连接一个装置丁(内盛碱液)以吸收尾气。(3)装置丙起到干燥二氧化氮的作用;假如装置戊中的水倒吸,可以倒吸入装置乙中,防止水倒吸入装置丁中导致收集的二氧化氮与水反应。(4)随着反应的进行,浓硝酸逐渐变为稀硝酸,所以生成的气体由红棕色的 NO2变为无色的 NO,最后溶液中没有氢离子,则反应停止;过量的2铜与浓硝酸反应后溶液中的溶质是 Cu(NO3)2,该溶液中含有 N ,因此向这种溶液中加入含氢离子的溶O-3液(如稀硫酸),相当于又产生了硝酸。2.甲同学对 Cl2与 FeCl2和 KSCN混合溶液的反应进行实验探究。操 作 现 象.A
4、 中溶液变为血红色.稍后,溶液由血红色变为黄色(1)B中反应的离子方程式是 。 (2)A中溶液变为血红色的原因是 。 (3)为了探究现象的原因,甲同学进行如下实验。取 A中黄色溶液于试管中,加入 NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在 。 取 A中黄色溶液于试管中,加入过量的 KSCN溶液,最终得到血红色溶液。甲同学的实验证明产生现象的原因是 SCN-与 Cl2发生了反应。(4)甲同学猜想 SCN-可能被 Cl2氧化了,他又进行了如下研究。资料显示:SCN -的电子式为： ：CN -。S甲同学认为 SCN-中碳元素没有被氧化,理由是 。 取 A中黄色溶液于试管中,加入用盐酸酸化的 B
5、aCl2溶液,产生白色沉淀,由此证明 SCN-中被氧化的元素有 。 甲同学又通过实验证明了 SCN-中氮元素转化为 N ,他的实验方案是 O-3。 若 SCN-与 Cl2反应生成 1 mol CO2,则转移电子的物质的量是 mol。 答案 (1)Cl 2+2OH- Cl-+ClO-+H2O(2)Fe2+被 Cl2氧化生成 Fe3+,Fe3+与 SCN-反应生成血红色的 Fe(SCN)3(3)Fe3+(4)SCN -中的碳元素呈最高价态+4 价 硫元素 取足量铜粉于试管中,加入 A中黄色溶液和一定量的稀盐酸,加热,观察到试管上方有红棕色气体生成,证明 SCN-中氮元素被氧化成了 N 16O-33
6、解析 (1)B 装置是用来吸收氯气的,离子方程式为 Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O。(2)Fe 2+被 Cl2氧化生成 Fe3+,Fe3+与 SCN-反应生成血红色的硫氰化铁。(3)取 A中黄色溶液于试管中,加入 NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,说明原溶液中有 Fe3+。(4)根据 SCN-的电子式可知,SCN -中碳元素显+4 价,硫元素显-2 价,氮元素显-3 价,碳元素已经显最高正价,不能再被氧化;加入用盐酸酸化的 BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明白色沉淀为硫酸钡,即溶液中有硫酸根离子,由此证明被氧化的元素有硫元素;SCN -+8Cl2+9H2O N+S +CO2+16Cl
7、-+18H+,由方程式可知每生成 1 mol二氧化碳转移 16 mol电子。O-3 O2-43.甲烷在加热条件下可还原氧化铜,气体产物除水蒸气外,还有碳的氧化物。某化学小组利用下图装置探究其反应产物。查阅资料:CO 能与银氨溶液反应:CO+2Ag(NH 3)2+2OH- 2Ag+2N +C +2NH3。H+4 O2-3Cu 2O为红色,不与 Ag+反应,能发生反应:Cu 2O+2H+ Cu2+Cu+H2O。(1)装置 A中发生反应的化学方程式为 。 (2)按气流方向各装置从左到右的连接顺序为 A (填字母编号)。 (3)实验中滴加稀盐酸的操作为 。 (4)已知气体产物中含有 CO,则装置 C中
8、可观察到的现象是 ;装置 F的作用为 。 (5)当反应结束后,D 装置硬质玻璃管中固体全部变为红色。设计实验证明红色固体中含有 Cu2O: 。 欲探究红色固体中是否含有 Cu,甲同学设计如下实验:向少量红色固体中加入 0.1 molL-1 AgNO3溶液,发现溶液变蓝,据此判断红色固体中含有 Cu。乙同学认为该方案不合理,欲证明甲同学的结论,还需增加如下对比实验,完成下表中内容。4实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期现象和结论若观察到溶液不变蓝,则证明红色固体中含有 Cu;若观察到溶液变蓝,则不能证明红色固体中含有Cu答案 (1)Al 4C3+12HCl 3CH4+4AlCl 3(2)FDB
9、ECG(3)先打开分液漏斗上口的玻璃塞(或先使分液漏斗上口玻璃塞的凹槽对准漏斗上的小孔),再将分液漏斗下面的活塞打开,使盐酸缓慢滴下(4)试管内生成黑色固体 除去甲烷中混有的 HCl和水蒸气(5)取少量红色固体,加入适量稀硫酸,若溶液变蓝,则证明红色固体中含有 Cu2O 取少量 Cu2O固体,加入适量 0.1 molL-1AgNO3溶液解析 (1)Al 4C3与 HCl发生复分解反应生成 AlCl3和 CH4,故 A中反应为 Al4C3+12HCl 4AlCl3+3CH4。(2)B装置用于检验 H2O,C装置用于检验 CO,D装置用于氧化 CH4,E装置用于检验 CO2,F装置用于吸收 CH4
10、中混有的 H2O和 HCl,G装置用于收集尾气。注意气体检验顺序:先检验 H2O,再检验 CO2(银氨溶液呈碱性,故不能先检验 CO),最后检验 CO,故各装置连接顺序为 AFDBECG。(4)CO与Ag(NH 3)2+反应生成单质 Ag,故 C装置试管中可观察到有黑色固体生成;F 装置用于吸收 CH4中混有的 H2O和 HCl,防止对甲烷与氧化铜反应的产物中 H2O的检验造成干扰。(5)由于 Cu2O+2H+ Cu2+Cu+H2O,故若有 Cu2O生成,固体产物中加入稀 H2SO4时,溶液变蓝色。欲探究红色固体中是否含有 Cu,须排除 Cu2O的干扰。4.某化学兴趣小组为研究过氧化钠与 SO
11、2的反应情况,进行如下探究。(1)提出假设向一定量的过氧化钠固体中通入足量的 SO2,对反应后的固体产物成分及反应原理提出如下假设。假设一:反应后固体中只有 Na2SO3,证明 SO2未被氧化;假设二:反应后固体中只有 Na2SO4,证明 SO2完全被氧化;假设三:反应后固体中 , 证明 SO2部分被氧化。(2)定性研究为验证假设三,该小组进行如下研究,请你完善表中内容。5实验步骤(不要求写出具体操作过程) 预期的实验现象和结论取适量反应后的固体置于试管中, (3)定量研究通过测量气体的体积判断发生的化学反应,实验装置如图所示:装置 B中所盛装试剂的名称为 。 装置 D的作用是 。 请画出装置
12、 E。实验测得装置 C中过氧化钠的质量增加了 m1 g,装置 D的质量增加了 m2 g,装置 E中收集到的气体为 V L(已换算成标准状况下),利用上述有关测量数据将下列表格补充完整。SO2被氧化的程度 V与 m1或 m2的关系未被氧化完全被氧化 V=0部分被氧化 答案 (1)既有 Na2SO3,又有 Na2SO4(2)实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期的实验现象和结论加少量水溶解,加入 BaCl2溶液,再加入稀盐酸加入 BaCl2溶液有白色沉淀产生,加入稀盐酸沉淀部分溶解。证明原固体中既有 Na2SO3,又有 Na2SO46(其他合理答案均可)(3)浓硫酸 吸收未反应的 SO207m13
13、0 30V7解析 (1)结合假设一和假设二,很容易确定假设三是反应后固体为 Na2SO3和 Na2SO4的混合物。(2)证明SO2部分被氧化,其反应可能为2Na 2O2+2SO2 2Na2SO3+O2,Na 2O2+SO2 Na2SO4。为证明固体为 Na2SO3和 Na2SO4的混合物,实验时应取少量固体溶解于水后再加入试剂,并且现象与结论要对应。(3)定量研究中,装置 A制得的 SO2气体要先干燥,故装置 B中所盛试剂为浓硫酸,SO 2在装置 C中与过氧化钠反应,过量的 SO2被装置 D中的碱石灰吸收,用装置 E收集可能生成的 O2并测量其体积。若 SO2完全被氧化,则只发生反应,V=0;
14、若 SO2未被氧化,则只发生反应,利用装置 C中过氧化钠的质量增加了 m1 g,根据差量法,可求得 V= (此处注意 m2 g是一个干扰数据,因为无法知道装置 A中生成 SO2气体的量);则部分被氧7m130化时,发生反应和,0V 。7m1305.氮化钙(Ca 3N2)是一种重要的化学试剂,通常条件下为棕色易水解的固体。某小组在实验室制备氮化钙并测定其纯度,设计如下实验(夹持装置略去):.氮化钙的制备。(1)加热条件下,钙和氮气制备氮化钙的反应的化学方程式为 。 (2)按气流由左到右的方向,上述装置合理的连接顺序为i- -e-f- (填仪器接口字母)。 (3)按连接好的装置进行实验。7实验步骤
15、如下:检查装置气密性、加入药品、点燃装置 A处酒精灯、 、熄灭装置 A处酒精灯(请按正确顺序填入下列步骤的字母标号)。 a.点燃装置 C处酒精灯,反应一段时间b.打开分液漏斗活塞c.熄灭装置 C处酒精灯d.关闭分液漏斗活塞装置 B的作用为 。 装置 C中硬质玻璃管中的现象为 。 (4)设计实验证明 Ca3N2中混有钙单质: 。 .测定氮化钙的纯度。.称取 4.0 g反应后的固体,加入足量水,将生成的气体全部蒸出并通入 100.00 mL 1.00 mol/L的盐酸中,充分反应后,将所得溶液稀释到 200.00 mL;.取 20.00 mL稀释后的溶液,用 0.2 mol/L NaOH标准溶液滴
16、定过量的盐酸,到终点时消耗标准溶液 25.00 mL。(5)所取固体中氮化钙的质量分数为 。 答案 (1)3Ca+N 2 Ca3N2(2)g-h(或 h-g)-a-b(或 b-a) j-k(或 k-j)-d-c(3)bacd防止空气中水蒸气进入装置,使 Ca3N2变质(其他合理答案也可)银白色金属逐渐变为棕色(4)取混合物少量于洁净试管中,加入适量水,将生成的气体通过足量浓硫酸,再通过灼热的 CuO,黑色固体变红,则 Ca3N2中混有钙单质(其他合理答案也可)(5)92.5%解析 (2)空气除空气中 CO2和水蒸气(装置 D)除空气中氧气(装置 A)制备 Ca3N2(装置 C)缓冲气流(装置 F)隔绝空气中水蒸气(装置 B)。(4)Ca 3N2与水反应生成 Ca(OH)2和 NH3,NH3也可以还原 CuO,所以需将 NH3先除去,否则无法证明 H2的生成。(5)由可知吸收 NH3后剩余的 HCl的总物质的量为 0.2 mol/L0.025 L10=0.05 mol,吸收 NH3消耗的 HCl为 0.1 mol-0.05 mol=0.05 mol,Ca3N22NH32HCl81 mol 2 moln(Ca3N2) 0.05 moln(Ca3N2)=0.025 mol,Ca3N2的质量分数为 100%=92.5%。0.025mol148 g/mol4.0 g
