高中化学物质检验实验方案的设计实验题

FeCl₃在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl₃，再用副产品FeCl₃溶液吸收有毒的H₂S。
I、经查阅资料得知：无水FeCl₃在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水 FeCl₃的实验方案，装置示意图（加热及夹持装置略去）及操作步骤如下：

①检验装置的气密性；　　　　　　
②通入干燥的Cl₂，赶尽装置中的空气；
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；
④……
⑤体系冷却后，停止通入Cl₂，并用干燥的H₂赶尽Cl₂，将收集器密封。
请回答下列问题：
（1）装置A中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
（2）操作步骤中，为防止FeCl₃潮解所采取的措施有（填步骤序号）　　　　　　　 。
（3）如果没有装置C的设计，会导致                       
（4）用离子方程式表示虚线框E中所增加装置和试剂的作用：            。
（5）用装置D中的副产品FeCl₃溶液吸收H₂S，得到单质硫，请写出反应的离子方程式：　　　　 。
Ⅱ、反应结束后，将收集器中所得固体完全溶于稀盐酸，小组同学对所得溶液金属阳离子的成分有三种观点：①只有Fe³⁺；②只有Fe²⁺；③　 　        　　　。
为探究溶液的组成，实验如下：

实验步骤	实验现象	实验结论及反应离子方程式
①取少量所得溶液于试管中，加入少量KSCN溶液。	_________________。	说明：假设②不成立，假设①或③成立；反应的离子方程式是_____________。
②另取少量所得溶液于试管中，加入少量酸性 KMnO4溶液。	溶液紫红色退去	说明：________________________。

 
综合上述实验分析，所得溶液中含有的金属阳离子有                            。

纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、化学建材、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂等行业。在浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂，可以制得纳米级碳酸钙。某校学生实验小组设计下图所示装置，制取该产品。D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉，图中夹持装置已略去。
Ⅰ.可选用的药品有：
a．石灰石  b．饱和氯化钙溶液  c．6 mol/L盐酸  d．氯化铵  e．氢氧化钙

（1）A中制备气体时，所需药品是（选填字母序号）              ；
（2）B中盛有饱和碳酸氢钠溶液，其作用是                              ；
（3）写出制取氨气的化学方程式                                  ；
（4）在实验过程中，向C中通入气体是有先后顺序的，应先通入气体的化学式 ；
（5）检验D出口处是否有氨气逸出的方法是                          ；
（6）写出制纳米级碳酸钙的化学方程式                              。
（7）若实验过程中有氨气逸出，应选用下列             装置回收（填代号）。

Ⅱ．经分析在上述氯化铵样品中含有杂质碳酸氢钠。为了测定氯化铵的质量分数，该学生实验小组又设计了如下实验流程：

试回答：
（1）所加试剂A的化学式为                                      
（2）B操作方法是                                               
（3）样品中氯化铵的质量分数为                                   。

铁是人体必须的微量元素，治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。“速力菲”(主要成分：琥珀酸亚铁，呈暗黄色)是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸。
某同学为了检测“速力菲”药片中Fe^2＋的存在，设计并进行了如下实验：

（1）试剂1是            ，加入新制氯水后溶液中发生的离子反应方程式是：                                ，                               ；
（2）加入KSCN溶液后，在未加新制氯水的情况下，溶液中也产生了红色，其可能的原因是                                      ；
（3）在实验中发现放置一段时间，溶液的颜色会逐渐褪去。为了进一步探究溶液褪色的原因，甲、乙、丙三位同学首先进行了猜想：

编号	猜          想
甲	溶液中的＋3价Fe又被还原为＋2价Fe
乙	溶液中的SCN^－被过量的氯水氧化
丙	新制的氯水具有漂白性，将该溶液漂白

基于乙同学的猜想，请设计实验方案，验证乙同学的猜想是否正确。写出有关的实验操作、预期现象和结论。（不一定填满，也可以补充）

编号	实验操作	预期现象和结论
①

 

某兴趣小组设计如下图实验装置进行实验。

Ⅰ、探究大气污染物SO₂的性质
（1）为了实现绿色环保的目标，能否用上图A₂代替A₁装置         （填“能”或“否”）。
（2）B、C、D分别用于检验SO₂的漂白性、还原性和氧化性，则B中所盛试剂为         ，C中反应的离子方程式为               ，D中反应的化学方程式为             。
Ⅱ、探究铜片与浓H₂SO₄反应的产物
实验结束，发现在铜片表面附着黑色固体。查阅资料得知：此黑色固体可能含有CuO、CuS、Cu₂S。常温下CuS和Cu₂S都不溶于稀盐酸，在空气中煅烧都转化为Cu₂O和SO₂。该小组同学收集一定量黑色固体，按如下实验方案探究其成分：

（3）步骤Ⅱ中检验滤渣洗涤干净的实验方法是_____________________________。
（4）黑色固体的成分是________________。
Ⅲ、尾气处理
用氨水吸收尾气中的SO₂，“吸收液”中可能含有OH^-、SO₃^2-、SO₄^2-、HSO₃^-等阴离子。
（5）氨水吸收过量SO₂的反应的离子方程式为                              。
（6）已知亚硫酸氢盐一般易溶于水，SO₂也易溶于水。现有仪器和试剂为：小烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、过滤装置和滤纸；2 mol/L盐酸、2 mol/LHNO₃、1 mol/LBaCl₂溶液、l mol/LBa(OH)₂溶液、品红溶液、蒸馏水。请设计实验证明“吸收液”中存在SO₃^2-、HSO₃^-，完成下表的实验操作、预期现象和结论：

实验操作	预期现象与结论
步骤1：取适量“吸收液”于小烧杯中，用胶头滴管取l mol/L BaCl2溶液向小烧杯滴加直至过量。	若出现白色浑浊， 则“吸收液”中存在SO3^2-或 SO4^2-。
步骤2：将小烧杯中的浊液过滤、洗涤，再用适量水把附在滤纸上的固体冲入另一小烧杯中；向冲下的固体                           。	， 则“吸收液”中存在 SO3^2-。
步骤3：                                                                                           。	， 则“吸收液”中存在 HSO3^-。

 

某研究性学习小组拟探究在含Mg²⁺、Al³⁺ 的混合溶液中滴加NaOH溶液时，生成氢氧化物沉淀的过程。
【实验】在0.1 mol∙L^－1 MgSO₄、0.05 mol∙L^－1Al₂(SO₄)₃的混合溶液中滴加0.5 mol∙L^-1NaOH溶液，借助氢离子传感器和相应分析软件，测得溶液的pH随NaOH溶液的加入变化情况如图所示。

（1）为精确控制加入NaOH溶液的体积，可将NaOH溶液置于                         （填仪器名称）中滴加。
（2）图中有三个pH增加缓慢的阶段，第一阶段（a点前）对应的实验现象是                                                                 。
（3）对第二阶段（b、c之间）溶液pH变化缓慢的本质，小组同学做出如下推测，请补充推测2和3：
推测1：生成Mg(OH)₂沉淀，消耗OH^－；
推测2：                                    ；
推测3：                                           。
若推测1符合实际情况，则a点之前反应的离子方程式为                                    ，请据此描述Mg(OH)₂、Al(OH)₃两种物质在水溶液中溶解性的差异                                            。
（4）请分析e点后溶液中较大量存在的含金属元素的离子并设计实验检验（可不填满）：

较大量存在的含金属元素的离子	检验方法

 

资料显示：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物。某同学通过如下实验探究反应原理并验证产物。
实验I：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放入盛适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的烧杯中，迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液的浅红色加深。
（1）该同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测：
猜测1：白色不溶物可能为　　　　　   
猜测2：白色不溶物可能为MgCO₃
猜测3：白色不溶物可能为碱式碳酸镁[yMg(OH)₂•xMgCO₃]
（2）为了确定产物，进行以下定性实验：

实验序号	实  验	实验现象	结  论
实验Ⅱ	将实验I中收集到的气体点燃	安静燃烧， 火焰呈淡蓝色	气体成分为 　  ①
实验Ⅲ	将实验I中的白色不溶物滤出、洗涤，取少量加入足量   ②	③	白色不溶物中含有MgCO3
实验Ⅳ	取实验Ⅲ中的滤液，向其中加入适 量　 ④　  稀溶液	产生白色沉淀，溶液红色变浅	溶液中存在CO3^2- 离子

 
实验Ⅲ中洗涤的操作方法是                                  。
（3）为进一步确定实验I的白色不溶物的成分，进行以下定量实验，装置如图所示：

称取干燥、纯净的白色不溶物 4.52 g，充分加热至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部进入装置A和B中。实验后装置A增重0.36 g，装置B增重1.76 g。
装置C的作用是                                                   ；
白色不溶物的化学式为　　　　　　　　              。
（4）写出镁与饱和碳酸氢钠溶液反应的化学方程式                                。

I．下面是提纯大理石(主要杂质是氧化铁)的流程图：

按要求回答下列问题：
（1）操作Ⅱ中要随时测定pH，在实验室中用pH试纸测定溶液pH的操作是______________________________。
（2）检验Fe³⁺已完全生成Fe(OH)₃沉淀的方法是________________________________。
（3）由滤液B得到晶体B，其主要成分是__________。
II．某化学小组在实验中用浓硝酸和铜反应制取二氧化氮并探究二氧化氮是否能支持木炭的燃烧，其实验装置图如下：

（1）按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→______→______→______→______→f。装置C的作用________________、装置D的试剂是__________________。
（2）已知二氧化氮和碳在点燃条件下反应生成两种物质的量比为2：1的无毒气体，则该反应的化学方程式为：___________________________。

用1－丁醇、溴化钠和较浓H₂SO₄混合物为原料，在实验室制备1－溴丁烷，并检验反应的部分副产物。（已知：NaCl+H₂SO₄(浓)=NaHSO₄+HCl↑）现设计如下装置，其中夹持仪器、加热仪器及冷却水管没有画出。请回答下列问题：

（1）仪器D的名称是           。
（2）关闭a和b、接通竖直冷凝管的冷凝水，给A加热30分钟，制备1－溴丁烷。写出该反应的化学方程式                                                      。
（3）理论上，上述反应的生成物还可能有：丁醚、1－丁烯、溴化氢等。熄灭A处酒精灯，在竖直冷凝管上方塞上塞子，打开a，利用余热继续反应直至冷却，通过B、C装置检验部分副产物。B、C中应盛放的试剂分别是            、           。
（4）在实验过程中，发现A中液体由无色逐渐变成黑色，该黑色物质与浓硫酸反应的化学方程式为                                    ，可在竖直冷凝管的上端连接一个内装吸收剂碱石灰的干燥管，以免污染空气。
（5）相关有机物的数据如下：

物质	熔点/^0C	沸点/^0C
1－丁醇	-89．5	117．3
1－溴丁烷	-112．4	101．6
丁醚	-95．3	142．4
1－丁烯	-185．3	-6．5

为了进一步精制1－溴丁烷，继续进行了如下实验：待烧瓶冷却后，拔去竖直的冷凝管，塞上带温度计的橡皮塞，关闭a，打开b，接通冷凝管的冷凝水，使冷水从     （填c或d）处流入，迅速升高温度至       ℃，收集所得馏分。
（6）若实验中所取1－丁醇、NaBr分别为7．4 g、13．0 g，蒸出的粗产物经洗涤、干燥后再次蒸馏得到9．6 g 1－溴丁烷，则1－溴丁烷的产率是            。

某小组同学将一定浓度NaHCO₃溶液加入到CuSO₄溶液中发现生成了沉淀．甲同学认为沉淀是CuCO₃；乙同学认为沉淀是CuCO₃和Cu(OH)₂的混合物，设计实验测定沉淀中CuCO₃的质量分数．
（1）按照甲同学的观点，发生反应的离子方程式为                                               ；
（2）乙同学认为有Cu(OH)₂生成的理论依据是                                 (用离子方程式表示)；
（3）两同学利用下图所示装置进行测定

①组装好仪器后如何检查气密性               
在研究沉淀物组成前，须将沉淀从溶液中分离并净化．具体操作依次为             ，洗涤，干燥；
②装置E中碱石灰的作用是                                       ；
③实验过程中有以下操作步骤：
a．关闭K₁，K₃，打开K₂，K₄，充分反应
b．打开K₁，K₄，关闭K₂，K₃，通入过量空气
c．打开K₁，K₃，关闭K₂，K₄，通入过量空气．
正确的顺序是                (填选项序号，下同)； 
若未进行步骤        将使测量结果偏低；
④若沉淀样品的质量为m g，装置D的质量增加了n g，则沉淀中CuCO₃的质量分数为               ；

实验室可以用乙醇和浓硫酸在170 ℃制乙烯，化学反应原理：CH₃CH₂OHCH₂=CH₂↑＋H₂O，由于浓硫酸具有强氧化性，其副产物有二氧化硫和二氧化碳等。某同学根据上述信息和实验目标选择下列实验装置设计实验探究(每种装置都有若干个)：

（1）验证乙醇与浓硫酸混合反应副产物有二氧化硫和二氧化碳：
①选择必要装置连接顺序：a→       →f→g→e→d→b(填接口序号)；
②确认混合气体中有二氧化碳存在的实验依据是                                     
（2）若制备1,2－二溴乙烷的装置为A→E→C→D，
①D中的反应现象为                        
②分离1,2－二溴乙烷的操作中使用的玻璃仪器有_____________________________
③有同学建议在A、E之间增加G装置，其作用是                
（3）阅读资料知，“酸性高锰酸钾溶液能氧化乙烯生成二氧化碳”。请你设计方案验证资料真实性：
①装置的连接顺序：A→____________________(填装置序号)。
②能证明上述资料符合事实的实验现象是_______________________。
（4）为了探究乙烯与溴水的反应是取代反应还是加成反应，该同学进行如下实验：①测定D瓶中溴水的pH； ②将纯净的乙烯通入D至溶液完全退色；③________。

铁触媒(铁的某氧化物)是工业合成氨的催化剂。某同学设计了以下两种方案研究铁触媒的组成。
方案一：用下列流程测定铁触媒的含铁量，确定其组成。

（1）步骤④后面需用                     (填仪器名称)取25.00mL稀释后溶液。
（2）因为通入Cl₂不足量，“溶液B”中还含有                   会影响测定结果。
（3）因为通入Cl₂过量且加热煮沸不充分，“溶液B”中可能含有Cl₂。请设计实验方案检验Cl₂，完成下列实验报告。
限选试剂：0.1mol·L^－1酸性KMnO₄溶液、紫色石蕊试液、品红稀溶液、淀粉-KI溶液、0.1moL·L^－1KSCN溶液

实验操作	实验现象与结论

 
方案二：用下列实验方法测定铁触媒的含铁量，确定其组成。

（4）“干燥管C”的作用是                                              。
（5）称取15.2g铁触媒进行上述实验。充分反应后，测得“干燥管B”增重11.0g，则该铁触媒的化学式可表示为                      。(相对原子质量：C－12  O－16 Fe－56)

Fe₂O₃具有广泛的用途。
甲同学阅读有关资料得知：在高温下煅烧FeCO₃ 可以得到Fe₂O₃。为了进一步验证此结论，他做了如下实验：

实验步骤	实验操作
Ⅰ	取一定质量的FeCO3固体置于坩埚中，高温煅烧至质量不再减轻，冷却至室温。
Ⅱ	取少量实验步骤Ⅰ所得固体放于一洁净的试管中，用足量的稀硫酸溶解。
Ⅲ	向实验步骤Ⅱ所得溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红。

由此甲同学得出结论：4FeCO₃+O₂2Fe₂O₃+4CO₂
（1）写出实验步骤Ⅲ中发生反应的离子方程式                                。
（2）乙同学提出了不同的看法：煅烧产物可能是Fe₃O₄，因为Fe₃O₄也可以溶于硫酸，且所得溶液中也含有Fe³⁺。于是乙同学对甲同学的实验步骤Ⅲ进行了补充改进：检验实验步骤Ⅱ所得溶液中是否含有Fe²⁺。他需要选择的试剂是__________（填序号）。
a．氯水        b．氯水+KSCN溶液        c. K₃[Fe(CN)₆](铁氰化钾溶液)   
（3）丙同学认为即使得到了乙同学预期的实验现象，也不能确定煅烧产物的成分。你认为丙同学持此看法的理由是                                           。
（4）丙同学进一步查阅资料得知，煅烧FeCO₃的产物中，的确含有+2价铁元素。于是他设计了另一种由FeCO₃制取Fe₂O₃的方法：先向FeCO₃中依次加入试剂：
稀硫酸、        （填名称）和          （填名称）；再____________（填操作名称），灼烧，即可得到Fe₂O₃
（5）工业上通过控制样品的质量，使滴定时消耗KMnO₄溶液体积数为c mL，菱铁矿中FeCO₃的质量分数为c%，可以简化测量。
某同学取含FeCO₃ c%的菱铁矿a g，用足量稀硫酸溶解后，再用0.0200mol·L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定（KMnO₄被还原成Mn²⁺），最终消耗KMnO₄溶液c mL。假定矿石中无其他还原性物质，则所取菱铁矿的质 量a="_____________" g。（FeCO₃的摩尔质量为116 g·mol^-1）

某化学研究性学习小组拟对一种焰火原料（由两种短周期的常见金属单质组成的合金粉末）进行探究。请完成下列探究报告。
【探究目的】探究该焰火原料的组成
【资料检索】①Mg^2＋检验方法：取2滴待检液，加入2滴2mol·L^－1NaOH溶液，再加入1滴镁试剂(Ⅰ)染料（对硝基苯偶氮苯二酚）。若出现沉淀并吸附镁试剂(Ⅰ)染料呈天蓝色，表示待检液中含有Mg^2＋。Ag^＋、Cu^2＋、Fe^3＋、NH₄^＋会妨碍Mg^2＋检出
②Mg(OH)₂可溶于浓的氯化铵溶液，其他的常见不溶碱难溶于氯化铵
③很多合金是金属互化物，有确定的化学组成
【探究思路】①确定焰火原料所含金属种类；②测定焰火原料的化学式
【实验探究】
（1）甲同学进行了初步试验，实验步骤和实验现象如下。请填写下表。

试验序号	实 验 步 骤	实 验 现 象	结 论
①	取少量该焰火原料加入冷水	无明显现象	________________
②	取少量该焰火原料加入稀盐酸	完全溶解，有大量气体	_________________

 
（2）乙同学取甲第②组实验的溶液，加入镁试剂(Ⅰ)染料，得出合金中不含镁。
乙的结论________________（选填“正确”或“错误”）。判断理由为                  
（3）丙同学设计实验方案，确定焰火原料中的金属种类，实验记录如下。

由丙的实验记录可知，该焰火原料是由_______和_________两种金属组成的合金；实验中滤液加入足量
氢氧化钠溶液后需煮沸，煮沸的理由是______________________________。
（4）丁同学利用丙同学的结论，设计如下图所示的实验步骤，确定合金组成。

问题讨论：
①能确定合金组成的数据组有______________（填写选项字母）；
A．m、n            B．m、y         C．n、y
②若合金中相对原子质量较小的金属的物质的量分数为x，金属总物质的量为7mol，试在下图中作出y随x变化的曲线；

③当y＝8.5mol时，该合金是一种金属互化物，其化学式为________________

CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合产生蓝绿色沉淀，以下是某兴趣小组对沉淀组成的探究。
【提出假设】
假设1：沉淀为Cu (OH)₂
假设2：沉淀为         
假设3：沉淀为碱式碳酸铜[化学式可表示为nCuCO₃·mCu (OH)₂]
【查阅资料】无论是哪一种沉淀受热均易分解（假设均不含结晶水）。
【定性探究】
步骤1：将所得悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，风干；
步骤2：甲同学取一定量固体，用气密性良好的如下装置（夹持仪器未画出）进行定性实验；

（1）若反应后A中蓝绿色固体变黑，C中无明显现象，证明假设   成立。
（2）乙同学认为只要将上图中B装置的试剂改用下列某试剂后，便可验证上述所有假设，该试剂是     （填代号）。
a．浓硫酸     b．无水CuSO₄    c．碱石灰    d．P₂O₅
（3）乙同学更换B试剂后验证假设3成立的实验现象是                           。
【定量探究】
（4）乙同学进一步探究假设3中固体的组成：
①乙同学查得一些物质在20℃的数据（如下表）后，将C中的澄清石灰水改为Ba(OH)₂溶液，其原因是           （双选，填代号）

溶解度(S)/g	溶度积(Ksp)	摩尔质量(M)/g·mol^－1
Ca(OH)2	Ba(OH)2	CaCO3	BaCO3	CaCO3	BaCO3
0.16	3.89	2.9×10^-9	2.6×10^-9	100	197

a．Ba(OH)₂溶解度大于Ca(OH)₂，能充分吸收CO₂
b．Ba(OH)₂为强碱，Ca(OH)₂为弱碱
c．吸收等量CO₂生成的BaCO₃的质量大于CaCO₃，测量误差小
d．相同条件下，CaCO₃的溶解度明显大于BaCO₃
②若所取蓝绿色固体质量为54.2 g，实验结束后装置B的质量增加5.4 g，C中的产生沉淀的质量为39.4 g。则该蓝绿色固体的化学式为                       。

I、某化学课外活动小组对污染大气的部分非金属氧化物进行探究。请根据题目要求回答下列问题。
(1)写出用硝酸制取NO的离子方程式                      。
(2)查资料得知，HCOOHCO+H2O。实验室有如图l所示的装置，制取CO气体可选用的装置为
             (填序号)，实验室利用该装置还可制取的常见气体有               （写一种气体的分子式）。
(3)查资料得知，利用催化剂可使汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物大部分发生反应转化为二氧化碳和氮气。该小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图2所示装置(部分夹持和装置已略去)。

①实验前，关闭旋塞K，先通氮气排净装置中的空气，其目的是         。
②装置(III)的主要作用是                                             。
③该套装置中有不完善之处，还应在装置(Ⅳ)后补充             装置。
II、该课外小组设计的从ZnSO₄、FeCl₃的混合溶液中制取ZnSO₄·7H₂O过程如下：
a．在混合液中加入6 mol/L NaOH溶液，至pH=8为止。
b．过滤后得到沉淀，用蒸馏水多次洗涤沉淀。
c．向洗涤后的沉淀中加入2 mol/L的硫酸，保持溶液的pH在4～6，加热煮沸，趁热过滤，滤液即为ZnSO₄溶液。
d．滤液中加入2 mol/L的硫酸，使其pH=2。
已知部分阳离子以氢氧化物的形式开始沉淀至完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

沉淀物	Fe(OH)3	Zn(OH)2
pH	1.5～3.2	6.4～8.0

 
(1)步骤b中如何检测沉淀已经洗涤干净                  。
(2)步骤d中加入硫酸，使其pH=2的目的是             ；要制得ZnSO₄·7H₂O的步骤d还缺少的操作是      ，所用的主要硅酸盐仪器是               。