高中化学实验题

(19分)某研究性学习小组学生根据氧化还原反应规律，探究NO₂、NO与Na₂O₂反应的情况，提出假设并进行相关实验。
I．从理论上分析Na₂O₂和NO₂都既有氧化性又有还原性，于是提出如下假设：
假设1：Na₂O₂氧化NO₂；假设2：NO₂氧化Na₂O₂。
（1）甲同学设计如图装置进行实验：

①试管A中反应的离子方程式是___________。
②待试管B中充满红棕色气体，关闭旋塞a和b；取下试管B，向其中加入适量Na₂O₂粉末，塞上塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；再将带火星的木条迅速伸进试管内，木条复燃。
③仪器C兼有防倒吸的作用，仪器C的名称为__________。
结论：甲同学认为假设2正确。
（2）乙同学认为甲同学设计的实验存在缺陷，为达到实验目的，在A、B之间应增加一个装置，该装置的作用是________________。乙同学用改进后的装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红棕色气体迅速消失；带火星的木条未复燃，得出结论：假设正确。则NO₂和Na₂O₂反应的化学方程式是_______________。
II．该研究性学习小组同学还认为NO易与O₂发生反应，应该更易被Na₂O₂氧化。查阅资料：2NO+Na₂O₂==2NaNO₂；2NaNO₂+2HCl==2NaCl+NO₂↑+NO↑+H₂O：酸性条件下，NO能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺。
（3）丙同学用下图所示装置(部分夹持装置略)探究NO与Na₂O₂的反应。

①在反应前，打开弹簧夹，通入一段时间N₂，目的是____________________。
②B中观察到的主要现象的是_________(填字母编号)。
a．铜片逐渐溶解，溶液变为蓝色
b．有红棕色气泡产生
c．有无色气泡产生
③C、E中所盛装的试剂不能是______(填字母编号)。
a．无水硫酸铜      b．无水氯化钙       c．碱石灰       d．生石灰
④F中发生反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________________。
⑤充分反应后，检验D装置中产物的方法是：取D装置中产物少许，__________________，则产物是NaNO₂。

某实验小组用下图所示装置制备一硝基甲苯（包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯）

反应原理：

实验步骤：①浓硫酸与浓硝酸按体积比1：3配制混合溶液（即混酸）共40mL；
②在三颈瓶中加入13g甲苯（易挥发），按图所示装好药品和其他仪器；
③向三颈瓶中加入混酸；
④控制温度约为50℃-55℃，反应大约10min，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；
⑤分离出一硝基甲苯，经提纯最终得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯共15g。
相关物质的性质如下：

	密度/g·cm^-3	沸点/℃	溶解性
甲苯	0.866	110.6	不溶于水
对硝基甲苯	1.286	237.7	不溶于水，易溶于液态烃
邻硝基甲苯	1.162	222	不溶于水，易溶于液态烃

（1）仪器A的名称是________。
（2）配制混酸的方法是                                                         。
（3）若实验后在三颈瓶中收集的产物较少，可能的原因是：                           。
（4）本实验采用水浴加热，水浴加热的优点是                                      。
（5）分离反应后产物的方案如下：

操作1的名称是           ，操作2中不需要用到下列仪器中的        。（填序号）
a.冷凝管  
b.酒精灯 
c.温度计  
d.分液漏斗  
e.蒸发皿
（6）本实验中邻、对硝基甲苯的产率为________（结果保留小数点后一位数字）。

碱式硫酸铁[Fe(OH)SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9. 7	4.4

回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH在                    范围内。
（2）反应Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化亚铁离子，写出该反应的离子方程式为             。
（3）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)²⁺离子可部分水解生成Fe₂(OH)₄²⁺ 聚合离子，该水解反应的离子方程式为                                               。
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe²⁺及NO₃^－。为检验所得产品中是否含有Fe²⁺，应使用的试剂为        。
A．氯水        B．KSCN溶液       C．NaOH溶液      D．酸性KMnO₄溶液
（5）为测定含Fe²⁺和Fe³⁺溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH<2，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后,再用 0.1000 mol·L^-1 Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。
已知：
则溶液中铁元素的总含量为        g·L^-1。若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将
会       (填“偏高” “偏低” “不变”)

某化学探究小组拟用废铜屑制取Cu(NO₃)₂：，并探究其化学性质。
I．如图，用浓HNO₃，和过量的废铜屑充分反应制硝酸铜溶液。

（1）写出铜与浓硝酸反应的离子方程式                。
（2）①装置中NaOH溶液的作用是                。
②欲从反应后的溶液中得到硝酸铜晶体，实验操作步骤是蒸发浓缩、          、过滤。
③你认为此装置是否合理，并说明原因            。
如果不合理，同时在原装置上改进；如果合理，只需说明原因。
Ⅱ．为了探究的热稳定性，探究小组按下图装置进行实验。（图中铁架台、铁夹和加热仪器均略去）
【实验装置】

【实验操作及现象】往试管中放人研细的无水Cu(NO₃)₂：晶体并加热，观察到试管中有红棕色气体生成，最终残留黑色粉末；用U型管除去红棕色气体，在集气瓶中收集到无色气体。
【解释与结论】
（3）①红棕色气体是         。
②根据现象判断在加热条件下可以分解，其化学反应方程式为         。
Ⅲ．利用Cu(NO₃)₂制备浅绿色的碱式碳酸铜[CuCO₃·Cu(OH)₂]。
向大试管中加入一定量的碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热，用0.4 mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡、静置、过滤、洗涤、干燥，得到样品。
【实验数据】反应温度对样品的影响

实验序号	1	2	3	4
温度／℃	35	50	70	95
样品颜色	深蓝色	深蓝色	浅绿色	暗蓝色
样品中碱式碳酸铜 的质量分数／%	90.9	92.7	x	92.0

（4）滤液中可能含有 ，写出检验的方法              。
（5）95℃时，样品颜色发暗的原因：____             。
（6）70C时，实验得到2.38 g样品，取此样品加热至分解完全（杂质不分解），得到1.76 g固体，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是               。

H₂O₂作为氧化剂在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注。为比较Fe^3＋和Cu^2＋对H₂O₂分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答下列问题：

（1）定性分析：图甲可通过观察____________，定性比较得出结论。有同学提出将FeCl₃溶液改为Fe₂(SO₄)₃溶液更合理，其理由是_____________ 。
（2）定量分析：如图乙所示，实验时均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略。图中仪器A的名称为_________，检查该装置气密性的方法是：关闭分液漏斗的活塞，将注射器活塞向外拉出一段后松手，过一段时间后看                    ，实验中需要测量的数据是_____________________________________。
（3）加入0.1 mol MnO₂粉末于50 mL H₂O₂溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。

写出H₂O₂在MnO₂作用下发生反应的化学方程式_________________________。
②A、B、C、D各点反应速率由大到小的顺序为__________。
③反应速率由D到A逐渐变化的原因是：随着反应的进行，反应物浓度逐渐________，（填 “增大”或“减小”）反应速率逐渐_________。（填 “加快”或“减慢”）
④计算H₂O₂的初始物质的量浓度为________ mol/L。(保留两位有效数字)

Cl₂和H₂O₂是高中阶段最常见的两种氧化剂，经查阅资料Cl₂氧化能力强于H₂O₂，能将H₂O₂氧化。为了验证该结论，学生设计了如下图所示的实验装置进行实验（夹持装置略去）。请回答下列问题。

（1）A中的方程式为                     （用单线桥标电子转移方向与数目）；
（2）试管B中饱和食盐水的作用                  ；
（3）试管C中加入5mL 30% 双氧水，发生反应的化学方程式____________________；
（4）试管D中充满10% NaOH溶液，NaOH溶液的作用是                  ；
（5）将浓盐酸注入圆底烧瓶A，当装置中的空气基本排尽后关闭止水夹，反应一段时间后试管D中的现象为                                             ，试管D中的气体检验方法为____________；
（6）有的同学对上述实验中D试管中的气体来源产生质疑，你认为可能的来源有：             （用方程式回答）。对于质疑可以采用对比实验来解决。

某化学实验小组的同学为探究和比较SO₂和氯水的漂白性，设计了如下的实验装置。

（1）实验室用装置A制备SO₂。从物质类别看，SO₂属于______（填“酸性”、“两性”或“碱性”）氧化物；
（2）实验室用装置E制备Cl₂，写出该反应的离子方程式：_________________________。反应中的液体反应物在反应中所表现出的性质为：____     ___；
（3）反应开始一段时间后，观察到B、D两个试管中的品红溶液均褪色。停止通气后,再给B、D两个试管分别加热，两个试管中的现象分别为B：_____________________，D：_________________。
（4）另一个实验小组的同学认为SO₂和氯水都有漂白性，二者混合后的漂白性肯定会更强，他们将制得的SO₂和Cl₂按1：1同时通入到品红溶液中，结果发现褪色效果并不像想象那样。请你分析该现象的原因（用化学方程式表示）____________________________。
（5）有人预测SO₂能使酸性高锰酸钾溶液褪色，你认为该预测是否合理？      （填“合理”或“不合理”），理由是                                           。

在常温下，Fe与水并不起反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”。请回答该实验中的问题。

（1）写出该反应的化学方程式                            ，其中氧化剂是                ，还原剂是                  。8．4g铁粉参加反应，转移电子              mol。
（2）玻璃管中石棉绒的作用是                       ，实验开始时应先点燃               ，实验结束时应先熄灭              。
（3）圆底烧瓶中盛装的水，该装置受热后的主要作用是                 ；烧瓶里应事先放置      ，其作用是                               。
（4）该同学欲确定反应后硬质试管中固体物质的成分，设计了如下实验方案：
①待硬质试管冷却后，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是             ，若溶液未变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是                       。
（5）该同学按上述实验方案进行了实验，结果溶液未变红色，原因是            （用离子方程式表示）。
（6）该同学马上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反应。若按图所示的操作，可观察到生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象，请写出与上述现象相关的反应的化学方程式             ，             。

（7）一段时间后，该同学发现（4）中未变红的溶液变成红色，说明Fe²⁺ 具有      性。由此可知，实验室中含Fe²⁺的盐溶液现用现配制的原因是                 ，并且配制含Fe²⁺的盐溶液时应加入少量     。

利用硫酸厂烧渣（含铁的氧化物和少量FeS及SiO₂）制碱式硫酸铁的流程如下：

（1）SO₂与过量NaOH溶液反应的离子方程式为     。
（2）滤渣的主要成分为     （填化学式）。
（3）反应1中加双氧水的目的是     。
（4）碱式硫酸铁的化学式为Fe_x(OH)_y(SO₄)_z·nH₂O，为确定其组成进行如下实验：
①称取1.6920 g 样品溶于足量的稀盐酸中；
②加足量的BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥、称重，得固体质量为2.3300 g；
③向步骤②的滤液中加过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、灼烧、称重，得固体质量为0.6400 g。
根据以上实验数据计算碱式硫酸铁样品中的n(OH^－): n(SO₄^2－)（写出计算过程）

(10分)镁铝合金在交通、航空、电子等行业有着广泛的应用。某化学兴趣小组试对镁铝合金废料进行回收利用，实验中可将铝转化为硫酸铝晶体，并对硫酸铝晶体进行热重分析。镁铝合金废料转化为硫酸铝晶体实验流程如下：
试回答下列问题：
（1）在镁铝合金中加入NaOH溶液，写出反应的化学反应方程式   ，固体B的化学式       。
（2）操作Ⅱ包含的实验步骤有：蒸发浓缩、           、           、洗涤、干燥。
（3）操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤，选用无水乙醇的原因是           。
（4）若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00 g，得到固体A的质量为4.95 g，硫酸铝晶体的质量为49.95 g（假设每一步的转化率均为100%，合金废料中不含溶于碱的杂质）。计算得硫酸铝晶体的化学式为           。
（5）取上述硫酸铝晶体进行热重分析，其热分解主要分为三个阶段：323K-523K，553K-687K，1043K以上不再失重，其热分解的TG曲线见下图,
已知：。
根据图示数据计算确定每步分解的产物，写出第一阶段分解产物的化学式      ，第三阶段反应化学方程式           。

实验室需要配制0.1 mol/L NaOH溶液450 mL，回答下列问题：
（1）如图所示的仪器中配制溶液肯定不需要的是         （填序号），配制上述溶液还需用到的玻璃仪器是           （填仪器名称）

（2）下列操作中，容量瓶所具备的功能有     （填序号）。
A．贮存溶液            
B．配制一定体积准确浓度的标准溶液
C．测量容量瓶规格以下的任意体积的液体 
D．用来加热溶解固体溶质
（3）根据计算用托盘天平称取NaOH的质量为         g；
（4）取用任意体积的所配0.1 mol/L NaOH溶液时，下列物理量中不随所取体积的多少而变化的是（填字母）          ；
A．溶液中NaOH的物质的量          B．溶液的浓度
C．溶液中Na⁺的数目                D．溶液的密度
（5）将所配制的NaOH溶液进行测定，发现浓度大于0.1 mol／L。请你分析下列哪些操作会引起所配浓度偏大（填写字母）           。
A．烧杯未进行洗涤
B．配制前，容量瓶中有少量蒸馏水
C．NaOH在烧杯中溶解后，未冷却就立即转移到容量瓶中，并进行定容；
D．往容量瓶转移时，有少量液体溅出
E．在容量瓶中定容时俯视容量瓶刻度线
F．定容后塞上瓶塞反复摇匀，静置后，液面不到刻度线，再加水至刻度线。

海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源，下图为海水利用的过程之一。请回答下列问题。

（1）下列有关说法正确的是________（填字母序号）。
a．在第③、④、⑤步骤中，溴元素均被氧化
b．用澄清的石灰水可鉴别NaHCO₃溶液和Na₂CO₃溶液
c．可以用海滩上的贝壳制取的Ca(OH)₂使母液中的Mg^2＋沉淀下来
d．步骤 ① 除去Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2－加入试剂的先后顺序为NaOH、Na₂CO₃、BaCl₂
（2）工业上以NaCl、NH₃、CO₂等为原料先制得NaHCO₃，反应的化学方程式为：
NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂ONaHCO₃↓+ NH₄Cl，进而生产纯碱。
某活动小组根据上述原理，制备碳酸氢钠。实验装置如下图所示（夹持、固定用的仪器未画出）。

乙装置中的试剂是        ；实验中分离出NaHCO₃晶体的操作是________（填分离操作名称），该操作所需要的玻璃仪器有______________________。
（3）工业上利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品：NaOH溶液和Cl₂，又称为“氯碱工业”。将电解生成的Cl₂通入NaOH溶液中可得到一种消毒液，写出该反应的离子方程式                   。
该活动小组中甲、乙两位同学利用制得的Cl₂按下图装置继续进行实验：

通气一段时间后，甲同学实验过程中品红溶液几乎不褪色，而乙同学的实验现象是品红溶液随时间的推移变得越来越浅。试根据该实验装置和两名同学的实验结果回答问题。
①试分析甲同学实验过程中，品红溶液不褪色的原因是：                                 ，
其有关反应的离子方程式为                                      。
②你认为乙同学是怎样做到让品红溶液变得越来越浅的？                 。

某探究性学习小组拟用小颗粒状铝硅合金与足量稀硫酸的反应，测定通常状况（约20℃，1 atm）下气体摩尔体积的方法。拟选用下列实验装置完成试验：

（1）该组同学必须选用的装置的连接顺序是（用管口字母，可不填满）：
A接（  ）（  ）接（  ）（  ）接（  ）
（2）实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，开始稀硫酸能滴入锥形瓶中，一会儿后稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶。请你帮助分析原因__________________。
（3）实验结束时，该组同学应怎样测量实验中生成氢气的体积？_______________。
（4）实验中准确测得4个数据：实验前铝硅合金的质量m₁ g，实验后残留固体的质量m₂ g，实验后量筒中液面读数为VmL。则通常状况下气体摩尔体积V_m＝_________。若合金中含铜，测得的V_m将________（偏大/偏小/无影响）。

过渡金属的单质及化合物很多有催化性能，氯化铜、氯化亚铜经常用作有机合成催化剂。实验室中用氯气与粗铜（杂质只有Fe）反应，制备铜的氯化物的流程如下。

查阅资料：
氯化亚铜：白色微溶于水，在干燥空气中稳定，受潮则易变蓝到棕色，在热水中迅速水解生成氧化铜水合物而呈红色。
氯化铜：从水溶液中结晶时，在26～42℃得到二水物，在15℃以下得到四水物，在15～25.7℃得到三水物，在42℃以上得到一水物，在100℃得到无水物。
（1）现用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应（铁架台、铁夹省略）。

①按气流方向连接各仪器接口顺序是：a→   、   →  h 、i →   、   →   。
②本套装置有两个仪器需要加热，加热的顺序为先   后   ，这样做的目的是   。
（2）分析流程：
①固体甲需要加稀盐酸溶解，其理由是   ；
②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去杂质，X可选用下列试剂中的（填序号）   。
a．NaOH         b． NH₃·H₂O       c．CuO      d．CuSO₄
③完成溶液乙到纯净CuCl₂·2H₂O晶体的系列操作步骤为：加少量盐酸、蒸发浓缩、   、   、洗涤、干燥。
（3）向溶液乙中加入适当的还原剂（如SO₂、N₂H₄、SnCl₂等），并微热得到CuCl沉淀，写出向乙溶液加入N₂H₄（氧化产物为无毒气体）的离子方程式：   。此反应只能微热的原因是   。
（4）若开始取100g 含铜96%的粗铜与足量Cl₂反应，经上述流程只制备CuCl₂·2H₂O，最终得到干燥产品277g，求制备CuCl₂·2H₂O的产率   ；（精确到1%）分析出现此情况的主要原因      。

TiO₂既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
（1）实验室利用反应TiO₂(s)+2CCl₄(g)==TiCl₄(g)+CO₂(g)，在无水无氧条件下，制取TiCl₄实验装置示意图如下

有关性质如下表

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

仪器A的名称是        ，装置E中的试剂是             。反应开始前依次进行如下操作：组装仪器、        、加装药品、通入氮气；反应结束后的操作包括：①停止通氮气②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为         (填序号)。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是                。
（2）工业上由钛铁矿(FeTiO₃)(含Fe₂O₃、SiO₂等杂质)制备TiO₂的有关反应包括：
酸溶FeTiO₃(s)+2H₂SO₄(aq)==FeSO₄(aq)+ TiOSO₄(aq)+ 2H₂O(l)
水解TiOSO₄(aq)+ 2H₂O(l)H₂TiO₃(s)+H₂SO₄(aq)
简要工艺流程如下：

①试剂A为        。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品收率降低，原因是       。
②取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H₂O₂后出现微红色，说明H₂TiO₃中存在的杂质离子是       。这种H₂TiO₃即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO₂也会发黄，发黄的杂质是         (填化学式)。