知识讲解 定性实验设计与评价（提高）

1 定性实验设计与评价(提高) 【高考展望】 一、考纲要求 １．能根据实验试题要求，做到： (1).设计、评价或改进实验方案； (2).采取适当方法控制实验条件； (3).描述实验现象和收集有关数据； (4).分析或处理实验数据，得出合理结论； (5).能绘制和识别典型的实验仪器装置图。 2．实验知识和技能的综合应用。 二、高考动向 化学实验设计是高考的重要内容，主要考点有：①定性实验设计；②定量实验设计；③ 制备实验设计；④化学反应原理实验设计。今后的命题方向：选择必要的仪器或装置完成定 性和定量实验，对几种实验方案分析对比从中选取最佳的实验方法，根据要求设计简洁的方 案，操作简单安全，实验现象明显。 本节主要涉及定性实验设计与评价。 【方法点拨】 定性检验实验设计是用来判定实验对象具有哪些性质、某种因素是否存在、某个因素 是否起作用、某些因素之间是否具有某种关系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具 有怎样的内部结构等所进行的实验。它主要解决“有没有”、“是不是”的问题。所有影响正 确判定或干扰判定的因素均被视为干扰因素。定性检验实验设计主要分为以下两种情形：  ①性质探索性实验的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测 物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。  ②性质验证性实验的设计：主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案， 要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。 性质实验方案的基本流程为： 研究物质结构 → 预测可能性质 → 设计实验方案（方法、步骤、仪器、药品、操作要 点、现象及分析、结论等）→ 实施实验 → 结论。 性质实验方案设计的基本思路如下： 【典型例题】 2 类型一、性质验证性实验 【高清课堂：406674 例 4】 例 1．为验证卤素单质氧化性的相对较弱，某小组用下图装置进行实验（夹持仪器已略去， 气密性已检验）。 实验过程： Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞 a，滴加浓盐酸。 Ⅱ．当 B 和 C 中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。 Ⅲ．当 B 中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞 a。 Ⅳ．…… （1）A 中产生黄绿色气体，其电子式是 。 （2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。 （3）B 中溶液发生反应的离子方程式是 。 （4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是 。 （5）过程Ⅲ实验的目的是 。 （6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下 ，得电子 能力逐渐减弱。 【思路点拨】B 中溶液由黄色变为棕红色时，即溴水由稀变浓，这说明过程Ⅱ中当 B 和 C 中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹，此时 B 和 C 中均无氯气。 【答案】（1） （2）淀粉 KI 试纸变蓝 （3）Cl2+2Br- =Br2+2Cl- （4）打开活塞 b，将少量 C 中溶液滴入 D 中，关闭活塞 b，取下 D 振荡。静置后 CCl4 层溶 液变为紫红色。 （5）确认 C 的黄色溶液中无 Cl2，排除 Cl2 对溴置换碘实验的干扰。 （6）原子半径逐渐增大 【解析】 (1).A 中产生的黄绿色气体为氯气。（2）.氯气遇淀粉 KI 试纸时，生成的 I2 遇 淀粉变蓝，可以证明氯气的氧化性强于碘单质。（3）.B 中氯气和溴化钠发生置换反应，离 子方程式为：Cl2+2Br- =Br2+2Cl- 。(4).C 中溴化钠和氯气反应生成氯化钠和溴单质，将 C 中的溶液滴入 D 中，发生反应：Br2+2I- =I2+2 Br - ,此时 D 中溶液分层，下层为碘的四氯化碳 3 溶液，呈紫红色，说明溴的氧化性强于碘。（5）.过程Ⅲ主要为了确认 C 的黄色溶液中无氯 气，排除对溴置换碘的干扰。（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因是同主族元素从 上到下原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱。 【总结升华】本题考查化学实验的设计和分析。要证明溴单质的氧化性强于碘单质，必 须要控制氯气的量，排除氯气的干扰。 举一反三： 【变式 1】（2016 朝阳二模） 下表中“试剂”与“操作及现象”对应关系错误的是 【答案】B 【解析】A．先生成 AgOH，后生成银氨溶液，则硝酸银溶液中滴加氨水，产生沉淀；继续 滴加氨水，沉淀溶解，故 A 正确； B．Al 与 NaOH 溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，则加 NaOH 过量时不能生成白色沉淀，故 B 错误； C．先生成氢氧化铜沉淀，再加乙醛，发生氧化反应生成氧化亚铜，则硫酸铜溶液中加过量 NaOH 溶液，产生蓝色沉淀；再加乙醛，加热，产生红色沉淀，故 C 正确； D．氯水与 NaOH 反应生成盐和水，再加盐酸，酸性条件下 Cl―、ClO―发生氧化还原反应生 成氯气，则氯水中滴加 NaOH 溶液，溶液颜色褪去；再加 HCl，溶液颜色恢复，故 D 正确； 故选 B。 【高清课堂：406674 例 2】 例 2．用图示装置制备 NO 并验证其还原性。有下列主要操作： a．向广口瓶内注入足量热 NaOH 溶液，将盛有铜片的小烧杯放入 瓶中。 b．关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好胶塞。 c．待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向烧杯中滴 入少量稀硝酸。 ①步骤 c 后还缺少的一步主要________________。 ②红磷充分燃烧的产物与 NaOH 溶液反应的离子方程式是 ____________。 ③步骤 c 滴入稀硝酸后烧杯中的现象是_________。反应的离子方程式是___ 。 【思路点拨】点燃红磷是为了耗尽瓶中的氧气，从而使铜和稀硝酸反应生成无色的 NO 气体。 【答案】①打开止水夹，通入少量氧气。②P2O5+6OH-=2PO43-+3H2O。③铜片逐渐溶解， 选项 试剂 操作及现象 A AgNO3 溶液 滴加氨水，产生沉淀；继续滴加氨水，沉淀溶解 B 铝粉 滴加 NaOH 溶液，产生气体；继续滴加，产生白色沉淀 C CuSO4 溶液 加过量 NaOH 溶液，产生蓝色沉淀；再加乙醛，加热，产生红色沉淀 D 氯水 滴加 NaOH 溶液，溶液颜色褪去；再加 HCl，溶液颜色恢复 4 有无色气泡产生，溶液由无色变成蓝色。3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O 【解析】通过实验验证 NO 的还原性，要求书写与 NaOH 溶液反应反应的离子方程式 （比较陌生），描述铜与稀硝酸反应的现象并书写离子方程式，补充实验步骤，只要搞清楚 了实验目的，本步骤并不难。 【总结升华】用 NaOH 溶液吸收红磷充分燃烧的产生白烟（即 P2O5），从而观察到红棕 色的气体，故发生了反应 2NO+O2=2NO2，验证了 NO 的还原性，达到了实验目的。 举一反三： 【变式 1】下列实验操作、现象和结论均正确的是(  ) 选项 实验操作 现象 结论 A 向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸 均冒气 泡 两者均能与盐酸反应 B 向 AgNO3 溶液中滴加过量氨水 溶液澄 清 Ag+ 与 NH3 ·H2O 能大量共 存 C 将可调高度的铜丝伸入到稀 HNO3 中 溶液变 蓝 Cu 与稀 HNO3 发生置换反 应 D 将 KI 和 FeCl3 溶液在试管中混合后,加入 CCl4, 振荡,静置 下层溶 液 显紫红 色 氧化性:Fe3+>I2 【答案】AD  【解析】A 项,Na2CO3 和 NaHCO3 都能和盐酸反应生成 CO2 气体, A 正确；B 项,向 AgNO3 溶 液 中 滴 加 氨 水 , 发 生 反 应 :Ag++NH3 · H2O AgOH ↓ +NH4+,AgOH+2NH3 · H2O [Ag(NH3)2]++OH-+2H2O, 所以溶液先变浑浊, 后变澄清,B 错误；C 项,3Cu+8HNO 3( 稀) 3Cu(NO3)2+2NO ↑ +4H2O, 不 属 于 置 换 反 应 ,C 错 误；D 项 ,FeCl3 能 氧 化 KI:2Fe3++2I- 2Fe2++I2,说明氧化性:Fe3+>I2,D 正确。 【变式 2】学习小组设计了如下图实验（部分装置），将氯气依次通过下列装置以验证氯气 的性质： （1）通入氯气后，A 中的现象是 。 C 装置中发生反应的离子方程式为: 。 （2）通入氯气一段时间后，洗气瓶 B 溶液中有一部分 SO32－氧化成 SO42－。设计试验方案， 检验洗气瓶 B 溶液 中 Cl－和 SO42－的存在。在答题卡上补充填写出实验步骤、预期现象和结 论。(可填满也可不填满) 5 限选试剂及仪器：2 mol/LHCl、2 mol/LHNO3、1 mol/LBaCl2 溶液、l mol/LBa(NO3)2 溶 液、0.1 mol/LAgNO3 溶液、澄清石灰水、试管、胶头滴管。 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1：取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 A 中，滴加 。 若产生的白色沉淀，则洗气 瓶 B 溶液中存在 SO42－。 步骤 2：另取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 B 中，滴加 。 产生白色沉淀。 步骤 3：取步骤 2 后试管 B 中的上层清液于试管 C 中， 滴加 。 (3)为准确测定通入氯气一段时间后剩余 FeCl2 的物质的量。实验如下： ① 配制 250 mL 溶液：取洗气瓶 C 中全部溶液准确配制 250 mL 溶液。 ② 滴 定 ： 准 确 量 取 25.00ml 所 配 溶 液 于 锥 形 瓶 中 ， 将 0.1980mol/LKMnO4 溶 液 装 入 ，滴定至终点，记录数据。重复滴定 2 次。平均消耗 KMnO4 溶液 V mL。(反应式： Fe2+ + MnO4－ + H+ — Fe3+ + Mn2+ + H2O，未配平) ③ 计算 250 mL 溶液中 FeCl2 的物质的量= mol（只列出算式，不做运算）。 【答案】（1）溶液变蓝色， 2Fe2++Cl2== 2Fe3++2Cl－ （2） 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1：取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 A 中，滴加过量 2 mol/LHCl 和 1 mol/LBaCl2 溶液， 振荡 。 若产生的白色沉淀，则洗气 瓶 B 溶液中存在 SO42－。 步骤 2 ：另取适量洗气瓶 B 中溶液于试管 B 中，滴加入过量 l mol/LBa(NO3)2 溶液，振荡，静置。 产生白色沉淀。 步骤 3：取步骤 2 后试管 B 中的上层清液于试管 C 中，滴加 0.1mol/LAgNO3 溶液和过量的 2 mol/LHNO3， 振荡 。 若产生白色沉淀，则洗气瓶 B 溶液中存在 Cl－。 （若在步骤 2 中：先加足量 2 mol/L HNO3，再滴加入过量 l mol/LBa(NO3)2 溶液，）振荡，静 置。则在步骤 3 中就不需要再加入过量的 2 mol/L HNO3。） （3）②酸式滴定管 ③ ×0.1980×V×10-3×5 或 10×0.1980×V×10-3×5 类型二、性质探索性实验 例 3．某化学兴趣小组为探究 SO2 的性质，按下图所示装置进行实验。 250 25.00 6 请到答下列问题： （1）装置 A 中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ； （2）实验过程中，装置 B、C 中发生的现象分别是 、 ，这些现象分别说明 SO2 具有的性质是 和 ；装置 B 中发生反应的离子方程式为 ； （3）装置 D 的目的是探究 SO2 与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象 ； （4）尾气可采用 溶液吸收。 【思路点拨】装置 A 是实验室制取 SO2 的发生装置，其中发生反 应的化学方程式为： Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2+H2O↑ 【答案】(1)蒸馏烧瓶 (2)溶液由紫红色变为无色，无色溶液出现黄色浑浊 还原性和氧化性 5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42-+5Mn2++4H+ (3)品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色 (4)NaOH 【解析】(1) A 中盛放亚硫酸钠的仪器名称是蒸馏烧瓶。 (2)A 中反应生成的 SO2 在 B 中会使 KMnO4 溶液由紫红色变为无色，装置 B 中发生反应的 离子方程式为 5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42+5Mn2++4H+，这说明 SO2 具有还原性；装置 C 中生成硫单质，现象为无色溶液出现黄色浑浊，说明 SO2 又具有氧化性。 (3)SO2 还具有漂白性，可使品红溶液褪色，但 SO2 的漂白是不稳定的，物质受热会恢复原来 的颜色，表现为可逆性。装置 D 的目的是探究 SO2 与品红作用的可逆性，请写出实验操作 及现象：品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色。 (4)尾气为 SO2 酸性气体，可用 NaOH 溶液吸收。 【总结升华】该题为综合实验题，主要考查的是 SO2 的性质及其实验操作，是一个常 规的实验题，源于课本，主要考查了学生的分析能力、观察能力及文字表述能力等。该题既 具有基础知识的考查，又具有能力提升的考查。 举一反三： 【变式 1】SO2 是造成空气污染及酸雨的有害气体，研究 SO2 的性质可使其变废为宝。 (1)某小组设计了如下所示的实验装置（图中夹持和加热装置略去）。 7 ①若关闭 K，通入 SO2，装置 A 中发生的现象是 ；当装置 B 中溶液颜色逐 渐褪去时，其内发生反应的离子方程式为 ，此时装置 C、D、 E、F、G 中均没有明显反应现象发生。 ②若对装置 E 加热并通入 SO2，同时打开 K 通入 O2，装置 F 中产生白色浑浊，证明装 置 E 中发生的反应（化学方程式表示）： ；装置 G 的作用是 。 ③反应结束后，若向试管 C 溶液中，加入足量下列溶液也可产生白色沉淀的是 。 A．氨水 B．稀盐酸 C．硝酸钾溶液 (2)根据原电池原理，设计了右图所示装置， 电极为含某催化剂、 多孔吸附性的惰性材料，在用 SO2 发电的同时实现了硫酸制备。 通入 SO2 的一极发生的反应： ； 电池发生的总反应： 。 【答案】（1）①红色逐渐褪去；SO2 + I2 + 2H2O = 4H＋+ 2I－+ SO42－。 ② 2SO2 + O2 2SO3；吸收尾气中的 SO2，防止污染空气。 ③ A C （2） SO2 – 2e－+ 2H2O = 4H＋+ SO42－； 2SO2 + O2 + 2H2O = 2H2SO4 。 例 4．甲、乙两同学为探究 SO2 与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色 BaSO3沉淀，用下图 所示装置进行实验（夹持装置和 A 中加热装置已略，气密性已检验） 实验操作和现象： 催化剂 加热 8 操作 现象 关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热 A 中有白雾生成，铜片表面产生气泡 B 中有气泡冒出，产生大量白色沉淀 C 中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐 消失 打开弹簧夹，通入 N2，停止加热，一段时 间后关闭 ___________________ 从 B、C 中分别取少量白色沉淀，加稀盐 酸 均未发现白色沉淀溶解 (1)A 中反应的化学方程式是_________________。 (2)C 中白色沉淀是__________________，该沉淀的生成表明 SO2 具有___________性。 (3)C 中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_____________________。 (4)分析 B 中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾 参与反应。 ①为证实各自的观点，在原实验基础上： 甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是_____________； 乙在 A、B 间增加洗气瓶 D，D 中盛放的试剂是_____________。 ②进行实验，B 中现象： 甲 大量白色沉淀 乙 少量白色沉淀 检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因： __________。 (5)合并（4）中两同学的方案进行试验。B 中无沉淀生成，而 C 中产生白色沉淀，由 此得出的结论是_______________。 【思路点拨】由于铜和浓硫酸反应放热，因此 A 中产生的白雾中含有硫酸。 【答案】（1）2H2SO4(浓)＋Cu CuSO4＋2H2O＋2SO2↑； （2）BaSO4 还原 （3）2NO+O2=2NO2； （4）①通 N2 一段时间，排除装置的空气 饱和的 NaHSO3 溶液 ②甲：SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓；乙：2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H ＋；白雾的量要远多于装置中氧气的量 （5）SO2 与可溶性钡的强酸盐不能反应生成 BaSO3沉淀 【解析】（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热时可以氧化单质铜，生成硫酸铜、二氧化硫 △ 9 和水，方程式为 2H2SO4(浓)＋Cu CuSO4＋2H2O＋2SO2↑； （2）SO2 溶于水显酸性，而在酸性条件下 NO3－具有氧化性可将 SO2 氧化成硫酸，从而 生成既不溶于水也不溶于酸的硫酸钡沉淀，这说明 SO2 具有还原性；而 NO3－被还原成 NO 气体，由于试剂瓶中的空气将 NO 氧化成 NO2 ，因此会出现浅棕色气体，方程式为 2NO+O2=2NO2； （3）见解析（2） （4）①要排除空气参与反应，可在反应之前先通入氮气一段时间，将装置中的空气排 出；由于铜和浓硫酸反应放热，因此产生的白雾中含有硫酸，为防止硫酸干扰后面的反应， 需要饱和的 NaHSO3 溶液除去二氧化硫中混有的硫酸杂质；②甲仅仅是排除了空气，但并没 有除去二氧化硫中混有的硫酸，因此会产生大量沉淀，方程式为 SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓； 而乙虽然排除了二氧化硫中混有的硫酸，但没有排尽空气，由于在溶液中空气可氧化二氧化 硫生成硫酸，所以也会生成硫酸钡沉淀，方程式为 2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H ＋。但由于白雾的量要远多于装置中氧气的量，所以产生的沉淀少。 （5）通过以上分析不难得出 SO2 与可溶性钡的强酸盐不能反应生成白色 BaSO3沉淀。 【总结升华】本题主要考查了 SO2 的制取、性质及 BaSO3、BaSO4 的性质知识等，同时 考查了学生的实验设计、分析、检验、推断等基本技能，充分考查了学生的思维分析能力等。 举一反三： 【变式 1】某研究小组探究 SO2 和 Fe(NO3)3 溶液的反应。 已知： 1.0 mol/L 的 Fe(NO3)3 溶液的 pH=1 请回答： （1）装置 A 中反应的化 学方程式是 。 （2）为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应进行的操作是 。 （3）装置 B 中产生了白色沉淀，其成分是 ，说明 SO2 具有 性。 （4）分析 B 中产生白色沉淀的原因： 观点 1： ； 观点 2：SO2 与 Fe3+反应； 观点 3：在酸性条件下 SO2 与 NO3－反应； ①按观点 2，装置 B 中反应的离子方程式是 ，证明该观点应进一步确认生 △ 10 成的新物质，其实验操作及现象是 。 ②按观点 3，只需将装置 B 中的 Fe(NO3)3 溶液替换为等体积的下列溶液，在相同条 件下进行实验。应选择的试剂是（填序号） 。 a．0.1 mol/L 稀硝酸 b．1.5 mol/L Fe(NO3)2 溶液 c．6.0 mol/L NaNO3 和 0.2 mol/L 盐酸等体积混合的溶液 【答案】（1）Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+SO2↑+H2O （2）打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的 N2，关闭弹簧夹 （3）BaSO4 还原性 （4）观点 1：SO2 和 Fe3+、酸性条件下 NO3－都反应 ①SO2+2Fe3++Ba2++2H2O=BaSO4↓+2Fe2++4H+ （可分两步写） 取少量 B 中溶液于试管中，加入少量铁氰化钾[K3Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀，则溶液中有 Fe2+，观点 2 合理 ②c 【高清课堂：406674 例 1】 例 5．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略 去）。实验表明浓硝酸能将 NO 氧化成 NO2，而稀硝酸不能氧化 NO。由此得出的结论是浓 硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品：浓硝酸、3 mol/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳 已知：氢氧化钠溶液不与 NO 反应，能与 NO2 反应 2NO2 + 2 NaOH = NaNO3 + NaNO2 +H2O （ 1 ） 实 验 应 避 免 有 害 气 体 排 放 到 空 气 中 。 装 置 ③ 、 ④ 、 ⑥ 中 盛 放 的 药 品 依 次 是 _____________________________________________________。 （ 2 ） 滴 加 浓 硝 酸 之 前 的 操 作 是 检 验 装 置 的 气 密 性 ， 加 入 药 品 ， 打 开 弹 簧 夹 后 _______________________________________________。 （3）装置①中发生反应的化学方程式是___________________________。 （ 4 ） 装 置 ② 的 作 用 是 __________________________ ， 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 是 ___________________________________。 （5）该小组得出的结论所依据的实验现象是________________________。 11 （6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中 硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计 了以下 4 个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是（选填序号字母） __________。 a．加热该绿色溶液，观察颜色变化 b．加水稀释绿色溶液，观察颜色变化 c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化 d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化 （1）3 mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液 （2）通入 CO2 一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内 （3）Cu + 4 HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2 NO2↑+ 2 H2O （4）将 NO2 转化为 NO 3 NO2 + H2O == 2 HNO3 + NO （5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色 （6）acd 【思路点拨】要证明浓硝酸能将 NO 氧化成 NO2，而稀硝酸不能氧化 NO，需在装置② 中应该盛放水，将 NO2 转化为 NO；在装置③中应该盛放稀硝酸，装置④中应该盛放浓硝酸。 【答案】（1）3mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液 （2）通入 CO2 一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内 （3）Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O （4）将 NO2 转化为 NO 3NO2 + H2O =2HNO3 + NO （5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色 （6）a c d 【解析】（1）根据装置特点和实验目的，装置⑤是收集 NO，装置⑥中盛放 NaOH 溶 液吸收 NO2，因为要验证稀 HNO3 不能氧化 NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸。 （2）由于装置中残存的空气能氧化 NO 而对实验产生干扰，所以滴加浓 HNO3 之前需要通 入一段时间 CO2 赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止 反应产生的 NO 气体逸出。 （3）Cu 与浓 HNO 3 反应生成 C u ( N O 3 ) 2 、NO2、H2O：Cu + 4HNO3(浓)＝C u ( N O 3 ) 2 + 2NO2↑ +2 H2O。 （4）装置②中盛放 H2O，使 NO2 与 H2O 反应生成 NO：3NO2 + H2O＝2HNO3 + NO。 （5）NO 通过稀 HNO3 溶液后，若无红棕色 NO2 产生，说明稀 HNO3 不能氧化 NO，所以盛 放稀 HNO3 装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。装置④中盛放的是浓 HNO3，若浓 HNO3 能氧化 NO 则装置④液面的上方会产生红棕色气体。 （6）要证明是 C u ( N O 3 ) 2 浓度过低或是溶解了 NO2 导致装置①中溶液呈绿色，一是可设 计将溶解的 NO2 赶走（a、c 方案）再观察颜色变化。二是增加溶液中 C u ( N O 3 ) 2 溶液的浓 12 度（d 方案）观察反应后的颜色变化。 【总结升华】本题主要考查 HNO3 的性质、化学基本实验设计和评价能力。 【巩固练习】 1.某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪 器已略去，气密性已检验）。 实验操作步骤： Ⅰ. 打开弹簧夹 1，关闭弹簧夹 2，并打开活塞 a，滴加盐酸。 Ⅱ. A 中看到白色沉淀时，…，关闭活塞 a。 请回答： （1）B 中反应的离子方程式是________。 （2）通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是________（填字母）。 A．挥发性 B. 还原性 C. 氧化性 D. 酸性 （3）C 装置的作用是________，X 是________（写化学式）。 （4）为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是________， D 中反应的化学方程式是________。 （5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________（从原子结构角度加以解释）。 2.某校化学实验兴趣小组为了要探究实验室制备 Cl2 的过程中会有水蒸气和 HCl 挥发出来， 同时要证明氯气的某些性质，甲同学设计了如下图所示的实验装置（支撑用的铁架台省略）， 按要求回答问题。 13 （1）若用含有 0.2 mol HCl 的浓盐酸与足量的 MnO2 反应制 Cl2 ，制得的 Cl2 在标准状 况下体积总是 1.12 L（填“大于”或“等于”或“小于”）。 （2）①装置 B 中盛放的试剂名称为 ， 作用是 。 ②装置 D 和 E 中出现的不同现象说明了 。 ③装置 F 的作用是 。 ④写出装置 G 中发生主要反应的离子方程式为 。 （3）乙同学认为甲同学的实验有缺陷，不能确保最终通入 AgNO3 溶液中的气体只有 一种。为了确保实验结论的可靠性，证明最终通入 AgNO3 溶液的气体只有一种，乙同学提 出在某两个装置之间再加一个装置。你认为该装置应加在 与 之间（填装置 字母序号），装置中应放入 （填写试剂或用品名称）。 3．（2015 安徽高考）某研究小组将纯净的 SO2 气体通入 0.1mol·L-1 的 Ba（NO3）2 溶液中， 得到了 BaSO4 沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的 SO2，该小组突出了如下 假设: 假设一：溶液中的 NO3- 假设二：溶液中溶解的 O2 （1）验证假设 该小组涉及实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象 实验步骤 实验现象 结论 实验 1：在盛有不含 O2 的 25ml0.1mol/LBaCl2 溶液的 烧杯中，缓慢通入纯净的 SO2 气体 实验 2：在盛有不含 O2 的 25ml0.1mol/LBa(NO3)2 溶液 的烧杯中，缓慢通入纯净的 SO2 气体 假设一成立 （2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的 pH 随通入 SO2 体积的变化 曲线入下图 实验 1 中溶液 pH 变小的原因是____;V1 时，实验 2 中 溶液 pH 小于实验 1 的原因是（用离子方程式表示） _________。 （3）验证假设二 请设计实验验证假设二，写出实验步骤，预期现象和结论。 实验 1 实验 2 V(SO2) b V1 O pH 14 实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程） （3）若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别通入足量的 O2 和 KNO3，氧化相同的 H2SO3 溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反应后两溶液的 pH 前者_______(填大于或小于) 后者，理由是___________ 4．某研究小组用下图装置进行 SO2 与 FeCl3 溶液反应的相关实验（夹持装置已略去）。 （1）在配制氯化铁溶液时，需先把氯化铁晶体溶解在 中，再加水稀释，这样操作 的目的是 ，操作中不需要的仪器有 （填字 母）。 a ．药匙 b．烧杯   c．石棉网 d．玻璃棒 e．坩埚 （2）通入足量 SO2 时 C 中观察到的现象为 ， （3）根据以上现象，该小组同学认为 SO2 与 FeCl3 溶液发生氧化还原反应。 ①写出 SO2 与 FeCl3 溶液反应的离子方程式 ； ②请设计实验方案检验有 Fe2+生成 ； ③该小组同学向 C 试管反应后的溶液中加入硝酸酸化的 BaCl2 溶液，若出现白色沉淀， 即可证明反应生成了 SO42—。该做法 （填“合理”或“不合理”），理由是 。 （4）D 装置中倒置漏斗的作用是 。 （5） 为了验证 SO2 具有还原性，实验中可以代替 FeCl3 的试剂有 （填入正确选项前 的字母） 。 a.浓 H2SO4 b.酸性 KMnO4 溶液   c.碘水 d.NaCl 溶液 5．(2016 年丰台区高三二模)某小组同学在实验室研究 Al 与 CuCl2 溶液的反应。 实验操作 实验现象 15 ⅰ. 红色物质附着于铝片表面 ⅱ. 大量无色气体从红色物质表面逸出，放出大 量的热 ⅲ. 烧杯底部出现白色沉淀 （1）现象ⅰ中的红色物质是 。 （2）经检验现象ⅱ中的无色气体为氢气。 ①甲认为 Al 与 H+反应产生了氢气，用离子方程式表示溶液中存在大量 H+的原 因 。 ②氢气从红色物质表面逸出的原因是 。 （3）探究白色沉淀的化学成分。 查阅资料：Cu+可与浓氨水反应生成 Cu(NH3)2＋（无色），该无色物质在空气中易 被氧化变为蓝色。 乙认为白色沉淀可能是 CuCl，并通过实验证明其猜测正确，实验步骤如下： a. 取白色沉淀，充分洗涤； b. 向其中加入浓氨水，沉淀溶解得到无色溶液，将无色溶液分为两份； c. 取其中一份无色溶液…… d. 将另一份无色溶液放置于空气中，一段时间后，溶液变为蓝色。 ①步骤 c 的实验方案是 。 ②用化学平衡移动原理解释 CuCl 溶于浓氨水的原因 。 （4）探究 CuCl 产生的原因。 ①丙猜测可能是 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl，因为 Cu 具有 性。 ②取 Cu 粉与 1mol/L CuCl2 溶液混合，无白色沉淀产生，丙再次分析 Al 与 CuCl2 溶液反应的实验现象，改进实验方案，证明了 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl，改进之处是 。 6．某小组同学欲研究 SO2 的性质。 （1）将相关的含硫物质分为如下表所示 3 组，第 2 组中物质 X 的化学式是 。 第 1 组 第 2 组 第 3 组 S（单质） SO2、X、Na2SO3、NaHSO3 SO3、H2SO4、Na2SO4、NaHSO4 （2）利用下图所示的装置研究 SO2 的性质： （熔点：SO2 －76.1℃，SO3 16.8℃；沸点：SO2 －10℃，SO3 45℃） ①装置 I 模拟工业生产中 SO2 催化氧化的反应，其化学方程式是 。 1mol/L CuCl2 溶液 打磨过的铝片 16 ②甲同学按 I、II、III、IV 的顺序连接装置，装置 II 的作用是 ； 装置 III 中溶液逐渐褪色，生成 Mn2+，则该反应的离子方程式是 。 ③乙同学按 I、II、IV 的顺序连接装置，若装置 IV 中有 40 mL 2.5 mol•L－1 NaOH 溶液，反 应后增重 4.8 g，则装置 IV 中发生总反应的化学方程式是 。 7.某化学课 外活动小组设计实验探究氮的化合物的性质，装置如下图所示(A 装置未画出)， 其中 A 为气体发生装置。A 中所用试剂，从下列固体物质中选取：①NH4HCO3、②NH4Cl、③ Ca(OH)2、④NaOH。 检查装置气密性后，先将 C 处铂丝网加热至红热，再将 A 处产生的气体通过 B 装置片刻后， 撤去 C 处酒精灯，铂丝继续保持红热，F 处铜片逐渐溶解。 (1)实验室制取 A 中气体时若只用一种试剂，该试剂是_________________(填代表备选试剂 的序号)；此时 A 中主要的玻璃仪器有__________________________________(填名称)。 (2)下面关于 A 中所用试剂的说法正确的是___________________。 A.施用该物质会大大提高粮食产量而对环境无影响 B.向该物质的溶液中加入足量氢氧化钡溶液发生反应的离子方程式为：NH 4+ + OH– = NH3•H2O C.可通过加热方法区别该试剂和(NH4)2SO4 D.工业上用 NH3 等合成该物质的过程可称为氮的固定 (3)装置 C 中发生催化氧化反应的化学方程式为____________________________________， 装置 E 发生反应的化学方程式为_________________________________________________。 (4)假设 A、B 中的药品充足，则装置 F 中可以观察到的现象有________________________ ___________________________________________________________________ __。 (5)指导老师从安全与环保角度考虑，指出该装置有两处明显的缺陷，请你提出修改建议： _______________________________________________________________________________ ______ ____________________________________________________________。 8．（2015 全国高考 1）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其 K 1＝5.4×102，K2＝ 5.4×105。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： 17 （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的产物中含有 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______。 9.（2016 全国高考卷 2）某班同学用如下实验探究 Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题： （1）分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成 0.1mol/L 的溶液．在 FeCl2 液中需加 入少量铁属，其目的是________。 （2）甲组同学取 2mlFeCl2 溶液．加入几滴氯水，再加入 1 滴 KSCN 溶液，溶液变红，说明 Cl2 可将 Fe2+氧化。FeCl2 溶液与氯水反应的离子方程式为_______。 （3）乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在 2mLFeCl2 溶液中先加入 0.5ml 煤油， 再于液面下依次加入几滴氯水和 l 滴 KSCN 溶液，溶液变红，煤油的作用是______。 （4）丙组同学取 10 mL 0.1mol/L KI 溶液，加入 6mL 0.1mol/L FeCl3 溶液混合。分别取 2mL 此溶液于 3 支试管中进行如下实验： 18 ① 第一支试管中加入 1mL CCl4 充分振荡、静置，CCl4 层呈紫色； ② 第二只试管中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6] 溶液，生成蓝色沉淀： ③ 第三支试管中加入 1 滴 KSCN 溶液，溶液变红。 实验②检验的离子是_____（填离子符号）；实验①和③说明：在 I-过量的情况下，溶 液中仍含有______（填离子符号），由此可以证明该氧化还原反应为______。 （5）丁组同学向盛有 H2O2 溶液的试管中加入几滴酸化的 FeCl3 溶液，溶液变成棕黄色，发 生反应的离子方程式为________；一段时间后．溶液中有气泡出现，并放热．随后有 红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是______；生成沉淀的原因是______（用平衡移动 原理解释）。 【答案与解析】 1.（1） CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2↑+ H2O （2） A D （3）除 HCl 气体 、 NaHCO3 （4）关闭弹簧夹 1，打开弹簧夹 2，当 D 中出现白色胶状沉淀后 Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3（胶体）+ Na2CO3 （5）碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性 减弱。 2.（1）小于 （2）① 无水硫酸铜 证明有水蒸气产生 ②氯气无漂白性，次氯酸有漂白性 ③吸收氯气 ④Ag－ + Cl－ = AgCl↓ （3） F G 湿润的淀粉 KI 试纸（或湿润的有色布条） 3.（1）无现象、有白色沉淀生成 （2）SO2 溶于水后生成 H2SO3，亚硫酸显酸性，故 pH 值减小；SO2 +H2O H2SO3 ； 3Ba2++ 3SO2＋2NO3－＋2H2O=3 Ba SO4↓＋2NO↑＋4H＋； （3） 实验步骤 实验现象 结论 实验 1：在盛有不含 O 2 的 25ml0.1mol/LBaCl2 溶 液的烧杯中，缓慢通入纯净的 SO2 气体 无现象 实验 2：在盛有富含 O 2 的 25ml0.1mol/LBaCl2 溶 液的烧杯中，缓慢通入纯净的 SO2 气体 有白色沉淀生成 假设二成立 （4）小于，根据：2 H2SO3＋O2=4H＋＋2SO42－ 3 H2SO3＋2NO3－=3SO42－＋2NO↑＋4H＋＋H2O； 19 等物质的量的 H2SO3 分别被 O2 和 KNO3 氧化时产生氢离子的物质的量为 3：2。 【解析】本题基于氧化还原原理考查实验方案设计。 （1）二氧化硫不与氯化钡反应，所以无现象。硝酸根离子氧化二氧化硫，生成硫酸根离子， 与钡离子形成沉淀。 （2）二氧化硫溶于水形成亚硫酸，亚硫酸是弱酸溶液呈酸性；硝酸根离子氧化亚硫酸，生 成硫酸，硫酸是强酸，PH 值比实验 1 小。 （3）同样进行不含氧气和通入氧气的对比实验，判断是否氧气参加反应。 （4）等物质的量的 H2SO3 分别被 O2 和 KNO3 氧化时产生氢离子的物质的量为 3：2。 4. （1）浓盐酸、抑制氯化铁水解、c、e （2）溶液由棕黄色变为浅绿色 （3）①2Fe3+ + SO2 +2H2O=SO42-+4H++2Fe2+ ②取 C 中反应后的溶液，向其中滴入 KSCN 溶液,不变红,再加入新制的氯水,溶液变红 （2 分） ③不合理硝酸可以将溶解的 SO2 氧化为 H2SO4，干扰试验 （4）使气体充分吸收；防止溶液倒吸 （5）b、c 5. 【答案】（1）Cu （2）① Cu2++2H2O Cu(OH)2+2H+ ②Cu 和 Al 在酸性条件下形成原电池，Cu 为正极，H+在正极表面得电子生成氢气 （3）①加入足量的稀硝酸，再滴加几滴硝酸银溶液 ②CuCl 在水溶液中存在平衡：CuCl(s) Cu+(aq)+Cl-(aq)，加入浓氨水，浓氨水与 Cu+ 反应生成 Cu(NH3)2+，Cu+浓度减小，平衡正向移动，促进 CuCl 溶解。 （4）还原 加热 【解析】（1）铝的活泼些大于铜，和硫酸铜溶液发生置换反应生成铜，铝表面析出红色的 铜。 （2）①氯化铜是强酸弱碱盐水解溶液显酸性，CuCl2+2H2O Cu(OH)2+2HCl，溶液中存 在大量 H+的原因是因为水解生成的； ②氯置换出铜附着在铝表面在电解质溶液中形成原电池反应，铜做正极，溶液中氢离 子在铜电极发生还原反应生成氢气，电极反应为 2H++2e－=H2↑。 （3）①依据实验步骤可知步骤 d 是验证 Cu+可与浓氨水反应生成 Cu(NH3)2+（无色），该无 色物质在空气中易被氧化变为蓝色，所以步骤 c 是验证白色沉淀可能是 CuCl，检验反应后 的溶液中是否含氯离子，步骤 c 的实验方案是加入足量的稀硝酸，再滴加几滴硝酸银溶液， 观察是否生成白色沉淀判断氯离子的存在； ②氯化亚铜白色沉淀在水溶液中存在沉淀溶解平衡，加入浓氨水会和亚铜离子形成 Cu(NH3)2+（无色），平衡正向进行促进沉淀溶解，用化学平衡移动原理解释 CuCl 溶液于浓 氨水的原因是：CuCl 在水溶液中存在平衡：CuCl(s) Cu+(aq)+Cl-(aq)，加入浓氨水，浓氨 20 水与 Cu+反应生成 Cu(NH3)2+，Cu+浓度减小，平衡正向移动，促进 CuCl 溶解。 （4）①若是 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl，元素化合价分析可知铜化合价 0 价变化为 +1 价，元素化合价升高失电子做还原剂发生氧化反应，铜表现的是还原性； ②铝的氯化铜溶液反应过程中有白色沉淀生成，反应过程放出大量热量，证明了 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成 CuCl，可以加热观察是否生成白色沉淀，若加热出现沉淀说明 Cu 与 CuCl2 溶液反应生成了 CuCl，若不出现沉淀说明 Cu 与 CuCl2 溶液不能反应生成了 CuCl。 6.（1）H2SO3 （2）①2SO2 + O2 2SO3 ②使 SO3 凝结成固体与 SO2 分离 5SO2 + 2H2O + 2MnO4－ 5SO42－ + 2Mn2+ + 4H+ ③3SO2 + 4NaOH Na2SO3 + 2NaHSO3 + H2O 【解析】第二组中 S 元素的化合价均为+4 价，故 X 为 H2SO3。 7. (1) NH4HCO3 试管、酒精灯 (2) C (3) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 (4)水中产生气泡，溶液逐渐变为蓝色，气体在 广口瓶上方变为红棕色 (5)在装置 E、F 之间增加一个防倒吸装置，在装置 F 后面增加一个尾气吸收装置 8．(1)有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊；CO2；冷凝（水蒸气、草酸等），避免草酸进入装置 C 反应生成沉淀，干扰 CO2 的检验。 (2)①F、D、G、H、D、I； CuO（氧化铜）； ②H 中的粉末有黑色变为红色，其后的 D 中的石灰水变浑浊； (3)①向盛有少量 NaHCO3 溶液的试管中滴加草酸溶液，有气泡产生。 ②用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消耗氢氧化钠的物质的量是草酸的两倍。 【解析】本题是以草酸为题材来考查学生的实验基本知识，难度中偏易。首先通读这道题， 合理猜测 H2C2O4·2H2O 的分解产物为 CO2、CO、H2O 三种，然后用氧化还原反应的有关知识 （化合价升降）来验证。 (1)问考常规，澄清石灰水变浑浊，说明有 CO2 产生，考虑到还有 CO，我觉得有必要强调一 下“气泡”；装置 B 的主要作用是冷凝分解产物中的水，同时草酸也可能升华，所以该装置 还有一个作用就是除去草酸蒸气，避免其进入装置 C 中。 (2)问考查物质性质和实验原理的综合应用能力。由装置 A、B 出来的气体含有 CO2、CO，容 易想到用灼热氧化铜来氧化 CO，进而检验其产物 CO2，但要注意到原产物中有 CO2，故要设 计除去 CO2 和验证 CO2 除尽的环 节。最终确认连接顺序 F（除 CO2）、D（验证 CO2 被除尽）、G ∆ 催化剂 21 （干燥）、H（氧化 CO）、D（通过验证 CO2 来证明 CO 的存在）、I（尾气处理）；H 中要装 CuO （氧化铜）。 (3)问考查实验设计能力，利用强酸制取弱酸的原理，向盛有少量 NaHCO3 溶液的试管中滴加 草酸溶液，若有气泡产生，则证明“草酸的酸性比碳酸强”。 证明“草酸是二元酸”这个难一点，考虑到题中给出了 Ka 值，所以还可以设计了一个 NaHC2O4 溶液呈酸性的实验，也可以直接取 NaHC2O4 溶液测其 pH，呈酸性则说明草酸是二元 酸。若用中和滴定当然是更准确的方法了。 9. 【答案】(1)防止 Fe2+被空气中的氧气氧化 （2）2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- （3）隔绝空气，防止空气中的氧气将 Fe2+氧化，产生干扰 （4）Fe2+；Fe3+；2Fe3++2I-=2Fe2++I2 (5)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；反应产生的 Fe3+是 H2O2 分解的催化剂，使 H2O2 分解产生 O2； H2O2 与 Fe2+反应消耗 H+使溶液中 c(H+)降低，水解平衡 Fe3++ 3H2O Fe(OH)3+3H+正向 移动，产生较多 Fe(OH)3，聚集形成沉淀。 【解析】（1）亚铁离子具有还原性，能被空气中的氧气氧化，所以在配制的 FeCl2 溶液中加 入少量铁属的目的是防止 Fe2+被空气氧化。 （2）Cl2 可将 Fe2+氧化成铁离子，Cl2 本身得电子生成氯离子，反应的离子方程式为 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-。 （3）防止空气中的氧气将 Fe2+氧化，产生干扰，所以煤油的作用是隔绝空气。 （4）根据 Fe2+的检验方法，向溶液中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6] 溶液，生成蓝色沉淀，一 定含有亚铁离子；则实验②检验的离子是 Fe2+；碘易溶于 CCl4，在 CCl4 中呈紫色，Fe3+ 遇 KSCN 溶液显血红色，实验①和③说明，在 I-过量的情况下，溶液中仍含有 Fe2+，由 此可以证明该氧化还原反应为 2Fe3++2I-=2Fe2++I2。 （5）H2O2 溶液中加入几滴酸化的 FeCl2 溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程 式为 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，铁离子的溶液呈棕黄色；一段时间后，溶液中有气泡 出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，产生气泡的原因是反应产生的 Fe3+是 H2O2 分 解的催化剂，使 H2O2 分解产生 O2；生成沉淀的原因是 Fe3++ 3H2O Fe(OH)3+3H+，反 应消耗 H+使 c(H+)降低，水解平衡正向移动，产生较多 Fe(OH)3，聚集形成沉淀。