高考化学试题分类解析 专题16 化学实验设计与探究
1.（2012广东，33）苯甲酸广泛应用于制药和化工行业。某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。反应原理:
+2KMnO4
实验方法：一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃ 反应一段时间后停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。
+KOH+2MnO2↓+H2O
已知:苯甲酸分子量122,熔点122.4 ℃,在25 ℃和95 ℃时溶解度分别为0.3 g和6.9 g;纯净固体有机物一般都有固定熔点。
(1)操作Ⅰ为 ,操作Ⅱ为 。
(2)无色液体A是 ,定性检验A的试剂是 ,现象是 。 (3)测定白色固体B的熔点,发现其在115 ℃开始熔化,达到130 ℃时仍有少量不熔。 该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表明推测正确。请完成表中内容。
(4)纯度测定:称取1.220 g产品,配成100 mL甲醇溶液,移取25.00 mL溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40×10-3 mol。产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为 ,计算结果为 (保留二位有效数字)。 【答案】 (1)分液 蒸馏
(2)甲苯 酸性KMnO4溶液 溶液颜色褪去(其他合理答案也给分) (3)①冷却结晶,过滤 ②滴入稀HNO3和AgNO3溶液 ③测定熔点 白色晶体在122.4 ℃左右完全熔化 (4)×100% 96%
【解析】本题考查基本实验技能和对综合实验的理解应用。首先通读流程。反应混合物过滤后的滤液中有未反应的甲苯及产品苯甲酸盐。过滤后将滤液分离为有机相和水相的操作应为
分液。有机相经无水硫酸钠干燥后蒸馏即可回收甲苯。水相经浓盐酸酸化后再用结晶法分离获取苯甲酸。将这一流程理清楚后再开始针对题设问题作答。
2.（2012福建，25）实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2（发生装置如图所示）。 (1)制备实验开始时，先检查装置气密性，接下来的操作依次是＿（填序号）
A.往烧瓶中加人MnO2粉末 B.加热 C.往烧瓶中加人浓盐酸
(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同 学提出下列实验方案：
甲方案：与足量AgNO3溶液反应，称量生成的AgCl质量。 乙方案：采用酸碱中和滴定法测定。
丙方案：与已知量CaCO3（过量）反应，称量剩余的CaCO3质量。 丁方案：与足量Zn 反应，测量生成的H2体积。 继而进行下列判断和实验：
① 判定甲方案不可行，理由是 。
② 进行乙方案实验：准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。
a.量取试样20.00 mL，用0 . 1000 mol·L-1 NaOH标准溶液滴定，消耗 22.00mL，该次滴定测得试样中盐酸浓度为 mol·L-1 b.平行滴定后获得实验结果。
③ 判断丙方案的实验结果 （填“偏大”、“偏小”或“准确”）。 ［已知：Ksp（CaCO3 ) = 2.8×10-9、Ksp（MnCO3 ) = 2.3×10-11 ④ 进行丁方案实验：装置如图所示（夹持器具已略去）。
(i) 使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将 转移到 中。 (ii)反应完毕，每间隔1 分钟读取气体体积，气体体积逐次减小，直至不变。气体体积逐次减小的原因是 （排除仪器和实验操作的影响因素）。
【答案】(1)ACB(按序写出三项)
(2)①残余清液中,n(Cl-)>n(H+)(或其他合理答案) ②0.110 0 ③偏小 ④(i)Zn粒 残余清液(按序写出两项) (ii)装置内气体尚未冷至室温
【解析】本题主要考查化学实验基础知识,意在考查考生实验操作、实验设计能力。(1)注意实验操作的规范性;正确的操作顺序为ACB。(2)①甲方案中加入足量AgNO3溶液,产生AgCl白色沉淀。反应后的残余液中溶质主要为MnCl2和HCl,故不能用来测定残余液中盐酸的浓
度。②由酸碱中和滴定的量关系可得c(HCl)==0.110 0 mol·L-1。
③由MnCO3、CaCO3的Ksp数值可知,加入CaCO3,CaCO3不仅与残余液中的盐酸反应,还会生成MnCO3沉淀,使测定结果偏小。
3.（2012四川，28）甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比，设计如下实验流程：
实验中，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶和气体收集装置， 立即加热氧化铜。反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的铜。
下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D为盛有浓硫酸的洗气瓶。
甲小组测得：反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标准状况下的体积V1L。
乙小组测得：洗气前装置D的质量m3g、洗气后装置D的质量m4g、生成氮气在标准状况下的体积V2L。 请回答下列问题：
（1）写出仪器a的名称 。
（2）检查A装置气密性的操作是 。
（3）甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。
甲小组 乙小组 实验装置 A ② 实验药品 氢氧化钙、硫酸铵 浓氨水、氢氧化钠 制备原理 反应的化学方程式为 ① 。 用化学平衡原理分析氢氧化钠的作用： ③ 。 （4）甲小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数之比为 。 （5）乙小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值，其原因是 。
为此，乙小组在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器，重新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体积，得出了合理的实验结果。该药品的名称是 。 【答案】(1)圆底烧瓶
(2)连接导管,将导管插入水中;加热试管,导管口有气泡产生;停止加热,导管内有水回流并形成一段稳定的水柱
(3)①(NH4)2SO4+Ca(OH)2
热;增大OH-浓度,使NH3+H2O
(4)5V1∶7(m1-m2)
(5)浓硫酸吸收了未反应的氨气,从而使计算的氢的量偏高 碱石灰(氢氧化钠、氧化钙等)
2NH3↑+2H2O+CaSO4 ②B ③氢氧化钠溶于氨水后放NH3·H2O
NH4++OH-向逆方向移动,加快氨气逸出
专题16 化学实验设计与探究
