1、【 精品教育资源文库 】 课时分层训练 (三十三 ) 化学实验方案的设计与评价 (建议用时： 45分钟 ) 1氮化铝 (AlN)是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域。某化学研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，设计如图所示实验装置 (部分夹持装置已略去 )。 请回答下列问题： 【导学号： 95160372】 (1)实验中用饱和 NaNO2 溶液与 NH4Cl 溶液反应制取氮气的化学方程式为_。 (2)检查装置气密 性的方法是 _ _ _ _。 (3)装置 C中发生反应的化学 方程式为 _ _， 该反应的氧化剂为 _。 (4)上述装置存在严重问题，请说明改进的办法： _ _。
2、(5)反应结束后，某同学用图 所示装置测 定氮化铝样品中氮化铝的质量分数 (实验中导管体积忽略不计 )。已知：氮化铝和 NaOH溶液反应生成 NaAlO2和氨气。 图 图 实验的正确操作步骤为 _(填字母 )。 a向锥形瓶中加入适量的 AlN样品 【 精品教育资源文库 】 b从分液漏斗中向锥形瓶中加入过量的 NaOH溶液 c检验装置的气密性 d测定收集到的水的体积 广口瓶中的试剂 X最好选用 _(填字母 )。 a汽油 b酒精 c植物油 d CCl4 广口瓶中的液体没有装满，则实验测得 NH3 的 体积将 _(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ”或 “ 不变 ”) 。 若实验中测得样品的质量为 w g
3、，氨气的体积为 a L(标准状况下 )，则样品中 AlN的质量分数为 _(填表达式 )。 有人用图 装置进行同样的实验，通过测定烧杯中试剂的增重来确定样品中 AlN的质量 分 数 。 你 认 为 _( 填 “ 可行 ” 或 “ 不可行 ”) 。 原 因 是_ _。 改进的方法为 _ _ ( 若 认 为“ 可行 ” ，此空不需作答 )。 【解析】 (1)饱和 NaNO2溶液与 NH4Cl 溶液反应的化学方程式为 NaNO2 NH4Cl= NaCl N2 2H2O。 (3)在装置 C中 利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝，反应的化学方程式为Al2O3 3C N2高温 ,2AlN 3CO，该反应中氮
4、元素由 0 价变为 3 价，故氮气为氧化剂。 (4)在装置末端必须添加对有毒气体进行尾气处理的装置，防止污染空气。 (5) 常规操作步骤：检查装置气密性 装药品 (先加入固体，后加入液体 ) 收集气体等。 试剂 X起液封作用，要求不溶于水，密度比水小且难挥发，因为易挥发的试剂对测定氨气的体积有影响，则符合条件的为植物油。 温度相同时，利用排液法测量液体的体积，进而测定氨气的体积，所以广口瓶中有气体对测定氨气的体积无 影响。 根据化学方程式 AlN NaOH3H2O=NaAl(OH)4 NH3 知，氨气与 AlN 的物质的量相等，为 a22.4mol，则样品中 AlN 的质量分数为 4 100a
5、22.4w%。 氨气极易溶于水，不能直接通入稀硫酸中，应加防倒吸装置。 【答案】 (1)NaNO2 NH4Cl,NaCl N2 2H2O (2)关闭分液漏斗的活塞，使装置处于密闭体系，在干燥管 D的末端连接一导管，将导管插入装有水的烧杯中，用酒精灯微热蒸馏烧瓶，导管口有气泡冒出，撤掉酒精灯，导 管内上升一段水柱，且一段时间内水柱不下降，证明气密性良好；否则，装置漏气 (3)Al2O3 3C N2高温 ,2AlN 3CO N2 (4)在干燥管 D【 精品教育资源文库 】 的末端连接一个尾气处理装置 (5)cabd c 不变 4 100a22.4w% 不可行 氨气极易溶于水，易发生倒吸现象，且锥
6、形瓶中的氨气不能被硫酸完全吸收，导致误差较大 烧杯中导管的末端接一倒扣的漏斗来吸收氨气、增加一个向锥形瓶中鼓气的装置 (或其他合理答案 ) 2 (2017 襄阳一调 )为探究催化剂对双氧水分解的催化效果，某研究小组做 了如下实验： (1)甲同学欲用如图所示实验来确认 MnO2是 H2O2分解反应的催化剂。该实验 _(填“ 能 ” 或 “ 不能 ”) 达到目的，原因是 _。 (2)为探究 MnO2的量对催化效果的影响，乙同学分别量取 50 mL 1%H2O2加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的 MnO2，测量所得气体体积，数据如下： MnO2的质量 /g 0.1 0.2 0.4 40 s
7、末 O2体积 /mL 49 61 86 由此得出的结论是 _，原因是 _ _。 (3)为分析 Fe3 和 Cu2 对 H2O2分解反应的催化效果，丙同学设计如下实验 (三支试管中均盛有 10 mL 5%H2O2)： 试管 滴加试剂 5滴 0.1 molL 1FeCl3 5 滴 0.1 molL 1CuCl2 5滴 0.3 molL 1NaCl 产生气泡情况 较快产生细小气泡 缓慢产生细小气泡 无气泡产生 结论是 _， 实验 的目的是 _。 (4)查阅资料得知：将作为催化剂的 FeCl3溶液加入 H2O2溶液后，溶液中会发生两个氧化还原反应，且两个反应中 H2O2均参加了反应，试从催化剂的角度分
8、析，这两个氧化还原反应的化学方程式分别是 _ _ 和 _(按反应发生的顺序写 )。 (5)在上述实验过程中，分别检测出溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，由此得出选择【 精品教育资源文库 】 作为 H2O2 分 解 反 应 的 催 化 剂 需 要 满 足 的 条 件 是_。 【解析】 (1)欲证明 MnO2是 H2O2分解反应的催化剂，必须确认 MnO2在反应前后的性质和质量是否改变，故该实验不能达到目的。 (2)根据表中数据可知， 在一定质量范围内，增加 MnO2的质量，相同时间内所得 O2的体积增加，说明反应速率加快，原因是在一定质量范围内，固体质量越大，其表面积也越大，催化效果更好，反应速
9、率加快。 (3)对比试管 、 和试管 中气泡产生情况可知， Cl 对 H2O2的分解无催化作用， Fe3 和 Cu2 对 H2O2的分解均有催化作用，对比试管 、 中气泡产生情况可知， Fe3 的催化效果好。 (4)根据催化剂参加反应，但反应前后催化剂的质量和性质不变写出化学方程式： 2FeCl3 H2O2=2FeCl2O2 2HCl、 2FeCl2 H2O2 2HCl=2FeCl3 2H2O。 (5)溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，说明 H2O2将 MnO2、 Fe3 、 Cu2 分别还原为 Mn2 、 Fe2 和 Cu ，而 Mn2 、 Fe2 和 Cu 又可被 H2O2分别氧化为 MnO
10、2、 Fe3 、 Cu2 ，由此得出 H2O2分解反应的催化剂需具有氧化性，且其氧化性强于 H2O2；催化剂被还原后所得物质又能被 H2O2氧化生成催化剂。 【答案】 (1)不能 没有确认 MnO2的质量和性质是否改变 (2)在一定质量范围内， MnO2 质量越大，反应速率越快 固体质量越大，其表面积也越大，催化 效果越好，反应速率越快 (3)Fe3 和 Cu2 对 H2O2的分解均有催化作用，且 Fe3 比 Cu2 催化效果好 对比实验，证明 Cl 对 H2O2的分解没有催化作用 (4)2FeCl3 H2O2=2FeCl2 O2 2HCl 2FeCl2 H2O2 2HCl=2FeCl3 2H
11、2O (5)H2O2分解反应的催化剂需具有氧化性 ， 且其氧化性强于 H2O2； 催化剂被还原后所得物质又能被 H2O2氧化生成催化剂 3将绿矾 (FeSO47H 2O)在隔绝空气条件下加强热分解。已知产物全部为氧化物。为探究绿矾分解的产物 ，某同学进行了以下实验： 【实验一】为探究固体产物中铁元素的价态，该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液，进行以下猜想和实验： 猜想 实验操作 预期现象 猜想一：铁元素只显 _价 向所得溶液中滴入KSCN溶液； 向酸性 KMnO4溶液中滴入所得溶液 KSCN溶液无明显现象；酸性 KMnO4溶液颜色 _ 猜想二：铁元素只显 _价 KSCN溶液呈 _色；
12、酸性 KMnO4溶液颜色 _ 猜想三：铁元素既有 2价又有 3价 KSCN溶液呈 _色；酸性 KMnO4溶液颜色 _ 【实验二】为进一步探究该反应的产物，进行了如下图所示的实验： 【 精品教育资源文库 】 (1)实验开始时，点燃 B 处酒精喷灯之前应先打开 A 处活塞通 CO2，其目的是_ _。 (2)装置图中 C的作用是 _。 (3)该组同学称取了 55.6 g绿矾按如图装置进行实验，待绿矾分解完全后，测得 D瓶中沉淀的质量为 23.3 g，根据这些数据，可以得知，绿矾分解的化学方程式为_。 (4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是 _ _。 【解析】 【实验一】由题意知绿矾分解的产物全为氧化物， 则铁元素可能为 2价，也可能为 3价，或者既有 2价又有 3价。 2价铁具有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液退色， 3价铁遇 KSCN溶液生成血红色物质，利用这些性质可以检验铁元素的价态。 【实验二】 (1)FeSO4
