1、【 精品教育资源文库 】 第 34 讲 实验方案的设计与评价 微课时 1 如图所示的实验装置可用来测定含两种元素的某种气体 X的分子式。 在注射器 A中装有 240 mL气体 X，并慢慢通过不含空气、并装有红热氧化铜的玻璃管 B，使之完全反应，实验结果为： B管中的黑色粉末变成红色粉末，实验前 B 管重 20.32 g，实验后 B管重 20.00 g。在 C管中收集到水，在注射器 D中收集到氮气。 (1)气体 X是由 _元素组成的。 (2)已知在实验时的温度和压强下， 1 mol 气体 X 的体积是 24 000 mL，若注射器 A 中240 mL 气体 X 完全反应后，在注射器 D 中得到
2、的氮气为 0.28 g，则 X 的摩尔质量为_gmol 1。 (3)通过计算，确定气体 X的分子式为 _。 (4)写出 B中发生反应的化学方程式 (气体 X在该条件下不发生分解反应 )_。 解析： (1)由题目信息可知， C 管中收集到水， D中收集到 N2，说明气体 X与氧化铜反应有氮气、水生成，气体 X只含有两种元素，根据元素守恒可知，气体 X含有 N、 H元素。 (2)1 mol X气体的体积是 24 000 mL，故 240 mL X气体的物质的 量为 240 mL24 000 mL1 mol 0.01 mol，反应收集到氮气的质量是 0.28 g，物质的量为 0.28 g28 g/m
3、ol 0.01 mol。 B管中消耗 O： 20.32 g 20.00 g 0.32 g，物质的量为 0.32 g16 g/mol 0.02 mol， n(H2O) 0.02 mol，故生成的水中 H元素的质量为 0.02 mol21 g/mol 0.04 g，所以气体 X的质量为 0.28 g 0.04 g 0.32 g，故气 体 X的摩尔质量为 0.32 g0.01 mol 32 g/mol。 (3)根据 (2)中可知 n(X) 0.01 mol， n(N) 0.01 mol2 0.02 mol， n(H) 0.02 mol2 0.04 mol，因此 n(X)n(N)n(H) 0.01 m
4、ol0.02 mol0.04 mol 124 ，所以 X的化学式为 N2H4。 (4)由题目信息可知，反应方程式为 2CuO N2H4= 2Cu 2H2O N2。 【 精品教育资源文库 】 答案： (1)N、 H (2)32 (3)N2H4 (4)2CuO N2H4= 2Cu 2H2O N2 2为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验 (以下数据为多次平行实验测定结果的平均值 )： 方案一：将 a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为 580 mL(标准状况 )； 方案二：将 a10 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用 0.020
5、00 molL 1的 KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了 25.00 mL KMnO4溶液。 请回答下列问题： (1)配平下面的化学方程式： KMnO4 FeSO4 H2SO4= Fe2(SO4)3 MnSO4 K2SO4 H2O (2) 在滴定实验中不能选择 _ 式 滴 定 管 ， 理 由 是_； (3)根据方案一和方案二测定的结果 计算，铁片中铁的质量分数依次为 _和_； (4)若排除实验仪器和操作的影响因素，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。 方案一 _(填 “ 准确 ”“ 不准确 ” 或 “ 不一定准确 ”) 理由是_； 方案二： _(填 “ 准确 ”“ 不准确 ” 或
6、 “ 不一定准确 ”) ，理由是_ _。 解析： (1)分析该氧化还原反应的化合价，找出化合价发生变化的各元素，利用化合价的升降相等，配平化学方程式： KMn 7O4 Mn 2SO4 Fe 2SO4 Fe 32 (SO4)3 (2)由于酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能腐蚀碱式滴定管的胶管， 因此不能选择碱式滴定管。 (3)根据方案一中的测定结果计算： n(Fe) n(H2) 0.58 L22.4 Lmol 1， 因此 m(Fe) 0.5822.4 mol56 gmol 1 1.45 g， 【 精品教育资源文库 】 故铁片中铁的质量分数为 1.45a 100% ； 根据方案二中的测定结果计算：
7、 根据 (1)中反应方程式： 2KMnO4 10FeSO4 10Fe n(Fe) 5n(KMnO4) 50.020 00 molL 10.025 L 0.002 5 mol， 铁片中铁的质量分数为 0.002 5 mol56 gmol 1a10 g100% 1.40a 100% 。 (4) 方案一不一定准确，因为不能确定 Fe 片中是否含有和稀硫酸反应放出 H2的杂质，若有则测定结果偏高。 方案二是利用 Fe2 消耗 KMnO4的物质的量的多少，求出 Fe 的质量分数，而铁片中是否含有和酸性 KMnO4溶液反应的杂质也不能确定，因此方案二也不一定准确。 答案： (1)2 10 8 5 2 1
8、8 (2)碱 酸性 KMnO4是强氧化 剂，会腐蚀胶管 (3)1.45a 100% 1.40a 100% (4) 不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解、但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确 不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高。如果上述情况不存在，则结果准确 3 (2018 辽宁大连二十中测试 )实验室用下面装置测定 FeO和 Fe2O3固体混合物中 Fe2O3的质量， D装置的硬质玻璃管中的固体物质是 F
9、eO和 Fe2O3的混合物。 (1)如何检查装置 A的气密性？ _。 (2) 装置 A 发 生 的 反 应 有 时 要 向 其 中 加 入 少 量 CuSO4 溶 液 ， 其 目 的 是【 精品教育资源文库 】 _， 其原理是 _。 (3) 为 了 安 全 ， 在 点 燃 D 处 的 酒 精 灯 之 前，在 b 出 口 处 必 须_。 (4)装置 B的作用是 _； 装置 C中装的液体是 _。 (5)在气密性完好，并且进行了必要的安全操作后，点燃 D 处的酒精灯，在硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是 _。 (6)若 FeO和 Fe2O3固体混合物的质量为 23.2 g，反应完 全后 U形管的质
10、量增加 7.2 g，则混合物中 Fe2O3的质量为 _g。 (7)U形管 E右边又连接干燥管 F的目的是 _， 若无干燥管 F，测得 Fe2O3的质量将 _(填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 无影响 ”) 。 解析： (1)检查装置 A 的气密性，需要关闭开关 a，在球形漏斗中加入水到液面高于容器中的液面，一段时间后液面不变证明气密性良好。 (2)装置 A 发生的反应有时要向其中加入少量 CuSO4溶液，锌和硫酸铜溶液反应生成铜附着在锌表面，在稀硫酸中形成原电池加快反应速率。 (3)氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热发生爆炸，在
11、 b 出口处收集氢气验纯。 (4)由于 A中产生的 H2中混有 HCl 和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以 B 的作用是除去氢气中的氯化氢， C 中的浓硫酸，用于干燥氢气。 (5)装置 D 中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，反应方程式为 3H2 Fe2O3= 2Fe 3H2O， H2 FeO=高温 Fe H2O。 (6)U形管的质量增加的 7.2 g 是水，物质的量是 7.2 g18 g/mol 0.4 mol，设 FeO、 Fe2O3物质的量分别为 x、 y，则 x 3y 0.4 mol， 根据质量可列式： 72 g/molx 160 g/moly 23.2 g，
12、解得 y 0.1 mol， x 0.1 mol， 所以氧化铁的质量为 160 g/mol0.1 mol 16 g； (7)干燥管 F的作用是防止空气中水蒸气对实验的干扰，若无干燥管 F，空气中的水蒸气被 E吸收，则所测生成水的质量增大，导致氧含量增大， Fe2O3质量偏大。 答案： (1)关闭 a，从球形漏斗口加水，待水面从漏斗管内上升与容器中水面形成一段水柱，停止加水，静置片刻，如水柱不下降，证明其气密性良好 (2)加快氢气的生成速率 Zn 先与 CuSO4溶液发生置换反应，置换出的 Cu 附着在 Zn 表面，形成原电池，加快反应速率 (3)收集氢气验纯 【 精品教育资源文库 】 (4)除
13、去 H2中的 HCl 浓 H2SO4 (5)3H2 Fe2O3=高温 2Fe 3H2O， H2 FeO=高温 Fe H2O (6)16 (7)防止空气中的水蒸气等气体进入 E中 偏大 4 (2018 河北保定一模 )实验室从含碘废液中测定 I 的含量以及碘的回收过程如下： . 碘废液中 I 含量的测定 用移液管量取 25.00 mL 废液于 250 mL锥形瓶中，分别加入 5 mL 2 molL 1H2SO4溶液和 10 mL 20%NH4Fe(SO4)212H 2O溶液，摇匀，小火加热蒸发至碘完全挥发，取下锥形瓶冷却后，加入 10 mL 2 molL 1H2SO4溶液，加入几滴二苯胺磺酸钠
14、(用作指示剂 )，用 0.025 0 molL 1标准 K2Cr2O7溶液进行滴定到终点。重复 3次，数据记录见下表： (已知反应： 2Fe3 2I =2Fe2 I2 6Fe2 Cr2O27 14H =6Fe3 2Cr3 7H2O) 次数 1 2 3 滴定体积 /mL 19.60 19.65 19.55 . 碘的回收 取 250 mL 含碘废液于烧杯中，加入按上述计算所需的 Na2S2O3溶液，并将饱和 CuSO4溶液在不断搅拌下滴加到废液中，加热至 70 左右完全反应生成 CuI沉淀。过滤，得到的 CuI沉淀按图 1进行操作，检查装置的气密性 后，从分液漏斗中逐滴加浓硝酸 (注意滴液的速度 )，完全反应后，通过减压过滤，得到粗碘固体产品和抽滤液，然后按图 2进行粗碘的提纯。 请回答下列问题： (1)简述图 2实验装置中烧瓶的作用 _。 (2)某同学欲配制 200 mL 2 molL 1的 H2SO4，配制方法合理的是 _。 A在 200 mL 1 molL 1的 H2SO4溶液中加入 22.4 L标准状况下的 SO3 B向 100 mL 4 molL 1
