2021年高考化学真题和模拟题分类汇编 专题16 化学实验设计与探究 (含解析).docx
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1、- 1 - 20212021 高考真题和模拟题分类汇编高考真题和模拟题分类汇编 化学化学 专题专题 16 化学实验设计与探究化学实验设计与探究 2021 年化学高考题年化学高考题 1 (2021全国高考真题)氧化石墨烯具有稳定的网状结构,在能源、材料等领域有着重要的 应用前景,通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示): .将浓 24 H SO、 3 NaNO、石墨粉末在 c 中混合,置于冰水浴中,剧烈搅拌下,分批缓慢加 入 4 KMnO粉末,塞好瓶口。 .转至油浴中,35搅拌 1 小时,缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至 98并保持 1 小时。 .转移至大烧杯中,静置冷却至室温
2、。加入大量蒸馏水,而后滴加 22 H O至悬浊液由紫色变 为土黄色。 .离心分离,稀盐酸洗涤沉淀。 .蒸馏水洗涤沉淀。 .冷冻干燥,得到土黄色的氧化石墨烯。 回答下列问题: (1)装置图中,仪器 a、c 的名称分别是_、_,仪器 b 的进水口是_(填字母)。 (2)步骤中,需分批缓慢加入 4 KMnO粉末并使用冰水浴,原因是_。 (3)步骤中的加热方式采用油浴,不使用热水浴,原因是_。 (4)步骤中, 22 H O的作用是_(以离子方程式表示)。 (5)步骤中,洗涤是否完成,可通过检测洗出液中是否存在 2 4 SO 来判断。检测的方法是 - 2 - _。 (6)步骤可用pH试纸检测来判断Cl是
3、否洗净,其理由是_。 【答案】滴液漏斗三颈烧瓶d反应放热,防止反应过快反应温度接近水的沸 点,油浴更易控温 2 42222 2MnO5H O6H2Mn8H O5O 取少量洗出 液,滴加 2 BaCl,没有白色沉淀生成 + H 与 - Cl电离平衡,洗出液接近中性时,可认为 - Cl 洗净 【解析】 (1)由图中仪器构造可知,a 的仪器名称为滴液漏斗,c 的仪器名称为三颈烧瓶;仪器 b 为球形 冷凝管,起冷凝回流作用,为了是冷凝效果更好,冷却水要从 d 口进,e 口出,故答案为:分 液漏斗;三颈烧瓶;d; (2)反应为放热反应,为控制反应速率,避免反应过于剧烈,需分批缓慢加入 KMnO4粉末并使
4、 用冰水浴,故答案为:反应放热,防止反应过快; (3)油浴和水浴相比,由于油的比热容较水小,油浴控制温度更加灵敏和精确,该实验反应温 度接近水的沸点,故不采用热水浴,而采用油浴,故答案为:反应温度接近水的沸点,油浴 更易控温; (4)由滴加 H2O2后发生的现象可知,加入的目的是除去过量的 KMnO4,则反应的离子方程式 为:2Mn 4 O+5H2O2+6H+=2Mn2+5O2+8H2O,故答案为: 2Mn 4 O+5H2O2+6H+=2Mn2+5O2+8H2O ; (5)该实验中为判断洗涤是否完成,可通过检测洗出液中是否存在 S 2 4 O 来判断,检测方法是: 取最后一次洗涤液,滴加 Ba
5、Cl2溶液,若没有沉淀说明洗涤完成,故答案为:取少量洗出液, 滴加 BaCl2,没有白色沉淀生成; (6)步骤 IV 用稀盐酸洗涤沉淀,步骤 V 洗涤过量的盐酸, + H 与 - Cl电离平衡,洗出液接近中 性时,可认为 - Cl洗净,故答案为: + H 与 - Cl电离平衡,洗出液接近中性时,可认为 - Cl洗净。 2(2021山东高考真题) 六氯化钨(WCl6)可用作有机合成催化剂, 熔点为 283, 沸点为 340, 易溶于 CS2,极易水解。实验室中,先将三氧化钨(WO3)还原为金属钨(W)再制备 WCl6,装置 如图所示(夹持装置略)。回答下列问题: - 3 - (1)检查装置气密性
6、并加入 WO3。先通 N2,其目的是_;一段时间后,加热管式炉,改通 H2, 对 B 处逸出的 H2进行后续处理。仪器 A 的名称为_,证明 WO3已被完全还原的现象是_。 (2)WO3完全还原后,进行的操作为:冷却,停止通 H2;以干燥的接收装置替换 E;在 B 处加装盛有碱石灰的干燥管;加热,通 Cl2;。碱石灰的作用是_;操作 是_,目的是_。 (3)利用碘量法测定 WCl6产品纯度,实验如下: 称量:将足量 CS2(易挥发)加入干燥的称量瓶中,盖紧称重为 m1g;开盖并计时 1 分钟,盖 紧称重为 m2g;再开盖加入待测样品并计时 1 分钟,盖紧称重为 m3g,则样品质量为_g(不 考
7、虑空气中水蒸气的干扰)。 滴定:先将 WCl6转化为可溶的 Na2WO4,通过 IO3 离子交换柱发生反应: WO 2 4 +Ba(IO3)2=BaWO4+2IO3 ;交换结束后,向所得含 IO3 的溶液中加入适量酸化的 KI 溶 液,发生反应:IO3 +5I-+6H+=3I2+3H2O;反应完全后,用 Na2S2O3标准溶液滴定,发生反应: I2+2S2O 2 3 =2I-+S4O 2 6 。滴定达终点时消耗 cmolL-1的 Na2S2O3溶液 VmL,则样品中 WCl6(摩 尔质量为 Mgmol-1)的质量分数为_。称量时,若加入待测样品后,开盖时间超过 1 分钟,则 滴定时消耗 Na2
8、S2O3溶液的体积将_(填“偏大”“偏小”或“不变”),样品中 WCl6质量分数的测 定值将_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 【答案】排除装置中的空气直形冷凝管淡黄色固体变为银白色吸收多余氯气, 防止污染空气; 防止空气中的水蒸气进入 E再次通入 N2排除装置中的 H2( m3+m1- - 4 - 2m2) 312 1202 cVM mmm %不变偏大 【分析】 (1) 将 WO3在加热条件下用 H2还原为 W,为防止空气干扰,还原 WO3之前要除去装置中的 空气; (2) 由信息可知 WCl6极易水解, W 与 Cl2反应制取 WCl6时, 要在 B 处加装盛有碱石灰的干燥 管,防止空气
9、中的水蒸气进入 E 中; (3)利用碘量法测定 WCl6产品纯度,称量时加入足量的 CS2用于溶解样品,盖紧称重为 m1g, 由于 CS2易挥发,开盖时要挥发出来,称量的质量要减少, 开盖并计时 1 分钟,盖紧称重 m2g, 则挥发出的 CS2的质量为(m1- m2)g,再开盖加入待测样品并计时 1 分钟,又挥发出(m1- m2)g 的 CS2,盖紧称重为 m3g,则样品质量为:m3g+2(m1- m2)g-m1g=( m3+m1- 2m2)g;滴定时,利 用关系式:WO 2 4 2IO3 6I212 S2O 2 3 计算样品中含 WCl6的质量,进而计算样品中 WCl6的 质量分数;根据测定
10、原理分析是否存在误差及误差是偏大还是偏小。 【解析】 (1)用 H2还原 WO3制备 W,装置中不能有空气,所以先通 N2,其目的是排除装置中的空气; 由仪器构造可知仪器 A 的名称为直形冷凝管; WO3为淡黄色固体, 被还原后生成 W 为银白色, 所以能证明 WO3已被完全还原的现象是淡黄色固体变为银白色,故答案为:淡黄色固体变为 银白色; (2) 由信息可知 WCl6极易水解, W 与 Cl2反应制取 WCl6时, 要在 B 处加装盛有碱石灰的干燥 管,防止空气中的水蒸气进入 E 中,所以碱石灰的作用其一是吸收多余氯气,防止污染空气; 其二是防止空气中的水蒸气进入 E;在操作加热,通 Cl
11、2之前,装置中有多余的 H2,需要除 去,所以操作是再次通入 N2,目的是排除装置中的 H2,故答案为:吸收多余氯气,防止污 染空气;防止空气中的水蒸气进入 E;再次通入 N2;排除装置中的 H2; (3) 根据分析,称量时加入足量的 CS2,盖紧称重为 m1g,由于 CS2易挥发,开盖时要挥发 出来,称量的质量要减少,开盖并计时 1 分钟,盖紧称重 m2g,则挥发出的 CS2的质量为(m1- m2)g,再开盖加入待测样品并计时 1 分钟,又挥发出(m1- m2)g 的 CS2,盖紧称重为 m3g,则样 品质量为:m3g+2(m1- m2)g-m1g=( m3+m1- 2m2)g,故答案为:(
12、 m3+m1- 2m2); 滴定时,根据关系式:WO 2 4 2IO3 6I212 S2O 2 3 ,样品中 - 5 - n(WCl6)=n(WO 2 4 )= 1 12 n(S2O 2 3 )= 1 12 cV10-3mol, m(WCl6)= 1 12cV10-3molMg/mol= cVM 12000 g,则样品中 WCl6的质量分数为: 312 cVM g 12000 (2)mmm g 100%= 312 1202 cVM mmm %;根据测定原理,称量时,若加入待测样品 后,开盖时间超过 1 分钟,挥发的 CS2的质量增大,m3偏小,但 WCl6的质量不变,则滴定时 消耗 Na2S2
13、O3溶液的体积将不变,样品中 WCl6质量分数的测定值将偏大,故答案为: 312 1202 cVM mmm %;不变;偏大。 3 (2021广东高考真题)含氯物质在生产生活中有重要作用。1774 年,舍勒在研究软锰矿(主 要成分是 2 MnO)的过程中,将它与浓盐酸混合加热,产生了一种黄绿色气体。1810 年,戴维 确认这是一种新元素组成的单质,并命名为 chlorine(中文命名“氯气”)。 (1)实验室沿用舍勒的方法制取 2 Cl的化学方程式为_。 (2)实验室制取干燥 2 Cl时,净化与收集 2 Cl所需装置的接口连接顺序为_。 (3)某氯水久置后不能使品红溶液褪色, 可推测氯水中_已分
14、解。 检验此久置氯水中Cl存 在的操作及现象是_。 (4)某合作学习小组进行以下实验探究。 实验任务。通过测定溶液电导率,探究温度对AgCl溶解度的影响。 查阅资料。电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时,强电解质稀溶液的 电导率随溶液中离子浓度的增大而增大;离子浓度一定时,稀溶液电导率随温度的升高而增 大。25时, 10 sp KAgCl =1.8 10。 提出猜想。 猜想 a:较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。 - 6 - 猜想 b:AgCl在水中的溶解度s 45s 35s 25。 设计实验、验证猜想。取试样、(不同温度下配制的AgCl饱和溶液),在设定的测 试温度下,进
15、行表中实验 13,记录数据。 实验序号试样测试温度/电导率/S/cm 1:25的AgCl饱和溶液25 1 A 2:35的AgCl饱和溶液35 2 A 3:45的AgCl饱和溶液45 3 A 数据分析、交流讨论。25的AgCl饱和溶液中, - c Cl=_mol/L。 实验结果为 321 AAA。小组同学认为,此结果可以证明中的猜想a成立,但不足以证 明猜想b成立。结合中信息,猜想b不足以成立的理由有_。 优化实验。 小组同学为进一步验证猜想b, 在实验 13 的基础上完善方案, 进行实验 4 和 5。 请在答题卡上完成表中内容。 实验序号试样测试温度/电导率/S/cm 4_ 1 B 5_ 2
16、B 实验总结。根据实验 15 的结果,并结合中信息,小组同学认为猜想b也成立。猜想b成 立的判断依据是_。 【答案】MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2Oc-d-b-a-eHClO向溶液中加入过量 稀硝酸,防止溶液中含有 C 2 3 O 、HC 3 O等,再加入少量 AgNO3溶液,若有白色沉淀生成, 则证明原溶液中含有 Cl-1.3410-5测试温度不同,根据电导率结果无法判断不同温度 下饱和溶液的溶解度45II45A3B2B1 - 7 - 【解析】 (1)实验室通常采用浓盐酸和 MnO2制取 2 Cl,化学方程式为: MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O,
17、故答案为:MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O; (2)根据化学方程式可知,制取的氯气中混有氯化氢、水蒸气,氯气有毒,必须进行尾气处理, 因此使用饱和食盐水吸收氯化氢气体,浓硫酸除去水蒸气,最后用 NaOH 溶液吸收尾气,因 此接口连接顺序为 c-d-b-a-e,故答案为:c-d-b-a-e; (3)久置后不能使品红溶液褪色,说明 HClO 已分解;检验Cl的方法为向溶液中加入过量稀硝 酸,防止溶液中含有 C 2 3 O 、HC 3 O等,再加入少量 AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,则证 明原溶液中含有 Cl-,故答案为:HClO;向溶液中加入过量稀硝酸,防止溶液中含有 C
18、 2 3 O 、 HC 3 O等,再加入少量 AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,则证明原溶液中含有 Cl-; (4)25时, sp KAgCl =c(Ag ) c(Cl ) ,根据沉淀溶解平衡可知,饱和的AgCl溶液中 c(Ag )=c(Cl ) ,所以有 - c Cl=AgCl sp K= 10 1.8 10 =1.3410-5mol/L; 实验 13 中,不同的饱和溶液浓度不同且测试温度不同,根据资料显示离子浓度一定时,稀 溶液电导率随温度的升高而增大,所以根据实验 13 无法判断温度较高的饱和溶液离子浓度 大,进而不能得出溶解度关系,故答案为:1.3410-5;测试温度不同,根据电导率结
19、果无法 判断不同温度下饱和溶液的溶解度; 如果要判断 AgCl 在水中的溶解度随温度的变化情况,可以设计不相同温度下的饱和溶液在 相同温度下测试,如果温度较高下的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高,则可 以得出温度升高饱和溶液中离子浓度高。所以可以设计试样在 45下测试与实验 3 比较; 设计试样 II 在 45下测试与实验 3 比较。故答案为:45;II;45; 猜想b成立的判断依据是 A3B2B1,故答案为:A3B2B1。 4 (2021河北高考真题)化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展 做出了重要贡献,某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备 NaH
20、CO3,进一步处 理得到产品 Na2CO3和 NH4Cl,实验流程如图: - 8 - 回答下列问题: (1)从 AE 中选择合适的仪器制备 NaHCO3,正确的连接顺序是_(按气流方向,用小写字母 表示)。为使 A 中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下,可将分液漏斗上部的玻璃塞打开或_。 ABC DE. (2)B 中使用雾化装置的优点是_。 (3)生成 NaHCO3的总反应的化学方程式为_。 (4)反应完成后,将 B 中 U 形管内的混合物处理得到固体 NaHCO3和滤液: 对固体 NaHCO3充分加热,产生的气体先通过足量浓硫酸,再通过足量 Na2O2,Na2O2增重 0.14g,则固体 NaHCO
21、3的质量为_g。 向滤液中加入 NaCl 粉末,存在 NaCl(s)+NH4Cl(aq)NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使 NH4Cl 沉淀充分析出并分离,根据 NaCl 和 NH4Cl 溶解度曲线,需采用的操作为_、_、洗涤、干 燥。 - 9 - (5)无水 NaHCO3可作为基准物质标定盐酸浓度.称量前,若无水 NaHCO3保存不当,吸收了一 定量水分,用其标定盐酸浓度时,会使结果_(填标号)。 A偏高B偏低不变 【答案】aefbcgh将玻璃塞上的凹槽对准漏斗颈部的小孔使氨盐水雾化,可增大与二 氧化碳的接触面积,从而提高产率(或其他合理答案) NH3H2O+NaCl+CO2=NH
22、4Cl+NaHCO30.84蒸发浓缩冷却结晶A 【分析】 根据工艺流程知,浓氨水中加入氯化钠粉末形成饱和氨盐水后,再通入二氧化碳气体,发生 反应:NH3H2O+NaCl+CO2=NH4Cl+NaHCO3,得到的碳酸氢钠晶体烘干后受热分解会生成 碳酸钠、二氧化碳和水,从而制备得到纯碱;另一方面得到的母液主要溶质为 NH4Cl,再从加 入氯化钠粉末,存在反应 44 NaCl(s)NH Cl(aq)=NaCl(aq)NH Cl(s),据此分析解答。 【解析】 (1)根据分析可知,要制备 3 NaHCO,需先选用装置 A 制备二氧化碳,然后通入饱和碳酸氢钠 溶液中除去二氧化碳中的 HCl,后与饱和氨盐
23、水充分接触来制备 3 NaHCO,其中过量的二氧 化碳可被氢氧化钠溶液吸收,也能充分利用二氧化碳制备得到少量 3 NaHCO,所以按气流方 向正确的连接顺序应为:aefbcgh;为使 A 中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下,可将分液漏斗上 部的玻璃塞打开或将玻璃塞上的凹槽对准漏斗颈部的小孔,故答案为:aefbcgh;将玻璃塞上 的凹槽对准漏斗颈部的小孔; (2)B 中使用雾化装置使氨盐水雾化,可增大与二氧化碳的接触面积,从而提高产率; - 10 - (3)根据上述分析可知,生成 3 NaHCO的总反应的化学方程式为 NH3H2O+NaCl+CO2=NH4Cl+NaHCO3; (4)对固体 3 NaH
24、CO充分加热,产生二氧化碳和水蒸气,反应的化学方程式为: 32322 Na CO +C2Na COHH OO 将气体先通过足量浓硫酸,吸收水蒸气,再通过足量 22 Na O, 22 Na O与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气,化学方程式为: 222232 2Na O +2CO =2Na CO +O,根据方程式可知,根据差量法可知,当增重0.14g(2CO 的质量)时,消耗的二氧化碳的质量为 44 0.14g 28 =0.22g,其物质的量为 22g 0.005mol 44g/mol ,根据关系式 23 2NaHCOCO可知,消耗的 3 NaHCO的物质的量为 20.005mol=0.01mol,所
25、以固体 3 NaHCO的质量为 0.01mol84g/mol=0.84g; 根据溶解度虽温度的变化曲线可以看出,氯化铵的溶解度随着温度的升高而不断增大,而 氯化钠的溶解度随着温度的升高变化并不明显,所以要想使 4 NH Cl沉淀充分析出并分离,需 采用蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥的方法,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶; (5)称量前,若无水 3 NaHCO保存不当,吸收了一定量水分,标准液被稀释,浓度减小,所以 用其标定盐酸浓度时,消耗的碳酸氢钠的体积()V 标会增大,根据 c(测)= () () () cV c 标标 测 可知, 最终会使 c(测)偏高,A 项符合题意,故答案为:A。 202
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