2025高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______注意事項(xiàng)：1.請將答案寫在答題紙上，寫在試卷上無效。2.答題時請根據(jù)題目要求，書寫清晰、工整。一、根據(jù)化學(xué)平衡原理，二氧化硫在催化劑存在下可與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫。請設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案，用于探究以鐵粉為催化劑時，改變下列條件對上述反應(yīng)平衡移動的影響。(1)請簡述該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)針對探究“升高溫度對該反應(yīng)平衡移動的影響”，請寫出你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案。包括實(shí)驗(yàn)所需的主要藥品和儀器、具體實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期觀察到的現(xiàn)象以及如何判斷平衡移動的方向。(3)針對探究“通入一定量氮?dú)猓ú粎⑴c反應(yīng)）對該反應(yīng)平衡移動的影響”，請寫出你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案。包括實(shí)驗(yàn)所需的主要藥品和儀器、具體實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期觀察到的現(xiàn)象以及如何判斷平衡移動的方向。二、某無色溶液可能含有下列離子中的若干種：Na+、NH4+、Cl-、SO42-、CO32-、Ba2+、Fe3+。請設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案，通過一系列必要的實(shí)驗(yàn)操作，確定該溶液中一定存在的離子和一定不存在的離子。請寫出你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案。包括實(shí)驗(yàn)所需的主要藥品和儀器、具體實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期觀察到的現(xiàn)象以及相應(yīng)的離子鑒定方法。三、工業(yè)上常用氯氣與石灰乳反應(yīng)制備漂白粉，同時副產(chǎn)氯化鈣。請設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案，模擬該工業(yè)制法，并檢驗(yàn)所制備物質(zhì)的成分。請寫出你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案。包括實(shí)驗(yàn)所需的主要藥品和儀器、具體實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期觀察到的現(xiàn)象、如何檢驗(yàn)漂白粉的成分（至少兩種方法）以及如何處理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液。試卷答案一、(1)化學(xué)方程式：2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案：藥品和儀器：鐵粉、二氧化硫氣體、氧氣、催化劑（如V2O5或Cu催化劑粉末）、燒瓶、導(dǎo)管、加熱裝置（如酒精燈）、集氣瓶、帶火星的木條。實(shí)驗(yàn)步驟：1.將少量鐵粉和催化劑加入干燥的燒瓶中。2.連接好裝置，依次連接導(dǎo)氣管至盛有二氧化硫氣體的容器、氧氣源、加熱裝置和集氣瓶。3.緩慢通入氧氣，確保裝置內(nèi)充滿反應(yīng)氣體。4.在加熱裝置對燒瓶底部均勻加熱，同時緩慢通入二氧化硫氣體。5.觀察燒瓶內(nèi)是否有紅棕色氣體（SO3）生成，并用帶火星的木條檢驗(yàn)集氣瓶中是否有氧氣生成。6.停止加熱和通入氣體，冷卻裝置。7.向冷卻后的燒瓶中緩慢通入空氣，觀察是否有紅棕色氣體重新出現(xiàn)。預(yù)期現(xiàn)象：1.加熱時，若反應(yīng)正向進(jìn)行，燒瓶內(nèi)出現(xiàn)紅棕色氣體，集氣瓶中帶火星木條復(fù)燃（說明生成了氧氣）。2.停止加熱和通入氣體后，紅棕色氣體顏色可能變淺。3.通入空氣后，若紅棕色氣體重新出現(xiàn)，說明平衡向著逆向移動（SO3分解）。平衡移動判斷：通過對比加熱和通入空氣后的現(xiàn)象，若通入空氣后紅棕色加深或重新出現(xiàn)，則升高溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案：藥品和儀器：鐵粉、二氧化硫氣體、氧氣、催化劑（同上）、燒瓶、導(dǎo)管、干燥管（內(nèi)裝堿石灰或固體NaOH吸收氧氣）、集氣瓶、帶火星的木條。實(shí)驗(yàn)步驟：1.將少量鐵粉和催化劑加入干燥的燒瓶中。2.連接好裝置，在干燥管后連接盛有二氧化硫氣體的容器、氧氣源、加熱裝置和集氣瓶。確保整個裝置干燥。3.在加熱裝置對燒瓶底部均勻加熱，同時緩慢通入氧氣。4.觀察燒瓶內(nèi)是否有紅棕色氣體（SO3）生成，并用帶火星的木條檢驗(yàn)集氣瓶中是否有氧氣生成。5.停止加熱和通入氣體，冷卻裝置。預(yù)期現(xiàn)象：1.在干燥條件下加熱時，若反應(yīng)正向進(jìn)行，燒瓶內(nèi)出現(xiàn)紅棕色氣體，集氣瓶中帶火星木條復(fù)燃。平衡移動判斷：在嚴(yán)格控制氧氣濃度增加（排除空氣）的條件下，如果相比沒有通入氮?dú)猓ǖ渌麠l件相同）時，SO3的生成量沒有明顯增加（或現(xiàn)象不明顯），則說明通入不參與反應(yīng)的氣體（如氮?dú)猓┰龃罅梭w系總壓，但分壓未變，平衡不發(fā)生移動。反之，若現(xiàn)象更明顯，則說明平衡可能發(fā)生移動（此設(shè)計更側(cè)重于驗(yàn)證壓強(qiáng)對平衡無影響，需與理論結(jié)合理解）。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案：藥品和儀器：試管、燒杯、蒸餾水、稀鹽酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液、NaOH溶液、稀H2SO4、pH試紙、試管架、膠頭滴管。實(shí)驗(yàn)步驟：1.取少量待測溶液于試管中，加入足量蒸餾水稀釋（若溶液本身是濃溶液或顯酸性/堿性）。2.用pH試紙測定溶液pH值。3.向試管中滴加幾滴BaCl2溶液，觀察是否有白色沉淀生成。若產(chǎn)生沉淀，過濾除去；若無沉淀，記錄現(xiàn)象。4.向上述溶液（或?yàn)V液）中滴加幾滴AgNO3溶液，觀察是否有白色沉淀生成。若產(chǎn)生沉淀，過濾除去；若無沉淀，記錄現(xiàn)象。5.向步驟4的溶液（或?yàn)V液）中滴加幾滴稀鹽酸，觀察是否有氣體生成。若產(chǎn)生氣體，將氣體通入澄清石灰水，觀察石灰水是否變渾濁。6.向步驟5的溶液（或?yàn)V液）中滴加幾滴稀H2SO4，觀察是否有白色沉淀生成。預(yù)期現(xiàn)象與判斷：1.若pH<7，則溶液中一定含NH4+。2.若步驟3產(chǎn)生白色沉淀，則溶液中一定含SO42-或CO32-。將沉淀溶于稀鹽酸，若沉淀不溶解，則一定含SO42-，一定不含CO32-。原始溶液中一定含SO42-。3.若步驟4產(chǎn)生白色沉淀，則溶液中一定含Cl-。4.若步驟5產(chǎn)生無色無味氣體，并將氣體通入澄清石灰水變渾濁，則溶液中一定含CO32-。原始溶液中一定含CO32-。5.若步驟6產(chǎn)生白色沉淀，則溶液中一定含Ba2+。結(jié)論：一定存在的離子：根據(jù)現(xiàn)象，若同時滿足步驟2pH<7（NH4+）和步驟5產(chǎn)生氣體（CO32-），則一定存在NH4+和CO32-。若不滿足pH<7，則根據(jù)其他步驟結(jié)果判斷。例如，若只步驟3沉淀+，步驟4沉淀-，步驟5無現(xiàn)象，步驟6沉淀+，則一定存在SO42-和Ba2+。一定不存在的離子：根據(jù)排除法，若步驟4產(chǎn)生沉淀（說明含Cl-），則原始溶液中一定不含F(xiàn)e3+（因Fe3+與Cl-通常共存）。若步驟3未產(chǎn)生沉淀，則原始溶液中一定不含Ba2+和SO42-。若步驟5無現(xiàn)象，則原始溶液中一定不含CO32-。若pH>7，則一定不含NH4+。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案：藥品和儀器：燒杯、玻璃棒、藥匙、酒精燈、石棉網(wǎng)、鐵架臺（帶鐵圈）、U形管或分液漏斗（用于反應(yīng)）、試管、膠頭滴管、氯氣發(fā)生裝置（如MnO2與濃鹽酸反應(yīng)裝置）、石灰乳（Ca(OH)2懸濁液）、蒸餾水、紫色石蕊試液、BaCl2溶液、稀鹽酸、pH試紙。實(shí)驗(yàn)步驟：1.模擬工業(yè)制法：在燒杯中加入適量Ca(OH)2懸濁液，用酒精燈加熱使部分Ca(OH)2溶解。將此石灰乳轉(zhuǎn)移至U形管或分液漏斗中，與氯氣發(fā)生裝置連接。在裝置出口處連接一個干燥管（可省略，但建議添加以吸收多余HCl）。緩慢通入氯氣至U形管/分液漏斗中充滿，反應(yīng)一段時間。2.檢驗(yàn)漂白粉成分：a.取少量反應(yīng)后的上層清液（或固體樣品，若過濾）于試管中，滴加幾滴紫色石蕊試液，觀察顏色變化。b.另取少量反應(yīng)后的上層清液于試管中，滴加幾滴BaCl2溶液，觀察是否有白色沉淀生成。c.另取少量反應(yīng)后的上層清液于試管中，用pH試紙測定pH值。3.廢液處理：將反應(yīng)后的廢液（主要含CaCl2、Ca(ClO)2、未反應(yīng)的Ca(OH)2等）小心倒入指定容器中，可用少量水稀釋后處理。預(yù)期現(xiàn)象與鑒定方法：1.檢驗(yàn)Ca(ClO)2：a.紫色石蕊試液變紅：說明溶液呈堿性，證明生成了具有漂白性的次氯酸鈣（Ca(ClO)2水解顯堿性）。b.BaCl2溶液產(chǎn)生白色沉淀：說明溶液中含有SO42-或CO32-。結(jié)合反應(yīng)物，此沉淀應(yīng)為BaSO4或BaCO3。此方法可間接證明Ca(ClO)2的存在（消耗了部分Ca2+或OH-）。