2025年高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（附答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______考生注意：請(qǐng)根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并闡述相關(guān)理由。一、設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，以驗(yàn)證鐵在潮濕的空氣中生銹是一個(gè)緩慢的氧化過程，且該過程需要氧氣和水同時(shí)參與。請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明實(shí)驗(yàn)步驟、所需儀器和藥品、預(yù)期現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)原理。二、某無色溶液可能含有下列離子中的的一種或幾種：Na+、NH4+、Cl-、SO42-、CO32-、Ba2+、Fe3+。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，通過一系列簡(jiǎn)單的化學(xué)操作（不引入新的離子），確定該溶液中一定存在的離子和可能存在的離子。請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象和相應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式。三、設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，比較醋酸和碳酸的酸性強(qiáng)度。請(qǐng)說明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、所需儀器和藥品、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象以及比較酸性強(qiáng)弱的方法和依據(jù)。四、氯氣是一種重要的工業(yè)原料，實(shí)驗(yàn)室通常用濃鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應(yīng)制備。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明該反應(yīng)生成了氯氣。方案應(yīng)包括如何收集氯氣、如何檢驗(yàn)氯氣的性質(zhì)（至少兩種方法）以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象和化學(xué)方程式或離子方程式。五、為了除去粗鹽中含有的少量硫酸鎂、碳酸鈣和氯化鈣雜質(zhì)（假設(shè)雜質(zhì)不相互轉(zhuǎn)化且不與BaCl2、Na2CO3、NaOH反應(yīng)），設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行提純。請(qǐng)說明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、所需儀器和藥品、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟（包括加入試劑的順序）、預(yù)期現(xiàn)象以及相關(guān)的化學(xué)方程式或離子方程式。試卷答案一、實(shí)驗(yàn)方案：1.準(zhǔn)備兩個(gè)大小相同的鐵釘，分別放入兩個(gè)干燥的試管中。2.在第一個(gè)試管中加水，使鐵釘部分浸沒在水中，并密封管口。3.在第二個(gè)試管中加入少量水，使鐵釘部分浸沒在水中，然后通入空氣（或置于空氣中），并密封管口。4.將兩個(gè)試管置于相同且潮濕的環(huán)境中（如陰涼處或利用濕布覆蓋）。5.觀察一段時(shí)間后比較兩個(gè)試管中鐵釘?shù)淖兓?。所需儀器和藥品：試管、鐵釘、水、膠頭滴管（可選）、密封裝置（如橡皮塞）。預(yù)期現(xiàn)象：第二個(gè)試管（有空氣和水）中的鐵釘表面會(huì)逐漸出現(xiàn)紅褐色銹跡，而第一個(gè)試管（只有水，無空氣）中的鐵釘表面無明顯變化或生銹緩慢。實(shí)驗(yàn)原理：鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水共同作用發(fā)生緩慢氧化的過程。該實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置有無氧氣的對(duì)照組，驗(yàn)證了氧氣和水在鐵生銹過程中的重要作用。二、實(shí)驗(yàn)方案：1.取少量待測(cè)溶液于試管中，加入過量BaCl2溶液，振蕩，靜置。觀察是否有白色沉淀生成。如有，過濾，保留濾液。**預(yù)期現(xiàn)象：*若產(chǎn)生白色沉淀，說明溶液中可能含有SO42-或CO32-。沉淀為BaSO4或BaCO3。**化學(xué)方程式（若產(chǎn)生BaSO4）：*BaCl2+SO42-=BaSO4↓+2Cl-**化學(xué)方程式（若產(chǎn)生BaCO3）：*BaCl2+CO32-=BaCO3↓+2Cl-2.向?yàn)V液中加入過量NaOH溶液，加熱，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，振蕩。觀察是否有沉淀生成。同時(shí)觀察溶液中是否有沉淀生成。**預(yù)期現(xiàn)象：*若加熱后有氣體使澄清石灰水變渾濁，說明溶液中一定含有NH4+。若有白色沉淀生成，說明溶液中可能含有Fe3+。沉淀為Fe(OH)3。**化學(xué)方程式（若含有NH4+）：*NH4++OH-加熱=NH3↑+H2O；Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O**化學(xué)方程式（若含有Fe3+）：*Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓3.根據(jù)步驟2的現(xiàn)象，若確認(rèn)含有NH4+和/或Fe3+，再向?yàn)V液中加入Na2CO3溶液，觀察是否有沉淀生成。**預(yù)期現(xiàn)象：*若產(chǎn)生白色沉淀，說明溶液中一定含有Ba2+（由步驟1引入，若原溶液有則無法確定）。若無明顯現(xiàn)象，說明原溶液中不含有Ba2+。**化學(xué)方程式（若產(chǎn)生BaCO3）：*Ba2++CO32-=BaCO3↓所需儀器和藥品：試管、膠頭滴管、BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、澄清石灰水。確定結(jié)果：*若步驟1產(chǎn)生沉淀，步驟2產(chǎn)生氣體和/或沉淀，步驟3產(chǎn)生沉淀：溶液中一定含NH4+、Fe3+、SO42-（或CO32-），可能含Ba2+。*若步驟1產(chǎn)生沉淀，步驟2產(chǎn)生氣體，步驟3無現(xiàn)象：溶液中一定含NH4+、Fe3+，一定不含Ba2+，SO42-（或CO32-）是否存在無法通過此方案確定（但根據(jù)題設(shè)，雜質(zhì)不與BaCl2反應(yīng)，故原溶液中可能不含）。*若步驟1無沉淀，步驟2產(chǎn)生氣體和沉淀：溶液中一定含NH4+、Fe3+，一定不含Ba2+、SO42-、CO32-。*若步驟1無沉淀，步驟2只有沉淀：溶液中一定含F(xiàn)e3+，一定不含Ba2+、SO42-、CO32-、NH4+。*若步驟1無沉淀，步驟2無現(xiàn)象：溶液中一定不含NH4+、Fe3+、SO42-、CO32-、Ba2+。（但根據(jù)題設(shè)，雜質(zhì)可能存在，說明原溶液可能含Na+）解析思路：本題考查離子的檢驗(yàn)和分離。核心思路是利用離子之間不同的性質(zhì)，通過沉淀反應(yīng)、氣體生成反應(yīng)等進(jìn)行分離和檢驗(yàn)。首先，利用Ba2+能與SO42-、CO32-生成不溶性沉淀的特性進(jìn)行分離，排除SO42-、CO32-的干擾。然后，利用NaOH溶液與NH4+反應(yīng)生成氨氣（可檢驗(yàn)），與Fe3+反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀（可檢驗(yàn)）。最后，檢驗(yàn)是否引入了Ba2+。選擇試劑時(shí)，要考慮不引入待測(cè)離子或易于除去的離子，且試劑本身不能與待測(cè)離子反應(yīng)（或反應(yīng)后易于分離）。整個(gè)方案設(shè)計(jì)遵循了“先檢驗(yàn)/分離干擾離子，再檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)離子”的原則。三、實(shí)驗(yàn)方案：1.準(zhǔn)備兩支試管，分別加入等濃度、等體積的醋酸溶液和碳酸鈉溶液。2.向兩支試管中分別滴加幾滴酚酞指示劑。3.向兩支試管中同時(shí)逐滴加入澄清石灰水（或CaCl2溶液），邊加邊振蕩，并觀察現(xiàn)象。所需儀器和藥品：試管、膠頭滴管、醋酸溶液、碳酸鈉溶液、酚酞指示劑、澄清石灰水（或CaCl2溶液）。預(yù)期現(xiàn)象：*醋酸溶液中：先變紅（醋酸呈酸性），后紅色逐漸變淺甚至消失。*碳酸鈉溶液中：變紅（碳酸鈉水解呈堿性），加入澄清石灰水后，紅色逐漸變淺甚至消失，并產(chǎn)生白色沉淀（CaCO3）。比較方法與依據(jù)：化學(xué)方程式：*醋酸與澄清石灰水：2CH3COOH+Ca(OH)2=(CH3COO)2Ca+2H2O*碳酸鈉與澄清石灰水：Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH解析思路：比較醋酸和碳酸的酸性強(qiáng)度，可以利用它們與相同物質(zhì)反應(yīng)的劇烈程度或反應(yīng)完全所需物質(zhì)的量來進(jìn)行判斷。本方案采用逐滴加入堿液（澄清石灰水）的方式，利用指示劑（酚酞）顯示溶液酸堿性變化。醋酸是弱酸，與堿反應(yīng)生成水和鹽；碳酸是弱酸，與堿反應(yīng)生成水和鹽，同時(shí)生成碳酸鈣沉淀。由于醋酸的酸性比碳酸強(qiáng)，它需要消耗更少的堿才能完全中和。通過觀察指示劑顏色變化消失所需堿的量，可以直觀地比較兩者的酸性強(qiáng)弱。該方案操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯。四、實(shí)驗(yàn)方案：1.在錐形瓶中放入少量二氧化錳，加入適量濃鹽酸，塞緊瓶塞。2.將導(dǎo)管一端伸入盛有飽和食鹽水（或其他不含還原性氣體的溶液）的燒杯中，另一端連接到收集裝置（如倒置的集氣瓶，底部先充滿水）。3.對(duì)錐形瓶加熱，觀察燒杯中導(dǎo)管口是否有黃綠色氣體產(chǎn)生并進(jìn)入集氣瓶。4.將收集到的少量氯氣用向上排空氣法（或向下排空氣法，取決于氯氣密度）收集在試管中。5.檢驗(yàn)氯氣的性質(zhì)：*方法一（與水反應(yīng)）：將少量氯氣通入盛有蒸餾水的試管中，振蕩，觀察水是否略顯黃綠色，并用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙或pH試紙（氯水呈酸性）檢驗(yàn)氯水的性質(zhì)。**預(yù)期現(xiàn)象：*氯氣溶于水，水略顯黃綠色；淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)（氯氣氧化I-）；pH試紙變紅（氯水呈酸性）。**化學(xué)方程式：*Cl2+H2O?HCl+HClO*方法二（與堿反應(yīng)）：將少量氯氣通入盛有氫氧化鈉溶液的試管中，振蕩，觀察溶液顏色變化。**預(yù)期現(xiàn)象：*溶液變?yōu)辄S褐色（生成NaCl和NaClO）。**化學(xué)方程式：*Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O所需儀器和藥品：錐形瓶、二氧化錳、濃鹽酸、燒杯、導(dǎo)管、集氣瓶、試管、飽和食鹽水、蒸餾水、淀粉碘化鉀試紙、pH試紙、氫氧化鈉溶液、加熱裝置（如酒精燈）?；瘜W(xué)方程式：*制備：MnO2+4HCl(濃)加熱=MnCl2+Cl2↑+2H2O*檢驗(yàn)（方法一）：Cl2+H2O?HCl+HClO*檢驗(yàn)（方法二）：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O解析思路：證明氯氣生成的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)出能夠產(chǎn)生并收集Cl2的裝置，并通過特征反應(yīng)或現(xiàn)象檢驗(yàn)其身份。實(shí)驗(yàn)室制備Cl2通常用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)，需要加熱