(五)综合实验探究

1．(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：

(1)氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为______________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤 实验现象 打开K1，推动注射器活①Y管中②反应的化学方程式塞，使X中的气体缓慢________________ __________ 通入Y管中 将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 到室温 打开K2 ③________ ④________ 解析：本题考查综合实验设计，涉及氨气的制备、氨气与二氧化氮的反应实验，包括仪器选择、连接装置接口、描述现象、分析原因等，意在考查考生综合设计实验的能力。(1)①观察装置知，A装置适合加热固体制备气体，B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气，加热固体混合物制备气体，可以选

△

择A装置作发生装置，化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气，故也可以选择B装置作发生装置，化学方程式为

△

NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气，用向下排空气法收集氨气，用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置，注意连接干燥管时应大口进气，小口出气。所以，连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色，氨气

催化剂

与二氧化氮发生反应：8NH3＋6NO2=====7N2＋12H2O，故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚，反应后气体分子数减少，装置内压强减小，故打开K2，氢氧化钠溶液会产生倒吸现象。

△△

答案：(1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O[或B NH3·H2O=====NH3↑＋H2O] ②d c f e i

1

解释原因 (2)①红棕色气体慢慢变浅

催化剂

②8NH3＋6NO2=====7N2＋12H2O

③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压

－

2．(2016·北京卷)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3)已成为环境修复研究的热点之一。

(1)Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。 ①作负极的物质是____________。 ②正极的电极反应式是____________。

－

(2)将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3的去除率和pH，结果如下：

初始pH pH＝2.5 pH＝4.5 －NO3的去除率 接近100% <50% 24小时pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH＝4.5时，NO的去除率低。其原因是__________________。 2＋

(3)实验发现：在初始pH＝4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe可以

－2＋

明显提高NO3的去除率。对Fe的作用提出两种假设：

2＋－

Ⅰ.Fe直接还原NO3；

2＋

Ⅱ.Fe破坏FeO(OH)氧化层。

－3

－3

①做对比实验，结果如图所示。可得到的结论是________。

2＋

②同位素示踪法证实Fe能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解

2＋－

释加入Fe提高NO3去除率的原因：______________________。

－

(4)其他条件与(2)相同，经1小时测定NO3的去除率和pH，结果如下：

初始pH pH＝2.5 pH＝4.5 －NO3的去除率 约10% 约3% 1小时pH 接近中性 接近中性 －与(2)中数据对比，解释(2)中初始pH不同时，NO3去除率和铁的最终物质形态不同的原因：________________________。

解析：本题考查原电池原理、环境保护和硝酸盐的脱除，意在考查考生的实际运用能力。

－＋

(1)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO3得电子变成NH4。(2)由图知，pH＝2.5时，不导电的FeO(OH)零散分布在Fe3O4上，不影响体系导电；而pH＝4.5时，FeO(OH)均匀覆盖在Fe3O4上，阻碍电子的转移，从而阻碍反应进行。(3)①由题图可知，pH＝4.5时，单独存在

2＋－－－

的Fe无法去除NO3，而只有铁单质时NO3的去除率约为50%，两者同时存在时NO3的去除

2＋

率显著提高，可达100%，说明假设Ⅱ正确。②根据题意写出反应的离子方程式Fe＋

＋2＋

2FeO(OH)===Fe3O4＋2H，Fe与不导电的FeO(OH)反应生成可导电的Fe3O4，有利于电子转移，

－

促进反应进行。(4)pH＝2.5时，NO3的去除率高，结合(3)中的结论，可推知在酸性较强时，

＋2＋2＋

由于发生反应Fe＋2H===Fe＋H2↑，c(Fe)较大，可减少FeO(OH)的量。

－－＋＋

答案：(1)①Fe ②NO3＋8e＋10H===NH4＋3H2O

2

(2)FeO(OH)不导电，阻碍电子转移

2＋－2＋－

(3)①本实验条件下，Fe不能直接还原NO3；在Fe和Fe共同作用下能提高NO3的去除率

2＋＋2＋

②Fe＋2FeO(OH)===Fe3O4＋2H，Fe将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4，利于电子转移

2＋2＋

(4)初始pH低时，产生的Fe充足；初始pH高时，产生的Fe不足

3．(2016·四川卷)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。

【资料查阅】

【实验探究】 该小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题：

(1)仪器X的名称是____________。

(2)实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。 a．检查装置的气密性后加入药品 b．熄灭酒精灯，冷却

c．在“气体入口”处通入干燥HCl d．点燃酒精灯，加热

e．停止通入HCl，然后通入N2

(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是__________________。

(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是______________。 【探究反思】

(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质，根据资料信息分析：

①若杂质是CuCl2，则产生的原因是________________________________。 ②若杂质是CuO，则产生的原因是_____________________________________。 解析：本题考查化学实验设计与评价，意在考查考生的实验探究能力和对实验方案的评价能力。(1)仪器X的名称为干燥管。(2)实验操作中应先通氯化氢气体，再点燃酒精灯，反应结束后，先熄灭酒精灯，再停止通入氯化氢气体，故实验操作的先后顺序为：a→c→d→b→e。(3)实验过程中，由于通入氯化氢气体，多余的氯化氢气体能使湿润的蓝色石蕊试纸变红；又由于反应过程中产生氯气，氯气与水反应生成的HClO能漂白试纸而使试纸褪色。(4)装置D中发生的氧化还原反应为氯气与氢氧化钠溶液的反应，离子方程式为Cl2

－－－

＋2OH===Cl＋ClO＋H2O。(5)①由于加热时间不足或温度偏低，CuCl2·2H2O失去结晶水后生成CuCl2，CuCl2没有完全分解；②通入的氯化氢气体不足，反应过程中CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，Cu2(OH)2Cl2分解而生成CuO。

答案：(1)干燥管 (2)cdb (3)先变红，后褪色

－－－

(4)Cl2＋2OH===ClO＋Cl＋H2O

(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足

4．(2016·天津卷)水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中

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