资源描述
专项突破五综合实验题的解题策略,实验原理、实验技能和实验仪器是实验的三要素。在高考中常将“三要素”进行组合,形成综合性强、能力要求高的实验题。常见的组合类型有“原理+仪器”组合、“仪器+技能”组合、“原理+技能”组合,或者是能力要求更高、综合性更强的“原理+仪器+技能”组合。利用综合实验题既可以考查化学实验基本操作,又可以考查学生观察实验现象、处理实验数据的能力,分析实验结果、得出实验结论的能力以及综合运用知识的能力。,考法突破,一、综合实验题的基本流程 原理、目的反应物仪器、装置实验现象结论。具体分析为: (1)实验是根据什么性质和原理设计的?实验的目的是什么? (2)所用各物质名称、状态、代替物(根据实验目的和相关的化学反应原理,进行全面的分析比较和推理,并合理选择)。 (3)有关装置:性能、使用方法、适用范围、注意事项、是否有替代装置可用、仪器规格等。 (4)有关操作:操作顺序、注意事项或操作错误的后果。 (5)实验现象:自下而上,自左而右全面观察。 (6)实验结论:直接结论或导出结论。,二、综合实验题的解题思路 (1)巧审题,明确实验目的和原理。实验原理是解答实验题的核心,是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情境(或题中所给实验目的),结合元素及其化合物等有关知识获取。在此基础上,遵循科学性、安全 性、可行性、简约性的原则,确定符合实验目的、要求的方案。 (2)想过程,理清实验操作的先后顺序。根据由实验原理所确定的实验方案,确定实验操作步骤,把握各步实验操作的要点,理清实验操作的先后顺序。 (3)看准图,分析各实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合,思考容量大。在分析解答过程中,要认真细致地分析图中所示的装置,并结合实验目的和原理,确定它们在实验中的作用。,(4)细分析,得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中,要善于找出影响实验成功的关键,以及产生误差的原因等。 (5)重基础,高考对实验的考查以基础知识的综合运用为主,具有综合性、灵活性的特点。学习过程中要对实验基础知识分类归纳总结,如气体的制 备、收集,物质分离和提纯,物质的检验和鉴别,物质性质的验证等。化学实验的基础知识主要有实验现象的描述,装置气密性的检查,溶液的配制,同一仪器在不同实验中或同一实验中不同位置的作用,实验仪器的正确使用,综合实验中实验装置的选择等。,类型一、以控制变量为主的综合实验题 控制变量法:物质变化往往受多个因素的影响,在研究化学反应与外界因素之间的关系时,对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制,使其他因素不变,集中研究一个因素的变化所产生的影响,以利于在研究过程中,迅速寻找到物质变化的规律。解答此类试题的关键是选择数据要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。思路总结:,典例1兴趣小组探究锌片与盐酸、醋酸反应时,浓度或温度对反应速率的影响,他们准备了以下化学用品:0.20 molL-1与0.40 molL-1的HCl溶液、 0.2 molL-1与0.40 molL-1的CH3COOH溶液、0.10 molL-1CuCl2溶液、锌片 (形状、大小、质量相同)、秒表、碳棒、导线、烧杯、几支试管和胶头滴管,酸液温度控制为298 K和308 K。 (1)酸液都取足量、相同体积,请你帮助完成以下实验设计(表中不要留 空格):,(2)若(1)中实验锌片消失的时间是20 s,则锌片剩余质量与时间关系如图所示。假设:该反应温度每升高10 ,反应速率是原来的2倍;温度相同、浓度相同时,醋酸的平均反应速度是盐酸的1/2。请你在此图中大致画出“实验”(用实线)、“实验中醋酸实验”(用虚线)的锌片质量与时间关系曲线。,(3)某实验小组在做(1)中实验时误加少量0.10 molL-1 CuCl2溶液,发现反应速率与(1)中实验接近。该组同学对影响因素提出如下假设,请完成假设三: 假设一:Cu2+对该反应起催化剂作用 假设二:Cl-对该反应起催化剂作用 假设三:形成Zn-Cu原电池,加快反应速率(其他答案合理亦可) ,解析(1)实验和的不同点是温度,所以是探究温度对Zn与盐酸反 应速率的影响;实验和的不同点是盐酸的浓度,所以是探究盐酸浓度对Zn与盐酸反应速率的影响;实验和是探究相同温度下,相同浓度的盐酸、醋酸与锌反应速率的区别,所以实验的温度是298 K,醋酸的浓度是0.20 molL-1。 (2)与相比,温度升高10 ,反应速率是原来的2倍,所以反应时间缩短到10 s;的反应速率是的,则反应时间是的2倍,即20 s2=40 s,据此可画出图像。 (3)Zn置换出Cu,构成Zn-Cu原电池,能够加快反应速率,所以假设三为形成 Zn-Cu原电池,加快反应速率。,1-1某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下: (1)在25 下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。,测得实验和溶液中的Cr2浓度随时间变化关系如下图所示。 (2)上述反应后草酸被氧化为 CO2 (填化学式)。 (3)实验和的结果表明溶液pH对该反应的速率有影响;实验中 0t1时间段反应速率v(Cr3+)= molL-1min-1(用代数式表示)。,(4)该课题组对铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三: 假设一:Fe2+起催化作用; 假设二: Al3+起催化作用; 假设三: SO 2- 4 起催化作用; (5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。 除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4 Al2(SO4)324H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2的浓度可用仪器测定,(本题属于开放性试题,合理答案均可),解析(1)根据题设要求,和数据对比可得出不同pH对反应速率的影 响,和数据对比可得出草酸用量对反应速率的影响。根据实验单一变量原则,设计实验时,只能允许草酸用量发生变化,且保证混合溶液其他成分浓度相同,故保证和中混合溶液总体积相同。本题可以选择的组合有多种。例如:,(3)由实验和及对应图像可知溶液pH对该反应速率有影响。pH越小,Cr2浓度下降越快,说明反应速率越快。根据图像中的变 化可以求出v(Cr2)= molL-1min-1,再结合反应Cr2+3C2+14 H+ 2Cr3+6CO2+7H2O可得:v(Cr3+)= molL-1min-1。(4)分析 铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O的成分,可以提出另外两个假设分别为:Al3+起催化作用,S起催化作用。(5)完成本实验的关键是选择对照实验,并控制单一变量(Fe2+的有和无)。最简捷的做法为选择实验作为参照实验,用等物质的量K2SO4Al2(SO4)324H2O代替实验中的铁明矾,并控制其他实验条件与相同,进行对比实验。另外,还可以选择或作为参照实验,其他操作相同。本题也可以另外设计对比实验,例如:,1-2控制变量法是化学实验的一种常用方法,下表是某学习小组研究等物质的量浓度的稀硫酸和锌反应的实验数据。分析以下数据,回答下列问题:,(1)实验1和实验2表明温度对化学反应速率有影响。对该因素进行研究的实验还有一组是实验3和实验4 (填实验序号)。 (2)下列说法正确的是 AC 。 A.t1t4 (3)稀硫酸中H2SO4的物质的量浓度是 2.4molL-1,实验6生成硫酸锌的质量m5= 9.9。,解析(1)实验1与实验2中只有温度不同,故可表明温度对化学反应速率有影响;分析可知实验3与实验4中也只有温度不同。 (2)其他条件相同时,采用粉末状锌比采用颗粒状锌的反应速率快,对比实验3、5可知t170;因实验1、2中锌的质量相同,硫酸的质量也相同,故生成的硫酸锌等量,即m1=m2;由实验8、10的数据可知,在加入8.0 g Zn时,稀硫酸已经耗尽,故m6=19.3;实验5中加入锌的质量小于实验8,故t1t4。 (3)由硫酸耗尽时产生硫酸锌的质量可求出50.0 mL稀硫酸中含有n(H2SO4)0.12 mol,故c(H2SO4)2.4 molL-1;实验6中硫酸未耗尽,故可由4.0 g Zn (全部转化为ZnSO4)求出m5=4.0161/659.9。,类型二、以实验探究为主的综合实验题 以实验探究为主的综合实验题以能力立意,把化学知识与能力的考核融为一体。试题源于教材实验,但又高于教材。主要考查考生思维的敏捷性、缜密性、灵活性。试题难度较大。在探究过程中往往可以利用对比实验来进行对照和比较,从而研究和揭示某种规律,解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。对物质性质的探究,必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上,大胆猜想,细心论证。脱离元素化合物知识,独立看待实验问题是不科学的,只有灵活运用已有的元素化合物知识,才能变探究型实验为验证型实验,使复杂问题简单化。,典例2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,氨气的发生装置可以选择上图中的 A(或B) ,反应的化学方程式为 2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3+CaCl2+2H2O(或NH3H2O NH3+H2O)。 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 dcfei(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。,解析(1)制备氨气,可用Ca(OH)2(s)和NH4Cl(s)混合加热,此时可选用装置A;也可采用加热浓氨水的方法,此时可选用装置B。欲得到干燥的氨气,首先要干燥(干燥管要大口进,小口出),其次要收集(氨气密度比空气小,要用向下排空气法),最后为尾气处理(因氨气极易溶于水,要用防倒吸的F装置)。 (2)NH3和NO2在催化剂、一定温度下可发生反应,故Y管中红棕色慢慢变浅;由化学方程式8NH3+6NO2 7N2+12H2O可以得出,反应后气体分子数减少,压强减小,故打开K2后,Z中NaOH溶液会产生倒吸现象。,2-1某课题组设计实验探究硫酸钡与活性炭粉反应的产物。 .制备硫酸钡 将一定量的氯化钡溶于水,加入足量硫酸,过滤、洗涤、烘干,得到纯净硫酸钡。 (1)洗涤硫酸钡的操作方法是用玻璃棒向过滤器引流蒸馏水至浸没固体,待蒸馏水流出后,重复23次。 .探究硫酸钡与活性炭粉反应的产物 (2)探究气体产物 【提出假设】 假设1气体产物是CO。 假设2气体产物是CO2。 假设3气体产物是 CO和CO2的混合物。,【实验验证】设计装置如图所示。 B装置的作用是检验二氧化碳。 能证明有CO生成的现象是 D装置中黑色粉末变成红色。 【实验结论】经实验证明A装置中产生的气体有CO和CO2。 (3)探究固体产物 【查阅资料】硫酸钡与碳反应的固体产物可能是硫化钡和亚硫酸钡。硫化钡微溶于水、亚硫酸钡难溶于水,且硫化钡和亚硫酸钡都能与稀盐酸、,稀硫酸反应。 【实验设计】取实验后A中残留的固体分别装于3支试管中,设计如下三种方案验证固体产物的成分:,【实验评价】 上述实验中,能确认固体成分的实验是乙(填序号)。,乙方案中产生黑色沉淀的离子方程式为 Cu2+H2S=CuS+2H+ 。 (4)经实验测定,硫酸钡与活性炭粉在加热条件下反应生成气体的相对分子质量为,固体产物为硫化钡。写出该化学方程式: BaSO4+3C BaS+2CO+CO2 。,类型三、以实验方案设计与评价为主的综合实验题 实验方案的设计与评价类试题是高考中的重要题型,能充分体现考生的创新思维能力和分析问题的能力,充分考查考生思维的严谨性和灵活性。 (1)设计要点。实验方案的设计要明确以下要点:题目有无特殊要求;题给药品、装置的种类及数量;注意实验过程中的安全性操作;会画简单的实验装置图;注意仪器的规格;要注意防倒吸、防爆炸、防燃烧、防暴沸、防氧化、防吸水;同一仪器在不同位置的相应作用等;要严格按照“操作(实验步骤)+现象+结论”的格式叙述。 (2)评价角度。操作可行性:实验原理是否科学、合理,操作是否简单、可行,仪器的使用、基本操作是否正确。经济效益:原料是否廉价、转化率是否高,产物产率是否高。环境保护:原料是否对环境有污染,产物是否对环境有污染,污染物是否进行处理。,典例3两个实验小组的同学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应,都用如图所示的装置进行实验。通入SO2,将带火星的木条插入试管C的上部,木条复燃。 请回答下列问题: (1)以上实验现象证明反应中有 O2 生成。 (2)第1小组同学认为Na2O2与SO2反应的产 物之一为Na2SO3,该反应的化学方程式是 2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2 ; 请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3: 取少量Na2O2与SO2反应后生成的白色固体,加入稀硫酸,若产生能使品红溶液褪色的气体,则说明其中含有Na2SO3 。,(3)第2小组同学认为Na2O2与SO2的反应中还可能有Na2SO4生成。为检验是否有Na2SO4生成,他们设计了如下方案: 上述方案是否合理?不合理(填“合理”或“不合理”)。请简要说明两点理由: 酸性条件下NO-3能氧化SO2-3 (或H2SO3) ; 若反应后的固体中残留Na2O2,溶解时会氧化SO2-3 。 (4)仍用上述装置,请你设计一个实验方案来确认Na2SO4的生成: 在题给装置中,通入SO2直至固体质量不再改变,然后取少量反应后的白色固体溶于水,加入稀盐酸酸化,再加入氯化钡溶液,若有白色沉淀生成,可确认SO2-4存在。,3-1草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.410-2,K2=5.410-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色,熔点为101 ,易溶于水,受热脱水、升华,170 以上分解。 回答下列问题: (1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 ,由此可知草酸晶体分解的产物中有 CO2 。装置B的主要作用是冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验。,(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。,乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、 F、D、G、 H、D、I 。装置H反应管中盛有的物质是 CuO 。,能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是 H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊。 (3)设计实验证明: 草酸的酸性比碳酸的强: 向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生。 草酸为二元酸: 用NaOH标准溶液滴定草酸溶液,消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍。,解析(1)草酸分解产生CO2和H2O,则装置C中观察到的现象是有气泡逸出,澄清石灰水变浑浊;装置B的主要作用是冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验。(2)为验证产物中有CO,需除去CO2并干燥后通过灼热的CuO,通过检验还原CuO后的产物中有CO2即 可。CO有毒,要注意尾气处理,故装置的连接顺序为A、B、F、D、G、 H、D、I。装置H反应管中盛有的物质为CuO。CO能还原CuO,故H中的现象应为黑色的固体粉末变红,H后的D中的现象为澄清石灰水变浑浊。 (3)依据强酸制弱酸的原理,可将草酸加入到碳酸氢钠溶液中,若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,则证明草酸的酸性强于碳酸。欲证明草酸是二元酸,需证明草酸中有两个羧基,用NaOH溶液滴定即可。,3-2已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸钠。 .甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。 方案一:取样,加入稀盐酸有气泡生成,认为亚硫酸钠溶液没有变质。 方案二:取样,加入氯化钡溶液有白色沉淀生成,认为亚硫酸钠溶液完全变质。 请你对两方案做出评价: 方案一:不合理(填“合理”或“不合理”),理由是亚硫酸钠部分变质时加入稀盐酸也会产生气泡。 方案二:不合理(填“合理”或“不合理”),理由是 亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀,亚硫酸钠未变质或部分变质时也会产生白色沉淀。,(1)分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂? b (填字母)。 a.浓硝酸b.65%硫酸c.浓盐酸 (2)实验前后测得C装置增重3.2 g,则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为 0.83 molL-1 。 (3)该实验装置还存在一个明显的缺陷是缺少驱赶残留二氧化硫气体的装置(或其他合理答案) 。,.乙同学探究Na2SO3溶液是否变质,设计如下实验测定1.0 molL-1 Na2 SO3溶液的实际浓度。,解析.加入稀盐酸有气泡生成,证明溶液中含有亚硫酸钠,Na2SO3溶液可能没有变质,也可能部分变质。亚硫酸钠、硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀,故亚硫酸钠溶液未变质、部分变质、全部变质时的现象相同,都会生成白色沉淀。 .(1)制备二氧化硫气体选用硫酸。 (2)C装置增重3.2 g,产生的n(SO2)=0.05 mol,所以n(Na2SO3)=0.05 mol, c(Na2SO3)=0.05 mol0.06 L0.83 molL-1。该实验装置中一个明显的缺陷是缺少驱赶残留二氧化硫气体的装置。,
展开阅读全文