资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四节,化学实验方案的设计与评价,考向一性质探究性实验的设计,【,通考点,融会贯通,】,1.,猜想型实验题的思维流程,2.,解答物质性质探究题的流程,(1),第一步明确实验干什么,:,审题干及设问,明确实验,目的,;,(2),第二步分析题干信息有什么,:,审题干明确物质的特,性及其他有效信息,;,(3),第三步思考实验原理是什么,:,根据目的、题干信息,及已有知识,设想探究、验证物质性质的实验原理,;,(4),第四步思考题干设问为什么,:,细审试题设问,斟酌命题意图,确定答题方向,;,(5),第五步规范解答,:,结合第三步、第四步,用学科语言、化学用语有针对性的回答问题。,【,通考题,触类旁通,】,1.(2018,全国卷,),下列实验过程可以达到实验目的的是,(,),编号,实验目的,实验过程,A,配制,0.400 0 molL,-1,的,NaOH,溶液,称取,4.0 g,固体,NaOH,于烧杯中,加入少量蒸馏水溶解,转移至,250 mL,容量瓶中定容,编号,实验目的,实验过程,B,探究维生素,C,的还原性,向盛有,2 mL,黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素,C,溶液,观察颜色变化,C,制取并纯化氢气,向稀盐酸中加入锌粒,将生成的气体依次通过,NaOH,溶液、浓硫酸和,KMnO,4,溶液,D,探究浓度对反应速率的影响,向,2,支盛有,5 mL,不同浓度,NaHSO,3,溶液的试管中同时加入,2 mL 5%H,2,O,2,溶液,观察实验现象,【,命题意图,】,本题以图表的形式考查化学实验中基本实验操作和实验的设计与评价。,【,解析,】,选,B,。,4.0 g,固体,NaOH,的物质的量为,0.1 mol,因此使用,250 mL,的容量瓶,但题目中对实验的操作叙,述不清楚,没有冷却、洗涤等步骤,故,A,项错误,;FeCl,3,具有氧化性,因此能与具有还原性的维生素,C,发生反应,从而使溶液的颜色由黄色变为浅绿色,(Fe,2+,),故,B,项正,确,;C,项中产生的气体应最后通过浓硫酸,否则会引入,水蒸气,故,C,项错误,;H,2,O,2,与,NaHSO,3,的反应没有明显的实验现象,因此不能用此反应探究浓度对反应速率的影响,故,D,项错误。,2.(2017,天津高考,),以下实验设计能达到实验目的的是,(,),选项,实验目的,实验设计,A,除去,NaHCO,3,固体中的,Na,2,CO,3,将固体加热至恒重,B,制备无水,AlCl,3,蒸发,Al,与稀盐酸反应后的溶液,选项,实验目的,实验设计,C,重结晶提纯苯甲酸,将粗品水溶、过滤、蒸发、结晶,D,鉴别,NaBr,和,KI,溶液,分别加新制氯水后,用,CCl,4,萃取,【,解析,】,选,D,。,A,项,加热碳酸氢钠分解生成了碳酸钠,不能达到实验目的,;B,项,直接蒸发,AlCl,3,溶液,铝离子发生水解,最终得到的是,Al(OH),3,;C,项,重结晶法提纯苯甲酸的方法是将粗品水溶,趁热过滤,滤液冷却结晶即可,;D,项,NaBr,和,KI,都能与氯水反应生成对应的单质,再用四氯化碳萃取,颜色层不同。,考向二组成探究性的设计,【,通考点,融会贯通,】,1.,物质组成的定量测定的常用方法,(1),沉淀法,先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥的沉淀的质量,再进行相关计算。,(2),测气体体积法,对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度,如量气装置的设计,:,下列装置中,A,是常规的量气装置,B,、,C,、,D,是改进后的量气装置。,(3),测气体质量法,将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气体的质量,然后进行相关计算。,(4),滴定法,即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。,(5),热重法,只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度的关系。通过分析热重曲线,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。,2.,定量型实验题的解题模板,巧审题,明确实验目的、原理,实验原理可从题给的化学情境,(,或题目所给的实验目的,),并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上,依据可靠性、简捷性、安全性的原则,确定符合实验目的、要求的实验方案,想过程,理清操作先后顺序,根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程,确定实验操作的方法和步骤,把握各实验步骤的要点,理清实验操作的先后顺序,看准图,分析装置或流程图的作用,若题目中给出装置图,在分析解答过程中,要认真细致地分析图中的各部分装置,并结合实验目的和原理,确定它们在实验中的作用,细分析,得出正确的实验结论,在定性实验的基础上研究量的关系,根据实验现象和记录的数据,对实验数据进行筛选,通过分析、计算、推理等确定有关样品含量及化学式,【,通考题,触类旁通,】,(2017,全国卷,),凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知,:NH,3,+H,3,BO,3,= NH,3,H,3,BO,3,;,NH,3,H,3,BO,3,+HCl=NH,4,Cl+H,3,BO,3,。,回答下列问题,:,(1)a,的作用是,_,。,(2)b,中放入少量碎瓷片的目的是,_,。,f,的名称是,_,。,(3),清洗仪器,:g,中加蒸馏水,;,打开,k,1,关闭,k,2,、,k,3,加热,b,蒸气充满管路,;,停止加热,关闭,k,1,g,中蒸馏水倒吸进入,c,原因是,_;,打开,k,2,放掉水,重复操作,2,3,次。,(4),仪器清洗后,g,中加入硼酸,(H,3,BO,3,),和指示剂。铵盐试样由,d,注入,e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗,d,关闭,k,3,d,中保留少量水。打开,k,1,加热,b,使水蒸气进入,e,。,d,中保留少量水的目的是,_,。,e,中主要反应的离子方程式为,_,e,采用中空双层玻璃瓶的作用是,_,。,(5),取某甘氨酸,(C,2,H,5,NO,2,),样品,m,克进行测定,滴定,g,中吸收液时消耗浓度为,c molL,-1,的盐酸,V mL,则样品中氮的质量分数为,_%,样品的纯度,_ _%,。,【,解析,】,(1)a,为连通大气的玻璃管,当,b,中压强增大时,玻璃管的液面会上升,从而使体系压强趋于稳定,因此,a,的作用为平衡内外压强,防止压强过大发生危险。,(2),加入碎瓷片的目的是防暴沸,f,为直形冷凝管。,(3),停止加热,关闭,k,1,后,c,至,e,中热的蒸馏水来源中,断,f,中的冷凝水使得残留的水蒸气液化,内部压强减,小,g,中的蒸馏水就会倒吸入,c,中。,(4)d,中保留少量水,一方面可以检验,d,装置是否漏气,;,另一方面若装置气密性不佳会导致氨气泄漏进入空气中,污染空气,而氨气易溶于水,可吸收氨气。,e,中加入了铵盐试样和,NaOH,通入了热的水蒸气,所,以氨气会逸出,(,一方面加热促进逸出,另一方面水蒸气,可以带出氨气,),所以答案为,OH,-,+ NH,3,+H,2,O,e,采用中空双层玻璃瓶,可以减少热量的损耗,使得,e,的,温度能维持在较高状态,有利于氨气充分逸出。,(5),要求氮的质量分数,先求氮的物质的量,氮的质量,就可以求出,质量分数也就容易求出。氮的物质的量,和氨气的物质的量一致,根据反应,NH,3,NH,3,H,3,BO,3,HCl,为,111,的关系,则氮的物质的量与,HCl,相等,其,中,HCl,为吸收液,物质的量为,10,-3,cV mol,氮的物质的量,也为,10,-3,cV mol,氮的质量为,14,10,-3,cVg,质量分数为,(14,10,-3,cV)/m,100%;,测出来的氮不一定完全由,甘氨酸提供,所以直接用氮的物质的量代替甘氨酸的物质的量时,为甘氨酸含量的最大值,则甘氨酸的最大质量为,m(,甘氨酸,)=M(,甘氨酸,),10,-3,cVg,即,75,10,-3,cVg,最大纯度,(,质量分数,),为,(0.075cV/m),100%,。,答案,:,(1),平衡气压,避免,b,中压强过大,(2),防止暴沸直形冷凝管,(3)c,中温度下降,管路中形成负压,(4),液封,防止氨气逸出,OH,-,+ NH,3,+H,2,O,保温使氨完全蒸出,(5),考向三原理探究性实验的设计,【,通考点,融会贯通,】,1.,有关规律探究问题的实验设计,常用方法示例,(1),同周期、同主族元素性质的递变规律,一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生,H,2,的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱,推断元素金属性强弱,从而找出相应的性质递变规律。,(2),比较物质氧化性、还原性强弱的实验设计方法。,(3),物质的酸,(,碱,),性强弱的判断。,判断,HA,是一元弱酸的实验设计方法。,在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的大小,如将足量的锌粒投入同体积等浓度的盐酸和醋酸中,反应开始时前者产生气体的速率比后者的大。,稀释前后,pH,的变化与稀释倍数的关系。如将,pH=2,的酸溶液稀释,1 000,倍,若,pH,苯酚。,(4),钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。,2.,探究实验题的解题策略,解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下,只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意,:,选择数据要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。,【,通考题,触类旁通,】,1.(2019,大庆模拟,),下列实验过程可以达到实验目的的是,(,),编号,实验目的,实验过程,A,探究浓度对反应速率的影响,向,2,支盛有,5 mL,不同浓度的,NaHSO,3,溶液的试管中同时加入,2 mL 5% H,2,O,2,溶液,观察实验现象,编号,实验目的,实验过程,B,探究氯化银和碘化银的,K,sp,大小,向,2,支盛有,5 mL,浓度均为,0.1 molL,-1,的,AgNO,3,溶液的试管中同时分别滴加等浓度的,NaI,溶液和,NaCl,溶液,观察实验现象,C,制备纯净的二氧化碳气体,向盛有碳酸钙固体的锥形瓶中加入,6 molL,-1,盐酸,将产生的气体依次通过饱和,Na,2,CO,3,溶液、浓硫酸,编号,实验目的,实验过程,D,中和反应反应热测定,分别用量筒取,50 mL 0.5 molL,-1,的盐酸和氢氧化钠溶液,记录初始温度,然后将其分别倒入反应中和热测定容器,记录混合后溶液最高温度,【,解析,】,选,B,。,A,项,要探究浓度对化学反应速率影响,实验,应该只有浓度不同,其它条件必须完全相同,该,实验没有明确说明温度是否相同,并且实验现象也不,明显,所以不能实现实验目的,;B,项,AgCl,和,AgI,的溶度,积常数表达式相同,溶度积小的先产生沉淀,向,2,支盛,有,5 mL,浓度均为,0.1 mol,L,-1,的,AgNO,3,溶液的试管中同,时分别滴加等浓度的,NaI,溶液和,NaCl,溶液,根据沉淀的,先后顺序以及沉淀的颜色可以判断溶度积大小,;C,项,盐酸属于挥发性酸,向盛有碳酸钙固体的锥形瓶中加入,6 mol,L,-1,盐酸,生成的气体中一定混有少量氯化氢气体,将气体通过饱和,Na,2,CO,3,溶液,二氧化碳也被吸收了,应该通入饱和的碳酸氢钠溶液中,;D,项,在中和反应反应热测定实验中,为了保证完全反应,需要使一种物质适当过量。,2.(2017,北京高考,),某小组在验证反应“,Fe+2Ag,+,= Fe,2+,+2Ag”,的实验中检测到,Fe,3+,发现和探究过程如下。,向硝酸酸化的,0.05 molL,-1,硝酸银溶液,(pH2),中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。,(1),检验产物,取少量黑色固体,洗涤后,_ _(,填操作和现象,),证明黑色固体中含有,Ag,。,取上层清液,滴加,K,3,Fe(CN),6,溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有,_,。,(2),针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有,Fe,3+,乙认为铁粉过量时不可能有,Fe,3+,乙依据的原理是,_ _(,用离子方程式表示,),。针对两种观点继续实验,:,取上层清液,滴加,KSCN,溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下,:,序号,取样时间,/min,现象,3,产生大量白色沉淀,;,溶液呈红色,30,产生白色沉淀,;,较,3 min,时量少,;,溶液红色较,3 min,时加深,120,产生白色沉淀,;,较,30 min,时量少,;,溶液红色较,30 min,时变浅,(,资料,:Ag,+,与,SCN,-,生成白色沉淀,AgSCN),对,Fe,3+,产生的原因作出如下假设,:,假设,a:,可能是铁粉表面有氧化层,能产生,Fe,3+,;,假设,b:,空气中存在,O,2,由于,_,(,用离子方程式表示,),可产生,Fe,3+,;,假设,c:,酸性溶液中 具有氧化性,可产生,Fe,3+,;,假设,d:,根据,_,现象,判断溶液中存在,Ag,+,可产,生,Fe,3+,。,下列实验,可证实假设,a,、,b,、,c,不是产生,Fe,3+,的主要,原因。实验,可证实假设,d,成立。,实验,:,向硝酸酸化的,_,溶液,(pH2),中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加,KSCN,溶液,3 min,时溶液呈浅红色,30 min,后溶液几乎无色。,实验,:,装置如图。其中甲溶液是,_,操作及现象是,_,。,(3),根据实验现象,结合方程式推测实验,中,Fe,3+,浓度变化的原因,:_,。,【,解析,】,(1),黑色固体中含有过量铁,如果同时含有,银,则可以加入,HCl,或,H,2,SO,4,溶解,Fe,而银不能溶解,;,K,3,Fe(CN),3,是检验,Fe,2+,的试剂,所以产生蓝色沉淀说,明含有,Fe,2+,;(2),过量铁粉与,Fe,3+,反应生成,Fe,2+,即,Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,;O,2,氧化,Fe,2+,反应为,4Fe,2+,+O,2,+,4H,+,=4Fe,3+,+2H,2,O,白色沉淀是,AgSCN,所以实验可以,说明含有,Ag,+,Ag,+,可能氧化,Fe,2+,生成,Fe,3+,;,证明假设,abc,错误,就是排除,Ag,+,时实验比较,相当于,没有,Ag,+,存在的空白实验,考虑其他条件不要变化,可,以选用,NaNO,3,原电池实验需要证明的是假设,d,的反应,Ag,+,+Fe,2+,=Ag+Fe,3+,能够实现,所以甲池应当注入,FeCl,2,、,FeCl,3,混合溶液,按图连接好装置,如电流表指,针发生偏转,可说明,d,正确,(3),由于存在过量铁粉,溶,液中存在反应有,Fe+2Ag,+,=Fe,2+,+2Ag,反应生成的,Fe,2+,能够被,Ag,+,氧化发生反应,Ag,+,+Fe,2+,=Ag+Fe,3+,生成的,Fe,3+,与过量铁粉发生反应,Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,。反应开始时,c(Ag,+,),大,以反应为主,c(Fe,3+,),增大。约,30,分钟后,c(Ag,+,),小,以反应为主,c(Fe,3+,),减小。,答案,:,(1),加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀,或者加入足量稀盐酸,(,或稀硫酸,),固体未完全溶解,Fe,2+,(2)Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,4Fe,2+,+O,2,+4H,+,=4Fe,3+,+2H,2,O,白色沉淀,0.05 mol,L,-1,NaNO,3,溶液,FeCl,2,溶液,(,或,FeSO,4,溶液,),按图连接好装置,电流表指针发生偏转,分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加,KSCN,溶液,后者红色更深,(3),溶液中存在反应,:Fe+2Ag,+,=Fe,2+,+2Ag,Ag,+,+ Fe,2+,=Ag+Fe,3+,Fe+2Fe,3+,=3Fe,2+,。反应开始时,c(Ag,+,),大,以反应为主,c(Fe,3+,),增大。约,30,分钟后,c(Ag,+,),小,以反应为主,c(Fe,3+,),减小,【,加固训练,】,某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。,实验,(,一,),碘含量的测定,取,0.010 0 molL,-1,的,AgNO,3,标准溶液装入滴定管,取,100.00 mL,海带浸取原液至滴定池,用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势,(E),反映溶液中,c(I,-,),的变化,部分数据如下表,:,V(AgNO,3,),/mL,15.00,19.00,19.80,19.98,20.00,20.02,21.00,23.00,25.00,E/mV,-225,-200,-150,-100,50.0,175,275,300,325,实验,(,二,),碘的制取,另制海带浸取原液,甲、乙两种实验方案如下,:,已知,:3I,2,+6NaOH=5NaI+NaIO,3,+3H,2,O,。,请回答,:,(1),实验,(,一,),中的仪器名称,:,仪器,A_,仪器,B_,。,(2),根据表中数据绘制滴定曲线,:,该滴定终点时用去,AgNO,3,溶液的体积为,_mL,计算得海带中碘的百分含量为,_,。,(3),分液漏斗使用前须检漏,检漏方法为,_,_,。,步骤,X,中,萃取后分液漏斗内观察到的现象是,_,_,。,下列有关步骤,Y,的说法,正确的是,_,。,A.,应控制,NaOH,溶液的浓度和体积,B.,将碘转化成离子进入水层,C.,主要是除去海带浸取原液中的有机杂质,D.NaOH,溶液可以由乙醇代替,实验,(,二,),中操作,Z,的名称是,_,。,(4),方案甲中采用蒸馏不合理,理由是,_,。,【,解析,】,(1)A,、,B,两种仪器的名称分别为坩埚、,500 mL,容量瓶,(,须注明容量瓶的容量,),。,(2),根据表中数据描出各点,然后连成光滑的曲线即可。,从图象可知,20.00 mL,附近滴定曲线发生突变,可判,断滴定终点时用去,AgNO,3,溶液的体积为,20.00 mL;,根据,关系式,Ag,+,I,-,可计算求得海带中碘的百分含量,=,100%=0.635%,。,(3),分液漏斗的检漏方法为向分液漏斗中加入少量,水,检查旋塞处是否漏水,;,将漏斗倒转过来,检查玻璃,塞是否漏水。步骤,X,中,加入,CCl,4,的作用是萃取碘水,中的,I,2,萃取后,I,2,溶解在,CCl,4,中而呈紫色,由于,CCl,4,的,密度比水大,所以下层是,I,2,的,CCl,4,溶液,所以观察到的,实验现象是液体分上下两层,下层呈紫红色。步骤,Y,加入,NaOH,的目的是把,I,2,转化为离子,(I,-,和,),进入水,层而与,CCl,4,分离,并非浸取有机杂质,也不能用乙醇代,替,但,NaOH,的用量要控制,用量过多会使后续酸化操作,步骤消耗硫酸过多,故选,A,、,B,。操作,Z,为过滤操作。,(4)I,2,的,CCl,4,溶液采用蒸馏的方法虽然可以把,CCl,4,蒸馏,出去,但同时碘易升华,导致碘的损失。,答案,:,(1),坩埚,500 mL,容量瓶,(2) ,20.00,0.635%,(3),向分液漏斗中加入少量水,检查旋塞处是否漏水,;,将漏斗倒转过来,检查玻璃塞是否漏水液体分上下两层,下层呈紫红色,A,、,B,过滤,(4),主要由于碘易升华,会导致碘的损失,
展开阅读全文