化学第十章 化学实验热点 第34讲 探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价 鲁科版

第34讲探究物质组成、性质的实验方案的设计与评价 1. 掌握常见气体的实验室制法掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法器和收集方法)。 2. 根据化学实验的目的和要求，能做到：根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；设计实验方案；(2)正确选用实验装置；正确选用实验装置；(3)掌握控制实验条掌握控制实验条件的方法；件的方法；(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；出合理结论；(5)评价或改进实验方案。评价或改进实验方案。考点一考点二考点三微课3131考点一猜想型实验方案的设计返回 典题讲练热点归纳返回 (2017山西重点中学协作体)某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。 (1)提出假设 该反应的气体产物是CO2。 该反应的气体产物是CO。 该反应的气体产物是_。例题训练返回例题训练返回(3)查阅资料氮气不与炭粉、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式：_。例题训练返回例题训练返回例题训练返回 避免空气中的O2与碳反应造成对实验的干扰。 计算时注意：反应后炭粉有剩余，氧化铁全部反应。 根据碳元素和氧元素的质量比可进一步求得碳元素和氧元素的物质的量之比，从而确定气体产物是CO还是CO2还是二者的混合物。 连好装置加入药品前，一般是检查装置的气密性。 排尽装置中的空气，达到隔绝空气的目的。 将残存在反应装置中的CO2赶入澄清石灰水中，确保实验结果的准确性。【试题诠释】例题训练返回【基础知识】探究气体组成的实验方案的设计与评价。 由此数据可求得剩余固体质量m(Fe)m(C)剩，进而可求得参加反应的碳元素的质量。 此数据是CaCO3的质量，可据此求出反应中生成的CO2的物质的量。 本实验中对环境造成污染的气体是CO，需进行处理。【试题诠释】例题训练返回【解析】(1)根据极端假设可知还有一种情况就是二者的混合物。例题训练返回例题训练返回(6)Ca(OH)2的溶解度很小，所以澄清石灰水中Ca(OH)2的浓度很小，一般不用作CO2的吸收剂，否则易导致吸收不完全造成实验误差，这是改用Ba(OH)2溶液的主要原因。本实验中能对环境造成污染的气体是CO，所以对方案的优化就是增加处理CO的装置。例题训练返回【答案】(1)CO2、CO的混合物(3)NH4+NO N22H2O(4)并检查装置的气密性步骤中是为了排尽空气，步骤是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收(5)2CFe2O3 2FeCOCO2(6)Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全；M(BaCO3)M(CaCO3)，称量时相对误差小在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置例题训练返回 1(2017河北衡水中学调研)某同学为了探究钠与CO2的反应，利用如图装置进行实验。(已知PdCl2能被CO还原为黑色的Pd)【即时训练】例题训练返回(1)装置中用稀盐酸与CaCO3反应制备CO2，在加稀盐酸时，发现CaCO3与稀盐酸不能接触，而稀盐酸又不够了，为使反应能顺利进行，可向长颈漏斗中加入的试剂是_。AH2SO4溶液BCCl4 C苯 D稀硝酸(2)请将图中各装置按顺序连接(填装置接口字母)：c接_，_接_，_接_，_接_。(3)装置的作用是_。BD f g吸收HCl气体 d e a(或b) b(或a) h例题训练返回(5)若反应过程中CO2足量，钠与CO2充分反应后，生成的固体物质可能有多种情况，该同学提出以下猜想： 生成的固体物质为Na2CO3 生成的固体物质为Na2CO3和C的混合物 生成的固体物质为Na2CO3和Na2O的混合物 生成的固体物质为Na2O和C的混合物(4)检查完装置气密性并装好药品后，点燃酒精灯之前应进行的操作是打开弹簧夹，让CO2充满整个装置，当观察到_ _时再点燃酒精灯。 装置中澄清石灰水开始变浑浊例题训练返回假如反应过程中有下列两种情况：.观察到装置PdCl2溶液中有黑色沉淀，若装置中固体成分只有一种，且向固体中加入稀盐酸可产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，写出该情况下钠与CO2反应的化学方程式：_。.装置中钠的质量为0.46 g，充分反应后，将装置中的固体加入足量的稀盐酸中产生224 mL(标准状况)CO2气体，溶液中残留固体的质量为_。(6)设计实验方案证明装置中加入的金属钠部分被氧化_ _。0.06 g2Na2CO2 Na2CO3CO 准确称取0.46 g金属钠样品，并投入足量水中，测得收集到的气体体积小于224 mL(标准状况下测量)(或其他合理答案)例题训练返回考点二探究“物质组成”型实验方案的设计返回 定量实验定性实验 某混合粉末由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成，为检测其成分，取样品进行下列实验(部分产物略去)：一、定性检测例题12返回(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含的物质是_(填化学式)。(2)Z为一种或两种气体：若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应中能同时生成两种气体的化学方程式是_。若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是_。(3)向Y溶液中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是_(填离子符号)。AlNO、CO2Fe3、HC2H2SO4(浓) CO22SO22H2O例题12返回(4)取Y溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是_。(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示)_。CuO、C 或CuO、C、Fe2O32Fe23H2O24I=2Fe(OH)32I2例题12返回固体成分检测实验方案设计的一般方法 方法一：取少量固体试样溶于水配成溶液检测溶液中存在的阴、阳离子得出实验结论。方法二：取少量固体试样在氧气流等中反应检测所产生的物质(如气体)得出实验结论。方法三：取少量固体试样加酸(或碱)溶液产生气体检测气体产物的成分得出实验结论。例题12返回二、固体物质组成的定量测定数据测定的常用方法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。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。例题12返回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。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。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。例题12返回 (2017全国卷，26)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：NH3H3BO3 =NH3H3BO3；NH3H3BO3HCl=NH4ClH3BO3。例题12返回(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k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是_ _；打开k2放掉水。重复操作23次。避免b中压强过大防止暴沸直形冷凝管 c中温度下降，管路中形成负压例题12返回则样品中氮的质量分数为_%，样品的纯度_%。(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)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k3，d中保留少量水。打开k1，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(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c molL1的盐酸V mL。液封，防止氨气逸出保温使氨完全蒸出NH4+OH NH3H2O例题12返回解析：(1)加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。(3)关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。(4)d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NH4+OH NH3H2O。e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。例题12返回例题12返回 碱式碳酸铝镁MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O常用作塑料阻燃剂。(1)碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和_。(2)MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O中a、b、c、d的代数关系式为_。2a3bc2d生成的产物具有阻燃作用例题12返回(3)为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO2 0.560 L(已换算成标准状况下)。另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率固体样品的剩余质量/固体样品的起始质量100%随温度的变化如图所示(样品在270 时已完全失去结晶水，600 以上残留固体为金属氧化物的混合物)。例题12返回根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH)n(CO32-)(写出计算过程)。35例题12返回解析：(1)因为碱式碳酸铝镁分解得到Al2O3、MgO，二者的熔点都较高，都具有阻燃作用。(2)Al元素的化合价为3价，Mg元素的化合价为2价，OH整体显示1价，CO整体显示2价，根据化合物中化合价代数和为0可得出关系：2a3bc2d。例题12返回【解析】例题12返回考点三探究物质性质实验方案的设计返回 典题讲练热点归纳一、验证物质的性质例题12返回例题12返回已知：液化温度：NO2(21 )、NO(152 )；NH3与灼热的氧化铜反应得到N2和Cu；在无催化剂的条件下NOx不能与灼热的铜反应；NO2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。(1)所选择装置的连接顺序(按左右连接，填各装置数字)为_。(2)实验开始应先向装置中通入_，再_。(3)为验证NO，可在中通入_。(4)装置的作用是_。一定量的N2 点燃酒精灯(或加热)一定量的氧气尾气处理，防止污染空气例题12返回验证产物装置代号相应装置中的现象NH3NONO2H2O(5)填表： 黑色粉末变成红色无色气体变成红棕色中淀粉碘化钾试纸变蓝，中红棕色气体变无色且瓶内有液体无水硫酸铜变蓝例题12返回解析：为加热装置，由题意3NH4NO3 2NH32NO2NO23H2O，为了更好地检验产物中是否含有NO，在加热前先通入一定量的N2，排净装置中空气(或O2)。加热得到NH3、NO、NO2和H2O，利用装置中无水硫酸铜检验生成的水，装置吸收水蒸气，装置检验NO2，装置使二氧化氮液化，二氧化氮气体变成液态；装置中通入一定量的氧气，无色气体变成红棕色，说明含有NO气体，装置中NH3与CuO在加热的条件下反应得到N2、Cu和H2O，装置尾气处理，防止污染空气，装置的连接顺序为。例题12返回 (2017北京理综，28)某小组在验证反应“Fe2Ag=Fe22Ag”的实验中检测到Fe3，发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05 molL1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)检验产物取出少量黑色固体，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K3Fe(CN)6溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_。二、探究物质的性质Fe2加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀例题12返回(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3，乙认为铁粉过 量时不可能有Fe3，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，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下: (资料：Ag与SCN生成白色沉淀AgSCN)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2Fe3Fe=3Fe2例题12返回对Fe3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Fe3；假设b：空气中存在O2，由于_(用离子方程式表示)，可产生Fe3；假设c：酸性溶液中的NO3-具有氧化性，可产生Fe3；假设d：根据 _现象，判断溶液中存在Ag，可产生Fe3。下述实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3的主要原因。实验可证实假设d成立。4Fe2O24H=4Fe32H2O加入KSCN溶液后产生白色沉淀例题12返回实验：装置如图。其中甲溶液是_，操作及现象是_。 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。0.05 molL1 NaNO3FeSO4溶液例题12返回(3)根据实验现象，结合方程式推测实验中Fe3浓度变化的原因。 溶液中存在反应：2AgFe=Fe22Ag，AgFe2=Fe3Ag，Fe2Fe3=3Fe2。反应开始时，c(Ag)大，以反应、为主，c(Fe3)增大。约30 min后，c(Ag)小，以反应为主，c(Fe3)减小【答案】例题12返回微课31常考实验方案评价的角度返回 实验室制备Al2S3，下列方案可行的是()A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合B将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液中C将Al(NO3)3固体与K2S固体混合D将金属铝与硫黄混合加热一、从实验原理可行性评价解析：该题首先从原理角度辨析了Al2S3的制备，要注意可溶性的铝盐和硫化物溶液相遇会发生相互促进的水解反应，水解的离子方程式为2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S，同理将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液也无法制备Al2S3，只有将金属铝与硫黄混合加热，方可制得。D题号12345返回二、从原料的用量多少评价答案：丙题号12345返回实验方案(简述过程)消耗H2SO4/mol消耗NaOH/mol甲：AlAl2(SO4)3Al(OH)31.53 乙：AlNaAlO2Al(OH)30.51丙AlAl2(SO4)3Al(OH)33/8 3/4AlNaAlO2解析：现将甲、乙、丙三个方案制取1 mol Al(OH)3消耗的硫酸和氢氧化钠的物质的量剖析如下：丙方案最好，产生等量Al(OH)3时所用原料最省。题号12345返回三、从是否符合“绿色化学”观念评价方案反应物甲Cu和浓HNO3乙Cu和稀HNO3丙Cu、O2和稀HNO3 下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_，理由是_。 甲、乙两方案都产生有毒的氮氧化物，丙方案硝酸利用率高丙题号12345返回解析：甲方案中Cu与浓HNO3反应生成污染环境的气体NO2，乙方案中铜与稀HNO3反应生成有毒气体NO，这两种方案中硝酸的利用率低。 丙方案中Cu与O2反应生成CuO，然后用CuO与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2，不产生污染环境的气体，且硝酸利用率高，故丙方案体现绿色化学理念。题号12345返回四、从不同装置的优化组合进行评价 某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置(图中的支撑仪器均未画出，“”表示酒精灯热源)，每套装置又划分为三部分。仪器中盛放的试剂：a.无水乙醇(沸点：78 )；b.铜丝；c.无水硫酸铜；d.新制氢氧化铜悬浊液。(1)简述三套方案各自的优点。题号12345返回题号12345返回题号12345返回题号12345返回甲：_；乙：_；丙：_。(2)集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为_(例如：甲，乙，丙)。解析：(1)甲的优点在于，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、反应充分。 乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水汽对产物H2O检验的干扰，丙的优点在，无水生成，且装置简单。(2)将三套方案的优点组合：取丙、甲、乙可组成一套完善的装置。题号12345返回答案：(1)甲：中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分；中的斜长导管起到冷凝回流乙醇的作用乙：与中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的验证丙：中氧气发生装置中无水生成，且装置简单(2)丙，甲，乙题号12345返回五、从实验方案的优劣对比进行评价 某纯碱样品中含有氯化钠，测定纯碱样品纯度的方案有：方案1：称样品质量，加入足量稀硫酸，用碱石灰吸收二氧化碳称重；方案2：称样品质量，溶于水，加入过量氯化钙溶液，过滤烘干后称量沉淀质量；方案3：称样品质量，加入过量盐酸，充分反应，蒸干，称固体质量；方案4：称样品质量，加入硫酸，排水法收集并测定二氧化碳体积；你认为最优方案是_。 答案：方案3题号12345返回解析：方案1：碱石灰吸收的除CO2的质量外，连有稀H2SO4挥发出的水蒸气，故测得Na2CO3的纯度偏高；方案2：碳酸钙烘干时易分解，且碳酸钙表面吸附杂质，称量的质量不准确。方案3：氯化钠稳定，将NaCl溶液蒸干后即得NaCl固体质量，可通过前后质量差测定Na2CO3的纯度。方案4：CO2能溶于水，且能与水发生反应，故测定CO2的体积不准确。题号12345返回返回