安徽省高三化学二轮复习 第1部分 专题4 第13讲 物质制备 实验方案的设计与评价课件 新人教版

第第13讲物质制备实验方案的设计与评价讲物质制备实验方案的设计与评价 2.气体的净化气体的净化(除杂除杂)选择除杂试剂的依据：主体气体和杂质气体性质的差异，如溶解选择除杂试剂的依据：主体气体和杂质气体性质的差异，如溶解性、熔沸点、酸碱性、氧化性、还原性、燃烧性等。性、熔沸点、酸碱性、氧化性、还原性、燃烧性等。气体除杂的四条原则：气体除杂的四条原则：(1)不损失主体气体；不损失主体气体；(2)不引入新的杂质气不引入新的杂质气体；体；(3)在密闭装置内进行；在密闭装置内进行；(4)先除易除的气体。先除易除的气体。除杂装置：洗气瓶、干燥管、除杂装置：洗气瓶、干燥管、U形管、硬质玻璃管等。形管、硬质玻璃管等。3气体的干燥气体的干燥(除水除水)(1)干燥的原则干燥的原则干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。(注：注：H2、CO、SO2虽具有还原性，但可用浓虽具有还原性，但可用浓H2SO4干燥干燥)(2)常用干燥装置及干燥剂的选用常用干燥装置及干燥剂的选用 4.气体的收集气体的收集(1)密度比空气大的气体可用向上排空气法密度比空气大的气体可用向上排空气法(显然集气瓶或集气管显然集气瓶或集气管的口应向上的口应向上)收集。密度比空气小的气体则用向下排空气法收集。收集。密度比空气小的气体则用向下排空气法收集。(2)易溶于水或与水反应的气体，如易溶于水或与水反应的气体，如NH3、HCl、NO2等，只能用等，只能用排空气法收集。排空气法收集。(3)常温下与常温下与O2反应的气体反应的气体(如如NO)，密度跟空气相近的气体，密度跟空气相近的气体(如如N2、CO、C2H4、C2H6等等)，都不能用排空气法收集。，都不能用排空气法收集。(4)能溶于水但溶解度不大的气体，可以用排某种饱和溶液的方能溶于水但溶解度不大的气体，可以用排某种饱和溶液的方法收集。如：法收集。如：CO2排饱和排饱和NaHCO3溶液；溶液；SO2排饱和排饱和NaHSO3溶液；溶液；H2S排饱和排饱和NaHS溶液；溶液；Cl2排饱和排饱和NaCl溶液。溶液。5气体的量取气体的量取对难溶于水且不与水反应的气体，往往借助其排出水的体积对难溶于水且不与水反应的气体，往往借助其排出水的体积，用量筒、量气管或滴定管测定，从而确定气体的体积，装置，用量筒、量气管或滴定管测定，从而确定气体的体积，装置如图：如图：6尾气的处理尾气的处理对于极易溶于水的尾气，如对于极易溶于水的尾气，如NH3、HCl、HBr等，可采用防倒吸装等，可采用防倒吸装置置(即在导气管的出气口处连接一倒置漏斗与吸收剂液面接触即在导气管的出气口处连接一倒置漏斗与吸收剂液面接触)吸收。吸收。对于溶解度不大的尾气，如对于溶解度不大的尾气，如Cl2、CO2等，可直接将导气管插入吸等，可直接将导气管插入吸收剂液面下吸收。收剂液面下吸收。对于有毒且易燃的气体，如对于有毒且易燃的气体，如CO等，可采取在尾气出口处放置一燃等，可采取在尾气出口处放置一燃着的酒精灯，使着的酒精灯，使CO燃烧后转变为无毒的燃烧后转变为无毒的CO2气体。装置如下图：气体。装置如下图：气体净化时应注意的事项气体净化时应注意的事项(1)用洗气瓶吸收杂质时，气流方向是长管进、短管出。用干燥用洗气瓶吸收杂质时，气流方向是长管进、短管出。用干燥管吸收杂质时，气流方向是大口进、小口出。管吸收杂质时，气流方向是大口进、小口出。(2)若气体中有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气若气体中有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气体除去，再除去酸性较弱的杂质气体。体除去，再除去酸性较弱的杂质气体。 某课外小组在实验室制备氯气，并进行有关氯某课外小组在实验室制备氯气，并进行有关氯气性质的探究。气性质的探究。(1)该小组同学加热浓盐酸与二氧化锰的混合物制取干燥的氯气。该小组同学加热浓盐酸与二氧化锰的混合物制取干燥的氯气。应该选用的装置有应该选用的装置有(填字母编号填字母编号)_(不要求顺序不要求顺序)。将各仪器按先后顺序连接起来：将各仪器按先后顺序连接起来：a接接_，_接接_，_接接_，_接接h(用导管口字母表示用导管口字母表示)。浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气的化学方程式为浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气的化学方程式为_。(2)该小组同学设计利用下图装置探究氯气的氧化性。该小组同学设计利用下图装置探究氯气的氧化性。G中的现象中的现象_，原因是，原因是_(用化学用化学方程式说明原因方程式说明原因)。H中的现象为中的现象为_。【破题技巧【破题技巧】(1)整套装置顺序为制气装置整套装置顺序为制气装置除杂装置除杂装置干燥装置干燥装置收集装置收集装置尾气吸收装置。尾气吸收装置。(2)利用利用“固液固液 气气”制氯气，制氯气，应选用应选用A装置。装置。 下表是实验室制备气体的有关内容：下表是实验室制备气体的有关内容： (1)上表气体中：从制备过程看，必须选择合适的氧化剂才能实现的上表气体中：从制备过程看，必须选择合适的氧化剂才能实现的是是_(填气体的化学式，下同填气体的化学式，下同)；从反应原理看，明显不同于其；从反应原理看，明显不同于其他两种气体的是他两种气体的是_。(2)根据表中所列实验原理，从下列装置中选择合适的气体发生装根据表中所列实验原理，从下列装置中选择合适的气体发生装置，将其编号填入上表中的空格中。置，将其编号填入上表中的空格中。(3)若用上述制备若用上述制备O2的装置制备的装置制备NH3，则选择的试剂为，则选择的试剂为_。 (4)制备制备Cl2需用需用8 molL1的盐酸的盐酸100 mL，现用，现用12 molL1的盐的盐酸来配制。酸来配制。为提高配制的精确度，量取浓盐酸的仪器可选用下列中的为提高配制的精确度，量取浓盐酸的仪器可选用下列中的_(填序号填序号)；配制过程中，除上图所列仪器外，还需要的仪器有配制过程中，除上图所列仪器外，还需要的仪器有_、_、_。 【解析【解析】由由HCl制备制备Cl2需要加氧化剂才能实现，制氧气、氯气需要加氧化剂才能实现，制氧气、氯气均为氧化还原反应，制氨气为复分解反应。均为氧化还原反应，制氨气为复分解反应。A、B、C、D四套装置四套装置分别可以用来进行的反应为：固体液体需要加热，固体固体需分别可以用来进行的反应为：固体液体需要加热，固体固体需要加热，块状固体液体不需要加热，固体液体不需要加热。要要加热，块状固体液体不需要加热，固体液体不需要加热。要提高量取液体的精确度应该用滴定管，取盐酸应该用酸式滴定管。提高量取液体的精确度应该用滴定管，取盐酸应该用酸式滴定管。【答案【答案】(1)Cl2NH3(2)(3)浓氨水和固体氢氧化钠浓氨水和固体氢氧化钠(或生石灰等或生石灰等)(4)C100 mL容量瓶胶头滴管玻璃棒容量瓶胶头滴管玻璃棒1化学实验方案设计原则化学实验方案设计原则(1)科学性：实验原理准确，实验流程合理。科学性：实验原理准确，实验流程合理。(2)安全性：保护人身、保护环境、保护仪器。安全性：保护人身、保护环境、保护仪器。(3)可行性：条件允许，效果明显，操作简便可行。可行性：条件允许，效果明显，操作简便可行。(4)简约性：方案简单易行，尽可能采取简单的实验装置，用较少简约性：方案简单易行，尽可能采取简单的实验装置，用较少的步骤和药品完成实验。的步骤和药品完成实验。2化学实验方案的评价原则化学实验方案的评价原则(1)装置最简装置最简(2)安全无污染安全无污染(3)药品价格低廉药品价格低廉(4)环保无污染环保无污染(5)操作方便操作方便(6)原理简单、正确原理简单、正确(7)现象最明显现象最明显 (2011宁波六校联考宁波六校联考)某同学对某同学对“铝热反应铝热反应”的现的现象有这样的描述：象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”；“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。由化学手册查阅得。由化学手册查阅得有关物质的熔沸点数据见下表。有关物质的熔沸点数据见下表。.(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金，你认为他的解释是否合理的铁和铝熔合成铁铝合金，你认为他的解释是否合理_(填填“合理合理”或或“不合理不合理”)。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是金属铝。该实验所用试剂是_，反应的离子方程式为，反应的离子方程式为_。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是_(填序号填序号)，并说明理由：并说明理由：_。A浓硫酸浓硫酸B稀硫酸稀硫酸C稀硝酸稀硝酸 D氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液.实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低。取一定量该熔融物与足量很稀应还原产物中氮元素的化合价越低。取一定量该熔融物与足量很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中，的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中，逐滴加入逐滴加入4 mol/L NaOH溶液，所加溶液，所加NaOH溶液的体积溶液的体积(mL)与产生沉与产生沉淀的物质的量淀的物质的量(mol)的关系如图所示。试回答下列问题：的关系如图所示。试回答下列问题：(1)逐滴加入逐滴加入4 mol/L NaOH溶液的定量玻璃仪器是溶液的定量玻璃仪器是_，图，图中中OC段没有沉淀生成的原因是段没有沉淀生成的原因是_(用离子方程式表示用离子方程式表示)。(2)由上述图象分析可知，溶液中结合由上述图象分析可知，溶液中结合OH的能力最强的离子是的能力最强的离子是_(填离子符号，下同填离子符号，下同)，最弱的离子是，最弱的离子是_。(3)若测定若测定F点沉淀的质量，需对混合物进行的处理是：过滤点沉淀的质量，需对混合物进行的处理是：过滤_、_、称量。、称量。(4)用上图数据计算，熔融物中的两种金属的物质的量之比用上图数据计算，熔融物中的两种金属的物质的量之比n(Fe) n(Al)_。(2011广东高考广东高考)某同学进行实验探究时，欲配制某同学进行实验探究时，欲配制1.0 molL1 Ba(OH)2溶溶液，但只找到在空气中暴露已久的液，但只找到在空气中暴露已久的Ba(OH)28H2O试剂试剂(化学式量：化学式量：315)。在。在室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。为探究其原因，该同学查得为探究其原因，该同学查得Ba(OH)28H2O在在283 K、293 K和和303 K时的溶解时的溶解度度(g/100 g H2O)分别为分别为2.5、3.9和和5.6。(1)烧杯中未溶物可能仅为烧杯中未溶物可能仅为BaCO3，理由是，理由是_。(2)假设试剂由大量假设试剂由大量Ba(OH)28H2O和少量和少量BaCO3组成。设计实验方案，进组成。设计实验方案，进行成分检验。写出实验步骤、预期现象和结论。行成分检验。写出实验步骤、预期现象和结论。(不考虑结晶水的检验；室不考虑结晶水的检验；室温时温时BaCO3饱和溶液的饱和溶液的pH9.6)限选试剂及仪器：稀盐酸、稀硫酸、限选试剂及仪器：稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、溶液、澄清石灰水、pH计、烧计、烧杯、试管、带塞导气管、滴管杯、试管、带塞导气管、滴管(3)将试剂初步提纯后，准确测定其中将试剂初步提纯后，准确测定其中Ba(OH)28H2O的含量。实的含量。实验如下：验如下：配制配制250 mL约约0.1 molL1 Ba(OH)2溶液：准确称取溶液：准确称取w克试样，克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，置于烧杯中，加适量蒸馏水，_，将溶液转入，将溶液转入_中，洗涤，定容，摇匀。中，洗涤，定容，摇匀。滴定：准确量取滴定：准确量取25.00 mL所配所配Ba(OH)2溶液于锥形瓶中，滴加溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将指示剂，将_(填填“0.020”、“0.05”、“0.198 0”或或“1.5”)molL1盐酸装入盐酸装入50 mL酸式滴定管，滴定至终点，记录数据酸式滴定管，滴定至终点，记录数据。重复滴定。重复滴定2次。平均消耗盐酸次。平均消耗盐酸V mL。计算：计算：Ba(OH)28H2O的质量分数的质量分数_(只列出算式，不只列出算式，不做运算做运算)。(4)室温下，室温下，_(填填“能能”或或“不能不能”)配制配制1.0 molL1 Ba(OH)2溶液。溶液。【破题技巧【破题技巧】解答本题要注意以下三点：解答本题要注意以下三点：(1)明确实验目的，理清实验步骤。明确实验目的，理清实验步骤。(2)检验碳酸钡时要注意两种离子都要检验。检验碳酸钡时要注意两种离子都要检验。(3)灵活利用溶解度进行有关计算和判断。灵活利用溶解度进行有关计算和判断。【精讲精析【精讲精析】(2)在成分检验中，要检验滤液中含有在成分检验中，要检验滤液中含有Ba2、OH，固体中含有，固体中含有BaCO3。步骤。步骤2中的现象为产生白色沉淀，则有中的现象为产生白色沉淀，则有Ba2；步骤步骤3中，应再加入稀盐酸，将生成的气体通入澄清石灰水中，若澄中，应再加入稀盐酸，将生成的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊则为清石灰水变浑浊则为BaCO3；步骤；步骤4中则可以利用测定中则可以利用测定pH的方法确定的方法确定含有含有OH。(3)中和滴定时，根据中和滴定时，根据n(OH)n(H)进行计算，当盐酸的浓度为进行计算，当盐酸的浓度为0.05 mol/L或或0.020 mol/L时，需要盐酸的体积大于时，需要盐酸的体积大于50 mL，所给的滴，所给的滴定管不能满足要求；若盐酸浓度为定管不能满足要求；若盐酸浓度为1.5 mol/L时，求得的盐酸体积很时，求得的盐酸体积很小，误差较大。小，误差较大。(4)若配制若配制1.0 mol/L的氢氧化钡溶液，则需的氢氧化钡溶液，则需100 g水溶解水溶解31.5克左右的克左右的Ba(OH)28H2O，而，而Ba(OH)28H2O常温下的溶解度仅为常温下的溶解度仅为3.9克，所以不能配克，所以不能配制制1 mol/L的氢氧化钡溶液。的氢氧化钡溶液。【答案【答案】(1)Ba(OH)28H2O在温度为在温度为293K时的溶解度为时的溶解度为3.9 g/100 g H2O；Ba(OH)28H2O吸收空气中的吸收空气中的CO2生成的生成的BaCO3难溶于水难溶于水(2)综合实验设计和评价题是考查学生综合应用实验基础知识、化学综合实验设计和评价题是考查学生综合应用实验基础知识、化学理论、元素化合物知识和化学计算等相关知识解决实验问题的能力理论、元素化合物知识和化学计算等相关知识解决实验问题的能力的一类题，近几年高考中综合实验题的形式主要有以下几种：的一类题，近几年高考中综合实验题的形式主要有以下几种：1对物质制备、分离、提纯和检验中化学原理、相关装置作用对物质制备、分离、提纯和检验中化学原理、相关装置作用的设计和评价。的设计和评价。2提出实验问题或目的，给定实验情景或物质性质，要求选择提出实验问题或目的，给定实验情景或物质性质，要求选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案。仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案。3对教材实验通过重组、深化、优化或创新提出问题，让学生对教材实验通过重组、深化、优化或创新提出问题，让学生去完成。去完成。复习时必须从整体上把握实验设计的类型、内容、要求和一般解复习时必须从整体上把握实验设计的类型、内容、要求和一般解题策略。同时，要注意高考实验题情境虽然是新的，但根源依然来题策略。同时，要注意高考实验题情境虽然是新的，但根源依然来自教材。在实验复习中要根据实验原理来设计实验步骤和装置，力自教材。在实验复习中要根据实验原理来设计实验步骤和装置，力求使设计的实验仪器简单、操作便捷、节省试剂、现象明显、安全求使设计的实验仪器简单、操作便捷、节省试剂、现象明显、安全防污等，培养实验设计能力和创造性思维能力。实验设计创新是建防污等，培养实验设计能力和创造性思维能力。实验设计创新是建立在教材中的基础实验之上，没有基本实验方法与技能就谈不上实立在教材中的基础实验之上，没有基本实验方法与技能就谈不上实验设计的创新，实验的创新是实验的生命，它包括新实验的设计和验设计的创新，实验的创新是实验的生命，它包括新实验的设计和旧实验的改进等。实验设计的创新往往要体现六个旧实验的改进等。实验设计的创新往往要体现六个“一一”，即：一，即：一个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种仪器的多种用个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种仪器的多种用途，一个用途的多种装置，一种物质的多种制法，一组物质的多种途，一个用途的多种装置，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。鉴别方法。1(2011福州模拟福州模拟)关于下列各装置图的叙述中，正确的是关于下列各装置图的叙述中，正确的是()A装置装置是洗气装置，除去氯气中的氯化氢是洗气装置，除去氯气中的氯化氢B实验室用装置实验室用装置制取氨气制取氨气C装置装置可用于制备氢氧化亚铁并观察其颜色可用于制备氢氧化亚铁并观察其颜色D装置装置中中X若为四氯化碳，可用于吸收氨气，并防止倒吸若为四氯化碳，可用于吸收氨气，并防止倒吸【解析【解析】装置装置作洗气装置时，应是长进短出，作洗气装置时，应是长进短出，A错；制取氨错；制取氨气时的药品不能选择氯化铵，因为加热生成的氯化氢和氨气会在试气时的药品不能选择氯化铵，因为加热生成的氯化氢和氨气会在试管口处反应重新生成氯化铵，管口处反应重新生成氯化铵，B错；制备氢氧化亚铁时，胶头滴管错；制备氢氧化亚铁时，胶头滴管要伸入溶液中，要伸入溶液中，C错；由于氨气在四氯化碳中溶解度很小，可以防错；由于氨气在四氯化碳中溶解度很小，可以防止倒吸，止倒吸，D对。对。【答案【答案】D2(2011潍坊质检潍坊质检)某地污水中含有某地污水中含有Zn2、Hg2、Fe3和和Cu2四四种阳离子。甲、乙、丙三位同学设计的从该污水中回收金属铜的方种阳离子。甲、乙、丙三位同学设计的从该污水中回收金属铜的方案如下：案如下：下列判断正确的是下列判断正确的是()A三种实验方案中都能制得纯净的铜三种实验方案中都能制得纯净的铜B乙方案中加过量铁粉可以将四种阳离子全部还原乙方案中加过量铁粉可以将四种阳离子全部还原C甲方案中的反应涉及置换、分解、化合、复分解四种反应类甲方案中的反应涉及置换、分解、化合、复分解四种反应类型型D丙方案会产生环境污染丙方案会产生环境污染【解析【解析】甲实验得到的沉淀中含有甲实验得到的沉淀中含有Fe(OH)3、Cu(OH)2，加热，加热后得到后得到Fe2O3和和CuO，通，通H2还原后不能得到纯净的铜；乙实验中加还原后不能得到纯净的铜；乙实验中加入过量铁粉，过滤所得的滤渣中含有铁、铜等物质，最后也不能入过量铁粉，过滤所得的滤渣中含有铁、铜等物质，最后也不能得到纯净的铜；丙实验中用盐酸溶解了滤渣中过量的铁，最后可得到纯净的铜；丙实验中用盐酸溶解了滤渣中过量的铁，最后可以得到纯净的铜。因为锌比铁活泼，所以方案乙中加入的铁不能以得到纯净的铜。因为锌比铁活泼，所以方案乙中加入的铁不能还原还原Zn2。甲方案中没有涉及化合反应。丙方案有可能产生汞和。甲方案中没有涉及化合反应。丙方案有可能产生汞和酸性废水，从而导致环境污染。酸性废水，从而导致环境污染。【答案【答案】D3(2011泉州模拟泉州模拟)硫酸亚铁晶体硫酸亚铁晶体(FeSO47H2O)在医药上可作补在医药上可作补血剂。某课外小组测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下：血剂。某课外小组测定该补血剂中铁元素的含量。实验步骤如下：请回答下列问题：请回答下列问题：(1)步骤步骤加入过量加入过量H2O2的目的为的目的为_。(2)步骤步骤中反应的离子方程式为中反应的离子方程式为_。(3)步骤步骤中的一系列操作依次为：过滤、中的一系列操作依次为：过滤、_、灼烧、灼烧、_、称量。、称量。【解析【解析】该流程图中的实验原理是：用该流程图中的实验原理是：用H2O2将一定质量将一定质量FeSO47H2O中的中的Fe2氧化为氧化为Fe3，然后加入碱溶液，将，然后加入碱溶液，将Fe3转化转化为为Fe(OH)3沉淀，经过一系列操作，得到沉淀，经过一系列操作，得到a g Fe2O3固体，据此确定固体，据此确定补血剂中铁元素的含量。补血剂中铁元素的含量。(1)为了保证为了保证Fe2被完全氧化为被完全氧化为Fe3且使且使Fe3完全沉淀，实验中完全沉淀，实验中所加的所加的H2O2和碱溶液都应是过量的。和碱溶液都应是过量的。(2)在步骤在步骤中，中，Fe3与加入的碱溶液反应生成与加入的碱溶液反应生成Fe(OH)3沉淀。沉淀。(3)在步骤在步骤中，中，Fe(OH)3悬浊液经过过滤得到悬浊液经过过滤得到Fe(OH)3沉淀；为沉淀；为了除去沉淀中的杂质，要洗涤沉淀；然后对沉淀进行充分灼烧；了除去沉淀中的杂质，要洗涤沉淀；然后对沉淀进行充分灼烧；冷却后，称量所得到的为冷却后，称量所得到的为Fe2O3固体。固体。【答案【答案】(1)将将Fe2全部氧化为全部氧化为Fe3(2)Fe33OH=Fe(OH)3(3)洗涤冷却洗涤冷却(4)112a/1 600(5)250 mL容量瓶容量瓶b