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化学 课标版,第33讲 化学实验方案的设计与评价,考点一 化学实验方案的设计 1.设计基本要求,2.设计基本思路,3.实验设计类型,4.实验设计示例 设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。 (1)实验原理 2KClO3 2KCl+3O2,Ag+Cl- AgCl。 (2)实验试剂:氯酸钾固体、 二氧化锰 、 硝酸银 溶液、稀 硝酸。 (3)操作步骤 a.将氯酸钾和MnO2混合共热。 b.冷却至室温,加水充分溶解后, 过滤 。 c.取少量滤液于洁净试管中,加入几滴硝酸酸化的 AgNO3 溶液,观 察到有白色沉淀生成,证明氯酸钾中含有氯元素。,1.(2016课标,13,6分)下列实验操作能达到实验目的的是 ( ),答案 D 制备Fe(OH)3胶体时,应将饱和FeCl3溶液滴入沸水中,A项不 能达到实验目的;将MgCl2溶液加热蒸干将得到Mg(OH)2,欲得到无水 MgCl2,应在氯化氢气流中加热蒸干,B项不能达到实验目的;向混有CuO 的Cu粉中加入稀硝酸,Cu也会与HNO3发生反应,C项不能达到实验目 的。,2.(2016上海单科,15,3分)下列气体的制备和性质实验中,由现象得出的 结论错误的是 ( ),答案 D A项,NH3可以用浓氨水和生石灰制取,可用红色石蕊试纸检 验,试纸变蓝则说明NH3为碱性气体,正确;B项,可以制取HCl气体,pH试 纸变红,则说明HCl为酸性气体,正确;C项,浓盐酸和二氧化锰加热可以 制取Cl2,Cl2可以用湿润的淀粉碘化钾试液检验,试液变蓝,说明KI转化为 I2,则说明Cl2有强氧化性,正确;D项,SO2使品红试液褪色体现的是SO2的 漂白性,错误。,1.根据下列仪器制备中学常见的气体: 请回答下列问题: (1)选择仪器A制备气体并经后续装置测量气体体积时,其优点是 。,题组一 物质制备型实验方案的设计,(2)实验室制备CO的原理:HCOOH CO+H2O,发生装置选择 ;干燥装置选择 ;收集装置选择 。 (3)实验室制备氨气,发生装置选择 ;干燥装置选择 ;收 集装置选择 。 (4)FeC2O42H2O发生分解反应:FeC2O42H2O FeO+CO+CO2+2H2 O 为了检验草酸亚铁晶体分解的部分气态产物,选择仪器并排序(气流从 左至右): 。不能检验的气体是 。,答案 (1)液体能顺利滴下、测定气体的体积已扣除加入液体所占体积 (2)C G(或J) F (3)D J H(或F) (4)D、J、G CO,解析 (1)仪器A可保持烧瓶内气压与分液漏斗内气压相等,确保液体能 顺利滴下;测量的气体体积等于发生反应生成的气体体积,扣除了加入 液体时排出的气体的体积。(2)用浓硫酸或碱石灰干燥CO;CO有毒、密 度与空气接近,选择排水法收集CO。(3)氨气密度小于空气,可以用向下 排空气法收集,选择H,也可以用排煤油法收集,选择F。(4)实验室用无水 硫酸铜检验水蒸气,用澄清石灰水检验CO2,所给仪器不能检验CO。可 用炽热氧化铜和澄清石灰水检验CO。,2.氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如 下装置制备氢化钙。 请回答下列问题: (1)请选择必要的装置,按气流方向连接顺序为,(填字母编号)。 (2)根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:检查装置气密性后,装 入药品;打开分液漏斗活塞; (请按正确的顺序填入下列步骤的 标号)。 A.加热反应一段时间 B.收集气体并检验其纯度 C.关闭分液漏斗活塞 D.停止加热,充分冷却 (3)实验结束后,某同学取少量产物,小心加入水中,观察到有气泡冒出,溶 液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断,上述实验确实有CaH2生 成。,写出CaH2与水反应的化学方程式: ; 该同学的判断不准确,原因是 。 (4)请你设计一个实验,用化学方法区分钙与氢化钙,写出实验简要步骤 及观察到的现象 。 (5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂,与氢气相比,其优点是 。,答案 (1)ie, fd,cj,k(或k,j)a (2)B、A、D、C (3)CaH2+2H2O Ca(OH)2+2H2 金属钙与水反应也有类似现象 (4)取适量CaH2,在加热条件下与O2反应,将反应后的气体产物通过装有 无水CuSO4粉末的干燥管,观察到由白色变为蓝色;取钙做类似实验,观 察不到由白色变为蓝色 (5)氢化钙是固体,便于携带,解析 (1)首先用盐酸和锌粒反应制取氢气,再用氢气与钙反应制得氢 化钙,其中氢气通入装有钙的硬质玻璃管前要除去杂质HCl,再用浓硫酸 干燥除去水蒸气,制取氢化钙的装置要与盛有无水氯化钙的干燥管连 接,从而防止空气中的水蒸气与其反应。(2)首先收集氢气并验纯,其次 加热反应,然后停止加热,充分冷却,最后关闭活塞。(3)氢化钙与水反应 生成氢氧化钙和氢气,化学方程式为CaH2+2H2O Ca(OH)2+2H2,金 属钙与水反应也生成氢氧化钙和氢气。(4)区别金属钙和氢化钙,可取 适量氢化钙,在加热条件下让其与氧气反应,并将反应后的气体用无水 硫酸铜来检验,无水硫酸铜由白色变为蓝色;取金属钙做类似实验,观察 不到白色变为蓝色。,(2)实验操作流程 仪器连接检查气密性填装药品防倒吸、防氧化措施实验过程 仪器拆卸 (3)操作先后流程 装仪器时:先下后上,先左后右。 加入试剂时:先固后液。 实验开始时:先检查装置气密性,再加药品,后点酒精灯。 净化气体时:一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、 无味的气体,最后除水蒸气。,思维建模 (1)物质制备流程,防倒吸实验:往往是最后停止加热或停止通气。 防氧化实验:往往是最后停止通气。,题组二 物质性质验证型实验方案的设计 3.(2015课标,26,14分)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.4 10-2,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 , 由此可知草酸晶体分解的产物中有 。装置B的主要作用是 。,(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、 。装置H反应管中盛有的物质是 。 能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是 。,(3)设计实验证明: 草酸的酸性比碳酸的强 。 草酸为二元酸 。,答案 (14分)(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 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(1分,1 分,2分,共4分) (2)F、D、G、H、D、I CuO(3分,1分,共4分) H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊(2分) (3)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生(2分) 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 (2分),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。,4.甲同学对Cl2与FeCl2和KSCN混合溶液的反应进行实验探究。,(1)B中反应的离子方程式是 。 (2)A中溶液变红的原因是 。 (3)为了探究现象的原因,甲同学进行如下实验。 取A中黄色溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液,中一定存在 。 取A中黄色溶液于试管中,加入过量的KSCN溶液,最终得到红色溶 液。 甲同学的实验证明产生现象的原因是SCN-与Cl2发生了反应。 (4)甲同学猜想SCN-可能被Cl2氧化了,他又进行了如下研究。资料显示: SCN-的电子式为 CN-。 甲同学认为SCN-中碳元素没有被氧化,理由是 。 取A中黄色溶液于试管中,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉 淀,由此证明SCN-中被氧化的元素是 。,通过实验证明了SCN-中氮元素转化为N ,他的实验方案是 。 若SCN-与Cl2反应生成1 mol CO2,则转移电子的物质的量是 mol。,答案 (1)Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O (2)Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成红色的Fe(SCN)3 (3)Fe3+ (4)SCN-中的碳元素呈最高价态+4价 硫元素 取足量铜粉于试管中,加入A中黄色溶液和一定量的稀盐 酸,加热,观察到试管上方有红棕色气体生成,证明SCN-中氮元素被氧化 成了N 16,解析 (1)B装置是用来吸收氯气的,离子方程式为Cl2+2OH- Cl-+ ClO-+H2O。(2)Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成红色的硫氰 化铁。(3)取A中黄色溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生 成,应当是氢氧化铁固体,所以原溶液中有Fe3+。(4)根据SCN-的电子 式可知,SCN-中碳元素显+4价,硫元素显-2价,氮元素显-3价,碳元素已经 显最高正价,不能再被氧化;加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉 淀,说明白色沉淀为硫酸钡,即溶液中有硫酸根离子,由此证明被氧化的 元素为硫元素;SCN-+8Cl2+9H2O N +S +CO2+16Cl-+18H+,由 方程式可知每生成1 mol二氧化碳要转移16 mol电子。,实验中的试剂 反应的条件 实验步骤和 操作方法 结论 (2)探究物质性质的基本程序,思维建模 (1)根据物质性质设计实验方案的思维流程 物质的性质 实验中的仪器,考点二 化学实验方案的评价 题型一 从“可行性”方面对实验方案进行评价 评价角度:(1)实验方案是否科学可行;(2)实验操作是否安全合理;(3)实 验步骤是否简单方便;(4)实验效果是否明显。 典例1 (2016四川绵阳月考)根据下列实验事实所得出的相应结论中正 确的是 ( ),A. B. C. D.,答案 C 解析 木炭和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫,二者均与澄清石 灰水反应生成沉淀,错误;燃烧的镁条放入二氧化碳中,反应生成MgO 和C,由还原剂的还原性强于还原产物的还原性可知,还原性:MgC,正 确;白色沉淀可能为AgCl或硫酸钡,则该溶液中不一定含有S ,可能 含银离子,错误;能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气,则该溶液 中一定有N ,正确。,题型二 从“绿色化学”角度对实验方案进行评价 评价角度:(1)实验过程中是否造成环境污染;(2)原料是否无毒、安 全、易得;(3)原料利用率是否较高;(4)反应速率是否较快。 典例2 (2016课标,26,14分)过氧化钙微溶于水,溶于酸,可用作分析试 剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题:,(一)碳酸钙的制备 石灰石 (含少量铁的氧化物) (1)步骤加入氨水的目的是 。小火煮沸的 作用是使沉淀颗粒长大,有利于 。 (2)下图是某学生的过滤操作示意图,其操作不规范的是 (填 标号)。,a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁 b.玻璃棒用作引流 c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁 d.滤纸边缘高出漏斗 e.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度 (二)过氧化钙的制备 CaCO3 滤液 白色结晶 (3)步骤的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此,时溶液呈 性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸,趁热 过滤。将溶液煮沸的作用是 。 (4)步骤中反应的化学方程式为 ,该反应需要在冰浴下进行,原因是 。 (5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤 的目的是 。 (6)制备过氧化钙的另一种方法是:将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反 应,过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是 ,产品的缺点是 。,答案 (1)调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀(1分) 过滤分离(1分) (2)ade(3分) (3)酸(1分) 除去溶液中的CO2(1分) (4)CaCl2+2NH3H2O+H2O2+6H2O CaO28H2O+2NH4Cl或CaCl2+2 NH3H2O+H2O2 CaO2+2NH4Cl+2H2O(2分) 温度过高时双氧水易 分解(1分) (5)去除结晶表面水分(2分) (6)工艺简单、操作方便(1分) 纯度较低(1分),解析 (1)从制备碳酸钙的流程可以看出,加入双氧水的目的是将Fe2+氧 化为Fe3+,加入氨水的目的是调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀;小火煮沸使沉 淀颗粒长大,有利于过滤分离。 (2)过滤操作要求“一贴、二低、三靠”,漏斗末端颈尖应紧靠烧杯壁; 滤纸边缘应低于漏斗边缘;玻璃棒仅起到引流的作用,不能搅动,否则易 使滤纸破损。 (3)根据题干信息,若使CaO28H2O顺利析出,须保证溶液呈中性或碱性, 所以要煮沸除去酸性氧化物CO2。 (4)H2O2受热易分解,故制备过氧化钙的反应应在冰浴下进行。 (5)醇洗可防止产品溶于水而损失,且可除去晶体表面的水。 (6)比较两个工艺流程可知,该工艺简单、操作方便,但产品纯度较低。,题型三 从“安全性”方面对实验方案进行评价 评价角度:(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;(2) 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸;(3)防氧化;(4)污染性的气体要进行 尾气处理;(5)有粉末状物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;(6)防吸 水等。 典例3 某化学课外活动小组通过实验制备并研究NO2的性质。已知: 2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O 利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹,夹持固定 装置已略去)。,(1)E装置中制取NO2的化学方程式是 。 (2)若NO2能够被NH3还原,预期观察到C装置中的现象是 。 (3)实验过程中,未能观察到C装置中的预期现象。该小组同学从反应原 理的角度分析了原因,认为可能是:,NH3的还原性较弱,不能将NO2还原; 在此条件下,NO2的转化率极低; 。 (4)此实验装置存在的一个明显缺陷是 。,答案 (1)Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O (2)混合气体的颜色变浅(合理均可) (3)在此条件下,该反应的化学反应速率极慢 (4)缺少尾气处理装置,解析 根据NO2和NH3中氮元素的化合价,推测二者可发生归中反应生 成N2,故预期现象应为C装置中气体的颜色变浅。对于没有观察到预期 的实验现象,可从反应能否发生、是否为可逆反应、转化率是否太低以 及反应速率等方面考虑。此外,凡涉及有毒气体的实验均需要对尾气进 行处理。,
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