2019-2020年高考化学总复习专题十化学实验方案的设计与评价教学案苏教版.doc

2019-2020年高考化学总复习专题十化学实验方案的设计与评价教学案苏教版题型诠释近年的新课标高考中常考的有两类实验：一是探究类实验，主要探究物质分解的产物和物质的性质；设计并完成实验报告，包括补充实验步骤或实验步骤的排序、选择试剂和现象的描述等。二是评价类实验，根据题目提供的实验方案，评价是否合理，并要求设计合理的方案。(1)综合实验方案设计的一般思路：了解实验目的明确实验原理掌握实验条件选择仪器药品设计装置步骤记录现象数据分析得出结论。(2)综合实验评价要求考生根据题目的要求和实验目的，从化学原理，元素及其化合物的性质、化学实验的基本操作技能等方面，对实验方案进行科学分析、评价优劣。附：考纲要求1设计、评价或改进实验方案。2.掌握控制实验条件的方法。3.分析或处理实验数据，得出合理的结论。4.以上各部分知识与技能的综合应用。微点聚焦一“假设判断”型实验方案设计典题示例【示例1】 漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。(1)提出合理假设。假设1：该漂白粉未变质，只含有_；假设2：该漂白粉全部变质，只含有_；假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 molL-1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2和Cl-)实验步骤预期现象和结论取少量上述漂白粉于试管中，_【思维提示】第一步明确目的原理设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：2Ca(OH)22Cl2=CaCl2Ca(ClO)22H2O。Ca(ClO)2H2OCO2=CaCO32HClO。第二步提出合理假设根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)2或CaCO3或二者的混合物。第三步寻求验证方法用CaCO3与盐酸反应产生澄清石灰水变浑浊的CO2来验证CaCO3的存在。用Ca(ClO)2与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的HClO来验证Ca(ClO)2的存在。第四步设计操作步骤固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO2)。向步骤反应后的溶液中滴入12滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。第五步分析得出结论若步骤中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO3，即假设1成立。若步骤中石灰水变浑浊，且步骤中品红溶液不褪色，说明CaCO3存在，不存在Ca(ClO)2，即假设2成立。若步骤中石灰水变浑浊，且步骤中品红溶液褪色，说明有CaCO3和Ca(ClO)2存在，即假设3成立。答案(1)假设1：只含有Ca(ClO)2；假设2：只含有CaCO3(2)实验步骤预期现象和结论加入适量1 molL-1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立向步骤反应后的试管中滴入12滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)若品红溶液褪色，则假设3成立；若品红溶液不褪色，则假设2成立【实验设计方法指导】1基本原则2基本内容体验感悟将含有水蒸气的氯气通入到干燥疏松的碳酸钠中可以得到一种固体物质X，利用下图实验装置可以探究固体物质X的成分。(1)试剂甲的名称为_，试剂乙的名称为_。(2)经测定可知固体X中至少含有NaHCO3和一种含氯的盐类物质，装置D中的物质为含氯氧化物。下面对固体X的成分进行猜想和探究。提出合理猜想。猜想1固体X含有两种成分：NaHCO3和_；猜想2固体X含有三种成分：NaHCO3和_。下面是针对固体X中的成分猜想进行的实验探究。请填写下表中的空格(可不填满)。实验步骤预期现象和结论步骤1：取少量固体X样品，加入适量蒸馏水，使固体完全溶解，将溶液分装到两支试管中步骤2：_步骤3：_限选试剂：酸性KMnO4溶液、BaCl2溶液、稀HNO3、蒸馏水、AgNO3溶液、澄清石灰水(3)上述装置C中，如果标准状况下的氯气2.24 L与0.1 mol碳酸钠正好完全反应，则湿润的氯气与碳酸钠反应的化学方程式为_。解析(1)实验室制备氯气一般用浓盐酸与MnO2反应，制得的氯气中含有HCl杂质，一般用饱和食盐水除去。(2)反应物为Cl2、H2O、Na2CO3，而D中物质为含氯氧化物，其中Cl元素显正价，则C中含氯的盐中Cl元素必显负价，该盐为NaCl。固体X的成分可能为NaHCO3、NaCl或NaHCO3、NaCl、Na2CO3。(2)由于可以确定固体X中含有NaHCO3，因此对固体X的成分的探究，实质是检验NaCl、Na2CO3的存在，即可以通过检验Cl-、CO来探究固体X的组成，检验CO选择BaCl2溶液，需要注意的是不能选择澄清石灰水，否则NaHCO3会有干扰，检验Cl-选择稀HNO3和AgNO3溶液。(3)设含氯氧化物的化学式为Cl2Ox，则该反应可表示为Cl2Na2CO3H2O=NaHCO3NaClCl2Ox，根据氧元素守恒，得x1，故该反应的化学方程式为2Cl22Na2CO3H2O=2NaHCO32NaClCl2O。答案(1)浓盐酸饱和食盐水(2)NaClNaCl、Na2CO3实验步骤预期现象和结论步骤2：向一支试管中滴加足量BaCl2溶液若无明显现象，则固体X中不含Na2CO3；若溶液变浑浊，则固体X中含Na2CO3步骤3：向另一支试管中滴加足量稀硝酸，再加适量AgNO3溶液若溶液未变浑浊，则固体X中不含NaCl；若溶液变浑浊，则固体X中含NaCl(3)2Cl22Na2CO3H2O=2NaHCO32NaClCl2O假设判断型方案设计解题模板微点聚焦二“定量分析”型方案设计典题示例【示例2】 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AgNO3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(AgNO3)/mL15.0019.0019.8019.98E/mV-225-200-150-100V(AgNO3)/mL20.0020.0221.0023.0025.00E/mV50.0175275300325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：3I26NaOH=5NaINaIO33H2O。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：该次测定终点时用去AgNO3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DNaOH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_。【思维提示】实验数据统计与整理的一般方法(1)数据的表格化实验编号项目项目1项目2项目3项目4123根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。注意数据的有效数字及单位和必要的注解。设计好的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的关系。(2)数据的图像化图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果进行处理的一种简明化形式，适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是直观、明了。本题表格及图像应用：根据表格中的数据，先找出对应的点，然后连接成平滑的曲线即可(见答案)；根据表中数据，滴定终点时用去AgNO3溶液的体积约为20.00 mL；由关系式：AgI-得，n(I-)n(Ag)0.02 L0.010 0 molL-1110-3 mol，故m(I-)110-3 mol127 g mol-10.127 g，海带中碘的百分含量为0.127 g/20.00 g0.635%。答案(1)坩埚500 mL容量瓶(2) 20.000.635(3)检查漏斗颈旋塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，看是否漏水，若不漏，再将活塞旋转180度后观察是否漏水；检查漏斗口玻璃塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，把漏斗倒过来观察是否漏水，若不漏，将玻璃塞旋转180度后再倒置观察，若还是不漏水，则玻璃塞处不漏水液体分上下两层，下层呈紫红色AB过滤(4)主要由于碘易升华，会导致碘的损失【方法指导】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。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。体验感悟碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。气体a的成分是_。若钢样中硫以FeS的形式存在，A中反应：3FeS5O21_3_。(2)将气体a通入测硫装置中(如下图)，采用滴定法测定硫的含量。H2O2氧化SO2的化学方程式：_。用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：_。(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。气体a通过B和C的目的是_。计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是_。解析(1)钢样中的碳、硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2，还有未反应的O2，故气体a的成分为O2、SO2、CO2。根据得失电子守恒和质量守恒定律配平化学方程式：3FeS5O2Fe3O43SO2。(2)H2O2和SO2发生氧化还原反应：H2O2SO2=H2SO4。根据题意，消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则消耗z mL NaOH溶液，相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为或100%。(3)气体a中含有O2、SO2和CO2，在吸收CO2测定碳的含量时，也可能吸收SO2，故气体a通过装置B和C的目的排除SO2对CO2测定的干扰。计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收CO2前、后吸收瓶的质量，其质量差为CO2的质量。答案(1)O2、SO2、CO2Fe3O4SO2(2)H2O2SO2=H2SO4(3)排除SO2对CO2测定的干扰吸收CO2前、后吸收瓶的质量【解题建模】定量型实验题的解题模板一、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、要求的实验方案二、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三、看准图，分析装置或流程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四、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微点聚焦三实验方案的评价典题示例【示例3】 铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究。填写下列空白：方案一实验方案将铝镁合金与足量NaOH溶液反应，测定剩余固体质量。实验中发生反应的化学方程式是_。实验步骤(1)称取10.8 g铝镁合金粉末样品，溶于体积为V、物质的量浓度为4.0 molL-1的NaOH溶液中，充分反应。则NaOH溶液的体积V_mL。(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。方案二实验方案将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体的体积。实验步骤(1)同学们拟选用下列实验装置完成实验：你认为最简易的装置其连接顺序是A接()()接()()接()(填接口字母，可不填满)。(2)仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。装置中导管a的作用是_。实验前后量气管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL，则产生氢气的体积为_mL。若需确定产生氢气的量，还需测定的数据是_。【思维提示】答案方案一：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(1)97(2)偏高方案二：(1)EDG(2)使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差(V1-V2)实验时的温度和压强实验方案评价的四大原则1可行性原则(1)分析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。2绿色化学原则(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。3安全性原则化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：(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；有粉末状态物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；(5)防吸水。4规范性原则(1)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；(3)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。体验感悟某化学小组用如图所列装置(固体装置略)验证CO能还原CuO，并探究其还原产物的组成。请回答：(1)按气流方向，各装置从左到右的连接顺序为：i()()()()()()()()()()尾气处理(填仪器接口的字母编号)。(2)说明CO能还原CuO的实验现象为_。(3)该实验处理尾气的方法为_。(4)若去掉B装置，则可能产生的影响为_。(5)将各装置按正确的顺序连接后进行实验。当反应结束后，F处硬质玻璃管中的固体全部变为红色。查阅资料Cu和Cu2O均为红色；Cu2O在酸性溶液中能生成Cu和Cu2。提出猜想红色固体的成分可能为：Cu；Cu2O；_。实验验证该小组为验证上述猜想，分别取少量红色固体放入试管中，进行如下实验。实验编号操作现象a加入足量稀硝酸，振荡试管内红色固体完全溶解，溶液变为蓝色，并有无色气体产生b加入足量稀硫酸，振荡试管内有红色固体，溶液为无色实验评价根据上述实验，不能确定红色固体成分的实验是_(填实验编号)，理由为_(用化学方程式表示)。实验结论根据上述实验结果，可知红色固体的成分为_(填化学式)。解析(1)装置E用来制备二氧化碳，碳酸氢钠分解生成二氧化碳的同时，也生成水，需要用装置B中的浓硫酸除去水蒸气；装置D中二氧化碳与碳粉反应生成CO，从装置D中出来的CO中含有二氧化碳，需要用装置A中的碱石灰除去二氧化碳，装置F中进行CO还原CuO的反应，装置C可检验生成的二氧化碳气体。故装置的连接顺序为icdgh(或hg)abjk(或kj)fe尾气处理。(2)CO还原CuO时生成红色的单质铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。(3)该实验尾气中主要含有CO2和有毒的CO，CO具有可燃性，其燃烧后转化为无毒的CO2。(4)水蒸气与炽热的碳反应时，生成的氢气也具有还原性，干扰了CO还原CuO的探究。(5)CO还原CuO后的固体产物为红色，而Cu、Cu2O均为红色，故产物中可能含有两者之一或两者都有。硝酸具有强氧化性，可以将Cu、Cu2O都氧化，故用稀硝酸不能确定红色固体的成分。常温下，稀硫酸与Cu不反应；Cu2O在酸性溶液中能生成Cu和Cu2。答案(1)c d g h(或h g)a b j k(或k j)f e(2)F处硬质玻璃管中的黑色固体变为红色，C处澄清石灰水变浑浊(答出一点即可)(3)点燃烧掉或用气囊收集(4)NaHCO3分解产生的水蒸气在高温下能与碳粉反应生成H2，对实验产生干扰(其他合理答案也可)(5)Cu和Cu2Oa3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O、3Cu2O14HNO3(稀)=6Cu(NO3)22NO7H2OCu【答题规范】综合实验题中“答题规范”盘查(1)规范书写试剂名称。(2)规范书写装置中试剂的用途。如除杂装置：除去(或吸收)杂质，防止干扰(影响)；除去中的杂质，以免影响测量结果。尾气吸收装置：吸收气体，防止污染空气。(3)物质检验、鉴别题的描述：取样，加入试剂，若有现象，则有物质；否则，没有物质。(4)规范书写实验现象描述：如“颜色由变成”“液面上升或下降(形成液面差)”“溶液变浑浊”等。(5)规范书写实验方法。用试管取(收集)少量(适量)滴加(放、伸)，若则(或出现现象，证明)。(6)规范书写实验操作目的、原因、理由方法。答题思路：这样做有什么好处、不这样做有什么影响。好处：直接作用是根本目的是“坏处”：如果(不这样)那么会(怎样)。