高考化学总复习 10.4化学实验方案的设计与评价课件.ppt

第四节化学实验方案的设计与评价 考纲要求1 设计 评价或改进实验方案 2 了解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 绘制和识别典型的实验仪器装置图 5 以上各部分知识与技能的综合应用 1 基本原则 考点一化学实验方案的设计 2 基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容 1 实验名称 2 实验目的 3 实验原理 4 实验用品 药品 仪器 装置 设备 及规格 5 实验装置图 实验步骤和操作方法 6 实验注意事项 7 实验现象的记录及结果处理 8 问题与讨论 1 氧化镁在医药 建筑等行业应用广泛 硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索 以菱镁矿 主要成分为MgCO3 含少量FeCO3 为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下 物质制备型实验方案的设计 D中收集的气体是 填化学式 B中盛放的溶液可以是 填字母 a NaOH溶液b Na2CO3溶液c 稀硝酸d KMnO4溶液 A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应 产物中元素的最高价态为 4 写出该反应的离子方程式 解析 2 根据题设信息可知 菱镁矿中含FeCO3 加入H2SO4后FeCO3转化为FeSO4进入滤液形成杂质 加入H2O2目的是除去Fe2 使Fe2 转化为Fe3 再通过调节pH除去Fe3 4 气体成分为SO2 CO2 CO S g 分步吸收的顺序 A中收集S B吸收SO2 C吸收CO2 D收集CO B中可以选择KMnO4溶液 2 2014年高考浙江卷 葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的营养物质 葡萄糖酸钙可通过以下反应制得 C6H12O6 葡萄糖 Br2 H2O C6H12O7 葡萄糖酸 2HBr2C6H12O7 CaCO3 Ca C6H11O7 2 葡萄糖酸钙 H2O CO2 相关物质的溶解性见下表 请回答下列问题 1 第 步中溴水氧化葡萄糖时 下列装置中最适合的是 制备葡萄糖酸钙的过程中 葡萄糖的氧化也可用其他试剂 下列物质中最适合的是 A 新制Cu OH 2悬浊液B 酸性KMnO4溶液C O2 葡萄糖氧化酶D Ag NH3 2 OH溶液 2 第 步充分反应后CaCO3固体需有剩余 其目的是 本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3 理由是 3 第 步需趁热过滤 其原因是 4 第 步加入乙醇的作用是 5 第 步中 下列洗涤剂最合适的是 A 冷水B 热水C 乙醇D 乙醇 水混合溶液 解析 1 水浴加热只要控制水的温度即可 所以温度计插入水中 恒压漏斗使反应物容易流出 故选用B装置 A D的氧化性较弱 反应速率较慢 B的氧化能力很强 会将葡萄糖氧化成其他物质 因酶是一种高效的催化剂 所以O2 葡萄糖氧化酶是最合适的氧化剂 2 过量的CaCO3能将葡萄糖酸全部转化为葡萄糖酸钙 同时过量的CaCO3可通过过滤除去 不会进入葡萄糖酸钙溶液中 4 过滤后的滤液中除葡萄糖酸钙外 还有溴化钙 加入乙醇中 溴化钙溶于乙醇 而葡萄糖酸钙在乙醇中的溶解度较小 然后通过抽滤将葡萄糖酸钙提取出来 5 用乙醇 水混合溶液作洗涤剂 既可除去溴化钙杂质又可减少葡萄糖酸钙的溶解损失 答案 1 BC 2 提高葡萄糖酸的转化率 便于后续分离氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应得到葡萄糖酸钙 3 葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出 如不趁热过滤会损失产品 4 可降低葡萄糖酸钙在溶剂中的溶解度 有利于葡萄糖酸钙析出 5 D 3 2014年高考北京卷 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 物质含量测定型实验方案的设计 2 将气体a通入测硫装置中 如图 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zmLNaOH溶液 若消耗1mLNaOH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 如图 采用质量法测定碳的含量 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 4 某校化学研究性学习小组设计如下实验方案 测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数 1 方案一 称取一定质量的样品 置于坩埚中加热至恒重后 冷却 称取剩余固体质量 计算 实验中加热至恒重的目的是 2 方案二 按下图装置进行实验 并回答以下问题 实验前先 分液漏斗中应该装 填 盐酸 或 硫酸 D装置的作用是 实验中除称量样品质量外 还需称 装置吸收CO2前 后的质量 根据此实验得到的数据 测定结果有误差 因为实验装置还存在一个明显缺陷 该缺陷是 3 方案三 称取一定量样品 置于小烧杯中 加适量水溶解 向小烧杯中加入足量氯化钡溶液 过滤洗涤 干燥沉淀 称量固体质量 计算 过滤操作中 除了烧杯 漏斗还用到的玻璃仪器有 实验中判断沉淀是否完全的方法是 解析 1 由于碳酸氢钠受热分解生成气体 引起固体质量减少 若固体质量不再变化 说明碳酸氢钠完全分解 2 方案二的方法是用酸与碳酸氢钠反应生成CO2 通过碱石灰吸收CO2 测定碱石灰的质量增加 来计算碳酸氢钠的物质的量 若反应时选用盐酸 由于盐酸挥发 需要用饱和碳酸氢钠溶液除去HCl 还要用浓硫酸除去气体中的H2O 但是装置中只有一个除杂装置 即选用的酸只能为硫酸 气体制备的第一步操作都是检验装置的气密性 由于反应后 烧瓶中和干燥装置的上层空间充满CO2 这些CO2气体的质量没有被碱石灰吸收 因此需用赶气装置 答案 1 保证NaHCO3全部分解 2 检查装置的气密性硫酸防止空气中水蒸气 CO2进入C管被吸收 C 需设计一个将A B中的CO2全部吹入C中而吸收的气体装置 3 玻璃棒 取少量滤液 再滴加BaCl2少许 如无白色沉淀说明沉淀完全 5 2014年高考安徽卷 某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素 将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部 塞上瓶塞 如图1 从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液 同时测量容器中的压强变化 1 请完成以下实验设计表 表中不要留空格 物质组成 性质探究型实验方案的设计 2 编号 实验测得容器中压强随时间变化如图2 t2时 容器中压强明显小于起始压强 其原因是铁发生了 腐蚀 请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向 此时 碳粉表面发生了 填 氧化 或 还原 反应 其电极反应式是 3 该小组对图2中0 t1时压强变大的原因提出了如下假设 请你完成假设二 假设一 发生析氢腐蚀产生了气体 假设二 4 为验证假设一 某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案 请你再设计一个实验方案验证假设一 写出实验步骤和结论 解析 1 该实验的目的是探究弱酸条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素 因此 应在其他因素不变的情况下 只改变某一个影响因素来探究改变该因素对实验的影响 分析表格信息可知 与 比较 改变的是醋酸的浓度 因此铁粉和碳粉的量不变 与 相比改变的是碳粉的含量 2 分析图2可知 t2时容器内压强明显小于起始压强 说明气体的物质的量减小 故应发生吸氧腐蚀 外电路电子应由Fe 负极 流向正极 C 注意电子不能通过电解质溶液 正极表面发生了还原反应 3 假设二应考虑反应放热 温度升高 压强增大 4 可设计实验排除装置中的O2 使其不能发生吸氧腐蚀 然后再设计实验验证有H2生成 或Fe2 的生成或有温度变化或压强增大等 证明锥形瓶内无氧条件下发生了析氢腐蚀产生了气体 答案 1 2 0 碳粉含量的影响 2 吸氧还原O2 2H2O 4e 4OH 或4H O2 4e 2H2O 3 反应放热 温度升高 4 实验步骤和结论 不要求写具体操作过程 药品用量和操作同编号 实验 多孔橡皮塞增加进 出导管 通入氩气排净瓶内空气 滴入醋酸溶液 同时测量瓶内压强变化 也可测温度变化 检验Fe2 等 如果瓶内压强增大 假设一成立 否则假设一不成立 本题属于开放性试题 合理答案均给分 实验方案设计中几个易忽视的问题 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 要防止爆炸 如H2还原CuO实验中应先通入H2 气体点燃前要先验纯 3 防止氧化 如H2还原CuO要 先灭灯再停氢 白磷切割要在水中进行等 4 防止吸水 如实验 取用 制取易吸水 潮解 水解的物质要采取必要措施 以保证达到实验目的 5 易挥发液体产物 导出时可为蒸气 的及时冷却 6 仪器拆卸的科学性与安全性 如防污染 防氧化 防倒吸 防爆炸 防泄漏等 1 化学实验评价的内容 1 评价实验原理 是否明确 合理 2 评价实验方案 是否安全 可行 3 评价药品 仪器 是否方便 易得 4 评价实验现象和结论 是否明显 清晰 考点二化学实验方案的评价 2 化学实验评价的五大视角 1 可行性视角 只有合理且切实可行的实验方案才有意义 可行性是方案的第一要素 评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析 理论上要科学合理 操作上要简单可行 2 经济效益视角 评价一种实验方案 不仅要从科学性上判断是否可行 还要从经济效益上考虑是否切合实际 3 绿色化视角 分析实验药品是否有毒 是否会造成环境污染 仪器药品是否价格低廉 便宜易得 反应是否充分 原子经济性强 4 安全性视角 避免炸裂 受热不均匀 液体倒吸 气流不畅 易燃气体中混有助燃气体等 防污染 有毒尾气未经处理 剩余药品随意丢弃 实验产生的废液肆意倾倒等 防失火 点燃或熄灭酒精灯的方法不正确 易燃试剂与明火接触等 防吸水 极易水解 吸水性强 潮解 的物质未密封保存或与潮湿空气接触 大量吸水导致液体溢出或反应变质等 5 规范性视角 仪器的安装与拆卸 试剂添加的顺序与用量 加热的方式方法和时机 仪器的查漏 气密性检验 温度计的规范使用 水银球的位置 实验数据的读取 冷却 冷凝的方法等 1 某同学用如图1所示的装置来探究CO2 SO2与澄清石灰水的反应 结果通入CO2可以看到先浑浊后澄清的现象 但通入SO2看不到浑浊现象 化学实验方案的评价 经思考后该同学改用如图2所示的装置 将气体收集在注射器中 缓慢地将气体通入澄清石灰水中 都能看到石灰水先变浑浊再澄清的现象 且通入SO2时产生的现象明显且快 1 对比分析两组实验 你认为用图1所示的装置实验时 通入SO2不能出现浑浊的原因可能是 2 用图2所示的装置实验时 以相同速率通入CO2和SO2 SO2产生浑浊 澄清的现象比CO2快的原因是 3 用图1所示的装置进行SO2与澄清石灰水反应的实验若存在缺陷 其改进方法是 若你认为该装置没有缺陷 此空可以不填 答案 1 SO2在水中溶解度大且气体发生装置产生SO2的速率快 SO2直接与Ca OH 2反应生成了可溶于水的酸式盐 Ca HSO3 2 而观察不到沉淀 2 SO2溶于水生成的亚硫酸的酸性比碳酸的强 CaSO3转化为Ca HSO3 2的速率也快 3 用导管将尾气通入NaOH溶液中 2 信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁 某 变废为宝 学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后 得到含70 Cu 25 Al 4 Fe及少量Au Pt等金属的混合物 并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线 请回答下列问题 1 第 步Cu与酸反应的离子方程式为 得到滤渣1的主要成分为 2 第 步加H2O2的作用是 使用H2O2的优点是 调溶液pH的目的是使 生成沉淀 3 用第 步所得CuSO4 5H2O制备无水CuSO4的方法是 4 由滤渣2制取Al2 SO4 3 18H2O 探究小组设计了三种方案 上述三种方案中 方案不可行 原因是 从原子利用率角度考虑 方案更合理 5 探究小组用滴定法测定CuSO4 5H2O Mr 250 的含量 取ag试样配成100mL溶液 每次取20 00mL 消除干扰离子后 用cmol L 1EDTA H2Y2 标准溶液滴定至终点 平均消耗EDTA溶液bmL 滴定反应如下 Cu2 H2Y2 CuY2 2H 写出计算CuSO4 5H2O质量分数的表达式w 下列操作会导致CuSO4 5H2O含量的测定结果偏高的是 a 未干燥锥形瓶b 滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡c 未除净可与EDTA反应的干扰离子 解答实验评价题的常见失误 1 思路狭窄 思维定式 缺少创新 经验主义严重 2 恐惧心理严重 虽然题目涉及了许多新情境 新材料 但是问题落脚点并未超出中学教材和考纲要求 3 答题不规范 词不达意 不讲逻辑 抓不住要点 3 2014年高考新课标全国卷 某小组以CoCl2 6H2O NH4Cl H2O2 浓氨水为原料 在活性炭催化下 合成了橙黄色晶体X 为确定其组成 进行如下实验 氨的测定 精确称取wgX 加适量水溶解 注入如图所示的三颈瓶中 然后逐滴加入足量10 NaOH溶液 通入水蒸气 将样品液中的氨全部蒸出 用V1mLc1mol L 1的盐酸标准溶液吸收 蒸氨结束后取下接收瓶 用c2mol L 1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl 到终点时消耗V2mLNaOH溶液 定量分析型实验方案的评价与数据处理 氯的测定 准确称取样品X 配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定 K2CrO4溶液为指示剂 至出现淡红色沉淀不再消失为终点 Ag2CrO4为砖红色 回答下列问题 6 样品X中钴 氨和氯的物质的量之比为1 6 3 可写出化学式为 Co NH3 6 Cl3 由化合物中正负化合价代数和为0计算 NH3整体为0价 氯为 1价 故Co为 3价 从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2 2NH4Cl 10NH3 H2O2 2 Co NH3 6 Cl3 2H2O 由于温度过高时H2O2易分解 NH3易挥发 故制备过程中温度不能过高 否则H2O2分解 NH3挥发 4 化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究 查得资料 该牙膏摩擦剂由碳酸钙 氢氧化铝组成 牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生 摩擦剂中氢氧化铝的定性检验 取适量牙膏样品 加水充分搅拌 过滤 1 往滤渣中加入过量NaOH溶液 过滤 氢氧化铝与NaOH溶液反应的离子方程式是 2 往 1 所得滤液中先通入过量二氧化碳 再加入过量稀盐酸 观察到的现象是 牙膏样品中碳酸钙的定量测定 利用下图所示装置 图中夹持仪器略去 进行实验 充分反应后 测定C中生成BaCO3沉淀的质量 以确定碳酸钙的质量分数 依据实验过程回答下列问题 3 实验过程中需持续缓缓通入空气 其作用除了可搅拌B C中的反应物外 还有 4 C中反应生成BaCO3的化学方程式是 5 下列各项措施中 不能提高测定准确度的是 填标号 a 在加入盐酸之前 应排净装置内的CO2气体b 滴加盐酸不宜过快c 在A B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置d 在B C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置 6 实验中准确称取8 00g样品三份 进行三次测定 测得BaCO3的平均质量为3 94g 则样品中碳酸钙的质量分数为 7 有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量 只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差 一样可以确定碳酸钙的质量分数 实验证明按此方法测定的结果明显偏高 原因是 解析 6 n BaCO3 3 94g 197g mol 1 0 02mol 由C原子守恒得m CaCO3 为0 02mol 100g mol 1 2g 所以CaCO3的质量分数为25 7 由于B中的水蒸气和HCl等易挥发进入C中 所以装置C的质量会偏大 实验数据统计与整理的一般方法1 数据的表格式 1 根据实验原理确定应记录的项目 所测的物理量 2 应注意数据的有效数字及单位和必要的注释 3 设计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 便于反映数据间的联系 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加以处理的一种简明化形式 它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鲜明 直观 简单 明了 定量实验中测定数据的方法及对实验数据的筛选1 数据的测定方法 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 测定气体体积法 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是改进后的装置 3 测定气体质量法 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 2 筛选实验数据能从大量的实验数据中找出有用 有效 正确 合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点 也是近年来命题变化的一个重要方向 对实验数据筛选的一般方法和思路归纳为 五看 一看数据是否符合测量仪器的精度特点 如用托盘天平测得的质量的精度为0 1g 若精度值超过了这个范围 说明所得数据是无效的 二看数据是否在误差允许范围内 若所得的数据明显超出误差允许范围 要舍去 三看反应是否完全 是否是过量反应物作用下所得的数据 只有完全反应时所得的数据 才能进行有效处理和应用 四看所得数据的测试环境是否一致 特别是气体体积数据 只有在温度 压强一致的情况下才能进行比较 运算 五看数据测量过程是否规范 合理 错误和违反测量规则的数据需要舍去 典例1某样品是由碳酸钠与氯化钠组成的固体混合物 现欲测定样品中碳酸钠的质量分数 某同学称取10 00g样品 配成1000mL溶液 用 填仪器名称 量取25 00mL放入锥形瓶中 加入甲基橙作指示剂 用0 1500mol L 1标准盐酸溶液滴定至终点 平行测定三次 有关实验数据记录见下表 则样品中碳酸钠的质量分数为 答案碱式滴定管 或25mL移液管 95 40 典例20 80gCuSO4 5H2O样品受热脱水过程的热重曲线 样品质量随温度变化的曲线 如图所示 请回答下列问题 1 试确定200 时固体物质的化学式 要求写出推断过程 2 取270 所得样品 于570 灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体 该反应的化学方程式为 把该黑色粉末溶解于稀硫酸中 经浓缩 冷却 有晶体析出 该晶体的化学式为 其存在的最高温度是