2019高考化学大一轮复习 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课件 鲁科版.ppt

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 包括所用试剂 反应原理 仪器和收集方法 2 根据化学实验的目的和要求 能做到 1 设计实验方案 2 正确选用实验装置 3 掌握控制实验条件的方法 4 预测或描述实验现象 分析或处理实验数据 得出合理结论 5 评价或改进实验方案 考点一 考点二 考点三 微课31 考点一猜想型实验方案的设计 返回 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 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 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 1 CO2 CO的混合物 3 NH4 NON2 2H2O 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 2C Fe2O32Fe CO CO2 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 例题 训练 返回 BD fg 吸收HCl气体 dea 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 46g 充分反应后 将装置 中的固体加入足量的稀盐酸中产生224mL 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 06g 2Na 2CO2Na2CO3 CO 准确称取0 46g金属钠样品 并投入足量水中 测得收集到的气体体积小于224mL 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 例题 1 2 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 Al NO CO2 Fe3 H 例题 1 2 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2molI 时 共转移3mol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 Fe2O3 2Fe2 3H2O2 4I 2Fe OH 3 2I2 例题 1 2 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 1 2 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 1 2 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 1 2 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 NH3 H3BO3 NH3 H3BO3 NH3 H3BO3 HCl NH4Cl H3BO3 例题 1 2 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2 3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 1 2 返回 液封 防止氨气逸出 保温使氨完全蒸出 例题 1 2 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 例题 1 2 返回 例题 1 2 返回 碱式碳酸铝镁 MgaAlb OH c CO3 d xH2O 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 d xH2O中a b c d的代数关系式为 2a 3b c 2d 生成的产物具有阻燃作用 例题 1 2 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 390g样品与足量稀盐酸充分反应 生成CO20 560L 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 1 2 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 3 5 例题 1 2 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 2a 3b c 2d 例题 1 2 返回 解析 例题 1 2 返回 考点三探究物质性质实验方案的设计 返回 一 验证物质的性质 例题 1 2 返回 例题 1 2 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 1 2 返回 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 1 2 返回 解析 为加热装置 由题意3NH4NO32NH3 2NO 2NO2 3H2O 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 1 2 返回 2017 北京理综 28 某小组在验证反应 Fe 2Ag Fe2 2Ag 的实验中检测到Fe3 发现和探究过程如下 向硝酸酸化的0 05mol L 1硝酸银溶液 pH 2 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K3 Fe 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 1 2 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 2Fe3 Fe 3Fe2 例题 1 2 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 4Fe2 O2 4H 4Fe3 2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 例题 1 2 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 pH 2 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 3min时溶液呈浅红色 30min后溶液几乎无色 0 05mol L 1NaNO3 FeSO4溶液 例题 1 2 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 2Ag Fe Fe2 2Ag Ag Fe2 Fe3 Ag Fe 2Fe3 3Fe2 反应开始时 c Ag 大 以反应 为主 c Fe3 增大 约30min后 c Ag 小 以反应 为主 c Fe3 减小 答案 例题 1 2 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2Al3 3S2 6H2O 2Al OH 3 3H2S 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 1 2 3 4 5 返回 二 从原料的用量多少评价 答案 丙 题号 1 2 3 4 5 返回 解析 现将甲 乙 丙三个方案制取1molAl 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 1 2 3 4 5 返回 三 从是否符合 绿色化学 观念评价 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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 返回 题号 1 2 3 4 5 返回 题号 1 2 3 4 5 返回 题号 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 返回 返回 本讲结束 谢谢