2020年高考化學一輪總復習第十一章第35講實驗方案的設計與評價學案（含解析）.docx

第35講實驗方案的設計與評價1.化學實驗方案的設計(主要是物質制備和提純的方案設計)(1)化學實驗方案設計的基本思路根據(jù)實驗目的和原理及所選用的藥品和儀器，設計合理的裝置，并且從幾種方案中分析選擇出最佳方案。(2)化學實驗方案設計的步驟(3)物質制備與提純的實驗方案設計2化學實驗方案的評價(1)實驗評價的主要形式從評價的主要針對點來看，實驗綜合題可分為裝置評價型和原理評價型兩類。實驗裝置的評價對比各方案裝置，從裝置的合理性、操作的簡便可行性等方面進行全面分析，選出最佳裝置。實驗原理的評價緊扣實驗目的，對各方案的原理綜合考慮，從原理是否科學、原料是否節(jié)約、誤差是否較小等方面進行全面分析，選出最佳方案。(2)實驗方案評價的解題思路一個實驗方案的優(yōu)劣主要從實驗原理是否科學合理，操作與裝置是否簡單可行，以及綠色化學和安全性的角度去評價。從“科學性”和“可行性”方面對實驗方案作出評價評價時可從以下4個方面分析：實驗原理是否科學；實驗操作是否合理；實驗步驟是否簡單、方便；實驗效果是否明顯。從“綠色化學”視角對實驗方案作出評價反應原料是否易得、安全、無毒；反應速率是否合適；原料利用率以及生成物的產率是否較高；實驗過程中是否造成環(huán)境污染。從“安全性”方面對實驗方案作出評價化學實驗從安全角度?？紤]的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防著火、防濺液、防破損等。1(2018南昌市一模)下列實驗操作中，對應的實驗現(xiàn)象以及實驗結論都正確且兩者具有因果關系的是()實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結論A向碳酸鈉溶液中先滴入酚酞，再滴加稀鹽酸溶液先變紅，后溶液紅色變淺直至消失非金屬性：ClCB將氯化鋁溶液蒸干析出白色固體白色固體是氯化鋁C取少量某無色溶液，先滴加氯水，再加入少量苯，振蕩、靜置溶液分層，下層呈紫紅色原無色溶液中一定有ID將銅片放入濃硫酸中，加熱產生大量氣體，溶液變?yōu)樗{色濃硫酸具有強氧化性和酸性答案D解析鹽酸是無氧酸，不能根據(jù)鹽酸酸性強弱判斷非金屬性，應該用高氯酸，A項錯誤；將氯化鋁溶液蒸干析出的白色固體是氫氧化鋁，B項錯誤；苯的密度比水小，溶液分層后，應該是上層呈紫紅色，C項錯誤；銅與濃硫酸加熱，生成硫酸銅、二氧化硫、水，表現(xiàn)了濃硫酸的強氧化性和酸性，D項正確。2氮化鎂(Mg3N2)是工業(yè)上應用廣泛的離子化合物，常溫下為淺黃色粉末，極易與水反應。某?；瘜W興趣小組用鎂與氮氣反應制備Mg3N2，并測定氮化鎂的純度。.制備氮化鎂已知：亞硝酸鈉和硫酸銨制取氮氣的反應劇烈放熱，產生氮氣的速率較快。(1)制取氮氣反應的離子方程式為_。(2)實驗裝置(可重復使用)的連接順序為a_，_，_，_h，i_，_(按氣流方向，用小寫字母表示)。.測定氮化鎂的含量(3)定性分析操作步驟實驗現(xiàn)象解釋原因取少量氮化鎂樣品于試管中，加足量蒸餾水_寫出反應的化學方程式：_棄去上層清液，加入足量稀鹽酸觀察到固體全部溶解且冒氣泡冒氣泡的原因是_答案(1)NHNON22H2O(2)fgbcdede(3)試管底部有固體不溶物，有刺激性氣味的氣體產生Mg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3未反應的鎂與鹽酸反應產生氫氣解析(1)NaNO2和(NH4)2SO4反應生成N2為歸中反應，離子方程式為NHNON22H2O。(2)制取的氮氣先通過安全瓶，利用硫酸亞鐵的還原性除去氧氣；為防止水蒸氣使氮化鎂水解，用濃硫酸干燥氮氣；氮氣與鎂在裝置B中反應生成氮化鎂，再連接盛有濃硫酸的洗氣瓶防止水蒸氣進入使氮化鎂水解，所以實驗裝置的連接順序為af，gb，cd，eh，id，e。(3)氮化鎂與水反應生成氨氣和氫氧化鎂，化學方程式為Mg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3，所以現(xiàn)象為試管底部有固體不溶物，有刺激性氣味的氣體產生；鎂與冷水不反應，鎂與鹽酸反應放出氫氣。考點化學實驗方案設計典例1(2015全國卷)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102，K25.4105。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O42H2O)無色，熔點為101 ，易溶于水，受熱脫水、升華，170 以上分解?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是_，由此可知草酸晶體分解的產物中有_。裝置B的主要作用是_。(2)乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、_。裝置H反應管中盛有的物質是_。能證明草酸晶體分解產物中有CO的現(xiàn)象是_。(3)設計實驗證明：草酸的酸性比碳酸的強_。草酸為二元酸_。解析(1)結合題給裝置中裝的藥品知，草酸晶體的分解產物中有二氧化碳氣體，所以裝置C中觀察到有氣泡逸出，澄清石灰水變渾濁。通入澄清石灰水前，氣體進行了冷卻，由題中信息知，草酸鈣難溶于水，若氣體不冷卻，則升華出的草酸蒸氣也會進入裝置C，與澄清石灰水反應生成沉淀，干擾CO2的檢驗。(2)由題給實驗儀器和藥品知，CO應與裝置H中固體反應，可推測裝置H中固體為CuO，CO還原氧化銅生成Cu和CO2氣體，然后把CO2通入到D中，結合裝置H和裝置D中的現(xiàn)象可判斷草酸晶體的分解產物中是否含有CO。檢驗CO之前應先除去CO中混有的CO2，連接順序為A、B、F、D、G、H、D、I。答案(1)有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 CO2 冷凝(水蒸氣、草酸等)，防止草酸進入裝置C反應生成沉淀，干擾CO2的檢驗(2)F、D、G、H、D、I CuO H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁(3)向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產生用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量為草酸的2倍名師精講(1)實驗設計的創(chuàng)新往往要體現(xiàn)七個“一”，即一個實驗的多種現(xiàn)象，一種實驗現(xiàn)象的多種原因，一種裝置的多種用途，一種用途的多種裝置，一個儀器的多種用法，一種物質的多種制法，一組物質的多種鑒別方法。(2)選擇反應原理的原則：反應條件溫和、轉化率高、實驗操作簡便安全、產物便于分離與收集。(3)實驗原理的優(yōu)化包括實驗裝置的優(yōu)化和實驗操作順序的優(yōu)化。實驗裝置的優(yōu)化如增加安全瓶、防倒吸裝置、尾氣處理裝置等；實驗操作順序的優(yōu)化如先用惰性氣體排出裝置中的空氣，再進行有關實驗，最后再用惰性氣體將裝置中生成的氣體排出等。1. 下圖是某同學設計的儲氣裝置(固定裝置已略去)，下列說法中，不正確的是()A打開止水夾a、b，氣體從d管導入，儲存在下面的集氣瓶里B氣體被儲存在下面的集氣瓶里時，c導管也必須安裝止水夾C取用儲存在下面集氣瓶里的氣體時，通過控制止水夾a、b，可將氣體順利排出D該裝置也可作為制取二氧化碳氣體的發(fā)生裝置答案B解析打開止水夾a、b，氣體從d管導入，水被壓入上面的集氣瓶，氣體儲存在下面的集氣瓶里，故A正確；氣體被儲存在下面的集氣瓶里時，液面低于上面的導管口，所以c導管不必安裝止水夾，故B不正確；取用儲存在下面集氣瓶里的氣體時，打開止水夾a、b，可將氣體順利排出，故C正確；將石灰石或大理石塊置于下面集氣瓶，將稀鹽酸置于上面集氣瓶，該裝置也可作為制取二氧化碳氣體的發(fā)生裝置，故D正確。2(2018南昌市一模)POCl3是有機合成的催化劑，研究小組利用Cl2、PCl3和H2O在105109 下制備POCl3。已知：PCl3易被氧化易水解，沸點為76 ；POCl3易水解，沸點為105.8 。(1)A裝置制取氯氣，儀器“2”的名稱是_，離子方程式為_。(2)PCl3的電子式為_，儀器“1”的作用是_。(3)儀器“3”裝入的物質是_，當溫度為105109 時，逐滴滴入。制備POCl3的化學反應方程式是_。(4)制備POCl3的關鍵是必須保證3.94，當比值小于3.94時得不到POCl3，原因是_。(5)裝置連接順序是A_，C中盛裝的物質是_。答案(1)分液漏斗2MnO10Cl16H=2Mn25Cl28H2O(2) 冷凝回流，提高反應物的轉化率(3)水PCl3Cl2H2OPOCl32HCl(4)PCl3、POCl3都發(fā)生水解(5)CDCB濃硫酸解析(1)A裝置儀器“2”的名稱是分液漏斗；A裝置中不需加熱，因此用高錳酸鉀與濃鹽酸反應制取氯氣的離子方程式是2MnO10Cl16H=2Mn25Cl28H2O。(2)PCl3所有原子均滿足8電子穩(wěn)定結構，PCl3的電子式是；PCl3沸點為76 ，儀器“1”是球形冷凝管，可以使PCl3冷凝回流入三頸瓶中，提高PCl3轉化率。(3)Cl2、PCl3和H2O在105109 下制備POCl3，PCl3、POCl3易水解，水要逐滴加入，故儀器“3”裝入的物質是水；制備POCl3的化學方程式是：PCl3Cl2H2OPOCl32HCl。(4)PCl3、POCl3都發(fā)生水解，故制備POCl3需要氯氣過量，1，即3.94。(5)裝置A制備氯氣、裝備B尾氣處理、裝置C防止水蒸氣進入反應器，裝置D是反應容器；所以連接順序是ACDCB，C中盛放濃硫酸。考點化學實驗方案的評價典例2(2017全國卷)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測定學校周邊河水中的溶解氧。實驗步驟及測定原理如下：.取樣、氧的固定用溶解氧瓶采集水樣。記錄大氣壓及水體溫度。將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合，反應生成MnO(OH)2，實現(xiàn)氧的固定。.酸化、滴定將固氧后的水樣酸化，MnO(OH)2被I還原為Mn2，在暗處靜置5 min，然后用標準Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2OI2=2I S4O)?；卮鹣铝袉栴}：(1)取水樣時應盡量避免擾動水體表面，這樣操作的主要目的是_。(2)“氧的固定”中發(fā)生反應的化學方程式為_。(3)Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標定。配制該溶液時需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和_；蒸餾水必須經過煮沸、冷卻后才能使用，其目的是殺菌、除_及二氧化碳。(4)取100.00 mL水樣經固氧、酸化后，用a molL1 Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示劑，終點現(xiàn)象為_；若消耗Na2S2O3溶液的體積為b mL，則水樣中溶解氧的含量為_mgL1。(5)上述滴定完成時，若滴定管尖嘴處留有氣泡會導致測定結果偏_。(填“高”或“低”)解析(1)本實驗為測定水樣中的溶解氧，如果擾動水體表面，會增大水體與空氣的接觸面積，增大氧氣在水中的溶解量。避免擾動水體表面是為了使測定值與水體中的實際值保持一致，避免產生誤差。(2)由題意知，反應物為O2和Mn(OH)2，生成物為MnO(OH)2，因此該反應的化學方程式為O22Mn(OH)2=2MnO(OH)2。(3)配制溶液時還需要量筒量取液體體積；煮沸可以使蒸餾水中的氧氣揮發(fā)，達到除去氧氣的目的。(4)由于混合液中含有碘單質，加入淀粉時，溶液為藍色；滴定時，Na2S2O3與碘反應，當?shù)馇『猛耆磻獣r，溶液藍色剛好褪去，且半分鐘內顏色不恢復。由各反應關系可建立如下關系式：O22Mn(OH)22I24S2O，由題意知，滴定消耗Na2S2O3的物質的量為ab103 mol，因此0.1 L水樣中溶解氧的物質的量103 mol，質量為103 mol32 gmol18ab103 g8ab mg，即溶解氧的含量為80ab mgL1。(5)滴定完成時，滴定管尖嘴處留有氣泡，會使最后的讀數(shù)偏小，測得消耗Na2S2O3的體積偏小，所以測量結果偏低。答案(1)使測定值與水體中的實際值保持一致，避免產生誤差(2)O22Mn(OH)2=2MnO(OH)2(3)量筒氧氣(4)藍色剛好褪去80ab(5)低名師精講實驗方案設計與評價要注意的問題(1)實驗裝置的組合順序一般為氣體發(fā)生除雜質干燥主體實驗尾氣處理。(2)接口的連接順序：總體上遵循裝置的排列順序，但對于吸收裝置應“長”進“短”出(或“深”入“淺”出)；量氣裝置應“短”進“長”出；洗氣裝置應“長”進“短”出；干燥管應“粗”進“細”出。(3)實驗操作順序：氣體制備實驗的一般順序為裝置選擇與連接氣密性檢驗裝固體藥品加液體藥品開始實驗拆卸儀器其他處理等。(4)加熱操作注意事項：主體實驗加熱前一般應先通原料氣趕走空氣后再點燃酒精燈，如H2還原CuO，CO還原Fe2O3；或用Mg和N2制備Mg3N2等。反應結束時，應先熄滅酒精燈，繼續(xù)通原料氣直到冷卻為止。(5)尾氣處理：有毒氣體常用溶液(或固體)吸收或點燃使其轉化為無毒氣體后再排放。(6)氣體的純度：點燃或加熱可燃性氣體(如H2、CO、CH4等)前，必須檢查氣體的純度。(7)倒吸問題：實驗過程用到加熱操作的一般要防倒吸；氣體易溶于水的要防倒吸。(8)冷凝回流問題：有易揮發(fā)的液體反應物時，為了充分利用原料，要在發(fā)生裝置中設計冷凝回流裝置。(9)拆卸時的安全性和科學性：實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應考慮何時停止加熱或停止通氣，如有尾氣吸收裝置的實驗，必須將通尾氣的導管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加熱制取氣體的裝置時，需先把導管從水槽中取出，再熄滅酒精燈，以防止水倒吸。拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。3CuCl廣泛應用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學習小組擬熱分解CuCl22H2O制備CuCl，并進行相關探究。【資料查閱】【實驗探究】該小組用下圖所示裝置進行實驗(夾持儀器略)。請回答下列問題：(1)儀器X的名稱是_。(2)實驗操作的先后順序是a_e(填操作的編號)。a檢查裝置的氣密性后加入藥品b熄滅酒精燈，冷卻c在“氣體入口”處通入干燥HCld點燃酒精燈，加熱e停止通入HCl，然后通入N2(3)在實驗過程中，觀察到B中物質由白色變?yōu)樗{色，C中試紙的顏色變化是_。(4)裝置D中發(fā)生的氧化還原反應的離子方程式是_?！咎骄糠此肌?5)反應結束后，取出CuCl產品進行實驗，發(fā)現(xiàn)其中含有少量的CuCl2或CuO雜質，根據(jù)資料信息分析：若雜質是CuCl2，則產生的原因是_。若雜質是CuO，則產生的原因是_。答案(1)干燥管(2)cdb(3)先變紅，后褪色(4)Cl22OH=ClOClH2O(5)加熱時間不足或溫度偏低通入HCl的量不足解析(2)實驗操作中應先通氯化氫氣體，再點燃酒精燈，反應結束后，先熄滅酒精燈，再停止通入氯化氫氣體，故實驗操作的先后順序為acdbe。(3)實驗過程中，由于通入氯化氫氣體，多余的氯化氫氣體能使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙變紅；又由于反應過程中產生氯氣，氯氣與水反應生成的HClO能漂白試紙而使試紙褪色。(4)裝置D中發(fā)生的氧化還原反應為氯氣與氫氧化鈉溶液的反應，離子方程式為Cl22OH=ClClOH2O。(5)由于加熱時間不足或溫度偏低，CuCl22H2O失去結晶水后生成CuCl2，CuCl2沒有完全分解；通入的氯化氫氣體不足，反應過程中CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2，Cu2(OH)2Cl2分解而生成CuO。4(2018成都市二診)工業(yè)上乙醚可用于制造無煙火