高三化学二轮复习教案专题17 化学实验设计与评价.docx

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高三化学二轮复习教案专题17化学实验设计与评价

专题17化学实验设计与评价

班级______________姓名_________________学号_________________

【专题目标】

1．根据实验试题要求，设计基本实验方案。

2．运用化学实验知识，对实验方案作出分析和判断。

【经典题型】实验方案的设计

【例题】

Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。

现有浓硫酸、浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。

简述如何用最简便的实验方法来检验CuO经氢气还原所得到的红色产物中是否含有碱性氧化物Cu2O。

【点拔】

CuO经氢气还原所得到的红色产物一定有铜，要检验铜中是否含有Cu2O，应运用Cu2O具有而铜不具有的性质去判断。

根据题中所给信息，显然应将Cu2O在酸性溶液中转变为Cu2+，从颜色变化来判断。

但Cu也能与氧化性酸反应可转变为Cu2+，故不应使用浓硫酸、浓稀硝酸。

【参考答案】

取少量该红色产物放入稀硫酸，（振荡）若溶液变为蓝色，说明产物中有Cu2O；若溶液不变色，说明产物中无Cu2O。

【规律总结】实验设计的一般步骤

1．根据试题要求，分析所给信息，选择并确定实验原理。

2．根据实验原理，确定药品、选择仪器，提出实验方案。

3．分析实验成败关键，修改完善实验程序。

【巩固】

1．硅及其化合物用途非常广泛。

常用作干燥剂的多孔硅胶是由硅酸盐（例如Na2SiO3）

的水溶液中加入相应的酸生成溶解度较小的硅酸分子，放置一段时间后，硅酸分子逐渐聚合生成硅酸溶胶，进一步处理可得多孔硅胶。

多孔硅胶对许多气体如乙醚蒸气等有吸附作用，设计一个实验，证明硅胶的吸附性，写出实验的步骤、现象及解释。

【参考答案】

步骤：

在一个干燥的烧瓶中滴入2～3滴乙醚，使其充满容器，投入5g硅胶。

立刻塞紧

带有玻璃管的橡皮塞（用弹簧夹夹紧连接的乳胶管）。

用力摇晃烧瓶片刻，把烧瓶固定在盛水的水槽上面，使乳胶管的尾端伸入水中，打开弹簧夹。

用另一未加硅胶的相同装置重复进行一次上面的实验。

现象：

装有硅胶的烧瓶，打开弹簧夹后，水槽中的水通过玻璃管尖端像喷泉似进入烧瓶，未装硅胶的烧瓶无此现象。

解释：

装硅胶的烧瓶中的乙醚蒸气被硅胶吸附，使烧瓶中的气体压强变小，从而使水进入烧瓶，未装硅胶的烧瓶不能使烧瓶中的气体压强变小，因而无此现象。

（其他合理答案，同样得分）

2．已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98％的硫酸，而乙不

溶。

现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进行分离，可得到固体甲。

（实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器。

）请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。

序号

实验步骤

简述实验操作（不必叙述如何组装实验装置）

①

溶解

将混合物放入烧杯中，加入98％H2SO4，充分搅拌直到固体不再溶解。

②

③

④

⑤

洗涤沉淀

⑥

检验沉淀

是否洗净

【参考答案】

②过滤将烧杯中物质倒入耐酸过滤器中过滤，得滤液。

③析出沉淀将滤液沿烧杯壁慢慢倒入足量水中，并不段搅拌，直至析出全部固体。

④过滤将此烧杯中的物质倒入过滤器中过滤，得固体。

⑤用蒸馏水冲洗滤纸上的固体若干次，直至洗净。

⑥取新得到的洗出液少许，滴入用盐酸酸化的BaCl2溶液，若没有白色浑浊出现，则说明沉淀已洗净，若有白色浑浊出现，则说明沉淀没有洗净。

【经典题型】实验方案的评价

【例题】

实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色、易潮解，100℃左右时升华。

下图是两个学生设计的实验装置、左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如（Ⅰ）和（Ⅱ）所示。

试回答：

（1）B中反应的化学方程式为：

__________________________________________。

（2）D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是：

___________________________________________________________________________。

　　（3）D中反应化学方程式为：

___________________________________________________________________________。

　　（4）装置（Ⅰ）的主要缺点是：

___________________________________________________________________________。

　（5）装置（Ⅱ）的主要缺点是：

___________________________________________________________________________。

如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：

___________________________________________________________________________。

【点拔】

氯气与金属铁反应生成三氯化铁，而该物质易潮解，故应避免与水（水蒸气）接触。

该物质100℃左右时升华，则温度低于100℃时为固体，易堵塞仪器的细口部分。

Cl2有毒，不应直接排入空气中，应进行尾气处理。

【参考答案】

（1）

（3分）

或

（2）B中的反应进行一段时间后，看到黄绿色气体充满装置，再开始加热D（3分）

（3）

（2分）

（4）导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染（2分）

（5）产品易受潮解（2分）

在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置

（2）

（其他既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案均给分）

【规律总结】实验评价试题的几种类型

1．评价实验原理

2．评价实验方法

3．评价药品、仪器

4．评价实验现象和结论

【巩固】

1．三位同学分别设计了以下三个检验SO42-的实验方案：

方案甲：

试液+BaCl2溶液→白色沉淀→足量稀HNO3→沉淀不溶解

方案乙：

试液+足量稀HCl→无沉淀+BaCl2溶液→白色沉淀

方案丙：

试液+足量稀HNO3→无沉淀+Ba（NO3）2→白色沉淀

试评价上述多种方案是否严密？

分别说明理由。

【参考答案】

甲方案不能排除Ag+干扰，丙方案不能排除SO32-干扰，故均不严密。

乙方案严密。

2．选择使用下图中的仪器（含药品），验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含有NO。

（N2和O2的用量可自由控制）。

已知①NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O②气体液化温度：

NO2：

21℃，NO：

-152℃

（1）现有甲、乙、丙三位同学分别设计了以下三个实验方案（用仪器连接顺序表示）。

甲：

A→C→F→D→B乙：

A→B→C→E丙：

A→E→D→B

甲、乙、丙三位同学提出的实验方案是否能验证Cu与适量浓HNO3反应产生的气体中含有NO（填“能”或“不能”）

甲________，乙________，丙________。

具体说明不能验证的主要原因（若三个实验方案都能验证、则此小题不用回答）：

甲方案：

_______________________________________________________

乙方案：

_______________________________________________________

丙方案：

_______________________________________________________

（2）反应前先通入足量的N2，其目的是________________________________。

（3）确认气体中含有NO的现象是_____________________________________。

（4）如果O2过量，则装置B中发生反应的离子方程式是_________________。

【参考答案】

（1）甲能，乙不能，丙不能。

乙方案：

混合气体与B中的NaOH反应，NO消耗了，后续实验无法验证。

丙方案：

混合气体与E中H2O反应，生成了NO，产生干扰

（2）排尽装置中空气、防止NO被O2氧化。

（3）装置D中通入O2后有红棕色气体生成。

（4）4NO2+O2+4OH-=4NO3-+2H2O。

【经典题型】综合实验题

【例题】

用实验确定某酸HA是弱电解质。

两同学的方案是：

甲：

①称取一定质量的HA配制0.lmol/L的溶液100mL；

②用pH试纸测出该溶液的pH，即可证明HA是弱电解质。

乙：

①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH＝l的两种酸溶液各100mL；

②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；

③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。

（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是

（2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH1（填“＞”、“＜”或“＝”）

乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是

（a）装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；

（b）装HA溶液的试管中放出H2的速率快；

（c）两个试管中产生气体速率一样快。

（3）请你评价：

乙方案中难以实现之处和不妥之处

、

（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。

【点拔】

配制一定物质的量浓度的溶液所必需的定量仪器是容量瓶。

要证明某物质为弱电解质，

只要证明该物质部分电离，方法很多，如测定溶液的pH、盐溶液的酸碱性、同条件下溶液的导电性等。

【参考答案】

（1）100mL容量瓶

（2）＞；b

（3）配制pH＝l的HA溶液难以实现

不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同

（4）配制NaA溶液，测其pH＞7即证明HA是弱电解质（其他合理答案也可）

【规律总结】综合实验题的解法

1．分析实验目的，选择仪器、药品，设计实验方案。

2．运用实验知识，分析现象，处理数据，评价实验过程。

【巩固】

1．实验室有CuO和Cu粉的混合物。

请你利用给出的实验仪器及试剂，设计两种测定该样品（已称得其质量为m克）中氧化铜质量分数的方法，并填写表格中的有关内容。

实验

方法

实验过程中所发生反应的

化学方程式

实验所用仪器

（用编号表示）

实验需直接测定的有关物理量

（用文字说明）

1

2

实验可能用到的主要仪器：

①托盘天平②启普发生器⑧硬质玻璃管④泥三角⑤烧杯

⑥坩埚⑦酒精灯⑧玻棒⑨漏斗⑩干燥管

实验可能用到的试剂：

a．锌粒b．稀硫酸c．氯化钠溶液d，浓硫酸

【参考答案】

实验方法

实验过程中所发生

反应的化学方程式

实验所用仪器

（用编号表示）

实验需直接测定的有关物理量

（用文字说明）

1

H2SO4＋Zn→ZnSO4＋H2↑

H2＋CuO

Cu＋H2O

①②③⑦

实验前样品和硬质玻璃管的总质量（或硬质玻璃管的质量）

实验后Cu及硬质玻璃管的总质量

2

H2SO4＋CuO→CuSO4＋H2O

①⑤⑧⑨

过滤后剩余固体的质量

3

2Cu＋O2

2CuO

①④⑥⑦⑧

实验前坩埚与样品总质量

（或坩埚质量）

实验后坩埚与CuO总质量

（以上三种方法任选两种，其它合理的方法也给分）

2．为探究乙烯与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：

先用浓硫酸与无水乙醇共热至1700C，将生成的气体通入溴水中，发现溴水褪色，即证明乙烯与溴水发生了加成反应。

乙同学发现在甲同学的实验中，乙醇与浓硫酸反应的混合液变黑，推测在制得的乙烯中还可能含有还原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反应。

请你回答下列问题：

（1）写出甲同学实验中两个主要的化学方程式。

（2）甲同学设计的实验（填“能”或“不能”）验证乙烯与溴发生加成反应，其理由是（填字母）。

a．使溴水褪色的反应，未必是加成反应

b．使溴水褪色的反应，就是加成反应

c．使溴水褪色的物质，未必是乙烯

d．使溴水褪色的物质，就是乙烯

（3）乙同学推测此乙烯中一定含有的杂质气体是，它与溴水反应的化学方程式是，在验证过程中必须全部除去。

（4）请你选用下列装置（可重复使用）来实现乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。

→B→→B

（浓硫酸、乙醇）（）（）（溴水）

ABCD

（5）为验证这一反应是加成而不是取代，丙同学提出可用pH试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是。

【参考答案】

（1）略

（2）不能a、c（3）SO2SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr（4）ABNaOH溶液品红溶液（5）若是取代反应，反应后生成了HBr，溶液酸性明显增强

【课堂练习】

1．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是B

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl

B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

2．下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是AC

ABCD

3．用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO制单质铜，有人设计了以下两种方案：

C

A．一样多B．①多C．②多D．无法判断

4．对某酸性溶液（可能含有Br－，SO42－，H2SO3，NH4＋）分别进行如下实验：

①加热时放出的气体可以使品红溶液褪色

②加碱调至碱性后，加热时放出的气体可以使润湿的红色石蕊试纸变蓝；

③加入氯水时，溶液略显黄色，再加入BaCl2溶液时，产生的白色沉淀不溶于稀硝酸

对于下列物质不能确认其在溶液中是否存在的是B

A．Br－B．SO42－C．H2SO3D．NH4＋

5．回答下面问题：

（l）分离沸点不同但又互溶的液体混合物，常用什么方法？

（2）在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静量分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。

（3）无水乙酸又称冰醋酸（熔点16.6℃）。

在室温较低时，无水乙酸就会凝结成像冰一样的晶体。

请简单说明在实验中若遇到这种情况时，你将如何从试剂瓶中取出无水乙酸。

【参考答案】

（1）蒸馏方法

（2）取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中，下层是“水层”，反之，则上层是水层。

（3）将试剂瓶放在热水浴中加热后即可倒出。

6．用下面两种方法可以制得白色的Fe（OH）2沉淀。

方法一：

用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入。

（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。

这样操作的理由是。

方法二：

在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。

（1）在试管Ⅰ里加入的试剂是。

（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是。

（3）为了制得白色Fe（OH）2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是。

（4）这样生成的Fe（OH）2沉淀能较长时间保持白色，其理由是。

【参考答案】

方法一

（1）稀H2SO4铁屑

（2）煮沸

（3）避免生成的Fe（OH）2沉淀接触O2

方法二

（1）稀H2SO4铁屑

（2）NaOH溶液

（3）检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。

当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹。

（4）试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入。

7．实验室中用浓盐酸与MnO2制取Cl2，再用Cl2和Ca（OH）2反应制少量漂白粉。

已知Cl2和Ca（OH）2制漂白粉是放热反应，温度稍高易发生副反应：

6Cl2＋6Ca（OH）2＝Ca（ClO3）2＋5CaCl2＋6H2O。

现有三位同学分别设计的三套实验装置如下（U形管中放有玻璃纤维，气体能顺利通过）：

⑴请从以下六方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点进行评价，将适当的选项序号填于下表内：

a．不易控制反应速率b．容易控制反应速率

c．有副反应发生d．可防止副反应发生

e．容易污染环境f．可防止污染环境

优点

缺点

甲装置

乙装置

丙装置

⑵请从甲、乙、丙三套装置中，选取合理的组成部分（A、B、C、D、E、F、G），组装一套你认为更完善的实验装置，连接顺序（按气流从左到右的方向）为；在此装置及甲、乙、丙三装置中，你认为是否还缺少必要的装置，并说明原因

。

⑶如果反应前加入了mgCa（OH）2，反应结束并冷却后倒出固体物质称量为ng（设反应中产生的水仍留在固体物质中）。

则该固体物质中Ca（ClO）2的质量分数的表达式为（不必化简）：

。

【参考答案】

⑴甲：

d；a、e。

乙：

f；a、c。

丙：

b；c、e。

⑵F、B、E；缺少除Cl2中的HCl的洗气装置，因为HCl可与产物Ca（ClO）2及Ca（OH）2反应，使有效成份Ca（ClO）2产量减少。

⑶

。

8．Ag/α－Al2O3是石油化学工业的一种重要催化剂，其中Ag起催化作用，α－Al2O3是载体且不溶于硝酸，该催化剂的回收实验如下图所示。

其中的转化反应为：

6AgCl＋Fe2O3→3Ag2O＋2FeCl3

阅读上述实验流程，完成下列填空：

（1）Ag/α－Al2O3加酸溶解应该选用装置（选填a、b、c）。

（2）在实验操作（Ⅱ），如果用自来水代替蒸馏水进行洗涤，将会发生化学反应的离子方程式

（3）实验操作（Ⅳ）所需玻璃仪器为（填写三种）

（4）实验操作（Ⅶ）从AgNO3溶液获得AgNO3晶体需要进行的实验操作依次为：

（多选扣分）。

（a）蒸馏（b）蒸发（c）灼烧（d）冷却结晶

（5）已知：

NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O；

2NO2+2NaOH→NaNO3+NaNO2+H2O

NO和NO2的混合气体的组成可表示为NOX，该混合气体通入NaOH溶液被完全吸收时，x的值为＿＿

（a）x≤1.5（b）x=1.2（c）x≥1.5

（6）已知Ag/α-Al2O3中Ag的质量分数，若计算Ag的回收率，还必须知道的实验数据为

和

【参考答案】

（1）a

（2）Ag＋＋Cl－→AgCl↓

（3）漏斗、烧杯、玻棒

（4）b、c、d

（5）c

（6）催化剂的质量，AgNO3的质量