第10章第4节由理论到实战高考四大类实验题型例析Word文档下载推荐.docx
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[例2] (2011·
新课标全国卷)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。
某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。
请回答下列问题:
(1)请选择必要的装置,按气流方向连接顺序为________(填仪器、接口的字母编号)。
(2)根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:
检查装置气密性后,装入药品;
打开分液漏斗活塞;
________(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。
A.加热反应一段时间
B.收集气体并检验其纯度
C.关闭分液漏斗活塞
D.停止加热,充分冷却
(3)实验结束后,某同学取少量产物,小心加入水中,观察到有气泡冒出,溶液中加入酚酞后显红色。
该同学据此判断,上述实验确有CaH2生成。
①写出CaH2与水反应的化学方程式____________________________________________
________________________;
②该同学的判断不准确,原因是_______________________________________________
(4)请你设计一个实验,用化学方法区分钙与氢化钙,写出实验简要步骤及观察到的现象
(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂,与氢气相比,其优点是_________________。
[解析]
(1)首先用盐酸和锌粒反应制取氢气,再用氢气与钙反应制得氢化钙,其中氢气通入装有钙的硬质玻璃管前要除去杂质HCl,再用浓硫酸干燥除去水蒸气,制取氢化钙的装置要与盛有无水氯化钙的干燥管连接,从而防止空气中的水蒸气与其反应。
(2)首先收集氢气并验纯,然后加热反应,停止加热,充分冷却,最后关闭活塞。
(3)氢化钙与水反应生成氢氧化钙和氢气,方程式为CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑,金属钙与水反应也生成氢氧化钙和氢气。
(4)区别金属钙和氢化钙,可取适量氢化钙,在加热条件下让其与氧气反应,并将反应后的气体用无水硫酸铜来检验,无水硫酸铜由白色变为蓝色;
取金属钙做类似实验,观察不到白色变为蓝色。
[答案]
(1)i→e,f→d,c→j,k(或k,j)→a
(2)B、A、D、C
(3)①CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑
②金属钙与水反应也有类似现象
(4)取适量氢化钙,在加热条件下与干燥氧气反应,将反应气体产物通过装有无水硫酸铜的干燥管,观察到白色变为蓝色;
取钙做类似实验,观察不到白色变为蓝色
(5)氢化钙是固体,携带方便
1.物质制备实验方案的设计原则
(1)设计原则:
①条件合适,操作方便;
②原理正确,步骤简单;
③原料丰富,价格低廉;
④产物纯净,污染物少。
即从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品,设计合理的实验装置和实验操作步骤。
(2)常常是根据化学原理和实验操作原理,通过比较、分析和综合的方法对化学实验原理、试剂与仪器的选用、实验基本操作及实验步骤等优劣进行科学论证和评判,并能在必要时提出合理的改进意见。
2.物质制备实验方案的设计步骤
3.物质制备实验的操作顺序及注意事项
(1)实验操作顺序
(2)加热操作先后顺序的选择
若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。
目的是:
①防止爆炸(如氢气还原氧化铜);
②保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。
熄灭酒精灯的顺序则相反。
(3)实验中试剂或产物防止变质或损失
①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水;
②易挥发的液体产物要及时冷却;
③易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);
④注意防止倒吸的问题。
(4)选用仪器及连接顺序
(5)仪器药品的准确描述
①实验中所用试剂名称:
如无水硫酸铜(CuSO4),硫酸铜溶液,酸性高锰酸钾溶液;
澄清石灰水;
饱和碳酸氢钠溶液等。
②仪器名称:
如坩埚、研钵、100mL容量瓶。
(6)会画简单的实验装置图
考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示。
一般能画出简单的装置图即可,但要符合要求,例如形状、比例等。
物质性质验证、探究型实验
四川高考改骗)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性,某化学兴趣小组设计了如下实验。
Ⅰ.AgNO3的氧化性
将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中,一段时间后将铁丝取出。
为检验溶液中Fe的氧化产物,将溶液中的Ag+除尽后,进行了如下实验。
可选用的试剂:
KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。
已知:
Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀
(1)请完成下表:
操作
现象
结论
取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入KSCN溶液,振荡
__①__
存在Fe3+
取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入__②__,振荡
__③__
存在Fe2+
【实验结论】Fe的氧化产物为存在Fe2+和Fe3+
Ⅱ.AgNO3的热稳定性
用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体,产生红棕色气体,在装置D中收集到无色气体。
当反应结束以后,试管中残留固体为黑色。
(2)装置B的作用是________________________________________________________。
(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2,其验证方法是_________________________
(4)
【查阅资料】Ag2O和粉末状的Ag均为黑色;
Ag2O可溶于氨水。
【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是:
ⅰAg;
ⅱ.Ag2O;
ⅲ.Ag和Ag2O。
【实验验证】该小组为验证上述设想,分别取少量黑色固体放入试管中,进行了如下实验。
实验编号
a
加入足量氨水,振荡
黑色固体不溶解
b
加入足量稀硝酸,振荡
黑色固体溶解,并有气体产生
【实验评价】根据上述实验,不能确定固体产物成分的实验是__①__(填实验编号)。
【实验结论】根据上述实验结果,该小组得出的AgNO3固体热分解的产物有__②__。
[解析]
(1)能用来检验Fe3+的试剂是KSCN溶液,加入后如果溶液变为红色,则其中含有Fe3+。
若溶液中含有Fe2+,加入K3[Fe(CN)6]溶液后,溶液中有蓝色沉淀生成。
(2)装置B中的进气管和出气管的长度相等,故为安全瓶,防止C中的溶液倒吸入A装置中,引起试管炸裂。
(3)检验O2的方法:
将带火星的木条伸入集气瓶内,若木条复燃则证明气体为氧气。
(4)银不溶于氨水,实验a中,加入氨水后固体不溶解,说明黑色固体为Ag;
金属银与稀硝酸反应生成NO,Ag2O也与稀硝酸反应生成AgNO3,故实验b不能说明固体是Ag还是Ag与Ag2O的混合物;
根据上述分析可知只能采用实验a的结论,故AgNO3固体分解的产物为Ag、NO2、O2。
[答案]
(1)①溶液呈红色 ②K3[Fe(CN)6]溶液 ③产生蓝色沉淀
(2)防倒吸 (3)用带火星的木条伸入集气瓶内,木条复燃,证明无色气体为O2 (4)①b ①Ag、NO2、O2
[例2] 某化学课外活动小组通过实验制备并研究NO2的性质。
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
任务一 利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹,夹持固定装置已略去)。
(1)E装置中制取NO2的化学方程式是________________________________________。
(2)若NO2能够被NH3还原,预期观察到C装置中的现象是_______________________
(3)实验过程中,未能观察到C装置中的预期现象。
该小组同学从反应原理的角度分析了原因,认为可能是:
①NH3的还原性较弱,不能将NO2还原;
②在此条件下,NO2的转化率极低;
③________________________________________________________________________。
(4)此实验装置存在的一个明显缺陷是_______________________________________
任务二 探究NO2能否与Na2O2发生氧化还原反应。
(5)实验前,该小组同学提出三种假设。
假设1:
二者不反应;
假设2:
NO2能被Na2O2氧化;
假设3:
______________________________________________________________。
(6)为了验证假设2,该小组同学选用任务一中的B、D、E装置,将B中的药品更换为Na2O2,另选F装置(如图所示),重新组装,进行实验。
①装置的合理连接顺序是(某些装置可以重复使用)____________________________。
②实验过程中,B装置中淡黄色粉末逐渐变成白色。
经检验,该白色物质为纯净物,且无其他物质生成。
推测B装置中发生反应的化学方程式为_____________________________。
[解析] 任务一 根据NO2和NH3中氮元素的化合价,推测二者可发生归中反应生成N2,故预期现象应为装置C中气体的颜色变浅。
而对于没有达到预期的实验现象,可从反应能否发生、是否为可逆反应,且转化率是否太低以及反应速率等方面考虑。
此外,凡涉及有毒气体的实验均需要对尾气进行处理。
任务二 分析NO2和Na2O2的化合价,氮元素和氧元素的化合价均既可升高又可降低,故NO2可能被Na2O2氧化,也可能被Na2O2还原。
在基于NO2可能被Na2O2氧化的假设上设计实验并予以验证,需要解决的问题是NO2的干燥,反应产物的验证以及尾气的吸收或处理,根据氧化还原反应的规律可知反应产物应为NaNO3。
[答案]
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)混合气体的颜色变浅(其他合理答案也可)
(3)③在此条件下,该反应的化学反应速率极慢
(4)缺少尾气吸收装置
(5)NO2能被Na2O2还原(其他合理答案也可)
(6)①EDBDF ②Na2O2+2NO2===2NaNO3
1.物质性质实验方案的设计
(1)研究物质性质的基本程序
观察外观特征→预测物质性质→实验和观察→解释及结论。
图示如下:
(2)性质实验方案的设计
①验证型性质实验方案的设计。
所谓验证型性质实验,是指对物质所具备的性质,从化学实验上去寻找证据。
此类实验方案的设计应遵循的原则是:
操作简单,简便易行,现象明显,安全可靠。
②探究型性质实验方案的设计。
这类实验方案的设计,首先要分析物质结构的特点或从物质所属的类型代表物去推测物质可能具有的一系列性质,根据现象明显、科学合理、安全可靠、简捷易行的原则提出合理的实验方案,去探索物质可能具有的各种性质。
2.物质性质实验题的解题策略和答题规范
(1)解题策略
性质验证型实验题的关键是结合题目要求和所给的仪器、装置以及所给的试剂,了解命题的意图。
一般思路是:
①已给出试剂或装置(仪器)的实验:
该类题目的关键是通读全题,结合题意或元素化合物的性质,弄清楚在某一仪器处发生的反应或该反应的现象,同时要理解设置的仪器或装置的目的。
这样问题就能迎刃而解。
②已知反应或反应现象及仪器操作要求:
该类题目的关键是根据题目的现象或操作要求等,通过所学元素化合物性质或化学实验的仪器使用和基本操作,确定此处缺少的试剂或缺少的装置或仪器。
(2)答题规范
注意回答问题时,一定要锤炼语言,使自己的语言描述准确、规范,避免“心里知道却说不清”的现象。
如对实验的描述可按“操作、现象、结论”的顺序组识语言。
另外叙述要精确,表达要清楚。
定量测定型实验
[例1] 某实验小组同学利用反应2CuO+2Cl2
2CuCl2+O2测定铜的近似相对原子质量,可供选择的装置如图所示。
方案一:
通过测定反应物CuO的质量m(CuO)和产物O2的体积V(O2)来测定铜的近似相对原子质量。
(1)按气流方向从左到右用胶管(图中未画出)将选择的仪器组合成一套实验装置,连接顺序如下(用导管口的序号填写):
a→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→b
(2)装置B是由干燥管和碱式滴定管改造而成的测量气体体积的装置,实验前滴定管液面最初的读数为V1L,实验后恢复到室温,调节装置两侧液面相平后得到最终的读数为V2L,则铜的近似相对原子质量的表达式为(设室温时气体摩尔体积为VmL·
mol-1)____________[用含m(CuO)、V1、V2、Vm的代数式表示]。
(3)若氧化铜中混有铜,则测定结果________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(4)装置E在实验过程中的主要现象为_________________________________________。
方案二:
利用A、D、E、F四套装置(尾气由其他装置处理)完成测定任务。
(5)你认为测定的物理量有________(写出一组),按你测定的物理量,写出铜的近似相对原子质量的表达式:
_____________________________________________________________。
[解析] 利用反应2CuO+2Cl2
2CuCl2+O2,可以设计两套方案。
通过测定反应物CuO的质量m(CuO)和产物O2的体积V(O2)来测定铜的近似相对原子质量;
通过测定反应物CuO的质量m(CuO)和产物CuCl2的质量m(CuCl2)来测定铜的近似相对原子质量。
实验前要设计得到纯净的Cl2,利用装置A中MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,得到Cl2、HCl和水蒸气,接下来用装置D中的饱和食盐水除去HCl,减少了Cl2的溶解,再用浓硫酸干燥Cl2,最后在装置E中发生反应2CuO+2Cl2
2CuCl2+O2。
当采用实验方案一时,则先用装置C中的碱石灰除去多余的氯气,再用装置B测量V(O2),因此方案一中仪器连接顺序为a→ef→jk→gh→cd→b;
方案二就是用碱石灰除去多余的氯气。
利用2CuO ~ O2
2M(Cu)+32 Vm
m(CuO) V1-V2
=
M(Cu)=
-16,若氧化铜中混有铜,则会发生反应2Cu+O2
2CuO,导致O2的体积减小,则测定结果偏大。
在装置E中CuO转化成CuCl2,装置E中的主要现象为固体由黑色变成棕黄色。
利用CuO ~ CuCl2
M(Cu)+16 M(Cu)+71
m(CuO) m(CuCl2)
,
。
[答案]
(1)efjkghcd
(2)
-16
(3)偏大 (4)固体由黑色变成红棕色
(5)m(CuO)、m(CuCl2)
[例2] 某学习小组为测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数,设计如下实验方案:
(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。
①完成本实验需要不断用玻璃棒搅拌,其目的是_______________________________。
②实验中加热至恒重的目的是________,确认是否“恒重”的操作为_______________。
③若实验前所称样品的质量为mg,加热至恒重时固体质量为ag,则样品中纯碱的质量分数为________________________________________________________________________。
(2)方案二:
按如图所示装置进行实验,并回答下列问题:
①实验前先检查装置的气密性,并称取一定质量的样品放入A中,将稀硫酸装入分液漏斗中。
D装置的作用是__________________________________________________________
②实验中除称量样品质量外,还需分别称量________装置反应前、后的质量(填装置的字母代号)。
③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的缺陷,该缺陷是________________________________________________________________________
④有同学认为,用E装置替代A装置能提高实验准确度。
你认为是否正确?
理由是
(3)方案三:
称取一定量的样品置于锥形瓶中,加适量水,用盐酸进行滴定,从开始至有气体产生到气体不再产生所滴加的盐酸体积如图所示,则小苏打样品中纯碱的质量分数为________(精确到0.01)。
[解析] 小苏打久置失效的原理:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑,该样品成分是碳酸钠和碳酸氢钠。
测定样品中碳酸钠质量分数的主要思路有3个:
一是测定二氧化碳的质量;
二是测定碳酸钠的质量;
三是测定碳酸氢钠的质量。
(1)设计原理:
加热碳酸氢钠生成碳酸钠。
①加热碳酸氢钠,必须用玻璃棒不断搅拌,使固体受热均匀,避免局部温度过高而造成样品飞溅。
②加热至恒重,使碳酸氢钠完全分解,并使水完全挥发,即样品由碳酸钠和碳酸氢钠的混合物转化成碳酸钠。
确认恒重的操作为加热、冷却、称重,重复操作,连续两次称重质量之差不超过0.1g,因为托盘天平的精确度为0.1g;
③由方程式2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑得,168gNaHCO3完全分解,固体质量减少62g,样品中m(NaHCO3)=
×
(m-a)g=
g,w(Na2CO3)=1-w(NaHCO3)=
100%。
(2)①C装置中U形管里碱石灰吸收反应生成的二氧化碳,由于碱石灰也能吸收空气中的二氧化碳和水蒸气,所以,D装置的作用是避免空气中的二氧化碳和水蒸气进入C装置中,防止测定结果产生误差。
②C装置反应前、反应后的质量之差等于二氧化碳的质量。
根据样品总质量和二氧化碳质量可以计算混合物中碳酸钠的质量。
③通过二氧化碳的质量测定样品中碳酸钠的质量分数,主要抓住两点:
一是避免水蒸气混入;
二是将装置内的二氧化碳全部排入C装置中,否则会产生误差。
B装置中装有浓硫酸,可用于干燥二氧化碳,该实验方案存在的明显缺陷是A、B装置中残留有二氧化碳,没有被完全吸收,使测定的误差较大。
④E装置用恒压分液漏斗,部分二氧化碳气体会残留在分液漏斗的上部,使C装置吸收的二氧化碳的质量减小,造成较大误差。
(3)从图像中看,横坐标每个刻度为50.0mL,令每个刻度为1molHCl。
在碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液中滴加盐酸,1molHCl与Na2CO3反应生成碳酸氢钠,5mol(6mol-1mo
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- 10 理论 实战 高考 大类 实验 题型