高三化学二轮备考精品专项10实验设计与评价题型应考策略Word格式文档下载.docx
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为确定它的纯度,要进行如下实验:
①称取样品W1g;
②将样品溶解;
③给溶液加入稍过量盐酸酸化了的BaCl2溶液;
④过滤,洗涤,干燥沉淀,称其质量为W2g。
试回答:
(3)判断操作③是否完成的方法是______________。
此题中的(3)问判断操作③是否完成一定要结合题干中“给溶液加入稍过量盐酸酸化了的BaCl2溶液”,所以按照题意是BaCl2溶液过量③才完成,所以应该是检验溶液中过量的BaCl2溶液,而不是检验SO42-。
这是因为假设取少量上层清液于试管中滴加BaCl2溶液,假设不再产生白色沉淀,那么说明SO42-已经反应完全,但不能说明BaCl2是过量的。
所以正确答案为“取少量上层清液于试管中滴加H2SO4溶液,假设产生白色沉淀,那么说明BaCl2过量”,不要因为老师上课反复讲过SO42-的检验,而来检验硫酸根,这样就是错误的答案了。
热 点 荟 萃
【一】实验方案的设计与评价的一般原那么
一个相对完整的化学实验方案一般包括以下内容:
实验名称、实验目的、实验原理、实验用品(仪器、药品及规格)、实验步骤(实验仪器的装配和操作)、实验现象和记录及结果处理、问题和讨论。
实验方案的设计原那么是方法简便、现象明显、操作易行、环保、安全,对于定量实验还要考虑系统误差小。
确定了实验所选用的方法和原理后,就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验,即进行实验装置的设计,一套完整的实验装置往往由多个基本实验装置相互连接而成,一般分为气体发生装置、除杂装置、反应(收集)装置和尾气吸收装置等部分,要熟悉各部分基本装置的功能,并注意各基本装置连接顺序的合理性。
【二】设计和评价实验方案时思考和实验顺序的角度选择
1、思考问题的顺序:
(1)围绕主要问题思考,如选择实验路线、方法恰当与否;
所用药品仪器简单易得与否;
实验过程快速、安全、环保与否;
实验现象明显与否(有干扰否);
(2)思考有关物质的制备、净化、吸收、存放、环保、安全,是否需驱赶空气,防止空气中H2O、CO2进入装置等有关问题,如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入;
(3)思考实验的仪器、实验的操作程序及装置的连接顺序一般为:
驱赶气体流动装置、发生、除杂质(干燥)、主体实验和尾气处理(或防止空气中H2O、CO2进入装置内的装置)。
2、仪器连接的顺序:
(1)所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用;
(2)仪器是否齐全,如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置;
(3)安装顺序是否合理,如是否遵循“自下而上、从左到右”的原那么,又如气体净化装量中不应先干燥后又经过水溶液洗气;
(4)仪器间连接顺序是否正确,如洗气时“进气管长、出气管短”;
排液法量气时那么是“短进长出”;
干燥管除杂质时“大进小出”。
3、实验操作的顺序:
(1)连接仪器。
按气体发生、除杂质、主体实验和尾气处理的顺序连接好实验仪器;
(2)检查气密性。
在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性;
然后装入药品,检查装置的气密性的方法依装置的特点而定;
(3)装药品,进行实验操作。
【三】设计和评价实验方案时注意的问题
1、需注意杂质离子、副反应的干扰,药品不符合规格(如变质)的影响、反应实际不能完全进行(即反应物剩余)的影响的问题。
2、点燃或加热通有可燃性气体的装置前,必须检查气体的纯度。
如用氢气、一氧化碳等气体还原金属氧化物时,不能先加热后通气体,应先通入气体,将装置内的空气排尽后,检查气体是否纯净,待验纯后,再点燃酒精灯加热金属氧化物。
3、加热操作先后顺序的选择。
假设气体的发生需加热且空气能作为杂质气体参与体系内的反应,一般先用酒精灯加热发生气体的装量,等气体充满装置后,再给实验需要加热的固体物质加热,目的是:
一那么防止可能的爆炸,二那么保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中其他物质反应生成杂质。
4、冷凝回流问题:
有的易挥发的液体反应物,为了避免反应物损耗和充分利用原料,要在发生装置中设计冷凝回流装置。
如在发生装置中安装长玻璃管或水冷凝装置。
有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失,需用冷凝管或冷水(或冰水)冷凝气体(物质蒸气),使物质蒸气冷凝为液态便于收集。
5、实验仪器的拆卸一般从防爆炸、防氧化、防生成、杂质、防倒吸等角度考虑停止加热或停止通气的时间、顺序,如对有尾气吸收的装置的实验,一般必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯,以免溶液倒吸;
用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氯化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后才停止通氢气,这是为避免空气倒吸入加热区使铜氧化,或形成易爆气体;
有多个酒精灯的实验,一般后撤产生气体的酒精灯以防倒吸;
拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出。
才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;
拆下的仪器要冷却清洗、干燥和归位。
6、防止倒吸问题:
某些实验在溶解度大(或与液体反应迅速)的气体溶于液体后,可能会引起倒吸,从而影响实验,为防气体溶解而引起的倒吸一般需加专门的防倒吸装置。
7、具有特殊作用的实验改进措施:
如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮管连接成连通装置;
为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管形成液封等。
8、空气中H2O、CO2的问题:
在制取易和H2O、CO2反应的物质的实验中,通常需在装置的末端加盛碱石灰的干燥管类装置,以防空气中H2O、CO2进入体系,影响实验。
9、驱赶空气的问题:
在需要驱赶空气的实验中或者是用反应的气体驱赶空气,或者是用外加的实验装置产生不参与反应的气体(如N2、H2、CO2等)驱赶空气。
10、环保问题:
凡是产生对环境有危害性的气体(中学只有O2、N2、CO2等不属)的实验必须加尾气吸收装置,不能一厢情愿认为这些气体已反应完),注意通风橱的使用。
11、安全问题:
实验装置的设计或评价中必须注意是否要增加防暴溅(沸)、防爆炸的措施或装置,如碎瓷片在多种液体加热时的使用,浓硫酸稀释或与其他液体的混合时的顺序和玻璃棒的使用;
牵扯到易燃性气体加热实验时必须要先驱赶空气以及安全瓶的使用等。
12、评价实验方案通常还需考虑原料利用率、成本、反应条件、安全、环保等因素。
应 考 策 略
【一】化学实验原理的设计与评价
实验原理是解答设计性实验题和评价实验方案的核心,是进行设计实验的依据和起点。
实验原理一般可从题给的化学情境,并结合元素化合物、实验装置特点等有关知识综合分析获取化学实验原理。
例1 利用下图所示装置,选用适当试剂完成下述实验或得出实验结论:
(1)验证氧化性:
KMnO4>
Cl2>
Br2。
所用试剂:
甲____________,乙____________,丙____________。
(2)所用试剂:
甲:
盐酸;
乙:
石灰石;
丙:
苯酚钠溶液。
实验现象:
丙中____________________________________________________________________。
实验结论:
________________________________________________________________________。
(3)请利用该装置自行设计一个实验,简述丙中实验现象及根据此现象所得出的实验结论。
甲______________,乙______________,丙______________。
丙中__________________________________________________________________。
实验结论:
______________________________________________________________________。
解析:
根据实验装置特点应该是块状固体化合物与液体反应制备气体,然后让气体再与溶液发生反应。
根据化学知识判断氧化性强弱的方法一般是利用氧化剂的氧化性>
氧化产物的氧化性,那么需分别寻找氧化还原反应,使三种物质充当氧化剂和氧化产物。
(1)显然是盐酸与高锰酸钾反应生成氯气,然后氯气与溴化钠反应生成溴单质。
(2)显然是盐酸与石灰石反应生成二氧化碳气体,二氧化碳气体与苯酚钠溶液生成液态苯酚。
所以丙中现象是溶液变浑浊。
反应原理属“较强酸制较弱酸”这个原理,所以实验目的(结论)为判断酸性强弱。
(3)实验应该根据实验装置特点选择常温下固体与液体反应,生成气体与溶液丙反应。
答案:
(1)浓盐酸;
KMnO4;
KBr溶液
(2)溶液变浑浊;
HCl>
H2CO3>
(3)水;
CaC2;
溴水;
溴水褪色;
乙炔能使溴水褪色(只要答案合理亦可)
【二】化学实验装置的设计与评价
实验装置的设计与评价既要确保完成实验,同时还要从制备、除杂反应、收集、尾气处理、副反应、误差、环保、安全等方面考虑问题,要遵循科学性、可行性、简约性、安全性等原那么。
例2 某种碱式碳酸铜是孔雀绿色固体粉末,其组成可表示为Cu2(OH)2CO3·
xH2O。
在加热的条件下,它在失去结晶水的同时发生分解,化学方程式为Cu2(OH)2CO3·
xH2O
2CuO+CO2↑+(x+1)H2O。
现取一定量该固体样品,准确称量其质量,用两套仪器装置,先后进行两个实验:
实验(Ⅰ)测定该碱式碳酸铜粉末组成中结晶水x的值;
实验(Ⅱ)用实验(Ⅰ)结束后的残留固体与乙醇蒸气反应,并检验反应产物。
试回答以下问题:
(1)现已装配好下面一套仪器装置(参见下图,装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、酒精灯、石棉网在图中均已略去),这套装置是用来完成上述的实验的(填标号)。
(2)用下图的仪器(必要的铁架台、铁夹、酒精灯均在图中略去)组装完成另一个实验的实验装置。
组装时仪器按气流方向从左到右连接顺序是______________→______________→______________→______________;
在这套实验装置中,干燥管H的作用是______________。
(3)实验开始时,碱式碳酸铜放在仪器(填装置对应字母)______________中,乙醇放在仪器(填装置对应字母)______________中。
(4)这两套装置中、在实验时需要加热的仪器是(填装置对应字母)______________。
(5)实验结束后可见试管D的内壁有银白色金属析出。
实验中试管A内发生反应的化学方程式是_____________,从试管A通入试管D的导管中气体的成分是(写名称,其中水蒸气不必写出)______________。
(6)这两套装置中,在实验前后均要连同所盛试剂一起准确称量的仪器是(填装置对应字母)______________;
假设用托盘天平称量,其中某次称量记录的数据是51.12g,这样记录是否合理?
______________(填“合理”或“不合理”)。
(1)分析已装好的装置的特点显然是实验Ⅱ(冷水、类似H2还原CuO的装置);
(2)根据题给方程式,显然需分别准确测充分吸收加热后产生的CO2和H2O的质量,那么加热选F,吸收水进G,吸收CO2选E,为防空气中H2O、CO2进入E导致出现误差,需在E后接H。
(1)(Ⅱ)
(2)F;
G;
E;
H;
吸收空气中的CO2和水蒸气
(3)F;
C
(4)ABCF
(5)CH3CH2OH+CuO
CH3CHO+Cu+H2O;
乙醛、乙醇
(6)E、G;
不合理
【三】化学实验步骤的设计与评价
根据题目要求给定的实验仪器和药品以及实验目的,设计或补全实验步骤。
这类题目表达了高考试题理论联系实际的原那么和学以致用的趋向。
要求教学中要强化实验,培养学生“根据实验试题的要求和有关原理设计出简单实验方法”的能力,或者在题目限制的范围内(单题)延续思考的能力。
注意此类题在文字表达过程中一定要注意细节!
如“取少(适)量试剂”、“溶解”、“另取……”、“滴加”、“振荡”、“静置片刻”等。
例3 某学生要做检验Na2CO3粉末中含有少量的NaOH和NaCl的实验。
他设计的实验分为7个步骤,所用的试剂及实验操作列于下表:
实验步骤
选用的试剂及实验操作
( )
取少量样品放入试管甲中
再向溶液中加入几滴AgNO3溶液
过滤,取少量滤液于试管乙中
向试管中加入蒸馏水,振荡
滴加几滴酚酞试液
请将上表中所缺的两个步骤选用的试剂及实验操作补写完整,然后将实验的顺序填入“实验步骤”栏中相应的括号内。
Na2CO3的存在①会影响NaOH的碱性鉴定(Na2CO3水解也显碱性)。
②会影响NaCl的鉴定(Ag2CO3白色沉淀),所以必须先除CO32-,再检验NaOH(酚酞试液),最后加酸中和后再检验Cl-(避免生成AgOH、Ag2O沉淀干扰实验),另外要注意“取少量”、“溶解”等实验设计必备细节。
①;
⑦;
④;
②;
⑤;
③;
⑥;
滴加Ba(NO3)2或Ca(NO3)2溶液至不再产生沉淀;
滴加稀硝酸至酚酞褪色后再过量少许
【四】化学实验安全、环保等细节的设计与评价
解题时必须注意题目有无特殊要求;
题给的药品、仪器的数量规格、所制得的产品有无特殊性质(吸水、腐蚀、易被氧化等等);
注意实验过程中的隐蔽性操作;
注意防倒吸、防爆炸、防燃烧、防爆沸、防氧化、防吸水、防污染。
除杂、冷凝、冷却、水浴加热时要采取相应措施;
同一仪器在不同位置的相应作用等。
例4 :
碱金属或碱土金属(ⅡA)与H2在隔绝空气加热时可以发生反应,生成离子型金属氧化物,如NaH、CaH2等,它们易与水反应.现有甲、乙两位同学分别设计了制备CaH2的实验,装置如下图所示(分别为以序号Ⅰ、Ⅱ表示),铁架台等夹持固定仪器已略去。
请回答以下问题:
(1)锌与盐酸反应的离子方程式为______________。
(2)最后实验结果显示,两位同学的实验装置设计都有缺陷。
装置Ⅰ的不足之处是______________,装置Ⅱ的不足之处是______________。
(3)请你从两套装置中选取你认为合理的部分,按从左到右的顺序组装一套制取H2合理装置(用序号A、B、C……表示)______________。
(4)检查完装置的气密性后,为了保证产品的纯度和实验安全必须先____________,然后再______________,才能点燃酒精灯加热。
同样,为了安全,反应开始后,在E口处应______________。
(5)军事和气象野外作业常用CaH2作生氢剂,使之与水反应产生H2,其反应的化学方程式为______________。
(2)观察装置、分析反应,显然A缺乏除杂装置,B装置易与水反应的CaH2需防止空气中的H2O进入装置内部,故要在装置末端加干燥装置;
(4)可燃性气体点燃前必须要驱尽空气,验纯H2。
必须要进行尾气吸收,不能想当然反应完全;
(5)CaH2中H元素的化合价为-1价,H2O中H元素为+1价。
(1)Zn+2H+=Zn2++H2↑
(2)制H2装置后缺少除HCl气体的装置;
制CaH2装置后缺少干燥装置
(3)C、B
(4)通氢气;
检验氢气纯度至达标;
点燃尾气(或外接气球等)
(5)CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑
【五】化学实验改进的设计与评价
此类试题主要考查学生对实验设计的一般原那么,寻找解决问题的最正确方法,进一步培养学生的科学素质和科学能力。
例5 为了证明在实验室制备Cl2的过程中会有水蒸气和HCl挥发出来,甲同学设计了如下图所示的实验装置,按要求回答以下问题。
(1)请根据甲同学的意图,连接相应的装置,接口顺序:
b接______,______接______,______接a。
(2)U形管中所盛试剂的化学式为______________。
(3)装置③中CCl4的作用是______________。
(4)乙同学认为甲同学实验有缺陷,不能证明最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种,为了确保实验结论的可靠性,证明最终通入AgNO3溶液的气体只有一种,乙同学提出在某两个装置之间再加装置⑤。
你认为装置⑤应加在______________之间(填装置序号)。
瓶中可以放入______________。
(5)丙同学看到甲同学设计的装置后提出无需多加装置,只需将原来烧杯中的AgNO3溶液换成其他溶液。
你认为可将溶液换成______________,如果观察到______________的现象,那么证明制Cl2时有HCl挥发出来。
此题(4)是对原实验设计的改进,表达了化学实验的严密性;
(5)是对(4)实验的改进,表达化学实验的简洁性。
(4)、(5)问实质是验证HCl排除Cl2的干扰,对比两者性质差异,显然利用Cl2有强氧化性,遇H2O有漂白性。
HCl遇水只有酸性来判断。
(1)e;
f;
d;
c或f;
e;
c
(2)CuSO4
(3)吸收Cl2
(4)①③;
湿润的KI淀粉试纸(或润湿的有色布条)
(5)紫色石蕊试液(答案合理给分);
紫色石蕊试液变红而不褪色
六、开放性化学实验的设计与评价
这类试题完全为开放性试题,其条件、方法和方案均具有不确定性。
通常以实验原理、化学知识或所给仪器、药品的特点出发进行发散性思维,要求根据题型要求自行设计。
例6 某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况,用下图所示装置先进行了有关实验:
(1)B是用来收集实验中产生的气体的装置,但未将导管画全,请直接在原图上把导管补充完整。
(2)实验中他们取6.4g铜片和12mL18mol·
L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热,直到反应完毕,最后发现烧瓶中还有铜片剩余,该小组学生根据所学的化学知识队为还有一定量的硫酸剩余。
①请写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式:
______________。
②为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解。
你认为原因是______________。
③以下药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是______________(填写字母编号)。
A、BaCl2溶液
B、银粉
C、Na2CO3溶液
(3)为定量测定余酸的物质的量浓度,在余酸体积已测定的情况下,甲、乙两学生进行了如下设计:
①甲学生设计方案是:
先测定铜与浓硫酸反应产生SO2的量,再计算余酸的物质的量浓度。
他认为测定SO2的方法有多种,请问以下实验方案中不可行的是______________(填写字母编号)。
A、将装置A产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有碱石灰的干燥管,结束反应后再次称量
B、用排水法测定装置A产生的气体的体积(已折算成标准状况)
C、用排饱和NaHSO3溶液的方法测出装置A产生气体的体积(已折算成标准状况)
②乙学生设计的方案操作更简单,但能同样达到目的,你认为该实验方案是______________。
(3)②是一开放性化学实验题,要求学生在评价甲学生设计方案的基础上进行设计新的实验方案,主要考查考生的发散性思维,从计算的角度考虑,假设不测SO2的量,那么需测哪量?
m(Cu)?
pH?
中和滴定求c(H+)?
c(Cu2+)……
(1)B装置中导气管气体长进短出(图略);
(2)①Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
②反应过程中H2SO4被不断消耗,生成的水逐渐增多,使浓硫酸逐渐变稀,至一定溶液就不再与铜片反应
③C
(3)①A、B
②取出剩余的铜片,洗涤干燥后称量,根据消耗铜片的质量,再计算余酸的浓度(其他合理答案也可)
例7 两同学利用废铜制取CuSO4:
(1)甲同学进行了以下实验:
取含6.4铜的废铜和10mL18mol·
L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热,直到反应完毕,最后发现烧瓶中还有铜片剩余。
乙同学认为甲设计的实验方案不好,他自己设计的思路是:
2Cu+O
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