第十一章实验方案的设计改进及评价.docx
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第十一章实验方案的设计改进及评价
实验方案的设计、改进及评价
[考纲要求] 1.能够设计、评价或改进实验方案。
2.了解控制实验条件的方法。
3.能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。
知识点一 气体实验装置的改进设计
气体实验装置,通常由气体发生、气体净化、气体收集、尾气处理等装置组成,对一些常见装置进行改进和重新组合,往往能够实现一些特殊的实验目的。
典型的气体实验装置改进设计有:
依据启普发生器原理设计的反应器,尾气吸收、防倒吸装置的设计,液封装置的设计,恒压装置的设计等。
解题策略
1.实验设计的创新往往要体现七个“一”,即:
一个实验的多种现象,一种实验现象的多种原因,一种装置的多种用途,一种用途的多种装置,一个仪器的多种用法,一种物质的多种制法,一组物质的多种鉴别方法。
2.选择反应原理的原则是:
反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。
中学化学实验中,常见的气体制备实验是其中的重要组成部分,学生应掌握的气体制备实验有:
三种单质(H2、O2、Cl2)的制备;三种氢化物(HCl、H2S、NH3)的制备;五种氧化物(CO2、SO2、NO2、NO、CO)的制备;两种有机物(C2H4、C2H2)的制备。
复习时,除了掌握好教材中经典的制备方法外,还应对药品选择、反应原理进行拓展和创新。
典例导悟1(2010·上海,26)CaCO3广泛存在于自然界,是一种重要的化工原料。
大理石主要成分为CaCO3,另外有少量的含硫化合物。
实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。
下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。
完成下列填空:
(1)用浓盐酸配制1∶1(体积比)的稀盐酸(约6mol·L-1),应选用的仪器是__________。
a.烧杯b.玻璃棒c.量筒d.容量瓶
(2)上述装置中,A是________________溶液,NaHCO3溶液可以吸收________。
(3)上述装置中,B物质是____________。
用这个实验得到的气体测定CO2的分子量,如果B物质失效,测定结果________(填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)。
(4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一,测定溶出量的主要实验步骤设计如下:
剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重
为了将石蜡和碳酸钙溶出,应选用的试剂是__________。
a.氯化钠溶液b.稀醋酸c.稀硫酸d.正己烷
(5)在溶出量测定实验中,为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量,应先溶出________,后溶出__________。
(6)上述测定实验中,连续__________,说明样品已经恒重。
知识点二性质实验装置的改进设计
研究物质的物理性质和化学性质,是化学实验的最主要功能。
而许多化学实验装置的设计,其目的就是研究物质所具有的性质。
注重考查考生的创新思维能力。
解题策略
解答该类题应先明确实验目的和要求,再依据化学原理、物质性质和实验设计的基本要求进行解答。
1.基础性训练
以教材实验为载体,从反应原理、装置原理和操作原理等方面进行强化训练。
2.拓展性训练
一是要注重对教材实验的改进和挖掘;二是要对实验进行创新设计。
对于多种情况的反应,根据“实验问题”提出猜想;依据假设设计实验,要充分考虑多种可能性,避免肯定的或惟一性结论。
在性质探究实验中,尾气处理装置、安全瓶和防倒吸装置等都是考查的热点,要理解其原理,选择或设计最简便的装置。
典例导悟2(2009·广东,21)三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可用于摄影和蓝色印刷。
某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。
请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。
限选试剂:
浓硫酸、1.0mol·L-1HNO3、1.0mol·L-1盐酸、1.0mol·L-1NaOH、3%H2O2、0.1mol·L-1KI、0.1mol·L-1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。
(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C),观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊,B中有红色固体生成,则气体产物是________。
(2)该小组同学查阅资料后推知,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3。
验证固体产物中钾元素存在的方法是
________________________________________________________________________,
现象是
________________________________________________________________________。
(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。
①提出合理假设
假设1:
________________________________________________________________________;
假设2:
________________________________________________________________________;
假设3:
________________________________________________________________________。
②设计实验方案证明你的假设
③实验过程
根据②中方案进行实验。
按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。
实验步骤
预期现象与结论
步骤1:
步骤2:
步骤3:
……
知识点三 制备实验装置的改进设计
制备一种物质,应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理,设计反应路径,选择合适的仪器和装置。
最后,根据生成物的性质将产品分离提纯出来。
整个过程如下图所示:
解题策略
1.在设计物质制备的实验方案时,要优化上述流程中的每一个具体环节。
遵循的优化原则是:
原料廉价,原理绿色,条件优化,仪器简单,分离方便。
2.一些物质的制备,由于其性质上的特殊性,需要设计一些特殊的装置来完成。
如实验室制备Fe(OH)2固体,由于Fe(OH)2遇空气易被氧化而变质,故其制备实验装置必须严格防止制备的Fe(OH)2固体与O2接触;再如,常见有机物的制备中,由于有机反应缓慢、副产品多、原料容易挥发,所以常见有机物的制备装置都要加装冷凝回流装置,使原料回流、充分反应,提高产率。
典例导悟3化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案:
a方案:
加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。
b方案:
加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。
c方案:
将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。
现实验室提供如下几种装置来制取N2。
(1)若按a方案制取N2时,需要的氨气用生石灰和浓氨水作原料制取,则宜采用上述仪器中的__________(填序号)作发生器,该发生装置中发生反应的化学方程式为__________________________________。
要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气),还须使用到的上述仪器中的(按气流从左到右的流向顺序列出)________(填序号)。
(2)若按c方案制取N2,用E装置将空气缓慢通入______(填A、B、C)反应器,反应器内可观察到的现象是________________________________,该反应的化学方程式为____________________________________。
(3)上述制取N2的三个方案中,a、b方案结合使用越来越受到人们的关注,这种方法与b方案相比,其优越性在于____________________________。
巩固练习
1.(2011·安徽理综,10)下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
选项
实验操作
现象
解释或结论
A
过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3+
B
AgI沉淀中滴入稀KCl溶液
有白色沉淀出现
AgCl比AgI更难溶
C
Al箔插入稀HNO3中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D
用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓氨水呈碱性
2.(2011·江苏,7)下列有关实验原理或实验操作正确的是( )
A.用水润湿的pH试纸测量某溶液的pH
B.用量筒量取20mL0.5000mol·L-1H2SO4溶液于烧杯中,加水80mL,配制成0.1000mol·L-1H2SO4溶液
C.实验室用图1所示的装置制取少量氨气
D.实验室用图2所示的装置除去Cl2中的少量HCl
3.(2011·江苏,13)下列有关实验原理、方法和结论都正确的是( )
A.向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水,可制取Fe(OH)3胶体
B.取少量溶液X,向其中加入适量新制的氯水,再加几滴KSCN溶液,溶液变红,说明X溶液中一定含有Fe2+
C.室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液,振荡、静置后分液,可除去苯中的少量苯酚
D.已知II2+I-,向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4,振荡静置后CCl4层显紫色,说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大
4.(2011·广东理综,23改编)下列实验现象预测正确的是( )
①实验Ⅰ:
振荡后静置,上层溶液颜色保持不变
②实验Ⅱ:
酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去
③实验Ⅲ:
微热稀HNO3片刻,溶液中有气泡产生,广口瓶内始终保持无色
④实验Ⅳ:
继续煮沸溶液至红褐色,停止加热,当光束通过体系时可产生丁达尔效应
A.①③B.②④C.①④D.②③
5.(2009·天津理综,6)下列实验设计和结论相符的是( )
A.将碘水倒入分液漏斗,加适量乙醇,振荡后静置,可将碘萃取到乙醇中
B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体水溶液一定显碱性
C.某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液,再加稀盐酸,沉淀不溶解,则原溶液中一定有SO
D.在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后,充分加热,除去过量的Cl2,即可得到较纯净的FeCl3溶液
6.(2011·全国理综,29)请回答下列实验室中制取气体的有关问题。
(1)下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
装置B、C、D的作用分别是:
B________________________________________________________________________;
C________________________________________________________________________;
D________________________________________________________________________。
(2)在实验室欲制取适量NO气体。
①下图中最适合完成该实验的简易装置是__________(填序号);
②根据所选的装置完成下表(不需要的可不填):
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
③简单描述应观察到的实验现象
________________________________________________________________________
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- 第十一章 实验方案的设计改进及评价 第十一 实验 方案 设计 改进 评价