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实验设计题.docx
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实验设计题
学智教育教师备课手册
教师姓名
学生姓名
填写时间
学科
化学
年级
高三
上课时间
课时计划
2h
教学目标
教学内容
1.根据实验试题要求设计、评价或改进实验方案。
2.分析或处理实验数据,得出合理结论。
3.识别典型的实验仪器装置图。
个性化学习问题解决
掌握化学实验题的解题方法
教学重点、难点
教学重点:
根据实验试题要求设计、评价或改进实验方案
识别典型的实验仪器装置图
教学难点:
分析或处理实验数据,得出合理结论
教
学
过
程
【体验高考】
(2012·高考重庆卷)氯离子插层镁铝水滑石[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]是一种新型离子交换材料,其在高温下完全分解为MgO、Al2O3、HCl和水蒸气。
现用如图装置进行实验确定其化学式(固定装置略去)。
(1)Mg2Al(OH)6Cl·xH2O热分解的化学方程式为___________________。
(2)若只通过测定装置C、D的增重来确定x,则装置的连接顺序为________(按气流方向,用接口字母表示),其中C的作用是________。
装置连接后,首先要进行的操作的名称是________。
(3)加热前先通N2排尽装置中的空气,称取C、D的初始质量后,再持续通入N2的作用是_____________、__________等。
(4)完全分解后测得C增重3.65g、D增重9.90g,则x=________。
若取消冷却玻管B后进行实验,测定的x值将________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)上述水滑石在空气中放置时易发生反应生成[Mg2Al(OH)6Cl1-2y(CO3)y·ZH2O],该生成物能发生类似的热分解反应,现以此物质为样品,用
(2)中连接的装置和试剂进行实验测定z,除测定D的增重外,至少还需测定__________________________________。
解析:
本题涉及化学反应方程式的书写、实验设计与数据处理等知识。
题目情境陌生,考查内容灵活,但其考查基本点是元素及其化合物知识与实验设计的融合,旨在考查考生的实验设计与实验数据分析、处理能力。
(1)根据题目信息,Mg2Al(OH)6Cl·xH2O热分解得到MgO、Al2O3、HCl、H2O(g),根据原子守恒即可写出反应方程式。
(2)装置D用于吸收Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的H2O(g),装置C用于吸收Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的HCl。
根据装置D的增重可得H2O(g)的质量,根据装置C的增重可得HCl的质量,根据HCl的物质的量可得样品的物质的量,结合H2O(g)的质量即可得出x。
连接装置时应该首先用浓硫酸吸收H2O(g),然后用NaOH溶液吸收HCl。
(3)该实验是定量实验,Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的HCl、H2O(g)要完全被C、D装置中的药品吸收,这样实验结果才准确,同时要防止装置内空气中的CO2被NaOH溶液吸收。
所以实验前需通入N2赶走装置中的空气,反应后也需持续通入N2,将装置中产生的HCl、H2O(g)全部赶入装置C、D中,从而减小实验误差。
停止加热后,H2O(g)、HCl被浓H2SO4、NaOH溶液吸收过程中可导致装置压力迅速减小,可能发生倒吸现象,所以反应后持续通入N2也可防止倒吸现象发生。
(4)反应生成HCl3.65g(0.1mol),生成H2O9.90g(0.55mol),根据2molHCl~(5+2x)molH2O可得2∶(5+2x)=0.1∶0.55,解得x=3。
若取消冷却玻管B,导致气体温度过高,流速快,H2O(g)可能不能被浓H2SO4完全吸收,导致所测x值偏低。
(5)Mg2Al(OH)6Cl1-2x(CO3)y·zH2O分解产生的气体除HCl、H2O(g)外,还有CO2,而C装置质量增加包含CO2、HCl的质量,所以需要测定装置C的增重、D的增重及样品质量。
考查形式
填空题
考向曝光
综合实验设计和评价题是考查学生综合应用实验基础知识、化学理论、元素化合物知识和化学计算等相关知识解决实验问题的能力的一类题,预计高考中综合实验题的形式主要有以下几种:
1.对物质制备、分离、提纯和检验中化学原理、相关装置作用的设计和评价。
2.提出实验问题或目的,给定实验情景或物质性质,要求选择仪器、药品,组装实验装置,确定实验步骤,评价实验方案。
3.对教材实验通过重组、深化、优化或创新提出问题,让学生去完成。
4.联系工业生产过程,进行定量分析和综合评价。
【解题策略】
1.能根据实验试题做到:
(1)设计、评价或改进实验方案。
(2)了解控制实验条件的方法。
(3)分析或处理实验数据,得出合理结论。
(4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。
2.各部分实验知识和技能的综合应用。
【知识必记】
2.化学实验设计的步骤
(1)认真审题,明确实验目的,找出实验原理。
(2)根据实验原理选择仪器和药品,并设计出合理的实验装置和操作步骤。
(3)准确地记录实验过程中的现象和数据,并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据,得出正确的结论。
3.实验方案的评价
(1)从实验设计的“科学性”与“可行性”方面对实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断,并提出改进的措施。
(2)从实验设计的“安全性”方面对实验过程中是否对环境造成污染、能否发生爆炸或着火事故等做出判断,并提出改进措施。
(3)从实验设计的“简约性”方面判断实验经济上是否合算,是否符合“绿色化学”的理念,并优化实验方案。
【技能必备】
1.解答实验设计题的步骤
观察现象→根据物质的性质提出假设→寻求能够证明或检验假设的方法→根据设想的方法选择适当的实验仪器和药品→设计恰当的实验步骤→实施实验→观察记录实验现象、数据→验证实验结果是否符合实验预期(假设)。
2.解答实验设计题的策略
(1)确定实验方案要根据实验原理:
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、化学基本原理等有关知识获取。
(2)解析设计要求,调控实验条件,合理选择仪器,拟定实验步骤,得出正确结论。
3.解答实验设计题的注意事项
题目有无特殊要求;题给的药品、装置的数量;注意实验过程中的安全性操作;会画简单的实验装置图;注意仪器的规格;要防倒吸、防爆炸、防燃烧、防暴沸、防氧化、防吸水、冷凝、冷却、水浴加热时采取相应措施;同一仪器在不同位置的相应作用等。
4.实验数据的处理和筛选
实验所得的数据,可分为有用、有效数据,正确、合理数据,错误、无效数据,及无用、多余数据等。
能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点,也是近年来命题变化的一个重要方向。
对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”:
一看数据是否符合测量仪器的精度,如用托盘天平测得的质量的精度为0.1g,若精度值超过了这个范围,说明所得数据是无效的;二看数据是否在误差允许范围内,若所得的数据明显超出误差允许范围,要舍去;三看反应是否完全,是否是过量反应物作用下所得的数据,只有完全反应时所得的数据,才能进行有效处理和应用;四看所得数据的测试环境是否一致,特别是气体体积数据,只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算;五看数据测量过程是否规范、合理,错误和违反测量规则的数据需要舍去。
【例题】
(2012·金考卷)明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量的氧化铁杂质。
具体实验流程如下:
(1)操作1所用到的玻璃仪器的名称是________。
(2)由溶液3制取氢氧化铝的离子方程式为__________。
(3)明矾石焙烧时产生SO2,请你写出能验证SO2具有还原性且实验现象明显的化学方程式:
__________。
(4)请你写出验证溶液1中有NH4+的实验过程:
_______。
(5)实验室用Fe2O3与CO反应来制取单质Fe。
①请按气流由左到右的方向连接下列各装置,顺序为A→________。
②检查装置A气密性的方法是______________。
③在点燃B处的酒精灯前,应进行的操作是____________。
④装置C的作用是_______________________。
破题关键
(1)操作1是过滤,过滤操作所需要的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯和漏斗。
(2)经氨水浸泡,过滤得到固体氢氧化铝、氧化铝和少量氧化铁固体,再加入试剂1氢氧化钠溶液并过滤,得到溶液3偏铝酸钠溶液,最后通入CO2得到氢氧化铝。
(3)检验SO2的还原性方法较多,可以用氯水、溴水或酸性高锰酸钾溶液来检验SO2具有还原性。
【工艺流程解题策略】
工艺流程的命题来源很广,与各个知识模块的结合点较多,因此分析工业生产工艺流程题时,应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来,它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题,可以说它是无机框图题的创新。
流程的呈现形式有:
①操作流程、②物质变化流程、③装置流程。
解题时首先要明确原料和产品(包括副产品),即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原理,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然,弄清有关反应原理,明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)——知其所以然,最后联系储存的知识,有效进行信息的利用,准确表述和规范书写。
由于工艺流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来,所以复习时牢固掌握实验基础知识,才能有效结合题中的信息,准确答题。
【例题】
(2012·合肥月考)过碳酸钠,俗称固体双氧水,被大量应用于洗涤、印染、纺织、造纸、医药卫生等行业中,它的制备原理和路线如下:
请回答下列问题。
(1)与过碳酸钠的用途相关的化学性质是________。
(2)下列物质可使过碳酸钠较快失效的是________。
a.MnO2b.H2Sc.稀硫酸d.NaHCO3
(3)加入NaCl的作用是___________________________。
(4)工业纯碱中含有Fe3+等杂质,加入稳定剂的作用是与Fe3+生成稳定的配合物,Fe3+对反应的不良影响是________。
(5)反应的最佳温度控制在15~20℃,温度偏高时造成产率低的原因可能是_________________________,温度偏低时造成产率低的原因可能是______________。
(6)以上流程中遗漏了一步操作,造成所得产品纯度偏低,该步操作的名称是________。
进行该操作的方法是________。
(7)抽滤也称吸滤或减压过滤,是一种实验室常用的过滤方法。
如图为减压过滤装置图。
①抽滤能加快过滤速度的原因是_________________。
②写出图中A、B、C三种仪器的名称:
A________、B________、C________。
③吸滤完毕时,应先拆下B与C或C和抽气泵间的橡皮管,然后关闭水龙头,其原因是_________________。
解析 本题主要考查过碳酸钠的性质,还着重考查了化学实验的基本操作,意在考查学生信息迁移能力、分析问题和解决问题的能力。
解题的关键在于理解过碳酸钠的化学成分,据题意知其成分为2Na2CO3·3H2O2,具有碳酸钠和过氧化氢的双重性质。
(1)因双氧水具有强氧化性(漂白性),被大量应用于洗涤、印染、纺织、造纸、医药卫生等行业中。
(2)MnO2为过氧化氢分解的催化剂;H2S和稀硫酸都能与2Na2CO3·3H2O2反应,使过碳酸钠较快失效。
(3)加入NaCl后使2Na2CO3·3H2O2在水中的溶解度降低,析出更多晶体,提高产率。
(4)Fe3+也是过氧化氢分解的催化剂,可以加入稳定剂,使Fe3+生成稳定的配合物。
(5)由于双氧水不稳定,温度较高时分解速率加快,故应控制在较低温度下进行反应;但温度偏低时,反应速率缓慢,造成产率较低。
(6)过滤后晶体表面往往吸附着溶剂和其他溶质,若不经洗涤,则所得产品纯度偏低。
即题中遗漏了一步操作,该步操作的名称是晶体的洗涤;进行该操作的方法是向过滤器中加蒸馏水至刚好淹没沉淀,静置,待水自然流出后,再重复操作2~3次。
(7)为了加快过滤速度,得到较干燥的沉淀,可进行减压过滤。
装置中抽气泵给吸滤瓶减压,使滤液上下压力差增大,从而加快过滤速度。
答案
(1)强氧化性(漂白性)
(2)a、b、c
(3)使2Na2CO3·3H2O2在水中的溶解度降低,析出更多晶体
(4)催化双氧水的分解
(5)温度偏高时双氧水易分解 温度偏低时反应缓慢
(6)晶体的洗涤 向过滤器中加蒸馏水至刚好淹没沉淀,静置,待水自然流出后,再重复操作2~3次
(7)①因为通过抽气泵(或其他方法)使过滤器下方的压强降低,滤液上下压强差增大,从而加快过滤的速度 ②布氏漏斗 抽滤瓶 安全瓶 ③防止倒吸
课
堂
练
习
1.高氯酸铜[Cu(ClO4)2]是易潮解的绿色晶体,可用作燃烧催化剂,某小组将无水高氯酸铜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、用品和部分试剂完成验证和探究过程。
(1)加热高氯酸铜时,发现装置中有黄绿色气体产生,该气体是______(填化学式),然后将生成的气体产物通入NaOH溶液中,发现仍有一种气体剩余,通过推理,判断该气体的成分是____,验证该气体的实验操作是__________________。
(2)该小组同学查阅资料后推知,加热装置中剩余的固体产物可能是CuO和Cu2O中的一种或两种,于是该小组同学对固体产物中铜元素的存在形式进行探究,其实验过程如下:
[限选试剂]稀H2SO4、稀HNO3、浓HNO3、KI溶液、0.01mol·L-1的Na2S2O3溶液、淀粉试液、蒸馏水
2.两个学习小组用如图装置探究乙二酸(HOOC—COOH)受热分解的部分产物。
(1)甲组:
①按接口顺序:
a-b-c-d-e-f-g-h连接装置进行实验。
B中溶液变浑浊,证明分解产物有________;装置C的作用是________________________________;
E中溶液变浑浊,D中的现象是__________________________________,
证明分解产物有__________。
②乙二酸受热分解的化学方程式为
____________________________________。
(2)乙组:
①将接口a与j连接进行实验,观察到F中生成的气体可使带火星的木条复燃,则F中最主要反应的化学方程式为________________________________。
②从A~F中选用装置进行实验,证明甲组通入D的气体能否与Na2O2反应。
最简单的装置接口连接顺序是__________________;实验后用F中的固体进行验证的方法是(可另选试剂)____________________________。
课
后
作
业
1..(2012·丽水模拟)某学生设计了三种制备方案:
①用KI晶体与浓硫酸反应制HI;②用浓度均为0.1mol·L-1的氯化铁和氢氧化钠混合制备氢氧化铁胶体;③用纯碱和石灰水制烧碱,可用的方案是()
A.①B.③C.②③D.全部
2.(2012·高考广东卷)苯甲酸广泛应用于制药和化工行业。
某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。
反应原理:
实验方法:
一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。
已知:
苯甲酸分子量122,熔点122.4℃,在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g;纯净固体有机物一般都有固定熔点。
(1)操作Ⅰ为______,操作Ⅱ为______。
(2)无色液体A是______,定性检验A的试剂是______,现象是__________________。
(3)测定白色固体B的熔点,发现其在115℃开始熔化,达到130℃时仍有少量不熔。
该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表明推测正确。
请完成表中内容
(4)纯度测定:
称取1.220g产品,配成100mL甲醇溶液,移取25.00mL溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol。
产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为________________,计算结果为______(保留两位有效数字)
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- 实验设计