学案实验方案的设计改进及评价.docx
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学案实验方案的设计改进及评价
学案 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。
热点1 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。
热点2 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:
……
热点3 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____________________________。
作业
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I
I2+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)下列实验现象预测正确的是( )
A.实验Ⅰ:
振荡后静置,上层溶液颜色保持不变
B.实验Ⅱ:
酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去
C.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
D.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
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___________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
7.(2011·课标全国卷,28)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____________。
8.(2011·北京理综,27)甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀,用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略,气密性已检验)。
实验操作和现象:
操作
现象
关闭弹簧夹,滴加一定量浓硫酸,加热
A中有白雾生成,铜片表面产生气泡
B中有气泡冒出,产生大量白色沉淀
C中产生白色沉淀,液面上方略显浅棕色并逐渐消失
打开弹簧夹,通入N2,停止加热,一段时间后关闭
——
从B、C中分别取少量白色沉淀,加稀盐酸
均未发现白色沉淀溶解
(1)A中反应的化学方程式是_______________________________________________。
(2)C中白色沉淀是__________,该沉淀的生成表明SO2具有________性。
(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因,甲认为是空气参与反应,乙认为是白雾参与反应。
①为证实各自的观点,在原实验基础上:
甲在原有操作之前增加一步操作,该操作是__________;
乙在A、B间增加洗气瓶D,D中盛放的试剂是____________________________。
②进行实验,B中现象:
甲
大量白色沉淀
乙
少量白色沉淀
检验白色沉淀,发现均不溶于稀盐酸。
结合离子方程式解释实验现象异同的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)合并(4)中两同学的方案进行实验。
B中无沉淀生成,而C中产生白色沉淀,由此得出
的结论是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
9.(2011·上海,26)实验室制取少量溴乙烷的装置如下图所示。
根据题意完成下列填空:
(1)圆底烧瓶中加入的反应物是溴化钠、________和1∶1的硫酸。
配制体积比1∶1的硫酸所用的定量仪器为______(选填编号)。
a.天平b.量筒
c.容量瓶d.滴定管
(2)写出加热时烧瓶中发生的主要反应的化学方程式__________________________
________________________________________________________________________。
(3)将生成物导入盛有冰水混合物的试管A中,冰水混合物的作用是____________。
试管A中的物质分为三层(如图所示),产物在第____________________________层。
(4)试管A中除了产物和水之外,还可能存在________、________(写出化学式)。
(5)用浓的硫酸进行实验,若试管A中获得的有机物呈棕黄色,除去其中杂质的正确方法是______(选填编号)。
a.蒸馏b.用氢氧化钠溶液洗涤
c.用四氯化碳萃取d.用亚硫酸钠溶液洗涤
若试管B中的酸性高锰酸钾溶液褪色,使之褪色的物质的名称是________。
(6)实验员老师建议把上述装置中的仪器连接部分都改成标准玻璃接口,其原因是:
________________________________________________________________________。
10.(2010·北京理综,9)用右图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。
下列实验不合理的是( )
A.上下移动①中铜丝可控制SO2的量
B.②中选用品红溶液验证SO2的生成
C.③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2
D.为确认CuSO4生成,向①中加水,观察颜色
11.(2010·广东理综,33)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时,利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
(1)请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式:
SO2+2NaOH===____________。
(2)反应Cl2+Na2SO3+2NaOH===2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为__________。
(3)吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性)中肯定存在Cl-、OH-和SO
。
请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。
①提出合理假设
假设1:
只存在SO
;
假设2:
既不存在SO
,也不存在ClO-;
假设3:
______________________________________________________________
②设计实验方案,进行实验。
请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。
限选实验试剂:
3mol·L-1H2SO4、1mol·L-1NaOH、0.01mol·L-1KMnO4、淀粉KI溶液、紫色石蕊试液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1:
取少量吸收液于试管中,滴加3mol·L-1H2SO4至溶液呈酸性,然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2:
步骤3:
12.(2010·安徽理综,28)某研究性学习小组在网上收集到如下信息:
Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银,制作美丽的银饰。
他们对蚀刻银的原因进行了如下探究:
[实验]制备银镜,并与Fe(NO3)3溶液反应,发现银镜溶解。
(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是________。
a.边振荡盛有1mL2%的AgNO3溶液的试管,边逐滴滴入2%的稀氨水,至最初的沉淀恰好溶解为止
b.将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中
c.制备银镜时,用酒精灯的外焰给试管底部加热
d.银氨溶液具有较弱的氧化性
e.在银氨溶液配制过程中,溶液的pH增大
[提出假设]
假设1:
Fe3+具有氧化性,能氧化Ag。
假设2:
Fe(NO3)3溶液显酸性,在此酸性条件下NO
能氧化Ag。
[设计实验方案,验证假设]
(2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+,验证了假设1成立。
请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式:
____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)乙同学设计实验验证假设2,请帮他完成下表中内容(提示:
NO
在不同条件下的还原产物较复杂,有时难以观察到气体产生)。
实验步骤
(不要求写具体操作过程)
预期现象和结论
①
②
……
若银镜消失,
假设2成立。
若银镜不消失,
假设2不成立。
[思考与交流]
(4)甲同学验证了假设1成立,若乙同学验证了假设2也成立。
则丙同学由此得出结论:
Fe(NO3)3溶液中的Fe3+和NO
都氧化了Ag。
你是否同意丙同学的结论,并简述理由:
____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
13.(2009·北京理综,27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。
实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。
由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品:
浓硝酸、3mol·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳
已知:
氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应。
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
(1)实验应避免有害气体排放到空气中。
装置③、④、⑥中盛放的药品依次是____。
(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后______
________________________________________________________________________。
(3)装置①中发生反应的化学方程式是______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)装置②的作用是____________________,发生反应的化学方程式是__________。
(5)该小组得出的结论依据的实验现象是____________________________________
________________________________________________________________________。
(6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。
甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。
同学们分
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- 学案 实验方案的设计改进及评价 实验 方案 设计 改进 评价