知识讲解 定性实验设计与评价提高副本.docx

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知识讲解定性实验设计与评价提高副本

定性实验设计与评价（提高）

编稿：

房鑫审稿：

于冬梅

【高考展望】

一、考纲要求

１．能根据实验试题要求，做到：

（1）.设计、评价或改进实验方案；

（2）.采取适当方法控制实验条件；

（3）.描述实验现象和收集有关数据；

（4）.分析或处理实验数据，得出合理结论；

（5）.能绘制和识别典型的实验仪器装置图。

2．实验知识和技能的综合应用。

二、高考动向

化学实验设计是高考的重要内容，主要考点有：

①定性实验设计；②定量实验设计；③制备实验设计；④化学反应原理实验设计。

今后的命题方向：

选择必要的仪器或装置完成定性和定量实验，对几种实验方案分析对比从中选取最佳的实验方法，根据要求设计简洁的方案，操作简单安全，实验现象明显。

本节主要涉及定性实验设计与评价。

【方法点拨】

定性检验实验设计是用来判定实验对象具有哪些性质、某种因素是否存在、某个因素是否起作用、某些因素之间是否具有某种关系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具有怎样的内部结构等所进行的实验。

它主要解决“有没有”、“是不是”的问题。

所有影响正确判定或干扰判定的因素均被视为干扰因素。

定性检验实验设计主要分为以下两种情形：

　①性质探索性实验的设计：

主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。

　②性质验证性实验的设计：

主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。

性质实验方案的基本流程为：

研究物质结构→预测可能性质→设计实验方案（方法、步骤、仪器、药品、操作要点、现象及分析、结论等）→实施实验→结论。

性质实验方案设计的基本思路如下：

【典型例题】

类型一、性质验证性实验

【高清课堂：

406674例4】

例1．为验证卤素单质氧化性的相对较弱，某小组用下图装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。

实验过程：

Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。

Ⅱ．当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。

Ⅲ．当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。

Ⅳ．……

（1）A中产生黄绿色气体，其电子式是。

（2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是。

（3）B中溶液发生反应的离子方程式是。

（4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是。

（5）过程Ⅲ实验的目的是。

（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：

同主族元素从上到下，得电子能力逐渐减弱。

【思路点拨】B中溶液由黄色变为棕红色时，即溴水由稀变浓，这说明过程Ⅱ中当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹，此时B和C中均无氯气。

【答案】

（1）

（2）淀粉KI试纸变蓝（3）Cl2+2Br-=Br2+2Cl-

（4）打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡。

静置后CCl4层溶液变为紫红色。

（5）确认C的黄色溶液中无Cl2，排除Cl2对溴置换碘实验的干扰。

（6）原子半径逐渐增大

【解析】

（1）.A中产生的黄绿色气体为氯气。

（2）.氯气遇淀粉KI试纸时，生成的I2遇淀粉变蓝，可以证明氯气的氧化性强于碘单质。

（3）.B中氯气和溴化钠发生置换反应，离子方程式为：

Cl2+2Br-=Br2+2Cl-。

（4）.C中溴化钠和氯气反应生成氯化钠和溴单质，将C中的溶液滴入D中，发生反应：

Br2+2I-=I2+2Br-,此时D中溶液分层，下层为碘的四氯化碳溶液，呈紫红色，说明溴的氧化性强于碘。

（5）.过程Ⅲ主要为了确认C的黄色溶液中无氯气，排除对溴置换碘的干扰。

（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因是同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱。

【总结升华】本题考查化学实验的设计和分析。

要证明溴单质的氧化性强于碘单质，必须要控制氯气的量，排除氯气的干扰。

举一反三：

【变式1】（2016朝阳二模）下表中“试剂”与“操作及现象”对应关系错误的是

选项

试剂

操作及现象

A

AgNO3溶液

滴加氨水，产生沉淀；继续滴加氨水，沉淀溶解

B

铝粉

滴加NaOH溶液，产生气体；继续滴加，产生白色沉淀

C

CuSO4溶液

加过量NaOH溶液，产生蓝色沉淀；再加乙醛，加热，产生红色沉淀

D

氯水

滴加NaOH溶液，溶液颜色褪去；再加HCl，溶液颜色恢复

【答案】B

【解析】A．先生成AgOH，后生成银氨溶液，则硝酸银溶液中滴加氨水，产生沉淀；继续滴加氨水，沉淀溶解，故A正确；

B．Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，则加NaOH过量时不能生成白色沉淀，故B错误；

C．先生成氢氧化铜沉淀，再加乙醛，发生氧化反应生成氧化亚铜，则硫酸铜溶液中加过量NaOH溶液，产生蓝色沉淀；再加乙醛，加热，产生红色沉淀，故C正确；

D．氯水与NaOH反应生成盐和水，再加盐酸，酸性条件下Cl―、ClO―发生氧化还原反应生成氯气，则氯水中滴加NaOH溶液，溶液颜色褪去；再加HCl，溶液颜色恢复，故D正确；

故选B。

【高清课堂：

406674例2】

例2．用图示装置制备NO并验证其还原性。

有下列主要操作：

a．向广口瓶内注入足量热NaOH溶液，将盛有铜片的小烧杯放入瓶中。

b．关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好胶塞。

c．待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向烧杯中滴入少量稀硝酸。

①步骤c后还缺少的一步主要________________。

②红磷充分燃烧的产物与NaOH溶液反应的离子方程式是____________。

③步骤c滴入稀硝酸后烧杯中的现象是_________。

反应的离子方程式是___。

【思路点拨】点燃红磷是为了耗尽瓶中的氧气，从而使铜和稀硝酸反应生成无色的NO气体。

【答案】①打开止水夹，通入少量氧气。

②P2O5+6OH-=2PO43-+3H2O。

③铜片逐渐溶解，有无色气泡产生，溶液由无色变成蓝色。

3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O

【解析】通过实验验证NO的还原性，要求书写与NaOH溶液反应反应的离子方程式（比较陌生），描述铜与稀硝酸反应的现象并书写离子方程式，补充实验步骤，只要搞清楚了实验目的，本步骤并不难。

【总结升华】用NaOH溶液吸收红磷充分燃烧的产生白烟（即P2O5），从而观察到红棕色的气体，故发生了反应2NO+O2=2NO2，验证了NO的还原性，达到了实验目的。

举一反三：

【变式1】下列实验操作、现象和结论均正确的是（　　）

选项

实验操作

现象

结论

A

向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸

均冒气泡

两者均能与盐酸反应

B

向AgNO3溶液中滴加过量氨水

溶液澄清

Ag+与NH3·H2O能大量共存

C

将可调高度的铜丝伸入到稀HNO3中

溶液变蓝

Cu与稀HNO3发生置换反应

D

将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置

下层溶液

显紫红色

氧化性:

Fe3+>I2

【答案】AD　

【解析】A项,Na2CO3和NaHCO3都能和盐酸反应生成CO2气体,A正确；B项,向AgNO3溶液中滴加氨水,发生反应:

Ag++NH3·H2O

AgOH↓+NH4+,AgOH+2NH3·H2O

[Ag（NH3）2]++OH-+2H2O,所以溶液先变浑浊,后变澄清,B错误；C项,3Cu+8HNO3（稀）

3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O,不属于置换反应,C错误；D项,FeCl3能氧化KI:

2Fe3++2I-

2Fe2++I2,说明氧化性:

Fe3+>I2,D正确。

【变式2】学习小组设计了如下图实验（部分装置），将氯气依次通过下列装置以验证氯气的性质：

（1）通入氯气后，A中的现象是。

C装置中发生反应的离子方程式为:

。

（2）通入氯气一段时间后，洗气瓶B溶液中有一部分SO32－氧化成SO42－。

设计试验方案，检验洗气瓶B溶液

中Cl－和SO42－的存在。

在答题卡上补充填写出实验步骤、预期现象和结论。

（可填满也可不填满）

限选试剂及仪器：

2mol/LHCl、2mol/LHNO3、1mol/LBaCl2溶液、lmol/LBa（NO3）2溶液、0.1mol/LAgNO3溶液、澄清石灰水、试管、胶头滴管。

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取适量洗气瓶B中溶液于试管A中，滴加

。

若产生的白色沉淀，则洗气瓶B溶液中存在SO42－。

步骤2：

另取适量洗气瓶B中溶液于试管B中，滴加

。

产生白色沉淀。

步骤3：

取步骤2后试管B中的上层清液于试管C中，

滴加。

（3）为准确测定通入氯气一段时间后剩余FeCl2的物质的量。

实验如下：

①配制250mL溶液：

取洗气瓶C中全部溶液准确配制250mL溶液。

②滴定：

准确量取25.00ml所配溶液于锥形瓶中，将0.1980mol/LKMnO4溶液装入，滴定至终点，记录数据。

重复滴定2次。

平均消耗KMnO4溶液VmL。

（反应式：

Fe2++MnO4－+H+—Fe3++Mn2++H2O，未配平）

③计算250mL溶液中FeCl2的物质的量=mol（只列出算式，不做运算）。

【答案】

（1）溶液变蓝色，2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－

（2）

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取适量洗气瓶B中溶液于试管A中，滴加过量2mol/LHCl和1mol/LBaCl2溶液，振荡。

若产生的白色沉淀，则洗气瓶B溶液中存在SO42－。

步骤2：

另取适量洗气瓶B中溶液于试管B中，滴加入过量lmol/LBa（NO3）2溶液，振荡，静置。

产生白色沉淀。

步骤3：

取步骤2后试管B中的上层清液于试管C中，滴加

0.1mol/LAgNO3溶液和过量的2mol/LHNO3，

振荡。

若产生白色沉淀，则洗气瓶

B溶液中存在Cl－。

（若在步骤2中：

先加足量2mol/LHNO3，再滴加入过量lmol/LBa（NO3）2溶液，）振荡，静置。

则在步骤3中就不需要再加入过量的2mol/LHNO3。

）

（3）②酸式滴定管

③

×0.1980×V×10-3×5或10×0.1980×V×10-3×5

类型二、性质探索性实验

例3．某化学兴趣小组为探究SO2的性质，按下图所示装置进行实验。

请到答下列问题：

（1）装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是             ；  

（2）实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是          、          ，这些现象分别说明SO2具有的性质是         和         ；装置B中发生反应的离子方程式为

                                                                ；  

（3）装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象

                                                    ；

  （4）尾气可采用

            溶液吸收。

【思路点拨】装置A是实验室制取SO2的发生装置，其中发生反

应的化学方程式为：

Na2SO3+H2SO4（浓）==Na2SO4+SO2+H2O↑

【答案】

（1）蒸馏烧瓶 

（2）溶液由紫红色变为无色，无色溶液出现黄色浑浊  还原性和氧化性

     5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42-+5Mn2++4H+

   （3）品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色

   （4）NaOH

【解析】

（1）A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是蒸馏烧瓶。

（2）A中反应生成的SO2在B中会使KMnO4溶液由紫红色变为无色，装置B中发生反应的离子方程式为5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42+5Mn2++4H+，这说明SO2具有还原性；装置C中生成硫单质，现象为无色溶液出现黄色浑浊，说明SO2又具有氧化性。

（3）SO2还具有漂白性，可使品红溶液褪色，但SO2的漂白是不稳定的，物质受热会恢复原来的颜色，表现为可逆性。

装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象：

品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色。

（4）尾气为SO2酸性气体，可用NaOH溶液吸收。

 【总结升华】该题为综合实验题，主要考查的是SO2的性质及其实验操作，是一个常规的实验题，源于课本，主要考查了学生的分析能力、观察能力及文字表述能力等。

该题既具有基础知识的考查，又具有能力提升的考查。

举一反三：

【变式1】SO2是造成空气污染及酸雨的有害气体，研究SO2的性质可使其变废为宝。

（1）某小组设计了如下所示的实验装置（图中夹持和加热装置略去）。

①若关闭K，通入SO2，装置A中发生的现象是；当装置B中溶液颜色逐渐褪去时，其内发生反应的离子方程式为，此时装置C、D、E、F、G中均没有明显反应现象发生。

②若对装置E加热并通入SO2，同时打开K通入O2，装置F中产生白色浑浊，证明装置E中发生的反应（化学方程式表示）：

；装置G的作用是。

③反应结束后，若向试管C溶液中，加入足量下列溶液也可产生白色沉淀的是。

A．氨水B．稀盐酸C．硝酸钾溶液

（2）根据原电池原理，设计了右图所示装置，电极为含某催化剂、

多孔吸附性的惰性材料，在用SO2发电的同时实现了硫酸制备。

通入SO2的一极发生的反应：

；

电池发生的总反应：

。

【答案】

（1）①红色逐渐褪去；SO2+I2+2H2O=4H＋+2I－+SO42－。

②2SO2+O2

2SO3；吸收尾气中的SO2，防止污染空气。

③AC

（2）SO2–2e－+2H2O=4H＋+SO42－；2SO2+O2+2H2O=2H2SO4。

例4．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试验。

B中无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是_______________。

【思路点拨】由于铜和浓硫酸反应放热，因此A中产生的白雾中含有硫酸。

【答案】

（1）2H2SO4（浓）＋Cu

CuSO4＋2H2O＋2SO2↑；

（2）BaSO4还原

（3）2NO+O2=2NO2；

（4）①通N2一段时间，排除装置的空气饱和的NaHSO3溶液

②甲：

SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓；乙：

2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H＋；白雾的量要远多于装置中氧气的量

（5）SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成BaSO3沉淀

【解析】

（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热时可以氧化单质铜，生成硫酸铜、二氧化硫和水，方程式为2H2SO4（浓）＋Cu

CuSO4＋2H2O＋2SO2↑；

（2）SO2溶于水显酸性，而在酸性条件下NO3－具有氧化性可将SO2氧化成硫酸，从而生成既不溶于水也不溶于酸的硫酸钡沉淀，这说明SO2具有还原性；而NO3－被还原成NO气体，由于试剂瓶中的空气将NO氧化成NO2，因此会出现浅棕色气体，方程式为2NO+O2=2NO2；

（3）见解析

（2）

（4）①要排除空气参与反应，可在反应之前先通入氮气一段时间，将装置中的空气排出；由于铜和浓硫酸反应放热，因此产生的白雾中含有硫酸，为防止硫酸干扰后面的反应，需要饱和的NaHSO3溶液除去二氧化硫中混有的硫酸杂质；②甲仅仅是排除了空气，但并没有除去二氧化硫中混有的硫酸，因此会产生大量沉淀，方程式为SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓；而乙虽然排除了二氧化硫中混有的硫酸，但没有排尽空气，由于在溶液中空气可氧化二氧化硫生成硫酸，所以也会生成硫酸钡沉淀，方程式为2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H＋。

但由于白雾的量要远多于装置中氧气的量，所以产生的沉淀少。

（5）通过以上分析不难得出SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成白色BaSO3沉淀。

【总结升华】本题主要考查了SO2的制取、性质及BaSO3、BaSO4的性质知识等，同时考查了学生的实验设计、分析、检验、推断等基本技能，充分考查了学生的思维分析能力等。

举一反三：

【变式1】某研究小组探究SO2和Fe（NO3）3溶液的反应。

已知：

1.0mol/L的Fe（NO3）3溶液的pH=1

请回答：

（1）装置A中反应的化

学方程式是。

（2）为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应进行的操作是。

（3）装置B中产生了白色沉淀，其成分是，说明SO2具有性。

（4）分析B中产生白色沉淀的原因：

观点1：

；

观点2：

SO2与Fe3+反应；

观点3：

在酸性条件下SO2与NO3－反应；

①按观点2，装置B中反应的离子方程式是，证明该观点应进一步确认生成的新物质，其实验操作及现象是。

②按观点3，只需将装置B中的Fe（NO3）3溶液替换为等体积的下列溶液，在相同条

件下进行实验。

应选择的试剂是（填序号）。

a．0.1mol/L稀硝酸

b．1.5mol/LFe（NO3）2溶液

c．6.0mol/LNaNO3和0.2mol/L盐酸等体积混合的溶液

【答案】

（1）Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+SO2↑+H2O

（2）打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的N2，关闭弹簧夹

（3）BaSO4还原性

（4）观点1：

SO2和Fe3+、酸性条件下NO3－都反应

①SO2+2Fe3++Ba2++2H2O=BaSO4↓+2Fe2++4H+（可分两步写）

取少量B中溶液于试管中，加入少量铁氰化钾[K3Fe（CN）6]溶液产生蓝色沉淀，则溶液中有Fe2+，观点2合理②c

【高清课堂：

406674例1】

例5．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）该小组得出的结论所依据的实验现象是________________________。

（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。

同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是（选填序号字母）__________。

a．加热该绿色溶液，观察颜色变化

b．加水稀释绿色溶液，观察颜色变化

c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化

d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化

（1）3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内

（3）Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

（4）将NO2转化为NO3NO2+H2O==2HNO3+NO

（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色

（6）acd

【思路点拨】要证明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO，需在装置②中应该盛放水，将NO2转化为NO；在装置③中应该盛放稀硝酸，装置④中应该盛放浓硝酸。

【答案】

（1）3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内

（3）Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

（4）将NO2转化为NO3NO2+H2O=2HNO3+NO

（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色

（6）acd

【解析】

（1）根据装置特点和实验目的，装置⑤是收集NO，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2，因为要验证稀HNO3不能氧化NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸。

（2）由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。

（3）Cu与浓HNO3反应生成Cu（NO3）2、NO2、H2O：

Cu+4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。

（4）装置②中盛放H2O，使NO2与H2O反应生成NO：

3NO2+H2O＝2HNO3+NO。

（5）NO通过稀HNO3溶液后，若无红棕色NO2产生，说明稀HNO3不能氧化NO，所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。

装置④中盛放的是浓HNO3，若浓HNO3能氧化NO则装置④液面的上方会产生红棕色气体。

（