高考化学复习之常见问题剖析专题第15讲化学实验综合应用中的常考问题.docx

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高考化学复习之常见问题剖析专题第15讲化学实验综合应用中的常考问题

第十五讲　化学实验综合应用中的常考问题

1．（2011·山东理综，30）实验室以含有Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO

、Br－等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的试剂是________，所用主要仪器的名称是________。

（2）加入溶液W的目的是________。

用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2＋。

由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是________。

酸化溶液Z时，使用的试剂为________。

开始沉淀时的pH

沉淀完全时的pH

Mg2＋

9.6

11.0

Ca2＋

12.2

c（OH－）＝1.8mol·L－1

（3）实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是________。

（4）常温下，H2SO3的电离常数Ka1＝1.2×10－2，Ka2＝6.3×10－8；H2CO3的电离常数Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11。

某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3；将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。

该实验设计不正确，错误在于________。

设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3（简要说明实验步骤、现象和结论）。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________仪器自选。

供选择的试剂：

CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。

2．（2012·重庆理综，27）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。

现用下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________________________________________________________________________。

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2013年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。

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

1．化学实验方案设计的思路

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。

常考问题39　实验方案的评价

【题型1】

某研究性小组借助A～D的仪器装置完成有关实验。

[实验一]收集NO气体。

（1）用装置A收集NO气体，正确的操作是________（填序号）。

a．从①口进气，用排水法集气

b．从①口进气，用排空气法集气

c．从②口进气，用排水法集气

d．从②口进气，用排空气法集气

[实验二]为了探究镀锌薄铁板上锌的质量分数w（Zn）和镀层厚度，查询得知锌易溶于碱：

Zn＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2↑。

据此，截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样，剪碎，称得质量为m1g。

用固体烧碱和水作试剂，设计下列实验方案并进行相关实验。

方案甲：

通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究目标。

（2）选用B和________（填仪器标号）两个装置进行实验。

（3）测得充分反应后生成氢气的体积为VL（标准状况），w（Zn）＝________。

（4）计算镀层厚度，还需要的一个物理量是________。

（5）若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗，测量结果将________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

方案乙：

通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。

选用仪器C做实验，试样经充分反应，滤出不溶物、洗涤、烘干，称得其质量为m2g。

（6）w（Zn）＝________。

方案丙：

通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量（其差值即为H2的质量）实现探究目标。

实验同样使用仪器C。

（7）从实验误差角度分析，方案丙________方案乙（填“优于”“劣于”或“等同于”）。

破题关键　

（1）NO易被空气中的氧气氧化为NO2，不能用排空气法收集，只能用排水法收集；从②口进气。

（2）测量反应中产生的气体的体积应选用装置D。

（3）由题设反应可知：

n（Zn）＝

mol，则：

w（Zn）＝

＝

。

（4）厚度与体积及表面积有关，因此还需要的另一个物理量为密度。

（5）若改为普通分液漏斗，则会使B中的气压高于外界气压，即滴入的NaOH溶液的体积也会计入V（H2）中，从而使结果偏大。

（6）w（Zn）＝

。

（7）方案丙测的差值为H2及挥发出H2O的质量，误差较大。

答案　

（1）c　

（2）D　（3）

（或

等，其他合理答案也可）　（4）金属锌的密度（或其他合理答案也可）

（5）偏大　（6）

（或其他合理答案也可）　（7）劣于

对实验方案的评价，是指为达到一定的实验目的而对实验方案进行的价值判断，这种评价基于对实验原理的理解，对元素化合物知识的融会贯通，对实验手段优劣的辨析，通过分析和综合，比较和论证，选择解决问题的最佳方案。

对实验方案的评价和考查，突出对实验方案的全面理解和判断，其中主要是对方案的简便性、可行性进行评价。

【提升1】

（2012·山东四市联考）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：

将空气缓慢地通过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N2的三个方案中，a、c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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

常考问题40　实验方案的设计

【题型2】

（2011·新课标全国理综，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________________________________________________________________________。

破题关键　从题给装置图分析可知，制备氢化钙的原料是氢气和金属钙，制备出的氢气需要先净化——HCl气体用NaOH溶液吸收，再干燥——选择浓硫酸，盛有无水CaCl2的干燥管连接在装有钙的大玻璃管上，防止外界的水蒸气干扰实验。

（1）按气流方向连接顺序为i→e，f→d，c→j，k→a。

（2）氢气易燃烧，反应开始后应先检验其纯度，再加热钙进行反应。

反应结束时应先停止加热，此时要保证继续通氢气，防止倒吸入空气，影响氢化钙的纯度，充分冷却后再关闭活塞停止通氢气。

所以顺序为BADC。

（3）①氢化钙中氢元素为－1价，发生氧化还原反应：

CaH2＋2H2O===Ca（OH）2＋2H2↑。

②活泼金属Ca与水反应也生成氢气和氢氧化钙，产生类似现象。

（4）两者的不同之处在于氢化钙中含有氢元素，区分它们需在干燥环境中，与氧气在加热条件下反应，将生成的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管中，观察产生的现象不同进行区别。

（5）氢化钙为固体，携带方便。

答案　

（1）i→e，f→d，c→j，k（或k，j）→a

（2）BADC

（3）①CaH2＋2H2O===Ca（OH）2＋2H2↑

②金属钙与水反应也有类似现象

（4）取适量固体，在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气体产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，若观察到固体由白色变为蓝色，说明该固体为氢化钙；若观察不到固体由白色变为蓝色，则说明所取固体为钙

（5）氢化钙是固体，便于携带

——综合实验设计题的解题思路

（1）巧审题，明确实验的目的和原理。

实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。

实验原理可从题给的化学情景（或题首所给实验目的）并结合元素化合物等有关知识获取。

在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。

（2）想过程，理清实验操作的先后顺序。

根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。

（3）看准图，分析各项实验装置的作用。

有许多综合实验题图文结合，思考容量大。

在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。

（4）细分析，得出正确的实验结论。

实验现象（或数据）是化学原理的外在表现。

在分析实验现象（或数据）的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。

【提升2】

某同学进行实验探究时，欲配制1.0mol·L－1Ba（OH）2溶液，但只找到在空气中暴露已久的Ba（OH）2·8H2O试剂（化学相对分子质量：

315）。

在室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。

为探究其原因，该同学查得Ba（OH）2·8H2O在283K、293K和303K时的溶解度（g/100gH2O）分别为2.5、3.9和5.6。

（1）烧杯中未溶物可能仅为BaCO3，理由是__________________________________。

（2）假设试剂由大量Ba（OH）2·8H2O和少量BaCO3组成。

设计实验方案，进行成分检验。

写出实验步骤、预期现象和结论。

（不考虑结晶水的检验；室温时BaCO3饱和溶液的pH＝9.6）

限选试剂及仪器：

稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、pH计、烧杯、试管、带塞导气管、滴管

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取适量试剂于洁净烧杯中，加入足量蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得滤液和沉淀

步骤2：

取适量滤液于试管中，滴加稀硫酸

步骤3：

取适量步骤1中的沉淀于试管中，________

步骤4：

（3）将试剂初步提纯后，准确测定其中Ba（OH）2·8H2O的含量。

实验如下：

①配制250mL约0.1mol·L－1Ba（OH）2溶液：

准确称取w克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，________，将溶液转入________中，洗涤，定容，摇匀。

②滴定：

准确量取25.00mL所配Ba（OH）2溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将______（填“0.020”、“0.05”、“0.1980”或“1.5”）mol·L－1盐酸装入50mL酸式滴定管，滴定至终点，记录数据，重复滴定2次。

平均消耗盐酸VmL。

③计算：

Ba（OH）2·8H2O的质量分数＝________（只写出算式，不做运算）。

④室温下，________（填“能”或“不能”）配制1.0mol·L－1Ba（OH）2溶液。

【题型3】

（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：

明矾石

溶液1（K＋、SO

、NH

）钾氮混合肥溶液2固体

Fe2O3溶液3

氢氧化铝溶液4

请回答下列问题：

（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NH

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。

（4）检验NH

时，应先加入浓NaOH溶液，然后加热，再用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒进行检验。

（5）先用NaOH溶液除去CO中的CO2杂质，再通过碱石灰吸收水蒸气，再通过B中红热的氧化铁，再通过NaOH溶液洗气除去反应产生的CO2，最后点燃未反应的CO。

答案　

（1）玻璃棒、烧杯和漏斗　

（2）AlO

＋2H2O＋CO2===Al（OH）3↓＋HCO

　（3）SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl（其他合理答案也可）　（4）取少量溶液1，加入浓NaOH溶液后加热，有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生，证明有NH

（其他合理答案也可）

（5）①E→B→C→D　②将导气管插入水槽中，关闭弹簧夹a和活塞b，微热圆底烧瓶，导管口有气泡产生，撤去热源，导管中形成一段水柱　③检验CO的纯度　④除去CO中的CO2，有利于点燃CO

——工艺流程题解题策略

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。

【提升3】

（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：

2Na2CO3＋3H2O2===2Na2CO3·3H2O2　ΔH＜0

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