高三化学知识导学 知识讲解 定性实验设计与评价基础.docx
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高三化学知识导学知识讲解定性实验设计与评价基础
定性实验设计与评价
【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
例1.水蒸气通过灼热的焦炭后,流出气体的主要成分是CO和H2,还有CO2和水蒸气等.请用下图中提供的仪器,选择必要的试剂,设计一个实验,证明上述混合气体中有CO和H2.(加热装置和导管等在图中略去)
回答下列问题:
(1)盛浓H2SO4的装置用途是________,盛NaOH溶液的装置用途是________.
(2)仪器B中需加入试剂的名称(或化学式)是________,所发生反应的化学方程式是____________________.
(3)仪器C中需加入试剂的名称(或化学式)是________,其目的是__________________.
(4)按气流方向连接各仪器,用字母表示接口的连接顺序:
g—ab—___________________.
(5)能证明混合气体中含有CO的实验依据是__________________________________.
(6)能证明混合气体中含有H2的实验依据是____________________________.
【思路点拨】产生水蒸汽→通入热的焦炭→除去二氧化碳→除去水蒸气→-再通入热的氧化铜→用无水硫酸铜验证由氢气产生的水→再通入澄清石灰水验证一氧化碳。
【答案】
(1)除去水蒸气 除去CO2
(2)氧化铜(CuO)
CuO+H2
Cu+H2O、CuO+CO
Cu+CO2
(3)无水硫酸铜(CuSO4) 检验H2O
(4)(g—ab)—kj—hi—cd(或dc)—fe—lm
(5)原混合气体中的CO2已被除去,其中CO与CuO反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊
(6)原混合气体中的H2O已被除去,其中H2与CuO反应生成的H2O使无水硫酸铜由白色变为蓝色
【解析】本题关
键是应明确实验目的(证明混合气体中有CO和H2),要想达到目的,只能利用它们的还原性将之转化为CO2和H2O来检验,同时又要防止原混合气体中CO2和水蒸气的干扰,所以,用CO、H2还原CuO之前,必须首先除去CO2和水蒸气。
本题应首先解决第(4)问,
【总结升华】本题考查CO和H2气体的鉴别,通过仪器的连接、CO2和H2O的检验等基础实验知识来考查同学们的基本实验能力,提醒在复习化学实验时要注意回归教材,回归到最基础的实验中来。
举一反三:
【变式】如图装置可用于收集气体并验证其某些化学性质,
你认为正确的是
选项
气体
试剂
现象
结论
A.
NH3
酚酞溶液
溶液变红色
NH3显碱性
B.
NO2
KI淀粉溶液
溶液变蓝
NO2有氧化性
C.
X
澄清石灰水
溶液变浑浊
X是CO2
D.
Cl2
紫色石蕊试液
溶液先变红后褪色
Cl2有酸性和漂白性
【答案】B
【解析】要从收集气体并验证其某些化学性质两方面考虑。
A项,氨气收集方法不对;B项,NO2中的N为+4价,有较强氧化性,可将I-氧化为I2;C项,X也可是SO2;D项,Cl2和H2O反应生成的HCl和HClO各有酸性和漂白性。
【高清课堂:
406674例4】
例2.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】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】用下图所示实验装置进行物质性质探究实验。
下列说法不合理的是
A.若品红溶液①褪色,则说明产物中含有SO2
B.若溴水褪色,则说明SO2具有还原性
C.若烧瓶中产生黄色浑浊和无色气泡,则说明Na2S2O3只做氧化剂
D.
若品红溶液②不褪色、Na2SiO3溶液出现白色浑浊,则说明亚硫酸比碳酸酸性强
【答案】C
【高清课堂:
406674例1】
例4.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。
(6)要证明是Cu(NO3)2浓度过低或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色,一是可设计将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察颜色变化。
二是增加溶液中Cu(NO3)2溶液的浓度(d方案)观察反应后的颜色变化。
【总结升华】本题主要考查HNO3的性质、化学基本实验设计和评价能力。
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
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