版2019版高考化学微一轮复习第34讲实验方案的设计与评价学案10266.doc

第34讲实验方案的设计与评价考纲要求1.能根据要求，做到设计、评价或改进实验方案。2.分析或处理实验数据。考点一数据的测量方法、过程综合实验题通过测定物质的质量、气体、液体的体积，对反应过程中物质的含量、变化进行定量的研究，是一种重要的实验方法，通常数据的测定方法有以下几类：1沉淀法根据原子守恒的原理，通过系列反应把欲测定元素转化为沉淀，通过测定沉淀质量，获知目标元素的含量。实验的措施要以目标元素完全转化为沉淀为中心，多涉及沉淀的过滤、洗涤、干燥、称量等操作。2测定气体体积法对于有气体生成的反应，可通过测定生成气体的体积来测定样品的纯度。测定气体体积的具体措施多为排液量气。常见方案如下：3测定气体质量法把生成的气体通入足量的吸收剂，通过测定实验前后吸收剂的质量，获得生成气体的质量，然后进行计算。4固体质量差量法利用固体加热前后或反应前后的质量变化作为已知量，通过方程式找出的差量进行计算。5滴定法利用滴定实验的原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定等获得待测物质数据，再进行计算，常涉及指示剂的选择，滴定终点的确定等实验考查。考向一 气体体积的测量 1(2018湖北仙桃中学开学摸底)某中学有甲、乙两个探究性学习小组，他们拟用小颗粒状铝硅合金与足量稀硫酸的反应测定通常状况(约20 ，1 atm)下气体摩尔体积。(1)甲组同学拟选用如图甲实验装置完成实验：该组同学必须选用的装置的连接顺序是A接_、_接_、_接_(填接口字母，可不填满)；实验开始时，先打开分液漏斗活塞，一会儿后稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶。请你帮助分析原因_；实验结束时，该组同学应怎样测量实验中生成氢气的体积？_。(2)乙组同学仔细分析甲组同学的实验装置后，认为：稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图乙所示的实验装置。装置中导管a的作用是_；实验中准确测得4个数据：实验前铝硅合金的质量为m1 g，实验后残留固体的质量为m2 g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL，则通常状况下气体摩尔体积Vm_。解析：(1)装置的组装顺序：合金与酸反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，利用增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部，故连接顺序为：(A)接(E)，(D)接(G)；铝与稀硫酸反应产生的氢气使锥形瓶内气压增大，锥形瓶内的压强大于大气压，所以稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中；实验结束时，该组同学测量实验中生成氢气的体积方法为：待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即氢气在通常状况时的体积。(2)装置中导管a的作用是：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下，滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差；实验前铝硅合金的质量m1 g，实验后残留固体的质量m2 g，则金属铝的质量是(m1m2)g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL，产生气体体积为(V1V2)mL即产生的气体物质的量是，根据关系式：2Al3H223解得VmLmol1。答案：(1)EDG铝与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即生成氢气在通常状况时的体积(2)保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差Lmol1考向二固体质量的测量 2(2018河北唐山一中调研)某化学研究小组测定某FeCl3样品(含少量FeCl2杂质)中铁元素的质量分数，在实验室中按以下步骤进行实验：称取a g样品，置于烧杯中；取适量盐酸和适量蒸馏水使样品溶解，准确配制成250 mL溶液；准确量取25.00 mL步骤中配得的溶液，置于烧杯中，加入适量的氯水，使反应完全；加入过量氨水，充分搅拌，使沉淀完全；过滤，洗涤沉淀；将沉淀转移至坩埚内，加热、搅拌，直到固体由红褐色全部变为红棕色，冷却至室温后，称量；请根据上面的叙述回答下列问题：(1)如图所给仪器中，实验步骤中必须用到的仪器是E和_(填仪器序号)；还缺少的主要仪器名称是_。(2)步骤中所发生反应的离子方程式为_。(3)步骤中洗涤沉淀的操作是_。(4)若坩埚质量是W1 g，最终坩埚和固体的总质量是W2 g，则样品中铁元素的质量分数为_。解析：(1)称量需要托盘天平，溶解需要烧杯和玻璃棒，配制需要容量瓶和胶头滴管，注意A仪器不是容量瓶，为圆底烧瓶，第步量取FeCl3溶液时要用酸式滴定管；(3)判断沉淀是否洗净最简单的方法是判断洗涤液中是否还含有Cl；(4)生成n(Fe2O3) mol，所以样品中m(Fe)256g7(W2W1)g则w(Fe)100%答案：(1)CF250 mL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管(2)Fe33NH3H2O=Fe(OH)33NH(3)沿波璃棒向过滤器(或漏斗)中的沉淀上加蒸馏水至淹没沉淀，静置使其全部滤出，重复操作23次(4)%【技法归纳】实验方案的设计与评价设计或评价一个实验方案主要从以下角度考虑：(1)实验原理是否合理。如第1题甲组同学方案中排水量气法中忽略了滴入稀硫酸排出空气的影响。(2)从原料的用量、成本考虑。一般选择原料用量少，成本低的方案。(3)从环保角度考虑。(4)从装置的简易或实验方案的优劣角度考虑。 考点二数据的分析、处理综合实验题定量实验，需要对实验测定的数据进行记录、处理、比较、计算，以便达到实验目的，数据处理的常用方法：1数据的表格化对记录的数据进行表格化处理，便于数据的查找、比较、计算。2数据的图象化图象是把实验测得的数据用直线图或曲线图的形式呈现出来，多用于两个量之间关系的描述，具有直观明了的特点。考向一实验数据的选择与取舍 1目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应。某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验。【实验】 确定硫的质量：按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0 g铁硫簇结构(含有部分不反应的杂质)，在试管B中加入50 mL 0.100 molL1的酸性KMnO4溶液，在试管C中加入品红溶液。通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色。待固体完全转化后，将B中溶液转移至250 mL容量瓶，洗涤试管B后定容。取25.00 mL该溶液用0.01 molL1的草酸(H2C2O4)溶液滴定剩余的KMnO4。记录数据如下：滴定次数待测溶液体积/mL草酸溶液体积/mL滴定前刻度滴定后刻度125.001.5023.70225.001.0226.03325.000.0024.99相关反应：2MnO2H2O5SO2=2Mn25SO4H2MnO6H5H2C2O4=2Mn210CO28H2O【实验】 确定铁的质量：将实验硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6 g固体。试回答下列问题：(1)判断滴定终点的方法是_。(2)试管C中品红溶液的作用是_。有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是_(填“同意”或“不同意”)，理由是_。(3)根据实验和实验中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为_。【问题探究】滴定过程中，细心的同学发现该KMnO4溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究速率加快的原因，该同学继续进行了下列实验，实验数据如下表：编号温度/酸化的H2C2O4溶液/mLKMnO4溶液/mL溶液褪色时间/s1255.02.0402255.0(另加少量可溶于水的MnSO4粉末)2.043605.02.025(4)分析上述数据，滴定过程中反应速率加快的一种可能原因是_。解析：(1)KMnO4溶液本身为紫色，而反应后的Mn2为无色，所以当溶液由紫红色变为无色时，标志达到了滴定终点。(2)确认SO2是否除净。由于KMnO4溶液本身有颜色，所以颜色不再发生变化时，也可表明SO2被完全吸收。(3)三次实验所耗草酸溶液分别为：22.20 mL、25.01 mL、24.99 mL，第一组实验数据偏差过大舍去；则平均耗草酸溶液25.00mL，则过量KMnO4：2101.0103 mol，与SO2反应的KMnO4：0.05 L0.100 molL11.0103 mol4103 mol，则生成SO2：4103 mol0.01 mol。根据实验，n(Fe2O3)0.00375 mol，则xy(0.00375 mol2)(0.01 mol)34，所以FexSy化学式为Fe3S4。答案：(1)当滴入最后一滴草酸溶液时，锥形瓶中溶液由浅红色变为无色，且半分钟内不变化(2)验证SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收同意当B中溶液颜色不变化，即可证明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收(3)Fe3S4(4)Mn2对反应起到催化作用(或反应放热使温度升高)，加快反应速率2(2018河北邢台一中月考)金属镁及其化合物在科学研究及生产中具有广泛的用途。(1)轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，以卤块(主要成分为MgCl2，含Fe2、Fe3等杂质离子)为原料制备轻质碳酸镁MgCO3Mg(OH)23H2O，相对分子质量：196的工艺流程如下：生成氢氧化物沉淀的pH(见下表)：物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2开始沉淀时pH2.77.69.9沉淀完全时pH3.79.611.1注：Fe(OH)2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去。“氧化”的目的是_，相关反应的离子方程式为_。“热解”过程中反应的离子方程式为_。取2.00 g轻质碳酸镁于锥形瓶中，用2 molL1的盐酸进行滴定反应，数据如下：实验序号轻质碳酸镁用量/g盐酸开始读数/mL盐酸终止读数/mL12.001.0021.0122.0021.1042.0332.000.1020.09依据上述实验数据，算出轻质碳酸镁的纯度(假设杂质不与盐酸反应)为_。解析：(1)由“Fe(OH)2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去”知，氧化的目的是将Fe2转化为Fe3，反应中ClO被还原成Cl，此过程中有H参与反应且有水生成。由于“热解”的产物是CO2与轻质碳酸镁，故可先写出Mg2HCOMgCO3Mg(OH)23H2OCO2，再结合质量守恒原理配平即可。表中三组数据中，第2组与另外两组差异较大，应舍弃，消耗盐酸的平均体积为20.00 mL，n(HCl)0.04 mol，由于1 mol轻质碳酸镁可与4 mol HCl反应，故发生反应的MgCO3Mg(OH)23H2O为0.01 mol，质量为1.96 g，故其纯度为100%98%。答案：(1)将Fe2氧化成Fe3ClO2H2Fe2=2Fe3ClH2O2Mg24HCO2H2OMgCO3Mg(OH)23H2O3CO298%考向二实验数据的综合处理 3某合作小组同学将铜片加入稀硝酸，发现开始时反应非常慢，一段时间后反应速率明显加快。该小组通过实验探究其原因。(1)该反应的离子方程式为_。(2)提出合理假设，该实验中反应速率明显加快的原因可能是_。A反应放热导致温度升高B压强增大C生成物的催化作用D反应物接触面积增大(3)初步探究，测定反应过程中不同时间溶液的温度，结果如下表：时间/min05101520253550607080温度/25262626262626.527272727结合实验目的和表中数据，你得出的结论是_。(4)进一步探究：查阅文献了解到化学反应的产物(含中间产物)可能对反应有催化作用。请完成以下实验设计表并将实验目的补充完整：实验编号铜片质量/g0.1 molL1的硝酸体积/mL硝酸铜晶体/g亚硝酸钠晶体/g实验目的520实验和探究_的影响；实验和探究NO的影响0.50.5解析：(1)铜与稀HNO3反应离子方程式：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(2)因为铜与硝酸反应是放热反应，随反应的进行，溶液温度升高，A选项合理；反应体系并非密闭体系，压强不变，B不合理；反应生成了Cu2，有可能Cu2对该反应有催化作用，C合理；随反应进行，铜片减小，接触面积减小，D不合理；可能的原因是AC。(3)由表中数据可知整个反应过程中，溶液温度变化很小，且在很长时间段内保持不变，所以温度不是影响反应速率的主要因素。(4)当探究某一条件对反应速率的影响时，应保持其他条件不变。中加入了Cu(NO3)2晶体是研究Cu2对反应速率的影响，所以中铜片都取5 g，硝酸都取20 mL，中不放Cu(NO3)2晶体，也不放NaNO2晶体；中不放NaNO2晶体，中不放Cu(NO3)2晶体。答案：(1)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(2)AC(3)温度不是导致反应速率明显加快的主要原因(4)实验编号铜片质量/g0.1 molL1的硝酸体积/mL硝酸铜晶体/g亚硝酸钠晶体/g实验目的00Cu2+520052004.现有一份CuO和Cu2O的混合物，用H2还原法测定其中的CuO质量x g，实验中可以测定以下数据：m：混合物的质量(g)、m(H2O)：生成水的质量(g)、m(Cu)：生成Cu的质量(g)、V(H2)：标准状况下消耗H2的体积(L)。(已知摩尔质量：Cu：64 gmol1、CuO：80 gmol1、Cu2O：144 gmol1、H2O：18 gmol1)(1)为了计算x至少需要测定上述4个数据中的_个，这几个数据的组合共有_种。请将这些组合一一填入下列空格中。说明：选用m、m(H2O)、m(Cu)、V(H2)表示，不必列出具体算式。每个组合中填一种组合，有几种组合就填几种，不必填满。(2)从上述组合中选出一个含W的求x的计算式：_。(3)以上数据组合中易于取得的一组是_。解析：本题想解决的是CuO和Cu2O二元混合物的质量组成，要通过列二元一次方程组的方法求解，所以需要获得两个数据。将题中所给数据进行排列组合，有下列6种组合。m、m(H2O)m、m(Cu)m、V(H2)m(H2O)、m(Cu)m(H2O)、V(H2)m(Cu)、V(H2)在6种组合中不难看出V(H2)、m(H2O)一组不能成立，因为这一组仅与氧元素有关而与铜元素无关，不能形成两个有效的二元一次方程，无法求出CuO和Cu2O的量，所以实际只有5组数据组合是合理的。但这5种组合中，结合氢气要过量的特点，V(H2)这一数据在获