2014届高考化学总复习智能考点归类总结(教材精讲典型例题跟踪训练)：实验设计与评价.doc

智能考点 实验设计与评价I课标要求1能发现学习和生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究。2能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化。3能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。4能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。II考纲要求1掌握化学实验记录的基本要求，并能设计一些基本实验。（1）根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。（2）根据实验试题的要求，设计或评价实验方案。（3）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。III教材精讲化学实验方案的设计是在实施化学实验之前，根据化学实验的目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置、药品和方法所进行的一种规划。化学实验方案设计的一般步骤：实验目的实验原理（反应途径）反应的仪器的选择设计实验装置和操作步骤记录实验现象，数据处理方法形成方案。化学实验方案设计的一般类型：化学实验方案设计物质的制备实验方案设计物质的性质实验方案设计物质的检验实验方案设计综合性实验方案设计评价化学实验方案设计的基本原则：科学性：实验原理，准确，实验流程合理。安全性：保护人身、保护环境、保护仪器。可行性：条件允许，效果明显，操作正确。简约性：做到步骤少，时间短、效果好等基本要求。经济性：原料利用率用高，所用原料易得，价廉物美。一物质制备实验方案设计：物质制备实验方案的设计的一般思路是：实验目的实验原理实验用品选择根据信息结合产物的性质设计方案方案一方案二方案三结合实验方案设计的基本原则，选择最优方案具体方案设计二物质的性质实验设计此类题主要是对物质具有的性质进行求证，其方案设计的基本思路是： 分析物质的结构或所属类型典型代表物的性质物质可能具有的一系列性质设计出合理的实验方案推测对物质具备的性质去求证，关键在于设计出简捷的实验方案，做到操作简单，现象明显，而且安全性好。三物质检验实验方案的设计物质检验实验方案的设计基本思路：利用物理性质（如颜色、状态、气味、密度等）或化学性质进行物质检验，使被检物质与加入的试剂作用，转变为某种已知物质，或产生某种特殊现象（生成气体、沉淀、显现特殊颜色等），从而确定该物质的存在。四综合性实验方案的设计综合性实验方案的设计，主要以教材内容为主考查学生的基本操作、基本技能或考查学生对典型实验有关而又易忽略和重要细节的掌握情况。解答此类题必须依据反应原理、基本实验操作和亲自动手实验的经验来解答。IV典型例题例1：实验室用浓盐酸和MnO2共热制Cl2，并用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，现已知反应：2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O 温度稍高即发生副反应：6Cl2+6Ca(OH)2=Ca(ClO3)2 +5CaCl2+6H2O现有三个同学分别设计的三套实验装置，如图所示：（1）请从a不容量控制反应速率；b容量控制反应速率；c有副反应发生；d可防止副反应发生；e污染环境；f可防止污染环境等几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点做出评析，并选择符合题目要求的选项填在空格内。优点缺点甲装置乙装置丙装置（2）上述装置中，甲由A、B两部分组成，乙由C、D、E三部分组成，丙由F、G两部分组成。请从上述装置中选取合理的组成部分，组装成一套较完善的实验装置，装置的各部分的连接顺序（按气流从左到右的方向）是 。（3）实验中若用12molL1的浓盐酸100mL与足量的MnO2反应，最终生成Ca(ClO)2的物质的量总是 0.15mol（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因是（假定各步反应均无产物损耗，且无副反应发生） 。【解析】：这是一道物质制备实验方案设计题。（1）仔细分析，可以发现甲装置中使用了冷却装置，可防止副反应发生，但没有使用分液漏斗滴加浓盐酸来控制反应速率，且反应装置中无尾气吸收装置，未反应完的氯气排入大气中会造成环境污染；故其优点为：d，缺点为：a、e。乙装置中，用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，可以防止污染环境，但也没有使用分液漏斗滴加浓盐酸来控制反应速率，且反应装置中没有使用冷却装置，容量发生副反应，产生副产物；装置乙的优点：f，缺点：a、c；装置丙中使用分液漏斗可以控制反应速率，但无冷却和尾气吸收装置，其优点为b，缺点为：c、e。（2）综合上述三套装置的优缺点，完善的组合是F、B、E。（3）考虑到随着反应的进行，盐酸的浓度会越来越小，而稀盐酸是不与MnO2反应的，所以最终生成Ca(ClO)2的物质的量总是小于0.15mol。 【评述】本题考查了学生对物质制备实验方案的评价能力，要做好这类题，要求我们在平时的学习中要做到“知其然，还必须知其所以然”。例2（2005年广东高考）研究性学习小组进行SO2的制备及性质探究实验。（1）根据反应Na2SO3（固）+H2SO4（浓） Na2SO4 + SO2+ H2O，制备SO2气体。用下列简图，在答题卡的方框中画出制备并收集SO2的实验装置（含试剂）示意图。带孔橡胶塞 锥形瓶 集气瓶 分液漏斗 导管 液体 固体实验过程中，使用分液漏斗滴加浓硫酸的操作是_。（2）将SO2气体分别通入下列溶液中：品红溶液，现象是 _ _ _；溴水溶液，现象是_ _；硫化钠溶液，现象是_ _。（3）有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象很不明显，但又不存在气密性问题。请你推测可能的原因并说明相应的验证方法（可以不填满）。原因_ _；验证方法_。原因_；验证方法_。原因_；验证方法_。【解析】：这是一道物质的性质实验设计题(1) 根据题目给出的制备SO2原理和有关仪器，可绘出SO2气体的制备和收集装置（如右下图所示）。用分液漏斗滴加浓硫酸的正确方法：打开分液漏斗上口的活塞（或瓶塞也可），慢慢旋开分液漏斗的旋塞，根据反应情况选择滴加浓硫酸的速度。(2)这部分实验内容是验证SO2的化学性质的实验， SO2具有的主要化学性质：酸性氧化物的通性、较强的还原性、较弱的氧化性和漂白性。将SO2通入品红溶液中， SO2具有漂白性，能与品红结合生成不稳定的无色物质，所以品红溶液褪色。将SO2通入溴水时， SO2具有较强的还原性，溴单质具有较强的氧化性，能发生如下氧化还原反应：SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr ，故SO2通入溴水中，溴水褪色。将SO2气体通入硫化钠溶液时，SO2溶于水后生成亚硫酸，亚硫酸的酸性比氢硫酸强，而且SO2具有氧化性，可将硫化钠氧化而析出硫单质。故实验现象为：有浅黄色沉淀(或溶液变浑浊)(3)反应装置不存在问题，反应速度缓慢的原因可以从药品和操作等方面进行分析，通过对反应原理：Na2SO3（固）+H2SO4（浓） Na2SO4 + SO2+ H2O的分析，不难得出以下的可能的原因：所用的Na2SO3 变质，被氧化成了Na2SO4，验证方法为：取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2 ，溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3 固体变质。所用的硫酸不是浓硫酸，验证方法为：用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸。【评述】这是一道综合性较强、能力层次分明的实验题，试题从考查学生实验室制备气体的基本操作开始，由浅入深地考查了学生绘制实验装置的能力、验证物质的性质能力和学生对实验设计的文字表述能力。例3：水蒸气通过灼热的煤所产生的混和气，其主要成份是CO、H2还含有CO2和水蒸气。请用下列装置设计一个实验，以确认上述混和气中含有CO和H2。 （1）连接上述装置的正确顺序是：(填各接口的代码字母)混和气( )( )接( )( )接( )( )接( )( )接( )( )（2）确认混和气中含有H2的实验现象是_；其理由是_。（3）能确认混合气体中含有CO的实验现象是 ；其理由是 。【解析】：这是一道物质检验实验方案设计题（1）根据气体的流向和要排除的干扰因素（排除CO2和水蒸气对CO、H2气体的检验的干扰），可以得到正确的连接顺序： (E)(F)接(D)(C)接(A)(B)或(B)(A)接(J)(I)接(H)(G) 。（2）因为H2通过灼热的CuO后生成铜和水蒸气，故确认混和气体中含有H2的实验现象为：黑色CuO变红、无水硫酸铜变蓝。（3）因为CO通过灼热的CuO后生成铜和CO2气体，通入澄清石灰水中变混浊。所以判断混和气体中含有CO的实验现象为：澄清石灰水变混浊。【评述】本题以H2、CO气体的检验为知识背景，考查了学生对关物质检验实验方案的设计能力。解答这类题的关键是熟知常见物质的检验方法，掌握如何排除物质检验实验过程中的种种干扰因素。例4某研究小组进行与NH3有关的系列实验。从下图中挑选所需仪器，画出制取干燥NH3的装置简图(添加必要的塞子、玻璃导管、胶皮管。固定装置和尾气处理装置不用画)，并标明所用试剂。将NH3通入溴水中，有N2生成，反应的化学方程式为 。为验证“同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子”，该小组同学设计了如右上图所示的装置，图中B管的容积是A管的2倍，活塞K1、K2、K3、K4、K5均关闭(固定装置和尾气处理装置略；HCl和NH3均不溶于石蜡油，也不与之反应；装置气密性好。在A管中充满与大气压强相等的干燥HCl气体。操作是： 。控制活塞K4、K5，调节C，使B管充满与A管同压的干燥NH3。缓缓开启K3，A管中的现象是 。要达到实验目的，当反应完成并恢复到室温时，B管中预期的现象是 ；若观察不到预期现象，主要原因是 。【解析】（1）从题中给出的仪器分析，制取干燥的氨气可采用固液不加热型装置来制备，制氨气所用试剂为浓氨水、NaOH固体，氨气是碱性气体，可选取碱石灰做干燥剂。装置图所右图所示。（2）通过对反应物和产物的分析，不难写出反应方程式为：2NH3+3Br2=6HBr+N2（3）HCl气体的密度比空气密度大，要在A中充满与大气压强相等的HCl气体，应打开K1、K2，然后从K2处通入干燥的HCl气体，直到K1处有白雾出现，关闭K2，再关闭K1。由题中信息可知，B管中NH3气体的物质的量是A管中HCl气体物质的量的2倍。当打开K3后， NH3气体上升到A管中，与管内的HCl气体反应，此时可以观察到A管中有大量的白烟产生； A管中的HCl气体完全被消耗，而原B管中的NH3气体则只反应一半，余下的另一半NH3气体进入A管， A管中气体的压强与原来一样大，B管中则没有气体剩余，所以B管中将充满石蜡油。如果实验未达到预期的效果，说明实验时A管中未全部充满HCl气体。【评述】本题通过画实验装置图考查了学生的基本实验设计能力；通过对阿伏加德罗定律的验证实验考查学生实验的综合实践的能力和文字的表述能力。V跟综训练：一选择题（本题包括有5个小题，每小题只有一个正确选项）1实验室制备Al2S3，下列方案可行的是 （ ）A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合B将H2S气体通入Al2(SO4)3溶液中C将Al(NO3)3固体与K2S固体混合D将金属铝与硫磺混合加热2为除去CO2气体中的SO2气体，下列对于仪器和药品的组合中合理的是（ ）仪器：洗气瓶 干燥管药品：固态生石灰 饱和Na2CO3溶液 饱和NaHCO3溶液A B C D3海带中含碘元素。有人设计如下步骤来提取碘：通足量的氯气；将海带烧成灰，向灰中加水搅拌；加CCl4振荡；过滤；用分液漏斗处理。合理的操作顺序是（ ）A B C D4在实验室进行物质制备，下列从原料及试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是（ ）在空气中点燃NaOH溶液CuO，AC CO CO2 Na2CO3 NaOH溶液AgNO3溶液BCu Cu(NO3)2溶液 Cu(OH)2 H2SO4溶液点燃CFe Fe2O3 Fe2(SO4)3溶液Na2CO3 H2O DCaO Ca(OH)2溶液 NaOH溶液5下列实验方案合理的是（ ）A配制50 g质量分数为5% NaCl溶液：将45 mL水加入到盛有5 g NaCl的烧杯中，搅拌溶解B制备乙酸乙酯：用如右图所示的实验装置C鉴定SO：向溶液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液D鉴别环已烯和苯：将溴的四氯化碳溶液分别滴加到少量环已烯和苯中二选择题（本题包括7个小题，每小题有12个正确选项）6下列实验能达到预期目的的是（ ）用乙醇和浓硫酸除去乙酸乙酯中的少量乙酸将Cl2的制备和性质实验联合进行以减少实验中的空气污染用食醋和澄清石灰水验证蛋壳中含有碳酸盐用硝酸钡溶液鉴别硫酸根离子与亚硫酸根离子用溴水检验汽油中是否含有不饱和脂肪烃A B C D7某课外活动小组利用下面装置制取少量O2、HCl、NH3等三种气体，下列所选择的化学试剂均正确、合理的是（ ）制氧气制氯化氢制氨气A氯酸钾晶体、二氧化锰氯化钠固体、浓硝酸氯化铵固体、氢氧化钠固体B二氧化锰、双氧水浓硫酸、浓盐酸生石灰、浓氨水C过氧化钠、水氢气、氯气氯化铵晶体、熟石灰D高锰酸钾晶体食盐、浓硫酸烧碱、浓氨水8下列除去杂质的实验方法正确的是A除去CO中少量O2：通过灼热的Cu网后收集气体B除去K2CO3固体中少量KHCO3：置于坩埚中加热C除去苯中溶有的少量苯酚：加入适量浓溴水反应后过滤D除去FeCl3酸性溶液中少量的FeCl2：加入稍过量双氧水后放置9下列根据实验事实得出的结论，正确的是( ) 10为验证某混合气体中是否含有SO2，下列实验方案合理的是（ ）A首先通入NaOH溶液中，再在溶液中加入BaCl2溶液，然后再加足量稀盐酸B首先确定混合气体中有无其它还原性气体，如HI、HBr等，在排除这些气体的前提下，将混合气体通入酸性KMnO4溶液C首先将气体通入到品红溶液中，再设计实验证实是否含有Cl2等能使品红褪色的其它物质D首先将气体通入酸性KMnO4溶液，再通入品红溶液，再通过BaCl2溶液11（06福州）下列装置中间的试管收集浓硝酸和铜反应所生成的气体，最终可使收到的气体中空气的含量最少是 （ ） 12下列是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。若用过氧化钠和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为（ ）A B C D三本题包括6个小题13某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分，设计了如右图装置。倾斜A使稀硫酸(足量)与固体M充分反应，待反应停止后，B装置增重，C装置中溶液无变化，反应后进入量气管气体的体积为VmL（已折算成标准状况）由上述实验事实可知：（1）固体M中一定有的物质是_(填化学式) 理由是_。其中一种物质的质量可以确定为_g(用代数式表示)。（2)B装置的名称是_。写出B装置中反应的离子方程式_。（3)C装置的作用是_，如果实验中没有B装置，则C装置中产生的现象是_。（4)稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体，该固体是_,要分离出该固体，在实验操作中，除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是_。（5）通过进一步实验，测得固体M中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质量之和，产生这种现象的原因可能是_ aM中有未反应的铁和硫 b测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面 cA中留有反应生成的气体 d气体进入D装置前未用浓硫酸干燥14氧化铜有多种用途，如用作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验：I制备氧化铜 工业CuSO4 CuSO4溶液 CuSO45H2O CuO步骤I的目的是除不溶性杂质。操作是 。步骤的目的是除铁。操作是：滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+转化完全后，慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末，搅拌，以控制溶液pH=3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH=1。控制溶液pH=3.5的原因是 。步骤的目的是得到CuSO45H2O晶体。操作是 ，过滤，水浴加热烘干。水浴加热的特点是 。探究氧化铜的性质取A、B两支试管，往A中先加入适量CuO粉末，再分别向A 和B中加入等体积的3%H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡。结论是 。为探究试管A中反应的速率，收集气体并测定其体积必需的实验仪器有 。15硫酸亚铁（FeSO47H2O）是一种重要的食品和饲料添加剂。实验室通过如下实验由废铁屑制备FeSO47H2O晶体：将5% Na2CO3溶液加入到盛有一定量废铁屑的烧杯中，加热数分钟，用倾析法除去Na2CO3溶液，然后将废铁屑用水洗涤2 3遍；向洗涤过的废铁屑中加入过量的稀硫酸，控制温度在50 80之间至铁屑耗尽；趁热过滤，将滤液转入到密闭容器中，静置、冷却结晶；待结晶完毕后，滤出晶体，用少量冰水洗涤2 3次，再用滤纸将晶体吸干；将制得的FeSO47H2O晶体放在一个小广口瓶中，密闭保存。请回答下列问题：（1）实验步骤的目的是 ，加热的作用是 。（2）实验步骤明显不合理，理由是 。（3）实验步骤中用少量冰水洗涤晶体，其目的是 ； 。（4）经查阅资料后发现，硫酸亚铁在不同温度下结晶可分别得到FeSO47H2O、FeSO44H2O和FeSO4H2O。硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和该温度下析出晶体的组成如下表所示（仅在56.7、64温度下可同时析出两种晶体）。硫酸亚铁的溶解度和析出晶体的组成温度/010305056.76064708090溶解度/g14.017.025.033.035.235.335.633.030.527.0析出晶体FeSO47H2OFeSO44H2OFeSO4H2O温度/02040608010203040溶解度/g请根据表中数据作出硫酸亚铁的溶解度曲线。（5）若需从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO44H2O，应控制的结晶温度（t）的范围为 。16某校化学小组学生利用下图所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取FeCl36H2O晶体。（图中夹持及尾气处理装置均已略去）（1）装置B中发生反应的化学方程式是 。（2）装置E中的现象是 。（3）停止反应，待B管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。简述检验滤液中Fe3的操作方法： （4）该小组学生利用上述滤液制取FeCl36H2O晶体，设计流程如下：Cl2III滤液 FeCl3溶液 FeCl36H2O晶体步骤I中通入Cl2的作用是 。步骤II从FeCl3稀溶液中得到FeCl36H2O晶体的主要操作包括： 。该流程中需保持盐酸过量，主要原因是（结合离子方程式简要说明） 。17乙二酸（HOOCCOOH）俗称草酸。某校学生为探究乙二酸的部分化学性质，进行了下述实验：（1）向盛有少量乙二酸饱和溶液的试管内滴入用硫酸酸化的KMnO4稀溶液，振荡，观察到的现象为 ，说明乙二酸具有 （填“氧化性”、“还原性”或“酸性”）。（2）向图甲的A试管中加入一定量的乙二醇浓硫酸和乙二酸，用酒精灯小火均匀加热试管35min，在B试管中有油状液体产生，若反应中生成了六元环状化合物，该反应的化学方程式为 ，其中B试管中的导管不伸入液面下的原因是 ，饱和碳酸钠溶液的作用是 。（3）已知：草酸在约157时升华，在175时受热分解可生成H2O、CO2和CO；草酸钙是难溶于水的白色固体。该校学生设计了一套验证草酸受热分解并检验产物中有CO2的实验装置，如图乙所示。请回答：从环境保护的角度看，应增加尾气处理装置，你如何进行尾气处理 ， 。依据题给数据，请分析根据D试管中石灰水变浑的现象，能否确定草酸分解产物中有CO2 （填“能确定”或“不能确定”），理由是 。 图甲 图乙18某些废旧塑料可采用下列方法处理：将废塑料隔绝空气加强热，使其变成有用的物质，实验装置如右图。加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表：产物氢气甲烷乙烯丙烯苯甲苯碳质量分数(%)1224121620106（1）试管A中残余物有多种用途，如下列转化就可制 取高聚物聚乙炔。A中残留物聚乙炔 写出反应的化学方程式 、 。（2）试管B收集到的产品中，能