2020版高考化学一轮复习第十章第四节化学实验方案的设计与评价课件新人教版.pptx

第四节 化学实验方案的设计与评价,考向一 性质探究性实验的设计 【通考点融会贯通】 1.猜想型实验题的思维流程,2.解答物质性质探究题的流程 (1)第一步明确实验干什么:审题干及设问,明确实验 目的; (2)第二步分析题干信息有什么:审题干明确物质的特 性及其他有效信息; (3)第三步思考实验原理是什么:根据目的、题干信息 及已有知识,设想探究、验证物质性质的实验原理;,(4)第四步思考题干设问为什么:细审试题设问,斟酌命题意图,确定答题方向; (5)第五步规范解答:结合第三步、第四步,用学科语言、化学用语有针对性的回答问题。,【通考题触类旁通】 1.(2018全国卷)下列实验过程可以达到实验目的的是 ( ),【命题意图】本题以图表的形式考查化学实验中基本实验操作和实验的设计与评价。,【解析】选B。4.0 g固体NaOH的物质的量为0.1 mol, 因此使用250 mL的容量瓶,但题目中对实验的操作叙 述不清楚,没有冷却、洗涤等步骤,故A项错误;FeCl3 具有氧化性,因此能与具有还原性的维生素C发生反应, 从而使溶液的颜色由黄色变为浅绿色(Fe2+),故B项正 确;C项中产生的气体应最后通过浓硫酸,否则会引入,水蒸气,故C项错误;H2O2与NaHSO3的反应没有明显的实验现象,因此不能用此反应探究浓度对反应速率的影响,故D项错误。,2.(2017天津高考)以下实验设计能达到实验目的的是 ( ),【解析】选D。A项,加热碳酸氢钠分解生成了碳酸钠,不能达到实验目的;B项,直接蒸发AlCl3溶液,铝离子发生水解,最终得到的是Al(OH)3;C项,重结晶法提纯苯甲酸的方法是将粗品水溶,趁热过滤,滤液冷却结晶即可;D项,NaBr和KI都能与氯水反应生成对应的单质,再用四氯化碳萃取,颜色层不同。,考向二 组成探究性的设计 【通考点融会贯通】 1.物质组成的定量测定的常用方法 (1)沉淀法 先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥的沉淀的质量,再进行相关计算。,(2)测气体体积法 对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度,如量气装置的设计: 下列装置中,A是常规的量气装置,B、C、D是改进后的量气装置。,(3)测气体质量法 将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气体的质量,然后进行相关计算。,(4)滴定法 即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。,(5)热重法 只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度的关系。通过分析热重曲线,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。,2.定量型实验题的解题模板,【通考题触类旁通】 (2017全国卷)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H3BO3= NH3H3BO3; NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3。,回答下列问题: (1)a的作用是_。 (2)b中放入少量碎瓷片的目的是_。f的名称是_。,(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是_;打开k2放掉水,重复操作23次。,(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。,d中保留少量水的目的是_。 e中主要反应的离子方程式为_,e采用中空双层玻璃瓶的作用是_。 (5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为c molL-1的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为_%,样品的纯度_ _%。,【解析】(1)a为连通大气的玻璃管,当b中压强增大时, 玻璃管的液面会上升,从而使体系压强趋于稳定,因此 a的作用为平衡内外压强,防止压强过大发生危险。 (2)加入碎瓷片的目的是防暴沸,f为直形冷凝管。 (3)停止加热,关闭k1后,c至e中热的蒸馏水来源中 断,f中的冷凝水使得残留的水蒸气液化,内部压强减 小,g中的蒸馏水就会倒吸入c中。,(4)d中保留少量水,一方面可以检验d装置是否漏气;另一方面若装置气密性不佳会导致氨气泄漏进入空气中,污染空气,而氨气易溶于水,可吸收氨气。,e中加入了铵盐试样和NaOH,通入了热的水蒸气,所 以氨气会逸出(一方面加热促进逸出,另一方面水蒸气 可以带出氨气),所以答案为OH-+ NH3+H2O,e 采用中空双层玻璃瓶,可以减少热量的损耗,使得e的 温度能维持在较高状态,有利于氨气充分逸出。,(5)要求氮的质量分数,先求氮的物质的量,氮的质量 就可以求出,质量分数也就容易求出。氮的物质的量 和氨气的物质的量一致,根据反应,NH3NH3H3BO3 HCl为111的关系,则氮的物质的量与HCl相等,其 中HCl为吸收液,物质的量为10-3cV mol,氮的物质的量 也为10-3cV mol,氮的质量为1410-3cVg,质量分数为 (1410-3cV)/m100%;测出来的氮不一定完全由,甘氨酸提供,所以直接用氮的物质的量代替甘氨酸的物质的量时,为甘氨酸含量的最大值,则甘氨酸的最大质量为m(甘氨酸)=M(甘氨酸)10-3cVg,即75 10-3cVg,最大纯度(质量分数)为(0.075cV/m)100%。,答案:(1)平衡气压,避免b中压强过大 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c中温度下降,管路中形成负压 (4)液封,防止氨气逸出 OH-+ NH3+H2O 保温使氨完全蒸出 (5),考向三 原理探究性实验的设计 【通考点融会贯通】 1.有关规律探究问题的实验设计,常用方法示例,(1)同周期、同主族元素性质的递变规律,一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱,推断元素金属性强弱,从而找出相应的性质递变规律。,(2)比较物质氧化性、还原性强弱的实验设计方法。 (3)物质的酸(碱)性强弱的判断。 判断HA是一元弱酸的实验设计方法。 在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的大小,如将足量的锌粒投入同体积等浓度的盐酸和醋酸中,反应开始时前者产生气体的速率比后者的大。,稀释前后pH的变化与稀释倍数的关系。如将pH=2的酸溶液稀释1 000倍,若pH5,则证明该酸为弱酸;若pH=5,则证明该酸为强酸。 用实验证明溶液中存在电离平衡。如向醋酸中滴入紫色石蕊溶液,溶液变红,再加CH3COONa,颜色变浅。,利用较强酸(碱)制备较弱酸(碱)判断电解质强弱。如将CO2通入苯酚钠溶液中,出现浑浊,说明酸性:H2CO3苯酚。 (4)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。,2.探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下,只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意:选择数据要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。,【通考题触类旁通】 1.(2019大庆模拟)下列实验过程可以达到实验目的的是 ( ),【解析】选B。A项,要探究浓度对化学反应速率影响 实验,应该只有浓度不同,其它条件必须完全相同,该 实验没有明确说明温度是否相同,并且实验现象也不 明显,所以不能实现实验目的;B项,AgCl和AgI的溶度 积常数表达式相同,溶度积小的先产生沉淀,向2支盛 有5 mL浓度均为0.1 molL-1的AgNO3溶液的试管中同 时分别滴加等浓度的NaI溶液和NaCl溶液,根据沉淀的,先后顺序以及沉淀的颜色可以判断溶度积大小;C项,盐酸属于挥发性酸,向盛有碳酸钙固体的锥形瓶中加入6 molL-1盐酸,生成的气体中一定混有少量氯化氢气体,将气体通过饱和Na2CO3溶液,二氧化碳也被吸收了,应该通入饱和的碳酸氢钠溶液中;D项,在中和反应反应热测定实验中,为了保证完全反应,需要使一种物质适当过量。,2.(2017北京高考)某小组在验证反应“Fe+2Ag+ = Fe2+2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05 molL-1硝酸银溶液(pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。,(1)检验产物 取少量黑色固体,洗涤后,_ _(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。 取上层清液,滴加 K3Fe(CN)6溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有_。,(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是_ _(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:,取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:,(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) 对Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+; 假设b:空气中存在O2,由于 _ (用离子方程式表示),可产生Fe3+;,假设c:酸性溶液中 具有氧化性,可产生Fe3+; 假设d:根据_现象,判断溶液中存在Ag+,可产 生Fe3+。 下列实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要 原因。实验可证实假设d成立。,实验:向硝酸酸化的_溶液(pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。 实验:装置如图。其中甲溶液是_,操作及现象是_。,(3)根据实验现象,结合方程式推测实验中Fe3+浓度变化的原因:_。,【解析】(1)黑色固体中含有过量铁,如果同时含有 银,则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe,而银不能溶解; K3Fe(CN)3是检验Fe2+的试剂,所以产生蓝色沉淀说 明含有Fe2+;(2)过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,即 Fe+2Fe3+=3Fe2+;O2氧化Fe2+反应为4Fe2+O2+ 4H+=4Fe3+2H2O,白色沉淀是AgSCN,所以实验可以 说明含有Ag+,Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+;,证明假设abc错误,就是排除Ag+时实验比较,相当于 没有Ag+存在的空白实验,考虑其他条件不要变化,可 以选用NaNO3,原电池实验需要证明的是假设d的反应 Ag+Fe2+=Ag+Fe3+能够实现,所以甲池应当注入 FeCl2、FeCl3混合溶液,按图连接好装置,如电流表指 针发生偏转,可说明d正确,(3)由于存在过量铁粉,溶,液中存在反应有Fe+2Ag+=Fe2+2Ag,反应生成的Fe2+能够被Ag+氧化发生反应Ag+Fe2+=Ag+Fe3+,生成的Fe3+与过量铁粉发生反应Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应为主,c(Fe3+)增大。约30分钟后,c(Ag+)小,以反应为主,c(Fe3+)减小。,答案:(1)加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀或者加入足量稀盐酸(或稀硫酸),固体未完全溶解 Fe2+ (2)Fe+2Fe3+=3Fe2+ 4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O 白色沉淀,0.05 molL-1NaNO3溶液 FeCl2溶液(或FeSO4溶液) 按图连接好装置,电流表指针发生偏转,分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深,(3)溶液中存在反应:Fe+2Ag+=Fe2+2Ag,Ag+ Fe2+=Ag+Fe3+,Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应为主,c(Fe3+)增大。约30分钟后,c(Ag+)小,以反应为主,c(Fe3+)减小,【加固训练】 某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。 实验(一) 碘含量的测定,取0.010 0 molL-1的AgNO3标准溶液装入滴定管,取100.00 mL海带浸取原液至滴定池,用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势(E)反映溶液中c(I-)的变化,部分数据如下表:,实验(二) 碘的制取 另制海带浸取原液,甲、乙两种实验方案如下:,已知:3I2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O。 请回答: (1)实验(一) 中的仪器名称:仪器A_, 仪器 B_。,(2)根据表中数据绘制滴定曲线:,该滴定终点时用去AgNO3溶液的体积为_mL,计算得海带中碘的百分含量为_。 (3)分液漏斗使用前须检漏,检漏方法为_ _。 步骤X中,萃取后分液漏斗内观察到的现象是_ _。,下列有关步骤Y的说法,正确的是_。 A.应控制NaOH溶液的浓度和体积 B.将碘转化成离子进入水层 C.主要是除去海带浸取原液中的有机杂质 D.NaOH溶液可以由乙醇代替 实验(二) 中操作Z的名称是_。 (4)方案甲中采用蒸馏不合理,理由是_。,【解