广西2019年高考化学一轮复习 第10单元 化学实验基础 10.3 物质的制备、实验方案的设计与评价课件 新人教版.ppt

第3节物质的制备、实验方案的设计与评价,考纲要求:1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。2.根据化学实验的目的和要求,能做到:(1)设计实验方案;(2)正确选用实验装置;(3)掌握控制实验条件的方法;(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;(5)评价或改进实验方案。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,常见气体的实验室制法1.常见气体的制备原理和发生装置,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.气体的净化和干燥(1)除杂试剂的选择方法。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,易溶于水或能与水反应不生成其他气体杂质的用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体,下同),可将混合气体通过盛水的A装置除去。酸性杂质用碱性吸收剂,碱性杂质用酸性吸收剂吸收。如CO(CO2),可将混合气体通过盛有NaOH溶液的A装置,或盛放碱石灰的B装置或C装置或D装置来除去杂质。还原性杂质,可用氧化性较强的物质作吸收剂来吸收或转化;氧化性杂质,可用还原性较强的物质作吸收剂吸收。例如CO2(CO),可将混合气体通过盛有灼热CuO的E装置来除去杂质。选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂来除去杂质。如O2(H2S),可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的A装置除去杂质。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)常见的干燥剂及其应用。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,3.气体的收集,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.尾气处理方法(1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,可采用防倒吸装置(即在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。(2)对于溶解度不大的尾气。如Cl2、CO2等,可直接将导管插入吸收剂液面下吸收。(3)对于有毒且易燃的气体如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固(1)常见气体的发生装置。实验室用Ca(OH)2与NH4Cl、浓氨水与NaOH固体反应分别制取氨气可以选用装置A、C。若用H2O2分解来制取氧气,可以选用装置C。实验室制取氯气,可以选用装置D。装置B可以制备的常见气体有CO2、H2(写出两种)。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)实验室制取、收集干燥的以下6种气体:CO2H2SNO2O2Cl2NH3如图装置可适用的气体是;制取装置不适用的是;干燥装置不适用的是;收集装置不适用的是。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,做气体的制备与性质检验类实验题要有清晰的解题思路,审清题意,明确实验目的,结合制备气体的性质,确定实验原理,选择合适的试剂及仪器。应特别注意,同一种气体可能有多种制法,如NH3、O2、Cl2等气体的制备,制备原理不同反应特点不同制备装置不同。1.气体制备实验的基本思路实验目的实验原理药品选择反应装置操作步骤注意事项形成方案。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例1(2018湖北孝感模拟).以下是实验室制取气体的三种常见装置:(1)怎样检验B装置的气密性?。(2)实验室可用A装置制备并收集的气体有(选填序号,下同),可用C装置制备的气体有。O2NOH2CO2C2H2Cl2,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,.用下列装置测定Na2O、Na2O2固体混合物中Na2O2的质量分数,回答下列问题。仪器a的名称是,该实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)实验步骤:连接好装置,检查装置气密性装入试剂,其中固体混合物样品质量为cg调节两边液面在同一高度后,读取碱式滴定管读数为V1mL打开仪器a的活塞,将水全部放入锥形瓶待反应完成,且气体恢复到室温时,读取碱式滴定管读数为V2mL。(4)实验计算:若实验状况下的气体摩尔体积为bLmol-1,则固体混合物中Na2O2的质量分数为。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(5)误差分析:下列操作导致所测Na2O2质量分数偏低的有(填字母)。A.没有等气体恢复到室温时便读数B.第二次俯视读取滴定管读数C.没有进行上述实验步骤中空白处的操作,便读数D.仪器a中的水太多E.实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答案.(1)关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好(2).分液漏斗2Na2O2+2H2O=4Na+4OH-+O2(3)调节两边液面在同一高度,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,解析.(1)根据装置B的特点,检验装置气密性的方法是关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好。(2)A装置适合固体加热制取难溶于水的气体,故O2适合;C装置适合固液或液液加热制取气体,故Cl2适合。.如题图所示,a是分液漏斗,左侧固体中的Na2O2与水反应生成O2,在右侧通过排水法收集,气体的体积等于碱式滴定管中上升的水的体积,实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为2Na2O2+2H2O=4Na+4OH-+O2。(3)为了使测量结果更准确,待反应完成,先冷却至室温,再调节两边液面在同一高度,然后读取碱式滴定管数据。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(5)A项,没有等气体恢复到室温时便读数,则测得氧气体积偏大,使结果偏高;B项,因为滴定管刻度越往上数越小,所以第二次俯视读取滴定管读数会导致V2偏小,使测得氧气体积偏大,导致结果偏高;C项,未调节两边液面在同一高度,则气体被压缩,测得体积偏小,使结果偏低;D项,分液漏斗和锥形瓶是连通的,所以仪器a中的水太多对结果没有影响;E项,实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管,则将水全部放入锥形瓶后未反应的水占用了一定空间,导致测得气体体积偏大,使结果偏高。综上,C项符合题意。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,归纳总结常见改进的尾气吸收装置,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练1.(2018湖南重点中学联考)某兴趣小组用如图装置制备气体(酒精灯可以根据需要选择),对应说法正确的是(),考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答案,解析,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的绿色高效水处理剂。某学习小组用如图所示装置(夹持仪器已略去)制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备K2FeO4。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,查阅资料知K2FeO4的部分性质如下:可溶于水、微溶于浓KOH溶液;在05、强碱性溶液中比较稳定;在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。请回答下列问题:(1)仪器C和D中都盛有KOH溶液,其中C中KOH溶液的用途是。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。为保证反应生成KClO,在不改变KOH溶液浓度的前提下,需要将反应控制在05下进行,实验中可以采取的措施是。(3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到含KOH的KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,写出该反应的化学方程式:;该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3饱和溶液中,其原因是。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)制得的粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质。一种提纯方案是:将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3molL-1KOH溶液中,用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤23次后,在真空干燥箱中干燥。第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是、(填化学式),过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是。用乙醇洗涤晶体的原因是。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答案:(1)和氯气反应制备KClO(2)装置C加冰水浴冷却(3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH=2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O生成的K2FeO4在Fe3+催化作用下会发生分解(4)Fe(OH)3K2FeO4滤纸在强碱条件下易被腐蚀乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,解析:(1)装置A中KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,装置B中饱和食盐水用于除去Cl2中混有的HCl,装置C中KOH溶液用于吸收Cl2制取KClO,装置D中KOH溶液用于吸收尾气,防止污染环境。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3,在不改变KOH浓度的前提下,可采用冰水浴来控制反应温度,防止生成KClO3。(3)在KOH溶液中,Fe(NO3)3溶液与KClO溶液反应制取K2FeO4,铁元素由+3价升高到+6价,根据氧化还原反应规律推知,KClO中+1价氯元素价态降低至-1价,即生成Cl-,化学方程式为2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH=2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O。K2FeO4在Fe3+催化作用下发生分解,若将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3溶液中,由于Fe3+过量,生成的K2FeO4易分解。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)K2FeO4粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质,而Fe(OH)3难溶于水,故第一次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为Fe(OH)3;K2FeO4微溶于浓KOH溶液,故第二次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为K2FeO4。K2FeO4可溶于水,在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2,用乙醇洗涤可降低K2FeO4的溶解,并防止K2FeO4与水发生反应。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,实验方案的设计与评价1.常见实验方案的设计依据(1)证明酸性:pH试纸或酸碱指示剂;与碳酸钠反应;与锌等反应。(2)证明弱酸性:证明酸在溶液中存在电离平衡;测定对应盐溶液的酸碱性;测量稀释前后酸溶液的pH的变化。(3)证明氧化性:与还原剂反应现象明显。(4)证明还原性:与氧化剂反应现象明显。(5)证明为胶体分散系:丁达尔效应。(6)证明有碳碳双键(或三键):使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(7)比较金属的活动性:与水反应;与酸反应;金属间的置换反应;原电池原理;电解池原理;最高价氧化物对应水化物的碱性。(8)比较非金属性的强弱:非金属间的置换反应;与氢气反应的难易;气态氢化物的稳定性;最高价氧化物对应水化物的酸性。(9)比较酸碱性:强酸或强碱制弱酸或弱碱。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,3.实验方案评价题的解题要点(1)理论上要科学。(2)操作上要简单可行。(3)原料用量要节约。(4)要环保,符合绿色化学原则。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.实验评价题的常见考查角度(1)可行性方面。分析实验方案是否科学可行;实验操作是否安全合理;实验步骤是否简单方便;实验效果是否明显。(2)绿色化学方面。实验过程中是否造成环境污染;原料是否无毒、安全、易得;原料利用率是否较高;反应速率是否较快。(3)安全性方面。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下:净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;进行某些易燃易爆实验时要防爆炸;防氧化;污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状态物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;防吸水。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)规范性方面。冷凝回流:有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置中加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等;易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序;其他,如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。(5)最佳方案的选择。几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最简单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置,下层溶液显紫红色,证明氧化性:Fe3+I2()(2)将浓(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液中,都出现沉淀,表明两者均可使蛋白质变性()(3)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁都有水珠,说明两种物质均受热分解()(4)向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀,则Ksp(AgCl)Ksp(AgI)(),考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(5)用图示装置可以观察铁的吸氧腐蚀()(6)向AgNO3溶液中滴加过量氨水,溶液澄清,证明Ag+与NH3H2O能大量共存()(7)将可调高度的铜丝伸入到稀硝酸中,溶液变蓝,证明Cu与稀硝酸发生置换反应(),考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,实施实验操作注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性。记录实验现象、数据全面而准确。分析、归纳得出结论。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)注意事项。实验操作顺序:装置选择与连接气密性检查加固体药品加液体药品开始实验(按程序)拆卸仪器其他处理等。加热操作先后顺序的选择:若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。目的是:a.防止爆炸(如氢气还原氧化铜);b.保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,实验中试剂或产物防止变质或损失:a.实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水;b.易挥发的液体产物要及时冷却;c.易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);d.注意防止倒吸的问题。会画简单的实验装置图:考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可,但要符合基本要求,例如形状、比例等。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.化学实验评价的五个方面(1)可行性。只有合理且切实可行的实验方案才有意义。可行性是方案的第一要素,评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析:理论上要科学合理;操作上要简单可行。(2)经济效益。评价一种实验方案,不仅要从科学性上判断是否可行,还要从经济效益上考虑是否切合实际:仪器药品是否价格低廉、便宜易得;反应是否充分,原子经济性是否较强。(3)绿色环保。分析实验药品是否有毒,是否会造成环境污染。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)安全性。避免炸裂:受热不均匀、液体倒吸、气流不畅、易燃气体中混有助燃气体等;防污染:有毒尾气未经处理、剩余药品随意丢弃、实验产生的废液随意倾倒等;防失火:点燃或熄灭酒精灯的方法不正确、易燃试剂与明火接触等;防吸水:极易水解、吸水性强(易潮解)的物质未密封保存或与潮湿空气接触,大量吸水导致液体溢出或反应变质等。(5)规范性。仪器的安装与拆卸;试剂添加的顺序与用量;加热的方式方法和时机;仪器的查漏、气密性检验;温度计的规范使用、水银球的位置;实验数据的读取;冷却、冷凝的方法等。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例2以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。,(1)经检验,现象中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象:。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)已知:Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经检验,现象的白色沉淀中无,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱溶液,还可使酸性KMnO4溶液褪色。推测沉淀中含有亚硫酸根和。对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:.被Al(OH)3所吸附;.存在于铝的碱式盐中。对假设设计了对比实验,证实了假设成立。a.将对比实验方案补充完整。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,步骤一:步骤二:(按上图形式呈现)。b.假设成立的实验证据是。(4)根据实验,亚硫酸盐的性质有。盐溶液间反应的多样性与有关。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)由本题实验中Na2SO3与不同的硫酸盐反应知盐溶液间的反应存在多样性,这与两种盐溶液中阴、阳离子的性质以及反应条件有关。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答题模板设计实验方案的一般流程,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练3.(2017全国)由下列实验及现象不能推出相应结论的是(),C,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.(2018福建泉州质检)热稳定系数和总氯量是漂白粉行业标准里的两个指标。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,.利用如图装置探究漂白粉的热分解产物。资料显示:久置于潮湿环境中的漂白粉受热生成的气体产物中有O2和少量Cl2。(1)加热干燥漂白粉样品,观察到B中有大量无色气泡产生。则次氯酸钙分解的固体产物中一定有。(2)加热久置于潮湿环境中的漂白粉样品,观察到B中也有气泡产生。B中发生反应的离子方程式为。待充分反应后,断开连接A、B的橡皮管,停止加热,冷却。利用B中产物,通过实验证明加热时有少量氯气生成。请设计实验方案:。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,.测定漂白粉总氯的百分含量(即样品中氯元素总质量与样品总质量的比值)。实验步骤如下:准确称取5.000g漂白粉样品,研细,加蒸馏水溶解并冷却后,稀释至500mL。移取25.00mL该试样溶液至锥形瓶中,调节溶液pH,缓慢加入适量3%H2O2溶液,搅拌至不再产生气泡。加入适量K2CrO4溶液作为指示剂,以0.1000molL-1AgNO3标准溶液滴定至终点。多次实验,测得消耗AgNO3标准溶液平均体积为25.00mL。已知:Ksp(AgCl,白色)=1.5610-10,Ksp(Ag2Cr2O4,砖红色)=9.010-12。(3)步骤中,溶解、稀释的过程所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、。(4)加入3%H2O2溶液,搅拌至不再产生气泡,目的是(用离子方程式表示)。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(5)滴定终点的现象是。(6)该漂白粉总氯的百分含量为。(7)下列操作导致总氯百分含量测定结果偏高的是。A.指示剂K2CrO4的用量过多B.在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面C.滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答案(1)CaCl2(2)2OH-+Cl2=Cl-+ClO-+H2O取少量B中溶液,先加入硝酸酸化,再滴加硝酸银溶液,若出现白色沉淀,说明有Cl2生成(3)500mL容量瓶胶头滴管(4)ClO-+H2O2=Cl-+O2+H2O(5)当滴入最后一滴标准液,溶液中出现砖红色沉淀,且半分钟内不消失(6)35.5%(7)C,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,解析(1)加热干燥的漂白粉样品,观察到B中有大量无色气泡产生,说明漂白粉受热生成的产物中有O2,O元素的化合价从-2价升高到0价,根据氧化还原反应的规律可知,Cl元素的化合价应从+1价降低到-1价,所以次氯酸钙分解的固体产物中一定有CaCl2。(2)因久置于潮湿环境中的漂白粉受热生成的气体产物中有O2和少量Cl2,则在B中Cl2与NaOH发生反应生成NaCl、NaClO和H2O,离子方程式为2OH-+Cl2=Cl-+ClO-+H2O。若漂白粉加热时有少量氯气生成,则氯气与NaOH溶液反应后所得的溶液中含有Cl-,所以只要检验B中含有Cl-即可,实验方案为:取少量B中溶液,先加入硝酸酸化,再滴加硝酸银溶液,若出现白色沉淀,说明有Cl2生成。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)步骤中,将称量的漂白粉样品研细,加蒸馏水溶解并冷却后,稀释至500mL,则所需的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还需要500mL容量瓶和胶头滴管。(4)加入H2O2溶液,搅拌至不再产生气泡,目的是使漂白粉与H2O2完全反应,该反应的离子方程式为ClO-+H2O2=Cl-+O2+H2O。,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(7)若指示剂K2CrO4的用量过多,则溶液中的浓度较大,会造成Cl-尚未完全沉淀时就有砖红色沉淀生成,消耗标准溶液的体积偏小,测定结果偏低,A项不符合题意;在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,会使读取的标准溶液体积偏小,测定结果偏低,B项不符合题意;滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失,会使读取的标准溶液体积偏大,测定结果偏高,C项符合题意。,1.实验方案设计基本要求(1)科学性;(2)安全性;(3)可行性;(4)简约性。2.仪器连接顺序(1)“自下而上,从左到右”的顺序;(2)气体净化装置先洗气后干燥;(3)洗气时,进气管长,出气管短;(4)干燥管,大口进气,小口出气。3.综合性实验题解答步骤(1)明确实验目的、原理;(2)根据实验原理选择仪器、药品;(3)组装仪器并理解各仪器的作用及使用方法;(4)结合题意,综合分析解答。,2,1,3,4,5,1.某学生想利用如图装置(烧瓶位置不能移动)收集下列气体:H2,Cl2,CH4,HCl,NH3,NO,NO2,SO2。下列操作正确的是()A.烧瓶是干燥的,由A进气收集B.烧瓶是干燥的,由B进气收集C.在烧瓶中充满水,由A进气收集D.在烧瓶中充满水,由B进气收集,A,解析:由A进气,应该收集密度比空气小且不与空气中的成分反应的气体,可以用此方法收集,A项正确;由B进气,应该收集密度比空气大且不和空气中的成分反应的气体,可以用此方法收集,B项错误;用排水法收集的气体在水中的溶解度小,且应该由A进气,因此C、D两项错误。,2,1,3,4,5,2.下列制备和收集气体的实验装置合理的是(),答案,解析,4,3,1,2,