高考化学 考前热点再冲刺 专题四第2讲 实验方案的设计与评价 新人教版.doc

第2讲实验方案的设计与评价真题试做1(2011课标全国理综，28)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为_(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；_(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。a加热反应一段时间b收集气体并检验其纯度c关闭分液漏斗活塞d停止加热，充分冷却(3)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断，上述实验确有cah2生成。写出cah2与水反应的化学方程式_；该同学的判断不准确，原因是_。(4)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象_。(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是_。2(2012大纲全国，28)现拟用下图所示装置(尾气处理部分略)来制取一氧化碳，并用以测定某铜粉样品(混有cuo粉末)中金属铜的含量。(1)制备一氧化碳的化学方程式是_；(2)实验中，观察到反应管中发生的现象是_；尾气的主要成分是_；(3)反应完成后，正确的操作顺序为_(填字母)；a关闭漏斗开关；b熄灭酒精灯1；c熄灭酒精灯2(4)若实验中称取铜粉样品5.0 g，充分反应后，反应管中剩余固体的质量为4.8 g，则原样品中单质铜的质量分数为_(5)从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水、双氧水中选用合适的试剂，设计一个测定样品中金属铜质量分数的方案：设计方案的主要步骤是(不必描述操作过程的细节)_；写出有关反应的化学方程式_。考向分析近几年所考查的热点：物质的制备及仪器的连接；实验方案的设计及简述操作过程；从安全、环保、可行性评价实验方案。热点例析热点一、常见气体的制备【例1】(2012河南平顶山期末，27)已知nahco3低温时溶解度小，侯德榜制碱的方法是：向氨化的饱和食盐水中通入过量的二氧化碳，即有晶体析出，经过滤、洗涤、焙烧得纯碱。此过程可以表示为：nacl(饱和)nh3co2h2o=nahco3nh4cl(此反应是放热反应)2nahco3na2co3 co2h2o现有某化学小组根据上述原理在实验室中模拟制碱过程，下图c装置是溶有氨和nacl的溶液，且二者均达到了饱和。(1)制co2时为了使反应随开随用，随关随停，上图a方框内应选用以下_装置(填序号)。简述该装置能随关随停的理由_。(2)为使实验能够进行，在b、d方框内补上所需装置，并指明所用试剂。(3)该小组同学按正确的方法连接装置，检验气密性良好后进行实验，结果发现析出的晶体非常少，在老师的指导下，他们对某个装置进行了改进，达到了实验目的。你认为他们的改进方法是_。(4)若所用饱和食盐水中含有nacl的质量为5.85 g，实验后得到干燥的nahco3晶体的质量为5.46 g，假设第二步分解时没有损失，则na2co3的产率为_。即时训练1 在浓cacl2溶液中通入nh3和co2，可以制得纳米级碳酸钙。下图所示ae为实验室常见的仪器装置(部分固定夹持装置略去)，请根据要求回答问题。(1)实验室若用nh4cl和熟石灰作试剂来制取、收集干燥的nh3，则需选用上述仪器装置中的_(填装置序号)。若要制取、收集干燥的co2，请选择装置并按气流方向连接各仪器接口_。(2)若在a的分液漏斗内改加浓氨水，圆底烧瓶内加naoh固体，也能制取氨气。请解释装置a中能产生氨气的原因_。(3)向浓cacl2溶液中通入nh3和co2制纳米级碳酸钙时，应先通入的气体是_，若实验过程中有氨气逸出，应选用下列_装置回收(填代号)。写出制纳米级碳酸钙的化学方程式_。(4)试设计简单的实验方案，判断所得碳酸钙样品颗粒是否为纳米级_。热点二、物质的制备【例2】(2012江西宜春统考，27)二氧化氯(clo2)作为一种高效强氧化剂，已被联合国世界卫生组织(who)列为a级安全消毒剂。常温下二氧化氯为黄绿色或橘黄色气体，性质非常不稳定。温度过高，二氧化氯的水溶液有可能爆炸。某研究小组设计如图所示实验制备clo2。(1)如图，在烧瓶中先放入一定量的kclo3和草酸(h2c2o4)，然后再加入足量的稀硫酸，水浴加热。反应后产物中有clo2、co2和一种酸式盐，该反应的化学方程式为_，氧化产物与还原产物的物质的量之比：_。(2)控制水浴温度在6080 之间的目的是_，图示装置中缺少的一种必要的玻璃仪器是_。(3)a装置用于吸收产生的二氧化氯，其中最好盛放_(填序号)。60 的温水冰水饱和食盐水(4)将二氧化氯溶液加入到硫化氢溶液中，所得溶液中加入少量用稀硝酸酸化过的氯化钡溶液，有白色沉淀生成。请写出二氧化氯溶液和硫化氢溶液反应的离子方程式_。(5)在烧瓶中加入12.25 g kclo3和9 g草酸(h2c2o4)，然后再加入足量的稀硫酸，水浴加热，反应后生成clo2的质量为_。思路点拨 1.制备实验方案设计的基本思路2有气体参加的反应实验方案设计(装置连接)的基本思路3气体除杂的一般思路气体的除杂，首先要判断气体中的杂质，判断气体中的杂质的方法：看反应物的性质，如用盐酸制取的气体中应含有hcl气体杂质；看气体是否完全反应，如用co2与na2o2反应制取的氧气中应含有co2杂质；看反应实质，如c和浓硫酸加热制取的so2中一定含有co2；看是否有副反应发生等。最后再根据杂质的性质选择合适的试剂及装置。4要排除干扰如制取易潮解、易水解的物质(如alcl3)时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中的水蒸气进入干扰实验。即时训练2 某课外活动小组将下图所示装置按一定顺序连接，在实验室里制取一定量的fecl3(所通气体过量并充分反应)。请回答下列问题：(1)a中发生反应的化学方程式为_。(2)各装置的正确连接顺序为(填写装置代号)a_d。(3)装置c的作用是_，写出装置d中反应的离子方程式_。(4)反应开始后，b中硬质玻璃管内的现象为_；可以检验生成物中含有fe3的试剂是_(填写试剂名称)。(5)该小组欲用下图所示装置收集尾气，并测量多余气体的体积。若下图所示量气装置由干燥管、乳胶管和50 ml滴定管改造后组装而成，此处所用滴定管是_(填“酸式”或“碱式”)滴定管。为提高测量的准确性，上图装置中的液体可用_，收集完气体后，读数前应进行的操作是_。如果开始读数时操作正确，最后读数时俯视右边滴定管液面，会导致所测气体的体积_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。热点三、化学实验方案的设计与评价【例3】下图是验证co气体还原性的实验装置图：已知f中装有澄清的石灰水，请根据上述实验目的和实验装置图，填写下列空白：(1)图中各装置中的试剂分别为：a_、b_、d_、e_(从下列试剂中选择最佳试剂)。从实验结果的可靠性方面说明选择c中试剂的理由_。a浓硫酸b稀硫酸c饱和nahco3溶液dnaoh溶液e蒸馏水f饱和食盐水g稀盐酸h浓盐酸j石灰石k苏打l小苏打m二氧化锰n碳粉p氧化铜q碱石灰(2)从实验安全角度考虑，在给d、e中的反应管加热之前进行的实验操作是_。(3)写出d中发生反应的化学方程式_。(4)证明co有还原性的实验现象是_。(5)实验中的尾气如何处理_。(6)如果要通过f中的现象来证明co的还原性，则该实验装置图中_之间缺少的一个重要装置是装有_从第(1)问的试剂中选择的_(填仪器名称)。思路点拨 1.思路导图2实验方案的评价评价一个实验方案的优劣主要从以下几个方面入手：(1)实验原理是否正确、可行；(2)是否安全，如是否有防倒吸、防爆炸装置或措施等；(3)是否环保，如是否有尾气处理装置；(4)是否排除了干扰因素，如氢气还原氧化铜是否排尽了系统中的氧气等。即时训练3 (2012山东烟台诊断，19)黄铜矿是工业炼铜的主要原料，主要成分为cufes2，含少量脉石。为测定该黄铜矿的纯度，某同学设计了如下实验：现用电子天平称取研细的黄铜矿样品1.150 g，在空气存在下进行煅烧，生成cu、fe3o4和so2气体，实验后取d中溶液的1/10置于锥形瓶中，用0.05 moll1标准碘溶液进行滴定，消耗标准碘溶液20.00 ml。请回答下列问题：(1)将样品研细后再进行反应，其目的是_；标准碘溶液应盛放在(填“碱式”或“酸式”)_滴定管中。(2)装置a的作用是_。a除去空气中的二氧化碳b除去空气中的水蒸气c有利于气体混合d有利于观察、控制空气流速(3)若去掉c装置，会使测定结果(填“偏低”“偏高”或“无影响”)_，写出影响测定结果的化学方程式_。(4)上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是_。(5)通过计算可知，该黄铜矿的纯度为_。(6)假设实验操作均正确，测得的黄铜矿纯度仍然偏低，可能的原因主要有_。误区警示1设计、评价实验时忽视环保随着人类环保意识的增强，实验设计和评价中常常有关于环保的知识，我们在设计和评价实验时，一定要注意是否需要处理尾气，及尾气的处理方法是否正确。2忽视实验安全安全第一，所以我们在设计与评价实验方案时，一定要时刻注意安全，如点燃气体前是否有验纯，特别是氢气还原氧化铜时，应该先通入氢气，排出反应器中的空气，防止加热时发生爆炸。3混淆除去杂质气体的先后顺序当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置除杂，通常除杂在前，干燥在后。若用加热装置除杂时，通常是干燥在前，除杂在后。如果检验气体中是否混有水蒸气时，应该先检验水蒸气，后检验其他气体。4制取气体时，忽视反应物的一些性质如zn与稀硫酸、稀盐酸反应均生成氢气，但我们一般选用稀硫酸，不用盐酸，因为盐酸是挥发性酸，制取的氢气中可能混有hcl气体。5气体除杂时混淆气体中的杂质气体除杂时，首先判断气体中的杂质，气体中杂质的判断方法：凡是反应物中有易挥发性液体，如盐酸、浓硝酸、溴水等，制得的气体中一定含有相应的杂质如hcl、hno3、溴蒸气及水蒸气等。还有一些发生副反应的，如用铁钉与热的浓硫酸反应制so2时，由于副反应的发生而使so2中含有杂质co2和水蒸气。跟踪练习 判断正误：(正确的打“”，错误的打“”)1用大理石和稀盐酸制取的co2气体中一定含有hcl气体和水蒸气。2把so2气体通入到酸性高锰酸钾溶液中，酸性高锰酸钾溶液褪色，微热后，溶液恢复颜色。3组装完仪器，为保证装置气密性良好，应加入药品后，再检验装置气密性。4用排水法收集通过加热高锰酸钾固体生成的氧气时，为收集更多的氧气，把酒精灯撤掉后，由于余热还会产生大量氧气，所以还应该继续收集，直至无气泡生成为止。1在实验室进行物质制备，下列实验设计方案中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是()。accoco2na2co3bcucu(no3)2溶液cu(oh)2cfefe2o3fe2(so4)3溶液dcaoca(oh)2溶液naoh溶液2(2012湖北武汉四月调研，28)煤气化是有效利用化石能源的方法之一，有关反应如下：ch2ocoh2coh2oco2h2获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分进行了如下实验：【实验】使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后产生的气体。【提出假设】对气体的成分提出了三种假设。假设1：该气体是co、h2。假设2：该气体是co、h2、h2o。(1)假设3：_；【设计实验方案，验证假设】他们拟用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。(2)按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)混合气dc_ij_ij；(3)仪器a中需加入的试剂是_，其中反应的化学方程式是_；(4)仪器b中需加入试剂的名称是_，其作用是_；【思考与交流】(5)本实验的尾气需要处理，处理的方法为_；(6)某同学认为增加焦炭的量可以提高化学反应的速率，你是否同意他的说法，并简述理由_。3(2012北京朝阳期末，18)已知某纯碱样品中含有nacl杂质，为测定样品中纯碱的质量分数，甲同学用下图装置及试剂进行实验(夹持仪器略)。(1)仪器a、b的名称分别是_、_。(2)甲同学按实验正常操作的主要步骤如下：_；将a g试样放入仪器b中，加适量蒸馏水溶解，得到样品溶液；称量盛有碱石灰的干燥管的质量为b g；从仪器a中滴入浓盐酸，直到不再产生气体时为止；再次称量盛有碱石灰的干燥管的质量为c g。(3)甲同学根据以上实验求得的样品中na2co3的质量分数是_(用含a、b、c的式子表示)。(4)乙同学认为甲同学在实验装置设计和使用药品上都有缺陷，会导致测得的na2co3的质量分数偏高，而丙同学则认为甲同学的实验装置会使测得的结果偏低，丙同学认为结果偏低的原因可能是_。(5)若要解决乙、丙同学指出的甲同学实验中的问题，可对甲同学的实验装置和实验药品进行适当的改动，请按合理顺序选择仪器并完成下表：(用大写字母代表仪器，仪器可重复使用，夹持仪器略)选用的仪器添加的药品(必要的操作)4(2012湖北襄阳调研，28)某化学小组拟采用如下装置(夹持和加热仪器等已略去)来电解饱和食盐水，并用电解产生的h2还原cuo粉末来测定cu的相对原子质量，同时验证氯气的氧化性。(1)写出甲中反应的离子方程式_。(2)为完成上述实验，正确的连接顺序为a连_，b连_(填接口字母)。(3)乙装置中x试剂可以是_，丙装置中y试剂的作用是_。(4)测定cu的相对原子质量。将w g cuo置于硬质玻璃管中，通入足量的h2与之充分反应后，按以下两个方案测得的数据计算cu的相对原子质量。你认为方案_较佳，另一个方案得到的cu的相对原子质量会_(填“偏低”或“偏高”)。按较佳方案计算，得到cu的相对原子质量是_。5(2012东北三校二次联考，27)某研究性学习小组，为了探究过氧化钠的强氧化性，设计了如图的实验装置。实验步骤及现象如下：检查装置气密性后，装入药品并连接仪器。缓慢通入一定量的n2后，将装置d连接好(导管末端未伸入集气瓶中)，再向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸，反应剧烈，产生黄绿色气体。一段时间后，将导管末端伸入集气瓶中收集气体。装置d中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体。反应结束后，关闭分液漏斗的活塞，再通入一定量的n2，至装置中气体无色。回答下列问题：(1)装置b中的湿润的红色纸条褪色，证明a中反应有_(填化学式)生成。若b中改放湿润的淀粉ki试纸，仅凭试纸变蓝的现象不能证明上述结论，请用离子方程式说明原因_。(2)装置c的作用是_。(3)甲同学认为o2是na2o2被盐酸中的hcl还原所得。乙同学认为此结论不正确，他可能的理由为_；_。(4)实验证明，na2o2能与干燥的hcl反应，完成并配平该化学方程式。na2o2hclcl2nacl_该反应_(填“能”或“不能”)用于实验室快速制取纯净的cl2，理由是_(要求答出要点)。参考答案命题调研明晰考向真题试做1答案：(1)ie，fd，cj(或k)，k(或j)a(2)badc(3)cah22h2o=ca(oh)22h2金属钙与水反应也有类似现象(4)取适量氢化钙，在加热条件下与干燥的氧气反应，将反应的气体产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，观察到白色变为蓝色；取钙做类似实验，观察不到白色变为蓝色(5)氢化钙是固体，携带方便解析：(1)根据题意可知，应该先制备氢气，后用氢氧化钠溶液除去氢气中混有的氯化氢，然后干燥氢气，再通入钙中发生反应，由于生成的氢化钙能与水反应，故最后应该加一个干燥装置，防止空气中的水蒸气进入反应器，所以得到仪器的连接顺序为ie，fd，cj(或k)，k(或j)a。(2)首先要通入氢气排净装置中的空气，当检验收集到的氢气已纯净时，说明装置内的空气已经排净，此时再加热使钙与氢气反应，等停止加热并充分冷却后再关闭分液漏斗的活塞。(3)根据题意可写出氢化钙与水反应的化学方程式为cah22h2o=ca(oh)22h2，但不能根据溶液显碱性就证明一定是发生了该反应，因为金属钙也能与水反应生成氢氧化钙，使溶液显碱性。(4)让两种物质均与干燥的氧气反应，若是氢化钙，则有水生成；若是钙，则没有水生成，所以再用无水硫酸铜检验是否有水生成即可。(5)与氢气相比，氢化钙是固体，携带方便。2答案：(1)hcoohcoh2o(2)固体由黑色逐渐变为红色co、co2(3)cba(4)80%(5)将浓硫酸稀释，称取一定量样品，将样品与过量稀硫酸反应，过滤、洗涤、干燥、称重、计算cuoh2so4=cuso4h2o解析：(1)甲酸在浓硫酸作用下脱水，反应方程式为：hcoohh2oco。(2)在反应管中发生反应cuococuco2，现象为黑色固体(cuo)逐渐转变为红色(cu)，尾气主要成分为co2和co。(3)先熄灭酒精灯2，再熄灭酒精灯1，最后关闭漏斗开关，使铜在冷却过程中有co保护，防止被氧化。(4)cuococuco2m 80 g 64 g 16 g m (5.04.8)gm1.0 g样品中单质铜的质量分数为：100%80%。(5)将浓硫酸稀释，称取一定质量样品与足量稀硫酸充分反应，过滤、洗涤、干燥，获得单质铜，称重，最后计算。精要例析聚焦热点热点例析【例1】 答案：(1)弹簧夹夹紧后，反应生成的气体使试管上部压强增大，到达一定程度后可把反应液压回漏斗，使固液分离，从而反应停止(2)b中d中或 试剂：饱和碳酸氢钠溶液试剂：稀硫酸或水(3)将c装置浸泡在一个盛有冰水混合物的水槽里(或大烧杯中)(4)65%解析：(2)由装置可知选用的试剂为碳酸钙和稀盐酸，所以生成的co2中一定含有hcl气体杂质，即b中应为盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶，d中装置只能为尾气吸收装置；(3)注意信息，nahco3低温时溶解度小，生成nahco3的反应是放热反应，可知在低温下产率高；(4)n(nacl)0.1 mol、n(nahco3)0.065 mol，依据na守恒可知参加反应的n(nacl)0.065 mol，所以na2co3的产率为100%65%。【即时训练1】 答案：(1)bdeacdh(2)氢氧化钠溶于水放出大量热，温度升高，使氨的溶解度减小而放出；氢氧化钠吸水，促使氨放出；氢氧化钠电离出的oh增大了氨水中oh浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出(3)nh3bcacl2co22nh3h2o=caco32nh4cl(4)取少量样品和水混合形成的分散系，用一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级，否则不是解析：(1)固固反应需要加热，选择b装置，干燥只能用碱石灰，选择d装置，只能用向下排空气法，选择e装置，短进长出；制取co2一般用大理石与稀盐酸反应，选择a装置，干燥不能使用碱石灰，只能选择c装置，收集用向上排空气法，选择e装置，长进短出。(3)氨气极易溶于水，先通氨气使溶液呈碱性，再通co2容易吸收co2，提高原料的利用率；能防倒吸的只有b装置。(4)鉴别胶体常用方法是丁达尔现象。【例2】 答案：(1)2kclo3h2c2o42h2so4=2clo22co22khso42h2o11(2)使反应正常进行，并防止温度过高引起爆炸温度计(3)(4)5h2s8clo24h2o=5so8cl18h(5)6.75 g解析：(1)依据so、k守恒可知酸式盐为khso4，依据h守恒可知还应该生成水，kclo3中cl的化合价由5价4价，h2c2o4中c的化合价由3价4价，所以kclo3的化学计量数为2、h2c2o4的计量数为1，配平其他物质即可；(2)(3)依据信息“温度过高，二氧化氯的水溶液有可能爆炸”进行解答；(5)n(kclo3)0.1 mol、n(h2c2o4)0.1 mol，所以h2c2o4过量，应该用kclo3求解，生成n(clo2)0.1 mol。【即时训练2】 答案：(1)4hcl(浓)mno2mncl2cl22h2o(2)ecb(3)干燥cl2，防止fecl3的水解cl22oh=clcloh2o(4)红棕色的烟硫氰酸钾(5)碱式饱和nacl溶液上下移动滴定管，使左右两边液面相平偏大解析：根据实验目的，则a为制cl2装置，mno24hcl(浓)mncl2cl22h2o，制气中存在的hcl、h2o杂质应先通入e中除去hcl，再通入c中除去h2o，干燥cl2进入b中与fe反应，多余cl2用d吸收，则仪器连接顺序为aecbd；fe在cl2中燃烧出现红棕色烟，fe3的检验试剂为kscn溶液，出现红色溶液；由于cl2在饱和nacl溶液中的溶解能力小，因此须用排饱和nacl溶液来收集cl2，且读数前必须使左右两仪器中液面相平；由于滴定管刻度由上而下变大，则俯视时引起读数偏小，即液面上升量偏大，相当于所收集气体体积偏大。【例3】 答案：(1)g和jcnp避免水蒸气与c反应生成h2，对co还原性的验证产生干扰(2)打开a中的活塞产生co2排除装置中的o2(3)cco22co(4)e反应管内黑色固体变为红色(5)点燃(或者用气球收集)(6)d、eq干燥管(或者u形管)解析：整个反应流程为：a中稀盐酸和caco3反应制取co2，制得的气体通入b中饱和的nahco3溶液中除去挥发出的hcl，再继续通入c中的浓硫酸中干燥气体。干燥纯净的co2在d装置中发生反应cco22co，制得的co和cuo在e装置中反应得到co2，f装置中用于吸收co2，多余的co用点燃的方法除去(或者用气球收集)。【即时训练3】 答案：(1)使原料充分反应、加快反应速率酸式(2)b、d(3)偏低2so2o22h2o=2h2so4(4)使反应生成的so2全部进入d装置中，使测定结果精确(5)80%(6)用水吸收二氧化硫不充分，亚硫酸部分被氧化解析：(2)用排除法，a、c选项均不可；(3)c装置的作用是除去混合气体中的氧气，去掉后o2会与so2在d装置中发生反应，使so2的含量偏低；(5)n(i2)0.05 moll10.2 l0.01 mol，依so2i22h2o=h2so42hi可知n(so2)0.01 mol，n(cufes2)0.005 mol，m(cufes2)0.92 g，黄铜矿的纯度为100%80%。误区警示【跟踪练习】 答案：、解析：2.kmno4溶液被so2还原，错误。创新模拟预测演练1d解析：a中的碳在空气中燃烧，无法控制只产生co，而且操作麻烦，况且naoh的价格比na2co3要贵，所以a的方案从原则来看是不符合要求的；b中agno3价格昂贵，不符合经济上合理；c中铁燃烧的产物是fe3o4；d中由生石灰制备价格较高的naoh，中间利用了水和na2co3，所以这个设计方案符合题目要求。2答案：(1)该气体是co、h2、h2o、co2(2)混合气dcijhgij