高考化学一轮复习 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 了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法 2 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 3 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 3 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 4 基础梳理 考点突破 5 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 6 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装置来除去 酸性杂质用碱性吸收剂 碱性杂质用酸性吸收剂来吸收 如co co2 可将混合气体通过盛naoh溶液的a装置 或盛碱石灰的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来吸收 例如co2 co 可将混合气体通过盛灼热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 7 基础梳理 考点突破 8 基础梳理 考点突破 9 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 10 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和nh4cl 浓氨水和naoh固体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 11 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 co2 h2s no2 o2 cl2 nh3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 12 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 13 基础梳理 考点突破 14 基础梳理 考点突破 例1 2016福建龙岩教学质量检查 fecl2是一种常用的还原剂 有关数据如下 实验室可以用多种方法来制备无水fecl2 回答下列问题 15 基础梳理 考点突破 按如图装置用h2还原无水fecl3制取fecl2 1 装置c的作用是 e中盛放的试剂是 d中反应的化学方程式为 2 若温度控制不当 产品中会含单质铁 检验产品中是否含铁的方案是 16 基础梳理 考点突破 按下图装置 在三颈烧瓶中放入162 5g无水氯化铁和225g氯苯 控制反应温度在128 139 加热3h 反应程度接近100 冷却 分离提纯得到的粗产品 反应如下 17 基础梳理 考点突破 3 该制取反应中 作还原剂的是 4 反应温度接近或超过c6h5cl的沸点 但实验过程中c6h5cl并不会大量损失 原因是 5 冷却实验装置 将三颈瓶内物质经过过滤 洗涤 干燥后 将得到粗产品 洗涤所用的试剂可以是 回收滤液中c6h5cl的方案是 6 仅通过烧杯中的现象变化就可以监控氯化铁的转化率 若要监控氯化铁转化率达到或超过90 则烧杯中加入的试剂可以是 18 基础梳理 考点突破 答案 1 干燥氢气碱石灰h2 2fecl32fecl2 2hcl 2 取样 加入盐酸中 观察是否有气泡产生 3 c6h5cl 4 实验使用了冷凝回流装置 5 苯 蒸馏滤液 并收集132 时的馏分 6 滴有酚酞且含18gnaoh的溶液 19 基础梳理 考点突破 解析 1 用h2还原无水fecl3制取无水fecl2 则a装置用来制取氢气 由于无水fecl2易吸水 所以装置c用来干燥氢气 e中盛放的试剂用来吸收空气中的水蒸气 应为碱石灰 d中发生h2还原无水fecl3的反应 化学方程式为h2 2fecl32fecl2 2hcl 2 检验产品中是否含铁的方案是取样加入盐酸中 观察是否有气泡产生 若产生气泡 则含铁 反之不含铁 3 该反应中 c6h5cl中碳元素化合价升高 失电子 作还原剂 4 由于实验装置中使用了冷凝回流装置 所以反应温度接近或超过c6h5cl的沸点 在实验过程中c6h5cl并不会大量损失 5 c6h5cl c6h4cl2易溶于苯 而fecl2不易溶于苯 所以洗涤所用的试剂可以是苯 c6h5cl c6h4cl2的沸点不同 所以回收滤液中c6h5cl的方案是蒸馏滤液 并收集132 时的馏分 20 基础梳理 考点突破 6 162 5g无水氯化铁的物质的量是1mol 若转化率达到90 会生成氯化氢0 45mol 若仅通过烧杯中的现象变化就可以监控氯化铁的转化率 可以根据盐酸和滴有酚酞的碱液反应 观察红色褪去的程度 0 45molhcl需消耗18gnaoh 所以烧杯中加入的试剂可以是滴有酚酞且含18gnaoh的溶液 21 基础梳理 考点突破 归纳总结常见改进的尾气吸收装置 22 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 2016河南八市重点高中质监 利用如图装置进行实验 在试管丁中收集到cl2 则仪器甲 乙 丙中盛有的试剂分别是 c 23 基础梳理 考点突破 解析 浓盐酸与mno2反应制取氯气 需要进行加热 而该装置无酒精灯 a b项错误 常温下 浓盐酸与kmno4反应可制取氯气 饱和食盐水可除去氯气中混有的hcl c正确 稀盐酸还原性差 与kmno4反应制取氯气的效果很差 d错误 24 基础梳理 考点突破 2 2016河南郑州第一次质量预测 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 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0 5 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 25 基础梳理 考点突破 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0 5 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 26 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3mol l 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2 3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 晶体用乙醇洗涤的原因是 27 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 28 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易发生分解 29 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 30 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 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 31 基础梳理 考点突破 8 比较非金属性的强弱 非金属间的置换反应 与氢气化合的难易 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 32 基础梳理 考点突破 33 基础梳理 考点突破 34 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 35 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 36 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 需在反应装置上加装冷凝回流装置 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 37 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 都出现沉淀 表明二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 5 加热盛有nh4cl固体的试管 试管底部固体消失 试管口有晶体凝结 则nh4cl固体可以升华 38 基础梳理 考点突破 6 用图示装置可以观察铁的吸氧腐蚀 7 向agno3溶液中滴加过量氨水 溶液澄清 证明ag 与nh3 h2o能大量共存 8 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 39 基础梳理 考点突破 40 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 41 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 42 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 但要符合要求 例如形状 比例等 43 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 44 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 实验产生的废液肆意倾倒等 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 45 基础梳理 考点突破 例2 2016北京理综 28 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 46 基础梳理 考点突破 47 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 48 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 49 基础梳理 考点突破 50 基础梳理 考点突破 51 基础梳理 考点突破 52 基础梳理 考点突破 答题模板设计实验方案的一般流程 53 基础梳理 考点突破 跟踪训练3 2015课标全国 26 草酸存在于自然界的植物中 其k1 5 4 10 2 k2 5 4 10 5 草酸的钠盐和钾盐易溶于水 而其钙盐难溶于水 草酸晶体 h2c2o4 2h2o 无色 熔点为101 易溶于水 受热脱水 升华 170 以上分解 回答下列问题 54 基础梳理 考点突破 1 甲组同学按照如图所示的装置 通过实验检验草酸晶体的分解产物 装置c中可观察到的现象是 由此可知草酸晶体分解的产物中有 装置b的主要作用是 2 乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有co 为进行验证 选用甲组实验中的装置a b和下图所示的部分装置 可以重复选用 进行实验 55 基础梳理 考点突破 乙组同学的实验装置中 依次连接的合理顺序为a b 装置h反应管中盛有的物质是 能证明草酸晶体分解产物中有co的现象是 3 设计实验证明 草酸的酸性比碳酸的强 草酸为二元酸 56 基础梳理 考点突破 答案 1 有气泡逸出 澄清石灰水变浑浊co2冷凝 水蒸气 草酸等 防止草酸进入装置c反应生成沉淀 干扰co2的检验 2 f d g h d icuo h中黑色粉末变为红色 其后的装置d中的石灰水变浑浊 3 向盛有少量nahco3溶液的试管中滴加草酸溶液 有气泡产生 用naoh标准溶液滴定同浓度的草酸溶液 消耗naoh的物质的量为草酸的2倍 57 基础梳理 考点突破 解析 1 澄清石灰水通常可以用来检验二氧化碳 所以推测产物中有二氧化碳 草酸易升华 加热易变成气体随分解产物进入c装置 影响二氧化碳的检验 2 要想检验一氧化碳 必须先除净二氧化碳和水蒸气 选f d g装置 再利用一氧化碳的还原性检验它的存在 选h d装置 还要进行一氧化碳的尾气处理 选i装置 若存在一氧化碳 则黑色的氧化铜被还原为红色的铜 一氧化碳被氧化成二氧化碳使澄清石灰水变浑浊 3 根据相对强酸制弱酸的原理 用碳酸盐溶液和草酸混合 只要能看到气泡产生即可 利用酸碱中和的原理 证明氢氧化钠的物质的量是草酸的2倍 58 基础梳理 考点突破 4 2016安徽皖江名校联盟联考 锰的化合物种类较多 大多具有广泛的用途 mno2是h2o2分解的良好的催化剂 它也具有较强的氧化性 某化学兴趣小组通过实验探究mno2的性质 1 该小组设计了如下4个方案以验证mno2的氧化性 可行的是 填序号 a 把mno2固体加入到稀盐酸中 观察是否有黄绿色气体生成b 把mno2固体加入到h2o2溶液中 观察是否有气泡产生c na2so3溶液中 加入mno2固体 再滴加bacl2溶液 观察是否有白色沉淀生成d feso4溶液中滴加几滴kscn溶液 再加入mno2固体 观察溶液是否变红 59 基础梳理 考点突破 2 为研究溶液中mno2的氧化能力与溶液酸碱性的关系 该小组同学设计了如下的对比实验 在室温下 取a b c三支试管 用同浓度同体积的ki溶液和质量 颗粒大小相同的mno2固体反应 然后分别加入1ml0 2mol l 1naoh溶液 1ml水 1ml0 1mol l 1稀硫酸 现象记录如表所示 从以上实验中 我们可以得出的结论是 写出c试管中发生反应的离子方程式 60 基础梳理 考点突破 铁酸锰 mnfe2o4 可用于热化学循环分解水制氢 可有效缓解能源危机 mnfe2o4的制备工艺流程如图 已知 fe3 mn2 沉淀的ph如表格所示 61 基础梳理 考点突破 1 步骤一中投入原料fe no3 3和mn no3 2的物质的量之比理论上应为 2 步骤二中需控制ph的范围是 3 步骤三中判断是否洗涤干净的依据是 答案 1 d 2 酸性越强 mno2的氧化能力越强 mno2 4h 2i mn2 i2 2h2o 1 2 1 2 ph 10 4 3 看最后一次洗涤液中是否含有k 或氢氧化钾 其他合理答案均可 62 基础梳理 考点突破 解析 1 常温下 mno2不能氧化稀盐酸 a错误 mno2固体加入h2o2溶液中 mno2作催化剂催化h2o2分解产生气泡 b错误 na2so3和bacl2反应也能生成白色沉淀 无法确定沉淀的成分 所以不能验证mno2的氧化性 c错误 feso4溶液中滴加kscn溶液 无明显变化 再加入mno2固体 若溶液变红 则说明mno2把fe2 氧化成fe3 可以验证mno2的氧化性 d正确 1 整个制备流程的最终产物为mnfe2o4 根据原子守恒 理论上n fe n mn 2 1 故fe no3 3和mn no3 2的物质的量之比应为2 1 2 步骤二要通过控制ph 保证fe3 mn2 完全转化为沉淀 则ph 10 4 3 检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次的洗涤液 检验是否含有k 或氢氧化钾 63 基础梳理 考点突破 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 64 基础梳理 考点突破 65 1 2 3 4 5 1 人教版必修1 p1032改编 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和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 66 1 2 3 4 5 2 人教版必修1 p1034改编 下列制备和收集气体的实验装置合理的是 答案 解析 67 1 2 3 4 5 3 2016山东临沂模拟 下列实验不合理的是 答案 解析 68 1 2 3 4 5 4 2016福建厦门模拟 利用反应i2 s cl2 g 2icl l 实验室可用如图所示装置 加热 夹持仪器已略去 制取少量icl 69 1 2 3 4 5 已知 icl的熔点为13 9 沸点为97 4 易水解 且能发生反应icl l cl2 g icl3 l icl3的熔点33 沸点77 1 装置a中发生反应的化学方程式是 2 装置b的作用是 不能用装置f代