新课标高三化学二轮复习专题课件学案20《化学实验方案的设计与评价》.pptVIP

例1 某研究性学习小组的一个课题是 no2能否支持木条的燃烧 由于实验室中没有现成的no2气体 该小组的同学设计了两个方案来制取no2并完成研究性课题 忽略n2o4的存在 图中铁架台 石棉网等仪器均已略去 学案化学实验方案的设计与评价 要点一物质制备 性质实验方案的设计 图1图2 4no2 o2 2h2o 4hno3 浓 2 实验开始后木条上的火星逐渐熄灭 有的同学得出 no2不能支持木条的燃烧 的结论 你认为这一结论是否正确 填 正确 或 不正确 理由是 实验装置如图2所示 1 硝酸铜固体加热分解的产物有氧化铜 二氧化氮和氧气 该反应的化学方程式是 不正确 带火星的木条熄灭可能是由于加热浓硝酸时 产生的大量水蒸气造成的 2cuo 4no2 o2 2cu no3 2 2 当集气瓶中充满红棕色气体时 木条复燃了 有的同学得出 no2能支持木条的燃烧 的结论 你认为这一结论是否正确 填 正确 或 不正确 理由是 为了更直接说明 no2能否支持木条的燃烧 这一问题 请你重新设计一个简单的实验方案 简述实验原理和主要操作 硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同 若no2不支持燃烧 则木条不会复燃 no2气体 并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥 再将带火星的木条伸入二氧化氮中观察现象 正确 用金属铜与浓硝酸反应制取 解析 1 浓硝酸受热分解的化学方程式为4hno3 浓 4no2 o2 2h2o 2 从实验开始后木条上的火星逐渐熄灭 得出 no2不能支持木条的燃烧 的结论是不正确的 因为带火星的木条熄灭可能是由于加热浓硝酸时产生大量的水蒸气造成的 1 根据硝酸铜固体加热分解的产物有氧化铜 二氧化氮和氧气 可知该反应的化学方程式是2cu no3 22cuo 4no2 o2 2 由于硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同 若no2不支持燃烧 则木条不会复燃 因此 no2能支持木条的燃烧 的结论正确 因加热硝酸铜或浓硝酸均要产生no2和o2两种气体 而验证no2能否支持燃烧 需要制取纯净的no2气体 因此 选用金属铜和浓硝酸反应制取纯净的no2气体 而且要把no2气体净化 变式训练1某校化学实验兴趣小组计划探究在实验室制备cl2的过程中是否有水蒸气和hcl挥发出来 同时证明氯气的某些性质 甲同学设计了如图所示的实验装置 部分装置省略 按要求回答问题 1 若用含有0 2molhcl的浓盐酸与足量的mno2反应制cl2 制得的cl2体积 标准状况下 总是小于1 12l的原因是 2 装置b中盛放的试剂名称为 作用是 现象是 装置d与e中出现的不同现象说明的问题是 装置f的作用是 写出装置g中发生反应的离子方程式 浓盐酸的浓度随着反应的进行变小 以后 不再反应 加热时浓盐酸因挥发而损失 无水硫酸铜 白色无水硫酸铜变 蓝色 其他合理答案也可 漂白性 次氯酸有漂白性 氯气无 吸收氯气 ag cl agcl 证明有水蒸气产生 3 乙同学认为甲同学的实验有缺陷 不能确保最终通入agno3溶液中的气体只有一种 为了确保实验结论的可靠性 证明最终通入agno3溶液的气体只有一种 乙同学提出在某两个装置之间再加一个装置 你认为该装置应加在与之间 填装置字母序号 装置中应放入 填写试剂或用品名称 解析含0 2molhcl的浓盐酸随着反应的进行 浓度变小 不能再与mno2反应 且会挥发出一部分hcl 0 2molhcl没有反应完全 故生成的cl2小于0 05mol 检验cl2中是否含有水蒸气 b中应盛无水cuso4粉末 若粉末变蓝 证明含水 f的作用是吸收反应产生的cl2 f g 湿润的淀粉ki试纸 或湿润的 有色布条 例2 硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料 铜不能与稀硫酸直接反应 本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中 加热使之完全反应 通过蒸发 结晶得到硫酸铜晶体 装置如图1 2如示 要点二实验方案的评价 1 图1烧瓶中发生反应的离子方程式为 2 图2是图1的改进装置 其优点有 3 为符合绿色化学的要求 某研究性学习小组进行了如下设计 第一组 以空气为氧化剂法方案1 以空气为氧化剂 将铜粉在仪器b中反复灼烧 使铜与空气充分反应生成氧化铜 再将氧化铜与稀硫酸反应 cu 4h 2nocu2 2no2 2h2o 3cu 8h 2no3cu2 2no 4h2o 防止倒吸 有害气体能被完全吸收 方案2 将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中 发现在常温下几乎不反应 向反应液中加feso4或fe2 so4 3 即发生反应 反应完全后向其中加物质甲调节ph到3 4 产生fe oh 3沉淀 过滤 蒸发 结晶 滤渣作催化剂循环使用 已知fe oh 3和cu oh 2完全沉淀时的ph分别为3 7 6 4 请回答下列问题 方案1中的b仪器名称是 方案2中甲物质是 填字母序号 a caob cuco3c caco3 坩埚 b 第二组 过氧化氢为氧化剂法将3 2g铜丝放到45ml1 5mol l的稀硫酸中 控温在50 加入18ml10 的h2o2 反应0 5h后 升温到60 持续反应1h后 过滤 蒸发结晶 减压抽滤等 用少量95 的酒精淋洗后晾干 得cuso4 5h2o10 6g 请回答下列问题 加热时温度不宜过高的原因是 晶体采用酒精淋洗的优点是 上述两种氧化法中 更符合绿色化学理念的是第二组 填 第一组 或 第二组 理由是 防止双氧水分解 酒精与水互溶且极易挥发 减少晶体溶解 第一 组方案1需要灼烧 需要消耗很多能源 第一组方案2所得产品含有铁元素杂质 而第二组方案几乎不产生有害气体 且所得产品纯度较高 解析 1 反应过程中实际上参加反应的为cu no h 虽然加入的是浓硝酸 但随着反应的进行 硝酸的浓度会降低 故也可能发生稀硝酸与cu的反应 2 很明显 图2既可以防止倒吸又可以把有毒的气体no no2完全吸收 3 灼烧用的仪器应为坩埚 为了不引入新的杂质 故应用cuco3来调节ph 因为用h2o2作为氧化剂 故加热温度不可过高以防止h2o2分解 酒精与水互溶且易挥发 用酒精淋洗既可以除去晶体表面的杂质又可以减少晶体的溶解 第二组更符合绿色化学理念 这是因为第一组方案1中需灼烧 要消耗很多能源 第一组方案2中产品含有铁元素的杂质 而第二组方案几乎不产生有害气体 且产品的纯度较高 变式训练2硫酸铵是一种常用的铵态氮肥 下表是硫酸铵化肥品质的主要指标 指标 项目 新华中学化学研究性学习小组为本地农业生产服务 对某农用品商店出售的一等品硫酸铵化肥的品质进行探究 观察外观 该硫酸铵化肥无可见机械杂质 实验探究 按下图所示装置进行实验 nh3 h2o nh oh 稀硫酸 使硫酸铵充分反应完全转 化为nh3 a b装置间缺一个干燥装置 乙同学 实验装置中还存在的另一个明显缺陷是 经过大家充分讨论一致认为 针对甲 乙两位同学指出的实验装置中存在的明显缺陷 需改进实验装置 重新进行实验 探究结论 称取13 5g硫酸铵化肥样品 用改进后的实验装置重新进行实验 测得实验前后b装置增重3 40g 该化肥 填 是 或 不是 一等品 缺少赶尽反应装置中残留氨气的装置 不是 1 要证明某种盐的水解反应是吸热的 有四位同学设计实验如下 其中不正确的是 a 甲同学 通过实验发现相同浓度的热的纯碱溶液比冷的纯碱溶液去污效果好 说明碳酸钠水解是吸热的b 乙同学 加热混有fe3 的kno3溶液能使fe3 转化为fe oh 3沉淀 从而将fe3 除去 说明含fe3 的盐水解是吸热的c 丙同学 在醋酸钠溶液中滴入酚酞溶液 加热 不考虑水蒸发 后若红色加深 说明醋酸钠水解是吸热的d 丁同学 将硝酸钠晶体溶于水 水温下降 说明硝酸钠水解是吸热的 解析物质溶于水时过程较为复杂 一般溶解过程和电离过程为吸热过程 形成水合离子的过程为放热过程 溶质与h2o作用有放热也有吸热 而nano3属强酸强碱盐 不水解 故d项不正确 答案d 2 用下列实验装置完成对应的实验 无明显错误或不足的是 解析nh3不溶于ccl4 逸出后被h2so4吸收 a选项正确 b项中缺少环形玻璃搅拌棒 不正确 c项中加入试剂应选用稀h2so4 d项中no易被空气中的氧气氧化 故本题答案应为a项 答案a 3 硫酸亚铁铵 nh4 2so4 feso4 6h2o 又称莫尔盐 是常用的分析试剂 实验室用feso4和 nh4 2so4两种溶液混合很容易得到莫尔盐晶体 为了确定产品中fe2 的含量 研究小组用kmno4 酸化 溶液来滴定莫尔盐溶液中的fe2 滴定时必须选用的仪器有 a b c d a 4 用如图所示装置测定水中氢 氧元素的质量比 其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和u形管的质量差 实验测得m h m o 1 8 下列对导致这一结果的原因的分析中 一定错误的是 a 装置之间缺少干燥装置b 装置后缺少干燥装置c 装置中玻璃管内有水冷凝d cuo没有全部被还原 d 5 下列装置及实验设计中合理的是 b a b c d 6 以下各种尾气吸收装置中 适合于吸收易溶性气体 而且能防止倒吸的是 解析a中气体不能充分吸收 压强增大 易发生危险 c中漏斗没入的太多起不到防倒吸的作用 故正确答案为b d项 bd 7 由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中 你认为方便可行而且符合 绿色化学 要求的方案是 a mgmg no3 2b mgmgcl2mg oh 2mg no3 2c mgmgomg no3 2d mgmgso4mg no3 2 hno3 c cl2 naoh 稀hno3 o2 稀hno3 稀h2so4 ba no3 2溶液 8 为了探究 二氧化碳是否是在有水存在时才能和过氧化钠反应 某课题研究小组的同学们设计了如下图的实验装置 分别进行了甲 乙两次实验 实验甲 干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应 在干燥的试管 中装入na2o2 在通入co2之前 关闭k1和k2 在试管 内装入试剂x后 打开k1和k2 通入co2 几分钟后将带火星的木条插入试管 的液面上 观察到木条不复燃 且试管 中的淡黄色没有变化 实验乙 潮湿的二氧化碳和过氧化钠的反应 在试管 内装入试剂y 其他操作同实验甲 观察到木条复燃 且试管 中的淡黄色变为白色 试回答下列问题 1 在装入na2o2后 通入co2前 关闭k1和k2的目的是 2 在实验甲中 试剂x是浓硫酸 在实验乙中 试剂y是 3 根据上述两个实验现象 得到的结论是 4 为了确保实验现象的准确性 制备co2所用的反应物最好选用 a 大理石b 小苏灯c 烧碱d 盐酸e 稀硫酸f 稀硝酸 5 co2和na2o2的反应机理可用示踪原子法加以证明 请完成下列反应方程式 na2o2 c18o2 ho 防止na2o2受潮 nahco3的饱和溶液 或水 二氧化碳 只有在水存在时才能和过氧化钠反应 be 2 2 2 2na2c18o3 o2 2h2o 解析 1 为防止干扰实验 在通入co2前阻止装置前后仪器中的水蒸气进入装置 2 甲实验为保证加入装置 的co2干燥 需在装置 中加入干燥剂 可选用浓h2so4 3 甲实验中没有产生氧气 而乙实验中产生了氧气 由此可以确定co2与过氧化钠反应需水的存在 4 为防止其他酸性气体的干扰 盐酸 硝酸均是易挥发的酸 选择硫酸 而大理石与稀硫酸反应容易产生微溶的硫酸钙 所以碳酸盐只能选择小苏打 5 过氧化钠与二氧化碳反应的本质是过氧化钠的歧化反应 即 1价氧的自身氧化还原反应 书写时要注意同位素标记氧的去向 假设 红色沉淀成分为cu 假设 红色沉淀成分为cu2o 假设 红色 沉淀成分为cu与cu2o的混合物 步骤三 设计方案 实验 a 取该红色沉淀溶于足量的稀硝酸中 观察溶液颜色变化b 取该红色沉淀溶于足量的稀硫酸中 观察是否有残渣c 取该红色沉淀ag 在空气中充分灼烧至完全变黑 放在干燥器里冷却 再称重 反复多次至固体恒重 称得质量为bg 比较a b的关系d 取该红色沉淀装入试管里 加入酸化的硝酸银溶液 观察是否有银白色沉淀析出你认为合理的方案是 填字母 c 2 乙小组对甲小组的假设 另设计如图所示装置进行验证 若按乙组装置定性检验上述红色沉淀成分 可根据现象的发生与否即可判断 硬质玻璃管有水或干燥管内白色粉末变蓝 若按乙组装置测定上述红色沉淀的成分 你认为理论上应该测定下列哪些物理量 填序号 通入氢气的体积 反应前红色沉淀和硬质玻璃管的总质量 完全反应后红色固体和硬质玻璃管的总质量 实验前干燥管质量 硬质玻璃管质量 锌粒质量 稀硫酸中含溶质的量 实验后干燥管质量 该实验装置中距实际可行性方面存在的缺陷 请写出两点 发生 装置产生的氢气中含有水 硬质玻璃管内水分很难全部被氢气赶尽 外界空气中的水蒸气也会被无水硫酸铜吸收等 任选两项 10 下图甲 乙 丙是验证铜和浓hno3反应的装置图 1 甲 乙 丙三个装置中共同发生的离子反应方程式是 2 和甲装置相比 乙装置的优点是 3 用丙装置可进一步验证no2和水的反应 实验时先关闭弹簧夹 再打开弹簧夹 才能使no2气体充满 试管 4 当气体充满 试管后 将铜丝提起与溶液脱离 欲使烧杯中的水进入 试管应如何操作 先 5 当 试管中的no2和水充分反应后 所得溶液的物质的量浓度的最大值是 不考虑no2与n2o4的转化且该实验条件下气体摩尔体积设为vml mol cu 4h 2nocu2 2no2 2h2o 可以控制反应 吸收no2气体 防止污染环境 a b c 关闭b 再关闭a 然后打开c 用手捂住 或用热水 热毛巾捂或加