高考化学一轮复习 第十章 化学实验基础及综合探究 专题课时3 化学实验方案的设计与探究课件 新人教版.ppt

专题课时3化学实验方案的设计与探究 近年的新课标高考中常考的有两类实验 一是探究类实验 主要探究物质分解的产物和物质的性质 设计并完成实验报告 包括补充实验步骤或实验步骤的排序 选择试剂和现象的描述等 二是评价类实验 根据题目提供的实验方案 评价是否合理 并要求设计合理的方案 1 综合实验方案设计的一般思路 了解实验目的 明确实验原理 掌握实验条件 选择仪器药品 设计装置步骤 记录现象数据 分析得出结论 2 综合实验评价要求考生根据题目的要求和实验目的 从化学原理 元素及其化合物的性质 化学实验的基本操作技能等方面 对实验方案进行科学分析 评价优劣 题型说明 微题型一综合实验方案的设计 题型示例 2 为深入研究该反应 该小组还测得上述两个实验中溶液ph随通入so2体积的变化曲线如下图 实验1中溶液ph变小的原因是 v1时 实验2中溶液ph小于实验1的原因是 用离子方程式表示 3 验证假设二请设计实验验证假设二 写出实验步骤 预期现象和结论 4 若假设二成立 请预测 在相同条件下 分别用足量的o2和kno3氧化相同的h2so3溶液 溶液体积变化忽略不计 充分反应后两溶液的ph前者 填 大于 或 小于 后者 理由是 方法指导 1 基本原则 2 基本内容 1 制备型 下列有关物质的制备的说法不正确的是 题型精练 a 用碳酸钠粉末可以制备co2b 欲制备fe oh 3胶体 向盛有沸水的烧杯中滴加fecl3饱和溶液并长时间煮沸c 加热分解nh4hco3固体 将所得的气体进行适当处理可获得nh3d 在氯化氢气氛中加热蒸发mgcl2溶液 制备无水mgcl2 解析选项a na2co3粉末可以与稀硫酸等反应获取co2 但不能使用启普发生器 选项b 长时间煮沸得到的是fe oh 3沉淀 选项c 加热nh4hco3得到co2 nh3 h2o的混合气体 将混合气体通过碱石灰除去co2和h2o即可得到nh3 选项d 加热蒸发mgcl2溶液制取无水mgcl2 需要防止mg2 的水解 故需要在氯化氢的气氛中进行 d项正确 答案b 2 定量型 下列实验方案中 不能测定na2co3和nahco3混合物中na2co3质量分数的是 a 取ag混合物充分加热 减重bgb 取ag混合物与足量稀盐酸充分反应 加热 蒸干 灼烧 得bg固体c 取ag混合物与足量稀硫酸充分反应 逸出气体用碱石灰吸收 增重bgd 取ag混合物与足量ba oh 2溶液充分反应 过滤 洗涤 烘干 得bg固体 解析碱石灰不仅可以吸收co2 还可以吸收水蒸气 所以c选项无法确定co2的质量 其他选项均可 a选项只有nahco3受热分解 用差量法求解 b d选项设na2co3 nahco3的物质的量分别为xmol ymol 列方程 b选项 2x y 58 5 b d选项197 x y b 联立求解即可 答案c 3 综合型 2015 课标全国 26 草酸 乙二酸 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 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的产物中还有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 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 解析 1 装置c中澄清石灰水的作用是检验是否有co2气体生成 若有co2气体生成 澄清石灰水变浑浊 装置b中冰水的作用是降低温度 使生成的水和草酸 题给信息 受热脱水 升华 冷凝 若草酸进入装置c 会生成草酸钙沉淀 干扰co2检验 2 检验co可通过检验co还原黑色的cuo生成的co2进行 因为分解产物中有co2 所以先要除去co2 可用浓naoh溶液吸收co2 并用澄清石灰水检验co2是否除尽 再用无水氯化钙干燥co 然后通过加热的cuo 再用澄清石灰水检验生成的co2气体 没有反应掉的co可用排水法收集 若前面澄清石灰水无现象 h中黑色的cuo变红色 后面的澄清石灰水变浑浊 说明草酸晶体分解产物中有co 3 证明草酸的酸性比碳酸强 可以利用溶液中较强酸制较弱酸的原理 将草酸与nahco3溶液混合 看是否有气体产生 证明草酸是二元酸 可以利用酸碱中和滴定原理 若消耗naoh的物质的量是草酸的2倍 即可证明草酸是二元酸 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 氧化铜 前面澄清石灰水无现象 h中黑色粉末变红色 其后的d中澄清石灰水变浑浊 3 向盛有少量nahco3的试管里滴加草酸溶液 有气泡产生 用naoh标准溶液滴定草酸 消耗naoh的物质的量为草酸的2倍 题型模板 解答实验设计题的思维过程 1 巧审题 明确实验的目的和原理 实验原理是解答实验题的核心 是实验设计的依据和起点 实验原理可从题给的化学情景 或题中所给实验目的 并结合元素化合物等有关知识获取 在此基础上 遵循可靠性 简捷性 安全性的原则 确定符合实验目的 要求的方案 2 想过程 理清实验操作的先后顺序 根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程 确定实验操作的方法步骤 把握各步实验操作的要点 理清实验操作的先后顺序 3 看准图 分析各项实验装置的作用 有许多综合实验题图文结合 思考容量大 在分析解答过程中 要认真细致地分析图中所示的各项装置 并结合实验目的和原理 确定它们在该实验中的作用 4 细分析 得出正确的实验结论 实验现象 或数据 是化学原理的外在表现 在分析实验现象 或数据 的过程中 要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因 或从有关数据中归纳出定量公式 绘制变化曲线等 微题型二化学实验方案的评价 示例2 2015 福建理综 25 某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验 实验一制取氯酸钾和氯水利用下图所示的实验装置进行实验 题型示例 1 制取实验结束后 取出b中试管冷却结晶 过滤 洗涤 该实验操作过程需要的玻璃仪器有 2 若对调b和c装置的位置 填 能 或 不能 提高b中氯酸钾的产率 实验二氯酸钾与碘化钾反应的探究 3 在不同条件下kclo3可将ki氧化为i2或kio3 该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响 其中系列a实验的记录表如下 实验在室温下进行 系列a实验的实验目的是 设计1号试管实验的作用是 若2号试管实验现象为 黄色溶液 取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色 假设氧化产物唯一 还原产物为kcl 则此反应的离子方程式为 实验三测定饱和氯水中氯元素的总量 4 该小组设计的实验方案为 使用下图装置 加热15 0ml饱和氯水试样 测定产生气体的体积 此方案不可行的主要原因是 不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因 5 根据下列资料 为该小组设计一个可行的实验方案 不必描述操作过程的细节 资料 i 次氯酸会破坏酸碱指示剂 ii 次氯酸或氯气可被so2 h2o2 fecl2等物质还原成cl 思维提示 1 制取实验结束后 由取出b中试管进行的操作 冷却结晶 过滤 洗涤 可知该实验操作过程中需要的玻璃仪器有烧杯 漏斗 玻璃棒 胶头滴管 2 cl2与热的koh溶液反应生成kclo3 kcl和h2o 与冷的koh溶液反应生成kclo kcl和h2o 因此 若将装置b c的位置对调 可以除去cl2中的杂质气体hcl 故能提高b中kclo3的产率 5 由于hclo具有强氧化性会破坏酸碱指示剂 因此实验设计时不能用酸碱指示剂 可以利用氯水的强氧化性 向该溶液中加入足量的h2o2溶液 h2o2把氯元素完全还原为cl h2o2被氧化成o2 然后加热除去过量的h2o2 冷却 再加入足量的agno3溶液 过滤 洗涤生成的agcl沉淀 干燥后称量沉淀质量 结合氯原子守恒即可确定其中含有的氯元素的质量 知识归纳 实验方案评价的四大原则1 可行性原则 1 分析实验方案是否科学可行 2 实验操作是否安全合理 3 实验步骤是否简单方便 4 实验效果是否明显 2 绿色化学原则 1 实验过程中是否造成环境污染 2 原料是否无毒 安全 易得 3 原料利用率是否较高 4 反应速率是否较快 3 安全性原则化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下 1 净化 吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸 2 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸 3 防氧化 4 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 5 防吸水 4 规范性原则 1 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 2 易挥发液体产物 导出时可为蒸气 的及时冷却 3 仪器拆卸与组装顺序相反 按照从右向左 从高到低的顺序 4 其他 如实验操作顺序 试剂加入顺序 实验方法使用顺序等 提醒 化学实验方案的评价要做到理论上科学 操作上简单可行 原料用量要节约 符合绿色化学原则 1 2016 辽宁省实验中学高三模拟 已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸钠 题型精练 甲同学设计两种方案来检验na2so3溶液是否发生变质 方案一 取样 加入稀盐酸有气泡生成 认为亚硫酸钠溶液没有变质 方案二 取样 加入氯化钡溶液有白色沉淀生成 认为亚硫酸钠溶液完全变质 请你对两方案作出评价 方案一 填 合理 或 不合理 理由 方案二 填 合理 或 不合理 理由 乙同学探究na2so3溶液是否发生变质 设计如下实验测定1 0mol l 1na2so3溶液的实际浓度 1 分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂 填序号 a 浓硝酸b 65 硫酸c 浓盐酸 2 实验前后测得c装置增重3 2g 则na2so3溶液实际的物质的量浓度为 3 该实验装置还存在一个明显的缺陷是 解析 加入稀盐酸有气泡生成 证明溶液中含有亚硫酸钠 na2so3溶液可能没有变质 也可能部分变质 亚硫酸钠 硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀 故亚硫酸钠溶液未变质 部分变质 全部变质时的现象相同 都会生成白色沉淀 制备二氧化硫气体应选用浓硫酸 c装置增重3 2g 产生的n so2 0 05mol 所以n na2so3 0 05mol c na2so3 0 05mol 0 06l 0 83mol l 1 该实验装置中一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置 答案 不合理亚硫酸钠部分变质时滴加盐酸也会产生气泡不合理亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀 亚硫酸钠未变质或部分变质时也会产生白色沉淀 1 b 2 0 83mol l 1 3 缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置 或其他合理答案 2 2015 广州摸底 三草酸合铁酸钾晶体k3 fe c2o4 3 3h2o可用于摄影和蓝色印刷 它受热易分解 为了验证其气态产物 某同学设计了如下实验装置 1 若实验中 观察到b e中的溶液均变浑浊 则d中的现象是 说明其气态产物是 为验证另一种气态产物 应在a b之间增加的装置为 2 为了使实验更安全 更严密 你认为该实验设计需要如何改进 3 固体产物中铁元素不可能以 3价形式存在 理由是 现设计实验 探究固体产物中铁元素的存在形式 提出合理假设 假设1 假设2 假设3 某学生设计实验探究上述假设 除3 h2o2 蒸馏水外 还需要下列试剂中的 限选试剂 浓硫酸 1 0mol l 1hno3 1 0mol l 1盐酸 1 0mol l 1naoh溶液 0 1mol l 1ki溶液 0 1mol l 1cuso4溶液 20 kscn溶液 解析 1 b中溶液变浑浊说明气态产物中有co2 e中溶液变浑浊说明co被酸性高锰酸钾溶液氧化为co2 故d中的现象是溶液褪色或变浅 从而可说明气态产物有co 另一种气态产物是h2o 其验证方法是将a中产生的气体通过盛有无水cuso4的干燥管 2 从安全角度考虑应在b装置前加一个防倒吸装置 从严密性角度考虑 要在c装置后增加一个检验co2是否除尽的装置 3 由于反应过程中有co生成 能还原三价的铁 故固体产物中无三价铁 其成分可能有三种情况 fe feo fe和feo 探究固体产物中铁元素的存在形式 可以将固体产物放入足量的0 1mol l 1的cuso4溶液中搅拌使其充分反应 然后过滤洗涤沉淀 再加入足量的1 0mol l 1的盐酸 若溶液中有不溶的红色物质 则说明固体产物中含有fe 发生反应为fe cuso4 feso4 cu 向溶液中加入20 kscn溶液 不变红色 然后再向溶液中滴加双氧水 若变红色 则说明固体产物中含有feo 答案 1 溶液褪色或变浅co2co盛有无水cuso4的干燥管 2 在b装置之前加一个防倒吸装置 在c装置后增加一个检验二氧化碳是否除尽的装置 或盛有澄清石灰水的试管 3 有还原性气体co生成 能将三价铁还原 故不可能有三价铁存在 铁元素的存在形式为fe单质铁元素的存在形式为feo铁元素的存在形式为fe与feo的混合物 1 0mol l 1盐酸 20 kscn溶液 0 1mol l 1cuso4溶液 题型模板 解答综合性实验评价题的基本流程原理 反应物质 反应条件 仪器装置 现象 结论 作用意义 联想 具体分析为 1 实验是根据什么性质和原理设计的 实验的目的是什么 2 反应物的性质 状态及发生反应时的条件 根据实验目的和相关的化学反应原理 进行全面的分析比较和推理 并合理选择 3 有关装置 性能 使用方法 适用范围 注意问题 是否有替代装置可用 仪器规格等 4 有关操作 操作方法 操作顺序 注意事项或操作错误的后果 5 实验现象 自下而上 自左而右全面观察 6 实验结论 得出直接结论或导出间接结论 微题型三综合实验探究 题型示例 2 上述反应后草酸被氧化为 填化学式 3 实验 和 的结果表明 实验 中0 t1时间段反应速率v cr3 mol l 1 min 1 用代数式表示 4 该课题组对铁明矾 al2fe so4 4 24h2o 中起催化作用的成分提出如下假设 请你完成假设二和假设三 假设一 fe2 起催化作用 假设二 假设三 归纳总结 探究型实验的基本程序解答探究型实验题的基本程序可用以下流程图表示 1 提出问题要提出问题 首先得发现问题 对题给信息进行对比 质疑 通过思考提出值得探究的问题 此外 实验中出现的特殊现象也是发现问题 提出问题的重要契机 2 提出猜想所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况 有一些问题 结论有多种可能 这就是猜想 只能通过实验进行验证 3 设计验证方案提出猜想后 就要结合题给条件 设计出科学 合理 安全的实验方案 对可能的情况进行探究 实验设计中 关键点是对试剂的选择和实验条件的调控 4 观察实验现象 得出结论根据设计的实验方案 根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论 已知k2feo4具有下列性质 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 题型精练 1 无机制备探究 2015 江苏化学 19 实验室用下图所示装置制备kclo溶液 并通过kclo溶液与fe no3 3溶液的反应制备高效水处理剂k2feo4 1 装置a中kmno4与盐酸反应生成mncl2和cl2 其离子方程式为 将制备的cl2通过装置b可除去 填化学式 2 cl2与koh在较高温度下反应生成kclo3 在不改变koh溶液的浓度和体积的条件下 控制反应在0 5 进行 实验中可采取的措施是 3 制备k2feo4时 kclo饱和溶液与fe no3 3饱和溶液的混合方式为 4 提纯k2feo4粗产品 含有fe oh 3 kcl等杂质 的实验方案为 将一定量的k2feo4粗产品溶于冷的3mol l 1koh溶液中 实验中须使用的试剂有 饱和koh溶液 乙醇 除常用仪器外须使用的仪器有 砂芯漏斗 真空干燥箱 解析 1 用饱和食盐水可除去cl2中的hcl 2 为防止cl2与koh在较高温度下反应生成kclo3 应缓慢加入盐酸以控制cl2与koh反应的速率 同时应将c装置置于冰水浴中 3 因k2feo4在fe3 和fe oh 3催化作用下发生分解 为防止fe3 过量 应在不断搅拌的条件下 将fe no3 3饱和溶液缓慢滴加到kclo饱和溶液中 4 先用砂芯漏斗过滤除去fe oh 3 滤液中含k2feo4 koh hcl 利用k2feo4微溶于浓koh溶液的性质 将盛有滤液的烧杯置于冰水浴中 然后加入饱和koh溶液 搅拌 静置后用砂芯漏斗过滤 析出的k2feo4晶体用适量乙醇洗涤2 3次后 用真空干燥箱干燥即得产品 实验步骤 在a中加入4 4g异戊醇 6 0g乙酸 数滴浓硫酸和2 3片碎瓷片 开始缓慢加热a 回流50min 反应液冷至室温后倒入分液漏斗中 分别用少量水 饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤 分出的产物加入少量无水mgso4固体 静置片刻 过滤除去mgso4固体 进行蒸馏纯化 收集140 143 馏分 得乙酸异戊酯3 9g 回答下列问题 1 仪器b的名称是 2 在洗涤操作中 第一次水洗的主要目的是 第二次水洗的主要目的是 3 在洗涤 分液操作中 应充分振荡 然后静置 待分层后 填标号 a 直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出b 直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出c 先将水层从分液漏斗的下口放出 再将乙酸异戊酯从下口放出d 先将