专题13化学实验方案的设计与评价

1、2022-2-27 第13讲化学实验方案的设计与评价2022-2-27 【考纲点击】 1能根据实验要求，完成相关实验探究： (1)设计、评价或优化实验方案。 (2)了解控制实验条件的方法。 (3)描述及分析实验现象，收集及处理相关数据，得出合理结论。 (4)识别和绘制典型的实验仪器装置图。 2以上各部分知识与技能的综合应用。 3了解化学实验研究的一般过程，掌握化学实验的基本方法和技能。2022-2-272022-2-27 1. 化学实验方案设计的基本思路是什么？ 答案化学实验方案设计的基本思路：2022-2-27 2实验安全的“七防”指的是什么？ 答案实验安全的“七防”是指：防爆炸、防暴沸、防

2、失火、防中毒、防倒吸、防污染、防炸裂。2022-2-27 答案方法：BaCl2Na2CO3NaOH过滤后向滤液中加入稀盐酸至中性蒸发结晶。 方法：BaCl2NaOHNa2CO3过滤后向滤液中加入稀盐酸至中性蒸发结晶。 方法：NaOHBaCl2Na2CO3过滤后向滤液中加入稀盐酸至中性蒸发结晶。2022-2-27 4怎样筛选和处理实验数据？ 答案对实验数据分析和处理的一般方法和思路为五看：一看数据是否符合测量仪器的精确特点；二看数据是否在误差允许范围内；三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据；四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据；五看数据测量过程是否规范、合理。2022

3、-2-27 知识链接 实验方案设计的基本流程：根据目标产物确定可能原理设计可能实验方案优化实验方案选择原料设计反应装置(方法、仪器等)实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)分离提纯产品。考点一实验方案的设计考点一实验方案的设计角度1物质制备实验方案的设计(2013天津，9) 2022-2-27 知识链接 性质验证方案设计的基本流程：根据物质的性质设计可能的实验方案优化实验方案实施实验(原理、方法、仪器、药品、操作要点等)观察现象、记录数据综合分析得出结论。 角度发散 常见物质性质的验证方法。角度2物质性质验证实验方案的设计(2013四川理综，9) 2022-2-27 1(2013四川理综，

4、9)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。 .AgNO3的氧化性 将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag除尽后，进行了如下实验，可选用试剂：KSCN溶液、K3Fe(CN)6溶液、氯水。高考印证高考印证 2022-2-27 (1)请完成下表：操作现象结论取少量除尽Ag后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡_存在Fe3取少量除尽Ag后的溶液于试管中，加入_，振荡_存在Fe22022-2-27【实验结论】 Fe的氧化产物为Fe2和Fe3。.AgNO3的热稳定性用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕

5、色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。(2)装置B的作用是_。(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是_。(4)【查阅资料】 Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。2022-2-27【提出设想】 试管中残留的黑色固体可能是：.Ag；.Ag2O；Ag和Ag2O。【实验验证】 该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。实验编号操作现象a加入足量氨水，振荡 黑色固体不溶解b加入足量稀硝酸，振荡黑色固体溶解，并有气体产生2022-2-27【实验评价】 根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是_(填实验编号)。【实验结

6、论】 根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有_。2022-2-27解析.(1)Fe3遇KSCN溶液，溶液变红色。由于氯水与Fe2反应，现象不明显，应直接用K3Fe(CN)6溶液检验，如有蓝色沉淀出现，则证明Fe2存在，否则不存在。.(2)B装置为安全瓶，可以防止倒吸。(3)检验氧气的常用方法是利用其助燃性，使带有火星的木条复燃。2022-2-272022-2-27答案(1)溶液呈红色K3Fe(CN)6溶液产生蓝色沉淀(2)防倒吸(3)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2(4)bAg、NO2、O22022-2-27 1(2013攀枝花二模)某研究小组在实验室

7、中用铜粉(含铁粉5%以上)制取胆矾(CuSO45H2O)并检验其纯度，限选试剂：3 molL1H2SO4溶液、浓硝酸、3%H2O2溶液、0.2 molL1NaOH溶液、20% KSCN溶液、BaCl2溶液。有关物质溶解度如下表(单位g/100 g H2O)：应用体验应用体验 温度/020406080100CuSO414.320.728.540.055.075.4Cu(NO3)281.8124.8 163.1 181.8 207.8 247.32022-2-27 (1)完成制取胆矾的实验方案。实验步骤预期现象步骤1：除铁。将铜粉置于烧杯中，_步骤2：溶解。将步骤1得到的铜粉置于烧杯中，_步骤3：

8、结晶。将步骤2所得溶液蒸发浓缩至液面有晶膜出现，冷却至室温，过滤得粗产品2022-2-27(2)完成步骤1后，检验铜粉中的铁是否除尽的实验操作是_。(3)若胆矾中含有少量Cu(NO3)23H2O，测定其中CuSO45H2O的含量，实验步骤如下：称量胆矾样品的质量为m1，加水溶解，滴加足量BaCl2溶液，充分反应后过滤，将滤渣烘干、冷却，称得其质量为m2。样品中CuSO45H2O的质量分数为_(列出算式)。2022-2-27解析解析(1)制备胆矾的实验设计：根据所给试剂，由于铜不能直制备胆矾的实验设计：根据所给试剂，由于铜不能直接与硫酸反应，因此需要氧化剂接与硫酸反应，因此需要氧化剂 (H2O2

9、或或 HNO3) 将铜氧化为将铜氧化为Cu2，但，但 Cu2对对 H2O2的分解有催化作用，因此只能用浓硝酸的分解有催化作用，因此只能用浓硝酸氧化，但如果直接用浓硝酸氧化生成氧化，但如果直接用浓硝酸氧化生成 Cu(NO3)2，再和硫酸通过，再和硫酸通过复分解反应制备复分解反应制备，会有大量会有大量 Cu(NO3)2杂质杂质。因此实验中借助反因此实验中借助反应：应：Cu4H2NO3=Cu22NO22H2O，即先加硫酸，即先加硫酸，再加浓硝酸。再加浓硝酸。2022-2-27(2)检验铜中的铁粉是否除尽，还可以通过检验最后一次硫酸洗检验铜中的铁粉是否除尽，还可以通过检验最后一次硫酸洗液中是否含有液中

10、是否含有 Fe2来确定。来确定。(3)CuSO45H2OBaSO4250233250m2233m2则样品中则样品中 CuSO45H2O 的质量分数为的质量分数为250m2233m1100%。2022-2-27 答案(1)实验步骤预期现象步骤1：加入足量3 molL1H2SO4溶液，充分反应后过滤，充分洗涤滤渣有无色气泡产生，溶液由无色变成浅绿色步骤2：加入适量3 molL1H2SO4溶液，再缓慢、分批地加入浓硝酸，边加边搅拌直至铜粉完全溶解有红棕色气体产生，溶液由无色变成蓝色2022-2-272022-2-27 知识链接 实验方案设计的基本原则：(1)条件合适，操作方便；(2)原理正确，步骤简

11、单；(3)原料丰富，价格低廉；(4)产物纯净，污染物少。考点二实验方案的评价考点二实验方案的评价角度1物质制备实验方案的评价(2012天津，9) 2022-2-27 知识链接 物质性质探究实验方案评价的四点要求：(1)实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件，实验方案要简单易行。(2)实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排，同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的干扰。(3)实验现象要直观。要求设计的实验在操作过程中有明显的实验现象，便于物质化学性质的确认。(4)实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果，做到实验结论准确、可靠。角度2物质性

12、质探究实验方案的评价(2013四川理综，9) 2022-2-27 2.(2012福建理综，25)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如图所示)。 (1)制备实验开始时，先检查装置气密性，接下来的操作依次是_(填序号)。 A往烧瓶中加入MnO2粉末 B加热 C往烧瓶中加入浓盐酸高考印证高考印证 2022-2-27(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同学提出下列实验方案：甲方案：与足量AgNO3溶液反应，称量生成的AgCl质量。乙方案：采用酸碱中和滴定法测定。丙方案：与已知量CaCO3(过量)反应，称量剩余的CaCO3质量。丁方案：与足量Zn反

13、应，测量生成的H2体积。继而进行下列判断和实验：判定甲方案不可行，理由是_。2022-2-27进行乙方案实验：准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。a量取试样20.00 mL，用0.100 0 molL1 NaOH标准溶液滴定，消耗22.00 mL，该次滴定测得试样中盐酸浓度为_molL1；b平行滴定后获得实验结果。判断丙方案的实验结果_(填“偏大”、“偏小”或“准确”)。已知：Ksp(CaCO3)2.8109，Ksp(MnCO3)2.310112022-2-27进行丁方案实验：装置如图所示(夹持器具已略去)。()使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将_转移到_中。()反应完毕，每间隔

14、1分钟读取气体体积，气体体积逐次减小，直至不变。气体体积逐次减小的原因是_(排除仪器和实验操作的影响因素)。2022-2-272022-2-27由于Ksp(MnCO3)M(CaCO3)，故最终剩余的固体质量增加，导致测得的c(H)偏小。如果把残余清液转移到Zn粒中，则Y形管内壁就会附着一些清液；Zn与盐酸反应放热，因此，冷却后气体的体积将缩小。答案(1)ACB(2)残余清液中，n(Cl)n(H)(或其他合理答案)0.110 0偏小()Zn粒残余清液(按顺序写出两项)()装置内气体尚未冷至室温2022-2-27 2(2012天津，9)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝

15、”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：应用体验应用体验 2022-2-27请回答下列问题：(1)第步Cu与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣1的主要成分为_。(2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的优点是_；调溶液pH的目的是使_生成沉淀。2022-2-272022-2-272022-2-27(5)探究小组用滴定法测定CuSO45H2O(Mr250)含量。取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol L1 EDTA(H2Y2)标准溶

16、液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反应如下：Cu2 H2Y2=CuY22H写出计算CuSO45H2O质量分数的表达式w_；2022-2-27 下列操作会导致CuSO45H2O含量的测定结果偏高的是 _。 a未干燥锥形瓶 b滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡 c未除净可与EDTA反应的干扰离子2022-2-272022-2-27(4)甲方案在滤渣中只加硫酸会生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质，方法不可行；乙和丙方法均可行，乙方案先在滤渣中加H2SO4，生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，再加Al粉和Fe2(SO4)3

17、生成Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；丙方案先在滤渣中加NaOH，和Al(OH)3反应生成NaAlO2，再在滤液中加H2SO4生成Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体，但从原子利用率角度考虑方案乙更合理； 2022-2-272022-2-27答案答案(1)Cu4H2NO3=Cu22NO22H2O 或或 3Cu8H2NO3=3Cu22NO4H2OAu、Pt(2)将将 Fe2氧化成氧化成 Fe3不引入杂质，对环境无污染不引入杂质，对环境无污染Fe3、Al3(3)加热脱水加热脱水(4)甲甲所得产品中含有较多所得产品中含有较多 Fe2(SO4)3杂质杂质乙乙

18、(5)c molL1b103L250 gmol15a g100%c2022-2-27 知识链接 探究性综合实验题的一般解题思路：发现问题提出猜想设计验证方案具体实施实验观察现象、分析数据总结归纳得出结论。考点三探究性综合实验考点三探究性综合实验角度1探究性综合实验题的解题思路(2013安徽理综，28) 2022-2-27 知识链接 实验探究题中会遇到由于各种原因导致的“反常”，如试剂添加顺序不当、药品变质、反应条件控制不当等等。解答此类试题的一般思路：探究“反常”现象，利用已有知识理论提出猜想，设计实验验证猜想，合理解释“反常”现象得出结论。角度2探究化学实验中的反常现象(2013北京，28)

19、 2022-2-27 3(2013北京，28)某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究：高考印证高考印证 操作现象取4 g漂粉精固体，加入100 mL水部分固体溶解，溶液略有颜色过滤，测漂粉精溶液的pHpH试纸先变蓝(约为12)，后褪色.液面上方出现白雾；.稍后，出现浑浊，溶液变为黄绿色；.稍后，产生大量白色沉淀，黄绿色褪去2022-2-27(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是_。(2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是_。(3)向水中持续通入SO2，未观察到白雾。推测现象的白雾由HCl小液滴形成，进行如下实验：2022-2-27a用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变

20、化；b用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。实验a的目的是_。由实验a、b不能判断白雾中含有HCl，理由是_。2022-2-27(4)现象中溶液变为黄绿色的可能原因：随溶液酸性的增强，漂粉精的有效成分和Cl发生反应。通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是_。(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤，得到沉淀X。向沉淀X中加入稀HCl，无明显变化。取上层清液，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。则沉淀X中含有的物质是_。用离子方程式解释现象中黄绿色褪去的原因：_。2022-2-27解析(1)联系氯的化合物基础知识和生产漂粉精的原理，写出下列化学方程式：2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(

21、ClO)22H2O。(2)pH试纸先变蓝，说明漂粉精溶液呈碱性，后褪色是由于ClO的强氧化性所致。(3)检验白雾中有无HCl的关键是检验出Cl的存在，故实验a、b即围绕Cl的检验展开。实验a的目的是通过湿润碘化钾淀粉试纸是否变蓝判断有无Cl2的干扰。实验b试图通过AgCl的生成来检验Cl的存在，但应考虑到过量SO2和AgNO3溶液反应生成白色沉淀的可能性。2022-2-272022-2-272022-2-27 3(2013成都模拟)有文献记载：在强碱条件下，加热银氨溶液可能析出银镜。某同学进行如下验证和对比实验。应用体验应用体验 装置实验序号 试管中的药品现象实验2 mL银氨溶液和数滴较浓Na

22、OH溶液有气泡产生；一段时间后，溶液逐渐变黑；试管壁附着银镜实验2 mL银氨溶液和数滴浓氨水有气泡产生；一段时间后，溶液无明显变化2022-2-272022-2-27(3)该同学对产生银镜的原因提出假设：可能是NaOH还原Ag2O。实验及现象：向AgNO3溶液中加入_，出现黑色沉淀；水浴加热，未出现银镜。(4)重新假设：在NaOH存在下，可能是NH3还原Ag2O。用下图所示装置进行实验。现象：出现银镜。在虚线框内画出用生石灰和浓氨水制取NH3的装置简图(夹持仪器略)。2022-2-27(5)该同学认为在(4)的实验中会有Ag(NH3)2OH生成。由此又提出假设：在 NaOH存在下，可能是Ag(

23、NH3)2OH也参与了NH3还原Ag2O的反应进行如下实验：2022-2-27有部分Ag2O溶解在氨水中，该反应的化学方程式是_。实验结果证实假设成立，依据的现象是_。(6)用HNO3清洗试管壁上的Ag，该反应的化学方程式是_。2022-2-272022-2-27(5)Ag2O溶解在氨水中的反应化学方程式为：Ag2O4NH3H2O=2Ag(NH3)2OH3H2O；由于与溶液接触的试管壁上析出银镜，可证明假设成立；(6)银是不活泼的金属，其和硝酸反应的化学方程式和铜相似为：Ag2HNO3(浓)=AgNO3NO2H2O。2022-2-272022-2-272022-2-27 知识链接 (1)气体制

24、备原理决定发生装置，气体性质决定干燥装置，所制气体的性质和杂质气体的性质共同决定了净化方法。(2)气体制备装置的连接顺序：发生装置净化装置(含干燥装置)收集装置尾气处理装置。(3)安装顺序：由下往上，从左到右。(4)操作顺序：检查装置的气密性固体药品先放液体药品后放点燃酒精灯。防范1常见气体的制备装置原理及注意事项混乱 2022-2-27 1实验室用如图装置制取某种较纯净的气体。防范演练防范演练 2022-2-27 (1)在烧瓶里放置的反应物可能是_； A稀硫酸和锌粒 B浓盐酸和石灰石 C浓盐酸和二氧化锰 D浓盐酸和高锰酸钾 (2)集气瓶里收集到的气体是_； AH2 BCl2 CCO2 DO2

25、2022-2-27 (3)两个洗气瓶(从左到右)中盛放的试剂是_； A浓硫酸；饱和食盐水 B氢氧化钠溶液；浓硫酸 C氢氧化钠溶液；饱和食盐水 D饱和食盐水；浓硫酸 (4)烧杯中应盛放的试剂及作用是_。 ANaOH溶液，吸收多余的Cl2，防止污染空气 B浓硫酸，干燥多余的Cl2 C纯水，充分吸收多余的Cl2，防止污染空气 D饱和食盐水，减少Cl2在水中溶解度2022-2-272022-2-27 知识链接 (1)设计思路：防范2对化学实验方案的设计思路、步骤及注意事项分析不清 2022-2-27(2)设计步骤：观察现象根据物质性质提出假设寻求能够证明或检验假设的方法根据设想的方法选择适当的实验仪器

26、和药品设计恰当的实验步骤实施实验观察记录实验现象、数据验证实验结果是否符合实验预期(假设)。(3)注意事项：题目有无特殊要求，题给药品、装置的数量；注意实验过程中的安全性操作，会画简单的实验装置；注意仪器的规格；要防倒吸、防爆炸、防燃烧、防暴沸、防氧化、防吸水，冷凝、水浴加热时采取的相应措施；仪器的创新应用。2022-2-27 2某研究性学习小组在研究二氧化硫漂白作用时，从“氯气的漂白作用实际上是氯气与水反应生成的次氯酸的漂白作用”得到启发。为了探究二氧化硫的作用到底是二氧化硫本身还是二氧化硫与水作用的产物，该小组设计了如下实验。请回答相关问题。防范演练防范演练 2022-2-27(1)实验室

27、用亚硫酸钠粉末跟硫酸制取二氧化硫，现有下列三种硫酸溶液，应选用_(填字母)，理由是_；A98%浓硫酸B70%硫酸C10%稀硫酸2022-2-27(2)为了探究SO2能否使品红褪色，该同学选择了正确的药品后设计了如下图所示实验装置，请指出实验装置设计中的不合理之处。_；_。2022-2-272022-2-27解析(1)在制取SO2时，既要考虑到反应原理：强酸制弱酸(选用稀硫酸)，又要考虑到二氧化硫的溶解性(选用浓硫酸)；(2)根据实验目的应该将干燥的SO2通入品红的酒精溶液中；加入浓硫酸时需要分液漏斗；(3)干燥的SO2气体不能使其褪色，说明SO2与水反应的某一生成物具有漂白性；(4)由于水解和

28、电离的情况，Na2SO3溶液和NaHSO3溶液的组成粒子是相同的。2022-2-272022-2-27 高考综合实验题更多地关注学生对化学实验方案的设计和评价的能力，题型有验证性实验和探究性实验。解决这类试题的一般的解题思路为： 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(或题首所给实验目的)并结合元素化合物、化学实验基本操作、化学反应基本原理等有关知识获取。在此基础上，遵循可行性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。综合实验题的解题思路综合实验题的解题思路2022-2-27 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