人教版跨越高考化学二轮复习 第7专题实验设计与探究题型应对策略（一）

1、2021/8/9 星期一11.起点较低、步步深入实验设计与评价试题的命制一般都是从中学阶段学生最熟悉的基础实验入手,由易到难,由收敛到发散,由具体到开放,逐步实现对学生能力的考查。因此要求考生深刻理解教材中出现的实验的原理、熟悉实验现象、掌握实验操作、注意实验的干扰因素、成败关键等,因为这些往往是实验设计与评价的出发点。一、实验设计与评价题的特点2021/8/9 星期一22.思维量大、综合性强此类试题考查的内容包括:实验操作、仪器组装、顺序设计、确认某混合物组成的设计、验证化学原理的设计、实验步骤的设计、测定物质纯度的设计等。其中有定性的,也有定量的。要求考生对不同的实验方案进行对比分析,或对

2、已完成的实验的实验原理、装置、效果与实验目的、要求进行对比,认识实验的成功与不足以及可能存在的问题,甚至要求提出优化改进方案。2021/8/9 星期一33.情境新颖、角度独特此类试题的题设情境看似熟悉却又感觉陌生,能较好地考查考生对化学基础知识、基本技能的掌握情况和对基本方法的应用情况,特别是信息给予形式的实验设计与评价试题能更好的考查考生阅读、理解、分析、提炼、综合、创新等能力和考生的能力品质,因而在高考中一直受到命题者的青睐,化学实验设计与评价试题已成为高考试题的一个重要亮点。2021/8/9 星期一44.难度较大、区分度高根据题目情境并结合所学过的基础知识来创造性地解决或分析实际问题,能

3、激发学生的创新意识并提高其思维推理能力,为高考的选拔功能和突出化学学科特点起着不可替代的作用。此类试题是一种高层次的能力要求,它以扎实、娴熟的化学知识与实验技能为前提,既要明察秋毫,关注细节,又要以积极思维、探索创新为核心,因此具有较高的区分度。二、实验设计与评价题的类型2021/8/9 星期一51.制备实验方案的设计(1)设计的程序实验原料实验原理途径设计(途径、途径、途径 )最佳途径实验仪器实验方案制得物质。(2)最佳途径的选择要求反应的可行性。原料的用量和价格。反应条件及设备的要求。(3)制备实验方案设计的题型限定几种原料,制备一种或几种物质。2021/8/9 星期一6限定几种原料,要求

4、用几种不同的方法制备同一种物质。自选原料,制备某一指定物质。用含杂质的物质为原料,提取某一纯净物。由给定废料,回收、提取、制备某一或某几种物质。(4)气体制备实验方案设计的要求以实验室常用试剂为原料,以方便经济安全为原则,以制得纯净气体为目的。实验仪器要根据反应原理及制气量的多少来选择,有时还需要选择干燥仪器。实验试剂要注意浓度,特别是盐酸、硝酸、硫酸的浓度对制取气2021/8/9 星期一7体影响较大。根据仪器装配顺序(自下而上,从左到右)、装置顺序(制气装置净化装置干燥装置收集装置尾气吸收装置),准确组装仪器,并检查装置的气密性。(5)常见单质、化合物的制备方法电解法:电解熔融盐及氧化物制备

5、活动性较强的金属,如Na、Mg、Al;电解饱和食盐水制H2、Cl2、NaOH;电解精炼铜等。氧化还原法a.氧化法:非金属单质常用氧化阴离子法制取。如Cl2、Br2、I2等。b.还原法:用还原剂Al、H2、C、CO等还原氧化物、卤化物制备W2021/8/9 星期一8、Cr、Mn、Si等,如SiO2+2CSi+2CO。复分解法:如制取CO2、SO2、HNO3、H3PO4等。分解法:如2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2、2H2O22H2O+ O2。2021/8/9 星期一92.性质实验方案的设计(1)性质实验方案设计的方法与要求根据物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系来设计化学实验方案。

6、抓住物质的本质特征,通过分析、比较,整体考虑实验方案。注意实验条件和实验过程中杂质的干扰因素。(2)性质实验方案设计的分类探索性实验方案的设计程序为:物质实验事实科学抽象结论。验证性实验方案的设计2021/8/9 星期一10程序为:物质性质推测实验验证结论。(3)验证性质实验方案设计的具体步骤根据物质的组成、结构特征,结合已有的知识及实践经验,预测物质可能具有的性质。 设计具体的实验方案来验证(或探索)物质所具有的一些性质。选择适宜的试剂、仪器装置、反应条件来实施方案。最后得出结论。2021/8/9 星期一113.物质检验实验方案的设计(1)物质检验的方法物理方法:主要从颜色、气味、状态、密度

7、、溶解性、熔沸点、硬度等分析。化学方法:加热法、显色法、指定试剂法、分组法等。(2)物质检验的步骤先对试样外观进行观察,确定其颜色、气味、状态等。准备试样,并进行检验。当试样是固体时,应先取少量配成溶液,同时观察试样是否溶解,在溶解时有无气体产生等,以初步判断试样可能含有哪类物质。根据实验现象得出结论。2021/8/9 星期一124.化学实验的评价(1)根据实验目的和给出的实验装置,对连接仪器及作用进行评价。包括:所给仪器是否恰当。仪器是否齐全。例如制取有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气吸收装置。安装顺序是否合理。如是否遵循“自下而上,从左到右”的原则;气体净化装置中不应先干燥,后又通过水

8、溶液洗气。仪器间连接顺序是否正确。例如:洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管除杂质时是否“大进小出”等。2021/8/9 星期一13(2)对给出的实验方案,做出科学的评估,依据“仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”等原则,选择出最佳方案。三、实验设计与评价题的解题方法与思路2021/8/9 星期一141.思考问题的顺序(1)围绕主要问题思考。如选择实验路线、方法恰当与否;所用药品、仪器简单易得与否;实验过程快速、安全、环保与否;实验现象明显与否(是否有干扰)。(2)思考有关物质的制备、净化、吸收、存放、环保、安全,是否需驱赶空气,是否需防止空气中H2O、CO2进入装置等

9、有关问题。如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。(3)思考实验仪器及装置的连接顺序。一般为:驱赶空气气体发生除杂干燥主体实验尾气处理。2021/8/9 星期一15(4)思考实验操作的顺序。一般为:连接仪器。检查气密性。在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,然后装入药品。检查装置的气密性的方法依装置的特点而定。装药品,进行实验操作。2.综合实验思维过程原理反应物仪器装置现象结论作用意义联想。如:实验目的是什么?实验是根据什么性质和原理?所用反应物的名称、状态、代替物(根据实验目的和相关的

10、化学反应原理,进行全面分析比较和推理,并合理选择)。有关装置:性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可使用、仪器规格。有关操作:技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。实验现象:自下而上,自左至右全面观察。实验结论:直接结论,导出结论。四、相关知识储备2021/8/9 星期一161.需注意杂质离子、副反应的干扰,药品不符合规格(如变质)的影响,反应实际不能完全进行(即反应物剩余)的影响等问题。2.点燃或加热通有可燃性气体的装置前,必须检查气体的纯度。如用氢气、一氧化碳等气体还原金属氧化物时,不能先加热后通气体,应先通入气体,将装置内的空气排尽后,检查气体是否纯净,待验纯后,再点燃

11、酒精灯加热金属氧化物。3.加热操作先后顺序的选择。若气体的发生需加热且空气能作为杂质气体参与体系内的反应,一般先用酒精灯加热发生气体的装置,等气体充满装置后(排尽空气),再给实验中需要加热的固体物质加热,目的是:一则防止可能的爆炸,二则保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中某些物质反应生成杂质。2021/8/9 星期一174.冷凝回流问题:若是易挥发的液体反应物,为了避免反应物损耗和充分利用原料,要在发生装置中设计冷凝回流装置。如在发生装置中安装长玻璃管或水冷凝装置。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失,需用冷凝管或冷水(或冰水)冷凝气体(物质蒸气),使物质蒸气冷凝为液态便于收集。2021/

12、8/9 星期一185.实验仪器的拆卸一般从防爆炸、防氧化、防生成杂质、防倒吸等角度考虑停止加热或停止通气的时间、顺序,如对有尾气吸收的装置的实验,一般必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯,以免溶液倒吸;用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后才停止通氢气,这是为避免空气倒吸入加热区使铜氧化,或形成易爆气体;有多个酒精灯的实验,一般后撤产生气体的酒精灯以防倒吸;拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出,才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;拆下的仪器要冷却清洗、干燥和归位。6.防止倒吸问题:某些实验在溶解度大(或与液体反应迅速)的气体溶于

13、液体后,可能会引起倒吸,从而影响实验,为防气体溶解而引起的倒吸一般需加专门的防倒吸装置。2021/8/9 星期一197.具有特殊作用的实验改进措施:如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮管连接成连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管形成液封等。8.空气中H2O、CO2的问题:在制取容易与H2O、CO2反应的物质的实验中,通常需在装置的末端加盛碱石灰的干燥管类装置,以防空气中H2O、CO2进入体系,影响实验。9.驱赶空气的问题:在需要驱赶空气的实验中或者是用反应的气体驱赶空气,或者是用外加的实验装置产生不参与反应的气体(如N2、H2、CO2等)驱赶空气

14、。10.环保问题:凡是产生对环境有危害性的气体的实验就必须加尾气吸收装置,不能一厢情愿地认为这些气体已反应完;注意通风橱的使用。2021/8/9 星期一2011.安全问题:实验装置的设计或评价中必须注意是否要增加防暴沸、防爆炸的措施或装置,如碎瓷片在多种液体加热时的使用,浓硫酸稀释或与其他液体的混合时的顺序和玻璃棒的使用;牵扯到易燃性气体加热实验时必须要先驱赶空气以及安全瓶的使用等。12.评价实验方案通常还需考虑原料利用率、成本、反应条件、安全、环保等因素。17814题型应对策略热点题型探究名师高考预测2021/8/9 星期一21探究点一:物质制备型物质的制备涉及制取的原理、试剂的选择、装置的

15、设计、仪器的选择等。此类试题一般要求考生在限定的试剂或仪器的情况下作出决定,思维量大,涉及面广,综合性强。17814题型应对策略热点题型探究名师高考预测2021/8/9 星期一22典例1(2010年天津理综,9)纳米TiO2在涂料、光催化、化妆品等领域有着极其广泛的应用。制备纳米TiO2的方法之一是TiCl4水解生成TiO2xH2O,经过滤、水洗除去其中的Cl-,再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2。用现代分析仪器测定TiO2粒子的大小。用氧化还原滴定法测定TiO2的质量分数:一定条件下,将TiO2溶解并还原为Ti3+,再以KSCN溶液作指示剂,用NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3+至全

16、部生成Ti4+。请回答下列问题:(1)TiCl4水解生成TiO2xH2O的化学方程式为。(2)检验TiO2xH2O中Cl-是否被除净的方法是2021/8/9 星期一23。(3)下列可用于测定TiO2粒子大小的方法是(填字母代号)。a.核磁共振法b.红外光谱法c.质谱法d.透射电子显微镜法(4)配制NH4Fe(SO4)2标准溶液时,加入一定量H2SO4的原因是;使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外,还需要下图中的(填字母代号)。17814题型应对策略热点题型探究名师高考预测2021/8/9 星期一24(5)滴定终点的现象是。(6)滴定分析时,称取TiO2(摩尔质量为M gmol-1)试样

17、W g,消耗c molL-1 NH4Fe(SO4)2标准溶液V mL,则TiO2质量分数表达式为。(7)判断下列操作对TiO2质量分数测定结果的影响(填“偏高”、“偏低”或“无影响”):2021/8/9 星期一25若在配制标准溶液过程中,烧杯中的NH4Fe(SO4)2溶液有少量溅出,使测定结果。若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,使测定结果。【解析】(1)设TiCl4的系数为1,根据元素守恒,可知TiO2xH2O的系数为1,HCl的系数为4;再根据O元素守恒,可知H2O的系数为(2+x)。(2)检验沉淀是否洗净的方法是取少量洗涤液,检验溶液中溶解的离子是否还存在。(3)核磁共振法用于

18、测有机物中含有多少种氢原子;红外光谱法用于分析有机物中含有何种化学键和官能团;质谱法常用于测有机物的相对分子质量;透射电子显微镜法可以测定微粒的大小。17814题型应对策略热点题型探究名师高考预测2021/8/9 星期一26(4)NH4Fe(SO4)2易水解,故需加入一定量的稀硫酸抑制其水解;配制一定物质的量浓度的溶液时,还需要容量瓶和胶头滴管。(5)因为是用KSCN作指示剂,终点时NH4Fe(SO4)2不再反应,将生成红色的Fe(SCN)3。(6)根据得失电子守恒,有:1Ti3+1Fe3+,故n(Fe3+)=n(Ti3+)=n(TiO2)=cV10-3 mol,其质量分数为。(7)NH4Fe

19、(SO4)2溶液溅出,其物质的量浓度减小,消耗的体积增大,百分含量偏大;若滴定终点时俯视滴定管,则读取的体积比实际消耗的体积偏小,质量分数偏小。答案(1)TiCl4+(x+2)H2OTiO2xH2O+4HCl(2)取少量水洗液,滴加AgNO3溶液,不产生白色沉淀,说明Cl-已除净2021/8/9 星期一27(3)d(4)抑制NH4Fe(SO4)2水解;ac(5)溶液变为红色(6)(或%)(7)偏高偏低探究点二:性质验证型此类试题要求通过设计实验以证明物质的性质,可以限要求(如:根据平衡移动原理)、限试剂、限内容,也可以不限,对学生的知识要求及能力要求均较高。2021/8/9 星期一28典例2(

20、2010年新课标全国理综,27)某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按下图所示装置进行实验。请回答下列问题:(1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是,其中发生反应的化学方程式为。17814题型应对策略热点题型探究名师高考预测2021/8/9 星期一29(2)实验过程中,装置B、C中发生的现象分别是、,这些现象分别说明SO2具有的性质是和;装置B中发生反应的离子方程式为。(3)装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性,请写出实验操作及现象。(4)尾气可采用溶液吸收。【解析】本实验分为两部分,一是制取SO2,二是探究SO2的性质。SO2中硫的化合价为+4价,处于中间价态;与酸性KMnO4溶液作用时,

21、2021/8/9 星期一30其现象为溶液由紫红色变为无色,离子方程式为2Mn+5SO2+2H2O2Mn2+4H+5S,体现SO2的还原性;与Na2S作用时,其现象为无色溶液中出现黄色浑浊,离子方程式为3SO2+2S2-3S+2S,表现SO2的氧化性;与品红作用时,红色溶液变为无色,加热,无色溶液又变为红色,说明了SO2具有漂白性,但其漂白性是暂时的;SO2是一种有毒气体,也是导致酸雨的主要物质,不能排放到空气中,可用碱溶液进行吸收处理,比如NaOH、KOH等。答案(1)蒸馏烧瓶;Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2+H2O(2)溶液由紫红色变为无色;无色溶液中出现黄色浑浊;还原性

22、;氧化性;5SO2+2Mn+2H2O2Mn2+5S+4H+(3)品红溶液褪色后,关闭分液漏斗的旋塞,点燃酒精灯加热,溶液恢复为红色(4)NaOH2021/8/9 星期一31探究点三:物质鉴别型对物质鉴别实验的设计,首先要抓住鉴别的物质或离子是什么?然后依据中学化学中的知识或信息去设计相应的实验。需要注意的是,实验设计必须简单、安全、可行。热点题型探究2021/8/9 星期一32典例3(2010年全国理综,28)有A、B、C、D、E和F六瓶无色溶液,它们都是中学化学中常用的无机试剂。纯E为无色油状液体;B、C、D和F是盐溶液,且它们的阴离子均不同。现进行如下实验:A有刺激性气味,用沾有浓盐酸的玻

23、璃棒接近A时产生白色烟雾;将A分别加入其他五种溶液中,只有D、F中有沉淀生成;继续加入过量A时,D中沉淀无变化,F中沉淀完全溶解;将B分别加入C、D、E、F中,C、D、F中产生沉淀,E中有无色、无味气体逸出;将C分别加入D、E、F中,均有沉淀生成,再加入稀HNO3,沉淀均不溶。根据上述实验信息,请回答下列问题:2021/8/9 星期一33(1)能确定溶液是(写出溶液标号与相应溶质的化学式);(2)不能确定的溶液,写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法:。【解析】()由题意可知A和E不是盐,又由纯E为无色油状液体,推知E为硫酸(第步操作进一步确定);()由题干和第步操作可知A为氨水; (

24、)由第步操作可知F中阳离子为Ag+,发生的反应为Ag+NH3H2OAgOH+N;AgOH+2NH3H2OAg(NH3)2+OH-+2H2O;而常见的银盐中只有AgNO3可溶于水,故F为AgNO3;()由第步操作可知B中阴离子应为C,由于此无色无味的气体只能是CO2, B加入C、D、F中能生成沉淀说明不能是HC,而2021/8/9 星期一34阳离子是常见的K+、Na+等;()同样由第步操作D能与氨水生成沉淀可知,D的无色溶液中常见的阳离子为Mg2+或Al3+,而阴离子需待下步反应再确定;()由第步操作生成的沉淀可能为AgCl、AgBr、AgI、BaSO4、H2SiO3(不合理)等,但限于题干所述

25、中学常用试剂,则沉淀应为AgCl和BaSO4;为C与AgNO3结合生成的沉淀及与硫酸结合生成的沉淀,故C应该同时含有Ba2+和Cl-,即C为BaCl2,进而推出D中阴离子应该为S,因题干所述盐溶液中阴离子均不同,故D为Al2(SO4)3或MgSO4。答案(1)A:NH3,E:H2SO4,F:AgNO3,C:BaCl2(若C作为不能确定的溶液,进一步鉴别的方法合理,同样正确)(2)B:Na2CO3或K2CO3,用铂丝沾取少量B,在氧化焰中灼烧,若焰色呈黄色,则B为Na2CO3溶液,若透过蓝色钴玻璃观察焰色呈紫色,则B2021/8/9 星期一35为K2CO3溶液D:Al2(SO4)3或MgSO4,取少量D,向其中滴加NaOH溶液有沉淀生成,继续加过量NaOH溶液,若沉淀溶解,则D为Al2(SO4)3溶液,若沉淀不溶,则D为MgSO4溶液探究点四:探究设计型题中要求探究某陌生物质的性质、某指定反应的最佳反应条件或反应原理、某反应产物的成分等,综合性较强,难度较大。探究型实验方案的设计要点:A.在探究实验的设计过程中往往可以通过对比实验,即设置几组平行实验来对照、比较,从而研究和