专题2-15 物质的制备及实验方案设计与评价-2018年高考

井牛井牛ARTstudents鏗breakout百日尿围2018年/高考/备考/系列电—IZ专題15物质的制备及实验方案设计与评价1、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）。2、根据化学实验的目的和要求，能做到：设计实验方案；正确选用实验装置；掌握控制实验条件的方法；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。实验设计着眼能力立意，综合考查考生的观察能力、思维能力、实验能力和评价能力。在备考复习中应注意：一是根据要求，设计实验方案，分析相关问题，提出自己的见解，处理实验的信息数据，得出实验结论。二是结合相关知识，联系题给信息并联系实际的实验设计。三是源于教材的实验重组题，这种题的立意往往具有创新性。本类试题还有可能在装置选择、方法设计、数据处理、方案评价等方面进行强化考查。预计2018年考查形式会以化工生产、生活实际为命题背景，将基本理论、元素化合物等相关知识与实验有机结合起来。常见气体的制备复习时给予关注！另外需要注意新旧大纲的变化：增加：“正确选用实验装置”；调整：“控制实验条件的方法”的要求由“了解”提高为“掌握”；增加：“预测或描述实验现象”；删去：2016大纲“绘制和识别典型的实验仪器装置图”。2018年预计以给定实验情境或物质性质，要求考生设计实验方案;提出实验问题，要求考生选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案;结合给定的实验情境分析现象与得出结论，并绘制和识别典型的实验仪器、装置图，以考查考生的实际操作技能和分析能力，体现了科学探究的学科素养。一、物质的制备1、常见气体的制备1）常见气体的实验室制备原理与收集气体反应原理发生装置图含有的杂质收集方法022KMnO4==^==C2MnO4+MnO2+O2f„MnOc,2KC1O=-2KCl+3O°f3△22HQ2-===2-2HQ+O2f2222AAB②水排水法或向上排空气法H2Zn+HSO=ZnSO+Hf2442B①水排水法或向下排空气法CO2CaCO+2HCl=CaCl+HO+COf3222B①氯化氢、水向上排空气法Cl2MnO2+4HCl（浓）2^2MnCl2+2H2O+Cl2fC氯化氢和水排饱和食盐水法或

向上排空气法NH3Ca(OH)2+2NH4C』=£aCl2+2H2O+2NH3fA水向下排空气法SO2Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2f+2H2OHSO+NaSO=NaSO+SOf+HO24232422cB②水向上排空气法2)实验室典型的气体发生装置：2)实验室典型的气体发生装置：2、典型物质的实验室制备选择最佳反应途径如用铜制硝酸铜：2Cu+O2====2CuO、CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O。用铝制氢氧化铝：2A1+6HC1=2A1C13+3H2仁A1C13+NH3.H2O=3NH4C1+A1(OH)3选择最佳原料：如用氯化铝溶液制氢氧化铝：A1C13+NH3^H2O=3NH4C1+A1(OH)3；o选择适宜操作方法：如制氢氧化亚铁：用胶头滴管吸取加热驱赶02后的NaOH溶液，将滴管末端插入新制的FeSO4溶液液面下，挤出NaOH溶液。选择适宜收集分离方法：如制乙酸乙酯：饱和碳酸钠溶液。二、化学实验方案的设计1、基本要求：实验原理科学，操作程序、方法止确0避免有毒药砧的使用有害物质的排放和危险性的实验操作。条件允许、效果明显、操作方便。装梵简单、步骤简便、节省药殆、实验时间短。2、基本内容：一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：①实验名称；②实验目的；③实验原理；④实

验用品（药品、仪器、装置、设备）及规格；⑤实验装置图、实验步骤和操作方法；⑥实验注意事项；⑦实验现象的记录及结果处理；（8）问题与讨论。3、基本思路：4、基本步骤：（1）认真审题，明确实验目的，找出实验原理。（2）根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。（3）准确地记录实验过程中的实验现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论。三、实验方案的评价1、基本原则：一个实验方案的优劣主要从实验原理是否科学合理，装置和操作是否简单可行，另外还要从绿色化学和安全性两个角度去评价。2、评价类型：实验原理评价实验方案评价药砧和仪器评价实显现象和结论评价小结：1、一条归纳：常见干燥剂选择及装置归纳液态干燥剂固态干燥剂装置洗气瓶干燥管或U形管常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H、ci「so「2222H»Oh比、%SO*佗、N2、H2、O2、CH4、CO、NH3

C0「CO、CH、N242CH”吋、HC1、HBr、HI不可干燥的气体NH、HS、HBr、HI32NH3Cl2、HC1、H2S、SO2、CO2、NO23、两项原则、两项注意：尾气吸收时应遵循的原则及注意事项吸收原则：①能充分吸收气体。②不能倒吸。注意事项：①当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置，通常是除杂在前，干燥在后。若用加热装置除杂时，通常是干燥在前，除杂在后。②尾气处理装置应与大气相通。4、四项要求：化学实验方案设计的四项基本要求(1)科学性：实验原理准确，实验流程合理。(2)安全性：保护人身、保护环境、保护仪器。(3)可行性：条件允许，效果明显，方便操作。(4)简约性：做到步骤少、时间短，节省药品、效果好等基本要求。考点1气体制备相关问题分析例1】利用下图装置可以进行实验并能达到实验目的的是选项实验目的X中试剂Y中试剂A用MnO2和浓盐酸制取并收集纯净干燥的Cl2饱和食盐水浓硫酸B用Cu与稀硝酸制取并收集纯净干燥的NO水浓硫酸C用CaO于浓氨水制取并收集纯净干燥的NH3NaOH溶液碱石灰DCaCO3和稀盐酸制取并收集纯净干燥的CO2饱和NaHCO3溶液浓硫酸【答案】D【解析】A.用MnO2和浓盐酸制取Cl2需要加热，故不选A；B.由于NO易于被空气中的氧气氧化，所以不能使用排气法收集NO,故不选B；C.碱石灰呈固态，不能使用Y装置盛放碱石灰，故不选B；D.CaCO3和稀盐酸制取的CO2含有盐酸挥发的HC1和水蒸气，饱和NaHCO3溶液可以除去CO2中的HC1，浓硫酸可以干燥CO2，所以可以制取并收集纯净干燥的CO2，故选Do考点2实验方案设计的注意事项例2】下列实验能达到实验目的的是选项实验实验目的A将少量氯水加入到盛有NaBr溶液的试管中，振荡后加入少量CCl4振荡、静置比较氯、溴的非金属性强弱B向MgCl2、AICI3溶液中分别通入氨气比较镁、铝的金属性强弱C测定同质量的Na2CO3、Na2SiO3溶液的pH比较两种盐的电离能强弱D将擦干表面煤油的Na、K小块分别放入热坩埚中，观察燃烧时的焰色比较钠、钾的金属性强弱答案】A【解析】氯气置换溟，氯气的氧化性犬于溟的氧化性，非金属性氯大于溟，A正确：氯化镁、氯化铝都与氨水反应产生白色沉淀，无法比较镁、铝的金属性强弱，E错误；只能比较两种盐的水解能力，C错误；Na.K都与氧气剧烈反应，通过观察燃烧后的颜色无法比较钠、钾的金属性强弱，D错误；正确答案：Ao点睛：比较元素金属性强弱，主要看金属与水或酸反应置换出氢气的能力越强或最高价氧化物的水化物的碱性越强，金属性就越强。考点3化学实验方案的评价【例3】下列实验操作、现象及得出的结论均正确的是选项实验操作现象结论A向盛有品红的两支试管中分别通入so2和Cl2品红均褪色两者漂白原理相同B向体积相同且pH均为3.3的一元酸HX和HY中分别加入足量锌粒前者产生的h2比后者多HX、HY均是弱酸C在难溶盐FeS和CuS中分别加入0.3mo1/L盐酸前者溶解，后者不溶Ksp(FeS)〉Ksp(CuS)D向盛有相同体积、10%H2O2溶液的两支试管中分别加人足量酸性KMnO4溶液和FeC13溶液前者产生的气体多KMnO4催化活性比FeC13高【答案】C【解析】氯气将品红氧化为无色物质，二氧化硫与色素结合生成无色不稳定物质且未发生氧化还原反应,选项A错误；B.HX—定是弱酸，HY可能是酸性强于HX的弱酸或强酸，选项B错误；6SSd宙%+)不能滚解'说明尺极小'即陷极小，选项C正确；D、KWhOq将鱼6氧化対6,FeCh催化理6分解产生6选顷D错误。答案选Co1．下列实验操作与预期目的或所得结论一致的是A.用铂丝蘸取某溶液进行焰色反应，火焰星黄色，证明该溶液中一定不含有K+向浓度均为0.1mol/L的NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，出现黄色沉淀，说明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)向某溶液中加入硝酸酸化的BaC1溶液，出现白色沉淀，说明该溶液中一定含有SO42-在乙酸、乙醇与乙酸乙酯的混合物中加入适量饱和烧碱溶液充分混合后分液，可得到较纯净的乙酸乙酯【答案】B【解析】钾元素的焰色反应要通过蓝色钻玻璃片进行观察，才能看到紫色火焰,A错误；相同浓度的C1-和卜的混合液中滴加少量AgNO3溶液，先出现AgI沉淀，说明Ksp(Agl)比Ksp(AgCl)小，B正确；如果溶液中含有SO32-，加入硝酸酸化，SO32-被氧化为SO42-，再加入氯化钡溶液，也会出现白色沉淀，C错误；乙酸乙酯在碱性环境下发生水解，无法得到乙酸乙酯，D错误；正确答案：B。点睛：SO42-的检验：向溶液中加入过量的稀盐酸，然后再加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则原溶液中一定含

有SO42-。2．下列实验操作规范且能达到目的的是实验目的实验操作A用18.4mol•L-1的浓硫酸配制lOOmLl.84mol・L-1的稀硫酸用量简量取10.OmL浓硫酸后，需用水洗涤量简，并将洗涤液液转入容量瓶B用酸性高锰酸钾溶液测定溶液中Fe2+的浓度将酸性高锰酸钾溶液装入碱性滴定管中进行滴定C分离苯萃取溴水中的水层和有机层将分液漏斗下面的话塞拧开，放出水层，再换一个烧杯放出有机层D除去乙醇中的水加入生石灰，进行蒸馏【答案】D【解析】人量筒称量后倒出的液体即为称量的量，不能保留洗涤液，A错误：B.高猛酸钾具有强氧化性，会腐蚀碱式滴定管的橡皮管，所以■—定要用酸式滴定管，E错误：C.含有溟的有机层从分液漏斗的上端倒出，所以C错误；D.石灰不与乙醇反应，可与水反应生成Ca(OH)2且在高温下才能分解，再通过蒸憎分离出乙醇，D正确。故选择D。点睛：要明确常用仪器的用途和用法，例如，量筒在设计时已经考虑到液体再管壁上的损失，倒出的量即为量取的量；容量瓶不能作为反应容器；碱式滴定管的橡皮管会被酸性溶液腐蚀；分液漏斗的液体为下层放出，上层倒出等。3．下列实验操作、现象、解释和所得到的结论都正确的是选项实验操作和现象实验解释或结论A向苯酚溶液中滴加少量浓溴水、振荡，无白色沉淀苯酚的浓度小B向Na2SO3溶液中加入足量的Ba(NO3)2溶液，出现白色沉淀；再加入足量稀盐酸，沉淀溶解BaSO3溶于稀盐酸C向10%NaOH溶液中滴加1mL某卤代烃，微热，然后向其中滴加几滴AgNO3溶液，产生浅黄色沉淀该卤代烃中含有溴元素D向某溶液中滴加几滴黄色K3[Fe（CN）6]（铁氰化钾）溶液，产生蓝色沉36淀该溶液中含有Fe2+【答案】D【解析】苯酚与三溟苯酚相似相溶，故向苯酚溶液中滴加少量浓溟水、振荡，无白色沉淀，不能说明苯酚的浓度小，A项错误：加入硫酸电离出的氢离子与前面硝酸顿电离出的硝酸根离子结合形成组合硝酸,将亚硫酸根氧化為硫酸根，E项错误；加入硝酸银之前应该将溶液调节至酸性，否则氢氧化钠会与硝酸银反应生成白色沉淀，C项错误厂溶液中滴加几滴黄色K3[Fe（CN）J（铁氟化钾烯液,产生蓝色沉淀,说明滚酒中含有FMJD项正确。4．下列实验操作、现象和结论均正确的是操作现象结论或解释A向两份4mL0.2mol/L酸性KMnO4溶液中分别滴加2mL0.Olmol/L和0.02mol/L草酸溶液滴加0.02mol/L草酸溶液的先褪色反应物浓度越大，反应速率越快B向Na2SiO3溶液中液加稀盐酸产生白色沉淀非金属性:Cl>SiC将Fe（NO3）2晶体溶于稀硫酸，滴加KSCN溶液溶液变红Fe（NO3）2晶体已变质D滴有酚酞的Na2CO3溶液中加入BaCl2固体溶液红色变浅Na2CO3溶液中存在水解平衡答案】D【解析】A、KMnO4与H2C2O4反应关系式为2KMnO4〜5H2C2O4，选项中KMnO4过量，溶液不能褪色，故A错误；B、该实验只能说明盐酸酸性强于硅酸，比较非金属性，要通过比较最高价氧化物的水化的酸性进行来判断，比较Cl与Si的非金属性，则应比较H2SiO3与HClO4酸性的强弱，故B错误；C、将Fe（NO3）2晶体溶于稀硫酸，溶液中存在H+、NO3-，可将Fe2+氧化为Fe3+,加KSCN溶液变血红色，故不能判断是Fe（NO3）2原先是否变质，故C错误；D、Na2CO3溶液中加入BaCl2,Ba2+与CO32-反应，生成BaCO3沉淀，CO32-减少，溶液颜色变浅，说明溶液显碱性与CO32-有关，溶液中存在CO32-的水解平衡，CO32-减少，平衡逆向移动，故D正确。故选D。亚硝酸钠（NaNO2）是重要的防腐剂。某实验小组以如图所示的装置和试剂，通过反应制备亚硝酸钠（部分夹持装置略）。已知：室温下，①2NO+Na2O2===2NaNO2；②酸性条件下，NO或NO2都能与MnO4-反应生成NO3-和Mn2+。完成下列填空：TOC\o"1-5"\h\z（1）写出A中三种主要玻璃仪器的名称,,。（2）写出浓硝酸与木炭反应的化学方程式：。（3）B中观察到的主要现象是有无色气体产生和，D装置的作用是（4）经检验C产物中除亚硝酸钠外还含有副产物碳酸钠和氢氧化钠，为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置，则该装置中盛放的药品名称是。（5）若NO2可以全部转化成NO,将1.56g过氧化钠完全转化成为亚硝酸钠,理论上至少需要木炭g。【答案】分液漏斗酒精灯三颈瓶（或三颈烧瓶，或三口烧瓶）C+4HNO3（浓）鼻二CO2f+4NO2f+2H2O铜片逐渐溶解，溶液变为蓝色吸收未反应的NO碱石灰0.36【解析】⑴根据團中仪器可知，A中三种主要玻璃仪器的名称分液漏斗、酒精灯、三颈瓶〔或三颈烧瓶，或三口烧瓶）X2）浓硝酸与木炭反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,反应的化学方程式為:C+4HNO3（浓）—CO2f+4NQt+2H2O^（3）三颈瓶中反应生成的二氧化碳和二氧化氮进入装蚤B,装置B中产生的硝酸与铜反应，故E中观察到的主要现象是有无色气体产生和铜片逐渐溶解，溶液变为蓝色；根据已知，室温下，®2NO+Na2O2=2NaNO2^②酸性条件下，NO或NQ都能与反应生成NOf和曲,故D装気的作用是吸收未反应的NO,以_免污染空气；⑷A装蚤中产生的NQ和CQ通人到B装置中,由于NQ溶于水生成NO和硝酸，在酸性条件下C5的溶解度很小，因此从B装置中出来的NO气体中含有5以_及水蒸气，二者与过氧化钠反应生成碳酸钠、氢氧化钠，因此要排出干扰，需要除去CO2和水蒸气。碱石灰既可以吸收水蒸气，还能吸收CO2,因此该装置中盛放的药品名称是碱石灰;（5）将1.56g过氧化钠是0.02mol,完全转化成为亚硝酸钠，根据①2NO+Na2O2=2NaNO2，生成NaNO20.04mol,C+4HNO3（浓）』=CO2f+4NO2f+2H2O,3NO2+2H2O=2HNO3+NO+H2O,得出关系式

1.5C2NaNO2,可求得碳的物质的量为0.03mol,理论上至少需要木炭0.36g。点睛：本题考查浓硝酸的性质、气体的净化等知识。易错点为(3)，注意利用已知信息进行分析判断，根据已知室温下，①2NO+Na2O2=2NaNO2:②酸性条件下，NO或NO2都能与MnO4-反应生成NO3-和Mn2+,故D装置的作用是吸收未反应的NO,以免污染空气。工业上以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(锰(MnCO3)。其工业流程如下:过滤I所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为―和(填离子符号)。TOC\o"1-5"\h\z写出氧化过程中MnO2与SO2反应的化学方程式：。“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示，为减少MnS2O6的2626|'3分率瓦』生成，“浸锰”的适宜温度是。|'3分率瓦』015:祁1S60751［祸I2h向过滤II所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度控制在30-35，温度不宜太高的原因是—。加入NH4HCO3溶液后，生成MnCO3沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式：。【答案】Mn2+Fe2+MnO2+SO2=MnSO4适宜温度是90°C原因是防止NH4HCO3受热分解，提高原料利用率Mn2++2HCO厂MnCOj+CO2f+H2O。【解析】(1)“浸锰”操作时MnO2被SO2还原为Mn2+，则过滤I所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为Mn2+和Fe2+；(2)氧化过程中MnO2被还原为Mn2+，SO2被氧化为SO42-，发生反应的化学方程式为：MnO2+SO2=MnSO4；(3)由图示可知温度在90C左右时，锰的浸出率最高，此时MnS2O6的生成率最低，则22426“浸锰”的适宜温度是90C；(4)因NH4HCO3稳定性差，受热易分解，向过滤II所得的滤渣中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是防止nh4hco3受热分解，提高原料利用率；(5)加入nh4hco3溶液后，生成MnCO3沉淀，同时还有气体生成，此气体应为CO2，发生反应的离子方程式为：MnZ+PHCq-MnCqHCqP。。点睛：本题考查软锰矿制取碳酸锰中除杂、纯化的原理，重点是分析图表和流程信息，结合氧化还原反应原理进行考查。7．如图是一套制取并验证氯气部分化学性质的实验装置。回答下列问题:TOC\o"1-5"\h\z（1）装置A中，仪器a的名称叫—，该仪器中盛放的试剂为；（2）装置B的作用是；（3）当有少量Cl2通过后，观察到装置C中溶液颜色变色；（4）当Cl2持续通过时，装置D中干燥的有色布条能否褪色?为什么？；（5）若要证明Cl2无漂白性,则必须在装置D之前加一个装有的洗气瓶；（6）装置E的作用是，该反应的离子方程式为。【答案】分液漏斗浓盐酸吸收HC1蓝能褪色，因为Cl2与带出的H2O（g）反应生成HC1O,使有色布条褪色浓硫酸除去多余的Cl2C12+2OH——ci-+cio-+h2o【解析】（1）分析装墨團和仪器，装置A是氯气的发生装蛊，利用分液漏斗将浓盐酸滴入烧瓶中加热反应，故仪器a的名称叫分液漏斗，该仪器中盛放的试剂対浓盐酸：（2）浓盐酸易挥发，反应生成的氯气中含有氯化氢气体，利用装置E中的饱和食盐水吸收吸收HC1；（3）装置C中通过氯气会发生氧化还原反应，氯气氧化碘离子为碘单质：C12+2I-=2d-+I2,碘单质遇到淀粉变蓝；（4）当Ch持续通过时，装蛊D中干燥的有色布条能褪色，因为D中虽然是干燥的有色布条，但氯气通过E、C后氯气不是干燥的，因为Cl2与带出的H2O（g）反应生成HC1O,使有色布条褪色；5）若要证明Cl2无漂白性,则必须在装置D之前加一个装有浓硫酸的洗气瓶，将氯气干燥；（6）装置E的作用是除去多余的Cl2，以免直接排放到空气

中造成污染，反应的离子方程式为：C12+2OH——C1-+C1O-+H2O。点睛：本题考查了实验室制备氯气的实验装置分析判断，性质实验验证，反应现象和性质掌握是解题关键。8.硫化碱法是工业上制备Na2S2O3的方法之一，反应原理为：2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2（该反应AH>0）。某研究小组在实验室用硫化碱法制备Na2S2O3・5H2O流程如下。现象是B现象是B中溶液.，表明so2吸收效率低的实验②为了使SO2尽可能吸收完全，在不改变A中溶液浓度、体积的条件下，除了及时搅拌反应物外，还可采取的合理措施是。（任写一条）（2）假设本实验所用的Na2CO3含少量NaCl、NaOH，设计实验方案进行检验。（室温时CaCO3饱和溶液的pH=10.2）,限选试剂及仪器：稀硝酸、AgNO3溶液、CaCl2溶液、酚酞溶液、蒸馏水、pH计、烧杯、试管、滴管序号实验操作预期现象结论①取少量样品于试管中，加入适量蒸馏水，充分振荡溶解，。有白色沉淀生成样品含NaCl②另取少量样品于烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌溶解，。与白色沉淀生成，上层清液pH>10.2样品含NaOH（3）Na2S2O3溶液是定量实验中的常用试剂，测定其浓度的过程如下：第一步：准确称取agKIO3（相对分子质量：214）固体配成溶液，第二步：加入过量KI固体和H2SO4溶液，滴加指示剂，第三步：用Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液的体积为vmL。则c（Na2S2O3）=mol・L-1。只列出算式，不作运算）已知：IO3-+I-+6H+=3I2+3H2O2S2O32-+I2=S4O62-+2I-。甲同学盛装Na2S2O3溶液之前