浙江版高考化学复习专题十七实验方案的设计与评价教学课件

专题十七实验方案的设计与评价考情分析浙江选考中对本专题知识的考查形式主要为探究实验选择题和物质制备非选择

题,实验方案设计与评价的题目需要基于实验目的来突破。制备实验要注意熟记经典

实验模型,遇到陌生的实验情境时,快速匹配信息,找到解题突破口。探究实验主要是

要通过现象得到相应的结论,要分析是否有干扰因素,找到干扰因素,在明确实验目的

和实验原理、再现实验过程后,灵活运用所学知识答题。考点1制备实验方案的设计与评价一、气体制备综合分析1.气体制备的基本要求:反应物廉价易得,反应条件简单,反应容易控制,生成的气体容

易分离。2.气体制备的基本思路及装置连接气体制备原理→气体发生装置→气体净化装置→气体干燥装置→气体收集装置→尾

气处理装置。

3.发生装置:依据反应物状态和反应条件选择。(1)固体+固体

气体型(如图A)适用于制O2、NH3等。(2)固体+液体

气体型(如图B)适用于制H2、CO2、NO2、C2H2、NO等。注意使用启普发生器时,反应物中固体必须

为块状,且生成的气体不能溶于水,如制H2、CO2时可使用启普发生器。(3)固体+液体

气体型(或液体+液体

气体型)(如图C),适用于制Cl2、C2H4等。制C2H4时,需将温度控制在170℃,气体发生装置中应有温度计,选用图C中右侧装置。4.净化方法(1)除杂试剂选择的依据:利用主体气体和杂质气体性质上的差异,如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性、可燃性等,选择合适的除杂试剂。如除去Cl2中的HCl可以将混

合气体通入饱和食盐水中。(2)除杂原则:不损失主体气体,不引入新的杂质气体,在密闭装置内进行。(3)除杂装置:根据除杂试剂的性质和状态可选择洗气瓶、球形干燥管、U形管、硬质

玻璃管等。5.干燥方法干燥剂只能吸水而不能与气体发生反应。酸性干燥剂不能干燥碱性气体,碱性干燥剂

不能干燥酸性气体,具有强氧化性的干燥剂不能干燥具有还原性的气体。注意

浓硫酸可干燥H2、SO2,CaCl2不能干燥NH3。6.收集方法根据气体的密度、溶解性及是否与水或空气中的O2等发生反应来确定气体的收集方法。(1)排水法:适用于难溶于水且不与水发生反应的气体。如O2、H2、NO、C2H4等。能

溶于水但溶解度不大的气体,可采用排某些饱和溶液的方法收集,如Cl2可采用排饱和

食盐水的方法收集。(2)排空气法:适用于不与空气中各成分反应的气体。密度比空气大的气体用向上排空

气法,如O2、CO2、Cl2、SO2、NO2等;密度比空气小的气体用向下排空气法,如H2、NH3等。7.尾气处理:根据尾气性质,选择合适的试剂处理尾气,并注意防倒吸。二、制备实验方案的设计与评价1.实验方案包括的内容:实验名称、实验目的、实验原理、实验用品、实验步骤、实

验现象记录及结果处理、问题和讨论。2.实验方案设计的基本要求:科学性、安全性、可行性、简约性。3.实验方案设计的步骤(1)明确实验目的、原理:认真审题,明确实验目的,弄清题给信息,结合已学知识,通过类

比、迁移、分析等明确实验原理。(2)选择仪器、药品:根据实验目的和原理、反应物和生成物的性质、反应条件,如反应物和生成物的状态、是否会腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否控制在一定

的范围等,选择合适的仪器和药品。(3)组装仪器、设计实验步骤:根据实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,组装实

验装置,设计出完整、简明的实验操作步骤。(4)记录实验现象、数据:观察实验现象,全面而准确地记录实验过程中的现象和数

据。(5)分析得出实验结论:根据观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、推理等方

法,得出正确的结论。提醒

高考题中常以表格形式考查“实验操作、现象与结论”的正误判断。常见的错误类型:①关系项(实验和现象)与推论项(结论或解释)之间出现逻辑混乱(或没有逻

辑关系);②实验设计或操作本身就有错误或不严密。4.制备实验方案的评价(1)科学性、可行性视角:原理是否正确、可行;操作是否安全、合理;步骤是否简单、

方便;实验效果是否明显等。(2)绿色化学视角:反应原料是否易得、安全、无毒;反应速率是否合适;原料利用率以

及合成物质的产率是否较高;合成过程是否造成环境污染等。(3)安全性视角:净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防倒吸;进行某些易燃易爆实验时

要防爆炸、防氧化、防吸水等。(4)规范性视角:①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、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、从高到低的顺序拆

卸;④其他,如实验操作顺序、试剂加入顺序等。

5.解答物质制备实验题的思维流程考点2探究实验方案的设计与评价1.探究物质性质的基本方法和程序(1)探究物质性质的基本方法:观察法、实验法、分类法、比较法等。(2)探究物质性质的基本程序

2.探究实验方案的评价类型(1)装置评价型:对比各方案的装置,从装置的合理性、操作的简便可行性等方面进行

全面分析,选出最佳装置。(2)原理评价型:紧扣实验目的,对各方案的原理综合考虑,从原理是否科学正确、原料

是否节省、涉及的操作是否简便易行、误差是否较小等方面进行全面分析,设计或选

出最佳方案。3.物质性质实验方案的设计思路(1)验证物质性质实验方案的设计:对物质具备的性质去求证,关键是设计出简洁的实

验方案,要求操作简单,现象明显,安全可行。(2)探究物质性质实验方案的设计:分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推

测该物质可能具有的一系列性质,而后据此分别设计出合理的实验方案,去探究它可

能具有的性质。

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)过滤操作时,为了加快过滤速率,可用玻璃棒搅拌过滤器中的液体。

(

)(2)蒸馏时,冷凝水从冷凝管的下口通入,上口流出。

(

)(3)SO2中混有少量SO3,可以将混合气体通过浓硫酸除去。

(

)(4)纳米级的铁粉能通过吸附作用除去水体中的Cu2+、Hg2+等重金属离子。

(

)(5)做蒸馏实验时,在蒸馏烧瓶中应加入沸石,以防暴沸。如果在沸腾前发现忘记加沸

石,应立即停止加热,冷却后补加。

(

)×√√×√(6)取少量溶液X,向其中加入适量新制氯水,再加几滴KSCN溶液,溶液变红,说明X溶液中一定含Fe2+。

(

)(7)提纯混有少量NaCl的KNO3的过程:加热溶解→降温结晶→过滤→洗涤→干燥。

(

)(8)排水法收集KMnO4分解产生的O2,结束后,先熄灭酒精灯,后移出导管。

(

)×√×

A.图甲装置可以验证稀硝酸的还原产物为NOB.图乙装置可用于制备NaHCO3C.图丙装置中CO还原Fe2O3,a中出现的现象是黑色固体变为红棕色D.图丁装置证明氧化性:Cl2>Br2>I22.下列装置正确并能达到实验目的的是

(

)

A选项探究方案探究目的A用pH计测量浓度均为0.1mol·L-1的NaCN溶液和CH3COONa溶液的pH,比较溶液pH大小酸性:CH3COOH>HCNB向CO还原Fe2O3所得到的产物中加入稀盐酸,滴加KSCN溶液,观察颜色变化Fe2O3全部被还原C将SO2通入滴有酚酞的NaOH溶液,观察溶液颜色变化SO2具有漂白性D向KCl和KI的混合溶液中滴加AgNO3溶液,观察沉淀颜色溶解度:AgI<AgCl3.室温下,下列实验的探究方案能达到探究目的的是

(

)A4.某工厂的废水中含有大量的FeSO4、较多的CuSO4和少量的Na2SO4,为了减少污染并

变废为宝,某实验小组设计了如图流程制备绿矾(FeSO4·7H2O)并回收金属铜。下列叙述错误的是

(

)A.“操作Ⅰ”和“操作Ⅱ”均为过滤B.“试剂①”为Fe粉,“试剂②”为稀硫酸C.加入“试剂②”时,固体H部分溶解,同时有气体生成D.“溶液G”和“溶液K”都只含一种溶质D5.氨基甲酸铵(NH2COONH4)可用于生产医药试剂、发酵促进剂、电子元件等,是一种

良好的氨化剂,某化学小组用下列实验装置模拟工业制备少量氨基甲酸铵。

查阅资料,氨基甲酸铵的性质及工业制法如下表所示:物理性质白色粉末,易溶于水,难溶于四氯化碳化学性质水解生成碳酸氢铵,受热分解生成尿素工业制法2NH3(g)+CO2(g)

NH2COONH4(s)

ΔH<0下列说法错误的是

(

)A.装置Ⅰ中橡胶管a的作用为平衡气压,使液体顺利滴下B.装置Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ中盛放的试剂依次为饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、碱石灰C.装置Ⅳ的反应温度越高,氨基甲酸铵的产率越高D.装置Ⅵ中发生反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2

CaCl2+2NH3↑+2H2OC微专题1制备实验综合题的解题策略一、物质制备一般流程

例如下图装置中,最左侧为氯气的发生装置,a为氯气的净化装置,b和c分别为制备KClO3和NaClO的装置,d为尾气处理装置。

注意

气体净化与干燥的先后顺序,可分两种情况:①若采用溶液除杂,应该是除杂在前,干燥在后。因为气体除杂过程中会从溶液中带出水蒸气,干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2,欲制

得干燥、纯净的CO2,可先将产生的气体通过饱和NaHCO3溶液除去其中的HCl气体,再

通过浓硫酸除去水蒸气。②若采用加热除杂,则一般是干燥在前,除杂在后。如N2中混有O2、CO2、H2O(g),可先

将混合气体通过碱石灰除去CO2和H2O(g),再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热

铜网的硬质玻璃管除去O2,即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜

网,因气体中混有水蒸气,易使硬质玻璃管炸裂。二、有机物制备中的典型装置及思维流程1.反应装置2.蒸馏装置3.解答有机物制备实验题的思维流程三、实验操作类规范语言表述1.沉淀洗涤(1)目的:除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。(2)操作:将洗涤剂沿玻璃棒注入过滤器中至浸没沉淀,静置,使洗涤剂自然流出,重复操

作2~3次。(3)判断沉淀是否洗净的操作:取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加……(试剂),若不

出现……现象,证明沉淀已经洗净。(4)常用洗涤剂①蒸馏水:主要适用于除去沉淀吸附的可溶性杂质。②冷水:降低沉淀在水中的溶解度而减少沉淀损失。③沉淀的饱和溶液:减少沉淀的溶解。④有机溶剂(酒精、丙酮等):适用于易溶于水的固体,既减少了固体溶解,又利用有机溶剂的挥发性,带走固体表面的水分,产品易干燥。(5)沉淀剂是否足量的判断方法:静置,在上层清液中(或取少量上层清液置于小试管

中),滴加沉淀剂,若不再产生沉淀,说明沉淀剂足量,若产生沉淀,说明沉淀剂不足。2.容量瓶检漏操作:加入一定量的水,塞好瓶塞;用食指摁住瓶塞,倒立观察;然后将容量

瓶正立,并将瓶塞旋转180°后塞紧,再倒立;若均不漏水,则容量瓶可以使用。3.萃取、分液操作:关闭分液漏斗活塞,将混合液倒入分液漏斗中,塞上塞子,用右手心

顶住塞子,左手握住活塞部分,将分液漏斗斜向上倒置,充分振荡后,放气,然后放在铁架

台上静置、分层,在分液漏斗下面放一个小烧杯,先打开上口塞子再打开分液漏斗活

塞,使下层液体从下口沿烧杯内壁流下,上层液体从上口倒出。四、实验设计类规范语言表述1.实验设计:从实验原理出发,按操作过程(或方法)、实验现象、实验结论的顺序来表

述答案。答题模板:操作→现象→结论,即取样,加入……→有……生成→……的是……2.实验现象描述:有关化学实验的描述不仅要求准确,还要求全面,其答题规范可利用

下面的模板来处理。(1)溶液:颜色由……变成……;液面上升或下降(形成液面差);溶液变浑浊;生成(产生)

……沉淀;溶液发生倒吸;产生大量气泡;有气体从溶液中逸出等。(2)固体:固体表面产生大量气泡;固体逐渐溶解;固体逐渐减少;颜色由……变成……。(3)气体:生成……色(味)气体;气体由……色变成……色;先变……后……(加深、变

浅、褪色)。3.仪器或装置的作用:有利于……

这样做的好处

,以防止……

不这样做的坏处

。如①有机实验中玻璃长导管的作用:冷凝回流,提高反应物的利用率。②某瓶的作用:

作安全瓶,防止……中的液体倒吸进入……中,或者平衡气压,便于……中液体顺利进

入……中。③尾气吸收:吸收……气体,防止污染空气。4.原因、理由:分析试剂的性质、实验目的、装置特点等→结合已有知识进行分析→

结论(找出原因)。答题要求:“有理”——化学原理,“有据”——事实依据。可采取以下两种方式:①“正说”——“直接原因+根本目的”;②“反说”——“如果……就……”。五、实验条件控制的目的叙述1.调节溶液pH(1)目的:①使某种或某些离子转化为沉淀,而目标离子不转化为沉淀,达到分离的目的;

②抑制某微粒的水解。(2)调节pH的方法多为加入某种能消耗H+且不引入新杂质的物质。每种离子都有开始

沉淀和沉淀完全对应的pH,一定要正确控制pH的范围(杂质离子沉淀完全,目标离子不

沉淀)。如要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2等来调节溶液的pH,使Fe3+转

化为Fe(OH)3。2.控制体系温度(1)控制低温的目的:①防止某反应物或目标产物分解,如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质;②防止某反应物或目标产物挥发,如盐酸、醋

酸和氨水等;③抑制物质的水解;④反应放热,低温使平衡向放热反应方向移动。(2)控制某一温度范围的目的:①低温反应速率慢,高温浪费能源;②确保催化剂的催化

效果,兼顾反应速率和转化率,追求更好的经济效益;③防止副反应的发生,如乙醇的消

去反应需迅速升温至170℃,防止140℃时生成乙醚。(3)加热的目的:①加速某固体的溶解;②减少气体生成物的溶解使其逸出;③加快反应

速率;④使平衡向吸热反应方向移动;⑤趁热过滤,防止某物质降温时析出或引入新的杂质。3.调节体系压强(1)改变速率,改变平衡移动的方向;(2)减压蒸馏,避免目标产物发生热分解。4.反应物配比选择低于配比,反应物转化率低;高于配比,浪费原料。例(2021全国乙,27,14分)氧化石墨烯具有稳定的网状结构,在能源、材料等领域有着重

要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示):Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合,置于冰水浴中。剧烈搅拌下,分批缓慢

加入KMnO4粉末。塞好瓶口。Ⅱ.转至油浴中,35℃搅拌1小时。缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至98℃并保持1小

时。Ⅲ.转移至大烧杯中,静置冷却至室温。加入大量蒸馏水,而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。Ⅳ.离心分离,稀盐酸洗涤沉淀。Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。Ⅵ.冷冻干燥,得到土黄色的氧化石墨烯。回答下列问题:(1)装置图中,仪器a、c的名称分别是

、

,仪器b的进水口是

(填字

母)。(2)步骤Ⅰ中,需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴,原因是

。(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴,不使用热水浴,原因是

。(4)步骤Ⅲ中,H2O2的作用是

(以离子方程式表

示)。(5)步骤Ⅳ中,洗涤是否完成,可通过检测洗出液中是否存在S

来判断。检测的方法是

。(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl-是否洗净,其理由是

。

解题导引

审题时,先明确实验目的——制备氧化石墨烯。读题时结合问题中的部分信息,如“置于冰水浴中”“采用油浴”可帮助大家在较长的题干中迅速找到关键

信息,再进行分析可快速找到思路。

解析

(1)b为球形冷凝管,作用为冷凝回流,为增强冷凝效果,冷却水要从d口进,e口出。(2)题述反应为放热反应,为控制反应速率,避免反应过于剧烈,需分批缓慢加入

KMnO4粉末并使用冰水浴。(3)该实验反应温度为98℃,接近水的沸点,不好控温,而采

用油浴,可更好地控制温度。(4)滴加H2O2的目的是除去过量的KMnO4,根据得失电子

守恒、电荷守恒、原子守恒可得离子方程式。(5)步骤Ⅳ中已用稀盐酸洗涤沉淀,故可

直接滴加BaCl2溶液来检验S

。(6)步骤Ⅳ用稀盐酸洗涤沉淀,步骤Ⅴ用蒸馏水将沉淀表面的稀盐酸洗去,H+与Cl-电荷平衡,洗出液接近中性时,可认为Cl-洗净。

答案

(1)滴液漏斗三颈瓶d(2)反应放热,防止反应过快(3)反应温度接近水的沸点,油浴更易控温(4)2Mn

+5H2O2+6H+

2Mn2++8H2O+5O2↑(5)取少量洗出液,滴加BaCl2溶液,没有白色沉淀生成(6)H+与Cl-电荷平衡,洗出液接近中性时,可认为Cl-洗净微专题2定量分析实验综合题的解题策略一、定量测定数据的方法1.测沉淀质量法先将某种成分转化为沉淀,然后过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量,再进行相关计

算。2.测气体体积法对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。

(2)量气时应注意的问题:装置处于室温状态,读数时要特别注意消除“压强差”,保持

液面相平,如图中(Ⅱ)、(Ⅳ)读数时应使左右两侧的液面高度保持相平。(1)常见测量气体体积的实验装置3.测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气

体的质量,然后进行相关计算。4.滴定法利用滴定原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定或氧化还原反应滴定等获得相应数据后

再进行相关计算。5.热重法只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制

温度的条件下,测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线,我们可以知

道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。二、定量实验数据的处理方法1.看数据是否符合测量仪器的精确度,如用托盘天平测得质量的精确度为0.1g,若精确

度的值超过了这个范围,说明所得数据是无效的。2.看数据是否在误差允许范围内,若所得的数据超出误差允许范围,要舍去。3.看反应是否完全,只有完全反应时所得的数据,才能进行有效处理和应用。4.看所得数据的测试环境是否一致,特别是气体体积数据,只有在温度、压强一致的情

况下得出的数据才能进行比较、运算。5.看数据测量过程是否规范、合理,错误和违反测量规则的数据要舍去。三、定量分析实验中的常用计算方法类型解题方法物质含量计算根据关系式法、得失电子守恒法、滴定法等,求出混合物中某一成分的量,再除以混合物的总量,即可得出此成分的含量确定物质的化学式(1)根据题给信息,计算出有关物质的物质的量(2)根据电荷守恒,确定出未知离子的物质的量(3)根据质量守恒,确定出结晶水的物质的量(4)各粒子的物质的量之比即为物质化学式的下标比类型解题方法热重曲线计算(1)设晶体为1mol(2)失重一般是先失水,再失气态非