专题一第3讲 化学实验方案的设计与评价高考化学一轮复习金版导学案必修部分.docx

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专题一第3讲化学实验方案的设计与评价高考化学一轮复习金版导学案必修部分

2021年高考化学一轮复习金版导学案（必修部分）

专题一化学实验

第3讲化学实验方案的设计与评价

[考纲要求]

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）及相关的实验设计与评价。

2.根据化学实验的目的和要求，能做到：

①设计实验方案；②正确选用实验装置；③掌握控制实验条件的方法；④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。

　常见气体的制备实验与评判

知识梳理

1.气体制备装置

反应装

置类型

反应装置图

适用气体

操作注意事项

固、固

加热型

O2、

NH3等

①试管要干燥；

②试管口略低于试管底；

③加热时先均匀加热再固定加强热

固、液加

热型或液、

液加热型

Cl2、

HCl等

①烧瓶加热时要隔石棉网；

②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片（或沸石）

固、液不

加热型

或液、液

不加热型

H2、CO2、

SO2、NO、

NO2等

①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下；

②启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水；

③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速

2.气体的收集方法

收集

方法

收集气体

的类型

收集装置

可收集的气体

（举例）

排水法

难溶于水或

微溶于水，

又不与水反

应的气体

O2、H2、NO、CO等

排空气法

向上排空气法

密度大于空

气且不与空

气中的成分

反应

Cl2、SO2、NO2、CO2

向下排空气法

密度小于空

气且不与空

气中的成分

反应

H2、NH3

3.气体干燥净化装置

类型

液态

干燥剂

固态

干燥剂

固态

干燥剂

固体，

加热

装置

4.防倒吸装置

[重点提醒]

　气体制备实验的基本思路

对点速练

练点一　实验装置的选择

1．下列制备和收集气体的实验装置合理的是（　　）

2．下列实验室中制取气体的药品和装置图正确的是（　　）

练点二　气体制备实验的综合评判

3．某化学兴趣小组为研究生铁（含碳）与浓硫酸的反应情况及产物性质，设计如下实验。

请回答下列问题：

（1）按上图所示装置进行实验（夹持装置及尾气处理装置未画出）。

仪器b的名称为________；实验过程中，装置B中观察的现象是________________；装置C中有白色沉淀生成，该沉淀是________（填化学式）。

（2）装置A中还会产生CO2气体，请写出产生CO2的化学方程式：

__________________。

（3）为了验证装置A中产生的气体中含有CO2，请从下列①～④中选出必要的装置，连接到A装置的c处管口，从左到右的顺序为________（填序号）；然后再进行的操作是从a处多次鼓入N2，其目的是____________________________________________。

（4）某同学通过验证实验后期装置A中产生的气体知道还含有H2，理由是________________________________________________________________________

（用离子方程式表示）。

4．某化学实验小组为了探究氨气的还原性和氧化性设计了如下实验方案。

【实验一】　探究氨气的还原性

已知：

（ⅰ）Mg（OH）2可代替消石灰与氯化铵在加热条件下反应生成氨气和碱式氯化镁[Mg（OH）Cl]；

（ⅱ）Cu2O粉末呈红色，在酸性溶液中不稳定：

Cu2O＋H2SO4（稀）===Cu＋CuSO4＋H2O。

（1）装置A中发生反应的化学方程式为____________________________________，装置D的作用是________。

（2）反应结束后装置C中的氧化铜完全反应生成红色固体，为了探究红色固体成分，进行了如下实验：

实验操作

实验现象

实验结论

取10.4g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸，充分搅拌，静置

若无现象

①红色固体为________

若溶液变蓝

②红色固体中肯定含有________，可能含有________

取上述反应后的混合物过滤、洗涤、干燥、称重，得固体6.4g

③红色固体的成分及其物质的量为________________

【实验二】　探究氨气的氧化性

已知：

（ⅲ）铝可以与氨气反应，2Al＋2NH3

2AlN＋3H2；

（ⅳ）氮化铝性质稳定，其本不与水、酸反应，在加热时溶于浓碱可产生氨气。

按如图所示连接好装置，检查装置气密性；在蒸馏烧瓶中加入生石灰，分液漏斗中加入浓氨水，装置G中盛装碱石灰，装置H中加入铝粉，打开装置F处分液漏斗活塞，待装置中空气排尽后再点燃装置H处酒精灯。

（3）用平衡移动原理解释装置F中产生氨气的原因：

__________________________________________。

（4）装置H处反应进行完全的实验现象为________。

（5）为了得到纯净的氮化铝，可将装置H中固体冷却后转移至烧杯中，加入________溶解、________（填操作名称）、洗涤、干燥即可。

（6）写出氮化铝与浓氢氧化钠溶液共热反应的离子方程式：

______________________________________。

　化学实验方案的设计和评价

知识梳理

1.化学实验方案设计的基本原则

2．实验方案设计的步骤

3．化学实验方案的评价

评价实验原理

是否明确、合理

评价实验方案

是否安全、可行

评价药品、仪器

是否方便、易得

评价实验现象和结论

是否明显、清晰

[重点提醒]

　化学实验评价的四大角度

角度①可行性：

只有合理且切实可行的实验方案才有意义。

可行性是方案的第一要素，评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析：

a．理论上要科学合理。

b．操作上要简单可行。

角度②经济性：

评价一种实验方案，不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。

角度③绿色化

a．分析实验药品是否有毒，是否会造成环境污染。

b．仪器药品是否价格低廉、便宜易得。

c．反应是否充分，原子经济性强。

角度④安全性

a．避免炸裂　b．防污染　c．防失火　d．防吸水

对点速练

练点一　化学实验方案的设计

1．某同学探究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？

________（填字母）。

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___________________________________。

2．铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。

研究性学习小组的同学为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究。

[方案一]

[实验方案]　将铝镁合金与足量NaOH溶液反应，测定剩余固体质量。

实验中发生反应的化学方程式是___________________________________________。

[实验步骤]

（1）称取10.8g铝镁合金粉末样品，溶于体积为V、物质的量浓度为4.0mol·L－1的NaOH溶液中，充分反应。

则NaOH溶液的体积V≥________mL。

（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体。

该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将________（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

[方案二]

[实验方案]　将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体的体积。

[实验步骤]

（1）同学们拟选用下列实验装置完成实验：

你认为最简易的装置其连接顺序是A接（　　）（　　）接（　　）（　　）接（　　）（填接口字母，可不填满）。

（2）仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：

稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。

于是他们设计了如图所示的实验装置。

①装置中导管a的作用是_____________________________________________；

②实验前后量气管中液面读数分别为V1mL、V2mL，则产生氢气的体积为________mL；

③若需确定产生氢气的量，还需测定的数据是_________________________________。

练点二　化学实验方案的评价

3．某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”），理由是_____________________________。

方案二：

________（填“合理”或“不合理”），理由是_____________________________。

4．实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。

资料：

K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

（1）制备K2FeO4（夹持装置略）

①A为氯气发生装置。

A中反应方程式是____________________________________

___________________（锰被还原为Mn2＋）。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

（2）探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。

为证明是否是K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ

取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色

方案Ⅱ

用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b，取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生

由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由______________________产生（用方程式表示）。

②根据K2FeO4的制备实验得出：

氧化性Cl2________FeO

（填“>”或“<”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO

的氧化性强弱关系相反，原因是____________________________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO

>MnO

，验证实验如下：

将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色。

该现象能否证明氧化性FeO

>MnO

。

若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。

理由或方案：

_________________________________________________________。

1.[2019·浙江4月卷，28]某同学设计如图装置（气密性已检查）制备Fe（OH）2白色沉淀。

请回答：

（1）仪器1的名称________。

装置5的作用________。

（2）实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。

请为装置作一处改进，使溶液能进入4中________。

（3）装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。

从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因________。

2．[2018·全国卷Ⅰ，26]醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。

一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。

实验装置如图所示，回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是______________，仪器a的名称是________。

（2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是______________________________________。

（3）打开K3，关闭K1和K2。

c中亮蓝色溶液流入d，其原因是______________________________________；d中析出砖红色沉淀，为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是__________、________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点______________________________。

3．[2016·海南卷，7]下列实验设计正确的是（　　）

A．将SO2通入溴水中证明SO2具有漂白性

B．将铁屑放入稀HNO3中证明Fe比H2活泼

C．将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在CO

D．将乙烯通入KMnO4酸性溶液证明乙烯具有还原性

化学实验中的科学探究与创新意识

一、科学探究与创新意识的含义

认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题，从问题和假设出发，确定探究目的、设计探究方案，进行科学探究；善于合作，敢于质疑，勇于创新。

二、科学探究与创新意识的表现

（1）能从自然界、生产、生活中发现和提出有探究价值的化学问题，确定探究目的，设计、优化、探究方案。

（2）能依据探究方案，运用科学的方法通过观察、调查和实验，客观地收集、记录现象、数据。

（3）能科学地加工、处理探究过程中获得的现象、数据，通过分析、归纳、推理，得出合理的结论。

（4）能对探究过程、探究的结果、结论做检查和反思，并和同伴交流、探讨，研究改进探究方案或提出进一步探究的设想。

（5）在探究过程中能尊重客观事实，独立思考，善于和同伴合作交流，敢于质疑，敢于发表自己的见解、看法，不迷信权威，有批判精神和创新意识。

【素养专练】

1．物质制备类实验题

氯化亚铜（CuCl）为白色晶体，微溶于水，能溶于氨水、浓盐酸，并生成配合物，不溶于硫酸、稀硝酸和醇，在工业上应用广泛。

工业上制取氯化亚铜的工艺流程如下：

实验药品：

铜丝20g、氯化铵20g、65%硝酸10mL、36%盐酸15mL、水。

（1）反应①的化学方程式为_________________________________________，

用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是_____________________________________

________________（写出一条即可）。

（2）工业化生产时，95%乙醇可通过________的方法回收并循环利用，而NH4Cl、________（填化学式）可直接循环利用。

（3）实验室用下图装置制备CuCl。

①实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，最宜选择下列装置中的________（填字母）。

②实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温，主要原因是________________________________________________________________________。

电炉加热升温至50℃时停止加热，反应快速进行，烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色，从环保角度考虑，当__________________________________

时才能停止通入氧气；待冷却至室温后，再打开活塞，沿________（填字母）口倾出棕色反应液于1000mL大烧杯中，加水500mL，即有大量白色沉淀析出。

[物质制备类实验题的思维建模]

2．有机综合类实验题

[2019·全国卷Ⅲ，27]乙酰水杨酸（阿司匹林）是目前常用药物之一。

实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

水杨酸

醋酸酐

乙酰水杨酸

熔点/℃

157～159

－72～－74

135～138

相对密度/（g·cm－3）

1.44

1.10

1.35

相对分子质量

138

102

180

实验过程：

在100mL锥形瓶中加入水杨酸6.9g及醋酸酐10mL，充分摇动使固体完全溶解。

缓慢滴加0.5mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。

稍冷后进行如下操作。

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4g。

回答下列问题：

（1）该合成反应中应采用________加热。

（填标号）

A．热水浴B．酒精灯

C．煤气灯D．电炉

（2）下列玻璃仪器中，①中需使用的有________（填标号），不需使用的有________（填名称）。

（3）①中需使用冷水，目的是_________________________________。

（4）②中饱和碳酸氢钠的作用是___________________________________________，

以便过滤除去难溶杂质。

（5）④采用的纯化方法为________。

（6）本实验的产率是________%。

[有机综合类的一般分析流程]

3．综合探究类实验题

[2019·全国卷Ⅰ，27]硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2·xH2O]是一种重要铁盐。

为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是________________________。

（2）步骤②需要加热的目的是______________________，温度保持80～95℃，采用的合适加热方式是________________________。

铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________________________（填标号）。

（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是________________________。

分批加入H2O2，同时为了________________________，溶液要保持pH小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。

硫酸铁铵晶体的化学式为________________。

[探究类实验题的思维建模]

4．猜想评价类实验题

请协助某化学小组完成研究性学习任务。

Ⅰ.

（1）溴水中加入足量乙醛溶液，溴水褪色。

为解释该现象，提出三种猜想：

猜想一

溴与乙醛发生取代反应

猜想二

________

猜想三

溴将乙醛氧化为乙酸

为探究上述猜想：

甲同学提出如下两种实验方案：

方案一：

用酸碱指示剂检测溴水褪色后溶液的酸碱性。

方案二：

测定反应前溴水中Br2和反应后溶液中Br－的物质的量。

（2）方案一是否可行______________________________________________（填“是”或“否”），理由是_________________________________________。

（3）乙同学设计如下实验方案：

①配制含Br2浓度为0.05mol·L－1的溴水；

②取上述溶液10mL加入适量乙醛溶液，使之褪色；

③向上述溶液中加入足量AgNO3溶液，充分反应后得到淡黄色沉淀0.188g。

试计算判断：

溴与乙醛反应的化学方程式为__________________________________。

Ⅱ.在60℃～80℃时，乙醛在CuO催化下，可被双连打气球鼓入的空气氧化成乙酸。

该小组设计实验并在试管C中收集少量乙酸（试管A中装有40%的乙醛水溶液、CuO粉末）。

有关物质的沸点见下表：

物质

乙醛

乙酸

甘油

水

沸点/℃

20.8

117.9

290

100

请回答下列问题：

（1）如图所示在实验的不同阶段，需要调整温度计在试管A内的位置，在实验开始时温度计水银球的位置应在试管A的反应液中；当试管A内的主要反应完成后温度计水银球的位置应在________。

（2）烧杯B内盛装的液体可以是________（在上表物质中选择）。

[猜想评价类实验题的思维建模]

5．流程模拟类实验题

镁是21世纪最具应用前景的轻金属，工业制镁常用硅热还原法和电解法。

（一）硅热还原法

以白云石（主要成分为CaCO3·MgCO3）为原料制备金属镁的工艺流程如图所示：

（1）写出回转窑中煅烧CaCO3·MgCO3的化学方程式：

________________________________。

（2）在混合器中，将煅烧得到的固体与还原制镁的催化剂萤石粉混合均匀，萤石粉碎的目的是____________。

（3）向冷却后的少量烧渣中加入盐酸，观察到有气体产生，写出真空高温还原炉中生成镁蒸气的化学方程式：

__________________________，还原炉抽成真空的目的是________________。

（二）电解法

以MgCl2·6H2O为原料制备金属镁的工艺流程如图所示：

MgCl2·6H2O

MgCl2

Mg＋Cl2

由MgCl2·6H2O制取MgCl2的部分装置（铁架台、酒精灯已略）如图所示：

（4）循环物质甲的名称是________。

制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是________；也可以加热亚硫酰氯（SOCl2）与MgCl2·6H2O的混合物制取无水氯化镁，该反应的化学方程式为______________________________________。

（5）装置b中填充的物质可能是________。

（6）硅热还原法和电解法的共同缺点是________。

2021年高考化学一轮复习金版导学案（必修部分）

专题一化学实验

第3讲化学实验方案的设计与评价

基础精讲练

考点一

2对点速练

1．解析：

用氯化铵和氢氧化钠固体加热制备NH3时也有水生成，则加热时试管口应略向下倾斜，以防止试管口的水滴倒流炸裂试管，且收集试管的管口应塞一团棉花，以防止对流，收集到较纯净的NH3，A错误；NO易被氧化不能利用排空气法收集，应利用排水法收集，B错误；氢气的密度比空气小，氢气应短导管进长导管出，采用向下排空气法收集，C错误；H2O2在二氧化锰的催化作用下，分解生成水和氧气，反应不用加热，氧气不溶于水可用排水法收集，D正确。

答案：

D

2．解析：

实验室用氢氧化钙和氯化铵固体混合加热制取氨气，A项错误；用浓盐酸与二氧化锰反