中小学资料版高考化学二轮复习 专题4 化学实验 第16讲 实验方案的设计与评价学案.docx

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中小学资料版高考化学二轮复习专题4化学实验第16讲实验方案的设计与评价学案

第16讲　实验方案的设计与评价

考纲定位

命题热点及考频考题

核心素养

1.认识化学是以实验为基础的一门科学。

了解科学探究的基本过程，学习运用以实验和推理为基础的科学探究方法。

2.了解定量研究方法是化学发展为一门科学的重要标志。

3.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。

4.以上各部分知识与技能的综合应用。

1.制备型综合实验方案的设计与评价

2017年Ⅰ卷T27；2017年Ⅲ卷T27；2016年Ⅰ卷T26

（2）；2016年Ⅱ卷T28；2016年Ⅲ卷T26；2015年Ⅰ卷T10；2015年Ⅰ卷T26

1.实验探究——发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。

2.创新精神——能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想；能尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。

3.证据推理——能对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，设计实验证实或证伪假设。

2.探究型综合实验方案的设计与评价

2017年Ⅰ卷T26；2017年Ⅱ卷T26、T28；2017年Ⅲ卷T26；2016年Ⅱ卷T28

———————核心知识·提炼———————

（对应学生用书第74页）

提炼1　实验方案设计

1．实验方案设计的基本思路

→

→

→

→

2．实验方案设计的四要求

提炼2　实验方案评价

1．一般思维流程

―→

―→

2．注意分析的五方面

3．重点关注三角度

提炼3　性质探究型实验

1．实验设计思路

研究物质结构特点→提出合理假设→设计实验方案（定性分析、定量分析）→得出结论

2．基本环节

（1）发现问题：

就是在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和异常现象等。

（2）提出猜想：

就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。

（3）设计验证方案：

就是根据猜想，结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案，对各种猜想进行验证。

（4）具体实施实验：

就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。

（5）观察现象分析数据，得出结论：

就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据，然后进行推理分析和数据分析，通过对比归纳得出结论。

提炼4　性质验证型实验

1．实验方案的设计思路

→

→

→

2．成分确定中常用的定量方法

（1）沉淀法

（2）测气体体积法

（3）测气体质量法

（4）滴定法（酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定）

———————命题热点·探究———————

命题热点1　制备型综合实验方案的设计与评价

（对应学生用书第75页）

■对点练——沿着高考方向训练·

1．（2017·山东临沂期末）亚硝酰氯（NOCl，熔点：

－64.5℃，沸点：

－5.5℃）是一种黄色气体，遇水易水解。

可用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。

实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成。

【导学号：

97184226】

（1）甲组的同学拟制备原料气NO和Cl2，制备装置如图所示：

为制备纯净干燥的气体，补充下表中缺少的药品。

装置Ⅰ

装置Ⅱ

烧瓶中

分液漏斗中

制备纯净的Cl2

MnO2

①________

②________

制备纯净的NO

Cu

③________

④________

（2）乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备NOCl，装置如图所示：

①装置连接顺序为a→________（按气流自左向右方向，用小写字母表示）。

②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外，另一个作用是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

③装置Ⅶ的作用是________________________________________________。

④装置Ⅷ中吸收尾气时，NOCl发生反应的化学方程式为

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）丙组同学查阅资料，查得王水是浓硝酸与浓盐酸的混酸，一定条件下混酸可生成亚硝酰氯和氯气，该反应的化学方程式为_______________________

_______________________________________________________________。

【解析】　

（1）实验室通常用浓盐酸和MnO2混合加热制氯气，因盐酸有挥发性，氯气中混有的HCl气体需要用饱和食盐水除去，最后再用浓硫酸干燥即可得纯Cl2；用铜和稀硝酸反应制NO气体，因装置中混有的氧气和NO反应生成少量NO2，因此需要通过水除去NO2，再用浓硫酸干燥即可得较纯净的NO。

（2）①亚硝酰氯的熔、沸点较低，易液化，遇水易水解，故需要保持装置内干燥和反应混合气体干燥，同时需要考虑Cl2和NO尾气对环境的污染，需要用NaOH溶液吸收尾气，则装置连接顺序为a→e→f（或f→e）→c→b→d。

②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外，还可以通过观察气泡调节气体的流速，控制NO和Cl2的比例。

③亚硝酰氯遇水易水解，装置Ⅶ的作用是防止装置Ⅷ中水蒸气进入反应器Ⅵ中。

④装置Ⅷ中NaOH溶液能吸收NO、Cl2及NOCl，其中NOCl与NaOH溶液反应的化学方程式为NOCl＋2NaOH===NaCl＋NaNO2＋H2O。

（3）浓硝酸与浓盐酸在一定条件下反应生成亚硝酰氯和氯气，发生反应的化学方程式为HNO3（浓）＋3HCl（浓）===NOCl↑＋Cl2↑＋2H2O。

【答案】　

（1）①浓盐酸　②饱和食盐水　③稀硝酸　④水

（2）①e→f（或f→e）→c→b→d

②通过观察气泡，调节气体的流速

③防止水蒸气进入反应器

④NOCl＋2NaOH===NaCl＋NaNO2＋H2O

（3）HNO3（浓）＋3HCl（浓）===NOCl↑＋Cl2↑＋2H2O

2．氯化铝为共价化合物，熔点、沸点都很低，且会升华，极易潮解，遇水放热并产生白色烟雾。

【导学号：

97184227】

请回答下列问题：

（1）甲组同学按照如图一所示装置，通过实验制备AlCl3固体。

装置B中滴入浓硫酸后发生的反应为2NaCl＋H2SO4（浓）

2HCl↑＋Na2SO4。

装置C中所盛装的试剂是________，点燃D处酒精灯时，装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________。

装置F的作用是__________________________________________________。

安装好仪器后需要进行的操作有：

①向装置B中滴加浓硫酸；②点燃B处酒精灯；③点燃D处酒精灯。

这三项操作的正确顺序为________（填序号）。

（2）乙组同学认为甲组同学的装置设计存在不安全因素，因此乙组同学对甲组同学所设计的装置D、E进行了改进（如图二所示），装置E改为带支管的烧瓶，该烧瓶的名称为________，改进后的优点是_______________________

________________________________________________________________。

（3）设计实验证明：

①AlCl3能够水解：

________________________________________________。

②AlCl3是共价化合物：

_____________________________________________。

【解析】　

（1）制备出的AlCl3极易潮解，因此装置C中应盛装浓硫酸，用来干燥HCl气体；由反应物为Al和HCl气体可知装置D中发生的反应为2Al＋6HCl（g）

2AlCl3＋3H2；装置E可收集制备的AlCl3，故装置F可防止空气中的水蒸气进入装置使收集到的AlCl3水解变质。

先滴入浓硫酸，使浓硫酸与NaCl混合，加热使之反应，使反应生成的HCl气体排出整个装置中的空气和水蒸气，再点燃装置D处的酒精灯。

（2）根据提示可知该仪器为蒸馏烧瓶；甲组同学的装置中连接D、E之间的导管太细，容易发生堵塞，故乙组同学直接将装置D的玻璃管插入装置E中，较粗的玻璃管D可以防止凝华的AlCl3堵塞管道。

（3）①AlCl3水解显酸性，可用pH试纸检验。

②共价化合物在熔融状态下，不导电。

【答案】　

（1）浓硫酸　2Al＋6HCl（g）

2AlCl3＋3H2　防止空气中的水蒸气进入装置E　①②③　

（2）蒸馏烧瓶　防止凝华的AlCl3堵塞D、E之间的导气管　（3）①取少量AlCl3溶液，用pH试纸测其pH，pH<7　②做AlCl3熔融状态下的导电实验

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T6、T7、T8）

命题热点2　探究型综合实验方案的设计与评价

（对应学生用书第76页）

■对点练——沿着高考方向训练·

1．（2017·宝鸡一模）某探究性实验小组的同学将打磨过的镁条投入到滴有酚酞的饱和NaHCO3溶液中，发现反应迅速，产生大量气泡和白色不溶物，溶液的浅红色加深。

该小组同学对白色不溶物的成分进行了探究和确定。

Ⅰ.提出假设：

（1）甲同学：

可能只是MgCO3；

乙同学：

可能只是________；

丙同学：

可能是xMgCO3·yMg（OH）2。

（2）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，洗涤沉淀的操作方法是_____________________________________________________

________________________________________________________________。

Ⅱ.定性实验探究：

（3）取沉淀物少许于试管中，加入稀盐酸时固体溶解，产生大量气泡，则________（填“甲”“乙”或“丙”）同学假设错误。

Ⅲ.定量实验探究：

取一定量已干燥过的沉淀样品，利用下列装置测定其组成（部分固定夹持类装置未画出），经实验前后对比各装置的质量变化来分析沉淀的组成，得出丙同学的假设是正确的。

请回答下列问题：

（4）实验中合理的连接顺序为：

e→________→________→________→________→________→g→h（各装置只使用一次）。

（5）实验一段时间后，当装置B中________（填实验现象），停止加热，说明固体已分解完全；打开f处的活塞，缓缓通入空气数分钟的目的是________，装置C中碱石灰的作用是___________________________________________

________________________________________________________________。

（6）指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个D装置，若无此装置，会使测出的x∶y的值________（选填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（7）若改进实验后，最终装置B质量增加mg，装置D质量增加了ng，则x∶y＝________。

（用含m、n的代数式表示）

【解析】　

（1）根据甲、丙同学的假设，可知乙同学的假设为：

可能只是Mg（OH）2。

（2）洗涤沉淀的操作方法是：

向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。

（3）加入稀盐酸时固体溶解，产生大量气泡，则一定含有MgCO3，故乙同学的假设错误。

（4）装置B的作用是吸收水蒸气，装置C的作用是吸收通入空气中的CO2和水蒸气，装置D的作用是吸收CO2。

由于碱石灰既能吸收水蒸气又能吸收CO2，因此沉淀加热后产生的气体先通过B，后通过D，故连接顺序为efabcdgh或efbacdgh。

（5）当装置B中无气泡冒出时，说明固体已分解完全。

打开f处活塞，缓缓通入空气

数分钟的目的是排出装置中的CO2和水蒸气。

（6）末端还需连接一个D装置，是为了防止空气中的水蒸气和CO2进入D，若无此装置，则测得的CO2的质量偏大，MgCO3的质量偏大，x∶y的值偏大。

（7）根据MgCO3～CO2、Mg（OH）2～H2O，x∶y＝n（CO2）∶n（H2O）＝

∶

＝

。

【答案】　

（1）Mg（OH）2　

（2）向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次　（3）乙　（4）fabdc或fbadc　（5）无气泡冒出　排出装置中的CO2和水蒸气　吸收通入空气中的CO2和水蒸气　（6）偏大　（7）

2．（2017·河南郑州三模）资料显示：

O2的氧化性随溶液pH的增大逐渐减弱。

室温下，某学习小组利用下图装置探究不同条件下KI与O2的反应，实验记录如下。

装置

序号

烧杯中的液体

5分钟后现象

①

2mL1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液

无明显变化

②

2mL1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液＋2mL0.2mol·L－1HCl溶液

溶液变蓝

③

2mL1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液＋2mL0.2mol·L－1KCl溶液

无明显变化

④

2mL1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液＋2mL0.2mol·L－1CH3COOH溶液

溶液变蓝，颜色较②浅

回答下列问题：

【导学号：

97184228】

（1）实验③的目的是________________________________________________。

（2）实验②中发生反应的离子方程式是________________________________

________________________________________________________________。

（3）实验②比实验④溶液颜色深的原因是______________________________

________________________________________________________________。

为进一步探究KI与O2的反应，用上述装置继续进行实验：

序号

烧杯中的液体

5小时后现象

⑤

2mL混有KOH的pH＝8.5的1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液

溶液略变蓝

⑥

2mL混有KOH的pH＝10的1mol·L－1KI溶液＋5滴淀粉溶液

无明显变化

对于实验⑥的现象，甲同学猜想“pH＝10时O2不能氧化I－”，他设计了下列装置进行实验以验证猜想。

（4）烧杯a中的溶液为______________________________________________。

（5）实验结果表明此猜想不成立。

支持该结论的实验现象是：

通入O2后，________________________________________________________________。

（6）乙同学向pH＝10的“KOH淀粉溶液”中滴加碘水，溶液先变蓝后迅速褪色，经检测褪色后的溶液中含有IO

，用离子方程式表示褪色的原因是_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

（7）该小组同学对实验过程进行了整体反思，推测实验①和实验⑥的现象产生的原因分别可能是_________________________________________________

________________________________________________________________。

【解析】　

（1）对比实验①可知，实验②中溶液变蓝肯定是加入了HCl溶液引起的，但无法确定是H＋的影响还是Cl－的影响，因此设计了实验③，加入含Cl－而不含H＋的溶液，以验证Cl－是否影响KI与O2的反应。

（3）由实验②和实验④不难看出，两种酸的浓度相同，而二者的不同之处是所加的酸不同，一个是强酸，一个是弱酸，所以两溶液中的c（H＋）不同，则实验现象的差别必然是c（H＋）的不同所引起的，且c（H＋）越大，溶液蓝色越深，说明O2的氧化性随c（H＋）的增大而增强。

（4）甲同学设计的是原电池装置，可通过电流表指针是否发生偏转来判断反应是否发生，因此烧杯a中的溶液应是pH＝10的KOH溶液。

（5）实验结果表明猜想不成立，说明pH＝10时O2能氧化I－，其中负极上的反应为4I－－4e－===2I2，正极上的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此可看到电流表指针偏转，烧杯b中的溶液逐渐变蓝色。

（6）由题中信息可知，I2在KOH溶液中发生了歧化反应，除生成IO

外，还应生成I－，故反应的离子方程式是3I2＋6OH－===IO

＋5I－＋3H2O。

【答案】　

（1）验证Cl－是否影响KI与O2的反应

（2）4I－＋O2＋4H＋===2I2＋2H2O

（3）其他条件相同时，HCl是强电解质，其溶液中c（H＋）较醋酸溶液中的大，O2的氧化性较强

（4）pH＝10的KOH溶液

（5）电流表指针偏转，烧杯b中的溶液逐渐变成蓝色

（6）3I2＋6OH－===IO

＋5I－＋3H2O

（7）中性条件下，O2的氧化性比较弱，短时间内难以生成“一定量”碘单质使溶液颜色发生变化；pH＝10的KOH溶液中I－被氧化生成I2，I2迅速发生歧化反应变为IO

和I－

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T1、T2、T3、T4、T5）

复习效果验收|真题试做　预测尝鲜

（对应学生用书第77页）

■体验高考真题·

1．（2017·全国Ⅰ卷）凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。

已知：

NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：

（1）a的作用是________。

（2）b中放入少量碎瓷片的目的是________。

f的名称是________。

（3）清洗仪器：

g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是________；打开k2放掉水。

重复操作2～3次。

（4）仪器清洗后，g中加入硼酸（H3BO3）和指示剂。

铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。

打开k1，加热b，使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是_________________________________________

________________________________________________________________。

②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________

_______________________________________________________________，

e采用中空双层玻璃瓶的作用是_____________________________________

________________________________________________________________。

（5）取某甘氨酸（C2H5NO2）样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。

【解析】　

（1）加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。

（2）碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。

（3）关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。

（4）①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。

②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NH

＋OH－

NH3↑＋H2O。

e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。

（5）由题给化学方程式NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3，根据氮原子守恒可得关系式：

C2H5NO2～N～HCl。

n（C2H5NO2）＝n（N）＝n（HCl）＝cV×10－3mol，则样品中氮的质量分数为

×100%＝

%；样品的纯度≤

×100%＝

%。

【答案】　

（1）避免b中压强过大　

（2）防止暴沸　直形冷凝管　（3）c中温度下降，管路中形成负压　（4）①液封，防止氨气逸出　②NH

＋OH－

NH3↑＋H2O　保温使氨完全蒸出　（5）

2．（2017·全国Ⅲ卷节选）绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。

某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。

回答下列问题：

（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。

再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。

由此可知：

_______、_______。

（2）为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管（带两端开关K1和K2）（设为装置A）称重，记为m1g。

将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2g。

按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是________。

②将下列实验操作步骤正确排序________（填标号）；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3g。

a．点燃酒精灯，加热

b．熄灭酒精灯

c．关闭K1和K2

d．打开K1和K2，缓缓通入N2

e．称量A

f．冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝____________（列式表示）。

若实验时按a、d次序操作，则使x____________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

【解析】　

（1）绿矾溶液中滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中没有Fe3＋；再向试管中通入空气，溶液变红，说明有Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋。

（2）①由仪器的构造特征可知，B为干燥管。

②实验时，为防止空气中的O2将Fe2＋氧化，应先通入N2将装置中的O2排净，然后点燃酒精灯加热。

停止加热后，为防止FeSO4吸收空气中的水蒸气，待玻璃管冷却，关闭K1和K2后再称重。

故实验操作步骤应为d、a、b、f、c、e。

③由题意知，绿矾的质量为（m2－m1）g，加热后FeSO4的质量为（m3－m1）g，结晶水的质量为（m2－m3）g。

设绿矾的化学式为F