高考化学易错集专题15化学实验方案设计与评价.docx
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高考化学易错集专题15化学实验方案设计与评价
专题15化学实验方案设计与评价
1．利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是（ ）
选项
①
②
③
实验结论
A
稀硫酸
Na2S
AgNO3与
AgCl的浊液
Ksp（AgCl）>
Ksp（Ag2S）
B
浓硫酸
蔗糖
溴水
浓硫酸具有
脱水性、氧化性
C
稀盐酸
Na2SO3
Ba（NO3）2
溶液
SO2与可溶性
钡盐均可生成
白色沉淀
D
浓硝酸
Na2CO3
Na2SiO3
溶液
酸性：
硝酸>
碳酸>硅酸
答案：
B
2．利用下列实验装置可以达到实验目的的是（ ）
A．此装置可以实现Cl2的制取、收集、尾气吸收
B．此装置可以实现乙酸乙酯的制取和收集
C．此装置可以形成CuZn原电池
D．此装置可证明H2CO3的酸性大于H2SiO3
解析：
制取Cl2需要加热，且收集Cl2时导管应“长进短出”，A项不能达到实验目的；收集乙酸乙酯时导管口应置于饱和碳酸钠溶液的液面上，以防倒吸，B项不能达到实验目的；D装置没有排除挥发出的硝酸的干扰，D项不能达到实验目的。
答案：
C
3．Y形管是一种特殊的仪器，与其他仪器组合可以进行某些实验探究。
利用下图装置可以探究SO2与BaCl2反应生成BaSO3沉淀的条件。
下列判断正确的是（ ）
A．玻璃管的作用是连通大气，使空气中的氧气进入广口瓶，参与反应
B．c、d两根导管都必须插入BaCl2溶液中，保证气体与Ba2＋充分接触
C．Y形管乙中产生的为氧化性气体，将BaSO3氧化为BaSO4沉淀
D．e、f两管中的试剂可以分别是浓氨水和NaOH固体
答案：
D
4．实验室常用苯甲醛制备苯甲醇，其反应原理为：
2C6H5CHO＋KOH―→C6H5CH2OH＋C6H5COOK
可能用到的有关数据及实验装置图如下：
分子式
相对分子质量
沸点（℃）
苯甲醛
C7H6O
106
179
苯甲醇
C7H8O
108
205
乙醚
C4H10O
74
34.6
实验步骤如下：
①向三颈烧瓶中加入适量KOH、水和2.12g苯甲醛，按如图连接好装置，搅拌，加热，使反应充分进行。
②向三颈烧瓶中加入冷水，混匀，冷却。
将混合溶液倒入分液漏斗，用乙醚萃取、分液。
将乙醚层依次用10%碳酸钾溶液、水洗涤。
③将②中得到的乙醚层倒入盛有少量无水硫酸镁的锥形瓶中，振荡、静置后将其转入蒸馏装置，先缓慢均匀加热，然后收集205℃左右的馏分，最后得苯甲醇0.78g
回答下列问题：
（1）实验时，搅拌的目的是________________。
冷凝管中的水应从________口进入（选填“a”或“b”）。
（2）步骤②中，最后用水洗涤的作用是________。
将分液漏斗中两层液体分离开的实验操作方法是：
先________________，后____________________。
（3）步骤③中无水硫酸镁的作用是____________。
（4）步骤③中先缓慢均匀加热的原因是________。
（5）本实验中苯甲醇的产率为________%（保留一位小数）。
答案：
（1）使苯甲醛和氢氧化钾溶液混合均匀、加快反应速率 a
（2）除去KOH、苯甲酸钾和碳酸钾等杂质 把下层液体从下口放出 把上层液体从上口倒出
（3）作干燥剂（或吸收水）
（4）除去苯甲醇中混有的乙醚 （5）72.2
5．黄铜矿的主要成分是CuFeS2（硫元素显－2价、铁元素显＋2价）。
实验室用黄铜矿为原料制取单质铜和铁红（Fe2O3）的流程如下：
已知：
CuFeS2＋O2
Cu＋FeS＋SO2
FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑
（1）在实验室中，应将黄铜矿粉末放在________（填仪器名称）中焙烧。
（2）将反应过程中产生的SO2和H2S通入如图所示装置中检验它们的性质。
该实验证明SO2具有________性和________性。
（3）欲选用下列部分装置在实验室中以MnO2和浓盐酸为原料制取纯净、干燥的氯气。
①圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为_____________________________________
________________________________________________________________________。
②按气流方向由左到右，导管口连接顺序为a→__________________。
③装置连接好后，在装药品前，需检验装置的气密性，具体方法是________________________________________________________________________。
④向滤液A中通入Cl2，某同学取通入Cl2后的溶液滴加KSCN溶液，用来证明Cl2的氧化性比Fe3＋强的结论。
该实验设计是否合理________（填“是”或“否”），请用简要文字解释你的理由______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）若使用20g黄铜矿粉末可制得8gFe2O3（铁红），则该黄铜矿中含CuFeS2的质量分数是__________（假设各步反应均完全进行且过程中无额外物质损耗）。
答案：
（1）坩埚
（2）漂白 氧化
（3）①MnO2＋4H＋＋2Cl－
Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
②b→c→g→h→d ③关闭分液漏斗的活塞，将导气管插入水中，微热圆底烧瓶，若导管末端产生气泡，停止加热，导管中有一段水柱形成，说明装置不漏气 ④否 在通氯气前滤液A中就可能含有Fe3＋，无法确定Fe3＋一定是Fe2＋被Cl2氧化得来的 （4）92%
6．某小组同学用下图装置进行实验研究（a、b、c表示止水夹）。
请评价或完善其方案：
（1）将装置A、C、E相连接，用MnO2和浓盐酸制取氯气，请回答：
①氯元素在周期表中的位置为________________。
②A中反应的离子方程式为__________________。
③E中氢氧化钠溶液的作用是________________。
在C中加入适量的水可制得氯水。
将所得氯水分成两份进行实验，其操作、现象和结论如下：
实验序号
实验操作
现象
结论
Ⅰ
将氯水滴入品红溶液中
品红溶液褪色
氯气有漂白性
Ⅱ
向氯水中加入碳酸氢钠粉末
有无色气泡产生
氯气与水反应的产物具有酸性
④实验Ⅰ推出的相应结论是否合理？
________。
若不合理，请说明理由（若合理，无需填写）：
__________________________________
________________________________________________________________________。
⑤实验Ⅱ推出的相应结论是否合理？
____________________________________。
若不合理，请说明理由（若合理，无需填写）：
________________________________
________________________________________________________________________。
（2）将B、D、E相连，在B中装浓硝酸和铜片，可制得NO2。
B中反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③吸收多余的Cl2（尾气处理）
④不合理 没有事先证明干燥的氯气有无漂白性
⑤不合理 制取的氯气中含HCl气体，其溶于水也能与NaHCO3粉末反应产生气泡
（2）Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O
易错起源1、实验方案的设计
例1．NH3及其盐都是重要的化工原料。
（1）用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为________。
（2）按下图装置进行NH3性质实验。
①先打开旋塞1，B瓶中的现象是________，原因是________，稳定后，关闭旋塞1。
②再打开旋塞2，B瓶中的现象是______________________________________。
（3）设计实验，探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
限选试剂与仪器：
固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽（可控制温度）
①实验目的：
探究________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
②设计实验方案，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据，数据用字母表示；表中“V（溶液）”表示所配制溶液的体积）。
物理量
实验序号
V（溶液）/mL
……
1
100
……
2
100
……
③按实验序号1所拟数据进行实验，若读取的待测物理量的数值为Y，则NH4Cl水解反应的平衡转化率为________（只列出算式，忽略水自身电离的影响）。
答案
（1）A C G
（2）①产生白色的烟 氯化氢与氨气反应生成了氯化铵小颗粒，氯化铵小颗粒形成白烟
②烧杯中的石蕊溶液会倒流进入到B瓶中且呈红色
（3）①温度
②
物理量
实验序号
V（溶液）/mL
NH4Cl质量（g）
pH
温度（℃）
……
1
100
m
Y
T1
……
2
100
m
Z
T2
……
③
【变式探究】某研究小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：
SO2＋2NaOH===______________________________________________________________。
（2）反应Cl2＋Na2SO3＋2NaOH===2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为__________________________。
（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl－、OH－和SO42－。
请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气中CO2的影响）。
①提出合理假设。
假设1：
只存在SO32－；
假设2：
既不存在SO32－，也不存在ClO－；
假设3：
________________________________________________________________________。
②设计实验方案，进行实验。
请写出实验步骤以及预期现象和结论。
限选实验试剂：
3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、0.01mol·L－1KMnO4、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
取少量吸收液于试管中，滴加3mol·L－1H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中。
步骤2：
步骤3：
【答案】
（1）Na2SO3＋H2O
（2）Na2SO3
（3）①只存在ClO－
②
步骤2：
向A试管中滴加1～2滴0.01mol·L－1KMnO4溶液
（1）若溶液褪色，则假设1成立；
（2）若溶液不褪色，则假设2或3成立
步骤3：
向B试管中滴加1～2滴淀粉－KI溶液
（1）若溶液变蓝色，则假设3成立；
（2）若溶液不变蓝色，结合步骤2中的
（2），则假设2成立
【名师点睛】
设计实验方案有关顺序的选择
（1）仪器连接的顺序
①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。
②仪器是否齐全。
例如制有毒气体或涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。
③安装顺序是否合理。
例如是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应干燥后再经水溶液洗气。
④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“大口进，小口出”等。
（2）实验操作的顺序
①连接仪器。
按气体发生装置→除杂质装置→干燥装置→主体实验装置→尾气处理装置顺序连接好实验仪器。
②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。
检查气密性的方法要依装置而定。
【锦囊妙计，战胜自我】
设计实验方案时应注意的问题
（1）实验方面：
①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止倒吸。
②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等）。
③防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等）。
④防吸水（如实验中取用、制取易吸水、易潮解、易水解的物质时，需采取必要措施防止其吸水，以保证达到实验目的）。
⑤冷凝回流（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、竖装的干燥管及冷凝管等）。
⑥易挥发液体产物（导出时为蒸气）的及时冷却。
⑦仪器拆卸的科学性与安全性（从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）。
（2）细节方面
①药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余
若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。
②题目条件有无特殊要求
如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。
③实验过程中的隐蔽性操作
如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。
④药品的规格
有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：
硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。
此外也应注意某些仪器的规格。
⑤会画简单的实验装置图
考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。
易错起源2、实验方案的评价
例2．某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L－1的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀。
为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：
假设一：
溶液中的NO
假设二：
溶液中溶解的O2
（1）验证假设
该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象
实验步骤
实验现象
结论
实验1：
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
实验2：
在盛有不含O2的25mL0.1mol/LBa（NO3）2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
________
假设一成立
（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入SO2体积的变化曲线如下图
实验1中溶液pH变小的原因是________；V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）________________。
（3）验证假设二
请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。
（4）若假设二成立，请预测：
在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3，氧化相同的H2SO3溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反应后两溶液的pH前者________（填“大于”或“小于”）后者，理由是___________________________________________________________________。
答案
（1）无明显现象 有白色沉淀
（2）SO2溶于水后生成H2SO3
3SO2＋2NO
＋2H2O===3SO
＋2NO＋4H＋（或3H2SO3＋2NO
===2NO↑＋3SO
＋4H＋＋H2O）
（3）
实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：
实验1：
作为参照实验
实验3：
将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立
（4）小于 反应的离子方程式表明，足量的O2和NO
分别氧化相同量的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者
（本题部分小题属于开放性试题，合理答案均给分）
【变式探究】氯化铜晶体（CuCl2·xH2O）是重要的化工原料，可用作反应的催化剂、消毒剂等。
用孔雀石[主要含Cu2（OH）2CO3，还含少量Fe、Si的化合物]制备氯化铜晶体，方案如下：
已知：
I.Cu（OH）2、CuO开始分解的温度分别为80℃和900℃。
Ⅱ.有关金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH如下表所示：
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3＋
2.7
3.7
Cu2＋
5.2
6.4
Fe2＋
7.6
9.6
（1）若溶液A含有的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋，则试剂①最好为________（填字母）。
a．（NH4）2S b．H2O2
c．NaClOd．Cl2
（2）加试剂②的目的是____________________________________________，
由溶液C获得CuCl2·xH2O，需要经过加热浓缩、______、过滤等操作。
（3）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl2·xH2O）中x值，有如下两种实验方案：
方案一：
称取ag晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl2的质量为bg。
方案二：
称取ag晶体，加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、加热沉淀（控制温度约为120℃）至质量不再减轻为止，称量所得固体的质量为bg。
则上述两种实验方案中，不合理的是________，原因是
________________________________________________________________________。
依据合理方案计算得x＝________（用含a、b的代数式表示）。
【答案】
（1）bd
（2）调节溶液的pH在3.7～5.2，使Fe3＋全部转化为Fe（OH）3沉淀 冷却结晶
（3）方案一 晶体加热时会部分水解
【名师点睛】
1．选择：
包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。
仪器的选择包括发生装置（几种基本类型）、净化装置（除杂质的试剂和顺序）、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物质聚集状态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。
2．评价：
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。
要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
3．最佳方案的选择：
所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。
【锦囊妙计，战胜自我】
实验方案设计与评价的常见题型,
（1）利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器，叙述现象并说明理由。
（2）利用给出的实验装置和反应条件，要求根据实验现象和物质的性质判断物质并书写化学反应方程式。
（3）利用限定的仪器装置、药品，融气体制备、除杂、集气及设计操作程序、仪器连接、定量计算于一体，考查学生实验设计、实验操作和数据处理的能力。
（4）给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。
（5）根据实验目的、实验进行的条件，选取适当药品、仪器（或应用所指定的药品、仪器）完成某次指定的实验操作。
（6）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”选择最佳方案。
（7）新情境实验题，运用已有知识解决新情境中的新问题，考查学生灵活运用知识的迁移能力、自学能力、观察能力、实验能力和思维能力。
易错起源3、定量实验的设计
例3．草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。
草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。
草酸晶体（H2C2O4·2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。
回答下列问题：
（1）甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。
装置C中可观察到的现象是______________________________________________
__________________________________________________________________，
由此可知草酸晶体分解的产物中有________。
装置B的主要作用是__________________________________________________________________。
（2）乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置（可以重复选用）进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。
装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
（3）设计实验证明：
①草酸的酸性比碳酸的强____________________________________________。
②草酸为二元酸____________________________________________________。
答案
（1）有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝（水蒸气、草酸等），防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
（2）①F、D、G、H、D、I CuO（氧化铜）
②前面澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
（3）①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生
②用NaOH标准溶液滴定草酸，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
【变式探究】CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。
大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物。
实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。
下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。
完成下列填空：
（1）用浓盐酸配制1∶1（体积比）的稀盐酸（约6mol·L－1），应选用的仪器是________。
a．烧杯b．玻璃棒
c．量筒d．容量瓶
（2）上述装置中，A是________溶液，NaHCO3溶液可以吸收_____________________________。
（3）上述装置中，B物质是______
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