化学实验三综合化学实验设计与评价.docx
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化学实验三综合化学实验设计与评价
【同步教育信息】
一.本周教学内容
化学实验部分（三）综合化学实验设计与评价
二.知识重点
1.综合实验设计的基本原则是：
实验原理的科学性、安全性、简约性、直观性
2.综合实验设计的评价：
方案的可制性及优劣
3.综合实验的创新设计及基本实验原理的灵活应用
4.装置的改进及一般实验装置的归纳
（1）制备气体的发生装置
（2）气体的净化和干燥
（3）气体的收集方法
（4）尾气的处理装置
（5）安全瓶
（6）气体体积的测量
（7）喷泉实验装置的设计
5.解题的基本思路
明确目的→弄清原理→具体设计→数据处理
【典型例题】
[例1]铝粉是铝热剂的主要成份之一，常用铝锭制得的铝粉中含有少量的
和
，用如图所示的装置（甲乙管用橡皮管连接可上下移动）测定铝粉中金属铝的含量，其方法是：
用硫酸或氢氧化钠溶液与样品作用，通过产生的气体体积计算样品中金属铝的含量，根据实验原理回答下列问题：
（1）如何检验此装置的气密性。
（2）从硫酸和氢氧化钠溶液两种试剂中挑选，应选用较好，理由是。
（3）装置中导管a所起的作用是。
A.保证实验装置不漏气B.使分液漏斗中的液体顺利滴下
C.减少气体体积测定的误差
（4）为了较准确测量产生的气体体积，在反应前后读取甲管液面的读数时应注意。
A.反应前读取甲管液面数据时应使甲、乙中液面保持水平
B.反应后读取甲管液面数据时应使甲、乙中液面保持水平
C.反应后读取甲管液面数据时，甲、乙两管液面无须保持水平
D.反应后立即读取甲管液面数据，防止液面变动
E.反应后静止置一会，待反应器恢复原来温度后再读取数据
解析：
该题的实验目的是测定铝粉中金属铝的含量，且通过产生气体的体积经计算求出——是一道定量题，要求实验的准确性。
（1）凡是有气体参加和生成的实验，都必须检验装置的气密性，根据气密性检查的方法。
该题应采用注水法——液封法，关闭分液漏斗的旋钮向乙中注水。
并记下液面位置，静置一段时间后，看液面是否下移，若仍维持液面高度则气密性良好。
（2）由于样品中含有SiO2，不与硫酸反应，不能确定铝是否反应完全（有部分铝会包裹在SiO2中，使实验结果产生一定误差，则应选择NaOH，使样品全部溶解，Al可充分反应，减少误差。
）
答案：
（1）向乙中注水，使之与甲产生液面差，记下乙中液面位置，静置，乙中液面不下移，即可。
（2）NaOH；可使样品全部反应，减少误差。
（3）B
（4）AE
[例2]四氯化钛是无色液体，沸点为136℃，它极易水解，遇空气中水蒸气即产生“白烟”（
）。
四氯化钛可由
与
发生置换反应而制得（
不与HCl反应）。
此反应在1000℃高温下进行得很慢，但如果有炭粉存在时，只要650℃—850℃反应便可顺利进行。
下面是某同学设计的实验室制备
装置：
请回答：
（1）A装置中反应的化学方程式是。
（2）B装置中的试剂为，其作用是。
（3）C装置中的反应方程式为。
（4）D装置中冷凝水的方向为进出，该装置的作用为。
（5）E装置中NaOH溶液的作用是。
（6）请指出装置的缺陷和不妥之处，并进行改进。
解析：
根据题，该信息和实验装置可知
（1）A装置中发生的是实验室制Cl2的反应。
因TiCl4“极易水解，遇水蒸气产生‘白烟’”可推知B装置中应为干燥剂——浓H2SO4。
又由题中“TiCl4可由TiO2与Cl2发生置换反应而制得”信息可完成（3）问。
并根据竖直使用冷凝管的原理，可得冷凝水的进、出方向。
由于产生的Cl2不会完全消耗，必须在实验后吸收，防污染环境。
缺点在于E装置无排空气孔，D、E间缺干燥器。
答案：
（1）
（2）浓H2SO4；吸放Cl2中水蒸气
（3）
（4）a、b；使TiCl4冷凝回流进入D
（5）吸收Cl2
（6）①E装置无排气孔，应在胶塞上加一支玻璃导管，与大气相通。
②D、E间应加干燥装置
【模拟试题】
1.证明CH3COOH为弱酸，现有药品和仪器；冰醋酸，蒸馏水、pH试纸，请你设计实验证明：
（1）设计的理论依据是；
（2）简要步骤是：
；
（3）需要记录的数据是；
（4）分析推断：
由于，说明，所以CH3COOH是弱酸。
2.现有酚酞试液、石蕊试液、0.1mol/L氨水、35%盐酸、0.1mol/L盐酸、氢氧化钙固体和蒸馏水，请应用化学平衡知识设计一个实验（只限于选用上述试剂），证明氨水为弱碱，简述方法，并写出有关的离子方程式。
3.剪约6cm长、2cm宽的铜片、铝片各一片，分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上（间隔2cm），将铜片与铝片分别和电流表的“+”、“－”端相连接，电流表指针调到中间位置。
取两个50mL的小烧杯，在一个烧杯中注入约40mL的浓硝酸，在另一只烧杯中注入40mL0.5mol/L的硫酸溶液。
试回答下列问题：
（1）两电极同时插入稀硫酸中，电流表指针偏向（填“铝”或“铜”）极，铝片上电极反应式为；
（2）两电极同时插入浓硝酸时，电流表指针偏向（填“铝”或“铜”）极，此时铝是（填“正”或“负”）极，铝片上的电极反应式为。
4.某校化学课外活动小组利用下面所提供的仪器装置和药品制取NaHCO3溶液，设计如下实验。
实验室提供的药品、仪器装置如下：
①2%NaOH溶液；②稀HCl；③稀H2SO4；④饱和KHCO3溶液；⑤浓H2SO4；⑥CaCO3固体；⑦K2CO3粉末
仪器装置（如图所示）
请根据题目要求回答下列问题：
（1）请按下表要求，填写选择的装置和药品。
分项
内容
CO2发生装置（随开随用，随关随停）（X）
除杂洗气装置（Y）
制备产品装置（Z）
选择的装置（填序号）
c
选择的药品（填序号）
①
（2）如何检验所选择的CO2发生装置（X）的气密性，请写出主要操作过程：
。
（3）将装置按X、Y、Z顺序连接并检查气密性后，当加入药品实验时，X装置中发生化学反应的离子方程式为，Y装置中除去的杂质为。
（4）常温下，向Z装置的NaOH溶液中通入过量CO2气体，其原因是；通入过量CO2后，Z装置内的溶液中离子浓度大小顺序为；若要保证Z装置中不析出晶体（不考虑过饱和溶液问题），NaOH溶液浓度不能超过%（质量分数）。
附：
有关物质在常温（20℃）时的溶解度
化学式
Na2CO3
NaHCO3
NaOH
NaCl
Na2SO4
溶解度
（g/100gH2O）
21.3
9.60
107
35.8
19.4
5.工业制纯碱时的第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳之间的反应，获得碳酸氢钠晶体，第二步是利用碳酸氢钠制取纯碱。
第一步的反应原理可以用以下的两个化学方程式表示，两个反应的总结果是放热反应。
某校学生化学活动小组欲在实验室中模拟制纯碱的第一步过程，以获得碳酸氢钠晶体。
可供选择的试剂有：
盐酸、
的硫酸、浓氨水、氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰。
该小组学生设计的最简单的实验装置如图：
（1）图中空中A处所用装置是（从装置I、II中选择）。
（2）请写出图中A、B、C、D处各仪器中盛放试剂的名称：
A，B，C，D。
（3）装置D的作用是。
（4）辅导教师指出要获得较多量的碳酸氢钠晶体，此套装置还有不足之处，请说明其原因并加以改进。
（5）利用本题所提供的试剂（只限一种）及试管、酒精灯等主要仪器，通过简单实验判断该实验得到的产品是碳酸氢钠晶体，而不是碳酸氢铵或食盐晶体，简述操作过程、现象及结论。
6.某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO而设计了一个实验。
其装置如图（加热装置和固定装置均已略去）。
图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器，D是尾气处理装置（兼防倒吸功能）。
请回答下列问题：
（1）设计装置A的目的是；为达此目的，应如何操作；A中反应的化学方程式为。
（2）在
（1）的“操作”后将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是；B中反应的离子方程式是。
（3）装置E和F的作用是；
为实现此作用，其操作方法是。
7.草酸晶体（H2C2O4·2H2O）与浓硫酸共热可制得CO气体，化学方程式为：
某学生用草酸晶体（H2C2O4·2H2O）与浓硫酸共热所得到的气态产物进行实验，以验证CO的还原性及其被氧化后的产物。
（1）该学生所设计的实验装置如图，回答有关问题：
①上述实验装置中三个洗气瓶分别盛有澄清石灰水、氢氧化钠溶液、浓硫酸，则甲应盛，其作用是；乙应盛，其作用是。
②丙装置中能说明CO具有还原性的实验现象是。
反应的化学方程式是
。
③丁装置的作用是。
（2）在实验过程中，该学生发现应对上述实验装置进行一些改进，才能保证实验的科学性和安全性，请回答下列问题：
①为确证通往玻璃管的CO气体中已除去CO2，可在甲和乙之间连接。
（填装置序号）
②在装置丙和丁之间连接b装置，其作用是。
③为了防止余气的实验室或环境造成污染，可在装置丁后连接。
（填装置序号）
8.某同学运用已有的Na2O2和CO2反应的知识进行迁移，认为Na2O2也可和SO2反应，反应式可能为：
，为此设计如下一套装置，来验证Na2O2和SO2的反应产物。
如图安装仪器，检查装置气密性后添加药品并滴入适量浓硫酸，回答下列问题：
（1）点燃①处酒精灯，不久，观察到①处产生大量气体；③处两通管管壁发热，管内药品的颜色变化为色逐渐变为色。
（2）在反应过程中如何用较简便的操作证明反应产生了O2？
（3）⑥处用排水法收集气体，从什么现象可证明收集的气体中已不含SO2?
（4）待反应结束后，取两通管内少量固体，装入试管中，加水溶解时未产生气体，如何证明产物中有Na2SO3？
（5）待反应结束后，取两通管内少量固体，装入试管中，加入足量盐酸溶液，再加入氯化钡溶液，有白色沉淀生成，试分析产生沉淀的原因。
【试题答案】
1.
（1）因弱电解质的电离程度随溶液浓度减小而增大。
因此当把弱电解质稀释10n倍时，溶液pH改变值小于n；
（2）将冰醋酸溶于蒸馏水中，用水稀释10n倍用pH试纸测定稀释前后pH；
（3）稀释的倍数和前后的pH；
（4）溶液稀释10n倍后，溶液的pH改变值小于n，说明稀释后醋酸电离程度增大。
2.取0.1mol/L的氨水和0.1mol/L的盐酸等体积混合并振荡，再滴入紫色石蕊试液，显红色，证明氨水是弱碱，
，
3.
（1）铝；
（2）铜；正；
4.
（1）
分项
内容
CO2发生装置（随开随用，随关随停）（X）
除杂洗气装置（Y）
制备产品装置（Z）
选择的装置（填序号）
f
b
c
选择的药品（填序号）
②⑥
④
①
（2）塞紧单孔塞，关闭开关，往烧杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸没在水中，如果干燥管内外液面有一定高度差，说明装置的气密性良好。
（其他合理方法也可）。
（3）
，
（4）使溶液中的NaOH完全转化为NaHCO3；
；4.40%（或4.39%或4.41%）
5.
（1）II
（2）A.石灰石、6mol/L盐酸（由漏斗加入）B.蒸馏水（或水）C.被氯化钠饱和的氨水D.6mol/L硫酸
（3）吸收从C中浓氨水逸出的NH3，减少对环境的污染。
（4）由于反应的总结果是放热的，即：
，
，且反应有一定可逆性，应降低温度，使上述反应平衡右移，提高NaHCO3的产量。
在装置C处加水（冰水）冷却装置。
（5）略
6.
（1）利用生成的CO2将整个装置内的空气赶尽，以排除对Cu与稀HNO3反应气体产物观察的干扰；打开K，当装置C中产生白色沉淀时，关闭K；
（2）铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上仍为无色，溶液变为蓝色；
（3）验证无色气体为NO；将注射器F中的空气推入E中
7.
（1）
①NaOH溶液；吸收CO2；浓H2SO4；吸收H2O
②玻璃管中红色固体变黑；
③验证CO氧化产物是CO2
（2）①C②防止丁中的液体倒吸③a
8.
（1）淡黄；白
（2）打开④处U型管a处橡皮塞，插入带火星的木条，如果复燃，说明产生了O2
（3）⑤处品红溶液不褪色，说明氧气中不混有二氧化硫
（4）向该溶液中加入稀盐酸，有气体产生。
（5）由于过氧化钠有氧化性，反应过程中有部分亚硫酸钠被氧化为Na2SO4，和BaCl2反应产生难溶于盐酸的BaSO4。
【励志故事】
谷仓里的金表
一个农场主在巡视谷仓时不慎将一只名贵的金表遗失在谷仓内，他遍寻不获，便在农场门口贴了一张告示，要人们帮忙，悬赏100美元。
人们面对重赏的诱惑，无不卖力地四处翻找，无奈谷仓的谷粒成山，还有成捆成捆的稻草，要想在其中找寻一块金表，如同大海捞针。
人们忙到太阳下山仍没有找到金表，他们不是抱怨金表太小，就是抱怨谷仓太大、稻草太多。
他们一个个放弃了100美元的诱惑。
只有一个穷人家的小孩在众人离开之后仍不死心，努力寻找，他已经整整一天没吃饭了，希望在天黑之前找到金表，解决一家人的吃饭困难。
天越来越黑，小孩在谷仓内坚持寻找，突然他发现一切喧闹静下来后有一个奇特的声音，那声音“嘀嗒、嘀嗒”不停地响着。
小孩顿时停止寻找。
谷仓内更加安静，嘀嗒声响得更清晰了。
小孩循声找到了金表，最终得到了100美元。
成功的法则其实很简单，而成功者之所以稀少，是因为大多数人认为这些法则太简单，没有坚持，不屑于去做。
这个法则叫执著。
成功如同谷仓内的金表，早已存在于我们的周围，散布于人生的每个角落，只要执著地去寻找，专注而冷静地思考，我们就会听到那清晰的嘀嗒声。
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