第十一章第三节设计与评价类实验.docx
《第十一章第三节设计与评价类实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十一章第三节设计与评价类实验.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第十一章第三节设计与评价类实验
第十一章 “四大题型”揭密高考热点
第三节设计与评价类实验
考点一
实验设计、评价型实验
命题点1 猜想型实验方案的设计
[思维流程]
[典题示例] 漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂
实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。
（1）提出合理假设。
假设1：
该漂白粉未变质，只含有________；
假设2：
该漂白粉全部变质，只含有________；
假设3：
该漂白粉部分变质，既含有Ca（ClO）2，又含有CaCO3。
（2）设计实验方案，进行实验。
请写出实验步骤、预期现象和结论。
限选用的仪器和药品：
试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1mol/L盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。
（提示：
不必检验Ca2＋和Cl－）
实验步骤
预期现象和结论
①
取少量上述漂白粉于试管中，________
________
②
________________________________
________
[流程应用]
第一步 明确目的原理
设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：
①2Ca（OH）2＋2Cl2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。
②Ca（ClO）2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO。
第二步 提出合理假设
根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca（ClO）2或CaCO3或二者的混合物。
第三步 寻求验证方法
用CaCO3与盐酸反应产生澄清石灰水变浑浊的CO2来验证CaCO3的存在。
用Ca（ClO）2与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的HClO来验证Ca（ClO）2的存在。
第四步 设计操作步骤
①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中（用于检验CO2）。
②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡（用于检验HClO）。
第五步 分析得出结论
若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO3，即假设1成立。
若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不褪色，说明CaCO3存在，不存在Ca（ClO）2，即假设2成立。
若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液褪色，说明有CaCO3和Ca（ClO）2存在，即假设3成立。
答案：
（1）假设1：
只含有Ca（ClO）2；假设2：
只含有CaCO3
（2）
实验步骤
预期现象和结论
①
加入适量1mol/L盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中
若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立；
若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
若品红溶液褪色，则假设3成立；
若品红溶液不褪色，则假设2成立
[即时应用]
（2014·安徽高考）某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。
从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
图1
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）：
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
36.0
③
0.2
2.0
90.0
（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。
t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀。
（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：
假设一：
发生析氢腐蚀产生了气体；
假设二：
____________________________________________________________；
……
（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。
请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。
实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）：
解析：
（1）对比实验①，实验②中碳粉的质量与实验①相同，醋酸的浓度与实验①不同，所以铁粉的质量应与实验①相同，即2.0g；实验③中碳粉质量与实验①不同，铁粉质量和醋酸浓度均与实验①相同，显然实验③目的是探究碳粉含量的影响。
（2）t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀。
（3）0～t1时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则由假设一内容可得假设二应是：
此反应是放热反应，温度升高。
（4）参照实验①中药品的用量及操作方法，更换多孔橡皮塞，增加进、出气导管，并通入稀有气体，排出空气，滴加醋酸溶液，同时测量瓶内压强的变化、温度的变化等，确定猜想一是否成立。
答案：
（1）
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
②
2.0
③
碳粉含量的影响
（2）吸氧
（3）反应放热，温度升高
（4）实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）：
①药品用量和操作同编号①实验（多孔橡皮塞增加进、出导管）；
②通入氩气排净瓶内空气；
③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化（也可测温度变化、检验Fe2＋等）。
如果瓶内压强增大，假设一成立。
否则假设一不成立。
（本题属于开放性试题，答案合理即可）
命题点2 实验方案的评价
角度一 从实验原理可行性评价
[示例1] 实验室制备Al2S3，下列方案可行的是（ ）
A．将AlCl3溶液与Na2S溶液混合
B．将H2S气体通入Al2（SO4）3溶液中
C．将Al（NO3）3固体与K2S固体混合
D．将金属铝与硫黄混合加热
[解析] 该题首先从原理角度辨析了Al2S3的制备，要注意可溶性的铝盐和硫化物溶液相遇会发生相互促进的水解反应，水解的离子方程式为2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，同理将H2S气体通入Al2（SO4）3溶液也无法制备Al2S3，只有将金属铝与硫黄混合加热，方可制得。
[答案] D
角度二 从原料的用量多少评价
[示例2] 以Al、稀H2SO4和NaOH为原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙3个学生分别用3种不同的途径制备：
甲：
Al
Al2（SO4）3
Al（OH）3
乙：
Al
NaAlO2
Al（OH）3
丙：
→Al（OH）3
若要制得等量的Al（OH）3，则上述哪个方案最好？
________。
[解析] 现将甲、乙、丙三个方案制取1molAl（OH）3消耗的硫酸和氢氧化钠的物质的量剖析如下：
实验方案（简述过程）
消耗H2SO4/mol
消耗NaOH/mol
甲：
Al→Al2（SO4）3→Al（OH）3
1.5
3
乙：
Al→NaAlO2→Al（OH）3
0.5
1
丙：
Al→Al2（SO4）3
→Al（OH）3
3/8
3/4
Al→NaAlO2
方法丙最好，产生等量Al（OH）3时所用原料最省。
[答案] 丙
角度三 从是否符合“绿色化学”观念评价
[示例3] 下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是________，理由是________。
方案
反应物
甲
Cu和浓HNO3
乙
Cu和稀HNO3
丙
Cu、O2和稀HNO3
[解析] 甲方案中Cu与浓HNO3反应生成污染环境的气体NO2，乙方案中铜与稀HNO3反应生成有毒气体NO，这两种方案中硝酸的利用率低。
丙方案中Cu与O2反应生成CuO，然后用CuO与稀HNO3反应生成Cu（NO3）2，不产生污染环境的气体，且硝酸利用率高，故丙方案体现绿色化学理念。
[答案] 丙 甲、乙两方案都产生有毒的氮氧化物，硝酸利用率高
角度四 从不同装置的优化组合进行评价
[示例4] 某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置（图中的支撑仪器均未画出，“△”表示酒精灯热源），每套装置又划分为①②③三部分。
仪器中盛放的试剂：
a.无水乙醇（沸点：
78℃）；b.铜丝；c.无水硫酸铜；d.新制氢氧化铜悬浊液。
（1）简述三套方案各自的优点。
甲：
________________________________________________________________________；
乙：
________________________________________________________________________；
丙：
________________________________________________________________________。
（2）集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为________（例如：
甲①，乙②，丙③）。
[解析]
（1）甲的优点在于②，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、反应充分。
乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水汽对产物H2O检验的干扰，丙的优点在①，无水生成，且装置简单。
（2）将三套方案的优点组合：
取丙①、甲②、乙③可组成一套完善的装置。
[答案]
（1）甲：
②中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分；②中的斜长导管起到冷凝回流乙醇的作用
乙：
①与③中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的验证
丙：
①中氧气发生装置中无水生成，且装置简单
（2）丙①，甲②，乙③
角度五 从实验方案的优劣对比进行评价
[示例5] 某纯碱样品中含有氯化钠，测定纯碱样品纯度的方案有：
方案1：
称样品质量，加入足量稀硫酸，用碱石灰吸收二氧化碳，称重；
方案2：
称样品质量，溶于水，加入过量氯化钙溶液，过滤烘干后称量沉淀质量；
方案3：
称样品质量，加入过量盐酸，充分反应，蒸干，称固体质量；
方案4：
称样品质量，加入硫酸，排水法收集并测定二氧化碳体积；
你认为最优方案是________。
[解析] 方案1：
碱石灰吸收的除CO2的质量外，还有稀H2SO4挥发出的水蒸气，故测得Na2CO3的纯度偏高；
方案2：
碳酸钙烘干时易分解，且碳酸钙表面吸附杂质，称量的质量不准确。
方案3：
氯化钠稳定，将NaCl溶液蒸干后即得NaCl固体质量，可通过前后质量差测定Na2CO3的纯度。
方案4：
CO2能溶于水，且能与水发生反应，故测定CO2的体积不准确。
[答案] 方案3
[即时应用]
下列从原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的方案是哪个？
方案1 C
CO
CO2
Na2CO3
方案2 Cu
Cu（NO3）2溶液
Cu（OH）2
方案3 CaO
Ca（OH）2溶液
NaOH溶液
方案4 Fe
Fe2O3
Fe2（SO4）3溶液
[解析] C在空气中燃烧不能得纯净的CO，方案1不合理；AgNO3溶液价格较高，不经济，方案2不合理；Fe在O2中燃烧的产物是Fe3O4而不是Fe2O3，方案4不合理。
[答案] 方案3
考点二
定量分析型实验
命题点1 定量测定数据的方法
1．沉淀法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，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。
量气装置的设计：
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。
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
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
[典题示例]
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。
填写下列空白：
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________。
解析：
（方案一）中，镁、铝合金中的Mg与NaOH溶液不反应，Al与NaOH溶液反应生成可溶于水的NaAlO2，反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
10．8g铝、镁合金中铝的最大物质的量为
＝0.4mol×97%
完全溶于NaOH溶液消耗NaOH溶液的体积为
＝0.097L（即97mL）
若步骤中未洗涤固体，会使固体的质量增大，测得镁的质量偏高。
（方案二）铝、镁合金与稀H2SO4反应产生H2，产生气体可以将广口瓶中的水压入量筒中，通过读取量筒中水的体积来确定H2的体积。
故气体的流向为A→E→D→G。
导管a的作用是使分液漏斗中的气体与锥形瓶中气体连通，从而使滴入锥形瓶的稀H2SO4的体积等于进入分液漏斗的气体体积。
依据在一定温度和压强下测得H2的体积，可计算H2的物质的量。
答案：
方案一：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
（1）97
（2）偏高
方案二：
（1）E D G
（2）①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差
②（V1－V2）
③实验时的温度和压强
[即时应用]
为测定一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验（以下数据为多次平行实验测定结果的平均值）：
方案一：
将ag铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580mL（标准状况）；
方案二：
将
g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.02000mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00mLKMnO4溶液。
请回答下列问题：
（1）配平下面的化学方程式：
KMnO4＋
FeSO4＋
H2SO4===
Fe2（SO4）3＋
MnSO4＋
K2SO4＋
H2O
（2）在滴定实验中不能选择________式滴定管，理由是__________________________
________________________________________________________________________；
（3）根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为________和________；
（4）若排除实验仪器和操作的影响因素，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。
①方案一________（填“准确”、“不准确”或“不一定准确”），理由是
________________________________________________________________________；
②方案二________（填“准确”、“不准确”或“不一定准确”），理由是
________________________________________________________________________。
解析：
（1）分析该氧化还原反应的化合价，找出化合价发生变化的各元素，利用化合价的升降相等，配平化学方程式：
→
SO4
SO4→
2（SO4）3
（2）由于酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能腐蚀碱式滴定管的胶管，因此不能选择碱式滴定管。
（3）根据方案一中的测量结果计算：
n（Fe）＝n（H2）＝
因此m（Fe）＝
mol×56g·mol－1＝1.45g
故铁片中铁的质量分数为
；
根据方案二中的测定结果计算：
根据
（1）中反应方程式：
2KMnO4～10FeSO4～10Fe
n（Fe）＝5n（KMnO4）
＝5×0.02mol·L－1×0.025L
＝0.0025mol
铁片中铁的质量分数为
＝
。
（4）①方案一不一定准确，因为不能确定Fe片中是否含有和稀硫酸反应放出H2的杂质，若有则测定结果偏高。
②方案二是利用Fe2＋消耗KMnO4的物质的量的多少，求出Fe的质量分数，而铁片中是否含有和酸性KMnO4溶液反应的杂质也不能确定，另外铁片中若有＋3价的Fe的杂质，用KMnO4也测定不出来。
因此方案二也不一定准确。
答案：
（1）2 10 8 5 2 1 8
（2）碱 酸性KMnO4溶液是强氧化剂，会腐蚀胶管
（3）
（4）①不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解，但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确
②不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的铁的氧化物，生成的Fe3＋在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确
命题点2 热重定量分析法
1．热重法
是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间关系的方法。
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。
2．热重法特点
热重法的特点是定量性强，能够准确测量物质的质量变化，根据这一特点，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与变化。
[典题示例]
（2014·江苏高考）碱式碳酸铝镁[MgaAlb（OH）c（CO3）d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。
（1）碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和________。
（2）MgaAlb（OH）c（CO3）d·xH2O中a、b、c、d的代数关系式为____________________。
（3）为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO20.560L（已换算成标准状况下）。
②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率（固体样品的剩余质量/固体样品的起始质量×100%）随温度的变化如图所示（样品在270℃时已完全失去结晶水，600℃以上残留固体为金属氧化物的混合物）。
根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n（OH－）∶n（CO
）（写出计算过程）。
解析：
（1）碱式碳酸铝镁受热分解时吸收大量热量，同时分解生成的CO2等具有阻燃作用。
（2）根据化学式中元素正负化合价的代数和为0，则有2a＋3b－c－2d＝0。
（3）计算碱式碳酸铝镁中OH－、CO
的物质的量之比时，一要注意CO
与加入盐酸时产生的CO2相关联，OH－与270～600℃时分解产生的水相关联；二要注意对数据、图像的分析，270～600℃时产生的CO2和H2O的质量等于样品的质量乘以两种温度时固体残留率之差。
答案：
（1）生成的产物具有阻燃作用
（2）2a＋3b＝c＋2d
（3）n（CO2）＝
＝2.50×10－2mol
m（CO2）＝2.50×10－2mol×44g·mol－1＝1.10g，
在270～600℃之间，失去结晶水后的样品进一步受热分解放出CO2和H2O
m（CO2）＋m（H2O）＝3.390g×（0.7345－0.3702）＝1.235g
m（H2O）＝1.235g－1.10g＝0.135g，
n（H2O）＝
＝7.50×10－3mol，
n（OH－）＝7.50×10－3mol×2＝1.50×10－2mol，n（OH－）∶n（CO
）＝（1.50×10－2mol）∶（2.50×10－2mol）＝3∶5。
[即时应用]
下图是1.00gMgC2O4·nH2O晶体放在坩埚里从25℃缓慢加热至700℃分解时，所得固体产物的质量（m）随温度（t）变化的关系曲线。
（已知该晶体100℃以上才会逐渐失去结晶水，并大约在230℃时完全失去结晶水）
试回答下列问题：
（1）MgC2O4·nH2O中n＝________。
（2）通过计算确定C点固体物质的化学式：
___________________________________
_________________________________________________________。
（要求写出推断过程）
（3）通过计算确定从E点到F点过程中的化学方程式：
________________________________________________________。
（要求写出推断过程）
解析：
（1）MgC2O4·nH2O
MgC2O4＋nH2O
112＋18n 18n
1.00g （1.00－0.76）g
＝
，n＝2。
（2）解法一：
MgC2O4·2H2O△,MgC2O4·xH2O＋（2－x）H2O
148 18（2－x）
1.00g （1.00－0.88）g
＝
，x＝1。
B点固体的化学式为MgC2O4·H2O。
解法二：
MgC2O4·xH2O△,MgC2O4＋xH2O
112 18x
0.76g （0.88－0.76）g
＝
，x＝1。
B点固体的化学式为MgC2O4·H2O。
（3）设Mg元素与其他元素组成的化合物为X，利用Mg原子守恒。
n（MgC2O4）∶n（X）＝
∶
＝1∶1，M（X）＝40。
可推测出X即为MgO，而完整的化学方程式为MgC2O4400～450℃,MgO＋CO↑＋CO2↑。
答案：
（1）2
（2）MgC2O4·H2O（过程见解析）
（3）MgC2O440
升级会员 