高中化实验第四讲实验设计与评价生.docx
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高中化实验第四讲实验设计与评价生
第四讲实验设计与评价
I．课标要求
1．能发现学习和生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究。
2．能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化。
3．能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。
4．能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。
II．考纲要求
1．掌握化学实验记录的基本要求，并能设计一些基本实验。
（1）．根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。
（2）．根据实验试题的要求，设计或评价实验方案。
（3）．能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
2．实验知识和技能的综合应用。
III．教材精讲
化学实验方案的设计是在实施化学实验之前，根据化学实验的目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置、药品和方法所进行的一种规划。
化学实验方案设计的一般步骤：
实验目的→实验原理（反应途径）→反应的仪器的选择→设计实验装置和操作步骤→记录实验现象，数据处理方法→形成方案。
化学实验方案设计的一般类型：
评价化学实验方案设计的基本原则：
①科学性：
实验原理，准确，实验流程合理。
②安全性：
保护人身、保护环境、保护仪器。
③可行性：
条件允许，效果明显，操作正确。
④简约性：
做到步骤少，时间短、效果好等基本要求。
⑤经济性：
原料利用率用高，所用原料易得，价廉物美。
一．物质制备实验方案设计：
物质制备实验方案的设计的一般思路是：
二．物质的性质实验设计
此类题主要是对物质具有的性质进行求证，其方案设计的基本思路是：
对物质具备的性质去求证，关键在于设计出简捷的实验方案，做到操作简单，现象明显，而且安全性好。
三．物质检验实验方案的设计
物质检验实验方案的设计基本思路：
利用物理性质（如颜色、状态、气味、密度等）或化学性质进行物质检验，使被检物质与加
入的试剂作用，转变为某种已知物质，或产生某种特殊现象（生成气体、沉淀、显现特殊颜色等），从而确定该物质的存在。
四．综合性实验方案的设计
综合性实验方案的设计，主要以教材内容为主考查学生的基本操作、基本技能或考查学生对典型实验有关而又易忽略和重要细节的掌握情况。
解答此类题必须依据反应原理、基本实验操作和亲自动手实验的经验来解答。
IV．典型例题
例1：
实验室用浓盐酸和MnO2共热制Cl2，并用Cl2和Ca（OH）2反应制少量漂白粉，现已知反应：
2Cl2+2Ca（OH）2=Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O
温度稍高即发生副反应：
6Cl2+6Ca（OH）2=Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O
现有三个同学分别设计的三套实验装置，如图所示：
（1）请从a．不容量控制反应速率；b．容量控制反应速率；c．有副反应发生；d．可防止副反应发生；e．污染环境；f．可防止污染环境等几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点做出评析，并选择符合题目要求的选项填在空格内。
优点
缺点
甲装置
乙装置
丙装置
（2）上述装置中，甲由A、B两部分组成，乙由C、D、E三部分组成，丙由F、G两部分组成。
请从上述装置中选取合理的组成部分，组装成一套较完善的实验装置，装置的各部分的连接顺序（按气流从左到右的方向）是。
（3）实验中若用12mol·L－1的浓盐酸100mL与足量的MnO2反应，最终生成Ca（ClO）2的物质的量总是0.15mol（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因是（假定各步反应均无产物损耗，且无副反应发生）。
例2．（2005年广东高考）研究性学习小组进行SO2的制备及性质探究实验。
（1）根据反应Na2SO3（固）+H2SO4（浓）＝Na2SO4+SO2↑+H2O，制备SO2气体。
①用下列简图，在答题卡的方框中画出制备并收集SO2的实验装置（含试剂）示意图。
②实验过程中，使用分液漏斗滴加浓硫酸的操作是_________________________。
（2）将SO2气体分别通入下列溶液中：
①品红溶液，现象是___________________；
②溴水溶液，现象是_________________________________；
③硫化钠溶液，现象是__________________________________________。
（3）有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象很不明显，但又不存在气密性问题。
请你推测可能的原因并说明相应的验证方法（可以不填满）。
①原因___________________；验证方法__________________________。
②原因_____________________；验证方法__________________________。
③原因_____________________；验证方法__________________________。
例3：
水蒸气通过灼热的煤所产生的混和气，其主要成份是CO、H2还含有CO2和水蒸气。
请用下列装置设计一个实验，以确认上述混和气中含有CO和H2。
（1）连接上述装置的正确顺序是：
（填各接口的代码字母）混和气→（ ）（ ）接（ ）（ ）接（ ）（ ）接（ ）（ ）接（ ）（ ）
（2）确认混和气中含有H2的实验现象是__________；其理由是__________。
（3）能确认混合气体中含有CO的实验现象是；其理由是。
例4．（2006年广东高考）某研究小组进行与NH3有关的系列实验。
⑴从下图中挑选所需仪器，画出制取干燥NH3的装置简图（添加必要的塞子、玻璃导管、胶皮
管。
固定装置和尾气处理装置不用画），并标明所用试剂。
⑵将NH3通入溴水中，有N2生成，反应的化学方程式为。
⑶为验证“同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子”，该小组同学设计了如右上图所示的装置，图中B管的容积是A管的2倍，活塞K1、K2、K3、K4、K5均关闭（固定装置和尾气处理装置略；HCl和NH3均不溶于石蜡油，也不与之反应；装置气密性好。
①在A管中充满与大气压强相等的干燥HCl气体。
操作是：
。
控制活塞K4、K5，调节C，使B管充满与A管同压的干燥NH3。
②缓缓开启K3，A管中的现象是。
要达到实验目的，当反应完成并恢复到室温时，B管中预期的现象是；若观察不到预期现象，主要原因是。
V．跟综训练：
一．选择题（本题包括有5个小题，每小题只有一个正确选项）
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．将金属铝与硫磺混合加热
2．为除去CO2气体中的SO2气体，下列对于仪器和药品的组合中合理的是（）
仪器：
①洗气瓶②干燥管
药品：
③固态生石灰④饱和Na2CO3溶液⑤饱和NaHCO3溶液
A．①⑤B．②⑤C．①③D．①④
3．海带中含碘元素。
有人设计如下步骤来提取碘：
①通足量的氯气；②将海带烧成灰，向灰中加水搅拌；③加CCl4振荡；④过滤；⑤用分液漏斗处理。
合理的操作顺序是（）
A．②①③④⑤B．②④①③⑤C．①③⑤②④D．③①②⑤④
4．在实验室进行物质制备，下列从原料及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、经济上合理的是（）
在空气中点燃
NaOH溶液
CuO，△
A．CCOCO2Na2CO3
NaOH溶液
AgNO3溶液
B．CuCu（NO3）2溶液Cu（OH）2
H2SO4溶液
点燃
C．FeFe2O3Fe2（SO4）3溶液
Na2CO3
H2O
D．CaOCa（OH）2溶液NaOH溶液
5．（2010年江苏高考）下列实验方案合理的是（）
A．配制50g质量分数为5%NaCl溶液：
将45mL水加入到盛有5gNaCl的烧杯中，搅拌溶解
B．制备乙酸乙酯：
用如右图所示的实验装置
C．鉴定SO
：
向溶液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液
D．鉴别环已烯和苯：
将溴的四氯化碳溶液分别滴加到少量环已烯和苯中
二．选择题（本题包括7个小题，每小题有1～2个正确选项）
6．（11年广东高考卷）下列实验能达到预期目的的是（）
①用乙醇和浓硫酸除去乙酸乙酯中的少量乙酸
②将Cl2的制备和性质实验联合进行以减少实验中的空气污染
③用食醋和澄清石灰水验证蛋壳中含有碳酸盐
④用硝酸钡溶液鉴别硫酸根离子与亚硫酸根离子
⑤用溴水检验汽油中是否含有不饱和脂肪烃
A．①②③B．①③④C．②③⑤D．②④⑤
7．某课外活动小组利用下面装置制取少量O2、HCl、NH3等三种气体，下列所选择的化学试剂均正确、合理的是（）
制氧气
制氯化氢
制氨气
A
氯酸钾晶体、二氧化锰
氯化钠固体、浓硝酸
氯化铵固体、氢氧化钠固体
B
二氧化锰、双氧水
浓硫酸、浓盐酸
生石灰、浓氨水
C
过氧化钠、水
氢气、氯气
氯化铵晶体、熟石灰
D
高锰酸钾晶体
食盐、浓硫酸
烧碱、浓氨水
8．下列除去杂质的实验方法正确的是
A．除去CO中少量O2：
通过灼热的Cu网后收集气体
B．除去K2CO3固体中少量KHCO3：
置于坩埚中加热
C．除去苯中溶有的少量苯酚：
加入适量浓溴水反应后过滤
D．除去FeCl3酸性溶液中少量的FeCl2：
加入稍过量双氧水后放置
9．下列根据实验事实得出的结论，正确的是（ ）
10．为验证某混合气体中是否含有SO2，下列实验方案合理的是（）
A．首先通入NaOH溶液中，再在溶液中加入BaCl2溶液，然后再加足量稀盐酸
B．首先确定混合气体中有无其它还原性气体，如HI、HBr等，在排除这些气体的前提下，将混合气体通入酸性KMnO4溶液
C．首先将气体通入到品红溶液中，再设计实验证实是否含有Cl2等能使品红褪色的其它物质
D．首先将气体通入酸性KMnO4溶液，再通入品红溶液，再通过BaCl2溶液
11．（11福州）下列装置中间的试管收集浓硝酸和铜反应所生成的气体，最终可使收到的气体中空气的含量最少是（）
12．下列是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。
若用过氧化钠和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为（）
A．②④⑥B．③④⑦C．②⑤⑥D．①⑤⑧
三．本题包括6个小题
13．（10上海高考卷）某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分，设计了如右图装置。
倾斜A使稀硫酸（足量）与固体M充分反应，待反应停止后，B装置增重，C装置中溶液无变化，反应后进入量气管气体的体积为VmL（已折算成标准状况）
由上述实验事实可知：
（1）①固体M中一定有的物质是__________（填化学式）理由是_________________________。
②其中一种物质的质量可以确定为___________g（用代数式表示）。
（2）B装置的名称是________。
写出B装置中反应的离子方程式_______________________________________。
（3）C装置的作用是_________________________，如果实验中没有B装置，则C装置中产生的现象是____________________________________________________________________。
（4）稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体，该固体是_____________,要分离出该固体，在实验操作中，除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是_____________。
（5）通过进一步实验，测得固体M中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质量之和，产生这种现象的原因可能是_____________
a．M中有未反应的铁和硫b．测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面
c．A中留有反应生成的气体d．气体进入D装置前未用浓硫酸干燥
14．（10年广东高考卷）氧化铜有多种用途，如用作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。
为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）进行如下实验：
I
⑴制备氧化铜
Ⅲ
Ⅱ
工业CuSO4CuSO4溶液CuSO4·5H2O……CuO
①步骤I的目的是除不溶性杂质。
操作是。
②步骤Ⅱ的目的是除铁。
操作是：
滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+转化完全后，慢慢加入Cu2（OH）2CO3粉末，搅拌，以控制溶液pH=3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液
至pH=1。
控制溶液pH=3.5的原因是。
③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O晶体。
操作是，过滤，水浴加热烘干。
水浴加热的特点是。
⑵探究氧化铜的性质
①取A、B两支试管，往A中先加入适量CuO粉末，再分别向A和B中加入等体积的3%H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡。
结论是。
②为探究试管A中反应的速率，收集气体并测定其体积必需的实验仪器有。
15．（09年江苏高考卷）硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）是一种重要的食品和饲料添加剂。
实验室
通过如下实验由废铁屑制备FeSO4·7H2O晶体：
①将5%Na2CO3溶液加入到盛有一定量废铁屑的烧杯中，加热数分钟，用倾析法除去Na2CO3
溶液，然后将废铁屑用水洗涤2~3遍；
②向洗涤过的废铁屑中加入过量的稀硫酸，控制温度在50~80℃之间至铁屑耗尽；
③趁热过滤，将滤液转入到密闭容器中，静置、冷却结晶；
④待结晶完毕后，滤出晶体，用少量冰水洗涤2~3次，再用滤纸将晶体吸干；
⑤将制得的FeSO4·7H2O晶体放在一个小广口瓶中，密闭保存。
请回答下列问题：
（1）实验步骤①的目的是，加热的作用是。
（2）实验步骤②明显不合理，理由是。
（3）实验步骤④中用少量冰水洗涤晶体，其目的是；
。
（4）经查阅资料后发现，硫酸亚铁在不同温度下结晶可分别得到FeSO4·7H2O、FeSO4·4H2O
和FeSO4·H2O。
硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和该温度下析出晶体的组成如下表所示（仅在56.7℃、64℃温度下可同时析出两种晶体）。
硫酸亚铁的溶解度和析出晶体的组成
温度/℃
0
10
30
50
56.7
60
64
70
80
90
溶解度/g
14.0
17.0
25.0
33.0
35.2
35.3
35.6
33.0
30.5
27.0
析出晶体
FeSO4·7H2O
FeSO4·4H2O
FeSO4·H2O
请根据表中数据作出硫酸亚铁的溶解度曲线。
（5）若需从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO4·4H2O，应控制的结晶温度（t）的范围为。
16．（2011年高考北京卷）某校化学小组学生利用下图所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取FeCl3·6H2O晶体。
（图中夹持及尾气处理装置均已略去）
（1）装置B中发生反应的化学方程式是。
（2）装置E中的现象是。
（3）停止反应，待B管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。
简述检验滤液中Fe3＋的操作方法：
（4）该小组学生利用上述滤液制取FeCl3·6H2O晶体，设计流程如下：
Cl2
II
I
滤液FeCl3溶液FeCl3·6H2O晶体
①步骤I中通入Cl2的作用是。
②步骤II从FeCl3稀溶液中得到FeCl3·6H2O晶体的主要操作包括：
。
③该流程中需保持盐酸过量，主要原因是（结合离子方程式简要说明）
。
17．（东城区三模）乙二酸（HOOC—COOH）俗称草酸。
某校学生为探究乙二酸的部分化学性质，进行了下述实验：
（1）向盛有少量乙二酸饱和溶液的试管内滴入用硫酸酸化的KMnO4稀溶液，振荡，观察到
的现象为，说明乙二酸具有（填“氧化性”、“还原性”或“酸性”）。
（2）向图甲的A试管中加入一定量的乙二醇浓硫酸和乙二酸，用酒精灯小火均匀加热试管3—5min，在B试管中有油状液体产生，若反应中生成了六元环状化合物，该反应的化学方程式为，其中B试管中的导管不伸入液面下的原因是，饱和碳酸钠溶液的作用是。
（3）已知：
草酸在约157℃时升华，在175℃时受热分解可生成H2O、CO2和CO；草酸钙是难溶于水的白色固体。
该校学生设计了一套验证草酸受热分解并检验产物中有CO2的实验装置，如图乙所示。
请回答：
①从环境保护的角度看，应增加尾气处理装置，你如何进行尾气处理，
。
②依据题给数据，请分析根据D试管中石灰水变浑的现象，能否确定草酸分解产物中有CO2
（填“能确定”或“不能确定”），理由是。
图甲图乙
18．（2009年上海高考卷）某些废旧塑料可采用下列方法处理：
将废塑料隔绝空气加强热，使其变成有用的物质，实验装置如右图。
加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表：
产物
氢气
甲烷
乙烯
丙烯
苯
甲苯
碳
质量分数（%）
12
24
12
16
20
10
6
（1）试管A中残余物有多种用途，如下列转化就可制取高聚物聚乙炔。
A中残留物
聚乙炔
写出反应②~③的化学方程式、。
（2）试管B收集到的产品中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质，其一氯代物有种。
（3）锥形瓶C中观察到的现象。
经溴水充分吸收，剩余气体经干燥后的平均相对分子质量为。
（4）写出C中逸出的气体在工业上的两种用途、。
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