第十一章 学案51 流程设计式实验.docx
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第十一章学案51流程设计式实验
学案51 流程设计式实验
[考纲要求] 能将实验知识和技能进行综合应用。
热点1 检验物质组成、性质验证实验的流程设计
在实验设计与评价试题中,有关检测物质组成的实验设计是最为常见的一类考题。
需要注意的是,在离子检测、气化后的成分检测的过程中,要严格掌握离子检测、气体成分检测的先后顺序,防止各成分检验过程中的相互干扰。
解题策略
1.解答有关检测物质组成实验的流程设计问题,常见的解题思路如下:
方法一:
取少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论。
方法二:
取少量固体试样→在氧气流等中反应→检测所产生的物质(如气体)→得出实验结论。
方法三:
取少量试样→加酸(或碱)溶液使其气化→检测气体的成分→得出实验结论。
2.注意以下几个问题:
①有水蒸气生成的,先检测水蒸气,再检测其他成分。
②对于需要进行转化才能检测的成分,如CO的检测,要注意先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,先除去CO2,接着对CO实施转化,最后再检测转化产物CO2。
③若试题只给出部分药品和装置,则应需要给出必要的补充;若有剩余,则应进行筛选。
④如采用最合理的实验步骤,这些要求对考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都做了限定,必须高度重视。
⑤要十分重视药品的名称,有些题目要求指出药品的名称,这类问题很难回答准确,如有些药品的准确描述为:
无水硫酸铜、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。
典例导悟1
(2010·四川理综,27)碘被称为“智力元素”,科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。
碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂,它的晶体为白色,可溶于水。
碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。
以碘为原料,通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。
请回答下列问题:
(1)碘是________(填颜色)固体物质,实验室常用____________方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。
(2)电解前,先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:
3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区。
另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。
电解时,阳极上发生反应的电极反应式为
________________________________________________________________________
__________;阴极上观察到的实验现象是
________________________________________________________________________。
(3)电解过程中,为确定电解是否完成,需检验电解液中是否有I-。
请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案,并按要求填写下表。
要求:
所需药品只能从下列试剂中选择,实验仪器及相关用品自选。
试剂:
淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法
实验现象及结论
(4)电解完毕,从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下:
步骤②的操作名称是____________,步骤⑤的操作名称是____________。
步骤④洗涤晶体的目的是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
热点2 化工工艺流程式实验
典例导悟2
(2009·山东理综,30)孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3,还含少量Fe、Si的化合物。
实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3,步骤如下:
请回答下列问题:
(1)溶液A中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。
从下列所给试剂中选择:
实验步骤中试剂①为________(填代号),检验溶液A中Fe3+的最佳试剂为________(填代号)。
a.KMnO4b.(NH4)2S
c.H2O2d.KSCN
(2)由溶液C获得CuSO4·5H2O,需要经过加热蒸发、________、过滤等操作。
除烧杯、漏斗外,过滤操作还用到另一玻璃仪器,该仪器在此操作中的主要作用是
______________________。
(3)制备CaCO3时,应向CaCl2溶液中先通入(或先加入)________(填化学式)。
若实验过程中有氨气逸出,应选用下列__________装置回收(填代号)。
(4)欲测定溶液A中Fe2+的浓度,需要用容量瓶配制某标准溶液,定容时视线应________________________________________________________________________,
直到__________________。
用KMnO4标准溶液滴定时应选用________滴定管(填“酸式”或“碱式”)。
1.(2011·北京理综,26)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。
(1)溶液A的溶质是__________。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)电解所用的盐水需精制,去除有影响的Ca2+、Mg2+、NH
、SO
[c(SO
)>c(Ca2+)]精制流程如下(淡盐水和溶液A来自电解池):
①盐泥a除泥沙外,还含有的物质是__________。
②过程Ⅰ中将NH
转化为N2的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③BaSO4的溶解度比BaCO3的小。
过程Ⅱ中除去的离子有____________。
④经过程Ⅲ处理,要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5mg·L-1。
若盐水b中NaClO的含量是7.45mg·L-1,则处理10m3盐水b,至多添加10%Na2SO3溶液________kg(溶液体积变化忽略不计)。
2.(2011·山东理综,30)实验室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO
、Br-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2,流程如下:
(1)操作Ⅰ使用的试剂是____________,所用主要仪器的名称是________。
(2)加入溶液W的目的是______________。
用CaO调节溶液Y的pH,可以除去Mg2+。
由表中数据可知,理论上可选择的pH最大范围是____________。
酸化溶液Z时,使用的试剂为__________。
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
Mg2+
9.6
11.0
Ca2+
12.2
c(OH-)=1.8mol·L-1
(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体,下列装置中合理的是__________。
(4)常温下,H2SO3的电离常数Ka1=1.2×10-2,Ka2=6.3×10-8;H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。
某同学设计实验验证H2SO3的酸性强于H2CO3:
将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和,立即用酸度计测两溶液的pH,若前者的pH小于后者,则H2SO3酸性强于H2CO3。
该实验设计不正确,错误在于
________________________________________________________________________。
设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论):
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(仪器自选)
供选择的试剂:
CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。
3.(2009·海南,16)下图表示从固体混合物中分离X的两种方案,请回答有关问题。
方案Ⅰ
方案Ⅱ
(1)选用方案Ⅰ时,X应该具有的性质是______________________,残留物应该具有的性质是____________________;
(2)选用方案Ⅱ从某金属粉末(含有Au、Ag和Cu)中分离Au,加入的试剂是________,有关反应的化学方程式为
________________________________________________________________________;
(3)为提纯某Fe2O3样品(主要杂质有SiO2、Al2O3),参照方案Ⅰ和Ⅱ,请设计一种以框图形式表示的实验方案(注明物质和操作)______________________________________
________________________________________________________________________。
4.(2009·江苏,15)医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等的药物。
以工业碳酸钙(含有少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质)生产医药级二水合氯化钙(CaCl2·2H2O的质量分数为97.0%~103.0%)的主要流程如下:
工业CaCO3―→溶解盐酸―→除杂氢氧化钙―→过滤滤渣―→酸化盐酸―→蒸发结晶(160℃)CaCl2·2H2O
(1)除杂操作是加入氢氧化钙,调节溶液的pH为8.0~8.5,以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。
检验Fe(OH)3是否沉淀完全的实验操作是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)酸化操作是加入盐酸,调节溶液的pH约为4.0,其目的有:
①将溶液中的少量Ca(OH)2转化为CaCl2;②防止Ca2+在蒸发时水解;
③________________________________________________________________________。
(3)测定样品中Cl-含量的方法是:
a.称取0.7500g样品,溶解,在250mL容量瓶中定容;b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中;c.用0.05000mol·L-1AgNO3溶液滴定至终点,消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39mL。
①上述测定过程中需要用溶液润洗的仪器有
________________________________________________________________________。
②计算上述样品中CaCl2·2H2O的质量分数为
________________________________________________________________________。
③若用上述方法测定的样品中CaCl2·2H2O的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能原因有______________________________________________;
________________________________________________________________________。
5.(2010·安徽理综,27)锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。
某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研究,设计实验流程如下:
(1)第②步反应得到的沉淀X的化学式为
________________________________________________________________________。
(2)第③步反应的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)第④步反应后,过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g,第③步反应中加入20.0mL3.0mol·L-1的H2SO4溶液,假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3,则至少有________gNa2CO3参加了反应。
6.(2010·江苏,20)以水氯镁石(主要成分为MgCl2·6H2O)为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如下:
(1)预氨化过程中有Mg(OH)2沉淀生成,已知常温下Mg(OH)2的Ksp=1.8×10-11,若溶液中c(OH-)=3.0×10-6mol·L-1,则溶液中c(Mg2+)=____________。
(2)上述流程中的滤液浓缩结晶,所得主要固体物质的化学式为________。
(3)高温煅烧碱式碳酸镁得到MgO。
取碱式碳酸镁4.66g,高温煅烧至恒重,得到固体2.00g和标准状况下CO20.896L,通过计算确定碱式碳酸镁的化学式。
(4)若热水解不完全,所得碱式碳酸镁中将混有MgCO3,则产品中镁的质量分数________(填“升高”、“降低”或“不变”)。
1.碳酸钠与工农业生产、日常生活紧密相关。
工业碳酸钠大多采用侯氏制碱法制取,所得碳酸钠样品中往往含有少量NaCl,现欲测定样品中Na2CO3的质量分数,某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。
请回答下列有关问题:
方案一:
沉淀分析法
(1)把一定质量的样品溶解后加入过量的CaCl2溶液,将所得沉淀________(填操作)、洗涤、烘干、称量,洗涤沉淀的操作是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方案二:
气体分析法
(2)把一定量的样品与足量盐酸反应后,用下图所示装置测定产生CO2的体积,为了确保测定结果的准确性,B中的溶液最好采用______________,但选用该溶液后实验结果仍然不够准确,其原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
方案三:
质量差分析法
(3)把一定质量的样品和足量的稀硫酸反应,采用如图所示装置,通过称量反应前后盛有碱石灰的干燥管的质量,利用其质量差求算样品的纯度。
该实验的操作步骤有:
①在干燥管内填满碱石灰,质量为mg;②取ng样品装入广口瓶中;③检验装置的气密性;④缓慢鼓入空气数分钟,再称量干燥管质量为wg;⑤关闭止水夹;⑥打开止水夹;⑦缓慢加入稀硫酸至不再产生气体为止;⑧缓慢鼓入空气数分钟。
Ⅰ.正确的操作顺序是(填序号):
③→________→⑥→________→⑤→________→⑦→________→④。
Ⅱ.若去掉装置A,测定结果________;若去掉装置B,测定结果________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
2.过氧化钙(CaO2)常用作种子消毒剂、药物制造、油脂漂白及高温氧化剂,还可以作为鱼池增氧剂。
将SO2通入过氧化钙固体粉末中有气体生成。
有人提出:
CO2、SO2与过氧化钙的反应原理相同;但也有人提出:
SO2具有较强的还原性,CO2无强还原性,反应原理不相同。
据此设计如下实验操作进行判断。
实验一 通过气体体积的测量判断发生的化学反应,实验装置如下:
(1)试剂A可以选用________,试剂B的作用是________________________。
(2)装置E用于测定氧气的体积,请在框中画出装置图。
(3)实验测得装置C增重m1g,装置D增重m2g,装置E中收集到VL气体(已换算成标准状况下),用上述有关测量数据判断,当SO2未氧化、部分氧化、完全氧化时,V与m的关系式。
未氧化____________________,部分氧化______________________,完全氧化
____________________________。
若SO2完全氧化,写出反应的化学方程式:
______________________________。
实验二 向一定量的过氧化钠固体中通入足量SO2,取反应后的固体进行实验探究,以证明过氧化物与SO2反应的特点。
提出假设:
假设1:
反应后固体中只有__________,SO2未氧化;
假设2:
反应后固体中只有__________,SO2完全氧化;
假设3:
__________。
实验探究:
(4)设计实验证明假设3是正确的,简要回答实验过程、现象和结论:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
实验评价:
(5)实验过程中SO2的通入量直接影响探究实验结果的科学性,请简要说明原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3.菠菜营养丰富,素有“蔬菜之王”之称,在营养价值上是一种高效的补铁剂。
长期以来民间流传着“菠菜不能与豆腐同食”、“菠菜根比菠菜茎和叶更有营养”等说法。
某学校兴趣小组的同学拟通过实验探究以下问题:
a.菠菜是否含有丰富的铁?
b.菠菜是否含有草酸类物质?
c.菠菜根中铁的含量是否比菠菜茎和叶的高?
该同学通过上网查询,获得以下资料:
草酸又名乙二酸,其酸性比乙酸稍强,草酸及其盐具有较强的还原性,其中草酸钙不溶于水。
他们设计的实验步骤如下:
Ⅰ.
Ⅱ.取菠菜根ag,使用相同仪器、试剂,重复Ⅰ中实验,观察实验现象。
Ⅲ.将菠菜在少量开水中煮沸2~3min,冷却后滤去菠菜,得滤液。
向滤液中加入足量Ca(OH)2溶液,然后再加入足量试剂X,观察现象。
请回答以下问题:
(1)操作①中使用的仪器除三脚架、酒精灯、玻璃棒外还需要______________,操作②的名称是__________;
(2)可以说明菠菜根中Fe元素含量要比菠菜茎和叶中多的现象是
________________________________________________________________________;
(3)菠菜中的Fe是+2价还是+3价?
________;
(4)通过步骤Ⅲ可以确定菠菜中含有草酸类物质。
由于滤液中含有CO
,故需加入试剂X排除CO
的干扰,则X是________(写化学式),加入试剂X后观察到的现象是
________________________________________________________________________。
学案51 流程设计式实验
【热点探究区】
典例导悟
1.
(1)紫黑色 升华
(2)2I--2e-===I2(或I-+6OH--6e-===IO
+3H2O) 有气泡产生
(3)
实验方法
实验现象及结论
取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液,观察是否变蓝。
如果不变蓝,说明无I-(如果变蓝,说明有I-)
(4)冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质
解析
(1)考查物质的物理性质,较容易。
(2)阳极发生氧化反应失电子:
2I--2e-===I2(或I-+6OH--6e-===IO
+3H2O)。
阴极区加入氢氧化钾溶液,电解氢氧化钾实质是电解水。
(3)考查I-的检验,此题借助于碘单质能使淀粉变蓝色这一特性,要设法将碘离子转化为碘单质。
(4)考查实验的基本操作。
要求考生对整个流程分析透彻。
2.
(1)c d
(2)冷却结晶 引流
(3)NH3(或NH3·H2O) b
(4)平视凹液面的最低点或刻度线 凹液面的最低点与刻度线相切 酸式
解析
(1)为使Fe2+、Fe3+一块沉淀,要加氧化剂将Fe2+氧化而又不引入新杂质,故选H2O2;检验Fe3+选择SCN-。
(2)从溶液中要析出晶体,采用冷却结晶法;过滤时要用到玻璃棒引流。
(3)因NH3在水中的溶解度远远大于CO2在水中的溶解度,故应先通NH3使CaCl2溶液显碱性,再通CO2才利于CaCO3的生成。
(4)配