1、最新第十一章 实验方案的设计改进及评价实验方案的设计、改进及评价考纲要求1.能够设计、评价或改进实验方案。2.了解控制实验条件的方法。3.能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。知识点一气体实验装置的改进设计气体实验装置,通常由气体发生、气体净化、气体收集、尾气处理等装置组成,对一些常见装置进行改进和重新组合,往往能够实现一些特殊的实验目的。典型的气体实验装置改进设计有:依据启普发生器原理设计的反应器,尾气吸收、防倒吸装置的设计,液封装置的设计,恒压装置的设计等。解题策略1实验设计的创新往往要体现七个“一”,即:一个实验的多种现象,一种实验现象的多种原因,一种装置的多种用途,一种用途的多种装置,一
2、个仪器的多种用法,一种物质的多种制法,一组物质的多种鉴别方法。2选择反应原理的原则是:反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。中学化学实验中,常见的气体制备实验是其中的重要组成部分,学生应掌握的气体制备实验有:三种单质(H2、O2、Cl2)的制备;三种氢化物(HCl、H2S、NH3)的制备;五种氧化物(CO2、SO2、NO2、NO、CO)的制备;两种有机物(C2H4、C2H2)的制备。复习时,除了掌握好教材中经典的制备方法外,还应对药品选择、反应原理进行拓展和创新。典例导悟1 (2010上海,26)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CaCO
3、3,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11(体积比)的稀盐酸(约6 molL1),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_。用这个实验得到的气体测定CO2的分子量,如果B物质失效,测定结果_(填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)。 (4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一,测定溶出量的主要实验步骤设计如下:剪碎、称重浸泡溶解过滤残渣烘干冷却、称重恒重为
4、了将石蜡和碳酸钙溶出,应选用的试剂是_。a氯化钠溶液 b稀醋酸 c稀硫酸 d正己烷(5)在溶出量测定实验中,为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量,应先溶出_,后溶出_。(6)上述测定实验中,连续_,说明样品已经恒重。知识点二性质实验装置的改进设计研究物质的物理性质和化学性质,是化学实验的最主要功能。而许多化学实验装置的设计,其目的就是研究物质所具有的性质。注重考查考生的创新思维能力。解题策略解答该类题应先明确实验目的和要求,再依据化学原理、物质性质和实验设计的基本要求进行解答。1基础性训练以教材实验为载体,从反应原理、装置原理和操作原理等方面进行强化训练。2拓展性训练一是要注重对教材实验的改进和挖
5、掘;二是要对实验进行创新设计。对于多种情况的反应,根据“实验问题”提出猜想;依据假设设计实验,要充分考虑多种可能性,避免肯定的或惟一性结论。在性质探究实验中,尾气处理装置、安全瓶和防倒吸装置等都是考查的热点,要理解其原理,选择或设计最简便的装置。典例导悟2 (2009广东,21)三草酸合铁酸钾晶体K3Fe(C2O4)33H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。限选试剂:浓硫酸、1.0 molL1 HNO3、1.0 molL1盐酸、1.0 molL1 NaOH、
6、3% H2O2 、0.1 molL1 KI、0.1 molL1 CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C),观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊,B中有红色固体生成,则气体产物是_。(2)该小组同学查阅资料后推知,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是_,现象是_。(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。提出合理假设假设1:_;假设2:_;假设3:_。设计实验方案证明你的假设实验过程根据中方案进行实验。按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。实验
7、步骤预期现象与结论步骤 1:步骤2:步骤3:知识点三制备实验装置的改进设计制备一种物质,应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理,设计反应路径,选择合适的仪器和装置。最后,根据生成物的性质将产品分离提纯出来。整个过程如下图所示:解题策略1在设计物质制备的实验方案时,要优化上述流程中的每一个具体环节。遵循的优化原则是:原料廉价,原理绿色,条件优化,仪器简单,分离方便。2一些物质的制备,由于其性质上的特殊性,需要设计一些特殊的装置来完成。如实验室制备Fe(OH)2固体,由于Fe(OH)2遇空气易被氧化而变质,故其制备实验装置必须严格防止制备的Fe(OH)2固体与O2接触;再如,常见有机物的制备中,
8、由于有机反应缓慢、副产品多、原料容易挥发,所以常见有机物的制备装置都要加装冷凝回流装置,使原料回流、充分反应,提高产率。典例导悟3 化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案:a方案:加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。b方案:加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。c方案:将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。现实验室提供如下几种装置来制取N2。(1)若按a方案制取N2时,需要的氨气用生石灰和浓氨水作原料制取,则宜采用上述仪器中的_(填序号)作发生器,该发生装置中发生反应的化学方程式为_。要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气),还须使用到的上述仪器
9、中的(按气流从左到右的流向顺序列出)_(填序号)。(2)若按c方案制取N2,用E装置将空气缓慢通入_(填A、B、C)反应器,反应器内可观察到的现象是_,该反应的化学方程式为_。(3)上述制取N2的三个方案中,a、b方案结合使用越来越受到人们的关注,这种方法与b方案相比,其优越性在于_。巩固练习1(2011安徽理综,10)下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()选项实验操作现象解释或结论A过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3BAgI沉淀中滴入稀KCl溶液有白色沉淀出现AgCl比AgI更难溶CAl箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面
10、被HNO3氧化,形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓氨水呈碱性2.(2011江苏,7)下列有关实验原理或实验操作正确的是()A用水润湿的pH试纸测量某溶液的pHB用量筒量取20 mL 0.500 0 molL1 H2SO4溶液于烧杯中,加水80 mL,配制成0.100 0 molL1 H2SO4溶液C实验室用图1所示的装置制取少量氨气D实验室用图2所示的装置除去Cl2中的少量HCl3(2011江苏,13)下列有关实验原理、方法和结论都正确的是()A向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水,可制取Fe(OH)3胶体B取少量溶液X,向其中加入适量新制的氯水,再加几滴KSCN
11、溶液,溶液变红,说明X溶液中一定含有Fe2C室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液,振荡、静置后分液,可除去苯中的少量苯酚D已知II2I,向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4,振荡静置后CCl4层显紫色,说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大4(2011广东理综,23改编)下列实验现象预测正确的是()实验:振荡后静置,上层溶液颜色保持不变实验:酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去实验:微热稀HNO3片刻,溶液中有气泡产生,广口瓶内始终保持无色实验:继续煮沸溶液至红褐色,停止加热,当光束通过体系时可产生丁达尔效应A B C D5(2009天津理综,6)下列实验设计和
12、结论相符的是()A将碘水倒入分液漏斗,加适量乙醇,振荡后静置,可将碘萃取到乙醇中B某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体水溶液一定显碱性C某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液,再加稀盐酸,沉淀不溶解,则原溶液中一定有SOD在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后,充分加热,除去过量的Cl2,即可得到较纯净的FeCl3溶液6.(2011全国理综,29)请回答下列实验室中制取气体的有关问题。(1)下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。装置B、C、D的作用分别是:B_;C_;D_。(2)在实验室欲制取适量NO气体。下图中最适合完成该实验的简易装置是_(填序号);根据所选的装
13、置完成下表(不需要的可不填):应加入的物质所起的作用ABCD简单描述应观察到的实验现象_。7(2011课标全国卷,28)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。请回答下列问题:(1)请选择必要的装置,按气流方向连接顺序为_(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:检查装置气密性后,装入药品;打开分液漏斗活塞;_(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。A加热反应一段时间B收集气体并检验其纯度C关闭分液漏斗活塞D停止加热,充分冷却(3)实验结束后,某同学取少量产物,小心加入水中,观察到有气泡冒出,溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判
14、断,上述实验确有CaH2生成。写出CaH2与水反应的化学方程式_;该同学的判断不准确,原因是_。(4)请你设计一个实验,用化学方法区分钙与氢化钙,写出实验简要步骤及观察到的现象_。(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂,与氢气相比,其优点是_。8(2011北京理综,27)甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀,用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略,气密性已检验)。实验操作和现象:操作现象关闭弹簧夹,滴加一定量浓硫酸,加热A中有白雾生成,铜片表面产生气泡B中有气泡冒出,产生大量白色沉淀C中产生白色沉淀,液面上方略显浅棕色并逐渐消失打开弹簧夹,通入
15、N2,停止加热,一段时间后关闭从B、C中分别取少量白色沉淀,加稀盐酸均未发现白色沉淀溶解(1)A中反应的化学方程式是_。(2)C中白色沉淀是_,该沉淀的生成表明SO2具有_性。(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_。(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因,甲认为是空气参与反应,乙认为是白雾参与反应。为证实各自的观点,在原实验基础上:甲在原有操作之前增加一步操作,该操作是_;乙在A、B间增加洗气瓶D,D中盛放的试剂是_。进行实验,B中现象:甲大量白色沉淀乙少量白色沉淀检验白色沉淀,发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因:_。(5)合并(4)中两同学的方案进行实验。
16、B中无沉淀生成,而C中产生白色沉淀,由此得出的结论是_。9(2011上海,26)实验室制取少量溴乙烷的装置如下图所示。根据题意完成下列填空:(1)圆底烧瓶中加入的反应物是溴化钠、_和11的硫酸。配制体积比11的硫酸所用的定量仪器为_(选填编号)。a天平 b量筒c容量瓶 d滴定管(2)写出加热时烧瓶中发生的主要反应的化学方程式_。(3)将生成物导入盛有冰水混合物的试管A中,冰水混合物的作用是_。试管A中的物质分为三层(如图所示),产物在第_层。(4)试管A中除了产物和水之外,还可能存在_、_(写出化学式)。(5)用浓的硫酸进行实验,若试管A中获得的有机物呈棕黄色,除去其中杂质的正确方法是_(选填
17、编号)。a蒸馏 b用氢氧化钠溶液洗涤c用四氯化碳萃取 d用亚硫酸钠溶液洗涤若试管B中的酸性高锰酸钾溶液褪色,使之褪色的物质的名称是_。(6)实验员老师建议把上述装置中的仪器连接部分都改成标准玻璃接口,其原因是:_。10(2010北京理综,9)用右图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是()A上下移动中铜丝可控制SO2的量B中选用品红溶液验证SO2的生成C中选用NaOH溶液吸收多余的SO2D为确认CuSO4生成,向中加水,观察颜色题号1234510答案11.(2010广东理综,33)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时,利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶
18、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:SO22NaOH=_。(2)反应Cl2Na2SO32NaOH=2NaClNa2SO4H2O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SO。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)。提出合理假设假设1:只存在SO;假设2:既不存在SO,也不存在ClO;假设3:_设计实验方案,进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂:3 molL1 H2SO4、1 molL1 NaOH、0.01 molL1 KMnO4、淀粉KI溶液、紫色石
19、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3 molL1 H2SO4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3:12.(2010安徽理综,28)某研究性学习小组在网上收集到如下信息:Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银,制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究:实验制备银镜,并与Fe(NO3)3溶液反应,发现银镜溶解。(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是_。a边振荡盛有1 mL 2%的AgNO3溶液的试管,边逐滴滴入2%的稀氨水,至最初的沉淀恰好溶解为止b将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中c制备银镜时,用酒精灯的外焰给试管底部加热d银氨溶液具有较弱的
20、氧化性e在银氨溶液配制过程中,溶液的pH增大提出假设假设1:Fe3具有氧化性,能氧化Ag。假设2:Fe(NO3)3溶液显酸性,在此酸性条件下NO能氧化Ag。设计实验方案,验证假设(2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2,验证了假设1成立。请写出Fe3氧化Ag的离子方程式:_。(3)乙同学设计实验验证假设2,请帮他完成下表中内容(提示: NO在不同条件下的还原产物较复杂,有时难以观察到气体产生)。实验步骤(不要求写具体操作过程)预期现象和结论若银镜消失,假设2成立。若银镜不消失,假设2不成立。思考与交流(4)甲同学验证了假设1成立,若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论:Fe(NO3)3溶液中的Fe3和NO都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论,并简述理由:_。13(2009北京理综,27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选
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