第十章 第34讲实验方案的设计与评价.docx

1、第十章 第34讲实验方案的设计与评价热点一“物质组成”型实验方案的设计一、定性检测 例1某混合粉末由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成，为检测其成分，取样品进行下列实验(部分产物略去)：回答下列问题：(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含的物质是_(填化学式)。(2)Z为一种或两种气体：若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应中能同时生成两种气体的化学方程式是_。若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是_。(3)向Y溶液中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子

2、是_(填离子符号)。(4)取Y溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是_。(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示)_。解题流程首先要注意框图中量的描述为“过量”，其次进行大致推断，最后根据具体设问提供的信息具体分析。能与Fe2O3、Fe、CuO、C、Al几种物质反应产生两种气体的浓酸不可能是浓盐酸；如果是浓硫酸，在加热时可以与Fe、C、Al发生氧化还原反应，浓硫酸被还原为SO2，C被氧化为CO2，

3、Fe和Al分别被氧化为Fe3和Al3；如果是浓硝酸，则两种气体是CO2和NO2。无论是哪种浓酸均可以使两种氧化物Fe2O3、CuO转化为对应的盐。(1)无论加什么浓酸(浓硫酸或浓硝酸)，溶液X中都可能含有Fe3、Cu2、Al3三种金属阳离子。向溶液X中加入过量的NaOH溶液，Fe3和Cu2可转化为Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀析出，如果有Al3，则转化为AlO，向上层清液中通入CO2后，会产生白色沉淀Al(OH)3，离子方程式为2AlOCO2(少量)3H2O=2Al(OH)3CO或AlOCO2(足量)2H2O=Al(OH)3HCO，与题目中“取上层清液，通入CO2，无明显变化”不相符。所以

4、可以肯定溶液X中没有Al3，样品中没有Al。(2)有了前面的分析，问题(2)就比较容易解答了。(3)向溶液X中加入过量Fe粉，得Y溶液和两种固体，且其中一种固体为红色(Cu)，另一种就是过量的Fe粉，Y溶液中的阳离子为Fe2，通入过量的Cl2后，Fe2被氧化为Fe3，Cl2与水反应生成HCl和HClO，两者电离产生H，故溶液中的阳离子为Fe3和H。(4)依据信息“当消耗2 mol I时，共转移3 mol电子”，转移的3 mol电子中有2 mol来自I，另外1 mol电子来自Fe2。(5)根据前面四步设问可知，样品中一定没有Al，一定有CuO和C，不能确定是否有Fe和Fe2O3。加入足量稀硫酸后

5、一定不产生Cu，那么排除Fe，符合整个设问的组合只有两种：CuO、C；CuO、C、Fe2O3。答案(1)Al(2)C2H2SO4(浓) CO22SO22H2ONO、CO2(3)Fe3、H(4)2Fe23H2O24I=2Fe(OH)32I2(5)CuO、C或CuO、C、Fe2O3归纳总结固体成分检测实验方案设计的一般方法方法一：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：取少量固体试样加酸(或碱)溶液产生气体检测气体产物的成分得出实验结论。二、固体物质组成的定量测定数据测定的常用方法1沉

6、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是改进后的量气装置。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。5热重法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是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样

7、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。例2(2014北京理综，27)碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。气体a的成分是_。若钢样中硫以FeS的形式存在，A中反应：3FeS5O21_3_。(2)将气体a通入测硫装置中(如下图)，采用滴定法测定硫的含量。H2O2氧化SO2的化学方程式： _。用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质

8、量分数：_。(3)将气体a通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。气体a通过B和C的目的是_。计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是_。 解析(1)钢样中的碳、硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2，还有未反应的O2，故气体a的成分为O2、SO2、CO2。根据得失电子守恒和质量守恒定律配平化学方程式：3FeS5O2Fe3O43SO2。(2)H2O2和SO2发生氧化还原反应：H2O2SO2=H2SO4。根据题意，消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则消耗z mL NaOH溶液，相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为或100%。(3)气体a中含有O2、SO2

9、和CO2，在吸收CO2测定碳的含量时，也可能吸收SO2，故气体a通过装置B和C的目的排除SO2对CO2测定的干扰。计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收CO2前、后吸收瓶的质量，其质量差为CO2的质量。答案(1)O2、SO2、CO2Fe3O4SO2(2)H2O2SO2=H2SO4(3)排除SO2对CO2测定的干扰吸收CO2前、后吸收瓶的质量例3(2014江苏，18)碱式碳酸铝镁MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O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)dxH2O中a、b、c、d的代数关系式为_。(3)为确定碱

10、式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO2 0.560 L(已换算成标准状况下)。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%随温度的变化如下图所示(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)因为碱式碳酸铝镁分解得到Al2O3、MgO，二者的熔点都较高，都具有阻燃作用。(2)Al元素的化合价为3价，Mg元素的化合价为2价，OH整体显示1价，CO整体显示2价，根据化合物中化合价

11、代数和为0可得出关系：2a3bc2d。(3)n(CO2)2.50102 molm(CO2)2.50102 mol44 gmol11.10 g在270600 之间，失去结晶水后的样品进一步受热分解放出CO2和H2Om(CO2)m(H2O)3.390 g(0.734 50.370 2)1.235 gm(H2O)1.235 g1.10 g0.135 gn(H2O)7.50103 moln(OH)7.50103 mol21.50102 moln(OH)n(CO)(1.50102 mol)(2.50102 mol)35。答案(1)生成的产物具有阻燃作用(2)2a3bc2d(3)n(CO2)2.50102

12、 molm(CO2)2.50102 mol44 gmol11.10 g在270600 之间，失去结晶水后的样品进一步受热分解放出CO2和H2Om(CO2)m(H2O)3.390 g(0.734 50.370 2)1.235 gm(H2O)1.235 g1.10 g0.135 gn(H2O)7.50103 moln(OH)7.50103 mol21.50102 moln(OH)n(CO)(1.50102 mol)(2.50102 mol)351某研究性学习小组用下列装置(铁架台等夹持仪器略)探究氧化铁与乙醇的反应，并检验反应产物。(1)用2%的CuSO4溶液和10%的NaOH溶液配制Cu(OH)

13、2悬浊液的注意事项是_。(2)为快速得到乙醇气体，可采用的方法是_。若实验时小试管中的溶液已经开始发生倒吸，可采取的措施是_(填字母)。a取下小试管 b移去酒精灯c将导管从橡胶管中取下 d以上都可以(3)如图实验，观察到红色的Fe2O3全部变为黑色固体M，充分反应后停止加热。取下试管加热，有砖红色沉淀生成。为了检验M的组成，进行下列实验。M能被磁铁吸引；加入足量稀硫酸，振荡，固体全部溶解，未观察到有气体生成；经检验溶液中有铁离子和亚铁离子，检验铁离子的方法是_；证明溶液含有亚铁离子的方法是_。能得出的结论是_(填字母)。aM中一定有3价和2价铁，不能确定是否有0价铁bM中一定有3价和0价铁，无

14、2价铁cM中一定有3价铁，0价和2价铁至少有一种dM中一定有3价、2价和0价铁(4)若M的成分可表示为FexOy，用CO还原法定量测定其化学组成。称取m g M样品进行定量测定，实验装置和步骤如下：组装仪器；点燃酒精灯；加入试剂；打开分液漏斗活塞；检查气密性；停止加热；关闭分液漏斗活塞；正确的操作顺序是_(填字母)。a bc d若M完全被还原后碱石灰增重n g，则为_(用含m、n的代数式表示)。答案(1)在过量NaOH溶液中滴加数滴CuSO4溶液(或NaOH过量)(2)在烧杯中加入热水(或对烧杯加热)c(3)取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，溶液变成血红色，则有Fe3取少量溶液滴入适量酸性

15、高锰酸钾溶液中，高锰酸钾溶液褪色，则有Fe2a(4)b解析(1)新制Cu(OH)2悬浊液与醛基的反应需要碱性条件。(2)升高温度可以加速乙醇的挥发。若液体倒吸进入加热的反应管，可能会造成反应管炸裂，取下小试管已无济于事，因“溶液已经开始发生倒吸”。(3)分析黑色固体(M)可能的成分，铁的氧化物Fe3O4、FeO和铁粉均为黑色，Fe3O4中既有3价铁又有2价铁，且具有磁性，Fe3能溶解单质铁。(4)检查气密性属于实验的准备阶段，应在加药品前进行。为防止Cu再次被氧化，撤去酒精灯后，应继续通入CO，冷却后再停止通气。计算比值时，应从质量守恒的角度去思考，M(FexOy)中的氧原子全部使CO转化为C

16、O2，因而碱石灰增加的质量即为反应产生的CO2的质量，得关系式M中n(O)n(CO2)。2下图是1.00 g MgC2O4nH2O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)MgC2O4nH2O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)答案(1)2(2)解法一MgC2O42H2OMgC2O4xH2O(2x)H2O148 18(2x) 1

17、.00 g(1.000.88)g，x1。故B点固体的化学式为MgC2O4H2O。解法二MgC2O4xH2OMgC2O4xH2O11218x 0.76 g(0.880.76)g，x1。故B点固体的化学式为MgC2O4H2O。(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)11，M(X)40。可推测出X即为MgO，而完整的化学方程式为MgC2O4MgOCOCO2。3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。方案一实验方案将铝镁合金与足量N

18、aOH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10.8 g铝镁合金粉末样品，溶于体积为V、物质的量浓度为4.0 molL1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

19、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。装置中导管a的作用是_；实验前后量气管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL，则产生氢气的体积为_mL；若需确定产生氢气的量，还需测定的数据是_。答案方案一：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(1)97(2)偏高方案二：(1)EDG(2)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(

20、V1V2)实验时的温度和压强解析方案一：将铝镁合金与足量NaOH溶液反应，镁不和NaOH溶液反应，铝发生反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。(1)假设合金中镁的质量分数最少为3%，则10.8 g铝镁合金粉末样品中含有铝10.476 g，其物质的量是0.388 mol，根据反应2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2知，需要n(NaOH)n(Al)0.388 mol，V(NaOH)0.388 mol4.0 molL10.097 L。(2)过滤后，金属镁的表面会沾有其他离子，如果没有洗涤，称量后的固体的质量将大于镁的实际质量，所测得镁的质量分数将偏高。方案二：(1)很明显，

21、该同学采用排水法来测量产生氢气的体积，故A应连接E，D连接G(最后读数时要调节广口瓶和量筒中的液面高度，F接口的导管太短)。(2)用导管a连接后，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；量气管的 0刻度在上，故产生氢气的体积为(V1V2) mL；若需确定产生氢气的量，还需知道实验时的温度和压强。热点二“猜想判断”型实验方案的设计猜想型实验题的思维流程1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

22、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_，又含_。(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、1 molL1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取少量上述漂白粉于试管中，_答案(1)Ca(ClO)2CaCO3Ca(ClO)2CaCO3(2)加入适量1 molL1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变浑浊，则假设1成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立向步骤反应后的试管中滴入12滴品红溶液，振荡(或另外

23、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2.工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)CO (aq) PbCO3(s)SO (aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。(1)上述反应的平衡常数表达式：K_。(2)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在_溶液中PbSO4转化率较大，理由是_。(3)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅2PbCO3Pb(OH)2，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：全部为PbCO3；假设二：_；假设三：_。(4)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。