2019高考化学二轮冲刺复习精讲第一部分必考部分第13讲化学实验方案设计与评价讲义(含解析).doc
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1、1第 13 讲 化学实验方案设计与评价考纲要求1.了解科学探究的基本过程,学习运用以实验和推理为基础的科学探究方法。2.能根据要求做到:(1)设计、评价或改进实验方案。(2)掌握控制实验条件的方法。预测或描述实验现象。(3)分析或处理实验数据,得出合理结论。(4)正确改进实验装置。3.以上各部分知识与技能的综合应用。学科素养1.变化观念与平衡思想:认识化学实验是科学探究的一种重要形式,是研究物质及其变化的基本方法。2.证据推理与模型认识:能运用分析推理等方法认识研究对象的本质物质、构成要素及其相互关系,建立模型并运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。3.科学探究与创新意识:能根据物质的性
2、质,探究反应规律,体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。网络构建核心强化1实验方案设计中的“6”注意(1)实验操作顺序装置选择与连接气密性检查装入药品开始实验(按程序)拆卸仪器防潮、防倒吸、防污染、防爆炸等。(2)仪器接口的连接2总体上遵循装置的排列顺序,但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出);量气装置应“短”进“长”出;洗气装置应“长”进“短”出;干燥管应“大”进“小”出。冷凝管水流应:“下”进“上”出(逆流原理)。(3)加热操作先后顺序的选择若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。目的是:防止爆炸(如氢
3、气还原氧化铜);保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(4)实验中试剂或产物防止变质或损失实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水。易挥发的液体产物要及时冷却。易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)。注意防止倒吸的问题。(5)仪器药品的准确描述实验中所用试剂名称:如无水硫酸铜(CuSO 4),硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、澄清石灰水、饱和碳酸氢钠溶液、0.1000 molL 1 的氢氧化钠溶液等。仪器名称:如坩埚、研钵、100 mL 容量瓶。(6)会画简单的实验装置图考纲要求能够绘制和识别
4、典型的实验仪器装置图,可用“装置示意图”表示。一般能画出简单的装置图即可,但要符合要求,例如形状、比例等。2实验方案评价“3”要素(1)选择。包括仪器、药品、连接方式的选择。(2)评价。正确、简约、安全、环保。(3)最佳方案的选择。装置最简、药品容易取得、价格低廉、现象明显、无污染。(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是_,仪器 a的名称是_。3(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于 c 中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。打开K1、K 2,关闭 K3。c 中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为_。同时 c 中有气体产生,该气体的作用是_。解析 (1)审题时抓住醋酸亚铬“在气体
5、分析中用作氧气吸收剂” ,这暗示醋酸亚铬具有强还原性,易被氧气氧化,故该实验中使用的蒸馏水必须去除溶解氧。(2)依题意可知,c 中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,主要是由于锌与铬离子反应生成亚铬离子和锌离子,即 Zn2Cr 3 =Zn2 2Cr 2 。c 中产生的气体为氢气,该气体主要用于排除装置内的空气,避免 O2氧化 Cr2 。(3)c 中有氢气产生,打开 K3,关闭 K1和 K2后,c 中压强大于外界压强,从而将 c 中溶液压入醋酸钠溶液中。析出并分离产品的操作是冷却、过滤、洗涤、干燥。(4)观察 d 装置,可发现其与空气相通,这会导致生成的醋酸亚铬被 O2氧化。答案 (1)去除水中溶解氧 分
6、液(或滴液)漏斗(2)Zn2Cr 3 =Zn2 2Cr 2排除 c 中空气(3)c 中产生 H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤(4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触4物质制备实验的思维流程(1)物质制备实验设计一般思路如下:(2)注意事项。“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、收集装置、尾气处理装置等;药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等;连接方式的选择指仪器的先后顺序、导管接口的连接等。“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对
7、实验的干扰。“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。 分点突破角度一:涉及气体的制备实验1(2018江西临川二中检测)三氯化硼是一种重要的化工原料,主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂,还用于高纯硼或有机硼的制取。已知:BCl 3的沸点为 12.5 ,熔点为107.3 ,易潮解。实验室制备三氯化硼的原理为:B 2O33C3Cl 22BCl33CO。= = = = = (1)甲组同学拟用如图 1 所示的装置制备干燥纯净的氯气。装置 B 的作用是_,装置 C 中盛放的试剂是_。若生成 13.44 L 氯气(标准状况下),则反应转移的电子数目为_。(2)乙组同学选用甲组同
8、学实验中的装置 A、B、C 和如图 2 所示的装置(装置可重复使用)制备 BCl3并验证反应中有 CO 生成。5乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为ABC_H_FDI;其中装置 E 的作用是_。为确保 CO 得到验证,实验前除检查装置的气密性外,还需要的一步操作是_。能证明反应中有 CO 生成的现象是_。一定条件下三氯化硼与某四核氢化物反应可制备具有重要用途的氮化硼(BN),该反应的化学方程式为_。解析 (1)根据实验装置图可知,用 KClO3与浓盐酸反应制备 Cl2,制得的 Cl2中含有 HCl 和水蒸气,要用饱和食盐水除去 HCl,用浓硫酸除去水分,从而得到干燥纯净的Cl2。装置 A
9、 中发生反应的离子方程式为ClO 5Cl 6H 3Cl23H 2O,生成 3 mol Cl2转移 5 mol 电子,则生 3= = = = = 成标准状况下 13.44 L(0.6 mol) Cl2,转移的电子数目为5 6.0210236.0210 23。(2)乙组同学选用甲组同学实验中的装置 A、B、C 制得0.63干燥纯净的氯气,用 Cl2、B 2O3和 C 反应生成 BCl3和 CO,BCl 3的熔点为107.3 ,沸点为 12.5 ,所以收集 BCl3要用冰水冷却,未反应的 Cl2用 NaOH 溶液吸收,BCl 3易水解,为防止 NaOH 溶液中的水进入装置 E,在 E 和 J 之间接
10、上 H 装置,用于吸水,生成的 CO 经干燥后再通过 F 装置还原 CuO,再将生成的气体通过澄清石灰水检验,可以证明制备 BCl3的反应中有 CO 生成,多余的 CO 不能排放到空气中,要用排水法收集。根据上面的分析6可知,乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为ABCGEHJHFDI。根据实验的原理可知,生成的 CO 能将黑色的 CuO还原为红色的 Cu,同时产生能使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳气体,所以能证明反应中有CO 生成的现象是装置 F 中黑色粉末变为红色,装置 D 中澄清石灰水变浑浊。根据元素守恒,可知该四核氢化物中含有 N 元素,则该四核氢化物为 NH3,BCl 3与 NH3反
11、应生成 BN 和HCl。答案 (1)除去氯气中的 HCl 浓硫酸 6.0210 23(2)G E J H 将 BCl3冷凝为液体收集通入 N2排出装置中的空气F 中固体由黑变红,D 中溶液变浑浊BCl 3NH 3=BN3HCl涉及气体制备实验的“4 环节”角度二:无机物制备实验2(2018肇庆模拟)氮化铝(AlN,遇水易水解)广泛应用于集成电路产生领域。某研究小组利用氮气、氧化铝和活性炭制取氮化铝,设计如下图所示实验装置。7图 1请回答:(1)图 1 中用饱和 NaNO2溶液与 NH4Cl 溶液加热制取氮气,该化学方程式为_。(2)图 1 装置中各仪器导管口连接的顺序是(用小写字母 ag 填写
12、)_;导管 A 的作用是_。(3)按(2)连接好实验装置后,接下来的操作是_。(4)按(2)连接的实验装置存在的缺陷是_。(5)反应结束后,某同学用图 2 装置进行实验来测定氮化铝样品的质量分数(实验中导管体积忽略不计)。图 2氮化铝与过量的 NaOH 溶液反应生成氨气的化学反应方程式为_。集气瓶中的苯的作用是_;集气瓶中的液体没有装满,则实验测得 NH3的体积将_(填“偏大” 、 “偏小”或“不变”)。若实验中称取氮化铝样品的质量为 10.0 g,测得氨气的体积为 3.36 L(标准状况),则样品中 AlN 的质量分数为_(保留 3 位有效数字)。解析 (1)根据实验目的和原料,NaNO 3
13、作氧化剂,N 由3 价0 价,NH 4Cl 作还原剂,N 由3 价0 价,因此反应的化学方程式为NaNO2NH 4Cl NaCl2H 2ON 2。(2)因为 AlN 遇水易水解,需要除去 N2= = = = = 中的水蒸气,则 N2从 a 经浓硫酸干燥,导管“长进短出” ,连接 ed,为干燥充分,连接8gf,在玻璃管中反应,连接 cb,同时要防止空气中水蒸气的进入,最后再连接 gf;导管 A 的作用是平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强,使 NaNO2饱和溶液顺利滴下。(3)因为有气体参加反应,因此需要检验装置的气密性。(4)缺少防倒吸装置和尾气处理装置。(5)氮化铝遇水发生水解反应 AlN3H 2O
14、=Al(OH)3NH 3,氢氧化铝表现两性,因此发生Al(OH)3NaOH= =NaAlO22H 2O,总反应是 AlNNaOHH 2O=NaAlO2NH 3。NH 3极易溶于水,因此要防止倒吸,即苯的作用是防止 NH3溶于水;对实验无影响,因此选不变。根据反应方程式: n(AlN) n(NH3) mol0.15 mol,其质量分数为3.3622.40.15 100%61.5%。4110答案 (1)NaNO 2NH 4Cl NaCl2H 2ON 2= = = = = (2)aedgfcbgf 平衡分液漏斗与烧瓶之间的压强,使 NaNO2饱和溶液顺利滴下(3)检查装置的气密性(4)洗气瓶没有防倒
15、吸装置、没有尾气处理装置(5)AlNNaOHH 2O=NaAlO2NH 3防止氨气溶于水 不变 61.5%角度三:有机物制备实验3(名师改编)乙醚(CH 3CH2OCH2CH3)在医疗上被用作麻醉剂,其熔点为116.2、沸点为 34.6,难溶于水。在实验室中可将乙醇、浓硫酸的混合液加热至 140制取一定量的乙醚,制备装置如图 1 所示。请回答下列问题:(1)A 装置中缺少温度计,使用温度计时,其水银球应位于_,图 1 虚线框内所缺仪器应选图 2 中的_(填名称)。(2)混合浓硫酸与乙醇的方式是将_慢慢加入另一种试剂中。(3)制得的乙醚中含有一定量的乙醇,提纯的方法是先水洗,除去杂质后用某试剂
16、Q 进行干燥,再经适当的方法处理后即可得到精制的乙醚。水洗的目的是_,此操作应在图 3 中的_(填编9号)中进行。试剂 Q 可能是_(写出一种合理答案即可)。(4)实验表明,随着反应的进行,烧瓶中的液体会变成黑色,变黑的原因是_,同时还有两种常见的无色气体生成,写出乙醇与浓硫酸反应生成这些无色气体的化学方程式:_。(5)若实验中使用了 20 mL(密度为 0.8 g/mL)无水乙醇,最后得到纯乙醚 8.4 g,则乙醚的产率为_(精确到小数点后 1 位)。解析 (1)因为要测量反应液的温度,故温度计的水银球应位于溶液内部且不与容器内壁接触;冷凝时应使用直形冷凝管。(2)乙醇与浓硫酸的混合相当于用
17、乙醇对浓硫酸进行稀释,故应将浓硫酸慢慢加入到乙醇中。(3)水洗的目的是除去乙醇,然后分液即可得到较纯的乙醚,分液时应使用梨形分液漏斗,即仪器。残留的水可用干燥剂进行干燥。(4)反应中浓硫酸将部分乙醇炭化导致液体变成黑色,生成的 C(碳)与浓硫酸发生氧化还原反应又生成 CO2、SO 2。(5)由 2CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3H 2O 可求出乙醇完全转化为 浓 H2SO4 140乙醚时的理论质量,然后用实际质量除以理论质量,可求出产率。答案 (1)溶液中且不接触容器内壁 直形冷凝管(2)浓硫酸(3)除去乙醇 无水氯化钙(或其他合理答案)(4)浓硫酸使部分乙醇炭化生成黑色的 C(碳
18、) C 2H5OH6H 2SO4(浓)2CO26SO 29H 2O (5)65.3%有机物制备实验题的解题模板10考点二 性质探究型实验(2018 名师改编 )某化学兴趣小组为比较 Cl2、Br 2、Fe 3 的氧化性强弱,设计了如下实验:11解析 (1)为便于将玻璃导管插入橡胶塞,应先将玻璃导管用水湿润。检查装置 A 的气密性时,先将止水夹 b 关闭,打开分液漏斗的活塞,然后从分液漏斗向烧瓶中注水,若水不能顺利流下,则气密性良好。(2)氯气有毒,该实验中无尾气处理装置。D 装置溶液变红,说明 Fe2 被氧化为Fe3 ,说明 Cl2的氧化性比 Fe3 的强;E 装置中水层溶液变黄,振荡试管后
19、CCl4层无明显现象,说明向 Fe2 与 Br 共存的溶液中通入氯气,Fe 2 先被氧化,即 Br2的氧化性比 Fe3的强。(3)由于(SCN) 2的性质与卤素单质的类似,且氧化性 Cl2(SCN)2,当 Cl2过量时,Cl2将 SCN 氧化为(SCN) 2,2SCN Cl 2=2Cl (SCN) 2,使 Fe3 3SCN ?Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色。可向褪色后的溶液中加入 Fe3 或 SCN ,观察溶液是否恢复红色。12BrCl 与水的反应和氯气与水的反应相似,反应方程式为 BrClH 2O=HBrOHCl。向溶液中加入硝酸银溶液,产生白色沉淀 AgCl,AgBrO 易溶于
20、水。答案 (1)先将玻璃导管用水润湿 关闭止水夹 b,打开活塞 a(2)缺少尾气处理装置 Cl 2Br2Fe3(3)过量氯气和 SCN 反应,2SCN Cl 2=2Cl (SCN) 2,使 SCN 浓度减小,使平衡 Fe3 3SCN ?Fe(SCN)3向逆反应方向移动而褪色 取少量褪色后的溶液,滴加 KSCN 溶液,若溶液变红,则上述推测合理或取少量褪色后的溶液,滴加 FeCl3溶液,若溶液不变红,则上述推测合理(其他合理答案也可) BrClH 2O=HBrOHCl,反应产生 Cl ,由于 AgBrO 易溶于水,加入 AgNO3溶液,只能生成 AgCl 白色沉淀(1)性质实验方案的设计方法性质
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