2018届一轮复习鲁科版定量实验和化学实验的设计与评价教案

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第4节　定量实验和化学实验的设计与评价 考纲定位 考情播报 根据化学实验目的和要求能做到①设计实验方案 ‎②正确选用实验装置 ‎③分析或处理实验数据得出合理结论 ‎④掌握控制实验条件的方法 ‎⑤评价或改进实验方案 ‎2016·全国甲卷T10、T26(1)/全国乙卷T13/全国丙卷T9、T26(6)‎ ‎2015·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28‎ ‎2014·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28‎ ‎2013·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT26‎ ‎2012·全国卷T26(1)‎ 专项突破15　定量型实验试题分析 ‎1．定量型实验试题整体分析思路 ‎(1)明确目标，根据题目要求，找出该题需要解决的最终目标。‎ ‎(2)分析问题，根据上述目标，结合题目所给信息，分析解决该问题可能涉及的所学知识，即利用所学知识，分析解决该问题。‎ ‎(3)注意细节，在解决该类问题时，注意分析实验原理是否正确可行，实验操作是否安全合理，实验步骤是否简单方便，实验现象是否突出明显。‎ ‎2．定量测定数据的方法 ‎(1)沉淀法 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。‎ ‎3．定量型实验数据的筛选 一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；‎ 二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；‎ 三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；‎ 四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；‎ 五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。‎ ‎(1)表格型题的解题要点在于通过审题，获取有用信息，然后对表格中数据进行比较分析，依据物质的性质、变化规律进行解答。‎ ‎(2)直角坐标系题的解题要点在于解题时要求学生首先弄清楚自变量和因变量到底是什么，注意理解起点、终点、转折点的含义。然后根据所学知识分析概念、图像、数值三者之间的关系。‎ 命题点1　有关纯度或含量的定量、测定、实验 ‎[对点训练1]　(2017·济南联考)硫铁矿(主要成分为FeS2)焙烧产生的尾气中主要含N2、O2、SO2和少量的CO2、H2O，取标准状况下的尾气V L测定SO2含量：‎ 方案一：让尾气缓慢通过如图装置。‎ ‎(1)C装置的名称是________，该装置的作用是______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(2)实验时先通入尾气，再通入一定量的氮气。若通过装置B的增重量来测量SO2的体积分数，你认为该方案是否合理：________(填“是”或“否”)，请说明理由______________________________________________________________‎ ‎___________________________________________(若方案合理，该空不必填写)。‎ 方案二：将尾气缓慢通过足量溴水，在所得的溶液中加入过量氯化钡溶液后，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称得其质量为m g。‎ ‎(3)加入过量氯化钡溶液的目的是___________________________________ __________________________________________________________________。‎ ‎(4)洗涤沉淀的方法是______________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(5)尾气中SO2的体积分数的表达式是________________________________ ________________(用含m、V的代数式表示)。‎ ‎[解析]　(1)C装置为干燥管，该装置的作用是防止空气中的水蒸气、CO2被装置B吸收。(2)尾气中的CO2也能被装置B吸收，会影响SO2的测定，使所测体积分数偏大。方案二：此方案利用溴水将SO2氧化为SO，加入过量BaCl2溶液产生BaSO4沉淀，根据所得沉淀的质量，计算出SO2的含量。(3)加入过量BaCl2溶液的目的是使生成的SO完全转化为沉淀。(4)洗涤沉淀的方法为在漏斗中加蒸馏水至恰好浸没沉淀，待水自然流下后再重复2～3次此操作。(5)n(SO2)＝n(BaSO4)＝ mol，SO2的体积分数为×100%＝%。‎ ‎[答案]　(1)干燥管　防止空气中的水蒸气、CO2被B装置吸收 ‎(2)否　尾气中的CO2也能被B装置吸收，使所测体积分数偏大 ‎(3)使生成的SO完全转化为沉淀 ‎(4)在漏斗中加蒸馏水至恰好浸没沉淀，待水自然流下后再重复2～3次此操作 ‎(5)%‎ ‎[对点训练2]　已知CaO2在‎350 ℃‎迅速分解生成CaO和O2。下图是实验室测定产品中CaO2含量的装置(夹持装置省略)。‎ 若所取产品质量是m g，测得气体体积为V mL(已换算成标准状况)，则产品中CaO2的质量分数为________(用字母表示)。过氧化钙的含量也可用重量法测定，需要测定的物理量有______________。‎ ‎[解析]　已知CaO2在‎350 ℃‎迅速分解生成CaO和O2。反应的方程式是2CaO22CaO＋O2↑。根据方程式可知，每有2 mol CaO2发生反应，会产生1 mol O2，在标准状况下体积是‎22.4 L。现在产生标准状况下的氧气体积是V mL，则氧气的物质的量是n(O2)＝V×10－‎3 L/‎22.4 L/mol；则反应的CaO2的物质的量是n(CaO2)＝2n(O2)＝ mol，则产品中CaO2的质量分数为φ＝[n(CaO2)M÷m]×100%＝[ mol×‎72 g/mol÷m]×100%≈64%。过氧化钙的含量也可用重量法测定，需要测定的物理量有灼烧前过氧化钙的质量及物质质量不再发生改变时剩余固体的质量。‎ ‎[答案]　64%　加热前过氧化钙及加热后固体质量不再发生改变时试管中固体的质量 命题点2　以滴定法定量测定的实验试题分析 ‎[对点训练3]　(2017·潍坊统考)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)的方案如下：‎ ‎(已知：滴定时反应的化学方程式为SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI)‎ 按上述方案实验，消耗标准I2溶液20.00 mL，实验测得样品中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)为________g·L－1。若实验中盛装标准液的滴定管未润洗，则测定结果________(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。‎ ‎[解析]　根据反应SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI进行计算，则样品中抗氧化剂的残留量为＝‎0.128 g·L－1。若盛标准液的滴定管未润洗，则消耗标准液的体积偏高，测定结果偏高。‎ ‎[答案]　0.128　偏高 ‎[对点训练4]　(2017·洛阳模拟)(1)某小组分析二氧化铅分解产物的组成，取‎478 g PbO2加热，PbO2在加热过程中发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为96.66%，则a点固体的化学式为________。 ‎ ‎【导学号：99682347】‎ 已知PbO2与硝酸不反应且氧化性强于硝酸，而PbO是碱性氧化物，能和酸反应，写出a点分解产物与硝酸反应的化学方程式___________________________ __________________________________。‎ ‎(2)①另一实验小组也取一定量的PbO2加热得到了一些固体，为探究该固体的组成，取一定质量该固体加入到30 mL CH3COOH—CH3COONa溶液中，再加入足量KI固体，振荡锥形瓶使固体中的PbO2与KI全部反应而溶解，得到棕色溶液。写出PbO2参与该反应的化学方程式______________________________________ ________________________________________________，用淀粉作指示剂，‎ ‎0．2 mol·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定至溶液蓝色刚消失为止(2Na2S2O3‎ ‎＋I2===Na2S4O6＋2NaI)，Na2S2O3标准溶液的消耗量为20 mL。‎ ‎②固体加入到醋酸而非盐酸中是因为加入盐酸中会产生有毒气体，写出反应的化学方程式_________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ 用CH3COOH—CH3COONa的混合液而不用CH3COOH，可以控制pH不至于过低，否则会产生浑浊和气体，请写出该反应的化学方程式___________________ _____________________________________________________________________‎ ‎③取相同质量的上述固体与硝酸混合，过滤出的滤液加入足量的铬酸钾溶液得到铬酸铅(PbCrO4相对分子质量为323)沉淀，然后______________，得固体质量为‎0.969 g，根据上述数据计算，该固体的分子式为________。‎ ‎[解析]　(1)‎478 g PbO2的物质的量为2 mol，a点时失去氧原子的质量为478×(1－96.66%) g≈‎16 g，物质的量为1 mol，则a点固体的化学式为Pb2O3。Pb元素在化合物中只有＋4价和＋2价，Pb2O3相当于等物质的量的PbO和PbO2，也可写为PbO·PbO2，根据题中信息可写出Pb2O3与硝酸反应的化学方程式。(2)①PbO2具有比硝酸还强的氧化性，故PbO2能将KI氧化为I2，＋4价铅被还原为＋2价铅。结合题中物质可写出化学方程式。②PbO2可将HCl氧化为Cl2。pH过低时Na2S2O3可发生反应生成SO2和S单质。‎ ‎③根据得失电子守恒可得关系式PbO2～I2～2Na2S2O3，则n(PbO2)＝n(Na2S2O3)＝×0.2 mol·L－1×‎0.02 L＝0.002 mol；n(PbO)＝n(PbCrO4)＝＝0.003 mol，n(PbO2)∶n(PbO)＝2∶3，该固体为2PbO2·3PbO(或Pb5O7)。‎ ‎[答案]　(1)Pb2O3　Pb2O3＋2HNO3===PbO2＋Pb(NO3)2＋H2O ‎(2)①PbO2＋2KI＋4CH3COOH===(CH3COO)2Pb＋2CH3COOK＋I2＋2H2O　②PbO2＋4HCl===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O　Na2S2O3＋2CH3COOH===2CH3COONa＋S↓＋SO2↑＋H2O　③过滤、洗涤、烘干　Pb5O7‎ 滴定法测定的一般思路 分析滴定反应原理→确定各步反应的系数关系→找出已知量相应的物质与待求量相应物质间的关系式→列比例求未知量。‎ 专项突破16　化学实验方案的设计 ‎1．基本原则 ‎2．基本思路 了解实验目的→明确实验原理→掌握实验条件→选择仪器药品→设计装置步骤→记录现象数据→分析得出结论。‎ ‎3．基本内容 命题点1　物质制备型实验方案的设计 ‎[对点训练1]　实验室中以粗铜(含杂质Fe)为原料制备铜的氯化物。现用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气，并与粗铜反应(铁架台、铁夹、酒精灯已省略)。请回答：‎ ‎(1)装置A中仪器Z的名称为________。‎ ‎(2)按气流方向连接各仪器，接口顺序为：a→________、________→________、________→________、________→________。‎ ‎(3)简述检验装置A气密性的操作：‎ ‎______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(4)D中发生反应的化学方程式为____________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(5)反应后，装置B中溶液具有漂白、消毒作用，若用钢铁(含Fe、C)制品盛装该溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化学腐蚀过程中正极反应式为____________________________ ________________________________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(2)制取的氯气中含有的HCl杂质需通过饱和食盐水除去，然后将气体通过浓硫酸干燥后再通过灼热的粗铜，最后将尾气通入NaOH溶液中，以防止污染环境。(3)检验装置气密性时一定要先形成封闭系统，再利用压强差原理进行检验。(4)粗铜中含有Fe，Cu、Fe均能与氯气反应，分别生成CuCl2、FeCl3。(5)根据题意可知反应后装置B溶液中含有ClO－，ClO－具有强氧化性，发生电化学腐蚀时ClO－在正极发生得电子的还原反应。‎ ‎[答案]　(1)圆底烧瓶　(2)d　e　h　i　f　g　b ‎(3)用弹簧夹夹住a处橡皮管并关闭分液漏斗的活塞，向分液漏斗中加入较多的水，然后打开分液漏斗的活塞，使水缓缓流下，若分液漏斗中的水不能完全流下，说明装置气密性好(或在a管处接一导管，并将导管末端插入水中，同时关闭分液漏斗的活塞，用酒精灯给圆底烧瓶微热，若导管末端有气泡冒出，停止加热恢复室温时，导管末端形成一小段水柱，说明装置气密性好)　(4)Cu＋Cl2CuCl2、2Fe＋3Cl22FeCl3　(5)ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－‎ ‎[对点训练2]　(2014·四川高考)硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O)。‎ Ⅰ.【查阅资料】‎ ‎(1)Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。‎ ‎(2)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3，所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。‎ ‎(3)Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl。‎ Ⅱ.【制备产品】‎ 实验装置如图所示(省略夹持装置)：‎ 实验步骤：‎ ‎(1)检查装置气密性，按图示加入试剂。‎ 仪器a的名称是________；E中的试剂是__________(选填下列字母编号)。‎ A．稀H2SO4　　　 B．NaOH溶液 C．饱和NaHSO3溶液 ‎(2)先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液，再向A中烧瓶滴加浓H2SO4。‎ ‎(3)待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，滤液经________(填写操作名称)、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。‎ Ⅲ.【探究与反思】‎ ‎(1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整。‎ ‎(所需试剂从稀HNO3、稀H2SO4、稀HCl、蒸馏水中选择)‎ 取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成，______________________________________________________________，‎ 若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。‎ ‎(2)为减少装置C中生成Na2SO4‎ 的量，在不改变原有装置的基础上对实验步骤(2)进行了改进，改进后的操作是______________________________________。‎ ‎(3)Na2S2O3·5H2O的溶解度随温度升高显著增大，所得产品通过________方法提纯。‎ ‎[解析]　Ⅱ.(1)仪器a中有活塞，故a为分液漏斗；在A装置中产生污染环境的气体SO2，故E装置用于处理未反应的SO2，在给定的三种溶液中，只有NaOH溶液能吸收SO2。(3)从溶液中得到晶体的操作包括蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥这五步。Ⅲ.(1)根据Ⅰ中(3)可知BaSO3可溶于HCl，而BaSO4难溶于HCl，则在配制的稀溶液中加入BaCl2溶液后，将生成的沉淀过滤、洗涤后，向沉淀中加入HCl，沉淀未完全溶解，说明溶液中含有SO，沉淀溶解的部分生成了刺激性气味的气体为SO2，则沉淀中含有BaSO3，故原溶液中含有SO。(2)由Ⅰ(3)可知Na2SO3易被氧化，故装置中的氧气能将Na2SO3氧化，为了减少Na2SO4的生成量，应先将装置中的空气排尽，可先用A装置中生成的SO2将装置中的空气排尽。(3)因为硫代硫酸钠的溶解度随温度升高而显著增大，故可采用重结晶法将其提纯。‎ ‎[答案]　Ⅱ.(1)分液漏斗　B　(3)蒸发 Ⅲ.(1)过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀HCl ‎(2)先向A中烧瓶滴加浓H2SO4，产生的气体将装置中空气排尽后，再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液 ‎(3)重结晶 命题点2　物质性质探究型或验证型实验方案的设计 ‎[对点训练3]　(2015·全国卷Ⅰ节选)设计实验证明： ‎ ‎【导学号：99682348】‎ ‎(1)草酸的酸性比碳酸的强_________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(2)草酸为二元酸_________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。‎ ‎(2)根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。‎ ‎[答案]　(1)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生　(2)用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍 ‎[对点训练4]　(2016·四川高考)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。 ‎ ‎【导学号：99682349】‎ ‎【资料查阅】‎ ‎【实验探究】‎ 该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)仪器X的名称是________。‎ ‎(2)实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。‎ a．检查装置的气密性后加入药品 b．熄灭酒精灯，冷却 c．在“气体入口”处通入干燥HCl d．点燃酒精灯，加热 e．停止通入HCl，然后通入N2‎ ‎(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是________。‎ ‎(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是________________________ ___________________________________________________________________。‎ ‎【探究反思】‎ ‎(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：‎ ‎①若杂质是CuCl2，则产生的原因是_______________________________ ___________________________________________________________________。‎ ‎②若杂质是CuO，则产生的原因是__________________________________ ___________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)仪器X的名称为干燥管。‎ ‎(2)热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，应防止CuCl被氧化和Cu＋水解，所以必须先赶走装置中的氧气和水蒸气后再加热，且要在HCl气流中加热制备，反应结束后先熄灭酒精灯，冷却，停止通入HCl，继续通入氮气，所以操作顺序为a→c→d→b→e。‎ ‎(3)B中物质由白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中湿润蓝色石蕊试纸先变红，后退色。‎ ‎(4)D中发生的氧化还原反应是Cl2和NaOH的反应，反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。‎ ‎(5)①若杂质是CuCl2，说明CuCl2没有反应完全，原因是加热时间不足或温度偏低；②CuCl2·2H2O在无HCl气体保护的氛围中受热，最终生成CuO，故最后产品中若出现CuO杂质，说明通入HCl的量不足。‎ ‎[答案]　(1)干燥管 ‎(2)cdb ‎(3)先变红，后退色 ‎(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O ‎(5)①加热时间不足或温度偏低 ‎②通入HCl量不足 ‎(1)题目条件有无特殊要求：如采用最简单或最合理的步骤，这些要求对考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都作了限定。‎ ‎(2)提供的药品和装置的要求：若只给出部分，应作必要补充，若有剩余，则应筛选。‎ ‎(3)实验过程隐蔽性操作：如过量试剂、静置、振荡、干燥、除杂、冷凝等不能忽略。‎ ‎(4)药品、仪器规格：要求准确描述，如饱和NaHCO3溶液、酸性KMnO4溶液、浓硫酸、100 mL容量瓶等。‎ 命题点3　猜测假设型实验方案设计 ‎[对点训练5]　为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。 ‎ ‎【导学号：99682350】‎ Ⅰ.AgNO3的氧化性 将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag＋除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。‎ ‎(1)请完成下表：‎ 操作 现象 结论 取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡 ‎①________‎ 存在Fe3＋‎ 取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入②________，振荡 ‎③________‎ 存在Fe2＋‎ ‎【实验结论】　Fe的氧化产物为Fe2＋和Fe3＋‎ Ⅱ.AgNO3的热稳定性 用如图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。‎ ‎(2)装置B的作用是________。‎ ‎(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是______________________________________________________________。‎ ‎(4)【查阅资料】　Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。‎ ‎【提出设想】　试管中残留的黑色固体可能是：i.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ ‎.Ag和Ag2O。‎ ‎【实验验证】　该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。‎ 实验编号 操作 现象 a 加入足量氨水，振荡 黑色固体不溶解 b 加入足量稀硝酸，振荡 黑色固体溶解，并有气体产生 ‎【实验评价】　根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是________(填实验编号)。‎ ‎【实验结论】　根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。‎ ‎[解析]　(1)检验Fe3＋可用KSCN溶液，现象为溶液呈红色。检验Fe2＋可用K3[Fe(CN)6]溶液，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应可产生蓝色沉淀。‎ ‎(2)装置B的作用为防止溶液倒吸进入试管中。‎ ‎(3)O2的检验方法为用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃。‎ ‎(4)由题干信息可知，Ag2O可溶于氨水，实验a加入足量氨水，固体不溶解，所以固体成分为Ag；而Ag和Ag2O都溶于稀HNO3，所以实验b不能确定固体成分。‎ ‎[答案]　(1)①溶液呈红色　②K3[Fe(CN)6]溶液 ‎③产生蓝色沉淀　(2)防倒吸 ‎(3)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2‎ ‎(4)b　Ag、NO2、O2‎ 猜测假设型实验设计的一般思路 专项突破17　化学实验方案的评价 ‎1．从可行性方面进行评价 ‎(1)实验原理(如药品的选择)是否正确、可行；‎ ‎(2)实验操作(如仪器的选择、连接)是否安全、合理；‎ ‎(3)实验步骤是否简单、方便；‎ ‎(4)实验现象是否明显，实验结论是否正确。‎ ‎2．从“绿色化学”视角进行评价 ‎(1)反应原料是否易得、安全、无毒；‎ ‎(2)反应速率是否较快；‎ ‎(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高；‎ ‎(4)合成过程中是否造成环境污染。‎ ‎3．规范性视角 ‎(1)仪器的安装与拆卸。‎ ‎(2)仪器的查漏、气密性检验。‎ ‎(3)试剂添加的顺序与用量。‎ ‎(4)加热的方式方法和时机。‎ ‎(5)温度计的规范使用、水银球的位置。‎ ‎(6)实验数据的读取。‎ ‎(7)冷却、冷凝的方法等。‎ ‎4．从实验设计的安全性方面进行评价 ‎(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；‎ ‎(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2‎ ‎，气体点燃前先验纯等)；‎ ‎(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；‎ ‎(4)防吸水(如取用、制取易吸水、潮解、水解的药品，宜采取必要措施，以保证达到实验目的)；‎ ‎(5)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、冷凝管等)；‎ ‎(6)易挥发液体产物导出时若为蒸汽的要及时冷却；‎ ‎(7)仪器拆卸的科学性与安全性(从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；‎ ‎(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。‎ 命题点1　实验方案的评价分析与判断 ‎[对点训练1]　(2015·全国卷Ⅰ)下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是(　　)‎ 选项 实验 现象 结论 ‎ A 将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液 有气体生成，溶液呈红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋‎ B 将铜粉加入 ‎1．0 mol·L－1‎ Fe2(SO4)3溶液中 溶液变蓝、有黑色固体出现 金属铁比铜活泼 C 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 熔化后的液态铝滴落下来 金属铝的熔点较低 D 将0.1 mol·L－1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加0.1 mol·L－1 CuSO4溶液 先有白色沉淀生成，后变为浅蓝色沉淀 Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小 D　[A.稀硝酸与过量铁粉发生的反应分两步进行，先发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，过量的铁粉再与Fe(NO3)3‎ 发生反应：Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，充分反应后滴加KSCN溶液，溶液不会变为红色，实验现象错误，故A不正确。B.铜粉与Fe2(SO4)3溶液发生反应：Cu＋Fe2(SO4)3===CuSO4＋2FeSO4，实验现象为溶液变蓝色，但是没有黑色固体出现，该实验能说明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强，不能说明金属铁比铜活泼，因为铁没有置换出铜单质，故B不正确。C.用砂纸仔细打磨铝箔，能将铝箔表面的致密的氧化铝薄膜除去，但是在酒精灯上加热后，铝和空气中的氧气又生成了氧化铝，因为氧化铝的熔点高于铝的熔点，而氧化铝在铝的表面，所以加热铝箔的时候铝失去光泽，铝熔化但是不会滴落，实验现象不正确，故C不正确。D.向MgSO4溶液中加入NaOH溶液发生反应：MgSO4＋2NaOH===Na2SO4＋Mg(OH)2↓，有白色沉淀产生，再滴加CuSO4溶液，白色沉淀转化为浅蓝色沉淀，发生反应为CuSO4＋Mg(OH)2===Cu(OH)2＋MgSO4，因为Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的溶度积小，发生了沉淀的转化，故D正确。]‎ ‎[对点训练2]　(2016·南昌二模)三草酸合铁酸钾晶体{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}易溶于水，难溶于乙醇，可用于摄影和蓝色印刷。三草酸合铁酸钾晶体在‎110 ℃‎可完全失去结晶水，继续升高温度可发生分解反应。 ‎ ‎【导学号：99682351】‎ ‎(1)分解得到的气体产物用如下装置进行实验：‎ 检查装置气密性后，先通一段时间的N2，其目的是________________；结束实验时，先熄灭酒精灯再通入N2至常温。实验过程中观察到B、F中澄清石灰水都变浑浊，E中有红色固体生成，则分解得到的气体产物是________。‎ ‎(2)分解得到的固体产物含有K2CO3、FeO、Fe，加水溶解、过滤、洗涤、干燥，得到含铁样品。现设计下列两种实验方案对该样品进行铁元素含量测定：‎ ‎【甲】　a g样品溶液 得固体b g ‎【乙】　a g样品配制250 mL溶液 三次平均消耗0.1 mol·L－1酸性KMnO4溶液V mL 你认为以上________(填“甲”或“乙”)方案可确定样品的组成，测得铁元素的含量是________，不可确定样品组成的方案的理由是______________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)装置内空气会与分解产物发生反应，干扰产物的判断。(2)乙方案中KMnO4能氧化Cl－；由甲方案中的数据，结合铁元素守恒可得含铁样品中铁元素的含量为×100%＝×100%。‎ ‎[答案]　(1)排出装置内的空气，防止干扰实验结果　CO2、CO ‎(2)甲　×100%　乙方案中KMnO4能氧化Cl－，干扰结果 ‎[对点训练3]　某同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。‎ 方案一：取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。‎ 方案二：取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。‎ 请你对两方案作出评价：‎ 方案一：________(填“合理”或“不合理”)，理由是 ‎______________________________________________________________。‎ 方案二：________(填“合理”或“不合理”)，理由是 ‎______________________________________________________________。‎ ‎[解析]　加入稀盐酸有气泡生成，证明溶液中含有亚硫酸钠，Na2SO3溶液可能没有变质，也可能部分变质。亚硫酸钠、硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀，故亚硫酸钠溶液未变质、部分变质、全部变质时的现象相同，都会生成白色沉淀。‎ ‎[答案]　不合理　亚硫酸钠部分变质时加入稀盐酸也会产生气泡　不合理　亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀，亚硫酸钠未变质或部分变质时也会产生白色沉淀 方案评价的一般思维模板 弄清实验目的→明确各方案中各步原理→找出各方案中的异同→分析方案中“不同”的优劣→得出评价结论 命题点2　实验装置的评价与改进 ‎[对点训练4]　(2016·大庆二次质检)化学中常借助于图像这一表现手段以清晰地突出实验装置的要点，形象地阐述化学过程的原理。下列有关化学图像表现的内容正确的是(　　)‎ A．①测定一定时间内生成H2的反应速率 B．②提取海带中的碘 C．③检验火柴燃烧产生的SO2‎ D．④制取和收集乙酸乙酯 A　[A项，注射器可测量反应生成H2的体积，秒表可测量反应的时间，故可测定一定时间内生成H2的反应速率，正确；B项，分液漏斗下端应该紧贴烧杯内壁，错误；C项，进气管(试管中左侧导管)应该插入溶液中，而出气管(试管中右侧导管)不能插入溶液中，错误；D项，导管不能伸入到溶液中。]‎ ‎[对点训练5]　乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0 mol·L－1 Na2SO3溶液的实际浓度。‎ ‎(1)分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？________(填字母)。‎ a．浓硝酸　　　b．65%硫酸　　　c．浓盐酸 ‎(2)实验前后测得C装置增重‎3.2 g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为________________。‎ ‎(3)该实验装置还存在一个明显的缺陷是_____________________________ ___________________________________________________________；‎ 如何改进？______________________________________________________________。‎ ‎[解析]　制备二氧化硫气体选用硫酸。C装置增重‎3.2 g，产生的n(SO2‎ ‎)＝0.05 mol，所以[Na2SO3]＝0.05 mol，[Na2SO3]＝0.05 mol÷‎0.06 L≈0.83 mol·L－1。该实验装置中一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置。‎ ‎[答案]　(1)b　(2)0.83 mol·L－1‎ ‎(3)缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置(或其他合理答案)‎ 在A装置中加引一个带活塞的导气管 ‎[课堂小结·反馈达标1＋1]　　　　　　全新理念　探究高考　明确考向　　　‎ ‎1．一个高考题，展示高考怎么考 ‎(2014·全国卷Ⅱ)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下实验。‎ ‎①氨的测定：精确称取w g X，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10% NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1 mL c1 mol·L－1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c2 mol·L－1 NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。‎ 氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)‎ ‎②氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至出现淡红色沉淀且不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)装置中安全管的作用原理是____________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，应使用________式滴定管，可使用的指示剂为________。‎ ‎(3)样品中氨的质量分数表达式为________。‎ ‎(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验，若气密性不好测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。‎ ‎(5)测定氯的程中，使用棕色滴定管的原因是__________________________ ‎ ‎___________________________________________________________________；‎ 滴定终点时，若溶液中[Ag＋]＝2.0×10－5 mol·L－1，[CrO]为________mol·L－1。[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12 mol3·L－3]‎ ‎(6)经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为________。制备X的化学方程式为_______________________________________‎ ‎_____________________________________________________________；‎ X的制备过程中温度不能过高的原因是______________________________ ________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)若没有A中的安全管，当A中产生气体时，会因装置压力过大发生危险，反之，有安全管存在，当A中压力过大时，安全管中的液面会上升，使A瓶中压力稳定。‎ ‎(2)由题意知，用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时，NaOH溶液应放入碱式滴定管中，可使用酚酞作指示剂，滴定至终点时溶液由无色变为浅红色。‎ ‎(3)已知盐酸的总的物质的量为c1 mol·L－1×V1 mL×10－‎3 L·mL－1＝c1V1×10－3 mol，NH3反应完后剩余的盐酸用NaOH标准溶液滴定，可求出剩余的盐酸为c2×V2×10－3 mol，由NH3＋HCl===NH4Cl可求出NH3的物质的量。进而求出w g X中的含氨量，即：×100%。‎ ‎(4)若装置气密性不好，会有NH3外逸，而不被HCl吸收，则剩余的HCl的物质的量会增多，消耗NaOH增多，即c2V2的值增大，由(3)中计算式可知氨的测定结果偏低。‎ ‎(5)AgNO3是见光易分解的物质，使用棕色滴定管的目的是防止AgNO3分解而影响实验结果；由Ag2CrO4的溶度积常数Ksp＝1.12×10－12 mol3·L－3，[Ag＋]＝2.0×10－5 mol·L－1，可求出[CrO]＝＝ mol·L－1＝2.8×10－3 mol·L－1。‎ ‎(6)样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，可写出化学式为[Co(NH3)6]Cl3，由化合物中正负化合价代数和为0计算，NH3整体为0价，氯为－1价，故Co为＋3价，从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2＋2NH4‎ Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O。由于温度过高时H2O2易分解，NH3易挥发，故制备过程中温度不能过高，否则H2O2分解，NH3挥发。‎ ‎[答案]　(1)当A中压力过大时，安全管中液面上升，使A瓶中压力稳定 ‎(2)碱　酚酞(或甲基红)‎ ‎(3)×100%‎ ‎(4)偏低 ‎(5)防止硝酸银见光分解　2.8×10－3‎ ‎(6)＋3　2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O　温度过高过氧化氢分解、氨气逸出 ‎2．一个模拟题，预测高考考什么 ‎————————————————————————‎ ‎(2017·郑州模拟)硫代硫酸钠(Na2S2O3)是重要的化工原料，可用作分析试剂及鞣革的还原剂，易溶于水，受热、遇酸易分解。Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O，某化学兴趣小组在实验室中用如图所示装置(加热装置及部分夹持装置已略去)模拟其生产过程并探究其化学性质。‎ 烧瓶C中发生如下反应：‎ Na2S(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋H2S(aq)①‎ ‎2H2S(aq)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)②‎ S(s)＋Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq)③‎ ‎————————————————————————‎ Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O ‎(1)加入药品之前须进行的操作是______________；装置D的作用是______________；装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，其中的试剂最好选用______________(填字母)。‎ a．蒸馏水　　　　　　　　 b．饱和Na2SO3溶液 c．饱和NaHSO3溶液 d．饱和NaHCO3溶液 ‎[考查实验装置的作用]‎ ‎(2)为保证硫代硫酸钠的产量，实验中产生的SO2不能过量，原因是______________________________________________________________；‎ 所制得的粗产品可以通过______________方法进一步提纯得到纯Na2S2O3·5H2O。[考查Na2S2O3的化学性质]‎ Ⅱ.测定产品纯度 准确称取w g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂，用0.10 mol·L－1I2的标准溶液滴定。反应原理为2S2O＋I2===S4O＋2I－。‎ ‎(3)滴定至终点时的现象：____________。滴定起始和终点时I2的标准溶液液面位置如图所示，则消耗I2的标准溶液的体积为________mL。产品的纯度为________(设Na2S2O3·5H2O的相对分子质量为M，列出用M、w表示的表达式)。‎ ‎[考查滴定实验]‎ Ⅲ.探究Na2S2O3的部分化学性质 ‎(4)【提出假设】　‎ 假设一：Na2S2O3与Na2SO4的结构相似，化学性质也应该相似，因此，室温时Na2S2O3溶液的pH＝7。‎ 假设二：从S的化合价推测Na2S2O3具有较强的还原性。‎ ‎【验证假设】　配制适量Na2S2O3溶液，进行如下实验，请将实验补充完整。‎ 实验操作 实验结论 或现象 现象解释(用离子 方程式表示)‎ 假设一 ‎________‎ 溶液pH＝8‎ ‎________‎ 假设二 向溴水中滴入适量 Na2S2O3溶液 溴水退色 ‎________‎ 实验结论：________________________________________________。‎ ‎[考查Na2S2O3的化学性质]‎ Ⅳ.Na2S2O3的应用 ‎(5)Na2S2O3的商品名为“海波”，俗称“大苏打”，化学上常用于滴定实验。为测定某K2Cr2O7溶液的浓度，研究小组的同学准确量取10.00 mL K2Cr2O7溶液于锥形瓶中，加入过量KI固体和适量稀H2SO4，滴加几滴指示剂，用0.10 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，进行3次平行实验后，测得平均消耗Na2S2O3溶液的体积为30.00 mL，则[K2Cr2O7]＝________mol·L－1。(已知：Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O,2S2O＋I2===S4O＋2I－)[考查与滴定实验相关的计算]‎ Ⅴ.探究与反思 ‎(6)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将实验方案补充完整。‎ 取适量产品配成稀溶液，________________________(所需试剂从BaCl2溶液、稀HNO3、稀H2SO4、稀盐酸、蒸馏水中选择)。[考查SO和SO鉴别]‎ ‎[解析]　(1)加入药品前应先检查装置的气密性；装置D为安全瓶，防倒吸；装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，故所选试剂应不与SO2反应，且SO2在其中的溶解度较小，故最好选用饱和NaHSO3溶液。(2)由题意可知硫代硫酸钠受热、遇酸易分解，若SO2过量，溶液显酸性，产物分解，产率降低；通常采用多次结晶的方法，即重结晶法提纯晶体产物。‎ ‎(3)Na2S2O3与I2反应产生I－，因此当Na2S2O3反应完全，过量的I2遇淀粉溶液变为蓝色。故滴定至终点时，溶液颜色的变化是由无色变为蓝色，且半分钟内不退色。根据滴定起始和终点的液面位置图可知反应消耗I2的标准溶液的体积为18.10 mL。n(I2)＝0.10 mol·L－1×0.018 ‎1 L＝1.81×10－3 mol；根据2S2O＋I2===S4O＋2I－中关系式2S2O～I2可知n(Na2S2O3)＝2×1.81×10－3mol＝3.62×10－3mol，所以产品的纯度为3.62×10－3mol×M g·mol－1÷w g×100%＝%。(4)假设一的实验结论是溶液的pH＝8，故实验目的是测定溶液的pH，具体操作是用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，将试纸颜色与标准比色卡对照。溶液呈碱性，原因是S2O在溶液中水解，离子方程式是S2O＋H2OHS2O＋OH－。假设二的实验现象是溴水退色，证明Na2S2O3‎ 有还原性，发生反应的离子方程式是S2O＋4Br2＋5H2O===2SO＋8Br－＋10H＋，故实验结论是Na2S2O3溶液呈碱性，且Na2S2O3具有还原性。(5)根据所给离子方程式可得对应关系式K2Cr2O7～6Na2S2O3，则[K2Cr2O7]＝×n(Na2S2O3)÷V＝×0.10 mol·L－1×‎0.03 L÷‎0.01 L＝0.05 mol·L－1。(6)题干中给出Na2S2O3稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。则可取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成。因Na2S2O3在酸性环境中易分解，故需要过滤并用蒸馏水洗涤沉淀，再向沉淀中加入足量稀盐酸，若固体部分溶解，产生无色有刺激性气味的气体，证明产品中含有Na2SO3和Na2SO4。‎ ‎[答案]　(1)检查装置气密性　防止倒吸　c　(2)若SO2过量，溶液显酸性，产物分解，产率降低　重结晶　(3)溶液由无色变蓝色，且半分钟内不退色　18.10　%‎ ‎(4)【验证假设】假设一：用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，再与标准比色卡对照(或用pH计测量Na2S2O3溶液的pH)　S2O＋H2OHS2O＋OH－　假设二：S2O＋4Br2＋5H2O===2SO＋8Br－＋10H＋　Na2S2O3溶液呈碱性，且具有还原性(或假设一不成立，假设二成立)　(5)0.05　(6)滴加足量BaCl2溶液有白色沉淀生成，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀盐酸，若沉淀部分溶解，并产生有刺激性气味的气体，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4‎