- 2021-07-03 发布 |
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文档介绍
2019届一轮复习人教版第31讲物质的制备 实验方案的设计与评价学案
第31讲 物质的制备 实验方案的设计与评价 考纲要求 学法点拨 1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。 2．掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。 3．根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)掌握控制实验条件的方法；(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；(5)评价或改进实验方案。 化学实验方案的设计和评价是高考的压轴题，主要考查物质制备方案、性质验证方案的设计与评价，以及探究性综合实验。本讲失分的原因是对所涉及物质的制备原理、性质与变化分不清楚。不理解或理不清设计思路，不知从何处下手对实验进行评价等。 对于化学实验方案的设计与评价，关键是明确实验方案设计的目的，理解实验的原理，在熟知相关物质性质的基础上，选择适合的实验仪器以及实验步骤，分析现象和数据，从实验原理的科学性和可行性、实验操作的安全性和简约性、实验效果是否明显、是否对环境污染等角度，作出正确而合理的选择、评价和结论。 考点一 常见气体的制备和收集 Z 1．常见气体的实验室制法 (1)O2的实验室制法 (2)CO2的实验室制法 (3)H2的实验室制法 (4)NH3的实验室制法 (5)Cl2的实验制法 2．实验室制备气体的发生装置 反应装置类型 反应装置图 注意事项 固固加热型 ①试管要干燥 ②试管口略低于试管底 ③加热时先均匀加热再固定加热 ④用KMnO4制取O2时，需在试管口处塞一小团棉花 固液加热型 或液液加热型 ①烧瓶加热时要垫石棉网 ②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片 固液不加 热型或液液 不加热型 ①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下 ②使用分液漏斗既可增强装置的气密性，又可控制加入液体的流速 3．常见气体的收集方法 收集方法 __排水__法 __向上排空气__法 __向下排空气__法 收集原理 收集的气体不与水反应且难溶于水 收集的气体密度比空气__大__，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应 收集的气体密度比空气__小__，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应 收集装置 适用的 气体 H2、O2、NO、CH4等 Cl2、CO2、NO2、SO2等 H2、NH3等 4．气体的净化 (1)原理：酸性杂质用__碱性物质__吸收；碱性杂质用__酸性物质__吸收；易溶于水或能与水反应的用水吸收；还原性杂质可用__氧化性较强的物质__来吸收或转化；氧化性杂质可用__还原性较强的物质__来吸收或转化。 (2)装置 (3)常见干燥剂 液态干燥剂 固态干燥剂 装置 常见 干燥剂 浓硫酸(酸性、强氧化性) 无水氯化钙(中性) 碱石灰(碱性) 不可干燥 的气体 __NH3、H2S_HBr__等 __NH3__ Cl2__H2S、HCl___等 5．尾气的处理 通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常见仪器有： (1)吸收溶解度较小的尾气(如Cl2、SO2等)用图__A__装置。 (2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)用图__B__或__C__装置。 (3)CO等气体可用点燃或收集于塑料袋(气球)中的方法除去，如图__D__或__E__。 特别提醒： (1)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。 (2)不能用CaCl2干燥NH3，因为CaCl2与NH3能反应。 (3)当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置除杂，通常是除杂在前，干燥在后。若用加热装置除杂，通常是干燥在前，除杂在后。 (4)尾气处理装置应与大气相通，如图所示装置就不能作为尾气处理装置。 6．防倒吸装置的理解与应用： (1)肚容式：对于NH3、HCl等易溶于水的气体吸收时，常用倒置的小漏斗、干燥管、双耳球等防倒吸装置图如下所示： (2)分液式：把导气管末端插入气体溶解度小的液体中，不会发生倒吸，气体进入上层液体被充分吸收。像HCl、NH3均可用如图所示装置吸收： 7．几种重要非气态物质的制备 (1)氢氧化铝 ①原理 a．铝盐法：__Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH__； b．偏铝酸盐法： __AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO__； c．铝盐和偏铝酸盐水解法： __Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓__。 ②注意事项 氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠溶液，但不溶于氨水，制备时一般用可溶性铝盐与氨水反应。 (2)氢氧化亚铁 ①原理 离子方程式：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。 ②注意事项 a．Fe(OH)2有强还原性，易被空气中的O2氧化而迅速变色，因此用于配制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的蒸馏水常通过煮沸除去水中溶解的氧气。 b．将吸有氢氧化钠溶液的胶头滴管伸入硫酸亚铁溶液液面下，再将氢氧化钠溶液挤出。 c．还可在硫酸亚铁溶液上方加一层植物油，以减少与空气的接触。 (3)氢氧化铁胶体的制备 ①原理 化学方程式：__FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl__。 ②操作步骤 加热蒸馏水至沸腾，逐滴滴加饱和氯化铁溶液，加热至液体呈__红褐__色停止加热，不可搅拌。 (4)乙酸乙酯的制备 ①原理：__CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O__。 ②试剂的混合方法：先加入无水乙醇，再沿器壁慢慢加入浓硫酸，冷却至室温后再加冰醋酸。 特别提醒： (1)制备同种气体时，要注意原理不同选择的装置也不同，如制备氧气，用高锰酸钾分解，选固—固加热装置；用双氧水在二氧化锰作用下分解，选择固—液不加热装置。 (2)进行气体制备时，不要忘记对装置进行气密性检验，检验时首先对装置密封，如关闭活塞、塞紧瓶塞，把导管插入到水中进行水封等。 (3)排空气法收集气体时，除了考虑气体的密度大小外，还要考虑是否与空气反应，如NO能被氧气氧化，不能用排空气法收集。 X 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)用大理石和稀硫酸反应制备CO2( × ) (2)用镁粉和稀硝酸反应制备H2( × ) (3)加热NH4C1可制得纯净Cl2( × ) (4)用排水法可收集NH3、NO2( × ) (5)用排空气法可收集CH2===CH2和NO等气体( × ) (6)向AlCl3溶液中通入NH3至过量，其现象为先产生白色沉淀后溶解( × ) (7)除去CO2中混有的HCl，可依次通过盛有饱和Na2CO3溶液的洗气瓶和盛有浓硫酸的洗气瓶( × ) (8)吸收NH3可采用如图装置( √ ) (9)除去SO2中的水蒸气，可利用盛浓硫酸的U形管( × ) (10)可利用如图装置收集H2( × ) (8)图 (10图) (11)实验室中可用MnO2或KMnO4与浓盐酸反应制取氯气， 两制备方法中氯气的制取装置完全相同( × ) (12)用碱石灰干燥氨气，用浓硫酸干燥SO2( √ ) (13)实验室制备C12时，可用石灰水进行尾气处理( × ) (14)用五氧化二磷可干燥H2、NH3( × ) 2．(1)常见气体的发生装置。 ①实验室用Ca(OH)2和NH4Cl、浓氨水和NaOH固体分别制取氨气可以选用装置__A、C__。 ②若用H2O2分解来制取氧气，可以选用装置__C__。 ③实室室制取氯气，可以选用装置__D__。 ④装置B可以制备的常见气体有__CO2、H2__(写出两种)。 (2)实验室制取、收集干燥的以下六种气体： ①CO2 ②H2S ③NO2 ④O2 ⑤Cl2 ⑥NH3 如图装置可适用的气体是__①③④__；制取装置不适用的是__⑤__；干燥装置不适用的是__②⑥__；收集装置不适用的是__⑥__。 3．欲对Cl2进行干燥、吸收，需选用下列装置中的__②④__(填写 序号)。 题组一 气体的制备与收集装置的选择和利用 1．(2018·山东潍坊模拟)实验室对制备气体反应的基本要求是：反应条件易满足、能平稳地产生气流、所得气体中尽可能不含杂质成分(除少量水蒸气及少量原料汽化形成的物质)。下列反应一般能用于实验室制备气体的是( B ) A．Na2O2与CO2反应制备O2 B．H2O2与MnO2，混合制备O2 C．加热浓硝酸制备NO2 D．浓NaOH溶液与NH4Cl溶液混合加热制备NH3 [解析] A项，制备的O2中易混入CO2杂质；C项，4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O，即NO2中易混入O2；D项，应使用Ca(OH)2和NH4Cl制备NH3。 2．用KMnO4和浓盐酸可制备Cl2：2KMnO4＋16HCI(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。下列装置可用于上述反应制备Cl2的是( C ) [解析] 由题给反应及化学方程式，可排除A、D两项；KMnO4为粉末状固体，故不能选用B装置。 3．下列制备和收集气体的实验装置合理的是( D ) [解析] A中加热的试管管口应略向下倾斜；B中NO很容易被空气中的氧气氧化，不能用排空气法收集；C中氢气的密度比空气小，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短。 4．(2018·经典习题选萃)如图为中学化学实验中的常见实验装置。 (1)装置A可用于制备多种气体，请写出用A装置制备下列气体时， 圆底烧瓶和分液漏斗中应装的化学试剂。 气体 O2 CO2 NH3 SO2 试剂 __MnO2和H2O2溶液或Na2O2和H2O__ __CaCO3和稀盐酸__ __碱石灰和浓氨水或NaOH固体和浓氨水等__ __Na2SO3固体和浓硫酸__ (2)装置B可用于收集多种气体，若要用于收集氨气，则进气管为__b__若要收集NO，简述用装置B收集NO的方法：__将集气瓶中装满水，塞上塞子，从b端通入NO气体，从a端排出水__。 题组二 常见气体的净化 有害气体的尾气处理方法 5．(2018·河北衡水检测)下列有关图示装置的叙述不正确的是( C ) A．装置①可用于吸收实验中多余的SO2 B．装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等 C．装置③中X为苯，可用于吸收NH3或HCl气体 D．装置④可用于收集NH3，并吸收多余的NH3 [解析] SO2和NaOH溶液会发生反应，故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染，A选项正确。装置②中如果气体从长导管通入，能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集Cl2、NO2等；如果气体从短导管通入，能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集H2、NH3等，B选项正确。装置③中如果X为苯，因为苯的密度比水的小，故苯应该在上层，C选项错误。装置④中先用盛有碱石灰的干燥管除去氨气中的水蒸气，然后用排空气法收集NH3，最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3，故D选项正确。 6．如图所示是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是( C ) 选项 X 收集气体 Y A 碱石灰 氯化氢 水 B 碱石灰 氨气 水 C 氯化钙 二氧化硫 氢氧化钠 D 氯化钙 一氧化氮 氢氧化钠 [解析] 图示收集装置采用向上排空气法，说明该气体密度比空气大，排除B选项；A中干燥氯化氢气体，不能选用碱石灰等碱性干燥剂；D中NO不能用排空气法收集，且其不与NaOH溶液反应，所以选C。 7．(2018·经典习题选萃)实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是( B ) 选项 a中的物质 b的物质 c中收集的气体 d中的物质 A 浓氨水 CaO NH3 H2O B 浓硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH溶液 C 稀硝酸 Cu NO2 H2O D 浓盐酸 MnO2 Cl2 NaOH溶液 [解析] 氨气的密度比空气小，应该用向下排空气收集，A错误；浓硫酸与Na2SO3发生复分解反应生成SO2，因SO2的密度比空气大，所以可用向上排空气法收集，SO2是大气污染物，要进行尾气处理，SO2很容易与NaOH溶液发生反应，用NaOH溶液吸收尾气时，为防止倒吸现象的发生，可以安装一个倒扣的漏斗，B正确；稀硝酸与Cu发生反应产生的气体是NO，不是NO2，且不能用水处理尾气，C错误；MnO2与浓盐酸在加热时才能发生反应制取Cl2，该装置没有加热仪器。 8．(2017·山东潍坊模拟)下列仪器和装置，用橡胶管经过简单连接，可制备、收集多种纯净、干燥的气体(要考虑污染性气体的尾气吸收)。关于这些装置的连接，下列说法正确的是( A ) A．制备收集Cl2：连接a→f→c→e→d B．制备收集H2：连接b→c→g C．制备收集CO2：连接b→d→e D．制备收集NH3：连接b→d→e→c [解析] 用排水法收集不到干燥的气体，B项错误；CO2不能用碱石灰来干燥，C项错误；由于氨气极易与浓硫酸反应，吸收尾气时导管插入波面下易发生倒吸，D项错误。 考点二 化学实验方案的设计 Z 1．设计基本要求 —__实验原理__科学，操作程序、方法正确 | —避免__有毒药品__的使用和危险性的实验操作 | —条件允许、效果__明显__、操作__方便__ | —__装置__简便、__步骤__简短、完成实验时间短 | —尽量选用常见而价廉的仪器和药品 2．常见实验方案的设计依据 (1)证明酸性：①pH试纸或酸碱指示剂；②与碳酸钠反应；③与锌等反应。 (2)证明弱酸性：①证明酸在溶液中存在电离平衡；②测定对应盐溶液的酸碱性；③测量在稀释前后的__pH__的变化。 (3)证明氧化性：与__还原__剂反应现象明显。 (4)证明还原性：与__氧化__剂反应现象明显。 (5)证明为胶体分散系：__丁达尔__效应。 (6)证明有碳碳双键(或三键)：使__溴水__或酸性高锰酸钾溶液褪色。 (7)比较金属的活动性：①与水反应；②与酸反应；③金属间的置换反应；④原电池原理；⑤电解池原理；⑥最高价氧化物对应水化物的__碱__性。 (8)比较非金属性的强弱：①非金属间的置换反应；②与氢气化合的难易；③气态氢化物的__稳定__性；④最高价氧化物对应水化物的__酸__性。 (9)比较酸碱性：强酸或强碱制弱酸或弱碱。 3．实验方案设计的一般思路 ↓ ↓ ↓ 4．实验设计类型 类型 内容 (1)制备实验方案的设计 原料或试剂选择、仪器装置、操作步骤、分离提纯 (2)性质实验 方案的设计 性质探究性实验 从同类典型物质性质或结构特点推测性质，设计实验__探究__其性质 性质验证性实验 已知物质具有的性质，设计实验验证其性质 (3)检验实验方案的设计 对物质__成分__进行确定，对多种物质加以区分 5．实验设计示例 设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。 (1)实验原理 2KClO32KCl＋3O2↑，Ag＋＋CI－===AgCl↓。 (2)实验试剂：KClO3固体、__MnO2__、__AgNO3__溶液、稀硝酸。 (3)操作步骤 a．将氯酸钾和MnO2混合共热。 b．冷却至室温，加水充分溶解后，__过滤__。 c．取少量滤液于洁净试管中，加入几滴硝酸酸化的__AgNO3__溶液，观察到有白色沉淀生成，证明氯酸钾中含有氯元素。 6．化学实验方案的设计步骤 (1)明确目的，弄清原理 (2)选择实验用品 (3)实施实验操作——注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性 (4)记录实验现象、数据——全面而准确 (5)分析、归纳得出结论 7．化学实验方案设计的注意事项 (1)实验操作顺序 装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。 (2)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：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②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。 (3)实验中试剂或产物防止变质或损失 ①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； ②易挥发的液体产物要及时冷却； ③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)； ④注意防止倒吸的问题。 (4)会画简单的实验装置图：考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”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。 (5)选用仪器及连接顺序 (6)仪器药品的准确描述 ①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液；澄清石灰水；饱和碳酸氢钠溶液等。 ②仪器名称：如坩埚、研钵、100 mL容量瓶。 X 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)将KI和FeCl3溶液在试管中混合后，加入CCl4，振荡，静置，下层溶液显紫红色，证明氧化性：Fe3＋>I2( √ ) (2)将浓(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液，都出现沉淀，表明二者均可使蛋白质变性( × ) (3)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体，试管内壁都有水珠，说明两种物质均受热分解( × ) (4)向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀，则Ksp(AgCl)查看更多