2018届二轮复习小专题——实验方案的设计与评价学案

2018届二轮复习小专题——实验方案的设计与评价学案

‎ 高三化学二轮复习小专题——实验方案的设计与评价 ‎ 化学实验方案的设计与评价是高考压轴大题，也是学生最头痛的题目，要很好地解答此类题目，必须先明确实验目的，再根据已学知识，设想探究、验证所需原理，最后根据所涉及原理，从题干中获取有效信息，进一步确定实验方案，再将方案代入题目，进行复合验证。‎ 题组1　化学实验方案的设计 把握制备实验方案设计的思维流程，明确物质制备实验设计的注意事项及“四防”安全问题。‎ 例1. 甲学生对Cl2与FeCl2和KSCN混合溶液的反应进行实验探究。‎ ‎ ‎ ‎ (1)为了探究现象II的原因，甲同学进行如下实验：①取A中黄色溶液于试管中，加入NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，则溶液中一定存在 。②取A中黄色溶液于试管中，加入过量的KSCN溶液，最终得到红色溶液。甲同学的实验证明产生现象II的原因是SCN－与Cl2发生反应。‎ ‎(2)甲同学猜想SCN－可能被Cl2氧化了，他又进行如下研究。‎ 资料显示：SCN－的电子式为 。‎ ‎① 甲同学认为SCN－中碳元素没有被氧化，理由是 。‎ ‎② 取A中黄色溶液于试管中，加入用盐酸酸化的BaCl2溶液，产生白色沉淀，此证明SCN－中被氧化的元素是 。 ‎ ‎③ 通过实验证明了SCN－中氮元素转化为NO3－，他的实验方案是 。‎ 破题 思路 分析实验目的→明确实验原理→选择试剂和反应条件→避免干扰和副反应→注意环境污染→完成方案 ‎[答案] (1) ①Fe3+ (2) ①SCN－中的碳元素是最高价态+4价 ② 硫元素 ‎③ 取足量铜粉于试管中，加入A中黄色溶液和一定量的稀盐酸，加热，观察到试管上方有红棕色气体生成，证明SCN－中氮元素转化为NO3-；‎ 题组2　化学实验方案的评价 评价实验方案要从原理、药品、安全、操作、绿色化等几个方面着手，比较分析，得出结论。‎ 例1. 某小组同学为探究H2O2、H2SO3、‎ Br2氧化性强弱，设计如下实验（夹持仪器已略去，装置的气密性已检验）。‎ 实验记录如下：‎ 实验操作 实验现象 Ⅰ.打开活塞a，滴加氯水，关闭活塞a A中溶液变为红棕色。‎ Ⅱ.吹入热空气 A中红棕色明显变浅；B中有气泡，产生大量白色沉淀，混合液颜色无明显变化。‎ Ⅲ.停止吹入空气，打开活塞b，逐滴加入H2O2溶液 开始时颜色无明显变化，继续滴加H2O2溶液，一段时间后，混合液逐渐变成红棕色。‎ ‎（1）由上述实验得出的结论是                 。‎ ‎（2）实验反思：①有同学认为实验操作Ⅱ吹入的热空气，会干扰（1）中结论的得出，你认为是否干扰，理由是                 。‎ ‎② 实验操作Ⅲ，开始时颜色无明显变化的原因是（写出一条即可）：                  。‎ 破题 思路 评价实验方案的7个视角：①反应原理是否合理科学　②药品选择和仪器选择是否合理　③仪器连接是否合理　④过程是否有干扰　⑤实验现象，结论是否合理　⑥方案中是否有污染问题　⑦方案是否安全 ‎[答案] （1）氧化性：H2O2＞Br2＞H2SO3；（2） ① 不干扰，无论热空气是否参加氧化H2SO3，只要观察到产生白色沉淀的同时无明显颜色变化，即能证明Br2氧化了H2SO3；‎ ‎② H2SO3有剩余（H2O2浓度小或Br-与H2O2反应慢等因素都可）。‎ 例3. 【16年江苏卷】铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72-的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72-转化为Cr3＋，其电极反应式为_________ ____。‎ ‎（2）在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率，结果如图所示。‎ ‎ ‎ 当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是__________。‎ ‎②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是_____ __ ______。‎ ‎（3）纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。‎ ‎①纳米铁粉与水中NO3-反应的离子方程式为4Fe+NO3-+10H+＝4Fe2++NH4++3H2O 研究发现，若pH偏低将会导致NO3-的去除率下降，其原因是 。‎ ‎②相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异（见上图），产生该差异的可能原因是 。‎ ‎【答案】（1）Cr2O72-+6e-+14H+＝2Cr3++7H2O；‎ ‎（2）①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用 ② 铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少；‎ ‎（3）① 纳米铁粉与H＋反应生成H2；② Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－‎ 的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）。‎ ‎【练习】‎ ‎1．设计下列方案，画出流程图 ‎(1)Fe3O4固体含有＋2价铁离子和＋3价铁离子。‎ ‎(2)检验Na2SO3是否氧化变质的实验方案。‎ ‎2．硫酰氯（SO2Cl2）是一种重要的化工试剂，已知：① SO2(g) + Cl2(g) 催化剂 SO2Cl2(l) △H = －97.3 kJmol；‎ ‎ 在无活性炭存在的条件下SO2与Cl2也可发生反应，现将SO2、Cl2按照一定比例通入水中，请设计一个简单实验验证二者是否恰好完全反应： ‎ ‎ （简要描述实验步骤、现象和结论）。‎ ‎[仪器自选，供选择试剂：滴加酚酞的氢氧化钠溶液、碘化钾溶液、淀粉溶液、品红溶液。]‎ ‎3 .氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组长选用H2和Ca加热制备氢化钙。‎ ‎（1）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，该同学据此判断，上述实验确有CaH2生成。‎ ‎　①写出CaH2与水反应的化学方程式________________________________ _____‎ ‎　②该同学的判断不正确，原因是______________________________________ __________‎ ‎（2）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_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __ ____。‎ ‎（3）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____________________。‎ ‎4. 氯气与碱溶液反应，在低温和稀碱溶液中主要产物是ClO—和Cl—，在‎75℃‎以上和浓碱溶液中主要产物是ClO3—和Cl—。研究小组用如下实验装置制取氯酸钾（KClO3），并测定其纯度。‎ ‎ 已知碱性条件下，ClO—有强氧化性，而ClO3—氧化性很弱。设计实验证明：碱性条件下，H2O2能被ClO—氧化，而不能被ClO3—氧化______ __。‎ ‎5.高纯MnCO3是制备高性能磁性材料的主要原料。实验室以MnO2为原料制备少量高纯MnCO3的操作步骤如下：‎ ‎（1）制备MnSO4溶液：在烧瓶中（装置见下图）加入一定量MnO2和水，搅拌， ‎ 通入SO2和N2混合气体，反应3h。停止通入SO2，继续反应片刻，过滤（已知MnO2 + H2SO3 = MnSO4 + H2O）。‎ ‎① 反应过程中，为使SO2尽可能转化完全，在通入SO2和N2比例一定、不改变固液投料的条件下，可采取的合理措施有 、 。‎ ‎② 若实验中将N2换成空气，测得反应液中Mn2+、SO42－的浓度随反应时间t变化如右上图。导致溶液中Mn2+、SO42－浓度变化产生明显差异的原因是 。‎ ‎（2）制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，‎100℃‎开始分解；Mn(OH)2开始沉淀时pH=7.7。请补充由（1）制得的MnSO4溶液制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：Ca(OH)2、NaHCO3、Na2CO3、C2H5OH]。‎ ‎① ；② ；③ ；④ ；⑤‎ 低于‎100℃‎干燥。‎ ‎6 . 氯酸钾与碘化钾反应的探究：在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3 。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行)：‎ ‎①系列a实验的实验目的是___ ____。‎ ‎②设计1号试管实验的作用是____ _______。‎ ‎7 .某小组利用苯与溴在FeBr3催化作用下制备溴苯：‎ ‎+ Br2‎ FeBr3‎ ‎+ HBr↑‎ ‎—Br 已知苯与溴发生的是取代反应，推测反应后锥形瓶中液 体含有的两种大量离子，并设计实验方案验证你的推测。 （限选试剂：镁条、四氯化碳、氯水、溴水、蒸馏水）‎ 序号 实验步骤 预期现象 结论 ‎1‎ ‎2‎ 锥形瓶中液体含大量______‎ ‎3‎ 锥形瓶中液体含大量______‎ ‎8．中华人民共和国国家标准（GB2760－2011）规定葡萄酒中SO2最大使用量为0.25gL。某兴趣 小组用题右图装置（夹持装置略）收集某葡萄酒中SO2，并对含量碱性测定。‎ ‎（1）B中加入300.00ml葡萄酒和适量盐酸，加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应，除去C中过量的H2O2，然后用0.0900molLNaOH标准溶液进行滴定，滴定至终点时，消耗NaOH溶液25.00ml，该葡萄酒中SO2含量为：_ _gL。‎ ‎（2）该测定结果比实际值偏高，分析原因并利用现有装置提出改进措施_____ __ ‎ ‎__ 。‎ ‎9.高氯酸铵(NH4ClO4)可用作火箭推进剂，已知NH4ClO4对热不稳定，‎400 ℃‎时发生分解反应：2NH4ClO4N2↑＋2O2↑＋Cl2↑＋4H2O。某化学兴趣小组利用实验室常用试剂，设计下图装置(已略去夹持装置)对NH4ClO4热分解产生的气体进行分步吸收或收集。‎ 其中B吸收的是NH4ClO4分解产生的Cl2，装置C中的试剂为浓硫酸。‎ 装置D中加入铜粉，吸收NH4ClO4分解产生的O2，实验结束后，某同学取少量装置D中的固体物质倒入洁净的试管中，加入蒸馏水，振荡、静置，观察到上层溶液为蓝色，产生该现象的可能原因是_________________试设计实验进行验证：______ _。‎ ‎【实验方案的设计与评价答案】‎ ‎1.‎ ‎(2)固体溶液沉淀沉淀部分溶解―→固体已部分变质 ‎2. 取少量反应后的溶液于试管中，滴加品红溶液振荡，若溶液褪色， 则二者未恰好完全反应；若不褪色，则二者恰好完全反应。‎ ‎3.（1）①CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑ ②金属钙与水反应也有类似现象 ‎（2）取适量的氢化钙，在加热的条件下与干燥氧气反应，将反应后生成的气态产物通过装有白色的无水硫酸铜的干燥管，观察到白色变蓝色，而取钙做相同的实验则观察不到白色变蓝色。‎ ‎（3）氢化钙是固体携带方便 ‎4.分别取少量NaClO和NaClO3溶液于试管A、B中，均滴加少量NaOH溶液，再分别滴加H2O2溶液，A中有气泡产生并能使带火星的木条复燃，B中无明显现象。（也可以分别检验产物 Cl-，则在加入硝酸银之前一定要煮沸除去双氧水，再加硝酸酸化）‎ ‎5.（1）①控制适当的温度 缓慢通入混合气体 ② Mn2+催化O2与H2SO3,反应生成H2SO4 （2）① 边搅拌边加入NaHCO3(或Na2CO3),并控制溶液pH<7.7 ② 过滤，用少量水洗涤2~3次。 ③ 检验SO42-是否被洗涤除去 ④ 用少量C2H5OH洗涤(凡合理答案均可)‎ ‎6.① 研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；② 硫酸浓度为0的对照实验；‎ ‎7.方案一：‎ 序号 实验步骤 预期现象 结论 ‎1‎ 将锥形瓶中的液体转入分液漏斗中，加入适量四氯化碳，振荡后分液。（1分）分液后取少量上层 无色溶液于试管A、B中。（1分）‎ ‎2‎ 向试管A中加入少量氯水 溶液由无色变黄色 ‎（步骤+现象共1分）‎ Br—（1分）‎ ‎3‎ 向试管B中加入镁条 有大量气泡产生 ‎（步骤+现象共1分）‎ H+（1分）‎ 方案二：‎ 序号 实验步骤 预期现象 结论 ‎1‎ 用烧杯取适量溴水，加入蒸馏水使其与锥形瓶中液体的颜色一致 ‎ ‎ ‎2‎ 取等体积的锥形瓶中液体和步骤1所得溴水，分别加入试管A、B中，再分别滴加等体积的氯水 试管A中溶液颜色比试管B深 ‎ Br—（1分）‎ ‎3‎ 取等体积的锥形瓶中液体和步骤1所得溴水，分别加入试管C、D中，再分别加入等量的镁条 试管C中有大量气泡生成，试管D中气泡不明显 H+（1分）‎ ‎8. （1） 0.24 ‎ ‎（2）原因：盐酸的挥发；改进措施：用不挥发的强酸例如硫酸代替盐酸，或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比实验，扣除盐酸挥发的影响。‎ ‎9．D中有少量CuCl2生成　取上层蓝色溶液，滴加NaOH溶液，出现蓝色沉淀，过滤，在滤液中加入稀硝酸，再滴加AgNO3溶液，观察是否出现白色沉淀。‎ ‎ ‎ ‎ ‎