2019届高考化学二轮复习专题十八实验方案设计与评价学案

2019届高考化学二轮复习专题十八实验方案设计与评价学案

专题十八　实验方案设计与评价 ‎[查漏补缺·对接高考]　　　　　　　　　　　排查核心知识　挖掘命题规律 授课提示：对应学生用书第74页 ‎[储知识·要点回扣]‎ ‎1．实验设计的基本要求 ‎2．实验设计的基本思路 ‎■思维深化——做一做 物质性质实验探究的常见角度与方法：‎ ‎(1)物质氧化性、还原性的判断。如探究SO2具有________的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中，通过KMnO4溶液____________来说明。‎ ‎(2)物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究Fe3＋的氧化性强于I2时，可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应，通过溶液____________来说明Fe3＋的氧化性大于I2。‎ ‎(3)同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成。‎ ‎(4)电解质强弱的判断。如探究一元酸HA是弱酸的方法是常温下配制________的溶液，测pH，若pH>7，则说明HA为弱酸。‎ ‎(5)物质酸性强弱的判断。如探究H2CO3和H2SiO3的酸性强弱，可利用________________________的反应原理，将CO2气体通入Na2SiO3溶液，看是否有白色沉淀生成来判断。‎ 答案：(1)还原性　褪色　(2)变蓝色 ‎(4)NaA　(5)相对强的酸制备相对弱的酸 ‎[探高考·真题鉴赏]‎ ‎1．(2018·全国高考卷Ⅱ)下列实验过程可以达到实验目的的是(　　)‎ 编号 实验目的 实验过程 A 配制0.400 0 mol·L－1的NaOH溶液 称取4.0 g固体NaOH于烧杯中，加入少量蒸馏水溶解，转移至250 mL容量瓶中定容 B 探究维生素C的还原性 向盛有2 mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液，观察颜色变化 C 制取并纯化氢气 向稀盐酸中加入锌粒，将生成的气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸和KMnO4溶液 D 探究浓度对反应速率的影响 向2支盛有5 mL不同浓度NaHSO3溶液的试管中同时加入2 mL 5% H2O2溶液，观察实验现象 解析：Fe3＋具有氧化性，能被维生素C还原，溶液发生颜色变化，B正确。NaOH溶于水放热，应冷却后再转移到容量瓶中定容，A错误。H2最后通过KMnO4溶液，H2中含有水蒸气，C错误。NaHSO3与双氧水反应，无明显现象，无法判断浓度对化学反应速率的影响，D错误。‎ 答案：B ‎2．(2018·全国高考卷Ⅰ)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：‎ ‎(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________。‎ ‎(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、K2，关闭K3。‎ ‎①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为______________________。‎ ‎②同时c中有气体产生，该气体的作用是_____________________________________。‎ ‎(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是 ‎_________________________；‎ d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。‎ ‎(4)指出装置d可能存在的缺点：________________________________________。‎ 解析：(1)由题给信息，(CH3COO)2Cr·2H2O在气体分析中用作O2吸收剂，说明Cr2＋具有强还原性，易被O2氧化，故所用蒸馏水需经煮沸除去其中的O2，以免影响(CH3COO)2Cr·2H2O的制备。由仪器的结构特点可知，a为分液(或滴液)漏斗。‎ ‎(2)①Zn将Cr3＋还原为Cr2＋，离子方程式为Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，H2起到排除c中空气的作用，以防Cr2＋被氧化。‎ ‎(3)过量的Zn与盐酸反应放出大量的H2，使装置c中压强增大，关闭K1和K2，打开K3时，溶液被压入装置d。由题给信息知，(CH3COO)2Cr·2H2O难溶于冷水，因此应用冰浴冷却，以便于(CH3COO)2Cr·2H2O析出，再将沉淀过滤、洗涤、干燥即可。‎ ‎(4)装置d的缺点是该装置与大气直接相通，空气中的O2易将(CH3COO)2Cr·2H2O氧化。‎ 答案：(1)去除水中溶解氧　分液(或滴液)漏斗 ‎(2)①Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋　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 ‎3．(2017·全国高考卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)a的作用是__________________________________________。‎ ‎(2)b中放入少量碎瓷片的目的是___________________________________________。‎ f的名称是________________。‎ ‎(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是________________________________________；‎ 打开k2放掉水。重复操作2～3次。‎ ‎(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。‎ ‎①d中保留少量水的目的是_________________________________________。‎ ‎②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________，‎ e采用中空双层玻璃瓶的作用是____________________________________。‎ 解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。‎ 答案：(1)避免b中压强过大　(2)防止暴沸　直形冷凝管 ‎(3)c中温度下降，管路中形成负压 ‎(4)①液封，防止氨气逸出 ‎②NH＋OH－NH3↑＋H2O　保温使氨完全蒸出 ‎[研考纲·聚焦素养]‎ 最新考纲 ‎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。‎ 核心素养 ‎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．证据推理与模型认知：能运用分析推理等方法认识研究对象的本质特征、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。‎ ‎[题型突破·通法悟道]　　　　　　　　　　　　　　摆题型示例　巧取应考宝典 授课提示：对应学生用书第75页 题型一　探究物质性质实验方案的设计与评价 ‎[研——题型探究]‎ ‎►角度一　物质性质验证类实验方案的设计与评价 ‎1．草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H‎2C2O4·2H2O)无色，熔点为‎101 ℃‎，易溶于水，受热脱水、升华，‎170 ℃‎以上分解。回答下列问题：‎ ‎(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。‎ ‎①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________________。装置H反应管中盛有的物质是________。‎ ‎②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________。‎ ‎(3)设计实验证明：‎ ‎①草酸的酸性比碳酸的强：_______________________________________。‎ ‎②草酸为二元酸：_____________________________________。‎ 解析：(1)结合题中信息“草酸晶体受热脱水、升华，170 ℃以上分解”，再根据实验装置图和氧化还原反应有关知识可推知，草酸晶体受热分解产物为CO2、CO、H2O；草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水，草酸易挥发，导致生成的气体中含有草酸，草酸和氢氧化钙反应生成难溶性的草酸钙而干扰二氧化碳的检验，B装置温度较低，有冷凝作用，防止干扰二氧化碳的检验。(2)由装置A、B出来的气体含有CO2、CO，容易想到用灼热CuO(或Fe2O3)来氧化CO，进而检验其产物CO2，但要注意到原产物中有CO2，故要设计除去CO2和验证CO2除尽的环节。最终确认连接顺序F(除CO2)、D(验证CO2被除尽)、G(‎ 干燥)、H(氧化CO)、D(通过验证CO2来证明CO的存在)、I(尾气处理，CO有毒)；H中需装CuO(或Fe2O3)。(3)①利用强酸制取弱酸原理进行验证。②利用NaOH标准溶液滴定草酸溶液进行验证。‎ 答案：(1)有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊　CO2　冷凝(水蒸气、草酸气体等)，避免草酸气体进入装置C发生反应生成沉淀，干扰CO2的检验　(2)①F、D、G、H、D、I　CuO(或Fe2O3)　②H中的黑色粉末变为红色(或红棕色粉末变为黑色)，其后的D中澄清的石灰水变浑浊　(3)①向盛有少量NaHCO3溶液的试管中滴加草酸溶液，有气泡产生　②用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消耗氢氧化钠的物质的量是草酸的两倍 ‎[题型建模]　验证性实验方案的设计 物质→性质推测→实验验证→结论。图示如下：‎ ‎►角度二　物质性质探究类实验方案的设计与评价 ‎2．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： ‎ ‎ 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 用下图所示的实验装置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。‎ 提出假设：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，该小组得出的AgNO3固体热分解的产物有________。‎ 解析：Ⅱ.(4)已知条件中Ag2O可溶于氨水，因此实验a加入足量氨水，黑色固体不溶解，说明黑色固体为Ag单质；而实验b中加入足量稀硝酸，由于两种固体均能够溶于稀硝酸，因此固体溶解并产生气体的现象只能说明含有Ag单质，但不能确定是否含有Ag2O，因此不能确定固体成分的实验是b。由上述几种实验结果分析可得硝酸银受热分解的产物为Ag、NO2、O2。‎ 答案：(1)①溶液呈血红色　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 ‎[题型建模]　探究性实验方案的设计 →→→→►角度三　物质性质猜想类实验方案的设计与评价 ‎3．某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：‎ 假设一：溶液中的NO 假设二：溶液中溶解的O2‎ ‎(1)验证假设一 该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。‎ 实验步骤 实验现象 结论 实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________‎ 假设一成立 实验2：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________‎ ‎ (2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如下图。‎ 实验1中溶液pH变小的原因是________________；V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(用离子方程式表示)。‎ ‎(3)验证假设二 请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：‎ ‎ (4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者______(填“大于”或“小于”)后者，理由是__________________________________________________________。‎ 解析：(1)实验1中溶液和实验2中溶液唯一的区别就是一个含有Cl－，一个含有NO，故可通过实验1未生成白色沉淀，而实验2生成白色沉淀来证明假设一正确。‎ ‎(2)SO2溶于水得到中强酸H2SO3，故使得实验1中溶液的pH减小；在实验2中，NO将SO2氧化成SO，自身被还原为NO，同时有H＋生成，故V1时，实验2中溶液的pH小于实验1中溶液的pH。‎ ‎(3)在验证假设二时，应使用不含NO的钡盐，如BaCl2，可以在含有O2的BaCl2溶液中缓慢通入SO2，若有白色沉淀生成则证明假设二成立。‎ ‎(4)O2和KNO3分别与H2SO3反应的化学方程式为O2＋2H2SO3===2H2SO4、2KNO3＋3H2SO3===K2SO4＋2NO↑＋2H2SO4＋H2O(或2KNO3＋H2SO3===K2SO4＋2NO2↑＋H2O)，故被O2氧化后溶液的pH小。‎ 答案：(1)无明显现象　有白色沉淀 ‎(2)SO2溶于水后生成 H2SO3　3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋4H＋＋2NO ‎(3)实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 实验2：将纯净的SO2缓慢通入未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液中，若有白色沉淀生成，表明假设二成立，否则不成立 ‎(4)小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者 ‎[题型建模]　‎ ‎1．猜想性实验方案的设计 这类题一般由两部分组成，一部分是提出若干假设(猜想部分)，另一部分是对其中的某种假设做出验证(实验设计部分)。解决这类问题需要明确科学探究的一般步骤：主要有“提出问题→猜想假设→科学探究→得出结论”四个步骤，一般情况下提出问题主要由试题本身在题干中提出，而“猜想假设→科学探究→得出结论”三个步骤是作答的关键所在。‎ ‎2．探究实验方案的评价 ‎(1)对实验用品选择的评价 包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等的选择；药品的选择包括种类、浓度、物质状态等的选择；连接方式的选择包括仪器的先后顺序、导管接口的连接方式等的选择。‎ ‎(2)对不同实验方案的评价 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。‎ ‎(3)最佳方案的选用 几个实验方案都能达到目的，应分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、原料利用率高、现象明显、无干扰物质以及无污染等。‎ ‎[练——即学即用]‎ ‎1．(2018·石家庄模拟)AgNO3是中学化学常用试剂，某兴趣小组设计如下实验探究其性质。‎ Ⅰ.AgNO3的热稳定性 AgNO3受热易分解。用如图装置加热AgNO3固体，试管内有红棕色气体生成，一段时间后，在末端导管口可收集到无色气体a。‎ ‎(1)已知B中只生成一种盐，据此判断AgNO3受热分解的化学方程式为______________。‎ ‎(2)从安全角度考虑，上述实验装置存在一处明显缺陷，改进措施为_________________。‎ Ⅱ.AgNO3与盐溶液的反应 ‎(3)甲同学认为试管②中产生银镜是Fe2＋所致，其离子方程式为________________________________________________________________________；‎ 乙同学认为要判断该观点正确，需增加如下实验：取2 mL 0.5 mol·L－1 AgNO3溶液于试管中，向其中滴加几滴________，若只产生白色沉淀，则证明甲同学观点正确。‎ ‎(4)已知：AgSCN为白色沉淀。试管③中红色褪去的原因为__________________________‎ ‎(请从平衡移动的角度解释)。‎ ‎(5)设计实验证明Ksp(AgI)＜Ksp(AgSCN)：__________________________。‎ ‎(限选试剂：0.1 mol·L－1 AgNO3溶液、0.1 mol·L－1KI溶液、0.1 mol·L－1 KSCN溶液)‎ 解析：(1)AgNO3加热分解生成Ag、O2以及NO2气体，配平化学方程式为：2AgNO32Ag＋2NO2↑ ＋O2↑。(2)该实验装置用NaOH溶液吸收NO2气体，由于NO2易溶于水且能与NaOH溶液反应，因此需要在A、B装置之间添加一个防倒吸的安全瓶。(3)若产生银镜是Fe2＋所致，则说明Fe2＋将Ag＋还原为Ag，其离子方程式为：Ag＋＋Fe2＋===Ag↓＋Fe3＋。要验证Fe2＋将Ag＋还原为Ag，还需增加对照实验。(5)证明Ksp(AgI)

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