大二輪高考總復(fù)習(xí)化學(xué)第一部分專題14高頻題型04化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價

高頻題型四化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價一、掌握實驗方案設(shè)計的三個方面1．基本原則2．基本內(nèi)容3．基本思路(1)明確目的和原理：首先必須認(rèn)真審題，明確實驗的目的要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。(2)選擇儀器和藥品：根據(jù)實驗的目的和原理以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡皮塞、反應(yīng)是否需要加熱及溫度是否需要控制在一定范圍等，從而選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。(3)設(shè)計裝置和步驟：根據(jù)實驗?zāi)康暮驮?，以及所選用的實驗儀器和藥品，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟，并能夠識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖，實驗步驟應(yīng)完整而又簡便。(4)記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察，全面準(zhǔn)確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。(5)分析得出結(jié)論：根據(jù)實驗中觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理等處理，得出正確的結(jié)論。二、了解實驗方案評價的原則和角度1．(2015·課標(biāo)全國Ⅰ，26)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。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2H2O)無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解(1)甲組同學(xué)按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產(chǎn)物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________，由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有________。裝置B的主要作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解的產(chǎn)物中還有CO，為進(jìn)行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復(fù)選用)進(jìn)行實驗。①乙組同學(xué)的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、________。裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是________。②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)設(shè)計實驗證明：①草酸的酸性比碳酸的強(qiáng)________________________________________________________________________。②草酸為二元酸________________________________________________________________________。解析：(1)裝置C中澄清石灰水的作用是檢驗是否有CO2氣體生成，若有CO2氣體生成，澄清石灰水變渾濁。裝置B中冰水的作用是降低溫度，使生成的水和草酸(題給信息：受熱脫水、升華)冷凝。若草酸進(jìn)入裝置C，會生成草酸鈣沉淀，干擾CO2檢驗。(2)檢驗CO可通過檢驗CO還原黑色的CuO生成的CO2進(jìn)行。因為分解產(chǎn)物中有CO2，所以先要除去CO2，可用濃NaOH溶液吸收CO2，并用澄清石灰水檢驗CO2是否除盡，再用無水氯化鈣干燥CO，然后通過加熱的CuO，再用澄清石灰水檢驗生成的CO2氣體，沒有反應(yīng)掉的CO可用排水法收集。若前面澄清石灰水無現(xiàn)象，H中黑色的CuO變紅色，后面的澄清石灰水變渾濁，說明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO。(3)①證明草酸的酸性比碳酸強(qiáng)，可以利用溶液中較強(qiáng)酸制較弱酸的原理，將草酸與NaHCO3溶液混合，看是否有氣體產(chǎn)生。②證明草酸是二元酸，可以利用酸堿中和滴定原理，若消耗NaOH的物質(zhì)的量是草酸的2倍，即可證明草酸是二元酸。答案：(1)有氣泡逸出，澄清石灰水變渾濁CO2冷凝(水蒸氣、草酸等)，防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗(2)①F、D、G、H、D、ICuO(氧化銅)②前面澄清石灰水無現(xiàn)象，H中黑色粉末變紅色，其后的D中澄清石灰水變渾濁(3)①向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生②用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸，消耗NaOH的物質(zhì)的量為草酸的2倍2．(2015·福建理綜，25)測定飽和氯水中氯元素的總量(1)該小組設(shè)計的實驗方案為：使用下圖裝置，加熱15.0mL飽和氯水試樣，測定產(chǎn)生氣體的體積。此方案不可行的主要原因是________________________________________________________________________。(不考慮實驗裝置及操作失誤導(dǎo)致不可行的原因)(2)根據(jù)下列資料，為該小組設(shè)計一個可行的實驗方案(不必描述操作過程的細(xì)節(jié))：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。資料：ⅰ.次氯酸會破壞酸堿指示劑；ⅱ.次氯酸或氯氣可被SO2、H2O2、FeCl2等物質(zhì)還原成Cl－。解析：(1)該小組設(shè)計的實驗方案不可行的主要原因是溶液中存在Cl2的重新溶解以及HClO分解生成HCl和O2等，無法測定試樣含氯總量。(2)由于HClO具有強(qiáng)氧化性會破壞酸堿指示劑，因此實驗設(shè)計時不能用酸堿指示劑，可以利用氯水的強(qiáng)氧化性，向該溶液中加入足量的H2O2溶液，H2O2把氯元素完全還原為Cl－，H2O2被氧化成O2，然后加熱除去過量的H2O2，冷卻，再加入足量的AgNO3溶液，過濾、洗滌生成的AgCl沉淀，干燥后稱量沉淀質(zhì)量，結(jié)合氯原子守恒即可確定其中含有的氯元素的質(zhì)量。答案：(1)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案無法測定試樣含氯總量(或其他合理答案)(2)量取一定量的試樣，加入足量的H2O2溶液，待反應(yīng)完全加熱除去過量的H2O2，冷卻，再加入足量的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀質(zhì)量(或其他合理答案)化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價是高考考查的重點，在高考試題中主要以物質(zhì)的制備或性質(zhì)實驗為載體，結(jié)合實驗操作，物質(zhì)性質(zhì)探究等命題。對實驗中某一環(huán)節(jié)或某一步驟進(jìn)行方案設(shè)計或評價，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，是高考命題熱點。1．硫酸工業(yè)尾氣中SO2的含量超過0.05%(體積分?jǐn)?shù))時需經(jīng)處理后才能排放。某校興趣小組欲測定硫酸工業(yè)尾氣中SO2的含量，采用以下方案：甲方案：如圖所示，圖中氣體流量計B用于準(zhǔn)確測量通過尾氣的體積。將尾氣通入一定體積已知濃度的碘水中測定SO2的含量。當(dāng)洗氣瓶C中溶液藍(lán)色消失時，立即關(guān)閉活塞A。(1)洗氣瓶C中導(dǎo)管末端連接一個多孔球泡D，可以提高實驗的準(zhǔn)確度，其理由是________________________________________________________________________。(2)洗氣瓶C中的溶液除碘水外，還可以選用一定體積________。a．一定濃度的酸性KMnO4溶液b．一定濃度稀硝酸c．3%H2O2d．一定濃度的溴水(3)洗氣瓶C中溶液藍(lán)色消失后，沒有及時關(guān)閉活塞A，測得的SO2含量________(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。乙方案：實驗步驟如下流程圖所示：eq\x(\a\al(尾氣,VL))eq\o(→,\s\up7(過量H2O2溶液),\s\do5(①))eq\x(\a\al(溶,液))eq\o(→,\s\up7(過量BaOH2溶液),\s\do5(②))eq\o(→,\s\up7(過濾、洗滌、),\s\do5(干燥、稱重③))eq\x(\a\al(固體,mg))(4)寫出步驟②中反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)步驟③中洗滌沉淀的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。丙方案：將乙方案中步驟①省略，直接將尾氣通入過量Ba(OH)2溶液中，其余步驟與乙方案相同。(6)你認(rèn)為丙方案是否合理，若合理說明合理的理由，若不合理提出你的改進(jìn)方案：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)多孔球泡可增大SO2與溶液的接觸面積，有利于SO2與碘水充分反應(yīng)。(2)四個選項中的試劑均能氧化SO2，但稀硝酸和H2O2缺少顏色變化的指示劑。(3)洗氣瓶C中溶液反應(yīng)消耗的SO2的量固定，通入的尾氣的量增大，會使測量結(jié)果偏低。(4)H2O2將SO2氧化為硫酸，故步驟②中反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SO4＋Ba(OH)2=BaSO4↓＋2H2O。(6)SO2與Ba(OH)2溶液反應(yīng)生成的BaSO3容易被O2部分氧化為BaSO4，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。改進(jìn)措施可以是將BaSO3用氧化劑全部氧化為BaSO4，以BaSO4為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。答案：(1)增大SO2氣體與溶液的接觸面積，有利于SO2與碘水充分反應(yīng)(2)ad(3)偏低(4)H2SO4＋Ba(OH)2=BaSO4↓＋2H2O(5)用玻璃棒引流，向漏斗中注入蒸餾水，使水面沒過沉淀物，待水流盡后，重復(fù)操作2～3次(6)不合理，在步驟②和③之間增加“加入足量H2O2溶液”的步驟2．(2017·雅安中學(xué)一調(diào))亞硝酸鈉(NaNO2)外觀酷似食鹽且有咸味，是一種常用的發(fā)色劑和防腐劑，使用過量會使人中毒，國際上對食品中亞硝酸鈉的用量控制在很低的水平上。某學(xué)習(xí)小組針對亞硝酸鈉設(shè)計了如下實驗：【實驗Ⅰ】制備NaNO2該小組查閱資料知：2NO＋Na2O2=2NaNO2；2NO2＋Na2O2=2NaNO3。制備裝置如圖所示(夾持裝置略去)：(1)裝置D可將剩余的NO氧化成NOeq\o\al(－,3)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)如果沒有B裝置，C中發(fā)生的副反應(yīng)有__________、________。(3)甲同學(xué)檢查完裝置氣密性良好后進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)制得的NaNO2中混有較多的NaNO3雜質(zhì)。于是進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，改進(jìn)后提高了NaNO2的純度，則其改進(jìn)措施是________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！緦嶒灑颉繙y定制取的樣品中NaNO2的含量步驟：a．在5個有編號的帶刻度試管(比色管)中分別加入不同量的NaNO2溶液，各加入1mL的M溶液(M遇NaNO2呈紫紅色，NaNO2濃度越大顏色越深)，再加蒸餾水至總體積均為10mL并振蕩，制成標(biāo)準(zhǔn)色階：試管編號①②③④⑤NaNO2含量/(mg·L－1)020406080b．稱量0.10g制得的樣品，溶于水配成500mL溶液。取5mL待測液，加入1mLM溶液，再加蒸餾水至10mL并振蕩，(4)步驟b中比較結(jié)果是：待測液顏色與③標(biāo)準(zhǔn)色階相同，則甲同學(xué)制得的樣品中NaNO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________。(5)用目視比色法證明維生素C可以有效降低NaNO2的含量。設(shè)計并完成下列實驗報告。實驗方案實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論取5mL待測液，加入________，振蕩，再加入1mLM溶液，________，再振蕩，與③標(biāo)準(zhǔn)色階對比________________維生素C可以有效降低NaNO2的含量解析：(1)酸性KMnO4溶液具有強(qiáng)氧化性，能將NO氧化為NOeq\o\al(－,3)，故反應(yīng)的離子方程式為5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O。(2)銅和稀硝酸反應(yīng)制得的NO中含有雜質(zhì)水蒸氣，若沒有B裝置，水與Na2O2發(fā)生反應(yīng)：2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑；生成的O2易將NO氧化為NO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO＋O2=2NO2。(3)制得的NaNO2中混有較多的NaNO3雜質(zhì)，說明制得的NO中混有NO2，故應(yīng)在裝置A、B之間增加裝有水的洗氣瓶，以除去雜質(zhì)NO2。(4)待測液顏色與③標(biāo)準(zhǔn)色階相同，則甲同學(xué)制得的樣品中NaNO2的質(zhì)量是40mg·L－1×0.01L×eq\f(500mL,5mL)＝40mg＝0.04g，故樣品中NaNO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝eq\f(0.04g,0.10g)×100%＝40%。(5