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1、第第3 3节物质的制备、实验方案的设计与评价节物质的制备、实验方案的设计与评价考纲要求: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。-3-基础梳理考点突破常见气体的实验室制法1.常见气体的制备原理和发生装置-4-基础梳理考点突破-5-基础梳理考点突破2.气体的净化和干燥(1)除杂试剂的选择方法。-6-基础梳理考点突破易溶于水
2、或能与水反应不生成其他气体杂质的用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体,下同),可将混合气体通过盛水的A装置来除去。酸性杂质用碱性吸收剂,碱性杂质用酸性吸收剂来吸收。如CO(CO2),可将混合气体通过盛NaOH溶液的A装置,或盛碱石灰的B装置或C装置或D装置来除去杂质。还原性杂质,可用氧化性较强的物质作吸收剂来吸收或转化;氧化性杂质,可用还原性较强的物质作吸收剂来吸收。例如CO2(CO),可将混合气体通过盛灼热CuO的E装置来除去杂质。选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂来除去杂质。如O2(H2S),可将混合气体通过盛有CuSO
3、4溶液的A装置除去杂质。-7-基础梳理考点突破-8-基础梳理考点突破-9-基础梳理考点突破4.尾气处理方法(1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,可采用防倒吸装置(即在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。(2)对于溶解度不大的尾气。如Cl2、CO2等,可直接将导管插入吸收剂液面下吸收。(3)对于有毒且易燃的气体如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体。-10-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固(1)常见气体的发生装置。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。若用H2O2分解来制
4、取氧气,可以选用装置C。实验室制取氯气,可以选用装置D。装置B可以制备的常见气体有CO2、H2(写出两种)。-11-基础梳理考点突破(2)实验室制取、收集干燥的以下6种气体:CO2H2SNO2O2Cl2NH3如图装置可适用的气体是;制取装置不适用的是;干燥装置不适用的是;收集装置不适用的是。-12-基础梳理考点突破做气体的制备与性质检验类实验题要有清晰的解题思路,审清题意,明确实验目的,结合制备气体的性质,确定实验原理,选择合适的试剂及仪器。应特别注意,同一种气体可能有多种制法,如NH3、O2、Cl2等气体的制备,制备原理不同反应特点不同制备装置不同。1.气体制备实验的基本思路实验目的实验原理
5、药品选择反应装置操作步骤注意事项形成方案。-13-基础梳理考点突破-14-基础梳理考点突破例1(2016福建龙岩教学质量检查)FeCl2是一种常用的还原剂。有关数据如下:实验室可以用多种方法来制备无水FeCl2。回答下列问题:-15-基础梳理考点突破.按如图装置用H2还原无水FeCl3制取FeCl2。(1)装置C的作用是;E中盛放的试剂是;D中反应的化学方程式为。(2)若温度控制不当,产品中会含单质铁。检验产品中是否含铁的方案是。-16-基础梳理考点突破.按下图装置,在三颈烧瓶中放入162.5g无水氯化铁和225g氯苯,控制反应温度在128139加热3h,反应程度接近100%。冷却,分离提纯得
6、到的粗产品。反应如下:-17-基础梳理考点突破(3)该制取反应中,作还原剂的是。(4)反应温度接近或超过C6H5Cl的沸点,但实验过程中C6H5Cl并不会大量损失。原因是。(5)冷却实验装置,将三颈瓶内物质经过过滤、洗涤、干燥后,将得到粗产品。洗涤所用的试剂可以是;回收滤液中C6H5Cl的方案是。(6)仅通过烧杯中的现象变化就可以监控氯化铁的转化率。若要监控氯化铁转化率达到或超过90%,则烧杯中加入的试剂可以是。-18-基础梳理考点突破答案:(1)干燥氢气碱石灰H2+2FeCl32FeCl2+2HCl(2)取样,加入盐酸中,观察是否有气泡产生(3)C6H5Cl(4)实验使用了冷凝回流装置(5)
7、苯蒸馏滤液,并收集132时的馏分(6)滴有酚酞且含18gNaOH的溶液-19-基础梳理考点突破解析:(1)用H2还原无水FeCl3制取无水FeCl2,则A装置用来制取氢气,由于无水FeCl2易吸水,所以装置C用来干燥氢气;E中盛放的试剂用来吸收空气中的水蒸气,应为碱石灰,D中发生H2还原无水FeCl3的反应,化学方程式为H2+2FeCl32FeCl2+2HCl。(2)检验产品中是否含铁的方案是取样加入盐酸中,观察是否有气泡产生,若产生气泡,则含铁,反之不含铁。(3)该反应中,C6H5Cl中碳元素化合价升高,失电子,作还原剂。(4)由于实验装置中使用了冷凝回流装置,所以反应温度接近或超过C6H5
8、Cl的沸点,在实验过程中C6H5Cl并不会大量损失。(5)C6H5Cl、C6H4Cl2易溶于苯,而FeCl2不易溶于苯,所以洗涤所用的试剂可以是苯。C6H5Cl、C6H4Cl2的沸点不同,所以回收滤液中C6H5Cl的方案是蒸馏滤液,并收集132时的馏分。-20-基础梳理考点突破(6)162.5g无水氯化铁的物质的量是1mol,若转化率达到90%,会生成氯化氢0.45mol,若仅通过烧杯中的现象变化就可以监控氯化铁的转化率,可以根据盐酸和滴有酚酞的碱液反应,观察红色褪去的程度;0.45molHCl需消耗18gNaOH,所以烧杯中加入的试剂可以是滴有酚酞且含18gNaOH的溶液。-21-基础梳理考
9、点突破归纳总结常见改进的尾气吸收装置-22-基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.(2016河南八市重点高中质监)利用如图装置进行实验,在试管丁中收集到Cl2,则仪器甲、乙、丙中盛有的试剂分别是()C-23-基础梳理考点突破解析:浓盐酸与MnO2反应制取氯气,需要进行加热,而该装置无酒精灯,A、B项错误;常温下,浓盐酸与KMnO4反应可制取氯气,饱和食盐水可除去氯气中混有的HCl,C正确;稀盐酸还原性差,与KMnO4反应制取氯气的效果很差,D错误。-24-基础梳理考点突破2.(2016河南郑州第一次质量预测)高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的绿色高效水处理剂。某学习小组用如图所示装置(夹持仪器
10、已略去)制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备K2FeO4。查阅资料知K2FeO4的部分性质如下:可溶于水、微溶于浓KOH溶液;在05、强碱性溶液中比较稳定;在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。-25-基础梳理考点突破请回答下列问题:(1)仪器C和D中都盛有KOH溶液,其中C中KOH溶液的用途是。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。为保证反应生成KClO,在不改变KOH溶液浓度的前提下,需要将反应控制在05下进行,实验中可以采取的措施是。(3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱
11、和溶液缓慢滴加到含KOH的KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,写出该反应的化学方程式:;该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3饱和溶液中,其原因是。-26-基础梳理考点突破(4)制得的粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质。一种提纯方案是:将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3molL-1KOH溶液中,用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤23次后,在真空干燥箱中干燥。第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是、(填化学式),过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是。晶体用乙醇洗涤的原因是。-27-基础梳
12、理考点突破答案:(1)和氯气反应制备KClO(2)装置C加冰水浴冷却(3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH=2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O生成的K2FeO4在Fe3+催化作用下会发生分解(4)Fe(OH)3K2FeO4滤纸在强碱条件下易被腐蚀乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应-28-基础梳理考点突破解析:(1)装置A中KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,装置B中饱和食盐水用于除去Cl2中混有的HCl,装置C中KOH溶液用于吸收Cl2制取KClO,装置D中KOH溶液用于吸收尾气,防止污染环境。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3,在不改
13、变KOH浓度的前提下,可采用冰水浴来控制反应温度,防止生成KClO3。(3)在KOH溶液中,Fe(NO3)3溶液与KClO溶液反应制取K2FeO4,铁元素由+3价升高到+6价,根据氧化还原反应规律推知,KClO中+1价氯元素价态降低至-1价,即生成Cl-,化学方程式为2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH=2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O。K2FeO4在Fe3+催化作用下发生分解,若将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3溶液中,由于Fe3+过量,生成的K2FeO4易发生分解。-29-基础梳理考点突破(4)K2FeO4粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质,而Fe(OH)3
14、难溶于水,故第一次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为Fe(OH)3;K2FeO4微溶于浓KOH溶液,故第二次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为K2FeO4。K2FeO4可溶于水,在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2,用乙醇洗涤可降低K2FeO4的溶解,并防止K2FeO4与水发生反应。-30-基础梳理考点突破实验方案的设计与评价1.常见实验方案的设计依据(1)证明酸性:pH试纸或酸碱指示剂;与碳酸钠反应;与锌等反应。(2)证明弱酸性:证明酸在溶液中存在电离平衡;测定对应盐溶液的酸碱性;测量稀释前后酸溶液的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
15、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:与水反应;与酸反应;金属间的置换反应;原电池原理;电解池原理;最高价氧化物对应水化物的碱性。-31-基础梳理考点突破(8)比较非金属性的强弱:非金属间的置换反应;与氢气化合的难易;气态氢化物的稳定性;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。-32-基础梳理考点突破-33-基础梳理考点突破-34-基础梳理考点突破3.实验方案评价题的解题要点(1)理论上要科学。(2)操作上要简单可行。(3)原料用量要节约。(4)要环保,符合绿色化学原则。
16、-35-基础梳理考点突破4.实验评价题的常见考查角度(1)可行性方面。分析实验方案是否科学可行;实验操作是否安全合理;实验步骤是否简单方便;实验效果是否明显。(2)绿色化学方面。实验过程中是否造成环境污染;原料是否无毒、安全、易得;原料利用率是否较高;反应速率是否较快。(3)安全性方面。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下:净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;进行某些易燃易爆实验时要防爆炸;防氧化;污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状态物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;防吸水。-36-基础梳理考点突破(4)规范性方面。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
17、料,需在反应装置上加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等;易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序;其他,如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。(5)最佳方案的选择。几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最简单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。-37-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,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、CuSO
18、4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)CSi,A合理;碘在CCl4中的溶解度比在水中大,故可用四氯化碳萃取碘水中的碘,溶液分层后再分液分离,B合理;铜和稀硝酸反应生成NO,NO不溶于水,可用排水法收集,C合理;过氧化钠和水制取氧气时不能用带孔的隔板,过氧化钠颗粒较小,不能放在带孔隔板上,D不合理,选D。答案解析关闭D-68-123454.(2016福建厦门模拟)利用反应I2(s)+Cl2(g)=2ICl(
19、l),实验室可用如图所示装置(加热、夹持仪器已略去)制取少量ICl。-69-12345已知:ICl的熔点为13.9,沸点为97.4,易水解,且能发生反应ICl(l)+Cl2(g)=ICl3(l)。ICl3的熔点33,沸点77。(1)装置A中发生反应的化学方程式是。(2)装置B的作用是。不能用装置F代替装置E,理由是。(3)所制得的ICl中溶有少量ICl3杂质,提纯的方法是(填字母编号)。A.过滤 B.蒸发结晶C.蒸馏 D.分液答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O(2)除去氯气中的氯化氢杂质装置F中的水蒸气会进入装置D中,使ICl水解(其他合理答案也可)(3)C-70
20、-12345解析:(1)装置A用于制Cl2,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+2H2O+Cl2。(2)浓盐酸具有挥发性,制得的Cl2中含有HCl、H2O杂质气体,应在与碘反应前将杂质除去。(3)根据二者沸点的差别,可以用蒸馏的方法除去ICl中溶有的少量ICl3杂质。-71-123455.(2016四川理综,9)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CuCl22H2O制备CuCl,并进行相关探究。-72-12345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ae(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
21、“气体入口”处通入干燥HCld.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。-73-12345【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:若杂质是CuCl2,则产生的原因是。若杂质是CuO,则产生的原因是。答案:(1)干燥管(2)cdb(3)先变红,后褪色(4)Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O(5)加热时间不足或温度偏低通入HCl的量不足-74-12345解析:(2)热分解CuCl22H2O制备CuCl,要防止CuCl被氧化和Cu+水解,所以必须要先赶走装置中的O2,且要在HCl气流中加热制备,反应结束后先熄灭酒精灯,冷却,然后通入N2,所以操作顺序为acdbe。(3)B中物质由白色变为蓝色,说明有H2O生成,且产物中还有Cl2,所以C中石蕊试纸先变为红色,后褪色。(4)D中是Cl2和NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O,进而写出反应的离子方程式。(5)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;若杂质是CuO,说明CuCl被O2氧化生成了CuO,说明装置中有O2,可能是没有在HCl的氛围中加热或者未等试管冷却就停止通入HCl气体。