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1、第第2222讲综合实验方案设计与评价讲综合实验方案设计与评价-2-重点梳理精选例题考点一“猜想判断型”实验方案的设计与分析1.“猜想判断型”实验的五个常考探究点(1)与反应物性质有关的探究点反应物的颗粒大小、状态(气态、液态、固态)、浓度、用量、纯度等都属于反应物的性质,而这些性质的改变往往会对演示实验的效果产生或正或负的影响。因此,对于某一特定的反应而言,可以将反应物的某一或某几种性质确定为探究点,进行探究,从而得到最佳的实验效果。-3-重点梳理精选例题(2)与生成物性质有关的探究点在与生成物有关的探究点中,通过对生成物的颜色、状态与气味的观察,发现与预知结论稍有差异或截然不同的异常现象,是
2、探究性演示实验设计的主要切入点。因此,及时捕捉这些异常现象,通过设计实验来科学、合理地解释这些异常现象是考题中常出现的考查方法。-4-重点梳理精选例题(3)与实验装置有关的探究点实验装置是实验的重要组成部分,从实验装置的简约性、绿色性、安全性等角度出发,设计安全、绿色、简约的实验装置来提高实验的质量,是探究性实验设计的重要内容,对原有实验装置的改进或新实验装置的设计,能体现创新意识,培养创新能力。教材中的实验有一些存在实验现象不明显或装置过于复杂,且对环境不够友好等情况,我们可以通过对反应装置的探究来改进实验,使其达到理想的状态。-5-重点梳理精选例题(4)与实际问题有关的探究点化学问题或现象
3、在我们身边无处不在,诸如实际生活、工农业生产、医药、环境污染等都或多或少存在一些需要通过化学实验进行解决的问题。因此,可以从中发掘这些问题或现象作为背景来设计实验,在实际问题的解决中体验科学探究。(5)与绿色实验有关的探究点与绿色实验有关的探究点,是一个综合性的问题,可以包括反应物、产物、实验装置等的探究。这些探究点的选择是出于实验绿色化呼声的需要,也是当前实验设计中较为重视的一项内容。绿色实验的设计同时也是培养学生的环保意识和创设良好的实验环境的重要手段。-6-重点梳理精选例题2.“猜想判断型”实验的解题方法-7-重点梳理精选例题-8-重点梳理精选例题1.(201711浙江选考)某兴趣小组查
4、阅资料得知:连苯三酚的碱性溶液能定量吸收O2;CuCl的盐酸溶液能定量吸收CO,且易被O2氧化。拟设计实验方案,采用上述两种溶液和KOH溶液逐一吸收混合气体(由CO2、CO、N2和O2组成)的相应组分。有关该方案设计,下列说法不正确的是()A.采用上述3种吸收剂,气体被逐一吸收的顺序应该是CO2、O2和COB.其他两种吸收剂不变,O2的吸收剂可以用灼热的铜网替代C.CO的吸收必须在吸收O2后进行,因为CuCl的盐酸溶液会被O2氧化D.在3种气体被逐一吸收后,导出的气体中可能含有HCl 答案解析解析关闭 答案解析关闭-9-重点梳理精选例题2.某化学兴趣小组的同学为探究Fe(NO3)2等硝酸盐热分
5、解产物和产物的性质,他们开展了如下探究性学习。.查阅资料,获取了相关知识信息:金属的活泼性不同,其硝酸盐分解产物不同,依据金属活动性顺序表:(1)KNa等活泼金属的硝酸盐,热分解生成金属亚硝酸盐和氧气,如:(2)MgCu等较活泼金属的硝酸盐,热分解生成金属氧化物、NO2和O2,如:-10-重点梳理精选例题(3)Hg以后不活泼金属的硝酸盐,热分解生成金属单质、NO2和O2,如:-11-重点梳理精选例题.实验探究,在实验的基础上得到相关结论:【实验一】探究Fe(NO3)2热分解固体产物中Fe元素的价态。该小组甲同学将Fe(NO3)2热分解固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应两份溶液,进行以下探究实验。
6、(1)提出猜想:猜想一,溶液中只含Fe2+;猜想二,溶液中只含Fe3+;猜想三,溶液中既有Fe2+又有Fe3+。(2)实验操作:向一份溶液中滴入KSCN溶液;向另一份溶液中滴入溶液。(3)实验现象:实验;实验溶液不褪色。(4)实验结论:猜想二成立,Fe(NO3)2分解的化学方程式是。-12-重点梳理精选例题【实验二】探究Fe(NO3)2热分解气体产物的性质。小组乙、丙同学进行了如图所示的实验(收集时操作恰当,几乎没有空气):-13-重点梳理精选例题实验步骤:连接仪器;检查装置气密性;取一定质量Fe(NO3)2装于大试管中,并重新连接好仪器;加热;(1)乙同学使用装置收集气体,恰好收集到27mL
7、红棕色气体。(2)丙同学取等质量的Fe(NO3)2同样条件下热分解,并使用装置收集气体产物,可收集到mL气体。【实验三】探究固体混合物的组成和特征。小组丁同学取KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体,则KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的物质的量之比可能是(填字母序号)。A.123B.122C.213D.385-14-重点梳理精选例题【答案】【实验一】(2)酸性高锰酸钾(3)溶液呈血红色(4)4Fe(NO3)22Fe2O3+8NO2+O2【实验二】(2)4【实验三】AB-15-重点梳理精选例题【解析】【实验一】(2)检验铁离子用KSC
8、N溶液,观察溶液是否变红;检验亚铁离子可用酸性KMnO4稀溶液,观察KMnO4溶液是否褪色;(3)若猜想二成立,溶液中只含Fe3+,则在溶液中加入KSCN溶液,溶液应变红;向另一份溶液中滴入酸性KMnO4稀溶液,KMnO4溶液颜色无明显变化;(4)猜想二成立,Fe(NO3)2热分解生成氧化铁,二氧化氮和氧气,化学方程式:-16-重点梳理精选例题加热后用排水法未收集到任何气体,说明三个反应中生成的气体物质的量之比n(NO2)n(O2)=41,Cu(NO3)2受热分解的气体产物恰好符合物质的量之比n(NO2)n(O2)=41,所以其量为任意值,而KNO3和Fe(NO3)2按物质的量比为12混合受热
9、分解的气体恰好符合n(NO2)n(O2)=41,故答案为AB。-17-重点梳理精选例题跟踪跟踪训练1.(2017全国卷1)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是()-18-重点梳理精选例题A.、中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B.管式炉加热前,用试管在处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气 答案解析解析关闭A项,杂质中有水蒸气时应最后除去,故浓硫酸应在中,A项错误;可燃性气体在受热前应
10、先验纯,B项正确;C项,实验结束后为防止生成的金属W被氧化应在停止加热后继续通一段时间的H2,故C项错误;D项,二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,而启普发生器(装置Q)不能受热,故D项错误。答案解析关闭B-19-重点梳理精选例题2.工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中,可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应:。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程,探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。查阅文献:上述反应还可能生成碱式碳酸铅2PbCO3Pb(OH)2,它和PbCO3受热都易分解生成PbO。(1)该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三
11、:假设一:全部为PbCO3;假设二:;假设三:。-20-重点梳理精选例题(2)为验证假设一是否成立,课题组进行如下研究。定性研究:请你完成下表中内容。-21-重点梳理精选例题定量研究:取26.7mg的干燥样品,加热,测得固体质量随温度的变化关系如下图所示。某同学由图中信息得出结论:假设一不成立。你是否同意该同学的结论,并简述理由:。-22-重点梳理精选例题【答案】(1)全部为2PbCO3Pb(OH)2为PbCO3和2PbCO3Pb(OH)2的混合物(2)同意。若全部为PbCO3时,26.7mg固体完全分解,最终固体质量应为22.3mg(或不同意,实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3分解所得
12、固体质量不相等)(本题属于开放性试题,答案合理均可)-23-重点梳理精选例题【解析】(1)根据题中信息,提出另外两种假设。假设二:全部为碱式碳酸铅2PbCO3Pb(OH)2;假设三:为PbCO3和2PbCO3Pb(OH)2的混合物。(2)因为PbCO3受热分解不产生水,而2PbCO3Pb(OH)2受热分解产生水,所以可利用此不同设计实验方案。因为PbCO3PbO+CO2,所以可以利用固体加热前后质量的改变量来作出结论。-24-重点梳理精选例题规律小律小结猜想型实验题的思维流程-25-重点梳理精选例题考点二“性质验证型”实验方案的设计与分析“性质验证型”实验方案的解题方法-26-重点梳理精选例题
13、-27-重点梳理精选例题某小组同学为了探究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)。-28-重点梳理精选例题实验记录如下:-29-重点梳理精选例题请回答下列问题:(1)A中反应的离子方程式是。(2)实验操作吹入热空气的目的是。(3)装置C的作用是,C中盛放的试剂可以是。(4)实验操作,混合液逐渐变成红棕色,其对应的离子方程式是。(5)由上述实验得出的结论是。(6)实验反思:有同学认为实验操作吹入的热空气,会干扰(5)中结论的得出,你认为是否干扰,理由是。实验操作,开始时颜色无明显变化的原因是(写出一条即可):。-30-重点梳理精选例题-31-重
14、点梳理精选例题-32-重点梳理精选例题-33-重点梳理精选例题跟踪跟踪训练1.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。.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、K3Fe(CN)6溶液、氯水。(1)请完成下表:-34-重点梳理精选例题【实验结论】Fe的氧化产物为Fe2+和Fe3+.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。-35-重点梳理精选例题
15、(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。【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是:.Ag;.Ag2O;.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。-36-重点梳理精选例题【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,该小组得出固体AgNO3热分解的产物有。-37-重点梳理精选例题【答案】1.(1)溶液变血红色K3Fe(CN)6溶液生成蓝色沉淀(2)防倒吸(3)用玻璃片盖住集气瓶口并取出,
16、正放在桌面上,然后将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃证明是O2(4)bAg、NO2、O2【解析】(1)Fe3+遇KSCN溶液显血红色;铁氰化钾与Fe2+反应生成特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。(2)AgNO3加热分解生成的红棕色气体为NO2,易溶于水,所以B的作用为安全瓶,由于两侧的导管较短,故不可能倒吸到A中。(3)能使带火星的木条复燃的气体为O2。(4)根据信息,Ag2O可溶于氨水,由实验a知,黑色固体不溶,则得出黑色固体为Ag。由实验b知,有气体生成,则一定含有Ag,不能确定是否含有Ag2O,故只由实验b不能判断出黑色固体成分。综上,AgNO3热分解的产物有NO2、O2和Ag。-38-重点梳
17、理精选例题2.下列气体的制备和性质实验中,由现象得出的结论错误的是()答案解析解析关闭A.制备NH3可以用浓氨水和生石灰,可用红色石蕊试纸检验,试纸变蓝则说明NH3为碱性气体,正确;B.浓硫酸的沸点高,溶于水放出大量的热,所以可以制取HCl气体,pH试纸变红,则说明气体为酸性气体,正确;C.浓盐酸和二氧化锰共热可以制取Cl2,Cl2可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验,试纸变蓝,说明KI转化为I2,则说明Cl2有强氧化性,正确;D.SO2使品红溶液褪色体现的是SO2的漂白性,错误。答案解析关闭D-39-重点梳理精选例题规律小律小结涉及到气体的性质验证时,实验的操作程序及装置的连接顺序应为:发生除杂干
18、燥性质验证尾气处理。-40-重点梳理精选例题考点三“化工生产”型实验方案设计与评价“化工生产”型实验方案的解题方法-41-重点梳理精选例题(20174浙江选考)由硫铁矿烧渣(主要成分:Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO47H2O),再通过绿矾制备铁黄FeO(OH)的流程如下:已知:FeS2和铁黄均难溶于水。下列说法不正确的是()A.步骤,最好用硫酸来溶解烧渣B.步骤,涉及的离子反应为C.步骤,将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,可得纯净绿矾D.步骤,反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3 答案解析解析关闭 答案解析关闭-42-重点梳理精选例题跟踪跟踪训练1.以
19、硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既可避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:-43-重点梳理精选例题以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:-44-重点梳理精选例题(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈性(填“酸”“碱”“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式。-45-重点梳理精选例题-46-重点梳理精选例题-47-重点梳理精选例题2.亚氯酸钠(NaClO2)是一种高效氧化剂
20、和漂白剂,主要用于棉纺、纸张漂白,食品消毒,水处理等。已知:NaClO2饱和溶液在温度低于38时析出的晶体是NaClO23H2O,高于38时析出的晶体是NaClO2,高于60NaClO2分解成NaClO3和NaCl。纯ClO2易分解爆炸。一种制备亚氯酸钠粗产品的工艺流程如下:-48-重点梳理精选例题(1)ClO2发生器中反应的离子方程式为,发生器中鼓人空气的作用可能是(选填序号)。a.将SO2氧化成SO3,增强酸性b.稀释ClO2以防止爆炸c.将NaClO3还原为ClO2(2)吸收塔内反应的化学方程式为,吸收塔内的温度不能超过20,其原因是。(3)从“母液”中可回收的主要物质是。-49-重点梳
21、理精选例题(4)从吸收塔中可获得NaClO2溶液,从NaClO2溶液到粗产品(NaClO2)经过的操作步骤依次为:减压,55蒸发结晶;低于60干燥,得到成品。(5)为测定粗品中NaClO2的质量分数,做如下实验:准确称取所得亚氯酸钠样品10.00g于烧杯中,加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体,再滴入适量的稀硫酸,充分反应-50-重点梳理精选例题(4)过滤3860温水洗涤(5)74.21%-51-重点梳理精选例题-52-重点梳理精选例题规律小律小结1.洗涤沉淀:沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作23次。2.冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度
22、,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。3.乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。-53-重点梳理精选例题考点四实验方案的评价与分析1.实验方案设计完整的化学实验方案包括四大环节,即实验原理,实验装置和药品(包括装置类型、仪器的组装等),实验步骤(包括气密性检查、加装药品、除杂干燥、主体实验、安全措施等),实验现象的观察、记录及实验数据的分析处理等。设计合理的实验方案必须掌握比较全面的实验基本原理和基本技能,要做到设计原理正确,实验程序合理,操作步骤简便,现象明显,相关结论正确。-54-重点梳理精选例题(1)基本原则-55-重点梳理精选例题(2)设计思
23、路-56-重点梳理精选例题(3)设计步骤-57-重点梳理精选例题-58-重点梳理精选例题2.实验方案的评价(1)基本原则:一个实验方案的优劣主要从实验原理是否科学合理,装置和操作是否简单可行,另外还要从绿色化学和安全性两个角度去评价。(2)评价类型-59-重点梳理精选例题(2017江苏卷)下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是()答案解析解析关闭A项,稀硫酸与Cu不反应,可用浓硫酸与Cu反应制SO2,错误;B项,SO2可以使品红褪色,可验证其具有漂白性,正确;C项,SO2的密度比空气大,收集时应长管进气短管出气,错误;D项,SO2与饱和NaHSO3溶液不
24、反应,不能用饱和NaHSO3溶液吸收SO2,应用碱液吸收,错误。答案解析关闭B-60-重点梳理精选例题跟踪跟踪训练1.(2017江苏卷)根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是()答案解析解析关闭A项,该实验中所用苯酚溶液的浓度要小,否则生成的三溴苯酚会溶于苯酚溶液中,所以没有生成白色沉淀可能是由于苯酚的浓度太大,错误;B项,Na2SO3与BaCl2反应生成BaSO3白色沉淀,该沉淀可以溶于盐酸,沉淀部分溶解,说明有BaSO4存在,即原久置的Na2SO3溶液中部分Na2SO3被氧化,正确;C项,银镜反应需要在碱性条件下进行,错误;D项,该黄色溶液还可能为含Fe3+的溶液,Fe3+可将I-氧化
25、为I2,淀粉遇I2变蓝色,错误。答案解析关闭B-61-重点梳理精选例题 2.Fe2O3熔点为1565,其红棕色粉末为一种低级颜料,工业上称为“铁红”,用于油漆、油墨、橡胶等工业中,也可作催化剂和玻璃、宝石、金属的抛光剂等。某同学以碳酸亚铁为原料,设计3种方案制备高纯度的Fe2O3。-62-重点梳理精选例题根据上述方案,回答下列问题:(1)为了验证方案1,甲同学设计了下列实验。请你完成下列实验设计:-63-重点梳理精选例题由此甲同学得出结论:4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2,乙同学分析上述实验步骤,认为甲同学的实验结论不严密,他的理由是。请帮他选择试剂进行进一步探究:取灼烧后的固体溶于稀
26、硫酸,滴加(填字母),观察现象。A.氯水B.氯水和KSCN溶液C.酸性高锰酸钾溶液D.K3Fe(CN)6溶液(2)方案2中得到的沉淀的化学式为和;方案2得到的Fe2O3中可能含有的杂质是(填化学式)。-64-重点梳理精选例题(3)用离子方程式表示方案3中加入过氧化氢溶液的目的:;还可以用NaClO、NaNO3或Cl2等替代过氧化氢溶液,氧化等量的FeSO4,分别需要H2O2、NaClO、NaNO3和Cl2的物质的量之比为。(4)综合分析上述方案可知,以碳酸亚铁为原料制备高纯度的Fe2O3,最佳方案是方案(填序号)。-65-重点梳理精选例题【答案】(1)称取一定质量的碳酸亚铁固体置于坩埚中,高温灼烧至质量不再变化,冷却至室温稀硫酸(或稀盐酸)若灼烧产物为Fe3O4,溶于稀硫酸(或稀盐酸)也能生成Fe3+,滴入KSCN溶液,溶液也能变红色CD(2)Fe(OH)2Fe(OH)3FeO、Fe3O4-66-重点梳理精选例题-67-重点梳理精选例题规律小律小结尾气吸收的两个原则、两项注意(1)吸收原则:能充分吸收气体。不能倒吸。(2)注意事项:当气体中含有多种杂质时,若采用洗气装置,通常是除杂在前,干燥在后。若用加热装置除杂时,通常是干燥在前,除杂在后。尾气处理装置应与大气相通。