实验方案的设计改进及评价.docx

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实验方案的设计改进及评价

实验方案的设计、改进及评价

[考纲要求]　1.能够设计、评价或改进实验方案。

2.了解控制实验条件的方法。

3.能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。

热点1　气体实验装置的改进设计

气体实验装置，通常由气体发生、气体净化、气体收集、尾气处理等装置组成，对一些常见装置进行改进和重新组合，往往能够实现一些特殊的实验目的。

典型的气体实验装置改进设计有：

依据启普发生器原理设计的反应器，尾气吸收、防倒吸装置的设计，液封装置的设计，恒压装置的设计等。

解题策略

1．实验设计的创新往往要体现七个“一”，即：

一个实验的多种现象，一种实验现象的多种原因，一种装置的多种用途，一种用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。

2．选择反应原理的原则是：

反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。

中学化学实验中，常见的气体制备实验是其中的重要组成部分，学生应掌握的气体制备实验有：

三种单质（H2、O2、Cl2）的制备；三种氢化物（HCl、H2S、NH3）的制备；五种氧化物（CO2、SO2、NO2、NO、CO）的制备；两种有机物（C2H4、C2H2）的制备。

复习时，除了掌握好教材中经典的制备方法外，还应对药品选择、反应原理进行拓展和创新。

典例导悟1

（2010·上海，26）CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。

大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物。

实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。

下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。

完成下列填空：

（1）用浓盐酸配制1∶1（体积比）的稀盐酸（约6mol·L－1），应选用的仪器是__________。

a．烧杯b．玻璃棒c．量筒d．容量瓶

（2）上述装置中，A是________________溶液，NaHCO3溶液可以吸收________。

（3）上述装置中，B物质是____________。

用这个实验得到的气体测定CO2的分子量，如果B物质失效，测定结果________（填“偏高”、“偏低”或“不受影响”）。

（4）一次性饭盒中石蜡（高级烷烃）和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：

剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重

为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是__________。

a．氯化钠溶液b．稀醋酸c．稀硫酸d．正己烷

（5）在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出________，后溶出__________。

（6）上述测定实验中，连续__________，说明样品已经恒重。

热点2　性质实验装置的改进设计

研究物质的物理性质和化学性质，是化学实验的最主要功能。

而许多化学实验装置的设计，其目的就是研究物质所具有的性质。

注重考查考生的创新思维能力。

解题策略

解答该类题应先明确实验目的和要求，再依据化学原理、物质性质和实验设计的基本要求进行解答。

1．基础性训练

以教材实验为载体，从反应原理、装置原理和操作原理等方面进行强化训练。

2．拓展性训练

一是要注重对教材实验的改进和挖掘；二是要对实验进行创新设计。

对于多种情况的反应，根据“实验问题”提出猜想；依据假设设计实验，要充分考虑多种可能性，避免肯定的或惟一性结论。

在性质探究实验中，尾气处理装置、安全瓶和防倒吸装置等都是考查的热点，要理解其原理，选择或设计最简便的装置。

典例导悟2

（2009·广东，21）三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe（C2O4）3]·3H2O可用于摄影和蓝色印刷。

某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。

请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂：

浓硫酸、1.0mol·L－1HNO3、1.0mol·L－1盐酸、1.0mol·L－1NaOH、3%H2O2、0.1mol·L－1KI、0.1mol·L－1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。

（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）、浓硫酸、灼热氧化铜（B）、澄清石灰水（C），观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是________。

（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。

验证固体产物中钾元素存在的方法是_______________现象是______________________（3）固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设

假设1：

________________________________________________________________________假设2：

________________________________________________________________________假设3：

________________________________________________________________________②设计实验方案证明你的假设

③实验过程

根据②中方案进行实验。

按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

实验步骤

预期现象与结论

步骤1：

步骤2：

步骤3：

……

热点3　制备实验装置的改进设计

制备一种物质，应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理，设计反应路径，选择合适的仪器和装置。

最后，根据生成物的性质将产品分离提纯出来。

整个过程如下图所示：

解题策略

1．在设计物质制备的实验方案时，要优化上述流程中的每一个具体环节。

遵循的优化原则是：

原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。

2．一些物质的制备，由于其性质上的特殊性，需要设计一些特殊的装置来完成。

如实验室制备Fe（OH）2固体，由于Fe（OH）2遇空气易被氧化而变质，故其制备实验装置必须严格防止制备的Fe（OH）2固体与O2接触；再如，常见有机物的制备中，由于有机反应缓慢、副产品多、原料容易挥发，所以常见有机物的制备装置都要加装冷凝回流装置，使原料回流、充分反应，提高产率。

典例导悟3

化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案：

a方案：

加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。

b方案：

加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。

c方案：

将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。

现实验室提供如下几种装置来制取N2。

（1）若按a方案制取N2时，需要的氨气用生石灰和浓氨水作原料制取，则宜采用上述仪器中的__________（填序号）作发生器，该发生装置中发生反应的化学方程式为__________________________________。

要制取并收集纯净的N2（允许含有少量水蒸气），还须使用到的上述仪器中的（按气流从左到右的流向顺序列出）________（填序号）。

（2）若按c方案制取N2，用E装置将空气缓慢通入______（填A、B、C）反应器，反应器内可观察到的现象是________________________________，该反应的化学方程式为____________________________________。

（3）上述制取N2的三个方案中，a、b方案结合使用越来越受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在于____________________________。

1．（2011·安徽理综，10）下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是（　　）

选项

实验操作

现象

解释或结论

A

过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液

溶液呈红色

稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋

B

AgI沉淀中滴入稀KCl溶液

有白色沉淀出现

AgCl比AgI更难溶

C

Al箔插入稀HNO3中

无现象

Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜

D

用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上

试纸变蓝色

浓氨水呈碱性

2.（2011·江苏，7）下列有关实验原理或实验操作正确的是（　　）

A．用水润湿的pH试纸测量某溶液的pH

B．用量筒量取20mL0.5000mol·L－1H2SO4溶液于烧杯中，加水80mL，配制成0.1000mol·L－1H2SO4溶液

C．实验室用图1所示的装置制取少量氨气

D．实验室用图2所示的装置除去Cl2中的少量HCl

3．（2011·江苏，13）下列有关实验原理、方法和结论都正确的是（　　）

A．向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水，可制取Fe（OH）3胶体

B．取少量溶液X，向其中加入适量新制的氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液变红，说明X溶液中一定含有Fe2＋

C．室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液，振荡、静置后分液，可除去苯中的少量苯酚

D．已知I

I2＋I－，向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4，振荡静置后CCl4层显紫色，说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大

4．（2011·广东理综，23改编）下列实验现象预测正确的是（　　）

①实验Ⅰ：

振荡后静置，上层溶液颜色保持不变

②实验Ⅱ：

酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去

③实验Ⅲ：

微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色

④实验Ⅳ：

继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应A．①③B．②④C．①④D．②③

5．（2009·天津理综，6）下列实验设计和结论相符的是（　　）

A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中

B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性

C．某无色溶液中加Ba（NO3）2溶液，再加稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO

D．在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可得到较纯净的FeCl3溶液

6.（2011·全国理综，29）请回答下列实验室中制取气体的有关问题。

（1）下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。

装置B、C、D的作用分别是：

B________________________________C_______________________________________________________________________D__________________________________________

（2）在实验室欲制取适量NO气体。

①下图中最适合完成该实验的简易装置是__________（填序号）；

②根据所选的装置完成下表（不需要的可不填）：

应加入的物质

所起的作用

A

B

C

D

③简单描述应观察到的实验现象

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

7．（2011·课标全国卷，28）氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。

某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。

请回答下列问题：

（1）请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为__________________________（填仪器接口的字母编号）。

（2）根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：

检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；________（请按正确的顺序填入下列步骤的标号）。

A．加热反应一段时间

B．收集气体并检验其纯度

C．关闭分液漏斗活塞

D．停止加热，充分冷却

（3）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该同学的判断不准确，原因是

________________________________________________________________________（4）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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

（5）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

________________________________________________________________________8．（2011·北京理综，27）甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，用下图所示装置进行实验（夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验）。

实验操作和现象：

操作

现象

关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热

A中有白雾生成，铜片表面产生气泡

B中有气泡冒出，产生大量白色沉淀

C中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐消失

打开弹簧夹，通入N2，停止加热，一段时间后关闭

——

从B、C中分别取少量白色沉淀，加稀盐酸

均未发现白色沉淀溶解

（1）A中反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。

（2）C中白色沉淀是__________，该沉淀的生成表明SO2具有________性。

（3）C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。

①为证实各自的观点，在原实验基础上：

甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是__________；

乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是

________________________________________________________________________。

②进行实验，B中现象：

甲

大量白色沉淀

乙

少量白色沉淀

检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。

结合离子方程式解释实验现象异同的原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）合并（4）中两同学的方案进行实验。

B中无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

9．（2011·上海，26）实验室制取少量溴乙烷的装置如下图所示。

根据题意完成下列填空：

（1）圆底烧瓶中加入的反应物是溴化钠、________和1∶1的硫酸。

配制体积比1∶1的硫酸所用的定量仪器为______（选填编号）。

a．天平b．量筒

c．容量瓶d．滴定管

（2）写出加热时烧瓶中发生的主要反应的化学方程式

____________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）将生成物导入盛有冰水混合物的试管A中，冰水混合物的作用是

________________________________________________________________________

试管A中的物质分为三层（如图所示），产物在第______层。

（4）试管A中除了产物和水之外，还可能存在________、________（写出化学式）。

（5）用浓的硫酸进行实验，若试管A中获得的有机物呈棕黄色，除去其中杂质的正确方法是______（选填编号）。

a．蒸馏b．用氢氧化钠溶液洗涤

c．用四氯化碳萃取d．用亚硫酸钠溶液洗涤

若试管B中的酸性高锰酸钾溶液褪色，使之褪色的物质的名称是________。

（6）实验员老师建议把上述装置中的仪器连接部分都改成标准玻璃接口，其原因是：

________________________________________________________________________。

10．（2010·北京理综，9）用右图所示实验装置（夹持仪器已略去）探究铜丝与过量浓硫酸的反应。

下列实验不合理的是（　　）

A．上下移动①中铜丝可控制SO2的量

B．②中选用品红溶液验证SO2的生成

C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2

D．为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色

11.（2010·广东理综，33）某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。

（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：

SO2＋2NaOH===____________。

（2）反应Cl2＋Na2SO3＋2NaOH===2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为__________。

（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl－、OH－和SO

。

请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气中CO2的影响）。

①提出合理假设

假设1：

只存在SO

；

假设2：

既不存在SO

，也不存在ClO－；

假设3：

_____________________________

②设计实验方案，进行实验。

请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。

限选实验试剂：

3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、0.01mol·L－1KMnO4、淀粉KI溶液、紫色石蕊试液。

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取少量吸收液于试管中，滴加3mol·L－1H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中

步骤2：

步骤3：

12.（2010·安徽理综，28）某研究性学习小组在网上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。

他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：

[实验]制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。

（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是________。

a．边振荡盛有1mL2%的AgNO3溶液的试管，边逐滴滴入2%的稀氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止

b．将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中

c．制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热

d．银氨溶液具有较弱的氧化性

e．在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大

[提出假设]

假设1：

Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag。

假设2：

Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO

能氧化Ag。

[设计实验方案，验证假设]

（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2＋，验证了假设1成立。

请写出Fe3＋氧化Ag的离子方程式：

________________________________________________________________________（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：

NO

在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

实验步骤

（不要求写具体操作过程）

预期现象和结论

①

②

……

若银镜消失，

假设2成立。

若银镜不消失，

假设2不成立。

[思考与交流]

（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。

则丙同学由此得出结论：

Fe（NO3）3溶液中的Fe3＋和NO

都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

13．（2009·北京理综，27）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：

浓硝酸、3mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳

已知：

氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

（1）实验应避免有害气体排放到空气中。

装置③、④、⑥中盛放的药品依次是

________________________________________________________________________。

（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）装置①中发生反应的化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）装置②的作用是____________________，发生反应的化学方程式是

_______________________________________