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高考化学复习
高考化学复习第5讲化学实验方案设计与评价
一、考纲要求
掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。
具体为：
（1）根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。
（2）根据实验试题要求，设计或评价实验方案。
（3）能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
二、双基回顾
1．化学实验方案设计的内容
一个相对完整的化学实验方案设计包括下述内容：
（1）实验
（2）实验；（3）实验；（4）实验（仪器、药品及规格）；（5）实验（包括实验仪器装配和操作）；（6）实验；（7）问题讨论
2．实验设计方案的思路
（1）制备实验方案的设计思路
（2）性质实验方案的设计思路
（3）物质检验实验方案的设计思路
①对试样进行外观观察，确定其颜色、气味、状态等。
②准备试样进行检验，当试样是固体时应先取少量配成溶液，同时观察试样是否溶解，在溶解时有无气体产生等，以初步判断试样可能含有哪类物质。
3根据实验现象得出结论。
3．实验设计方案的评价：
①科学性（即实验原理、操作程序和方法必须正确）；
②安全性（即用药及操作要注意安全，注意环境保护等问题）；
③可行性（要满足中学现有的实验条件）；
④简约性（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短）。
三、例题评析
例1已知Cu2S、CuS粉末的颜色和CuO粉末相似，且都不溶于水。
在空气中煅烧Cu2S和CuS都转化为SO2和CuO。
试根据上述性质，设计一个鉴别Cu2S、CuS和CuO三种黑色粉末的简单的实验方案。
例2学习了元素周期律后，同学们对第四周期过渡元素氧化物产生了浓厚的兴趣。
是否只有二氧化锰能催化氯酸钾受热分解？
氧化铁、氧化铜、氧化铬等对氯酸钾的受热分解有没有催化作用？
对此他们进行了实验探究。
请你根据要求完成下列部分实验报告。
I课题名称：
_________________________________________________
II实验仪器及试剂：
实验仪器：
带铁夹的铁架台、带橡皮塞的导管、量气装置、过滤装置、电子天平、药匙、________、________、________等。
实验试剂：
二氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化铬和氯酸钾
III实验步骤：
略
IV实验数据：
实验
编号
KClO3（g）
氧化物
产生气体（mL）
耗时（s）
化学式
质量（g）
回收
（已折算到标况）
1
0.60
－
－
－
10
480
2
0.60
MnO2
0.20
90%
67.2
36.5
3
0.60
CuO
0.20
90%
67.2
79.5
4
0.60
Fe2O3
0.20
90%
67.2
34.7
5
0.60
Cr2O3
0.20
异常
67.2
188.3
V实验讨论：
（1）在氧化物的回收过程中，要进行过滤操作，所用的玻璃仪器是玻璃棒、
_________、________
（2）实验编号3的实验中KClO3的分解率为_________%（保留一位小数）
（3）在用Cr2O3做研究实验时，发现有刺激性气味的气体产生，同时绿色的混合物变成了橘黄色。
该刺激性气体是________（填分子式），可用______________试纸检验。
上述异常现象产生的原因是___________________________________。
VI实验结论：
______________________________________________________
例3某研究性学习小组为探究铜、锌与浓盐酸反应，设计实验探究方案如下：
一、实验用品：
纯锌片、铜片，37%的浓盐酸、蒸馏水、氯化铜溶液
二、实验记录：
交流卡片：
NO：
2006－SY－518
主题：
Zn、Cu与浓盐酸
A、将锌放入浓盐酸中，反应较快
B、将锌片与铜片贴在一起，一同投入浓盐酸中，反应快速放出气体！
C、当B中锌片完全溶解后，将溶液加热，又产生气体（值得进一步研究），得到无色溶液
D、将上述反应后的溶液，隔绝空气，加入适量水，出现白色沉淀
三、提供资料
资料卡片NO：
2006－ZL－918
主题：
生成一价铜的反应
①课本上：
CH3CHO+2Cu（OH）2
Cu2O（红色）+CH3COOH+2H2O
②盐城市第二次调研试卷：
Cu2++4I-==2CuI（白色）↓+I2
③《无机化学》下册，p788，氯化亚铜在不同浓度的KCl溶液中可形成[CuCl2]—、[CuCl3]2—、[CuCl4]3—等离子，且它们在溶液中均为无色
四、请你参与以下探究：
⑴交流卡片中，实验A反应速率明显比B小，原因是：
⑵根据铜位于金属活动顺序表氢之后，与稀盐酸不反应，依据交流卡片C又产生气体的事实，作出如下推断：
1有同学认为是溶解在溶液中的H2逸出，你认为是否有道理，理由是：
②某同学作了如下猜想，是否成立，请你设计实验方案加以验证。
猜想
验证方法
预测现象及结论
认为铜片中可能含有锌等杂质
⑶交流卡片D中的白色沉淀，分析：
不可能是CuCl2，因为溶液显蓝色或绿色，也不可能是氯化锌，因为稀释后溶液更稀，不会产生出沉淀，并利用资料①②大胆猜想，白色沉淀是生成的氯化亚铜，请你帮他设计验证方案（若有多个只设计两个方案）：
预设验证方法
猜想的现象与结论
白色沉淀是氯化亚铜
⑷指导老师肯定了白色沉淀是氯化亚铜，请结合资料卡片③，写出铜与足量浓盐酸在加热条件下生成无色溶液及气体的化学方程式：
根据交流卡片D，生成沉淀，实际上是一个平衡问题，请写出这一平衡关系式（用离子方程式表示）
⑸就铜与浓盐酸反应若还需进一步探讨，你认为还可探究的内容有
（只提供一个实验课题即可）。
例4某研究性学习小组在研究由Fe2+制备Fe（OH）2的过程中，设计了如下实验方案：
【实验设计】
方法一：
按照图1进行实验，容器A中的反应开始时，弹簧夹C处于打开状态，一段时间后，关闭弹簧夹C，容器A中的反应仍在进行。
最终在_______容器中观察到白色沉淀，该实验中涉及到的化学方程式有：
。
方法二：
按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀。
请从所提供的试剂或电极材料中选择正确的序号填在横线上：
①纯水②NaCl溶液③NaOH溶液④四氯化碳⑤CuCl2溶液⑥乙醇⑦Fe棒⑧植物油⑨碳棒
a为________，b为________，c为___________，d为________。
（填序号）
【探究思考】实验表明上述实验中出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色，那么如何解释出现灰绿色或绿色的现象呢？
（1）甲同学查阅资料后，得到Fe（OH）2如下信息：
资料名称
物理性质描述
化学性质描述
《化学辞典》，顾翼东编，1989年版P637
白色无定形粉末或白色至淡绿色六方晶体
与空气接触易被氧化，将细粉喷于空气中，则立即燃烧出火花
《大学普通化学（下册）》傅鹰著P637
白色沉淀
此沉淀易被氧化成微绿色Fe3（OH）8
《普通化学教程》（下册）P788
白色
能强烈吸收O2，迅速变成棕色Fe（OH）3。
这时作为氧化的中间产物为土绿色，其中含有Fe2+、Fe3+。
阅读该资料后，你对上述实验中出现灰绿色或绿色的现象的解释是：
__________
资料中提及的微绿色Fe3（OH）8，用氧化物的形式表示可写成__________。
（2）乙同学依据配色原理：
白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的常识，认为绿色可能是形成Fe（OH）2·nH2O所致。
用热水浴的方式加热“方法一”中生成的绿色沉淀，观察到沉淀由绿变白的趋势。
加热时，“方法一”中弹簧夹C应处于___________（填“打开”或“关闭”）状态，容器A中的反应须处于___________（填“停止”或“发生”）状态。
写出该实验中支持乙同学观点的化学方程式______________。
（3）欢迎你参加该研究小组的讨论，请提出一种在研究由Fe2+制备Fe（OH）2的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路。
四、课堂练习
1．为探究CO2和NaOH确实发生了化学反应,某实验小组的同学设计了下列4种实验装置,请回答下列问题:
（1）选择实验装置（3），简述出现的实验现象以及产生该实验现象的原因：
_______________________________。
⑵某同学质疑上述所有实验设计，该同学质疑的依据是_______________________________
⑶在原实验的基础（4）上，请你设计实验证明CO2和NaOH肯定发生了化学反应。
____________________________________________________________________________。
2．某校开展从废旧干电池中回收碳棒、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物质课外研究性学习活动，整个过程如下：
⑴干电池工作时正极上的反应是NH4++e—=NH3+
H2，该电极反应属于
反应（选填“氧化”或“还原”），MnO2的作用是除去正极上的产物，本身生成Mn2O3，该反应的化学方程式是
。
⑵锌皮和碳棒的回收：
用钳子和剪子剪开回收的干电池的锌筒，将锌皮和碳棒取出，刷洗干净，将电池内的黑色粉末移入小烧杯中。
⑶氯化铵、氯化锌的提取、检验
①向小烧杯中加入一定量的热蒸馏水，充分搅拌，，所得晶体即为ZnCl2、NH4Cl。
②设计简单的实验证明所得晶体中含有NH4+和Zn2+，并填写下列实验报告。
实验步骤
实验现象
实验结论
有关离子方程式
第一步：
取少量晶体溶于蒸馏水配成溶液
第二步：
说明有NH4+
第三步：
取少许溶液，加适量氨水，将悬浊液分成两份，一份加稀HCl，一份加足量NaOH溶液。
先生成白色沉淀，后沉淀都溶解
说明有Zn2+
有同学提出第三步Zn2+的检验所得结论不可靠，其原因是
3．某兴趣小组为了验证某种铅的氧化物（PbxOy）中含有氧元素并测定其化学式，设计了如下两套实验方案：
[已知：
Pb4+比Pb2+氧化性更强]
按实验方案，填写下列空白：
方案一：
按上图连接好装置（B中已盛有适量水），检查装置的气密性。
简述检查A装置气密性的方法
在A中硬质玻璃管内装入该铅的氧化物和炭粉混合物，B中洗气瓶内装入足量澄清石灰水。
依次点燃A、C两处酒精灯。
若PbxOy中含有氧元素，则加热一段时间后，B中可能观察到的实验现象是：
写出A中铅的氧化物和炭粉发生反应的化学方程式（只要求写一个）
。
实验结束时，先熄灭C处酒精灯，再取出B中导管，最后熄灭A处酒精灯。
如果操作顺序相反，可能会出现什么现象？
方案二：
将B、C改为如下图所示的装置，在A中硬质玻璃管内放入
6.85gPbxOy粉末，（装置气密性良好）。
打开活塞K，通入H2，排尽装置内的空气后，点燃A处酒精灯，
进行反应。
C装置的作用是：
。
待A中反应完全后，停止加热，仍要继续通入H2一段时间，
其目的是：
卸下装置B，称量，发现增重0.72g，则该铅的氧化物化学式为：
。
4．饱和氯水与石灰石的反应是制取较浓HClO溶液的方法之一。
2005年的《化学教育》报道了如下实验研究：
实验一、定性研究：
①在试管中加入过量的块状碳酸钙，再加入约20mL饱和氯水，充分反应，有少量气泡产生，溶液浅黄绿色褪去；
②过滤，将滤液滴在有色布条上，发现其比氯水的漂白性更强；
③为了确定反应产物，将滤液分为三份，分别进行以下实验：
第一份与石灰水混合，立即产生大量白色沉淀；
第二份与稀盐酸混合，立即产生大量无色气体；
将第三份加热，看到溶液变浑浊且有大量无色气体产生。
经检测，上述实验中产生的无色气体均为CO2。
请回答：
（1）试解释可以在饱和氯水中加入石灰石制备HClO的原因
（2）写出步骤③中第一份及第二份滤液发生反应的离子方程式：
第一份：
。
第二份：
。
（3）试根据所学知识推测，在②的滤液中含有的溶质，除了溶解的极少量氯气外，还含有的其它溶质为（写化学式）。
实验二、定量研究：
在圆底烧瓶底部，有一用塑料网包住的过量块状碳酸钙和150mL饱和氯水，按如图所示装置实验，待不再产生气泡后，将塑料网中剩余的石灰石提出液面，密封后再加热、煮沸烧瓶中的液体，直到量筒中的气体不再增加。
请回答：
（4）为减少用装置Ⅲ收集气体过程中CO2因溶解而造成的损失，且水槽中仍然为水，请你对装置Ⅲ进行改进，最简单的方法是
（5）用改进后的装置进行上述实验，测得塑料网内的碳酸钙质量减少Ag，总共收集到标准状况下的CO2气体BL，发现
明显小于
。
若不考虑实验操作和CO2的溶解等因素造成的误差，从化学反应原理来看，导致这一大小关系的原因是
____________
（6）实验后发现，装置Ⅱ中的液体增多了，其原因是________________
________________。
第5讲化学实验方案设计与评价
例1取等质量的三种样品，分别在空气中灼烧。
灼烧后质量不变且无现象的是CuO；质量不变但有刺激性气味气体产生的是Cu2S；质量减轻且有刺激性气味气体产生的是CuS。
例2探究氧化铁、氧化铜、氧化铬对氯酸钾受热分解反应的催化作用，或二氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化铬催化能力的比较。
大试管、酒精灯、计时器（或秒表）；
（1）普通漏斗；烧杯
（2）40.8（3）Cl2；湿润的碘化钾淀粉试纸；KClO3与Cr2O3发生了氧化还原反应
氧化铁、氧化铜、二氧化锰等都可作为KClO3受热分解的催化剂或氧化铁的催化能力和二氧化锰的催化能力较好。
例3
（1）铜、锌及浓盐酸一起组成了原电池，加快了反应速率
（2）①没有道理，因为氢气本身难溶于水
②
将铜片加入稀硫酸中，并微热
若无气体放出，则不含锌等活泼金属杂质；若有气体则有锌等杂质
（3）
戊
预计验证方法
预测的现象与结论
白色沉淀是氯化亚铜
白色沉淀加入稀盐酸中，通入氧气
溶液变蓝色，说明是一价铜
向氯化亚铜悬浊液中加入氯化钾浓溶液
若白色沉淀消失且得无色溶液，则原白色沉淀为氯化亚铜，否则不是。
（4）2Cu+8HCl=2H3[CuCl4]+H2↑（或：
2Cu+4HCl=2H[CuCl2]+H2↑；
2Cu+6HCl=2H2[CuCl3]+H2↑）；
[CuCl4]3－（aq）
CuCl（s）+3Cl－（aq）
或：
[CuCl2]－（aq）
CuCl（s）+Cl－（aq）；
[CuCl3]3－（aq）
CuCl（s）+2Cl－（aq）]
（5）用变量控制法探讨铜与盐酸发生反应生成氢气和白色沉淀，盐酸的适宜浓度（其它合理答案均给分）
例4【实验设计】
方法一：
B；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、FeSO4+2NaOH=Fe（OH）2↓+Na2SO4、
H2SO4+2NaOH=Na2SO4＋2H2O中和反应方程式不写不扣分
方法二：
⑦、⑨或⑦、⑧、②。
【探究思考】
（1）由于Fe（OH）2部分被氧化，混入少量的Fe（OH）3。
FeO·Fe2O3·4H2O。
（2）打开，发生，Fe（OH）2·nH2O=Fe（OH）2+nH2O。
（3）向Fe2+和Fe3+的混合液中加入NaOH溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色（或者可以将Fe（OH）3和Fe（OH）2混合后观察其颜色。
）（合理答案均给分）
课堂练习
1、
（1）气球变大;CO2与NaOH反应,使试管内压强减小.
（2）上述四种装置只能说明CO2减少（也可能是CO2溶解于水所致）,并不能说明CO2一定和NaOH反应.
（3）取上述实验后的液体,滴加CaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明原实验中生成了CO32-,即CO2和NaOH混合后产生的新物质,发生了化学反应.
2、
（1）还原2MnO2+H2===Mn2O3+H2O
（3）①趁热过滤，将滤液冷却（再过滤）
②第二步：
取少许溶液，加NaOH加热，在试管口附近放湿润红色石蕊试纸试纸变蓝NH4＋+OH—
NH3↑+H2O
Al（OH）3也具有两性，无法判断原溶液中是Zn2+还是Al3+
3、方案一：
关闭活塞K，用手捂住A中硬质玻璃管，B中长导管管口有气泡冒出；移开双手后，B中长导管内有一段高出液面的水柱，一段时间不下降，说明气密性良好。
（其它方法只要合理可行，也给分）
有气泡产生，石灰水变浑浊（或有气泡产生，石灰水可能变浑浊，也可能不变浑浊）
PbxOy+xC
xPb+YCO或PbxOy+yC
2xPb+yCO2
B中液体倒吸进入A中
方案二：
防止空气中的H2O进入B装置
将A中H2O蒸气全部赶入B中
Pb3O4
4、
（1）在饱和氯水中存在如下平衡：
Cl2+H2O
HClO+HCl，加入过量的CaCO3与溶液中的HCl发生反应，使盐酸的浓度减小，平衡向正反应方向移动，最终生成HClO
（2）
（3）HClO、Ca（HCO3）2、CaCl2
（4）在导管末端再连接长导管,使导管的出口接近量筒底部
（5）碳酸钙与氯水反应生成的Ca（HC03）2再受热时,除生成CO2外,还生成了CaC03
（6）从圆底烧瓶蒸出的水蒸气在广口瓶中冷凝、聚集
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