版高考化学一轮复习教案第38讲 化学实验方案的设计与评价文档格式.docx
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[考向精练提考能]
考向一 验证物质性质的实验方案设计
物质―→性质推测―→实验验证―→结论。
图示如下：
1．（2016·
全国高考卷Ⅰ）氮的氧化物（NOx）是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。
某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。
回答下列问题：
（1）氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________（按气流方向，用小写字母表示）。
（2）氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2（两端用夹子K1、K2夹好）。
在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中________________
②反应的化学方程式______________
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③________
④__________
详细分析：
（1）①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液加热制气装置。
如果选择A装置制取氨气，则反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca（OH）2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；
如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·
H2O
NH3↑＋H2O。
②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰做干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接d后接c；
其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接f再接e；
最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接i。
（2）由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”，结合实验条件可知反应为8NH3＋6NO2
7N2＋12H2O，NO2为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。
反应后气体分子数减少，Y管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。
答案：
（1）①A 2NH4Cl＋Ca（OH）2
2NH3↑＋CaCl2＋2H2O（或B NH3·
NH3↑＋H2O） ②dcfei
（2）①红棕色气体慢慢变浅
②8NH3＋6NO2
7N2＋12H2O
③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压
考向二 探究物质性质的实验方案设计
2．（2015·
全国高考课标卷Ⅰ）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。
草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。
草酸晶体（H2C2O4·
2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。
（1）甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。
装置C中可观察到的现象是____________________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。
装置B的主要作用是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置（可以重复选用）进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。
装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________
（3）设计实验证明：
①草酸的酸性比碳酸的强：
_____________________________________________
②草酸为二元酸：
____________________________________________________
（1）结合题给装置中装的药品知，草酸晶体的分解产物中有二氧化碳气体，所以装置C中观察到有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊。
通入澄清石灰水前，气体进行了冷却，由题中信息知，草酸钙难溶于水，若气体不冷却，则挥发出的草酸蒸气也会进入装置C，与澄清石灰水反应生成沉淀，会干扰CO2的检验。
（2）由题给实验仪器和药品知，CO应与装置H中固体反应，可推测装置H中固体为CuO，CO还原氧化铜生成Cu和CO2气体，然后把CO2通入到D中，结合装置H和装置D中的现象可判断草酸晶体的分解产物中是否含有CO。
检验CO之前应先除去CO中混有的CO2，连接顺序为A、B、F、D、G、H、D、I。
（3）①向盛有碳酸氢钠的试管中加入草酸溶液，若有气泡产生，则证明草酸的酸性强于碳酸。
②证明草酸为二元酸可以用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍。
（1）有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝（水蒸气、草酸等），防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
（2）①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
（3）①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
3．某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·
L－1的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀。
为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：
假设一：
溶液中的NO
假设二：
溶液中溶解的O2
（1）验证假设一
该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。
实验步骤
结论
实验1：
在盛有不含O2的25mL0.1mol·
L－1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
假设一成立
实验2：
L－1Ba（NO3）2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入SO2体积的变化曲线如下图。
实验1中溶液pH变小的原因是_________________________________________
________________________________________________________________________；
V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）________________________________________________________________________。
（3）验证假设二
请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。
实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：
（4）若假设二成立，请预测：
在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反应后两溶液的pH前者________（填“大于”或“小于”）后者，理由是________________。
（1）无明显现象 有白色沉淀
（2）SO2溶于水生成H2SO3 3SO2＋2NO
＋2H2O===3SO
＋4H＋＋2NO↑（或3H2SO3＋2NO
===3SO
＋4H＋＋2NO↑＋H2O）
（3）实验1：
作为参照实验
实验3：
将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25mL0.1mol·
L－1BaCl2溶液中
若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立
（4）小于 反应的离子方程式表明，足量的O2和NO
分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者（本题部分小题属于开放性试题，合理答案均可）
考向三 探究“原理型”实验方案的设计
控制变量法：
物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。
常涉及的题型有：
（1）外因（浓度、温度、压强等）对化学反应速率、化学平衡的影响；
（2）物质性质的递变规律。
4．
（1）实验一：
探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。
①设计实验方案如下表，表中c＝________________mol·
L－1。
编号
酸的种类
酸的浓度/（mol·
L－1）
酸的体积/mL
镁条质量/g
1
醋酸
1.0
10
2.0
2
盐酸
c
②实验步骤：
a）检查装置（图甲）的气密性后，添加药品；
b）反应开始后，___________________________________________________；
c）将所记录的数据转化为曲线图（图乙）。
③写出0～5min醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律：
________________
（2）实验二：
现有一瓶醋酸溶液，常温下测定其中醋酸的电离程度（已电离的电解质分子数占原来总分子数的百分比）。
设计实验方案，将待测物理量和对应的测定方法填写在下表中。
待测物理量
测定方法
①________
量取25.00mL醋酸溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将0.1000mol·
L－1NaOH标准溶液装入________，滴定至终点，记录数据，重复滴定2次
②________
（1）①1.0 ②每隔1min记录一次生成H2的体积 ③醋酸与镁条反应的速率随时间变化不明显；
盐酸与镁条反应开始阶段反应速率很快，一段时间后反应速率明显减小
（2）
醋酸溶液的物质的量浓度
碱式滴定管
H＋的物质的量浓度
取适量醋酸溶液于烧杯中，用pH计测定溶液pH
考点二|化学实验方案的评价（重点保分型——师生共研）
对应学生用书第186页
对几个实验方案进行评价，主要是看是否正确、严密、准确、可行。
另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。
1．可行性方面
（1）分析实验方案是否科学可行；
（2）实验操作是否安全合理；
（3）实验步骤是否简单方便；
（4）实验效果是否明显。
2．绿色化学方面
（1）实验过程中是否造成环境污染；
（2）原料是否无毒、安全、易得；
（3）原料利用率及反应速率是否较高。
3．从安全性方面对实验方案做出评价
化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：
（1）净化、吸收气体，当熄灭酒精灯及左边有挥发性液体加热，气压不恒定时（如乙酸乙酯的制备）要防止液体倒吸；
（2）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等）；
（3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等）；
（4）污染性的气体要进行尾气处理；
有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；
（5）防吸水（如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）。
4．从规范性方面
（1）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）；
（2）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；
（3）仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；
（4）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。
6．从评价的主要针对点来看，实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。
（1）实验装置的评价
对比各方案装置，从装置的合理性、操作的简便可行等方面进行全面分析，优选最佳装置。
（2）实验原理的评价
紧扣实验目的，对各方案的原理综合考虑，从原理是否科学正确、是否节省原料、涉及的操作是否简便易行、是否误差较小等方面进行全面分析，设计或优选出最佳方案。
考向一 制备实验方案的评价
1．从实验方案可行性角度评价
只有合理且切实可行的实验方案才有意义。
可行性是方案的第一要素，评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析：
理论上要科学合理；
操作上要简单可行。
2．从经济效益角度评价
评价一种实验方案，不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。
3．从环保角度评价
防止污染的根本途径在于控制“三废”的排放，在对实验方案进行评价时，不可忽视环境保护的重要性。
4．从“安全性”方面对实验方案做出评价
化学实验安全通常要考虑气密性检查、气体纯度检验、加热的顺序、防倒吸、有毒气体的吸收处理等问题。
1．硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。
铜不能与稀硫酸直接反应，某化学兴趣小组将适量浓硝酸分多次加入铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体（装置如图1、2所示）。
（1）图1烧瓶中发生反应的离子方程式为_____________________________________。
（2）图2是图1的改进装置，其优点有：
①________________；
②________________。
（3）为符合绿色化学的要求，该小组进行如下设计：
方案1：
以空气为氧化剂。
将铜粉在仪器B中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应。
方案2：
将空气或氧气直接通入铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。
向混合物中加FeSO4溶液或Fe2（SO4）3溶液，即发生反应。
反应完全后向其中加物质甲调节pH至3～4，产生Fe（OH）3沉淀，过滤、蒸发、结晶，滤渣做催化剂循环使用。
[已知Fe（OH）3和Cu（OH）2完全沉淀时的pH分别为3.7、6.4]
请回答下列问题：
①方案1中仪器B的名称是________。
②方案2中物质甲是________（填字母）。
a．CaO b．CuCO3 c．CaCO3
以加入FeSO4为例，用离子方程式解释反应发生的原因：
________________________________________________________________________
方案3：
将3.2g铜丝放入45mL1.5mol/L的稀硫酸中，控温在50℃。
加入18mL10%的H2O2溶液，反应0.5小时后，升温到60℃，持续反应1小时后，过滤、蒸发、结晶、减压抽滤后，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得10.06gCuSO4·
5H2O。
③上述三种方案中，更符合绿色化学理念的是________（填“方案1”“方案2”或“方案3”），理由是________________________________________________________________
（1）铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，随着反应进行，浓硝酸变成稀硝酸，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NO
Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8H＋＋2NO
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
（2）反应中会产生NO，由于NO与NaOH溶液不反应，故应向氢氧化钠溶液中通入空气（或氧气），装置2中在尾气吸收装置之前连接集气瓶，通入氧气有利于氮氧化合物的完全吸收，同时起安全瓶作用，防止倒吸。
（3）①高温灼烧固体应在坩埚中进行，方案1将铜粉在坩埚中反复灼烧。
②由于溶液酸性较强，欲使Fe3＋沉淀，需加入某种试剂减小H＋浓度，但又不能引入新杂质。
CaO能减小H＋浓度，但引入钙离子，a项错误；
CuCO3能减小H＋浓度，过量的CuCO3可以过滤除去，不引入新杂质，b项正确；
CaCO3引入钙离子，c项错误。
③上述三种方案中，更符合绿色化学理念的是方案3，理由是方案1需要灼烧，消耗能源多；
方案2所得产品中含有杂质；
方案3几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高。
（1）Cu＋4H＋＋2NO
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
（2）①防止倒吸 ②有害气体能被完全吸收
（3）①坩埚 ②b 4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ ③方案3 方案1需要灼烧，消耗能源多；
方案3几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高
考向二 探究实验方案的评价
1．对实验用品选择的评价
包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。
仪器的选择包括发生装置（几种基本类型）、净化装置（除杂质的试剂与顺序）、反应装置、收集装置、尾气处理装置等的选择；
药品的选择包括种类、浓度、物质状态等的选择；
连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接方式等的选择。
2．对不同实验方案的评价
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。
要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
3．最佳方案的选用
几个实验方案都能达到目的，应分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。
所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、原料利用率高、现象明显、无干扰物质以及无污染等。
2．（2016·
全国高考卷Ⅱ）下列实验操作能达到实验目的的是（ ）
实验目的
实验操作
A.
制备Fe（OH）3胶体
将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中
B.
由MgCl2溶液制备无水MgCl2
将MgCl2溶液加热蒸干
C.
除去Cu粉中混有的CuO
加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥
D.
比较水与乙醇中氢的活泼性
分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中
A项中，制备Fe（OH）3胶体，应把饱和FeCl3溶液逐滴加入到沸水中，继续煮沸至溶液呈红褐色，反应为FeCl3＋3H2O
Fe（OH）3（胶体）＋3HCl。
B项中，由MgCl2溶液制备无水MgCl2应在HCl气流中加热，防止MgCl2发生水解反应。
C项中，Cu粉能和稀HNO3反应：
3Cu＋8HNO3===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，应加入稀硫酸（或稀盐酸）溶解，过滤、洗涤、干燥。
D项中，由于H2O中的H比乙醇中的H易电离，所以Na与H2O反应比Na与乙醇反应剧烈得多，可以用与Na的反应来比较水和乙醇中氢的活泼性。
D
3．（2017·
辽宁沈阳八校联考）已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸钠。
Ⅰ.甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。
方案一：
取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。
方案二：
取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。
请你对两方案做出评价：
________（填“合理”或“不合理”），理由是_________________________
________（填“合理”或“不合理”），理由是________________________
Ⅱ.乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0mol·
L－1Na2SO3溶液的实际浓度。
（1）分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？
________（填字母）。
a．浓硝酸 B．65%硫酸 c．浓盐酸
（2）实验前后测得C装置增重3.2g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为________。
（3）该实验装置还存在一个明显的缺陷是_____________________________________
Ⅰ.加入稀盐酸有气泡生成，证明溶液中含有亚硫酸钠，Na2SO3溶液可能没有变质，也可能部分变质。
亚硫酸钠、硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀，故亚硫酸钠溶液未变质、部分变质、全部变质时的现象相同，都会生成白色沉淀。
Ⅱ.制备二氧化硫气体选用硫酸。
C装置
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