定性实验设计与评价

定性实验设计与评价1方法点拨定性检验实验设计是用来判定实验对象具有哪些性质、某种因素是否存在、某个因素是否起作用、某些因素之间是否具有某种关系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具有怎样的内部结构等所进行的实验。它主要解决“有没有”、“是不是”的问题。所有影响正确判定或干扰判定的因素均被视为干扰因素。定性检验实验设计主要分为以下两种情形：①性质探索性实验的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。②性质验证性实验的设计：主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。性质实验方案的基本流程为：研究物质结构→预测可能性质→设计实验方案（方法、步骤、仪器、药品、操作要点、现象及分析、结论等）→实施实验→结论。性质实验方案设计的基本思路如下：典型例题类型一、性质验证性实验1．为验证卤素单质氧化性的相对较弱，某小组用下图装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）实验过程：Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。Ⅱ．当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。Ⅲ．当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。Ⅳ．……（1）A中产生黄绿色气体，其电子式是__________________。（2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是________________。（3）B中溶液发生反应的离子方程式是________________。（4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是________________。（5）过程Ⅲ实验的目的是________________。（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下____________，得电子能力逐渐减弱。答案与解析举一反三【思路点拨】B中溶液由黄色变为棕红色时，即溴水由稀变浓，这说明过程Ⅱ中当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹，此时B和C中均无氯气。【答案】（1）（2）淀粉KI试纸变蓝（3）Cl2+2Br-=Br2+2Cl-（4）打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡。静置后CCl4层溶液变为紫红色。（5）确认C的黄色溶液中无Cl2，排除Cl2对溴置换碘实验的干扰。（6）原子半径逐渐增大【解析】（1）.A中产生的黄绿色气体为氯气。（2）.氯气遇淀粉KI试纸时，生成的I2遇淀粉变蓝，可以证明氯气的氧化性强于碘单质。（3）.B中氯气和溴化钠发生置换反应，离子方程式为：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-。（4）.C中溴化钠和氯气反应生成氯化钠和溴单质，将C中的溶液滴入D中，发生反应：Br2+2I-=I2+2Br-,此时D中溶液分层，下层为碘的四氯化碳溶液，呈紫红色，说明溴的氧化性强于碘。（5）.过程Ⅲ主要为了确认C的黄色溶液中无氯气，排除对溴置换碘的干扰。（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因是同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱【总结升华】本题考查化学实验的设计和分析。要证明溴单质的氧化性强于碘单质，必须要控制氯气的量，排除氯气的干扰。【变式1】如图装置可用于收集气体并验证其某些化学性质，你认为正确的是选项气体试剂现象结论A．NH3酚酞溶液溶液变红色NH3显碱性B．NO2KI淀粉溶液溶液变蓝NO2有氧化性C．X澄清石灰水溶液变浑浊X是CO2D．Cl2紫色石蕊试液溶液先变红后褪色Cl2有酸性和漂白性答案与解析【答案】B【解析】要从收集气体并验证其某些化学性质两方面考虑。A项，氨气收集方法不对；B项，NO2中的N为+4价，有较强氧化性，可将I-氧化为I2；C项，X也可是SO2；D项，Cl2和H2O反应生成的HCl和HClO各有酸性和漂白性。2．用图示装置制备NO并验证其还原性。有下列主要操作：a．向广口瓶内注入足量热NaOH溶液，将盛有铜片的小烧杯放入瓶中。b．关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好胶塞。c．待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向烧杯中滴入少量稀硝酸。①步骤c后还缺少的一步主要________________。②红磷充分燃烧的产物与NaOH溶液反应的离子方程式是____________。③步骤c滴入稀硝酸后烧杯中的现象是_______。反应的离子方程式是_________。答案与解析举一反三【思路点拨】点燃红磷是为了耗尽瓶中的氧气，从而使铜和稀硝酸反应生成无色的NO气体。【答案】①打开止水夹，通入少量氧气。②P2O5+6OH-=2PO43-+3H2O。③铜片逐渐溶解，有无色气泡产生，溶液由无色变成蓝色。3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O【解析】通过实验验证NO的还原性，要求书写与NaOH溶液反应反应的离子方程式（比较陌生），描述铜与稀硝酸反应的现象并书写离子方程式，补充实验步骤，只要搞清楚了实验目的，本步骤并不难。【总结升华】用NaOH溶液吸收红磷充分燃烧的产生白烟（即P2O5），从而观察到红棕色的气体，故发生了反应2NO+O2=2NO2，验证了NO的还原性，达到了实验目的。变式1】下述实验能达到预期目的的是（）编号实验内容实验目的A将SO2通入酸性KMnO4溶液中证明SO2具有漂白性B将F2通入NaBr溶液中比较氟与溴的氧化性强弱C将铜与浓硝酸反应生成的气体收集后用冰水混合物冷却降温研究温度对化学平衡的影响D分别向2支试管中加入相同体积不同浓度的H2O2溶液，再向其中1支加入少量MnO2研究催化剂对H2O2分解速率的影响答案与解析【答案】C【解析】A项，证明SO2具有还原性；B项，将F2通入NaBr溶液中，极易与水反应得不到单质溴；D项，研究催化剂对H2O2分解速率,须满足双氧水的浓度相同。【变式2】学习小组设计了如下图实验（部分装置），将氯气依次通过下列装置以验证氯气的性质：（1）通入氯气后，A中的现象是________________________________。C装置中发生反应的离子方程式为:________________________________________________。（2）通入氯气一段时间后，洗气瓶B溶液中有一部分SO32－氧化成SO42－。设计试验方案，检验洗气瓶B溶液中Cl－和SO42－的存在。在答题卡上补充填写出实验步骤、预期现象和结论。(可填满也可不填满)限选试剂及仪器：2mol/LHCl、2mol/LHNO3、1mol/LBaCl2溶液、lmol/LBa(NO3)2溶液、0.1mol/LAgNO3溶液、澄清石灰水、试管、胶头滴管。实验步骤预期现象和结论步骤1：取适量洗气瓶B中溶液于试管A中，滴加__________________________________。若产生的白色沉淀，则洗气瓶B溶液中存在SO42－。步骤2：另取适量洗气瓶B中溶液于试管B中，滴加________________________________。产生白色沉淀。步骤3：取步骤2后试管B中的上层清液于试管C中，滴加________________________________。(3)为准确测定通入氯气一段时间后剩余FeCl2的物质的量。实验如下：①配制250mL溶液：取洗气瓶C中全部溶液准确配制250mL溶液。②滴定：准确量取25.00ml所配溶液于锥形瓶中，将0.1980mol/LKMnO4溶液装入________________，滴定至终点，记录数据。重复滴定2次。平均消耗KMnO4溶液VmL。(反应式：Fe2++MnO4－+H+—Fe3++Mn2++H2O，未配平)③计算250mL溶液中FeCl2的物质的量=__________________mol（只列出算式，不做运算）。答案与解析【答案】（1）溶液变蓝色，2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－（2）实验步骤预期现象和结论步骤1：取适量洗气瓶B中溶液于试管A中，滴加过量2mol/LHCl和1mol/LBaCl2溶液，振荡。若产生的白色沉淀，则洗气瓶B溶液中存在SO42－。步骤2：另取适量洗气瓶B中溶液于试管B中，滴加入过量lmol/LBa(NO3)2溶液，振荡，静置。产生白色沉淀。步骤3：取步骤2后试管B中的上层清液于试管C中，滴加0.1mol/LAgNO3溶液和过量的2mol/LHNO3，振荡。若产生白色沉淀，则洗气瓶B溶液中存在Cl－。（若在步骤2中：先加足量2mol/LHNO3，再滴加入过量lmol/LBa(NO3)2溶液，）振荡，静置。则在步骤3中就不需要再加入过量的2mol/LHNO3。）（3）②酸式滴定管③×0.1980×V×10-3×5或10×0.1980×V×10-3×5类型二、性质探索性实验3．某化学兴趣小组为探究SO2的性质，按下图所示装置进行实验。请到答下列问题：（1）装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是________________；（2）实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是________________、________________，这些现象分别说明SO2具有的性质是______________和______________；装置B中发生反应的离子方程式为______________；（3）装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象________________；（4）尾气可采用________________溶液吸收。答案与解析举一反三【思路点拨】装置A是实验室制取SO2的发生装置，其中发生反应的化学方程式为：Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2+H2O↑【答案】(1)蒸馏烧瓶(2)溶液由紫红色变为无色，无色溶液出现黄色浑浊还原性和氧化性5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42-+5Mn2++4H+(3)品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色(4)NaOH【解析】(1)A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是蒸馏烧瓶。(2)A中反应生成的SO2在B中会使KMnO4溶液由紫红色变为无色，装置B中发生反应的离子方程式为5SO2+2MnO4+2H2O==2SO42+5Mn2++4H+，这说明SO2具有还原性；装置C中生成硫单质，现象为无色溶液出现黄色浑浊，说明SO2又具有氧化性。(3)SO2还具有漂白性，可使品红溶液褪色，但SO2的漂白是不稳定的，物质受热会恢复原来的颜色，表现为可逆性。装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象：品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色。(4)尾气为SO2酸性气体，可用NaOH溶液吸收。【总结升华】该题为综合实验题，主要考查的是SO2的性质及其实验操作，是一个常规的实验题，源于课本，主要考查了学生的分析能力、观察能力及文字表述能力等。该题既具有基础知识的考查，又具有能力提升的考查。变式1】SO2是造成空气污染及酸雨的有害气体，研究SO2的性质可使其变废为宝。(1)某小组设计了如下所示的实验装置（图中夹持和加热装置略去）。①若关闭K，通入SO2，装置A中发生的现象是________________；当装置B中溶液颜色逐渐褪去时，其内发生反应的离子方程式为________________，此时装置C、D、E、F、G中均没有明显反应现象发生。②若对装置E加热并通入SO2，同时打开K通入O2，装置F中产生白色浑浊，证明装置E中发生的反应（化学方程式表示）：________________；装置G的作用是________________。③反应结束后，若向试管C溶液中，加入足量下列溶液也可产生白色沉淀的是________________。A．氨水B．稀盐酸C．硝酸钾溶液(2)根据原电池原理，设计了右图所示装置，电极为含某催化剂、多孔吸附性的惰性材料，在用SO2发电的同时实现了硫酸制备。通入SO2的一极发生的反应：________________；电池发生的总反应：________________。答案与解析【答案】（1）①红色逐渐褪去；SO2+I2+2H2O=4H＋+2I－+SO42－。②