第03讲 实验方案的设计与评价

第03讲实验方案的设计与评价知识梳理基础练习能力提升知识梳理一、装置的选择1、制气装置的选择根据反应物的状态、水溶性和反应条件确定制气装置的类型。①固体加热----O2、NH3等注意事项：（1）试管口应略向下倾斜（2）试管夹夹在试管的中上部;（3）药品应平铺于试管底部（4）导管不宜伸入试管过长（5）实验开始时先检验装置的气密性（6）加热时，先预热且应用外焰加热（一）化学实验②固体+液体不加热---H2、CO2、SO2、C2H2、NO2③固体（液体）+液体加热----Cl2、CH2=CH2、NO、CO注意事项：（1）检验装置的气密性（2）加热易暴沸的混合物时要加沸石，防暴沸（3）制乙烯时浓硫酸与乙醇可先混合，故不必用分液漏斗，换成温度计控制反应温度返回2、反应装置的选择①气+液②气+固③气+固④固+液（液+液）⑤固+固（用洗气瓶）（用干燥管或U型管）（用硬质玻璃管）（用烧瓶）（用试管）△△△返回3、除杂、干燥装置的选择主要有洗气瓶、干燥管和U型管等。→→洗气瓶（长进短出）→→干燥管（大口进气，小口出气）返回4、冷凝装置的选择连接冷凝水的冷凝管、放置在冷水中的U型管及连接单孔塞的长玻璃导管等。冷凝管（下口进水，上口出水）长玻璃导管返回5、集气装置的选择集气瓶、烧瓶、试管、洗气瓶等。（1）若气体由B进A出，可收集哪些气体?其收集原理如何?（2）若气体由A进B出，可收集哪些气体?其收集原理如何?（3）若将该瓶倒置收集气体，其结果与（1）和（2）的关系如何?（4）该装置用作排水法收集气体时气体流向如何?（5）若将瓶内装满液体与量器配合欲作量气装置，气体流向如何?气体应具备什么性质？思考:返回6、量气装置的选择常见的量气装置返回二、装置连接顺序1、实验装置的连接排列，一般应遵循：在连接导管时:a对制气装置、洗气瓶的进气管应“长进短出”；b干燥管应大口方向进气，小口出气；气水c量气装置的导管应“短进长出”；d有易挥发液体反应或生成时，要设计冷凝回流装置。气体发生装置除杂干燥主要实验尾气的处理等程序。气返回2、装配仪器时：从下向上；从左往右加入试剂时：先固后液；实验开始时：先查仪器的气密性，再加药品，后点酒精灯；有些实验为防倒吸，往往最后停止加热或最后停止通气；有些实验为防氧化往往最后停止通气。3、仪器拆卸的一般过程：“从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。返回三、操作顺序一般包括：仪器连接查气密性装药品防倒吸防氧化措施仪器拆卸等。四、气体的净化原则：一要分析杂质气体的性质；二要分析被净化气的性质；一般说，先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除水蒸气。酸性物质碱性气体吸收碱性物质酸性气体吸收返回五、干燥装置：酸、碱性据气体的氧化、还原性干燥剂选择干燥剂状态选择干燥装置气体的干燥原则：气体的酸碱性干燥剂的酸碱性保持一致①酸性干燥剂（如：浓硫酸、P2O5，硅胶等）不能用来干燥碱性气体；②碱性干燥剂(如碱石灰、生石灰、固体NaOH等)不能用来干燥酸性气体和Cl2。③有氧化性的干燥剂（如浓硫酸）不能干燥有还原性气体（如H2S、HI等）。返回1、燃烧法如CH4、C2H4、C2H2、H2、CO等。2、碱液反应法如Cl2、H2S、CO2、SO2、NO2、NO等。3、水溶解法如HCl、NH3等。六、尾气处理返回知识梳理（二）化学实验方案设计与评价化学实验方案设计思路建立有代表性的语言表达模式：例如：“操作现象结论”“假设验证归纳”“过滤、洗涤、干燥”“蒸发、浓缩、冷却、结晶”返回1、（08年广东理基·32）用石灰石、小苏打、淀粉和食醋等不能完成的实验是A．碘盐中碘的检验B．暖瓶中水垢的除去C．食盐与纯碱的鉴别D．鸡蛋壳主要成分的检验基础练习解析：A．碘盐中碘以碘酸根IO3-的形式存在而非碘单质，不能够与淀粉变蓝；B．水垢的成分一般为CaCO3，MgCO3（与硬水有关），可用食醋中的酸与其反应除去；C．纯碱是Na2CO3，可与食醋中的酸反应产生气体（CO2）而与食盐鉴别开；D．鸡蛋壳主要成份为CaCO3，可与食醋中的酸反应产生气体。答案：A2、从绿色化学的理念出发，下列实验不宜用图7所示装置进行的是A．不同浓度的硝酸与铜的反应B．稀硫酸与纯碱或小苏打反应C．铝与氢氧化钠溶液或稀盐酸反应D．H2O2在不同催化剂作用下分解解析：A中无论用高浓度或者低浓度的硝酸和铜反应都会生成氮氧化物这一空气污染物，不符合绿色化学的思想。答案：A3、下列实验不能达到目的的是A．往酸性KMnO4溶液中通入乙烯验证乙烯的还原性B．加热氯化铵与氢氧化钙固体混合物制取氨气C．用二氧化锰和稀盐酸反应制取氯气D．用四氯化碳萃取碘水中的碘解析：本题考查了常见气体的实验室制法，物质的检验、提纯等化学实验的基本实验法。做这样的提题要仔细分析答案。A项乙烯分子结构中含有碳碳双键，具有还原性，能使酸性KMn04溶液退色能达到实验目的。B项是实验室置取氨气的方法，强调使用的固体要干燥氨气极易溶于水，实验可行。C项实验室置取氯气用的是浓盐酸，且加热，稀盐酸与二氧化锰不反应，实验达不到目的，选C项。D项考查萃取这一物质分离操作，四氯化碳与水不互溶，且密度大于水，碘在水中的溶解度小，易溶于四氯化碳，实验可行。答案：C4、下列装置或操作能达到实验目的的是解析：Ａ中收集氨气装置无棉花，（棉花的目的是防止气体对流，在计短的时间内收集满氨气）；B中右边烧杯中电解质溶液应收硫酸铜，C是实验中常见检查气密性的装置，C对；收集比空气重的气体应该是长进短出故D错。答案：C5、（09年天津理综·3）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，再加入稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO42-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溶液解析：A项，乙醇不可以作为萃取剂，错；B项，石蕊变蓝，则肯定为碱性，正确。C项，若原溶液中含有SO32－，生成BaSO3，再加入HCl，则与溶液的NO3－结合，相当于HNO3，则可以氧化BaSO3至BaSO4，沉淀不溶解，故错；D项，加热时，FeCl3会水解，错。答案：B6、解析：此题考查了物质的提纯、化学实验基本操作、实验结果的处理等知识。1）沉淀剂A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去；2）实验室提纯粗盐的整个操作过程为：取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步；3）纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠；4）根据操作过程，碳酸后溶液中主要是NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；5）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4++OH-→NH3↑+H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故此加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；6）假设加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为m2，则加热损失的质量为：m1-m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：84（m1-m2）/31；故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为：。答案：1）Ca(OH)2或CaO；Na2CO3；2）溶解；过滤；蒸发；过滤；3）有晶体析出（或出现浑浊）；碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大；4）NH4Cl；取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；5）NH4++OH-→NH3↑+H2O；防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；6）返回能力提升1、（09年广东文基·64）图l0装置可用于收集SO2并验证其某些化学性质，下列说法正确的是解析：A项体现的是SO2的还原性；C项由于SO2与NaOH可以生成亚硫酸钠也可能生成亚硫酸氢钠或者是两者混合物，反应无明显现象，但不能说明SO2与NaOH溶液不反应。D项溶液变红后不褪色并不能说明SO2没有漂白性。SO2的漂白性是由于它溶于水生成的亚硫酸与有色物质直接结合，形成不稳定的无色化合物，退色后在一定的条件下又能恢复原来的颜色，例如SO2使品红溶液褪色。答案：B2、（2010全国卷1）29．（15分）请设计CO2在高温下与木炭反应生成CO的实验。(1)在下面方框中，A表示有长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在答题卡上的A后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置,连接胶管及尾气处理不分不必画出，需要加热的仪器下方用△标出)，按气流方向在每件仪器下方标出字母B、C……；其他可选用的仪器(数量不限)简易表示如下：【解析】（1）这里与一般的物质制备思路是一致的，思路是先制备CO2，再净化除杂，干燥，接着再与C在高温下反应制CO，再除去未反应完的CO2，我们这里只需要画装置简图即可，这是自1998年高考科研测试首次出现，至今高考终于再现了！（见答案）（2）与2009年27题相似这在今年的训练题中比较流行，如湖北省部分重点中学联考，黄冈中学模拟题等均再现了，不难学生能够作答和得分（见答案）（3）这在以前题目中出现了多次，一般学生能答对（4）此问答案很多可以点燃，看火焰看产物；也可以E后面再接个灼热CuO的玻璃管后面再接个放澄清石灰水的洗气瓶,看玻璃管和石灰水的现象；也可应直接用PdCl2溶液等【答案】（3）可以通过控制加酸的量，来控制气体产生的快慢；同时小试管中充满盐酸，可以起到液封的作用，防止反应剧烈时气体经漏斗冲出（4）点燃气体，火焰呈蓝色，再用一个内壁附着有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上，烧杯内壁的石灰水变浑浊3、（09年海南化学·16）下图表示从固体混合物中分离X的2种方案，请回答有关问题。（1）选用方案I时，X应该具有的性质是，残留物应该具有的性质是；（2）选用方案Ⅱ从某金属粉末（含有Au、Ag和Cu）中分离Au，加入的试剂是，有关反应的化学方程式为；（3）为提纯某Fe2O3样品（主要杂质有SiO2、A12O3），参照方案I和Ⅱ，请设计一种以框图形式表示的实验方案（注明物质和操作）。解析：（1）从题中给的信息可理解为升华或蒸馏，因此X的性质为加热时可升华，或易挥发。残留物必须热稳定性好，且没有挥发性。（2）金、银、铜三种金属金的活泼性最差，不能与硝酸反应，选用硝酸作为试剂，过滤即可。（3）三种氧化物中，SiO2、Al2O3都能与强碱发生反应，但Fe2O3不会反应，可以选浓NaOH溶液反应后过滤。但如果SiO2的含量大，则不宜用前面所述方法，可选用盐酸溶解，过滤后去除SiO2，再在混合液中加入过量的溶液，过滤得Fe(OH)3沉淀，洗涤后加热分解的方法。答案：（1）有挥发性（或易升华）受热不挥发，且具有较高的热稳定性（2）HNO33Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O[或Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2OAg＋2HNO3(浓)=AgNO3＋NO2↑＋2H2O]（3）4、（09年山东理综·30）孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量Fe、S1的化合物，实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3，步骤如下：解析：（1）为使Fe2+、Fe3+一块沉淀，要加氧化剂将Fe2+氧化而又不引入新杂质，选H2O2；检验Fe3+选择SCN-（2）从溶液中要析出晶体，采用冷却结晶法；过滤时要用到玻璃棒引流。（3）CaCl2溶液不能与CO2反应，加入碱能反应，但又不能引入杂质，应通入NH3（或先加入NH3·H2O）；氨气极易溶于水，要注意防倒吸，a装置广口瓶内的进气管长，容易倒吸，c装置中的倒置漏斗、d中的多空球泡可以防倒吸。答案：（1）cd（2）冷却结晶引流（3）NH3·H2Ob（4）注视凹页面的最低处与刻度线凹页面的最低处与刻度线相平酸式返回