2014届高三化学一轮复习双基课件：第10章第4节 实验方案的设计与评价(人教版)

第四节实验方案的设计与评价[考纲展示]1．根据实验试题要求设计、评价或改进实验方案。2．分析或处理实验数据，得出合理结论。3．识别典型的实验仪器装置图。教材回顾夯实双基(2012·高考重庆卷)氯离子插层镁铝水滑石[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]是一种新型离子交换材料，其在高温下完全分解为MgO、Al2O3、HCl和水蒸气。现用如图装置进行实验确定其化学式(固定装置略去)。体验高考(1)Mg2Al(OH)6Cl·xH2O热分解的化学方程式为____________________________________________________。(2)若只通过测定装置C、D的增重来确定x，则装置的连接顺序为________(按气流方向，用接口字母表示)，其中C的作用是________。装置连接后，首先要进行的操作的名称是________。(3)加热前先通N2排尽装置中的空气，称取C、D的初始质量后，再持续通入N2的作用是_____________、__________等。(4)完全分解后测得C增重3.65g、D增重9.90g，则x＝________。若取消冷却玻管B后进行实验，测定的x值将________(填“偏高”或“偏低”)。(5)上述水滑石在空气中放置时易发生反应生成[Mg2Al(OH)6Cl1－2y(CO3)y·zH2O]，该生成物能发生类似的热分解反应，现以此物质为样品，用(2)中连接的装置和试剂进行实验测定z，除测定D的增重外，至少还需测定____________________________________________________。解析：本题涉及化学反应方程式的书写、实验设计与数据处理等知识。题目情境陌生，考查内容灵活，但其考查基本点是元素及其化合物知识与实验设计的融合，旨在考查考生的实验设计与实验数据分析、处理能力。(1)根据题目信息，Mg2Al(OH)6Cl·xH2O热分解得到MgO、Al2O3、HCl、H2O(g)，根据原子守恒即可写出反应方程式。(2)装置D用于吸收Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的H2O(g)，装置C用于吸收Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的HCl。根据装置D的增重可得H2O(g)的质量，根据装置C的增重可得HCl的质量，根据HCl的物质的量可得样品的物质的量，结合H2O(g)的质量即可得出x。连接装置时应该首先用浓硫酸吸收H2O(g)，然后用NaOH溶液吸收HCl。(3)该实验是定量实验，Mg2Al(OH)6Cl·xH2O分解产生的HCl、H2O(g)要完全被C、D装置中的药品吸收，这样实验结果才准确，同时要防止装置内空气中的CO2被NaOH溶液吸收。所以实验前需通入N2赶走装置中的空气，反应后也需持续通入N2，将装置中产生的HCl、H2O(g)全部赶入装置C、D中，从而减小实验误差。停止加热后，H2O(g)、HCl被浓H2SO4、NaOH溶液吸收过程中可导致装置压力迅速减小，可能发生倒吸现象，所以反应后持续通入N2也可防止倒吸现象发生。(4)反应生成HCl3.65g(0.1mol)，生成H2O9.90g(0.55mol)，根据2molHCl～(5＋2x)molH2O可得2∶(5＋2x)＝0.1∶0.55，解得x＝3。若取消冷却玻管B，导致气体温度过高，流速快，H2O(g)可能不能被浓H2SO4完全吸收，导致所测x值偏低。(5)Mg2Al(OH)6Cl1－2x(CO3)y·zH2O分解产生的气体除HCl、H2O(g)外，还有CO2，而C装置质量增加包含CO2、HCl的质量，所以需要测定装置C的增重、D的增重及样品质量。答案：(1)2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]=====高温4MgO＋Al2O3＋2HCl↑＋(5＋2x)H2O↑(2)a­e­d­b吸收HCl气体检查气密性(3)将分解产生的气体全部带入装置C、D中完全吸收防止产生倒吸(合理答案均可)(4)3偏低(5)装置C的增重及样品质量(样品质量及样品分解后残余物质量或装置C的增重及样品分解后残余物质量)考点串讲深度剖析考点1化学实验方案的设计1．化学实验方案设计的基本要求2．化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：(1)实验名称；(2)实验目的；(3)实验原理；(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；(5)实验装置图、实验步骤和操作方法；(6)实验注意事项；(7)实验现象的记录及结果处理；(8)问题与讨论。3．化学实验方案设计的基本思路根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。4．化学实验方案设计的注意事项(1)实验操作顺序装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。(2)加热操作先后顺序的选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(3)实验中试剂或产物防止变质或损失①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水；②易挥发的液体产物要及时冷却；③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)；④注意防止倒吸的问题。(4)选用仪器及连接顺序(5)仪器药品的准确描述①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)、硫酸铜溶液、酸性高锰酸钾溶液、澄清石灰水、饱和碳酸氢钠溶液等。②仪器名称：如坩埚、研钵、100mL容量瓶。即时应用1．(2012·高考四川卷)甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比，设计了如下实验流程：制取氨气―→装有足量干燥剂的干燥管―→装有氧化铜的硬质玻管―→盛有足量浓硫酸的洗气瓶―→测定生成氮气的体积实验中，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶和气体收集装置，立即加热氧化铜。反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的铜。下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D为盛有浓硫酸的洗气瓶。甲小组测得：反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标准状况下的体积V1L。乙小组测得：洗气前装置D的质量m3g、洗气后装置D的质量m4g、生成氮气在标准状况下的体积V2L。请回答下列问题：(1)写出仪器a的名称：__________________。(2)检查A装置气密性的操作是______________________。(3)甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。实验装置实验药品制备原理甲小组A氢氧化钙、硫酸铵反应的化学方程式为①___________乙小组②______浓氨水、氢氧化钠用化学平衡原理分析氢氧化钠的作用：③_______(4)甲小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比为____________。(5)乙小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值，其原因是______________________________。为此，乙小组在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器，重新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体积，得出了合理的实验结果。该药品的名称是____________________。解析：本题考查化学实验，意在考查考生的化学实验设计和评价能力。(1)仪器a是圆底烧瓶。(2)连接导管，将导管的末端插入水中，加热试管，若导管口有气泡冒出，停止加热后，在导管中形成一段水柱，说明装置气密性良好。(3)①仿照NH4Cl与碱石灰混合加热制取氨气，即可写出相应的化学方程式：(NH4)2SO4＋Ca(OH)2=====△CaSO4＋2H2O＋2NH3↑。②装置C要求固体为块状固体，NaOH为粉末状，故不能选用C装置，选用B装置即可。③固体NaOH溶于浓氨水后，放出大量的热，促使NH3挥发，溶液中OH－浓度的增大，这两个因素都使NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－向逆反应方向即生成NH3的方向移动。(4)由反应前后氧化铜减少的质量即可求得氨气被氧化生成水的质量为98(m1—m2)g，其中氢原子的物质的量为18(m1－m2)mol；氮原子的物质的量为V122.4×2mol，则氨分子中氮、氢原子个数比为V122.4×2mol∶18(m1－m2)mol＝5V1∶7(m1－m2)。(5)可能是未参加反应的氨气与水蒸气一起被浓硫酸吸收了，导致计算出的水的质量增大，求得氢原子的物质的量增大，最终求得氨分子中氮、氢原子个数比明显比理论值小。可以选用只吸收水分而不吸收氨气的药品(如碱石灰等)及相应的装置。答案：(1)圆底烧瓶(2)连接导管，将导管插入水中；加热试管，导管口有气泡产生；停止加热，导管内有水回流并形成一段稳定的水柱(3)①(NH4)2SO4＋Ca(OH)2=====△2NH3↑＋2H2O＋CaSO4②B③氢氧化钠溶于氨水后放热、增加氢氧根浓度，使NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－向逆方向移动，加快氨气逸出(4)5V1∶7(m1－m2)(5)浓硫酸吸收了未反应的氨气，从而使计算的氢的量偏高碱石灰氢氧化钠、氧化钙等2．(2012·高考安徽卷)工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO2－3(aq)PbCO3(s)＋SO2－4(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。(1)上述反应的平衡常数表达式：K＝________。(2)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO4转化率较大，理由是___________________________________________________。(3)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：全部为PbCO3；假设二：__________________；假设三：__________________。(4)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。①定性研究：请你完成下表中内容。实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期的实验现象和结论取一定量样品充分干燥，……②定量研究：取26.7mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：___________________________________________________。解析：本题考查化学平衡、实验探究等，意在综合考查考生的思维能力。(1)因固态物质或纯液态物质的浓度为常数，故反应的平衡常数表达式为K＝cSO2－4cCO2－3。(2)使用Na2CO3溶液时PbSO4转化率高是因为同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，Na2CO3溶液中CO2－3浓度大，促使反应PbSO4(s)＋CO2－3(aq)PbCO3(s)＋SO2－4(aq)向右进行。(3)结合信息知可形成三种情况：①PbCO3、②2PbCO3·Pb(OH)2、③PbCO3与2PbCO3·Pb(OH)2。(4)①PbCO3受热分解生成PbO与CO2，Pb(OH)2受热分解产生PbO与H2O，利用无水硫酸铜检验分解后是否有H2O生成来判断假设一是否成立。②由PbCO3分解的方程式可知若固体全部为PbCO3，则26.7mg固体完全分解后可得到22.3mg固体(PbO)，结合图中数据可知假设一不成立(或因为实验最终得到的固体质量与全部为PbCO3分解所得到的固体质量相差不大，可能是实验过程中产生误差引起的，此时假设一成立