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专题二十化学实验方案的设计与评价1.实验方案的设计与评价:能根据试题要求设计、评价或改进实验方案、知道如何控制实验条件、能绘制和识别典型的实验仪器装置图。2.实验数据的分析与处理:会分析或处理实验数据,得出合理结论。本专题主要以选择题或综合实验题为主,可以综合物质的性质、制备、分离、鉴别、定量计算等。综合实验题和实验方案的设计、评价题,思维要求高,难度大。2013年主要考查的内容有1.物质制备实验方案的设计与评价。如2013年高考试题中,天津第9题,上海第八题,江苏第6题等。2.物质性质实验方案的设计与评价。2013年高考试题中,广东第23题,上海第八题,北京第28题,四川第9题,福建第25题,安徽第28题等。3.物质的测定方案的设计与评价。2013年高考试题中,上海第14题等。4.预计2014年高考,实验方案的设计与评价的命题方向:一是结合题目要求设计方案,并对方案进行预测与评价;二是结合题目信息对实验过程进行分析;三是创新实验的考查。本类试题还有可能在装置选择、方案设计、数据处理、方案评价等方面进行考查。题目源于教材而高于教材的实验重组题、实验探究题的立意往往具有很强的创新性。1.实验方案设计的一般原则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(仪器、药品及规格);(5)实验步骤(包括实验仪器的装配和操作);(6)实验现象的记录及结果处理;(7)问题和讨论。实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行,对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和原理后,就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验,即进行实验装置的设计,一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的,如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置(或气体反应装置)、气体的洗涤装置、气体的收集装置、尾气的吸收装置等部分,要熟悉各基本装置的功能,并注意各基本装置连接顺序的合理性。2.设计方案时思考实验顺序的选择(1)思考问题的顺序:①围绕主要问题思考,例如:选择适当的实验路线、方法;所用药品、仪器简单易得;实验过程快速、安全;实验现象明显。②思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如:制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。③思考实验的种类及如何合理地组装仪器,并将实验与课本实验比较、联系。例如涉及到气体的制取和处理,对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为:发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。(2)仪器连接的顺序:①所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。②仪器是否齐全。例如制有毒气体以及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。③安装顺序是否合理。例如:是否遵循“自下而上,从左到右”的原则;气体净化装置中不应先干燥,后又经过水溶液洗气。④仪器间连接顺序是否正确。例如:洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管除杂质时“大进小出”等。(3)实验操作的顺序:①连接仪器。按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。②检查气密性,在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。③装药品,进行实验操作。3.设计方案时需注意的问题(1)检查气体的纯度,点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的装置前,必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时,需要加热金属氧化物,在操作中,不能先加热,后通气,应当先通入气体,将装置内的空气排净后,检查气体是否纯净(验纯),待气体纯净后,再点燃酒精灯加热金属氧化物。(2)加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热,应先用酒精灯加热发生气体的装置,等产生气体后,再给实验需要加热的固体物质加热,目的是:一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜);二则保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO,再用CO还原Fe2O3,实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯,生成的CO赶走空气后,再点加热Fe2O3的酒精灯,而熄灭酒精灯的顺序则相反,原因是:在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2的氧化,并防止石灰水倒吸。(3)冷凝回流的问题。有些易挥发的液体反应物,为了避免反应物质损耗和充分利用原料,要在发生装置中设计冷凝回流装置。在发生装置中安装长玻璃管等。(4)冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失,需要冷凝管可用冷水或冷水冷凝气体(物质蒸气),使物质蒸气冷凝为液态便于收集。(5)防止倒吸问题。实验过程用到加热操作的,要防倒吸;气体易溶于水的要防倒吸。(6)具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮管连接成连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。(7)拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性,有些实验为防止“爆炸”或“氧化”,应考虑停止加热或停止通气,如对有尾气吸收装置的实验,必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯,以免造成溶液倒吸;用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后才停止通氢,这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化,或形成易爆气体;拆卸用排水法收集需要的加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出,才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;拆下的仪器要清洗、干燥、归位。基础得分题不能掉以轻心哦!1.(2013·上海·14,3分)为测定镀锌铁皮锌镀层的厚度,将镀锌铁皮与足量盐酸反应,待产生的气泡明显减少时取,洗涤,烘干,稳重。关于该实验的操作对测定结果的影响判断正确的是()。A.铁皮未及时取出,会导致测定结果偏小B.铁皮未洗涤干净,会导致测定结果偏大C.烘干时间过长,会导致测定结果偏小D.若把盐酸换成硫酸,会导致测定结果偏大2.(2013·广东·23,6分)下列实验的现象与对应结论均正确的是()。选项操作现象结论A将浓硫酸滴到蔗糖表面固体变黑膨胀浓硫酸有脱水性和强氧化性B常温下将Al片放入浓硝酸中无明显变化Al与浓硝酸不反应C将一小块Na放入无水乙醇中产生气泡Na能置换出醇羟基中的氢D将水蒸气通过灼热的铁粉粉末变红铁与水在高温下发生反应3.(2013·天津理综·9,18分)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。Ⅰ.经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华,他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:①检验装置的气密性;②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;④……⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。请回答下列问题:(1)装置A中反应的化学方程式为。(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是。(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号)。(4)装置B中冷水浴的作用为;装置C的名称为;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:。(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为。(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为。(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:①H2S的原子利用率为100%;②。4.(2012·安徽理综·28,13分)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:。5.(2012·大纲全国·28,15分)现拟用下图所示装置(尾气处理部分略)来制取一氧化碳,并用以测定某铜粉样品(混有CuO粉末)中金属铜的含量。(1)制备一氧化碳的化学方程式是;(2)实验中,观察到反应管中发生的现象是;尾气的主要成分是;(3)反应完成后,正确的操作顺序为(填字母);a.关闭漏斗开关b.熄灭酒精1c.熄灭酒精灯2(4)若实验中称取铜粉样品5.0g,充分反应后,反应管中剩余固体的质量为4.8g,则原样品中单质铜的质量分数为;(5)从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水、双氧水中选用合适的试剂,设计一个测定样品中金属铜质量分数的方案:①设计方案的主要步骤是(不必描述操作过程的细节);②写出有关反应的化学方程式:。6.(2012·福建理综·25,15分)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如右图所示)。(1)制备实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是(填序号)。A.往烧瓶中加入MnO2粉末B.加热C.往烧瓶中加入浓盐酸(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出下列实验方案:甲方案:与足量AgNO3溶液反应,称量生成的AgCl质量。乙方案:采用酸碱中和滴定法测定。丙方案:与已知量CaCO3(过量)反应,称量剩余的CaCO3质量。丁方案:与足量Zn反应,测量生成的H2体积。继而进行下列判断和实验:①判定甲方案不可行,理由是。②进行乙方案实验:准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。a.量取试样20.00mL,用0.1000mol·L-1NaOH标准溶液滴定,消耗22.00mL,该次滴定测得试样中盐酸浓度为mol·L-1;b.平行滴定后获得实验结果。③判断丙方案的实验结果(填“偏大”“偏小”或“准确”)。[已知:Ksp(CaCO3)=2.8×10-9、Ksp(MnCO3)=2.3×10-11]④进行丁方案实验:装置如下图所示(夹持器具已略去)。(ⅰ)使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将转移到中。(ⅱ)反应完毕,每间隔1分钟读取气体体积,气体体积逐次