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第3节物质的制备、实验方案的设计与评价-2-考查要点说明核心素养解读1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。3.掌握常见物质检验、分离和提纯的方法。掌握溶液的配制方法。4.根据化学实验的目的和要求,能做到:①设计实验方案;②正确选用实验装置;③掌握控制实验条件的方法;④预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;⑤评价或改进实验方案。5.以上各部分知识与技能的综合应用。1.科学探究与创新意识:认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的活动;能设计合理的物质制备实验方案,并对不同的实验方案做出科学的评价;善于合作,敢于质疑,勇于创新。2.科学态度与社会责任:在化学实验方案的设计和评价中,要具有环境保护和合理开发、利用资源的意识;能关心并积极参与和化学有关的社会热点问题的讨论,有社会责任感,参与相关实践活动。-3-自主预诊考向突破物质制备及性质探究型综合实验1.物质制备的三大原则(1)选择最佳反应途径。如用铝制取氢氧化铝:2Al+3H2SO4、2Al+2NaOH+2H2O、Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O8Al(OH)3↓+3Na2SO4,当n(Al3+)∶n(AlO2-)=时,Al(OH)3产率最高。(2)选择最佳原料。如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝,应选用氨水,而不能选用强碱(如氢氧化钠)溶液;用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜,应选用氢氧化钠溶液,而不能选用氨水(氢氧化铜可溶解在氨水中)等。Al2(SO4)3+3H2↑2NaAlO2+3H2↑1∶3-4-自主预诊考向突破(3)选择适宜操作方法。如实验室制备氢氧化亚铁时,因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁,所以要注意隔绝空气。2.物质性质实验探究常见命题角度(1)物质氧化性、还原性的判断。如探究SO2具有还原性的方法是将SO2气体通入酸性KMnO4溶液中,通过KMnO4溶液褪色来说明SO2具有还原性。(2)物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究Fe3+的氧化性强于I2时,可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应,通过溶液变蓝色来说明Fe3+的氧化性强于I2。-5-自主预诊考向突破(3)同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg的活泼性强于Al。(4)电解质强弱的判断。如探究一元酸HA是弱酸的方法是在常温下配制NaA的溶液,测该溶液的pH,若pH7,则说明HA为弱酸。(5)物质酸性强弱的判断。如探究碳酸和硅酸的酸性强弱,可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理,将CO2气体通入Na2SiO3溶液,有白色沉淀生成说明碳酸酸性比硅酸强。(6)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。-6-自主预诊考向突破3.物质制备与性质验证实验中需考虑的7大因素(1)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO时应先通H2,再加热。可燃性气体点燃前先验纯等)。(2)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,切割白磷宜在水中进行等)。(3)防吸水(实验取用和制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施防止吸水,以保证达到实验目的)。(4)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、冷凝管等)。(5)易挥发液体产物(导出时为蒸气)的及时冷却。(6)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。(7)其他,如实验操作顺序,试剂加入顺序等。-7-自主预诊考向突破4.涉气类实验装置(1)常见气体制备装置。反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥;②试管口略低于试管底;③加热时先均匀加热再固定加热固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等①烧瓶加热时要垫石棉网②反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片(或沸石)-8-自主预诊考向突破反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下;②启普发生器只适用于块状固体和液体反应,且气体不溶于水;③使用分液漏斗既可以增强气密性,又可控制液体流速-9-自主预诊考向突破(2)气体的净化和干燥。-10-自主预诊考向突破①易溶于水或能与水反应不生成其他气体的气体杂质用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体,下同),可将混合气体通过盛水的A装置来除去。②酸性杂质用碱性吸收剂吸收,碱性杂质用酸性吸收剂来吸收。如CO(CO2),可将混合气体通过盛NaOH溶液的A装置,或盛碱石灰的B装置(或C装置或D装置)来除去杂质。③还原性杂质,可用氧化性较强的物质作吸收剂来吸收或转化;氧化性杂质,可用还原性较强的物质作吸收剂来吸收。例如CO2(CO),可将混合气体通过盛灼热CuO的E装置来除去杂质。④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂来除去杂质。如O2(H2S),可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的A装置除去杂质。-11-自主预诊考向突破微点拨常见干燥剂及其应用液态干燥剂固体干燥剂装置洗气瓶球形干燥管或U形管常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2等H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CH4、HCl等N2、H2、O2、CH4、NH3等不可干燥的气体NH3、H2S、HBr、HI等NH3Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等-12-自主预诊考向突破(3)气体的收集。收集方法排水法向上排空气法向下排空气法气体特性不溶于水不与空气反应,密度比空气的大不与空气反应,密度比空气的小收集装置实例O2、H2、NO、C2H2、CH4、C2H4等O2、H2S、CO2、NO2、Cl2、HCl、SO2等NH3、CH4、H2等-13-自主预诊考向突破(4)尾气处理方法。①对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,可采用防倒吸装置(可在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。②对于溶解度不大的尾气,如Cl2、CO2等,可直接将导管插入吸收剂液面下吸收。③对于有毒且易燃的气体,如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体。-14-自主预诊考向突破自我诊断1.实验室制取氨气可用哪些方法?提示:-15-自主预诊考向突破2.可用如图装置制取、净化、收集的气体是()选项气体①②③ANH3浓氨水生石灰浓硫酸BCl2浓盐酸MnO2H2OCNO2浓硝酸铜屑H2ODSO2浓硫酸Na2SO3浓硫酸答案解析解析关闭NH3能被浓硫酸吸收,且NH3密度小于空气,不能用向上排空气法收集,A项错误;浓盐酸和MnO2在加热条件下制Cl2,Cl2能与H2O反应,应用饱和食盐水净化Cl2,B项错误;NO2能被水吸收,应用浓硫酸洗气,C项错误;浓硫酸与Na2SO3固体反应生成SO2,用浓硫酸洗气,D项正确。答案解析关闭D-16-自主预诊考向突破考向1以气体制备为主线的物质制备与性质实验典例❶(2020四川成都七中月考)氯气在工业上有着重要的用途,某兴趣小组在实验室中模拟工业上用氯气制备无水氯化铝(无水AlCl3遇潮湿空气即产生大量白雾),可用下列装置制备。-17-自主预诊考向突破(1)装置B中盛放溶液,其作用是。F中的是溶液,其作用是。用一个仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用,所装填的试剂为。(2)装置A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-18-自主预诊考向突破(3)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,探究小组同学提出很多实验方案,其中方案之一为让残留的液体与足量Zn反应,测量生成H2的体积,装置如图所示(夹持器具已略去)。反应完毕,每间隔1分钟读取气体的体积,气体体积逐渐减小,直至不变。气体体积逐次减小的原因是(排除仪器和实验操作的影响因素)。-19-自主预诊考向突破(4)该小组同学查资料得知,将氯酸钾固体和浓盐酸混合也能生成氯气,同时有大量ClO2生成;ClO2沸点为10℃,熔点为-59℃,其液体呈红色;Cl2沸点为-34℃,液态呈黄绿色。设计最简单的实验验证Cl2中含有ClO2:。答案:(1)饱和NaCl除去氯化氢气体浓硫酸防止G中的水蒸气进入E中碱石灰(2)ACB(3)气体未冷却到室温(4)收集一试管气体,盖上胶塞,放入冰水混合物中,观察液体(或气体)颜色变化-20-自主预诊考向突破解析:(1)根据所给的装置图可知,装置A是实验室利用浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应制备氯气,制得的氯气中含有氯化氢和水等杂质,所以B装置中应装饱和NaCl溶液是为了除去混有的HCl气体;因为氯化铝易发生水解,故F的目的是防止空气中的水蒸气进入E装置,所以F装置中应放浓硫酸,而G的目的是吸收反应剩余的氯气,所以可以在一个仪器中加入碱石灰来代替F和G的作用。(2)装置A实验中用浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气,应先加二氧化锰,再从分液漏斗中加入浓盐酸,再加热,所以操作顺序为ACB。(3)反应完毕后,每间隔1分钟读取气体体积,气体体积逐渐减小的原因是气体未冷却到室温,当温度冷却到室温后,气体体积不再改变。(4)根据ClO2沸点为10℃,熔点为-59℃,其液体为红色,Cl2沸点为-34℃,其液体为黄绿色,为验证Cl2中含有ClO2,可收集一试管气体,盖上胶塞,放入冰水混合物中,观察液体(或气体)颜色变化,若出现红色,则说明Cl2中含有ClO2。-21-自主预诊考向突破归纳总结1.气体制备实验方案设计的基本思路实验目的→实验原理→药品选择→反应装置→操作步骤→注意事项→形成方案。2.装置的选择依据及连接顺序3.实验操作顺序-22-自主预诊考向突破对点演练1(2020安徽蚌埠调研)某学习小组查阅资料可知,在高温下FeCl2与O2反应一定生成Fe2O3,可能生成FeCl3或Cl2。该小组同学利用如下装置对该反应进行探究。回答下列问题:-23-自主预诊考向突破查阅资料:FeCl2固体呈绿色,熔点为674℃,沸点为1023℃;FeCl3在100℃左右升华。(l)装置A中盛放蒸馏水的仪器名称为。(2)按气流从左到右的顺序,上述装置合理的连接顺序为(填仪器接口的小写字母)。(3)装置C中浓硫酸的作用为,长玻璃管的作用为。(4)实验结束后,用D中所得溶液设计实验证明此反应无Cl2生成。(5)实验过程中,B处硬质玻璃管中的现象为;装置E中冷水的作用为。(6)由上述实验可知,在高温下FeCl2与O2反应的化学方程式为。-24-自主预诊考向突破答案:(1)分液漏斗(2)aedbc(或cb)gh(或hg)f(3)除去氧气中的水蒸气平衡压强,防止堵塞(4)取D中所得溶液少量置于洁净的试管中,加入足量的稀硝酸将溶液酸化,再滴加少量的AgNO3溶液,无白色沉淀产生(5)固体由绿色变为红棕色,有棕色的烟产生降温,使FeCl3完全冷凝(6)12FeCl2+3O22Fe2O3+8FeCl3-25-自主预诊考向突破解析:(1)盛放蒸馏水的仪器名称为分液漏斗。(2)装置A中过氧化钠与蒸馏水反应生成氧气,后经过浓硫酸干燥氧气,再通入装置B的硬质玻璃管中,FeCl2与干燥的O2在高温下反应,再连接U形管是为了探究是否有FeCl3生成并使FeCl3冷凝,装置D则是验证探究过程是否有氯气生成并作尾气吸收装置,因此装置的连接顺序为aedbc(或cb)gh(或hg)f。(3)装置A中制备的氧气中含有少量水蒸气,则装置C中浓硫酸的作用是除去氧气中的水蒸气,即干燥氧气,其中长玻璃管的作用为平衡压强,防止堵塞。(4)若反应中有氯气生成,则装置D中会发生反