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化学专题10化学实验基础与综合探究第五单元探究型实验实验方案的设计与评价01学习任务102学习任务205课后达标检测03学习任务304真题体验学习任务1探究型实验一、探究型实验的常见类型1．对未知产物的探究通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究型实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。例如：(1)常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。(2)常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。(3)熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。2．物质性质的探究(1)在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。(2)无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。二、探究型实验的基本程序探究型实验的基本程序可用以下流程图表示：1．提出问题要提出问题，首先得发现问题，对题给信息进行对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。此外，实验中出现的特殊现象也是发现问题、提出问题的重要契机。2．提出猜想所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能(这就是猜想)，只能通过实验进行验证。3．设计验证方案提出猜想后，就要结合题给条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。4．观察实验现象，得出结论根据设计的实验方案，结合实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。1．(2020·南昌一模)某研究小组欲通过实验验证乙醇的还原性，装置如下：(1)乙醇被氧化的产物为________，1mol乙醇失去________mol电子。(2)通入乙醇反应，试管A中的现象是____________________________________________；反应结束后，如果对试管B进行加热，将会出现的现象是_________________________。(3)研究小组发现，反应后期有不溶于水的气体出现，收集该气体证明是H2，为了进一步研究设计了如图装置(部分加热仪器已省略)。①装置C盛有的物质是________，先加热装置________(填装置字母)，赶走装置内的空气。②装置E用于收集液体产物，甲认为是乙酸，乙认为是乙醛，请你判断谁的推测更合理，并说明理由：_______________________________________________________________。解析：(1)乙醇被强氧化剂(如酸性KMnO4溶液)氧化能得到乙酸，但像Fe2O3这样较弱的氧化剂只能把乙醇氧化为乙醛；乙醇(C2H6O)中C的化合价是－2价，乙醛(C2H4O)中C的化合价是－1价，所以1mol乙醇被氧化为乙醛时失去2mol电子。(2)联想乙醇与CuO的反应，可知试管A中发生下列反应：3CH3CH2OH＋Fe2O3=====△3CH3CHO＋2Fe＋3H2O，所以A中可看到的现象是红棕色固体变黑。(3)①反应后期，Fe2O3已大部分变为Fe，此时有H2生成，最大的可能是Fe做催化剂使乙醇发生了脱氢反应，为验证这一猜想，设计了题图所示实验，所以C中盛有的物质是乙醇；为了防止空气中的O2与Fe反应，需先赶走装置内的空气，因此应先加热装置C，使乙醇汽化。②若E中收集的液体产物是乙酸，则反应的化学方程式是2C2H5OH――→Fe△CH3COOH＋2H2↑＋C2H4↑，生成的气体中除氢气外还有乙烯，这与实验事实不符；若E中收集的液体产物是乙醛，则反应的化学方程式是C2H5OH――→Fe△CH3CHO＋H2↑，符合实验事实，因此乙的推测更合理。答案：(1)乙醛2(2)红棕色固体变黑出现砖红色沉淀(3)①乙醇C②乙更合理，依据氧原子守恒和得失电子守恒，若生成乙酸则生成的气体中除氢气外还有乙烯，这与实验事实不符2．某化学实验小组为了探究氨的还原性和氧化性设计了如下实验方案。【实验一】探究氨的还原性已知：(ⅰ)Mg(OH)2可代替消石灰与氯化铵在加热条件下反应生成氨和碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]；(ⅱ)Cu2O粉末呈红色，在酸性溶液中不稳定：Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O。(1)装置A中发生反应的化学方程式为___________________________________________，装置D的作用是________。(2)反应结束后装置C中的氧化铜完全反应生成红色固体，为了探究红色固体成分，进行了如下实验：实验操作实验现象实验结论取10.4g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸，充分搅拌，静置若无现象①红色固体为______若溶液变蓝②红色固体中肯定含有________，可能含有________取上述反应后的混合物过滤、洗涤、干燥、称重固体的质量为6.4g③红色固体的成分及其物质的量为___________________________________________________________【实验二】探究氨的氧化性已知：(ⅲ)铝可以与氨反应2Al＋2NH3=====△2AlN＋3H2；(ⅳ)氮化铝性质稳定，基本不与水、酸反应，在加热时溶于浓碱可产生氨。按如图所示连接好装置，检查装置气密性；在蒸馏烧瓶中加入生石灰，分液漏斗加入浓氨水，装置G中盛装碱石灰，装置H中加入铝粉，打开分液漏斗活塞，待装置中空气排尽后再点燃装置H处酒精灯。(3)用平衡移动原理解释装置F中产生氨的原因：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)装置H处反应进行完全的实验现象为________________________________________。(5)为了得到纯净的氮化铝，可将装置H中固体冷却后转移至烧杯中，加入________溶解、________(填操作名称)、洗涤、干燥即可。(6)写出氮化铝与浓氢氧化钠溶液共热反应的离子方程式：_________________________。解析：(1)由已知信息(ⅰ)可知，装置A中发生反应的化学方程式为Mg(OH)2＋NH4Cl=====△Mg(OH)Cl＋NH3↑＋H2O；装置E中的稀硫酸如果倒吸进入装置C中会引起实验安全问题，所以装置D做安全瓶，防止倒吸。(2)①Cu不与稀硫酸反应；②溶液变蓝，说明有CuSO4生成，则红色固体中肯定含有Cu2O，不能确定是否含有单质Cu；③所得固体为单质Cu，物质的量为0.1mol，根据其质量变化可知，原红色固体中含有Cu和Cu2O，设10.4g红色固体中含xmolCu，ymolCu2O，因为Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O，则有x＋y＝0.1，64x＋144y＝10.4，联立得x＝y＝0.05，则Cu2O与Cu的物质的量均为0.05mol。(3)浓氨水中氨溶解度随温度升高而减小，且氨水中还存在溶解平衡和电离平衡：NH3＋H2ONH3·H2O，NH3·H2ONH＋4＋OH－，所以可以从溶解度及平衡移动等角度分析生石灰与浓氨水作用产生氨的原因。(4)对于反应2Al＋2NH3=====△2AlN＋3H2，由于氨极易溶于水，而氢气不溶于水，会产生气泡，所以反应进行完全时装置J中将不再产生气泡。(5)装置H中所得的固体中含有氮化铝和没有反应完全的铝，氮化铝不溶于酸，所以可以选用稀盐酸或稀硫酸除去其中的铝，然后过滤、洗涤、干燥即可。(6)根据题中信息并结合铝在强碱溶液中以偏铝酸根离子的形式存在，可以写出反应的离子方程式。答案：(1)Mg(OH)2＋NH4Cl=====△Mg(OH)Cl＋NH3↑＋H2O做安全瓶(2)①铜②氧化亚铜铜③0.05molCu、0.05molCu2O(3)一方面，生石灰与水反应放热，降低了氨的溶解度；另一方面，生石灰与水反应将溶剂消耗，且生成了Ca(OH)2，增大了OH－的浓度，使平衡NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－逆向移动，使氨逸出(4)装置J中几乎不再有气泡冒出(5)稀盐酸(或稀硫酸等其他合理答案)过滤(6)AlN＋OH－＋H2O=====△AlO－2＋NH3↑学习任务2实验方案的设计1．实验方案设计的基本要求科学有毒药品简便简短2．实验方案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)______________；(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。实验目的3．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，设计合理的实验方案，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。1．某化学活动小组设计如图所示实验装置(部分夹持装置已略去)，以探究潮湿的Cl2与Na2CO3反应得到的固体物质。(1)写出装置A中发生反应的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________。(2)写出试剂Y的名称：________。(3)已知：通入一定量的Cl2后，测得D中只有一种常温下为棕黄色的气体，其为含氯氧化物。可以确定的是C中含氯化合物(盐)只有一种，且含有NaHCO3，现对C中的成分进行猜想和探究。①提出合理假设。假设1：存在两种成分，即NaHCO3和________；假设2：存在三种成分，即NaHCO3、________和________。②设计方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论(可不填满)。限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯、胶头滴管。实验步骤预期现象和结论步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水至固体完全溶解，然后将所得溶液分别置于a、b试管中—步骤2：步骤3：(4)已知C中有0.1molCl2参加反应。若假设1成立，可推知C中反应的化学方程式为__________________________________________________________________________。解析：(1)装置A为Cl2的发生装置，由MnO2可以确定试剂X为浓盐酸，发生反应的化学方程式为4HCl(浓)＋MnO2=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)制得的Cl2中除了含有水蒸气外还含有一定量的HCl气体，必须除去，试剂Y为饱和食盐水。(3)①根据反应物Cl2、Na2CO3、H2O，从组成元素的角度来看，固体生成物可能有NaHCO3、NaCl、NaClO、NaClO3等，可以确定的是C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO3，另一种气体生成物是含氯氧化物，Cl元素的化合价升高，则含氯元素的盐只能是NaCl，排除NaClO、NaClO3。这样就可以假设C中的成分有两种可能：NaHCO3和NaCl；NaHCO3、Na2CO3和NaCl。②将产物探究转化为离子的检验即可确定固体成分，即检验Cl－、CO2－3；NaHCO3已经确定存在，故无须检验HCO－3，但要防止其对CO2－3的干扰。检验CO2－3用BaCl2溶液；检验Cl－用AgNO3溶液，但要注意CO2－3的干扰，应先滴加过量的稀HNO3，再滴加AgNO3溶液。(4)Cl2与Na2CO3等