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文档介绍
2018届高考一轮复习人教版化学实验基本方法化学实验的设计与评价学案
第三讲 化学实验设计与评价 [2017高考导航] 考纲要求 真题统计 命题趋势 1.能设计、评价或改进实验方案。 2．了解控制实验条件的方法。 3．能分析或处理实验数据，得出合理结论。 4．能识别典型的实验仪器装置图。 5．以上各部分知识与技能的综合应用。 2015，卷Ⅰ 26T(1)(3)； 2015，卷Ⅱ 13T、26T(3)、28T(2)(3)； 2014，卷Ⅰ 13T、26T(4)(5)、28T(2)； 2014，卷Ⅱ 27T(3)、28T(1)(5)(6)； 2013，卷Ⅰ 13T、26T(2)(5)、27T(3)； 2013，卷Ⅱ 26T(2)(6) 高考对本部分的考查一是保持对传统知识的考查；二是结合题目中信息对实验过程进行分析；三是对教材实验进行重新设计或改进创新(在形式上实验方案或原理设计上创新)。题型仍将以选择题和综合实验题为主。预计2017年高考将会以元素及其化合物和典型有机物的性质为基础，依托新的信息背景进行实验设计和方案的评价进行考查。备考中要注意有机物的涉入，理清关系，熟记切入点——从安全、环保、可行、简约等角度进行评价分析。 考点一 化学实验方案的设计[学生用书P251] 一、实验方案设计的基本要求 二、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。 三、实验设计示例 设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。 1．实验原理 2KClO32KCl＋3O2↑，Ag＋＋Cl－===AgCl↓。 2．实验试剂：氯酸钾固体、MnO2、AgNO3溶液、稀硝酸。 3．操作步骤 (1)将氯酸钾和MnO2混合共热。 (2)冷却至室温，加水充分溶解后，过滤。 (3)取少量滤液于洁净试管中，加入几滴硝酸酸化的AgNO3溶液，观察到有白色沉淀生成，证明氯酸钾中含有氯元素。 四、实验方案设计中的安全问题 1．防爆炸：点燃可燃性气体(如H2、CO、CH4、C2H4)或用CO、H2还原Fe2O3、CuO之前，要检验气体的纯度。 2．防暴沸：配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时，要将密度大的浓硫酸缓慢倒入水中或酒精中；加热液体混合物时要加沸石或碎瓷片。 3．防中毒：制取有毒气体(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)时，应在通风橱中进行，且进行尾气处理。 4．防倒吸：加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大的气体(如NH3、HCl)时，要注意熄灯顺序或加装安全瓶。 五、实验方案创新设计的几个方面 1．尾气处理装置的设计 在设计尾气处理装置时，要充分考虑装置是否符合以下几点：能充分吸收气体、不能倒吸、尾气处理装置应与大气相通。 例如：下列吸收氨气的装置(未标出的液体为水)中，A、C、E、F、G装置均能防止倒吸，B、D装置均不能。 2．防污染安全装置的设计 例如：下列尾气处理装置中，A装置可吸收有毒的尾气(如Cl2等)，B和C装置可吸收易溶的尾气(如HCl、NH3等)，D装置可用于除去CO等可燃性气体，E装置可用于收集所有气体。 3．量气装置的设计 例如：下列装置中，A装置是常规的量气装置，B、C、D装置是改进后的装置，而E装置则不能测量气体体积。 4．启普发生器具有随开随用、随关随停的特点，是气体制备的常用装置。实验室中没有启普发生器时，可以根据启普发生器的原理设计出简易制气装置，如下图所示的装置。 1．(2015·高考福建卷)下列实验操作正确且能达到相应实验目的的是( ) 实验目的 实验操作 A 称取2.0 g NaOH固体 先在托盘上各放1张滤纸，然后在右盘上添加2 g砝码，左盘上添加NaOH固体 B 配制FeCl3溶液 将FeCl3固体溶于适量蒸馏水 C 检验溶液中是否含NH 取少量试液于试管中，加入NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体 D 验证铁的吸氧腐蚀 将铁钉放入试管中，用盐酸浸没 解析：选C。NaOH具有强吸水性和腐蚀性，不能放在滤纸上称量，A项错误；配制FeCl3溶液时，为防止水解，可将其先溶解在盐酸中，然后稀释至所需浓度，B项错误；NH能够与碱反应生成NH3·H2O，受热分解产生NH3，C项正确；在酸性条件下，铁发生的是析氢腐蚀，D项错误。 2．(2014·高考北京卷)用下图装置(夹持、加热装置已略)进行实验，由②中现象，不能证实①中反应发生的是( ) ①中实验 ②中现象 A 铁粉与水蒸气加热 肥皂水冒泡 B 加热NH4Cl和Ca(OH)2 混合物 酚酞溶液变红 续 表 ①中实验 ②中现象 C NaHCO3固体受热分解 澄清石灰水变浑浊 D 石蜡油在碎瓷片上受热分解 Br2的CCl4溶液褪色 解析：选A。A.肥皂水冒泡，也可能是气体受热膨胀的结果，A错误。B.酚酞溶液变红，说明NH4Cl与Ca(OH)2反应生成了NH3，B正确。 C．澄清石灰水变浑浊，说明发生了反应：2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O，生成了CO2，C正确。D．Br2的CCl4溶液褪色，说明石蜡油分解生成了烯烃，D正确。 名师点拨 (1)实验方案的设计对细节要求较高，往往在细节上失分，如实验原理、仪器选择、操作步骤、实验现象的描述、实验安全等方面，不全面、不准确是失分的重要方面。 (2)实验设计不完整，也是实验题失分的重要原因。例如：制备一些在空气中易变质的物质时，在制备装置后还要连接一个防变质装置。 (3)补画装置图的题目中，装置图画得不准确、不规范也会失分。 (2015·高考全国卷Ⅰ，26,14分)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。 回答下列问题： (1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____________________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有____________。装置B的主要作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。 ①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、______________________________。装置H反应管中盛有的物质是________。 ②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)设计实验证明： ①草酸的酸性比碳酸的强________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②草酸为二元酸________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析] (1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。 (2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。 ②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。 (3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。 ②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。 [答案] (1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验 (2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊 (3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍 要证明草酸的酸性强于碳酸，能否根据碳酸钠溶液的碱性强于草酸钠溶液的碱性证明？ 答案：不能。此方法只能证明草酸氢根的酸性强于碳酸氢根；应根据碳酸氢钠溶液的pH大于草酸氢钠溶液的pH来证明。 综合实验设计题的解题思路 (1)巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题首所给实验目的)并结合元素及其化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。 (2)想过程，理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法和步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。 (3)看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。 (4)细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。 题组 实验方案的设计 1．(2016·哈尔滨高三测试)用下列实验装置进行相应实验，能达到实验目的的是( ) A．用图1所示装置从Fe(OH)3胶体中过滤出Fe(OH)3胶粒 B．用图2所示装置蒸发掉CuCl2溶液中部分水制得CuCl2·2H2O晶体 C．用图3所示装置从CH3OH与C2H5OH的混合物中分离出乙醇 D．用图4所示装置从C2H5OH与C2H5OOCCH3的混合物中分离出乙酸乙酯 解析：选C。胶粒能透过滤纸，A错误；氯化铜溶液中铜离子会发生水解，加热促进水解，且生成的氯化氢易挥发，因此蒸发氯化铜溶液，得不到氯化铜晶体，B错误；乙醇与甲醇互溶，但乙醇与甲醇的沸点相差较大，蒸馏可实现分离，C正确；乙酸乙酯易溶于乙醇，不能分液分离，D错误。 2．漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。 (1)提出合理假设。 假设1：该漂白粉未变质，只含有________； 假设2：该漂白粉全部变质，只含有________； 假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。 (2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。 限选用的仪器和药品：试管、胶头滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol/L盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－) 实验步骤 预期现象和结论 ① 取少量上述漂白粉于试管中， ________________________ ________________________ ________ ________ ________ ② ________________________ ________________________ ________________________ ________ ________ ________ 答案：(1)Ca(ClO)2 CaCO3 (2) 实验步骤 预期现象和结论 ① 加入适量1 mol/L盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中 若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立； 若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立 ② 向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作) 若品红溶液褪色，则假设3成立； 若品红溶液不褪色，则假设2成立 实验方案设计中几个易忽视的问题 (1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。 (2)进行某些易燃、易爆实验时，要防止爆炸。例如：H2还原CuO实验中应先通入H2，气体点燃前要先验纯。 (3)防止氧化。例如：H2还原CuO要“先灭灯再停氢”，白磷切割要在水中进行等。 (4)防止吸水。例如：实验、取用、制取易吸水、潮解、水解的物质要采取必要措施，以保证达到实验目的。 (5)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。 (6)仪器拆卸的科学性与安全性。例如：防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等。 考点二 化学实验方案的评价 一、实验方案评价题的解题要点 1．理论上要科学。 2．操作上要简单可行。 3．原料用量要节约。 4．要环保，符合绿色化学原则。 二、实验评价题的常见考查角度 1．可行性方面 (1)分析实验方案是否科学可行；(2)实验操作是否安全合理；(3)实验步骤是否简单方便；(4)实验效果是否明显。 2．绿色化学方面 (1)实验过程中是否造成环境污染；(2)原料是否无毒、安全、易得；(3)原料利用率是否较高；(4)反应速率是否较快。 3．安全性方面 化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下： (1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸；(3)防氧化；(4)污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状态物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；(5)防吸水。 4．规范性方面 (1)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、竖装的干燥管及冷凝管等；(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；(3)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；(4)其他，如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。 5．最佳方案的选择 几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。 1．(2016·西安一中模拟)下列实验方案不可行或结论不正确的是( ) A．用润湿的pH试纸测定饱和Na2CO3溶液的pH B．通过观察右图中导管水柱的变化，验证铁钉生锈的主要原因是吸氧腐蚀 C．向Mg(OH)2悬浊液中滴加FeCl3溶液，出现红褐色沉淀，说明溶解度：Fe(OH)3查看更多