2017高考化学综合实验专题讲义

2017高考化学综合实验专题讲义

高考化学教师辅导讲义 授课主题 综合实验 教学目的 ‎1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。了解实验探究的一般过程。‎ ‎2.了解化学实验的绿色化和安全性要求，树立绿色化学思想，形成环境保护的意识。能识别化学品安全使用标识。了解实验室一般事故的预防和处理方法。 ‎3.掌握一定溶质质量分数、物质的量浓度溶液的配制方法。初步掌握测定溶液pH的方法。‎ ‎4.了解中学化学实验室常用仪器的主要用途和使用方法。初步掌握天平、酸碱滴定管等仪器的使用方法。初步了解中和滴定的原理和方法。‎ ‎5.能根据物质的特性，运用过滤、蒸发、蒸馏、结晶、萃取等方法分离和提纯常见的物质。了解层析是一种分离和提纯物质的方法。‎ 教学重难点 化学方程式、离子方程式 授课日期及时段 教学内容 ‎ 上节课复习与回顾 ‎ 物质的性质与结构的常考考点有哪些？‎ ‎ 课程导入 ‎ ‎ ‎ ‎ 本节知识点讲解 ‎ 1.实验方案设计的基本要求 ‎ ‎（1）科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须正确。 ‎ ‎（2）安全性：尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作，保护人身安全，保护仪器。 ‎ ‎（3）环保性：有毒的物质必须处理，以防污染环境。 ‎ ‎（4）可行性：实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足要求。 ‎ ‎（5）简约性：方案简单易行，尽可能采用简单的实验装置，较少的实验步骤和药品。还应遵循完成实验所用时间较短，副反应少，效果好等基本要求。‎ ‎（6）经济性：综合考虑原料的用量和价格。 ‎ ‎2.化学实验方案设计的注意事项 ‎ ‎（1）药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余 ‎ 若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。 ‎ ‎（2）题目条件有无特殊要求 ‎ 如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。 ‎ ‎（3）实验过程中的隐蔽性操作 ‎ 如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。 ‎ ‎（4）药品的描述 ‎ 有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。‎ ‎ 一个较为完整的科学探究方案包含以下几个方面： ‎ ‎（1）课题：即实验研究主题（实验目的）； ‎ ‎（2）假设与预测：对研究课题提出一种可以检测的解释及在检验假设之前先提出实验的预期结果； ‎ ‎（3）步骤：根据实验目的和提出的假设来具体设计实验的步骤和方法。一般要设计对比实验；‎ ‎（4）观察与记录：在实验过程中设计观察的内容和次数，并按要求将观察的现象及数据记录下来； ‎ ‎（5）分析与评价：对观察到的现象和收集的数据进行推理论证，得出结论。并用文字、图表等形式将结果表示出来。‎ ‎【特别提醒】由于探究型实验注重考查学生探索未知事物的科学猜想思维，突出猜想思维中“发现问题—分析问题—验证假设—得出结论”的基本过程。因此，在进行物质性质探究实验方案设计时，必须采用猜想论证法，首先要加工、分析课题给出的信息，搞清实验目的；在分析问题的基础上，有针对性地提出尽可能多的合理的假设。在假设的基础上，合理应用知识与技能制定探究计划，开展研究并科学合理地进行观察和记录，最终得出结论。 ‎ 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断，要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。 ‎ ‎1.从可行性方面对实验方案做出评价 ‎ 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，任何实验方案都必须科学可行。评价时，从以下4个方面分析：‎ ‎2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 ‎ ‎“绿色化学”要求设计更安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。根据“绿色化学”精神，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价： ‎ ‎（1）反应原料是否易得、安全、无毒； ‎ ‎（2）反应速率是否较快； ‎ ‎（3）原料利用率以及合成物质的产率是否较高；‎ ‎（4）合成过程是否造成环境污染。 ‎ ‎3.从“安全性”方面对实验方案做出评价 ‎ 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（如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等）； ‎ ‎（3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等）； ‎ ‎（4）防吸水（如实验取用或制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）； ‎ ‎（5）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）； ‎ ‎（6）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却； ‎ ‎（7）仪器拆卸的科学性与安全性（也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）；‎ ‎（8）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等）。 ‎ ‎【特别提醒】近几年高考中，有些省份对实验评价的考查涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义，分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。‎ 例题解析 ‎1、某研究小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。‎ ‎（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：‎ SO2＋2NaOH===　　　　　　　　。‎ ‎（2）反应Cl2＋Na2SO3＋2NaOH===2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为　　　　。‎ ‎（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl－、OH－和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气中CO2的影响）。‎ ‎①提出合理假设。‎ 假设1：只存在SO；假设2：既不存在SO，也不存在ClO－；假设3：　　　　　　　　　　　。‎ ‎②设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3 mol·L－1 H2SO4、1 mol·L－1NaOH、0.01 mol·L－1KMnO4、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液。‎ ‎2、某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案： ‎ 方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。 ‎ 方案2.将一定质量的镀锌铁皮（W1）投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量（W2），计算铁皮上的锌的质量。 ‎ 方案3.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧、沉淀，最后称量。 ‎ ‎…… ‎ ‎（1）方案2的主要特点是__________， ‎ 方案3的主要缺点是__________。‎ ‎（2）方案1中用到测量气体体积的装置，如图装置中不能用于测量气体体积的装置是　　　　　。 ‎ 学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：____________。 ‎ 巩固练习 对硝基甲苯是医药、染料等工业的一种重要有机中间体，它常以浓硝酸为硝化剂，浓硫酸为催化剂，通过甲苯的硝化反应制备。‎ ‎ ‎ 一种新的制备对硝基甲苯的实验方法是：以发烟硝酸为硝化剂，固体NaHSO4为催化剂（可循环使用），在CCl4溶剂中，加入乙酸酐（有脱水作用），45 ℃反应1 h。反应结束后，过滤，滤液分别用5% NaHCO3溶液、水洗至中性，再经分离提纯得到对硝基甲苯。 ‎ ‎（1）上述实验中过滤的目的是_________。 ‎ ‎（2）滤液在分液漏斗中洗涤静置后，有机层处于　　　　层（填“上”或“下”）；放液时，若发现液体流不下来，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，还有_________。‎ ‎（3）下表给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。 ‎ ‎①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为　　　　。 ‎ ‎②由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知，甲苯硝化反应的特点是__________。 ‎ ‎③与浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化的优点有　　　　　　　　　、　　　　　　　　　。 ‎ 本知识点小结 ‎1.解题思路、方法 ‎ ‎（1）巧审题，明确实验目的和原理。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境（或题首所给实验目的），结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循正确性、可靠性、简捷性、精确性和安全性的原则，确定符合实验目的的要求的方案。 ‎ ‎（2）想过程，理清实验操作的先后顺序。根据由实验原理所确定的实验方案，确定实验操作步骤，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。 ‎ ‎2.解题技巧 ‎ 一个化学实验，必须依据一定的实验原理，使用一定的仪器组装成一套实验装置，按一定顺序操作，才能顺利完成。因此，一道综合实验题，我们总是可以把它分解成几个既相互独立又相互关联的小实验、小操作来解答。由各个小实验确定各步操作，再由各个小实验之间的关联确定操作的先后顺序。‎ ‎ 当堂检测 ‎ ‎1、工业生产纯碱的工艺流程示意图如下： ‎ 完成下列填空： ‎ ‎（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式。 ‎ A　　　，B　　　　。 ‎ ‎（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为： ‎ 取样、　　、沉淀、　　、　　、冷却结晶、　　、烘干。 ‎ ‎（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是______。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是______。‎ ‎（4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是_____ ‎ ‎（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是____。 ‎ ‎（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：　　　。滤液D加石灰水前先要加热，原因是　　　。 ‎ ‎（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：________（注明你的表达式中所用的有关符合的含义 ‎2、碳酸镁晶须是一种新型的吸波隐形材料中的增强材料。‎ ‎(1)合成该物质的步骤如下：‎ 步骤1：配制0.5 mol·L－1 MgSO4溶液和0.5 mol·L－1 NH4HCO3溶液。‎ 步骤2：用量筒量取500 mL NH4HCO3溶液于1 000 mL四口烧瓶中，开启搅拌器，温度控制在50 ℃。‎ 步骤3：将250 mL MgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中，1 min内滴加完后，用氨水调节溶液pH到9.5。‎ 步骤4：放置1 h后，过滤，洗涤。‎ 步骤5：在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，得碳酸镁晶须产品(MgCO3·nH2O　n＝1～5)。‎ 回答下列问题：‎ ‎①步骤3中加氨水后的离子方程式______________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎②步骤4为加快过滤速度，常用____________________ (填过滤方法)。‎ ‎(2)测定合成的MgCO3·nH2O中的n值。‎ 称量1.000 g碳酸镁晶须，放入下图所示的广口瓶中，加入适量水，滴入稀硫酸与晶须反应，生成的CO2被NaOH溶液吸收，在室温下反应4～5 h，反应后期将温度升到30 ℃，最后的烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定，测得CO2的总量；重复上述操作2次。‎ ‎ ①图中气球的作用是____________________。‎ ‎②上述反应后期要升温到30 ℃，主要目的是______________。‎ ‎③设3次实验测得每1.000 g碳酸镁晶须产生的CO2平均值为a mol，则n值为____________________(用含a的表达式表示)。‎ ‎(3)称取100 g上述晶须产品进行热重分析，热重曲线如下图。则该条件下合成的晶须中，n＝____________(选填：1、2、3、4、5)。‎ ‎ 课堂总结 ‎ 家庭作业 ‎1、某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。‎ ‎（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：‎ 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎0.5‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎②‎ 醋酸浓度的影响 ‎0.5‎ ‎36.0‎ ‎③‎ ‎0.2‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了 (“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是 。‎ ‎（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：‎ 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；‎ 假设二： ；‎ ‎……‎ ‎（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。‎ 实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：‎ ‎2、实验室从含碘废液（除H2O外，含有CCl4、I2、I－等）中回收碘，其实验过程如下：‎ ‎（1）向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I－，其离子方程式为 ；该操作将I2还原为I－的目的是 。‎ ‎（2）操作X的名称为 。‎ ‎（3）氧化时，在三颈烧瓶中将含I－的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl2，在400C左右反应（实验装置如图所示）。实验控制在较低温度下进行的原因是 ；锥形瓶里盛放的溶液为 。‎ ‎（4）已知：5SO32—+2IO3—+2H＋I2+5SO42—+H2O 某含碘废水（pH约为8）中一定存在I2，可能存在I－、IO3—中的一种或两种。请补充完整检验含碘废水中是否含有I－、IO3—的实验方案：取适量含碘废水用CCl4多次萃取、分液，直到水层用淀粉溶液检验不出碘单质存在； 。‎ 实验中可供选择的试剂：稀盐酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液