2019届一轮复习人教版化学实验方案的设计与评价学案
第42讲 化学实验方案的设计与评价
考纲要求
考情分析
命题趋势
1.能设计、评价或改进实验方案。
2.掌握控制实验条件的方法。
3.预测或描述实验现象，分析或处理实验数据，得出合理结论。
4.以上各部分知识与技能的综合应用。
2017，全国卷Ⅲ，26T
2017，江苏卷，19T
2016，全国卷甲，13T
2016，全国卷乙，26T
2016，全国卷丙，26T
2016，海南卷，7T
2016，江苏卷，19T
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2019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。
分值：3～8分
考点一 化学实验方案的设计
1．化学实验方案设计的五项基本原则
2．化学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，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。
3．化学实验方案的设计步骤
(1)明确目的，弄清原理
(2)选择实验用品
(3)实施实验操作——注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性
(4)记录实验现象、数据——全面而准确
(5)分析、归纳得出结论
4．化学实验方案设计的注意事项
(1)实验操作顺序
装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。
(2)加热操作先后顺序的选择
若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。
(3)实验中试剂或产物防止变质或损失
(4)选用仪器及连接顺序
(5)仪器药品的准确描述
①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液，澄清石灰水，饱和碳酸氢钠溶液等。
②仪器名称：如坩埚、研钵、100 mL容量瓶等。
1．某化学活动小组设计如图所示(部分夹持装置已略去)实验装置，以探究潮湿的Cl2与干燥Na2CO3反应得到的固体物质。
(1)已知：通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯氧化物。可以确定的是C中含有的氯盐只有一种，且含有NaHCO3，现对C中成分进行猜想和探究。
①提出合理假设。
假设一：存在两种成分，即NaHCO3和__NaCl__；
假设二：存在三种成分，即NaHCO3和__NaCl__、__Na2CO3__。
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、稀硝酸、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。
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溶解，然后将所得溶液分别置于A、B试管中
—
步骤2：__向A试管中滴加BaCl2溶液__
__a．若无明显现象，则证明固体中不含Na2CO3；b.若溶液变浑浊，则证明固体中含Na2CO3__
步骤3：__向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液__
__若溶液变浑浊，则证明固体中含有NaCl__
(2)已知C中有0.1 mol Cl2参加反应。若假设一成立，可推知C中反应的化学方程式为__2Cl2＋H2O＋2Na2CO3===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O__。
解析 (1)①在装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体(含氯氧化物)。C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO3。假设存在两种成分，为NaHCO3和NaCl；假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na2CO3，即NaHCO3、NaCl和Na2CO3。②步骤2中向A试管中滴加适量BaCl2溶液，检验产物中是否有Na2CO3。步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液，若溶液变浑浊，则证明固体中含有NaCl。(2)C中有0.1 mol Cl2参加反应，装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，若假设一成立，反应为Cl2＋Na2CO3―→NaHCO3＋NaCl＋X，依据氧化还原反应中得失电子守恒计算判断氯元素化合价为＋1
价，进而可推知C中反应生成的含氯氧化物为Cl2O；反应的化学方程式为2Cl2＋H2O＋2Na2CO3===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O。
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。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。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。
[例1]某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。
实验 测定饱和氯水中氯元素的总量
(1)该小组设计的实验方案：使用如图装置，加热15.0 mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是__因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)__(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)。
(2)根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节)：__量取一定量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀质量(或其他合理答案)__。
资料：ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂；
ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl－。
解析 (2)为测定饱和氯水中氯元素的含量，依据原子守恒，结合资料ⅱ可知，可用足量的H2O2溶液将一定量的氯水中的氯气、次氯酸还原为Cl－，然后再加入足量AgNO3溶液，然后对生成的沉淀(AgCl)进行过滤、洗涤、干燥、称重，计算得到氯离子的物质的量，从而达到实验目的。
[例1]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：___________________________________________________。
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
(3)①
对实验方案设计的基本思路和设计步骤等不够熟练，无从下手。要证明草酸的酸性比碳酸强，可以考虑的方案主要有：(1)草酸与碳酸盐(或碳酸氢盐)发生复分解反应；(2)测等物质的量浓度的草酸与碳酸溶液的pH，或稀释等物质的量浓度的两种溶液相同倍数后，观察pH的变化情况；(3)测相应盐溶液的酸碱性
－3
[解析] (2)由题给实验仪器和药品知，CO与装置H中固体反应，可推测装置H
中固体为CuO，CO还原氧化铜生成Cu和CO2气体，然后把CO2通入到D中，结合装置H和装置D中的现象可判断草酸晶体的分解产物中是否含有CO。检验CO之前应先除去CO中混有的CO2，连接顺序为A、B、F、D、G、H、D、I。
[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
1．(2017·全国卷Ⅲ)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：__样品中没有Fe(Ⅲ)__Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为Fe(Ⅲ)__。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是__(球形)干燥管__。
②将下列实验操作步骤正确排序__dabfce__(填字母)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热 b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2 d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A f．冷却至室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝ (列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x__偏小__(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为__ca__(填字母)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为__生成白色沉淀、褪色__。
a．品红 b．NaOH c．BaCl2 d．Ba(NO3)2 e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：__2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑__。
解析 (1)将少许绿矾样品加水溶解后，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含Fe(Ⅲ)，再通入空气，溶液逐渐变红，说明Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为Fe(Ⅲ)。(2)①仪器B为球形干燥管。②由于空气中的O2可以氧化Fe2＋，故需要先通N2排尽装置中的空气，再进行加热操作，加热完毕，熄灭酒精灯，将石英玻璃管冷却至室温后关闭K1和K2，防止空气进入石英玻璃管中，最后称重。③绿矾晶体受热失水的化学方程式为FeSO4·xH2OFeSO4＋xH2O，根据题干数据列方程式得＝，解得x＝。若先点燃酒精灯再通入N2，石英玻璃管中原有的空气会将绿矾中的Fe(Ⅱ)氧化，使最终剩余固体质量偏高，则计算所得结晶水的数目偏小。(3)①实验后残留的红色粉末为Fe2O3，根据得失电子守恒和原子守恒可知必有SO2和SO3生成，则检验试剂应选择品红溶液和BaCl2溶液，不能选择Ba(NO3)2溶液，因为SO2会与Ba(NO3)2溶液反应生成白色沉淀。SO2不和BaCl2反应，SO3可以与BaCl2反应产生白色沉淀，故先通入BaCl2溶液，产生白色沉淀即可证明有SO3生成；再通入品红溶液，品红溶液褪色，即可证明有SO2生成。由以上分析可知FeSO4受热分解的化学方程式为2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。
1．(2016·江苏卷节选)实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备MgCO3·3H2O。实验过程如下：
(1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为
MgCO3(s)＋2H＋(aq)===Mg2＋(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－50.4 kJ·mol－1
Mg2SiO4(s)＋4H＋(aq)===2Mg2＋(aq)＋H2SiO3(s)＋H2O(l) ΔH＝－225.4 kJ·mol－1
酸溶需加热的目的是__加快酸溶速率__；所加H2SO4不宜过量太多的原因是__避免制备MgCO3时消耗过多的碱__。
(2)加入H2O2氧化时发生反应的离子方程式为__2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O__。
(3)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加氨水，__调至5
C>Si
解析 由图可知，没有形成闭合回路，应使用盐桥，A项错误；二氧化氮为红棕色气体，利用颜色的深浅，可说明温度对2NO2??N2O4的化学平衡的影响，B项正确；验证铁的析氢腐蚀应该在酸性条件下，食盐水浸过的铁钉是在中性条件下，C项错误；稀盐酸不是氯的最高价含氧酸，所以无法验证，D项错误。
2．(2018·河南洛阳统考)下列能达到实验目的的是( C )
A．用图1所示装置制取并收集干燥纯净的NH3
B．用图2所示装置蒸发FeCl3溶液制备无水FeCl3
C．用图3所示装置制硫酸和氢氧化钠溶液
D．用图4所示装置比较HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性强弱
解析 氨气的密度小于空气，故用排气法收集氨气应采用向下排空气法，A项错误；蒸发FeCl3(aq)不能得到FeCl3(s)，B项错误；浓盐酸易挥发，干扰H2CO3与H2SiO3酸性的判断，D项错误。
化学实验评价的五大视角
1．可行性视角
(1)理论上要科学合理；
(2)操作上要简单可行。
2．经济效益视角
评价一种实验方案，不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。
3．绿色化视角
(1)分析实验药品是否有毒，是否会造成环境污染；
(2)仪器药品是否价格低廉易得；
(3)反应是否充分，原子经济性是否较强。
4．安全性视角
(1)避免炸裂；
(2)防污染；
(3)防失火；
(4)防吸水。
5．规范性视角
(1)仪器的安装与拆卸；
(2)试剂添加的顺序与用量；
(3)加热的方法和时机；
(4)仪器的查漏、气密性检验；
(5)温度计的规范使用、水银球的位置；
(6)实验数据的读取；
(7)冷却、冷凝的方法等。
[例1](2016·全国卷甲)下列实验操作能达到实验目的的是( D )
选项
实验目的
实验操作
A
制备Fe(OH)3胶体
将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中
B
由MgCl2溶液制备无水MgCl2
将MgCl2溶液加热蒸干
C
除去Cu粉中混有的CuO
加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥
D
比较水与乙醇中氢的活泼性
分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中
[例1]硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O)。
Ⅰ.[查阅资料]
(1)Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。
(2)向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3，所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。
(3)Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl。
Ⅱ.[制备产品]
实验装置如图所示(省略夹持装置)：
实验步骤：
(1)检查装置气密性，按图示加入试剂。
(2)先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3的混合溶液，再向A中烧瓶滴加浓H2SO4。
(3)待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。过滤C中混合物，滤液经______(填操作名称)、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。
Ⅲ.[探究与反思]
(1)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将方案补充完整(所需试剂从稀HNO3、稀H2SO4、稀HCl、蒸馏水中选择)。
取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成，______，
若沉淀未完全溶解，并有刺激性气味的气体产生，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4。
(2)为减少装置C中生成Na2SO4的量，在不改变原有装置的基础上对实验步骤(2)进行了改进，改进后的操作是__________________________________________。
(3)Na2S2O3·5H2O的溶解度随温度升高显著增大，所得产品通过______方法提纯。
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
Ⅲ(1)
不清楚物质检验的基本原则，要验证产品中含Na2SO3和Na2SO4，实际上就是要求检验SO和SO，在稀HNO3、稀H2SO4及稀
－2
HCl三种酸的选择上，只要考虑到基本原则，就不会选错
Ⅲ(2)
对结晶和重结晶不太清楚，导致填错
－2
[解析] 装置A是用浓H2SO4和Na2SO3固体反应制SO2气体，装置B是安全瓶，能防倒吸，装置C用来制备Na2S2O3，装置E是尾气处理装置，常用碱液来吸收SO2气体。Ⅱ.(3)由信息知Na2S2O3晶体易溶于水，所以要从滤液中得到固体需经过蒸发操作。Ⅲ.(1)要检验Na2SO4和Na2SO3，先将产品溶于水，再加BaCl2溶液，过滤得到沉淀，再向沉淀中加足量盐酸，若有刺激性气味的气体生成，则说明沉淀中有BaSO3，则原样品中有Na2SO3，若沉淀部分溶解说明还有BaSO4，则原样品中有Na2SO4。(2)分析Na2S2O3、Na2SO3、Na2SO4三物质中S元素化合价知将装置中的氧气排尽则会减少生成Na2SO4的量。
[答案] Ⅱ.(3)蒸发
Ⅲ.(1)过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀HCl
(2)先向A中烧瓶滴加浓H2SO4，产生的气体将装置中空气排尽后，再向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3的混合溶液
(3)重结晶
1．(2017·江苏卷)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。
已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO===2NaCl＋NaClO3。
②AgCl可溶于氨水：AgCl＋2NH3·H2O??Ag(NH3)＋ Cl－ ＋2H2O。
③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)：4Ag(NH3)＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH＋4NH3↑＋H2O。
(1)“氧化”阶段需在80 ℃条件下进行，适宜的加热方式为__水浴加热__。
(2)NaClO 溶液与 Ag 反应的产物为 AgCl、NaOH 和 O2 ，该反应的化学方程式为__4Ag＋4NaClO＋2H2O===4AgCl＋4NaOH＋O2↑__。 HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是__会释放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成环境污染__。
(3)为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并__将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中__。
(4)若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应)，还因为__未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl－，不利于AgCl与氨水反应__。
(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：__向滤液中滴加2_mol·L－1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1_mol·L－1_H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤，洗涤，干燥__(实验中须使用的试剂有：2 mol·L－1水合肼溶液，1 mol·L－1 H2SO4溶液)。
解析 (1)当受热温度不超过100 ℃时，常采用水浴加热。(3)滤渣表面吸附有可溶性银的化合物，需对滤渣进行洗涤并将洗涤液回收利用。(5)根据信息③可用水合肼还原Ag(NH3)以制取Ag，并用H2SO4溶液吸收污染性气体NH3。
1．某学习小组按如下实验流程探究海带中碘的制取。
已知：3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O。
请回答：
(1)①分液漏斗使用前需检漏，检漏方法为__向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水__。
②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是__液体分上下两层，下层呈紫红色__。
③下列有关步骤Y的说法，正确的是__AB__(填字母)。
A．应控制NaOH溶液的浓度和体积
B．将碘转化成离子进入水层
C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质
D．NaOH溶液可以由乙醇代替
④实验中操作Z的名称是__过滤__。
(2)方案甲中采用蒸馏不合理，理由是__碘易升华，会导致碘的损失__。
解析 (1)③步骤Y应控制NaOH溶液的浓度和体积，因为在较稀浓度下，I2有可能发生反应：I2＋2NaOH===NaI＋NaIO＋H2O，A项正确；加入NaOH溶液的目的就是将碘转化成离子进入水层，即从四氯化碳溶液中转移出来，B项正确；海带浸取原液中不含有机杂质，C项错误；乙醇能与CCl4互溶，不能用乙醇代替NaOH溶液，D项错误。④碘在水中溶解度较小，可用过滤的方法将碘单质过滤出来，即操作Z为过滤。
2．某研究小组为了探究一种无机矿物盐X(仅含四种元素)的组成和性质，设计并完成了如下实验：
另取10.80 g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40 g固体1。请回答如下问题：
(1)X的化学式是__CaFe(CO3)2__，在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为__CaFe(CO3)2CaO＋FeO＋2CO2↑__。
(2)白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是__4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3__(用化学反应方程式表示)。
(3)一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，写出一个可能的化学反应方程式：__2FeO＋CO2Fe2O3＋CO__，并设计实验方案验证该反应的产物：__检测Fe2O3：将固体用稀盐酸溶解，加入KSCN溶液，若显红色，表明产物中有Fe(Ⅲ)；检测CO：将气体通过灼热CuO，若黑色固体变为红色，表明产物中有CO__。
解析 (1)利用白色沉淀2在空气中可转化为红褐色沉淀可知白色沉淀2为Fe(OH)2，利用溶液1与气体甲的一系列反应可知气体甲为CO2、白色沉淀1为CaCO3，白色沉淀1中金属元素为钙元素。结合上述分析和“X(仅含四种元素)”的信息可知X由Fe(Ⅱ)、Ca、C、O四种元素组成，再利用固体X加热分解时固体质量变化可推知X的化学式为CaFe(CO3)2，固体X在隔绝空气条件下受热分解转化为FeO、CaO和CO2。(2)Fe(OH)2在空气中与水一起作用被氧化为红褐色的Fe(OH)3。(3)利用物质性质可知固体1中FeO具有还原性，有可能与CO2发生氧化还原反应，得到Fe2O3和CO。
课时达标 第40讲
1．过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂，该晶体具有Na2CO3和H2O2的双重性质。利用图2装置制备过碳酸钠，在冷水浴中充分反应后，按图1流程可获得过碳酸钠产品。
(1)恒压滴液漏斗中支管的作用是__使液体顺利流下__。
(2)制备过碳酸钠的关键是__控制反应温度__。
(3)如果配制过碳酸钠的水中含有铁离子，不仅会削弱洗涤剂的去污能力，甚至完全失去杀菌作用。试分析其中的原因：__2H2O22H2O＋O2↑或2Fe3＋＋3CO＋3H2O===2Fe(OH)3↓＋3CO2↑__(写出其中一种即可，用化学方程式表示)。
(4)某化学学习小组为了定性探究铁离子对这种新型漂白剂的不良影响，取该漂白剂100 mL，加入25 g FeCl3固体，产生大量无色无味气体，用贮气瓶收集气体。请选用下列试剂和实验用品完成气体成分的探究过程：0.1 mol/L NaOH溶液、8.0 mol/L NaOH溶液、澄清石灰水、0.01 mol/L KMnO4溶液、BaCl2稀溶液、品红溶液、蒸馏水、木条、酒精灯、火柴、洗气瓶。
①提出假设：对该气体成分提出合理假设。
假设1：气体是O2。
假设2：气体是__CO2和O2__。
假设3：气体是CO2。
②设计方案：设计实验方案证明你的假设，在下表中完成实验步骤、预期现象与结论。
实验步骤
预期现象与结论
将气体依次通入盛有__澄清石灰水__、__8.0_mol/L_NaOH溶液__的洗气瓶中，__并将带火星的木条放在最后一个洗气瓶的出口处__
①__若澄清石灰水不变浑浊，木条复燃，则假设1成立__
②__若澄清石灰水变浑浊，木条复燃，则假设2成立__
③__若澄清石灰水变浑浊，木条不复燃，则假设3成立__
解析 (1)恒压滴液漏斗中支管连接了上下两端，使液体上下气压相等，使漏斗中的液体能顺利流下。(2)温度高时H2O2易分解，故控制好反应温度是关键。(3)铁离子可以作催化剂，使过氧化氢分解，另外铁离子和碳酸根离子可以发生水解相互促进的反应。(4)无色无味气体可能是O2或CO2或CO2和O2二者的混合气体。检验CO2用澄清石灰水，检验O2
用带火星的木条。
2．将绿矾(FeSO4·7H2O)在隔绝空气条件下加强热分解。已知产物全部为氧化物。为探究绿矾分解的产物，某同学进行了以下实验：
【实验一】 为探究固体产物中铁元素的价态，该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液，进行以下猜想和实验：
猜想
实验步骤
预期现象与结论
猜想一：铁元素只显__＋2__价
①向所得溶液中滴入KSCN溶液
②向稀酸性KMnO4溶液中滴入所得溶液
KSCN溶液无明显现象；稀酸性KMnO4溶液颜色__褪色__
猜想二：铁元素只显__＋3__价
KSCN溶液呈__血红__色；稀酸性KMnO4溶液颜色__无变化__
猜想三：铁元素既有＋2价又有＋3价
KSCN溶液呈__血红__色；稀酸性KMnO4溶液颜色__褪色__
【实验二】 为进一步探究该反应的产物，进行了如下图所示的实验：
(1)实验开始时，点燃B处酒精喷灯之前应先打开A处活塞通CO2，其目的是__排净装置内的空气__。
(2)图中装置C的作用是__防止产生倒吸__。
(3)该组同学称取了55.6 g绿矾按如图装置进行实验，待绿矾分解完全后，测得D瓶中沉淀的质量为23.3 g，根据这些数据，可以得知，绿矾分解的化学方程式为__2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O__。
(4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是__未进行尾气处理__。
解析 【实验一】 由题意知绿矾分解的产物全为氧化物，则铁元素可能为＋2价，也可能为＋3价，或者既有＋2价又有＋3价。＋2价铁具有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液褪色，＋3价铁遇KSCN溶液生成血红色物质，利用这些性质可以检验铁元素的价态。
【实验二】 (1)FeSO4具有还原性，能够被空气中的氧气氧化，实验开始时先通CO2的目的是排净装置内的空气，防止FeSO4·7H2O被氧化。(2)本实验有加热装置，反应产生气体，气体与氯化钡溶液反应产生白色沉淀，导气管内压强减小，容易发生倒吸，C为防倒吸装置。(3)55.6 g绿矾的物质的量为＝0.2 mol，那么分解前硫元素的物质的量为
0.2 mol，白色沉淀为硫酸钡，其物质的量为＝0.1 mol，所以除了SO3以外还应有SO2，其物质的量也为0.1 mol，因此绿矾分解的化学方程式是2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O。(4)二氧化硫会污染环境，应添加尾气处理装置。
3．硫代硫酸钠(Na2S2O3)是重要的化工原料，可用作分析试剂及鞣革的还原剂，易溶于水，受热、遇酸易变质。Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O，某化学兴趣小组在实验室中用如图所示装置(部分夹持装置已略去)模拟其生产过程并探究其化学性质。
烧瓶C中发生的反应如下：
Na2S(aq)＋H2O(l)＋SO2(g)===Na2SO3(aq)＋H2S(aq)①
2H2S(aq)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l) ②
S(s)＋Na2SO3(aq)Na2S2O3(aq) ③
Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
(1)加入药品之前须进行的操作是__检查装置气密性__；装置D的作用是__防止倒吸__；装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，其中的试剂最好选用__c__(填字母)。
a．蒸馏水 b．饱和Na2SO3溶液
c．饱和NaHSO3溶液 d．饱和NaHCO3溶液
(2)为保证硫代硫酸钠的产量，实验中产生的SO2不能过量，原因是__若SO2过量，溶液显酸性，产物分解，产率降低__；所制得的粗产品可以通过__重结晶__方法进一步提纯得到纯Na2S2O3·5H2O。
Ⅱ.测定产品纯度
准确称取w g产品，用适量蒸馏水溶解，以淀粉作指示剂，用0.10 mol·L－1 I2标准溶液滴定。反应原理为2S2O＋I2===S4O＋2I－。
(3)滴定至终点时的现象：__溶液由无色变蓝色，且半分钟内不褪色__。滴定起始和终点时I2标准溶液液面位置如图所示，则消耗I2标准溶液的体积为__18.10__mL。产品的纯度为 % (设Na2S2O3·5H2O的相对分子质量为M，列出用M、w表示的表达式)。
Ⅲ.探究Na2S2O3的部分化学性质
(4)【提出假设】
假设一：Na2S2O3与Na2SO4的结构相似，化学性质也应该相似，因此，室温时Na2S2O3溶液的pH＝7。
假设二：从S的化合价推测Na2S2O3具有较强的还原性。
【验证假设】 配制适量Na2S2O3溶液，进行如下实验，请将实验补充完整。
实验操作
实验结论或现象
现象解释(用离子方程式表示)
假设一
__用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，再与标准比色卡对照(或用pH计测量Na2S2O3溶液的pH)__
溶液pH＝8
__S2O＋H2O===HS2O＋OH－__
假设二
向溴水中滴入适量Na2S2O3溶液
溴水褪色
__S2O＋4Br2＋5H2O===2SO＋8Br－＋10H＋__
实验结论：__Na2S2O3溶液呈碱性，且具有还原性(或假设一不成立，假设二成立)__。
Ⅳ.Na2S2O3的应用
(5)Na2S2O3的商品名为“海波”，俗称“大苏打”，化学上常用于滴定实验。为测定某K2Cr2O7溶液的浓度，研究小组的同学准确量取10.00 mL K2Cr2O7溶液于锥形瓶中，加入过量KI固体和适量稀H2SO4，滴加几滴指示剂，用0.10 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，进行3次平行实验后，测得平均消耗Na2S2O3溶液的体积为30.00 mL，则c(K2Cr2O7)＝__0.05__mol·L－1。(已知：Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O)
Ⅴ.探究与反思
(6)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4，该小组设计了以下实验方案，请将实验方案补充完整。
取适量产品配成稀溶液，__滴加足量BaCl2溶液有白色沉淀生成，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，向沉淀中加入足量稀盐酸，若沉淀部分溶解，并产生有刺激性气味的气体，则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4__。(所需试剂从BaCl2溶液、稀HNO3、稀H2SO4、稀盐酸、蒸馏水中选择)
解析 (1)加入药品前应先检查装置的气密性；装置D为安全瓶，防倒吸；装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，故所选试剂应不与SO2反应，且SO2在其中的溶解度较小，故最好选用饱和NaHSO3溶液。(2)由题意可知硫代硫酸钠受热、遇酸易变质，若SO2过量，溶液显酸性，产物变质，产率降低；通常采用多次结晶的方法，即重结晶法提纯晶体产物。(3)Na2S2O3与I2反应产生I－，因此当Na2S2O3反应完全，过量的I2
遇淀粉溶液变为蓝色。故滴定至终点时，溶液颜色的变化是由无色变为蓝色，且半分钟内不褪色。根据滴定起始和终点的液面位置图可知反应消耗I2标准溶液的体积为18.10 mL。n(I2)＝0.10 mol·L－1×0.018 1 L＝1.81×10－3 mol；根据关系式2S2O～I2可知n(Na2S2O3)＝2×1.81×10－3mol＝3.62×10－3 mol，所以产品的纯度为3.62×10－3 mol×M g·mol－1÷w g×100%＝%。(4)假设一的实验结论是溶液的pH＝8，故实验目的是测定溶液的pH，具体操作是用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在pH试纸中部，将试纸颜色与标准比色卡对照。溶液呈碱性，原因是S2O在溶液中水解，离子方程式是S2O＋H2O??HS2O＋OH－。假设二的实验现象是溴水褪色，证明Na2S2O3有还原性，发生反应的离子方程式是S2O＋4Br2＋5H2O===2SO＋8Br－＋10H＋，故实验结论是Na2S2O3溶液呈碱性，且Na2S2O3具有还原性。(5)根据所给离子方程式可得对应关系式：K2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3，则c(K2Cr2O7)＝×n(Na2S2O3)÷V＝×0.10 mol·L－1×0.03 L÷0.01 L＝0.05 mol·L－1。(6)题干中给出Na2S2O3稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成，则可取适量产品配成稀溶液，滴加足量BaCl2溶液，有白色沉淀生成。因Na2S2O3在酸性环境中易分解，故需要过滤并用蒸馏水洗涤沉淀，再向沉淀中加入足量稀盐酸，若固体部分溶解，产生无色有刺激性气味的气体，证明产品中含有Na2SO3和Na2SO4。
4．氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。某AlN样品仅含有Al2O3杂质，为测定AlN的含量，设计如下三种实验方案。(已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋ NH3↑)
【方案1】 取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图装置C中球形干燥管的作用是__防倒吸__。
(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先__检查装置气密性__，再加入实验药品，接下来的实验操作是__关闭K1，打开K2__，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。通入氮气的目的是__把装置中残留的氨气全部赶入装置C__。
(3)由于装置存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见：__装置C出口处连接一个干燥装置__。
【方案2】 用下图装置测定m g样品中AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。
(4)为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是__ab__(填字母)。
a．CCl4 b．C6H6
c．NH4Cl溶液 d．H2O
(5)若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL(已转换为标准状况)，则AlN的质量分数是 ×100% (用含m、V的数学表达式表示)。
【方案3】 按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
(6)步骤②生成沉淀的离子方程式为__AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO__。
(7)若在步骤③中未洗涤，测定结果将__偏高__(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析 (1)根据装置和仪器作用分析，氨气与浓硫酸发生反应生成硫酸铵，易发生倒吸，装置C中球形干燥管的作用是防止倒吸。(2)组装好实验装置后，由原理可知气体制备需要先检查装置气密性，再加入实验药品，接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。为了将装置内的氨气全部赶入装置C被浓硫酸吸收，准确测定装置C的增重，打开K1，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。(3)装置中存在的缺陷是空气中的水蒸气也可以进入装置C，使测定结果偏高，改进的方法是在装置C出口处连接一个干燥装置。(4)由于氨气极易溶于水，难溶于有机溶剂(苯或CCl4 )，所以为了测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是苯或CCl4，选ab项。(5)若m g样品完全反应，测得生成气体的体积为V mL(已转换为标准状况)，设AlN的质量为x，则：
AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑
41 g 22.4 L
x V×10－3 L
x＝ g
则AlN的质量分数为×100%。
(6)步骤②生成的沉淀是氢氧化铝，反应的离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。(7)若在步骤③中未洗涤，得到滤渣质量会增大，测定结果会偏高。
