2014版四川化学《高考专题》二轮课件:专题五 第2讲 化学实验方案与设计.ppt
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1、第2讲 化学实验方案与设计一、化学实验方案设计的思路和原则1.基本思路:2.基本原则:设计实验时要遵循简约性、可行性、科学性和安全性,以下内容属于简约性范畴的是:_(填序号,下同);属于可行性范畴的是:_;属于科学性范畴的是:_;属于安全性范畴的是:_。确保实验原理、实验操作、实验方法正确保护人身、保护环境、保护仪器条件允许,效果明显,操作正确步骤少,时间短、效果好二、实验方案设计的具体操作1.装置的组合顺序:(1)实验装置从左到右的组合顺序一般为:气体发生装置除杂质干燥主体实验尾气处理。(2)接口的连接顺序:洗气时“长进短出”;量气时“_”;干燥管除杂质时“大进小出”等。短进长出2.仪器安装
2、顺序:一般遵循_的原则;气体净化装置中不应先干燥后又经过水溶液洗气。3.实验顺序:装置选择与连接_装固体药品装液体药品开始实验(按程序)拆卸仪器其他处理。自下而上,从左到右气密性检验(1)(2013大纲版全国卷)若除去KNO3中混有的少量NaCl,可以将混合物制成热的饱和溶液,冷却结晶并过滤。()分析:除去KNO3中的NaCl,利用其溶解度的差别,采用重结晶法。(2)(2012福建高考)实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制氯气时,应先向圆底烧瓶中加浓盐酸再加二氧化锰。()分析:应先加固体药品,再加液体药品。(3)(2012江苏高考)可用下列装置除去Cl2中含有的少量HCl气体。()分析:氯气和氯化氢
3、均能与氢氧化钠溶液反应,两种物质均会被氢氧化钠溶液吸收。(4)(2012江苏高考)可用下列装置制取少量纯净的CO2气体。()分析:纯碱为粉末状,不能用简易启普发生器制取CO2,且该装置制取的气体会混有HCl和水蒸气,不纯净。(5)(2012江苏高考)下列物质的转化:Al2O3 NaAlO2(aq)Al(OH)3;S SO3 H2SO4;饱和NaCl(aq)NaHCO3 Na2CO3;Fe2O3 FeCl3(aq)无水FeCl3;MgCl2(aq)Mg(OH)2 MgO其中在给定条件下能实现的有。()NaOH(aq)CO2O2/点燃H2ONH3,CO2HCl(aq)石灰乳煅烧分析:S与O2只能生
4、成SO2,错误;FeCl3溶液在加热浓缩时,Fe3水解生成Fe(OH)3和HCl,由于HCl易挥发,使Fe3的水解能进行到底,所以得不到无水FeCl3,错误。热点考向 1物质制备实验方案的设计【典例1】(2013南充质检)NaClO2用于棉、麻、黏胶纤维及织物的漂白。实验室制备NaClO2的装置如下图所示:(1)装置控制温度在3555,通入SO2将NaClO3还原为ClO2(沸点:11),反应结束后通入适量的空气,其目的是。(2)装置中反应生成NaClO2的化学方程式为。反应后的溶液中阴离子除了Cl ,还有少量Cl、Cl-、ClO-、OH-,另外还可能含有的一种阴离子是,用离子方程式表示该离子
5、产生的原因。(3)已知在NaClO2饱和溶液中温度低于38时析出晶体是NaClO23H2O,温度高于38时析出晶体是NaClO2,温度高于60时NaClO2分解生成NaClO3和NaCl。请补充从装置反应后的溶液中获得NaClO2晶体的操作步骤。减压,55蒸发结晶;得到成品。(4)装置中试剂X为。【解题探究】(1)该反应温度下,ClO2呈现什么状态?提示:ClO2的沸点为11,所以在该反应温度下ClO2是气态。(2)SO2与H2O2能否发生反应?提示:SO2表现还原性,H2O2表现氧化性,所以二者发生的反应为H2O2+SO2=H2SO4。(3)实验室通常如何处理尾气中的SO2?提示:用碱性溶液
6、吸收SO2。【解析】(1)因为此温度下ClO2为气体,通入空气的目的是将ClO2吹入装置中。(2)ClO2与H2O2发生氧化还原反应,生成的氧化产物为O2,过量的SO2可以与H2O2发生反应生成(3)可知操作温度应控制在3860,蒸发结晶,趁热过滤,洗涤时不能用冷水洗,否则得不到NaClO2,干燥时温度不能高于60,否则NaClO2分解。(4)X溶液是为了吸收尾气SO2。答案:(1)将ClO2吹入到装置进行反应(2)2NaOH+2ClO2+H2O2=2NaClO2+2H2O+O2H2O2+SO2+2OH-=+2H2O(3)趁热过滤 用3860热水洗涤 低于60干燥(4)NaOH溶液(合理答案均
7、可)【方法归纳】制备实验的设计思路与注意事项(1)制备实验的设计思路一般如下:(2)注意事项:“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等;药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等;连接方式的选择指仪器的先后顺序,导管接口的连接等。“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。【变式训练】浅绿色的硫酸亚铁铵晶体又名莫尔盐(NH4)2SO4FeSO46H2
8、O比绿矾(FeSO47H2O)更稳定,常用于定量分析。莫尔盐的一种实验室制法如下:(1)向废铁屑中加入稀硫酸后,并不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤,其目的是;证明溶液A不含Fe3+的最佳试剂是(填序号字母)。a.酚酞溶液b.KSCN溶液c.烧碱溶液d.KMnO4溶液操作的步骤是:加热蒸发、过滤。(2)浓度均为0.1 molL-1莫尔盐溶液和(NH4)2SO4溶液,前者大于后者,原因是。(3)用托盘天平称量(NH4)2SO4晶体,晶体要放在天平(填“左”或“右”)盘。(4)从下列装置中选取必要的装置制取(NH4)2SO4溶液,连接的顺序(用接口序号字母表示)是:a接;接。(5)将装置C中
9、两种液体分离开的操作名称是。装置D的作用是。【解析】(1)不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤,其目的是防止Fe2+被氧化,即使Fe2+被氧化为Fe3+,有单质铁会发生Fe+2Fe3+=3Fe2+。Fe3+与SCN-发生反应,出现特征的红色,故选b。操作的目的是得到摩尔盐晶体,故操作步骤是加热蒸发、冷却结晶、过滤。(2)Fe2+、水解溶液均呈酸性,故Fe2+的水解抑制了的水解,浓度较大。(3)用托盘天平称量时,遵循“左物右码”原则,故晶体应放在天平的左盘中。(4)该实验中不需要对氨气进行干燥,氨气极易溶于水,故应防止倒吸。正确的连接顺序为adef。(5)C装置中是两种互不相溶的液体,故应利
10、用分液操作分开。答案:(1)防止Fe2+被氧化为Fe3+(其他合理答案也可以)b 冷却结晶(2)莫尔盐中的Fe2+易水解,使溶液显酸性,抑制水解,故前者大于后者(3)左(4)def(5)分液 吸收多余的NH3防止污染空气,防止倒吸热点考向 2性质实验方案的设计【典例2】(2013雅安月考)为了证明(NH4)2Fe(SO4)26H2O(硫酸亚铁铵晶体)的成分中含有和H2O,下列实验叙述中不正确的是()A.取少量硫酸亚铁铵晶体放入试管,加热,试管口有液体生成,则可证明晶体的成分中含有结晶水B.硫酸亚铁铵晶体溶于水,得淡绿色溶液,滴入2滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入几滴新制氯水,溶液变为红色,
11、则可证明晶体的成分中含有Fe2+C.硫酸亚铁铵晶体溶于水,加少量稀盐酸,无现象,再滴入几滴BaCl2溶液,有白色沉淀生成,则可证明晶体的成分中含有D.取少量硫酸亚铁铵晶体放入试管,加入浓氢氧化钠溶液,加热,试管口湿润的蓝色石蕊试纸变红,则可证明晶体的成分中含有【解题探究】(1)在用氯化钡溶液检验硫酸根离子时,会有什么离子干扰,如何避免?提示:银离子会干扰,可先加入盐酸,无沉淀时再加入氯化钡溶液,生成沉淀证明有硫酸根离子存在。(2)如何检验铵根离子?提示:中学化学中,铵根离子是唯一能与强碱溶液反应生成碱性气体的离子。本题答案:【解析】选D。D项中检验时,加入NaOH溶液,加热,能产生NH3,NH
12、3可使试管口湿润的红色石蕊试纸变蓝,因为氨气遇水能生成显碱性的NH3H2O。故D不正确。【方法归纳】物质组成及性质验证实验的解题策略(1)解答有关检测物质组成实验的流程设计问题,常见的解题思路如下:方法一:取少量固体试样溶于水配成溶液检测溶液中存在的阴、阳离子得出实验结论。方法二:取少量固体试样在氧气流等物质中反应检测所产生的物质(如气体)得出实验结论。方法三:取少量试样加酸(或碱)溶液产生气体检测气体的成分得出实验结论。(2)注意以下几个问题:有水蒸气生成的,先检测水蒸气,再检测其他成分。对于需要进行转化才能检测的成分,如CO的检测,要注意先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,先除去CO
13、2,接着对CO实施转化,最后再检测转化产物CO2。若试题只给出部分药品和装置,则应需要给出必要的补充;若有剩余,则应进行筛选。如采用最合理的实验步骤,这些要求对考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都做了限定,必须高度重视。要十分重视药品的名称,有些题目要求指出药品的名称,这类问题很难回答准确,如有些药品的准确描述为:无水硫酸铜、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。【变式训练】(2013德阳调研)下列实验设计能够成功的是()实验目的实验步骤及现象A检验亚硫酸钠试样是否变质试样白色沉淀沉淀不溶解B除去乙酸乙酯中混有的乙酸混合
14、液溶液分层得上层液体C证明酸性条件下H2O2氧化性比I2强NaI溶液溶液变蓝色D鉴定盐A的成分是FeBr2A B CD(红色溶液)溶解硝酸钡溶液稀硝酸饱和碳酸钠溶液振荡分液30%H2O2溶液稀硝酸及淀粉适量硝酸酸化的AgNO3溶液KSCN溶液【解析】选B。A项中亚硫酸钠变质应被氧化成硫酸钠,检验时应使用氯化钡溶液和稀盐酸作检验试剂,而不应该使用硝酸钡和稀硝酸,因为在酸性条件下硝酸根(硝酸)能将亚硫酸盐氧化成硫酸盐,干扰实验现象,A错误;B项中由于乙酸能和碳酸钠溶液反应生成可溶性的乙酸钠,且乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度小,故可通过分液分离,B正确;C项中后续操作用到了具有强氧化性的稀硝酸,
15、稀硝酸也能将I-氧化成I2,干扰实验现象,应改用稀盐酸,C错误;D项中并没有检验出Fe2+,因为硝酸具有强氧化性,将Fe2+氧化成了Fe3+,D错误。热点考向 3定量测定实验的设计及实验方法的评价【典例3】(2012四川高考)甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比,设计了如下实验流程:实验中,先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气,再连接洗气瓶和气体收集装置,立即加热氧化铜。反应完成后,黑色的氧化铜转化为红色的铜。如图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置,D为盛有浓硫酸的洗气瓶。甲小组测得:反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标
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