高考化学一轮复习 主题28 实验方案的设计与评价5含解析

1、主题28:实验方案的设计与评价李仕才考点四物质性质探究类实验探究性实验以其创新、灵活的特点成为高考的热点题型,试题将元素化合物知识与化学实验知识巧妙地融合在一起,增加了题目的新颖度和难度,能充分考查考生的发散思维能力和分析问题能力。实验探究过程中往往通过对化学实验进行比较甄别,从而揭示反应原理、解释产生某些现象的原因等。考生只有灵活运用已有元素化合物的知识,才能使复杂问题简单化。探究性实验的考查点有对物质化学性质的实验探究、对反应产物成分的实验探究、对化学反应原理的实验探究。1.物质性质实验探究的角度与方法物质性质实验探究是中学化学实验探究的重要内容。设计实验探究时,要求原理准确、步骤简捷、现

2、象明显、结论易得,且不对环境造成污染,中学化学性质实验探究的主要角度有:(1)物质氧化性、还原性的判断。如探究so2具有还原性的方法是将气体通入酸性kmno4溶液中,通过kmno4溶液是否褪色来说明。(2)物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究fe3+的氧化性强于i2时,可利用fecl3与ki-淀粉溶液反应,通过溶液是否变蓝色来说明。(3)同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过mg、al与同浓度盐酸反应产生h2的快慢来说明mg的活动性强于al。(4)电解质强弱的判断。如探究一元酸ha是弱酸的方法是常温下配制naa的溶液,测ph,若ph>

3、7,则说明ha为弱酸。(5)物质酸性强弱的判断。如探究碳酸和硅酸的酸性强弱,可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理,将co2气体通入na2sio3中溶液,看是否有白色沉淀生成来判断。(6)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。2.性质实验探究设计需要注意的问题(1)有水蒸气生成时,先检验水蒸气再检验其他成分。(2)对于需要进行转化才能检测的成分要注意排除干扰。如co的检验,要先检测co中是否含有co2,如果有co2,先除去co2后才能对co实施转化,最后再检测转化生成的co2。

4、(3)若试题只给出部分药品和装置,则应给出必要的补充;若给出多余的试剂品种,则应进行筛选。(4)注重答题的规范性,有些题目要求指出试剂的名称。如无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、饱和nahco3溶液等。1.(2017年全国卷,26)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:、。 (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

5、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。仪器b的名称是。 将下列实验操作步骤正确排序(填标号);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k2d.打开k1和k2,缓缓通入n2e.称量af.冷却到室温根据实验记录,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(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。c、

6、d中的溶液依次为(填标号)。c、d中有气泡冒出,并可观察到的现象分别为。 a.品红b.naohc.bacl2d.ba(no3)2e.浓h2so4写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式:。 【解析】(1)样品溶于水后滴加kscn溶液,溶液颜色无明显变化,说明样品中无fe3+;再向试管中通入空气,溶液逐渐变红,这说明有fe3+产生,即硫酸亚铁易被空气中的氧气氧化为硫酸铁,fe3+遇kscn溶液显红色。(2)由于装置中含有空气,空气能氧化硫酸亚铁,所以加热前需要排尽装置中的空气,利用氮气排出空气,为了使生成的水蒸气完全排出,应该先熄灭酒精灯,再冷却,然后关闭k1和k2,最后称量,即

7、正确的排序是dabfce。样品的质量是(m2-m1)g,加热后剩余固体是硫酸亚铁,根据铁原子守恒可知m2-m1152+18x=m3-m1152,解得x=。若实验时按a、d次序操作,在加热过程中硫酸亚铁被氧气氧化为硫酸铁,导致m3增大,因此x偏小。(3)最终得到红色粉末,说明有氧化铁生成,即分解过程发生了氧化还原反应,根据化合价变化可知一定有so2生成,这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、so2和so3。so3溶于水生成硫酸,硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡,由于硝酸钡在酸性溶液中有氧化性,能氧化so2,因此应该用氯化钡检验so3,用品红溶液检验so2,故c、d中的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液,实

8、验现象是c中产生白色沉淀,d中品红溶液褪色。根据以上分析可知硫酸亚铁高温分解的化学方程式为2feso4fe2o3+so2+so3。【答案】(1)样品中没有fe3+fe2+易被氧气氧化为fe3+(2)干燥管dabfce偏小(3)c、a生成白色沉淀、褪色2feso4fe2o3+so2+so32.锰的化合物种类较多,大多具有广泛的用途。.mno2具有较强的氧化性,某化学兴趣小组通过实验探究mno2的性质。(1)该小组设计了如下4个方案以验证mno2的氧化性,其中可行的是。 a.把mno2固体加入稀盐酸中,观察是否有黄绿色气体生成b.把mno2固体加入h2o2溶液中,观察是否有气泡产生c.往

9、na2so3溶液中加入mno2固体,再滴加bacl2溶液,观察是否有白色沉淀生成d.往feso4溶液中滴加几滴kscn溶液,再加入mno2固体,观察溶液是否变红(2)为研究溶液中mno2的氧化能力与溶液酸碱性的关系,该小组同学设计了如下的对比实验:在室温下,取a、b、c三支试管,用等浓度、等体积的ki溶液和质量、颗粒大小相同的mno2固体反应,然后分别加入1 ml 0.2 mol·l-1 naoh溶液、1 ml水、1 ml 0.1 mol·l-1硫酸。现象记录如下: 试管编号实验现象a溶液不变色 b溶液缓慢变浅棕褐色 c溶液迅速变棕褐色 从以上实验中,我们可以得出的结论是。

10、 写出试管c中发生反应的离子方程式:。 .铁酸锰(mnfe2o4)可用于热化学循环分解水制氢,可有效缓解能源危机。mnfe2o4的制备工艺流程如下:已知fe3+、mn2+沉淀的ph如下表所示:开始沉淀 完全沉淀 fe3+ 2.74.2mn2+ 8.310.4(1)步骤一中投入原料fe(no3)3和mn(no3)2的物质的量之比理论上应为。 (2)步骤二中需控制ph的范围是。 (3)步骤三沉淀中是否洗涤干净的判断方法是。 【解析】.(1)mno2需与浓盐酸反应制氯气且需要加热,方案a错误;mno2作催化剂,不是氧化剂,方案b错误;baso3和ba

11、so4均为白色沉淀,方案c错误;如果溶液变为红色,说明mno2具有氧化性,方案d正确。(2)根据表格中的数据,在酸性条件下溶液迅速变为棕褐色,说明i-迅速被氧化成i2,因此得出的结论是酸性越强,mno2的氧化能力越强。反应中i-i2,i元素的化合价升高,mno2中mn元素由+4价+2价,化合价降低,因此反应的离子方程式为mno2+4h+2i-mn2+i2+2h2o。.(1)根据铁酸锰的化学式mnfe2o4,以及元素守恒,推出fe(no3)2和mn(no3)2的物质的量之比为21。(2)根据工艺流程,需要保证fe3+、mn2+全部转化成沉淀,因此调节ph10.4。(3)沉淀表面是koh溶液,因此

12、检验沉淀是否洗净,可以检验洗涤液是否呈中性。【答案】.(1)d(2)酸性越强,mno2的氧化能力越强mno2+4h+2i-mn2+i2+2h2o.(1)21(2)ph10.4(3)最后的洗涤液是否呈中性一、猜测假设型实验设计的一般思路二、化学实验方案的评价1.从可行性方面进行评价(1)实验原理(如药品的选择)是否正确、可行;(2)实验操作(如仪器的选择、连接)是否安全、合理;(3)实验步骤是否简单、方便;(4)实验现象是否明显,实验结论是否正确。2.从“绿色化学”视角进行评价(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)合成过程中

13、是否造成环境污染。3.规范性视角(1)仪器的安装与拆卸;(2)仪器的检漏、气密性检验;(3)试剂添加的顺序与用量;(4)加热的方式和时机;(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。4.从实验设计的安全性方面进行评价(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸;(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,气体点燃前先验纯等);(3)防氧化(如h2还原cuo后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等);(4)防吸水(如取用或制取易吸水、潮解、水解的药品,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、冷凝管等);(6)易挥发液体产物导出