《优化探究》届高考化学总复习配套课件化学实验方案的设计与评价

第四节化学试验方案的设计与评价考纲要求1.设计、评价或改进试验方案。2.了解掌握试验条件的方法。3.分析或处理试验数据，得出合理的结论。4.绘制和识别典型的试验仪器装置图。5.以上各局部学问与技能的综合应用。1．根本原则考点一化学试验方案的设计2．根本内容一个相对完整的化学试验方案一般包括下述内容：(1)试验名称；(2)试验目的；(3)试验原理；(4)试验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；(5)试验装置图、试验步骤和操作方法；(6)试验留意事项；(7)试验现象的记录及结果处理；(8)问题与争论。1．氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁复原热解制备高纯氧化镁是一种新的探究。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的试验流程如下：物质制备型试验方案的设计①D中收集的气体是________(填化学式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。a．NaOH溶液 b．Na2CO3溶液c．稀硝酸 d．KMnO4溶液③A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反响，产物中元素的最高价态为＋4，写出该反响的离子方程式：____________________________________________。解析：(2)依据题设信息可知，菱镁矿中含FeCO3，参加H2SO4后FeCO3转化为FeSO4进入滤液形成杂质。参加H2O2目的是除去Fe2＋，使Fe2＋转化为Fe3＋，再通过调整pH除去Fe3＋。(4)气体成分为SO2、CO2、CO、S(g)，分步吸取的挨次：A中收集S，B吸取SO2，C吸取CO2，D收集CO。B中可以选择KMnO4溶液。2．(2023年高考浙江卷)葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的养分物质。葡萄糖酸钙可通过以下反响制得：C6H12O6(葡萄糖)＋Br2＋H2O―→C6H12O7(葡萄糖酸)＋2HBr2C6H12O7＋CaCO3―→Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸钙)＋H2O＋CO2↑相关物质的溶解性见下表：请答复以下问题：(1)第①步中溴水氧化葡萄糖时，以下装置中最适合的是________。制备葡萄糖酸钙的过程中，葡萄糖的氧化也可用其他试剂，以下物质中最适合的是________。A．新制Cu(OH)2悬浊液 B．酸性KMnO4溶液C．O2/葡萄糖氧化酶 D．[Ag(NH3)2]OH溶液(2)第②步充分反响后CaCO3固体需有剩余，其目的是________________________；本试验中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是_____________________________________________________。(3)第③步需趁热过滤，其缘由是___________________________。(4)第④步参加乙醇的作用是______________________________。(5)第⑥步中，以下洗涤剂最适宜的是________。A．冷水 B．热水C．乙醇 D．乙醇­水混合溶液解析：(1)水浴加热只要掌握水的温度即可，所以温度计插入水中。恒压漏斗使反响物简洁流出，应选用B装置。A、D的氧化性较弱，反响速率较慢；B的氧化力量很强，会将葡萄糖氧化成其他物质；因酶是一种高效的催化剂，所以O2/葡萄糖氧化酶是最适宜的氧化剂。(2)过量的CaCO3能将葡萄糖酸全部转化为葡萄糖酸钙，同时过量的CaCO3可通过过滤除去，不会进入葡萄糖酸钙溶液中。(4)③过滤后的滤液中除葡萄糖酸钙外，还有溴化钙，参加乙醇中，溴化钙溶于乙醇，而葡萄糖酸钙在乙醇中的溶解度较小，然后通过抽滤将葡萄糖酸钙提取出来。(5)用乙醇­水混合溶液作洗涤剂，既可除去溴化钙杂质又可削减葡萄糖酸钙的溶解损失。答案：(1)BC(2)提高葡萄糖酸的转化率；便于后续分别氯化钙难以与葡萄糖酸直接反响得到葡萄糖酸钙(3)葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出，如不趁热过滤会损失产品(4)可降低葡萄糖酸钙在溶剂中的溶解度，有利于葡萄糖酸钙析出(5)D3．(2023年高考北京卷)碳、硫的含量影响钢铁性能，碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进展测定。(1)承受装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。物质含量测定型试验方案的设计(2)将气体a通入测硫装置中(如图)，承受滴定法测定硫的含量。①H2O2氧化SO2的化学方程式：________________________________________________________________________。②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗zmLNaOH溶液，假设消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。(3)将气体a通入测碳装置中(如图)，承受质量法测定碳的含量。①气体a通过B和C的目的是________________________________________________________________________。②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是________________________________________________________________________。4．某校化学争论性学习小组设计如下试验方案，测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数。(1)方案一：称取肯定质量的样品，置于坩埚中加热至恒重后，冷却，称取剩余固体质量，计算。试验中加热至恒重的目的是______________________________。(2)方案二：按以下图装置进展试验，并答复以下问题。①试验前先________________________。分液漏斗中应当装________(填“盐酸”或“硫酸”)。D装置的作用是______________。②试验中除称量样品质量外，还需称______装置吸取CO2前、后的质量。③依据此试验得到的数据，测定结果有误差。由于试验装置还存在一个明显缺陷，该缺陷是_________________________。(3)方案三：称取肯定量样品，置于小烧杯中，加适量水溶解，向小烧杯中参加足量氯化钡溶液。过滤洗涤，枯燥沉淀，称量固体质量，计算：①过滤操作中，除了烧杯、漏斗还用到的玻璃仪器有____________。②试验中推断沉淀是否完全的方法是__________________________。解析：(1)由于碳酸氢钠受热分解生成气体，引起固体质量削减，假设固体质量不再变化，说明碳酸氢钠完全分解。(2)方案二的方法是用酸与碳酸氢钠反响生成CO2，通过碱石灰吸取CO2，测定碱石灰的质量增加，来计算碳酸氢钠的物质的量；假设反响时选用盐酸，由于盐酸挥发，需要用饱和碳酸氢钠溶液除去HCl，还要用浓硫酸除去气体中的H2O，但是装置中只有一个除杂装置，即选用的酸只能为硫酸；气体制备的第一步操作都是检验装置的气密性；由于反响后，烧瓶中和枯燥装置的上层空间布满CO2，这些CO2气体的质量没有被碱石灰吸取，因此需用赶气装置。答案：(1)保证NaHCO3全局部解(2)①检查装置的气密性硫酸防止空气中水蒸气、CO2进入C管被吸取②C③需设计一个将A、B中的CO2全部吹入C中而吸取的气体装置(3)①玻璃棒②取少量滤液，再滴加BaCl2少许，如无白色沉淀说明沉淀完全5.(2023年高考安徽卷)某争论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)请完成以下试验设计表(表中不要留空格)：物质组成、性质探究型试验方案的设计(2)编号①试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，其缘由是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标动身生该腐蚀时电子流淌方向；此时，碳粉外表发生了________(填“氧化”或“复原”)反响，其电极反响式是________________________________________________________________________。(3)该小组对图2中0～t1时压强变大的缘由提出了如下假设，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。请你再设计一个试验方案验证假设一，写出试验步骤和结论。解析：(1)该试验的目的是探究弱酸条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，因此，应在其他因素不变的状况下，只转变某一个影响因素来探究转变该因素对试验的影响。分析表格信息可知②与①比较，转变的是醋酸的浓度，因此铁粉和碳粉的量不变；①与③相比转变的是碳粉的含量。(2)分析图2可知，t2时容器内压强明显小于起始压强，说明气体的物质的量减小，故应发生吸氧腐蚀；外电路电子应由Fe(负极)流向正极(C)，留意电子不能通过电解质溶液，正极外表发生了复原反响。(3)假设二应考虑反响放热，温度上升，压强增大。(4)可设计试验排解装置中的O2，使其不能发生吸氧腐蚀，然后再设计试验验证有H2生成(或Fe2＋的生成或有温度变化或压强增大等)，证明锥形瓶内无氧条件下发生了析氢腐蚀产生了气体。答案：(1)②2.0③碳粉含量的影响(2)吸氧复原O2＋2H2O＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)(3)反响放热，温度上升(4)试验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：①药品用量和操作同编号①试验(多孔橡皮塞增加进、出导管)；②通入氩气排净瓶内空气；③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化、检验Fe2＋等),假设瓶内压强增大，假设一成立，否则假设一不成立(此题属于开放性试题，合理答案均给分)试验方案设计中几个易无视的问题(1)净化、吸取气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。(2)进展某些易燃、易爆试验时，要防止爆炸。如H2复原CuO试验中应先通入H2，气体点燃前要先验纯。(3)防止氧化。如H2复原CuO要“先灭灯再停氢”，白磷切割要在水中进展等。(4)防止吸水。照试验、取用、制取易吸水、潮解、水解的物质要实行必要措施，以保证到达试验目的。(5)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的准时冷却。(6)仪器拆卸的科学性与安全性。如防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等。1．化学试验评价的内容(1)评价试验原理——是否明确、合理。(2)评价试验方案——是否安全、可行。(3)评价药品、仪器——是否便利、易得。(4)评价试验现象和结论——是否明显、清晰。考点二化学试验方案的评价2．化学试验评价的五大视角(1)可行性视角：只有合理且切实可行的试验方案才有意义。可行性是方案的第一要素，评价方案时应留意从试验原理和操作两个方面分析：①理论上要科学合理。②操作上要简洁可行。(2)经济效益视角：评价一种试验方案，不仅要从科学性上推断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。(3)绿色化视角：①分析试验药品是否有毒，是否会造成环境污染。②仪器药品是否价格低廉、廉价易得。③反响是否充分，原子经济性强。(4)安全性视角：①避开炸裂：受热不均匀、液体倒吸、气流不畅、易燃气体中混有助燃气体等。②防污染：有毒尾气未经处理、剩余药品随便丢弃、试验产生的废液肆意倾倒等。③防失火：点燃或熄灭酒精灯的方法不正确、易燃试剂与明火接触等。④防吸水：极易水解、吸水性强(潮解)的物质未密封保存或与潮湿空气接触，大量吸水导致液体溢出或反响变质等。(5)标准性视角：①仪器的安装与拆卸。②试剂添加的挨次与用量。③加热的方式方法和时机。④仪器的查漏、气密性检验。⑤温度计的标准使用、水银球的位置。⑥试验数据的读取。⑦冷却、冷凝的方法等。1．某同学用如图1所示的装置来探究CO2、SO2与澄清石灰水的反响，结果通入CO2可以看到先浑浊后澄清的现象，但通入SO2看不到浑浊现象。化学试验方案的评价经思考后该同学改用如图2所示的装置，将气体收集在注射器中，缓慢地将气体通入澄清石灰水中，都能看到石灰水先变浑浊再澄清的现象，且通入SO2时产生的现象明显且快。(1)比照分析两组试验，你认为用图1所示的装置试验时，通入SO2不能消失浑浊的缘由可能是_______________________。(2)用图2所示的装置试验时，以一样速率通入CO2和SO2，SO2产生浑浊、澄清的现象比CO2快的缘由是________________________________。(3)用图1所示的装置进展SO2与澄清石灰水反响的试验假设存在缺陷，其改进方法是(假设你认为该装置没有缺陷，此空可以不填)________________________________________________________________________。答案：(1)SO2在水中溶解度大且气体发生装置产生SO2的速率快，SO2直接与Ca(OH)2反响生成了可溶于水的酸式盐[Ca(HSO3)2]而观看不到沉淀(2)SO2溶于水生成的亚硫酸的酸性比碳酸的强，CaSO3转化为Ca(HSO3)2的速率也快(3)用导管将尾气通入NaOH溶液中2．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威逼。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简洁处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请答复以下问题：(1)第①步Cu与酸反响的离子方程式为____________________；得到滤渣1的主要成分为________。(2)第②步加H2O2的作用是________，使用H2O2的优点是________；调溶液pH的目的是使________生成沉淀。(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是_______。(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O，探究小组设计了三种方案：上述三种方案中，________方案不行行，缘由是________________________________________________________________________；从原子利用率角度考虑，________方案更合理。(5)探究小组用滴定法测定CuSO4·5H2O(Mr＝250)的含量。取ag试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消退干扰离子后，用cmol·L－1EDTA(H2Y2－)标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液bmL。滴定反响如下：Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式w＝________________；以下操作会导致CuSO4·5H2O含量的测定结果偏高的是_______________________________________________。a．未枯燥锥形瓶b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡c．未除净可与EDTA反响的干扰离子解答试验评价题的常见失误(1)思路狭窄，思维定式，缺少创新，阅历主义严峻。(2)恐惊心理严峻，虽然题目涉及了很多新情境、新材料，但是问题落脚点并未超出中学教材和考纲要求。(3)答题不标准，词不达意，不讲规律，抓不住要点。3．(2023年高考新课标全国卷Ⅱ)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进展如下试验。①氨的测定：准确称取wgX，加适量水溶解，注入如下图的三颈瓶中，然后逐滴参加足量10%NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V1mLc1mol·L－1的盐酸标准溶液吸取。蒸氨完毕后取下接收瓶，用c2mol·L－1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V2mLNaOH溶液。定量分析型试验方案的评价与数据处理②氯的测定：准确称取样品X，配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定，K2CrO4溶液为指示剂，至消失淡红色沉淀不再消逝为终点(Ag2CrO4为砖红色)。答复以下问题：(6)样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，可写出化学式为[Co(NH3)6]Cl3，由化合物中正负化合价代数和为0计算，NH3整体为0价，氯为－1价，故Co为＋3价；从而推出制备X的化学方程式为2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2===2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O。由于温度过高时H2O2易分解，NH3易挥发，故制备过程中温度不能过高，否则H2O2分解，NH3挥发。4．化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进展以下探究：查得资料：该牙膏摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成；牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生。Ⅰ.摩擦剂中氢氧化铝的定性检验：取适量牙膏样品，加水充分搅拌、过滤。(1)往滤渣中参加过量NaOH溶液，过滤。氢氧化铝与NaOH溶液反响的离子方程式是____________________________。(2)往(1)所得滤液中先通入过量二氧化碳，再参加过量稀盐酸。观看到的现象是_________________________。Ⅱ.牙膏样品中碳酸钙的定量测定：利用以下图所示装置(图中夹持仪器略去)进展试验，充分反响后，测定C中生成BaCO3沉淀的质量，以确定碳酸钙的质量分数。依据试验过程答复以下问题：(3)试验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反响物外，还有________________________________。(4)C中反响生成BaCO3的化学方程式是____________________________________________。(5)以下各项措施中，不能提高测定准确度的是________(填标号)。a．在参加盐酸之前，应排净装置内的CO2气体b．滴加盐酸不宜过快c．在A～B之间增加盛有浓硫酸的洗气装置d．在B～C之间增加盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置(6)试验中准确称取8.00g样品三份，进展三次测定，测得BaCO3的平均质量为3.94g。则样品中碳酸钙的质量分数为________。(7)有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量，只要测定装置C在吸取CO2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数。试验证明按此方法测定的结果明显偏高，缘由是________________________________________________________________________。解析：(6)n(BaCO3)＝3.94g÷197g·mol－1＝0.02mol，由C原子守恒得m(CaCO3)为0.02mol×100g·mol－1＝2g，所以CaCO3的质量分数为25%。(7)由于B中的水蒸气和HCl等易挥发进入C中，所以装置C的质量会偏大。试验数据统计与整理的一般方法1．数据的表格式(1)依据试验原理确定应记录的工程：所测的物理量。(2)应留意数据的有效数字及单位和必要的注释。(3)设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。2．数据的图像化图像化是用直线图或曲线图对化学试验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的状况。图像化的最大特点是鲜亮、直观、简洁、明白。定量试验中测定数据的方法及对试验数据的筛选1．数据的测定方法(1)沉淀法：先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯洁、枯燥的沉淀的质量，再进展相关计算。(2)测定气体体积法：对于产生气体的反响，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。量气装置的设计：以下装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。(3)测定