苏教版选修六综合复习（市一等奖）

第40讲

实验设计与评价一、实验方案设计的类型(1)根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分（2）根据化学实验内容划分二、实验方案设计的内容

实验名称→实验目的→实验原理→实验用品(仪器、药品及规格)→实验步骤(包括实验仪器装配和操作)→实验现象记录及结果处理→问题讨论考点一化学实验组合与设计

例1N2在化工生产、农业、医疗、航天航空等诸多领域用途广泛。某化学兴趣小组同学为探究在实验室制备较为纯净N2，进行了认真的准备。请你参与交流与讨论。[查阅资料]N2的制法有下列三种方案：方案1：加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。方案2：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。方案3：将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。[实验准备]以实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图(有的夹持和加热仪器未画出)。

[分析交流](1)若按方案1制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料，整套制气装置按气流从左到右的顺序连接的顺序是(填写序号，下同)________________。获得N2的反应原理是____________________________________________。(2)若以排水法收集N2，其中会混入水蒸气。但也不宜用排空气法，其原因是____________________________________________________。你提出的收集方法是__________________。E→D→B→C2NH3+3CuO===3Cu+N2↑+3H2O△N2的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近以塑料袋直接收集

(3)若以方案(2)制得N2，应选择的发生装置是____。为保证实验顺利进行，操作时应__________________________________________________________________________________(请至少填写两点)。(4)上述三个方案中，制得的N2纯度最差的是__________。在N2纯度要求不甚严格的情况下，有人建议将方案1和方案3结合使用，你认为其优越性在于_________________________________。

A将分液漏斗上部活塞凹槽与口部小孔相对；检查装置的气密性；向烧瓶内加少许碎瓷片方案3

CuO和Cu可循环反复利用，节省药品

【解析】本题考查了运用不同的方案进行实验设计的分析与评价。(1)按方案(1)用生石灰和浓氨水反应制氨气选用装置E。制得氨气用装置D干燥，在B中和CuO反应，过量的NH3用浓硫酸吸收同时干燥。(2)N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相近，不宜用排空气法，可以用塑料袋收集。(3)方案(2)是液液加热型，选用装置A。使用注意点有检查气密性、防止瀑沸加入碎瓷片等。(4)方案(3)中制得N2中含有O2及水蒸气等杂质，纯度最差。对比方案(1)、(3)的相似之处中用到了铜及氧化铜，两者可循环使用。

【方法技巧点拨】实验评价要求学生能够根据实验原理，并结合元素化合物等知识进行综合分析和比较，从定性和定量两个方面评价实验方案。在实验方案的评价中主要是从这样几个方面进行的：①科学性：实验的科学性主要体现在如试剂的选用是否合理、实验中的操作顺序是否合理或正确、定量实验中的实验误差以及原料的利用率等。②实验方案的可行性：可行性是指通过该实验是不是能实现既定的实验目的。③实验设计的安全性评价：实验安全是实验中的一个极为重要的环节，也是实验评价的重点。如可燃气体的点燃时要注意验纯、有毒气体的吸收、特殊药品的存放等。考点二对物质性质的评价与探究

例2某学校研究性学习小组设计实验探究铝等金属的性质：将一小片久置铝片投入浓氯化铜溶液中，铝表面很快出现一层海绵状暗红色物质，接下来铝片上产生大量气泡，触摸容器知溶液温度迅速上升，收集气体，检验其具有可燃性。若用同样的铝片投入同浓度的硫酸铜溶液中，在短时间内铝片无明显变化。

A．铝与Cl-反应，铝与不反应B．氯化铜溶液酸性比同浓度的硫酸铜溶液酸性强C．硫酸铜水解生成硫酸使铝钝化D．氯离子能破坏氧化铝表面薄膜，而硫酸根离子不能E．生成氯化铝溶于水，而生成硫酸铝不溶于水(2)铝片表面出现的暗红色物质是________。(1)铝与氯化铜溶液能迅速反应，而与同浓度的硫酸铜溶液在短时间内不反应的原因可能是________。(填序号)D

Cu

(3)放出的气体是________，请从有关物质的浓度、能量、是否有电化学作用等分析开始阶段产生气体的速率不断加快的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。H2

①随着反应进行生成铝离子浓度增大，水解程度增大，产生H+的浓度增大；②该反应放热，升高温度反应加快；③铜与铝构成原电池，加快铝溶解

(4)某同学通过一定的实验操作，也能使铝片与硫酸铜溶液反应加快，他采取的措施可能是________。A．用砂纸擦去铝片表面的氧化膜后投入硫酸铜溶液中B．把铝片投入热氢氧化钠溶液中一段时间后，取出洗涤，再投入硫酸铜溶液中C．向硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶液，再投入铝片D．在铝片上捆上几枚铜钉后投入同浓度的硫酸铜溶液中A、B

(5)除去氧化铝的铝片与镁片为电极，在X电解质溶液中构成原电池，列表如下：其中正确的是________(填序号)，由此推知，金属作电极不仅与本身性质相关，而且与____________有关。A电解质性质

【解析】(1)同浓度的氯化铜溶液和硫酸铜溶液，阳离子相同，阴离子不同，前者能与铝反应而后者不能，说明是阴离子的影响。在硫酸铜溶液与铝片反应的试管里加入少量氯化铜溶液，若反应加快了，说明上述推断正确。(2)由暗红色可判断是铜单质。(3)产生大量气泡，温度迅速上升，气体具有可燃性，可知铝与H+反应生成H2。(4)由(1)中选项D可知，使铝能与铜反应的关键是除去氧化膜。(5)在碱性溶液中，铝的活动性强于镁，铝作负极。在酸性溶液中，镁的活动性强于铝，镁作负极。由于铝与浓硝酸钝化，在浓硝酸中，镁作负极。

【方法技巧点拨】探究型实验题的一般解题思路为：先通过对比找出实验的不同之处(操作、现象等)，再揭示实验现象不同的本质，然后从本质上设计相应的实验来验证。还有一些题目将基本的理论、原理置于实验探究活动之中，只要熟练掌握基础知识，理解其原理，此类题目就会迎刃而解。考点三对物质制备的评价与探究

【例3】印刷电路的废腐蚀液含有大量CuCl2、FeCl2和FeCl3，任意排放将导致环境污染及资源的浪费。可从该废液中回收铜，并将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液，作为腐蚀液原料循环使用。测得某废腐蚀液中含CuCl21.5mol/L，含FeCl23.0mol/L，含FeCl31.0mol/L，含HCl3.0mol/L。取废腐蚀液200mL按如下流程在实验室进行实验：回答下列问题：(1)上述方法获得的铜粉中含有杂质，除杂所需试剂是_______________(填化学式)。(2)实验室可用固体KClO3与浓HCl反应制备Cl2，此反应中Cl2既是氧化产物，又是还原产物。反应的化学方程式为___________________________________。HCl(或H2SO4)KClO3+6HCl(浓)===3Cl2↑+KCl+3H2O(3)下图是实验室制备Cl2并通入FeCl2溶液中获得FeCl3溶液的部分装置。从下图挑选所需的仪器，完成上述装置简图(添加必要的塞子、玻璃导管、胶皮管。固定装置不用画)，并标明容器中所装试剂。

(4)实验中，必须控制氯气的速度，使导管口逸出的气泡每秒1～2个，以便被FeCl2溶液完全吸收。控制生成氯气速度的操作是：_________________。(5)按上述流程操作，需称取Fe粉的质量应不少于_______g(精确到0.1g)，需通入Cl2的物质的量不少于________mol，加入烧瓶中的KClO3的质量应不少于________g(精确到0.1g)。

【解析】(1)由题可知，制得铜中含有过量的铁粉。(3)中注意氯气有毒会污染大气，要接尾气吸收装置。(4)分液漏斗的作用，通过控制液体的流速，控制反应的速率。(5)过量铁粉加入腐蚀液中发生的反应为Fe+CuCl2=FeCl2+Cu；Fe+2FeCl3=3FeCl3，Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。可计算出铁的用量为0.3mol+0.1mol+0.3mol=0.7mol。含有FeCl2共1.5mol，共通入氯气不少于0.75mol。

【答案】

(1)HCl(或H2SO4)

(2)KClO3+6HCl(浓)=3Cl2↑+KCl+3H2O(4)缓慢旋动分液漏斗的活塞，调节液体滴下的速度(5)39.2

0.75

30.6【方法技巧点拨】物质的制备是综合实验题的重要命题素材。一般的物质制备方法为：(1)常见气体的制备。根据中学教材中按反应物的状态和是否加热可分三类：①固+固(有O2、NH3等)；②固(或液)+液(有Cl2、HCl、C2H4等)；③块状固体+液体→(有H2、CO2、H2S等)。将发生装置拓展为烧瓶(或锥形瓶、大试管)+分液漏斗→，可以制备反应物为固(或液)+液→，不需加热的气体，如上述中的③，及Na2O2与H2O、MnO2与H2O2反应制O2，CaC2与H2O制C2H2，浓H2SO4与浓HCl制HCl，碱石灰与浓氨水制NH3，KMnO4与浓盐酸制Cl2，Cu与浓HNO3制NO2等.△△(2)重要无机物的制备：Al(OH)3、Fe(OH)3胶体、NaOH、CuSO4、FeSO4、Na2CO3、HNO3、盐酸、Fe、Cu等(3)重要有机物的制备：硝基苯、溴苯、乙酸乙酯、肥皂、酚醛树脂等。

1.(2011·南昌一模)下列表示物质制备的方法中正确的是(

)A．NaCl(饱和溶液)HClDC．MnO2Cl2D．C6H6硝基苯浓硫酸浓盐酸、加热浓硫酸、浓硝酸50~60℃【解析】本题考查的是物质制备。因为HCl极易溶于水，所以制备HCl时，用固体氯化钠与浓硫酸，而非氯化钠溶液，否则不利于HCl的挥发，A错误；Cu与稀硫酸不反应，所以B选项错误；MnO2应该与浓盐酸加热条件制取氯气，稀盐酸还原性减弱不与MnO2反应，C错；制取硝基苯，用浓硫酸作催化剂及脱水剂，D正确。

2.(2011·常州二模)下列实验设计能够成功的是(

)A．检验Na2O2试样是否变质为Na2CO3：向试样中加入盐酸，产生无色无味的气体B．检验某卤代烃是否是氯代烃：C．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：D．鉴定盐A的成分是FeBr2：C

【解析】本题考查物质的检验与提纯。因为2Na2O2+4HCl=4NaCl+O2↑所以用盐酸不能检验出过氧化钠中的Na2CO3，A错误；B选项中不应该用稀硫酸酸化，因为Ag2SO4微溶对实验有干扰，应该用硝酸酸化，B错误；与适量硝酸化的AgNO3溶液若产生淡黄色沉淀，则可以检验Br-，但检验Fe2+时，应先加入KSCN溶液，没有变红，排除Fe3+干扰，然后加入硝酸时，溶液变红才可以说明原来为Fe2+，D错误。

3.(2011·合肥三模)市场上有一种用于预防和治疗缺氧症状的便携式制氧器，利用过碳酸钠固体A(化学式为2Na2CO3·3H2O2)和灰黑色固体B(不溶于水)与水混合反应制得氧气。某同学对A、B两种物质进行探究，实验步骤及现象如下图所示。下列说法错误的是(

)

A．在反应①中可能起催化作用B．设计③的目的是制取氧气C．第②步分离混合物的方法是过滤D．白色沉淀D为CaCO3

【解析】分析所给信息，结合框图，推测灰黑色固体B为MnO2，在反应①中H2O2的分解中起到催化剂作用，分离后的反应③同理，其实验目的为检验MnO2的存在，验证在化学反应中的作用。反应中生成的白色沉淀为碳酸钙。【答案】B

4.(2011·湖州一模)下列实验能达到预期目的的是(

)①用乙醇和浓硫酸除去乙酸乙酯中的少量乙酸；②用饱和NaCl溶液除去Cl2中的少量HCl；③用饱和NaHCO3溶液除去CO2中的少量SO2；④用加热的方法提取NH4Cl固体中混有的少量碘；⑤用醋和澄清石灰水验证蛋壳中含有碳酸盐；⑥用米汤检验食用加碘盐中含碘；⑦用纯碱溶液洗涤餐具；⑧用玻璃棒搅拌漏斗中的液体以加快过滤的速度；⑨加入盐酸以除去硫酸钠中的少量碳酸钠杂质

A．①④⑤⑨B．②③⑤⑦C．②③⑤⑧D．②③⑤⑥⑦【解析】①中除去乙酸乙酯中的少量乙酸用饱和的碳酸钠溶液；④中加热时I2易升华，氯化铵也易分解；⑥中的加碘食盐中加入的碘酸钾，而是不是碘单质，所以无法用米汤中的淀粉检验；⑧中用漏斗过滤是不能玻璃棒搅拌；⑨中加入盐酸虽然除去硫酸钠中的少量碳酸钠，但引入了氯化钠杂质。其余均正确。【答案】B

5.(2011·杭州统测)下列装置所示的实验不能达到目的的是(

)A

【解析】A无具体数据，只能定性判断催化剂加快反应速率，A错；如果钠与水反应放热，可触摸试管发热或红墨水两端液面高度变化来证明，B符合；C项如果试管中的FeCl2浅绿色变为棕黄色溶液，即可证明；NH4Cl受热分解遇冷又冷凝成固体，D也可达到实验目的。

6.(2011·东城一模)铁是人体必须的微量元素，治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。“速力菲”(主要成分：琥珀酸亚铁，呈暗黄色)是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸。试回答下列问题：(1)试剂①是______________________，加入新制氯水后，溶液中发生的离子反应方程式是__________________________________________