化学实验方案设计与评价全国化学考前复习大串讲

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精【知识归纳】一、化学实验方案的设计1．实验方案设计的基本要求2．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，设计合理的实验方案，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。3．实验设计示例（1）实验目的：设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。（2）实验原理(用化学或离子方程式表示）：2KClO3eq\o(=，\s\up7(MnO2)，\s\do5(△））2KCl＋3O2↑，Ag＋＋Cl－=AgCl↓。(3）实验试剂：氯酸钾固体、MnO2、AgNO3溶液、稀硝酸。（4）操作步骤①将氯酸钾和MnO2混合共热。②冷却至室温，加水充分溶解后，过滤。③取少量滤液于洁净试管中，加入几滴硝酸酸化的AgNO3溶液。（5）实验现象：观察到有白色沉淀生成。(6）实验结论：证明氯酸钾中含有氯元素。二、化学实验方案的评价1．实验方案的评价解题要点（1）理论上要科学。(2）操作上要简单可行。（3）原料用量要节约.（4）要环保，符合绿色化学原则。2．实验评价题的常见考查角度（1）可行性方面①分析实验方案是否科学可行;②实验操作是否安全合理；③实验步骤是否简单方便;④实验效果是否明显。（2)绿色化学方面①实验过程中是否造成环境污染；②原料是否无毒、安全、易得;③原料利用率是否较高;④反应速率是否较快.(3）安全性方面化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸；③防氧化；④污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状态物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;⑤防吸水。（4）规范性方面①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、竖装的干燥管及冷凝管等)；②易挥发液体产物(导出时可为蒸气）的及时冷却;③仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序;④其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。（5）最佳方案的选择几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染.特别提醒化学实验方案主要在以下几个方面容易出现失误：(1）规范方面，如操作、观察、读数等。（2）安全方面，如安全瓶、气体点燃、防暴沸、防倒吸、防污染等。（3）量化方面，如仪器规格的选择、数据记录与处理、误差分析等。(4）创新方面，如装置的改进、方案的优化等.【典例剖析】典例一、【考点定位】对未知成分的探究实验设计（2015·高考全国卷Ⅰ，26)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,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、ICuO②H前的D中澄清石灰水不变浑浊,H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倍典例二、【考点定位】对物质性质的探究实验设计（2015·高考广东卷）NH3及其盐都是重要的化工原料.（1）用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3,反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为________.（2）按下图所示装置进行NH3性质实验.①先打开旋塞1,B瓶中的现象是____________，原因是________________，稳定后，关闭旋塞1。②再打开旋塞2，B瓶中的现象是________。(3）设计实验，探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。限选试剂与仪器：固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽（可调控温度)。①实验目的：探究________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。②设计实验方案,拟定实验表格,完整体现实验方案物理量实验序号V(溶液)/mL……1100……2100……③按实验序号1所拟数据进行实验，若读取的待测物理量的数值为Y，则NH4Cl水解反应的平衡转化率为________(只列出算式，忽略水自身电离的影响）。【答案】（1)ACG（2）有白烟生成A瓶中的氯化氢移动到B瓶中，与B瓶中的氨气反应生成氯化铵,能看到白烟液体进入B瓶中，溶液的颜色变红(3）①温度（或浓度）②物理量实验序号V(溶液）/mL氯化铵质量/g温度/℃pH1100mT1b2100mT2c也可以为：物理量实验序号V(溶液）/mL氯化铵质量/g温度/℃pH1100m1Tb2100m2Tc③eq\f（535×10－Y，m）%（3）通过所给试剂和仪器，可以探究温度（或浓度）对溶液中氯化铵水解程度的影响。如果是探究温度对溶液中氯化铵水解程度的影响时,可以测定不同温度下溶液的pH;如果是探究浓度对溶液中氯化铵水解程度的影响时,可以测定不同浓度下溶液的pH。因此实验表格可以为:物理量实验序号V(溶液）/mL氯化铵质量/g温度/℃pH1100mT1b2100mT2c也可以为:物理量实验序号V（溶液）/mL氯化铵质量/g温度/℃pH1100m1Tb2100m2Tc所读取的数值Y为溶液的pH.氯化铵的物质的量为m/53.5mol,所以氯化铵的物质的量浓度为m/5。35mol·L－1；所以铵根离子水解反应的平衡转化率为eq\f(10－Y，\f（m，5.35))×100%＝eq\f（535×10－Y，m）%.【考前强训】1。【2016江苏卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）是常用的抗氧化剂，在空气中、受热时均易分解。实验室制备少量Na2S2O5的方法:在不断搅拌下,控制反应温度在40℃左右，向Na2CO3过饱和溶液中通入SO2当溶液pH约为4时,停止反应，在20℃左右静置结晶。生成Na2S2O52NaHSO3===Na2S2O5+H2O(1）SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3和CO2，其离子方程式为____________________。（2）装置Y的作用是______________________________.(3）析出固体的反应液经减压抽滤、洗涤、25℃～30℃干燥，可获得Na2S2O5①组成减压抽滤装置的主要仪器是布氏漏斗、________________和抽气泵。②依次用饱和SO2水溶液、无水乙醇洗涤Na2S2O5固体。用饱和SO2水溶液洗涤的目的是______.（4)实验制得的Na2S2O5固体中含有一定量的Na2SO3和Na2SO4，其可能的原因是______.【答案】（1）2SO2+CO32–+H2O===2HSO3–+CO2（2)防止倒吸（3）①吸滤瓶②减少Na2S2O5在水中的溶解（4）在制备过程中Na2S2O5分解生成生Na2SO3，Na2SO3被氧化生成Na2SO4【考点定位】本题主要是考查物质制备实验方案设计与评价2.【2016新课标3】过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂.以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：（一)碳酸钙的制备（1)步骤①加入氨水的目的是_______。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于____。（2）右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是______（填标号）。a．漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b．玻璃棒用作引流c．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁d．滤纸边缘高出漏斗e．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度（二）过氧化钙的制备（3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈____性(填“酸”、“碱"或“中”)。将溶液煮沸,趁热过滤.将溶液煮沸的作用是___________。（4）步骤③中反应的化学方程式为________，该反应需要在冰浴下进行,原因是_________.（5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_______。（6）制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法