高考化学一轮复习第10章化学实验基础第3节化学实验方案的设计与评价教学案新人教版

第三节化学实验方案的设计与评价考纲定位要点网络1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.根据化学实验目的和要求能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)分析或处理实验数据得出合理结论；(4)掌握控制实验条件的方法；(5)评价或改进实验方案。化学实验方案的设计1．实验方案的设计原则与要求(1)设计原则①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。(2)基本要求①科学性：科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。②安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。③可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。④简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。2．实验设计的关键热点(1)实验操作顺序装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。(2)加热顺序选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(3)仪器的连接顺序①涉及气体的一般连接顺序发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。②一般装置的进出气口a．洗气瓶：长进短出；b.U型管：无前后；c.干燥管：粗入细出；d.加热玻璃管：无前后；e.排液量气：短进长出。注意：仪器连接要注意的问题①安装仪器时：先下后上，先左后右。②仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。③净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。④制备易潮解的物质时，制备装置前、后要连干燥装置。命题点1“仪器连接型”实验方案的设计[典例导航1](2019·岳阳模拟)三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知：BCl3的沸点为12.5℃，熔点为－107.3℃，易潮解①。实验室制备三氯化硼的原理为B2O3＋3C＋3Cl2eq\o(=,\s\up10(△))2BCl3＋3CO(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气②(不用收集)：①装置B的作用是__________________________，装置C的作用是____________________。②装置A中发生反应的离子方程式为______________________________________________________________________________________。(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成③。①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→→→→→④→F→D→I；其中装置E的作用是____________________________________________________________________________________________________________________________________。②实验开始时，先通入干燥的Neq\o\al(⑤,2)的目的是_____________________________________________________________________________________________。③能证明反应中有CO生成的现象是___________________________________________________________________________________________________。④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾⑥，其与水反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________。[思路点拨]①根据BCl3的熔、沸点可确定，BCl3易液化，可用冷却水冷凝；易潮解，要注意BCl3制备时水蒸气的影响，气体要干燥。②干燥纯净的Cl2制取时注意除杂[杂质HCl、H2O(g)]，及除杂的先后顺序为先除HCl再干燥。③验证CO生成，一般是利用CO与CuO反应生成CO2，根据CO2的存在证明CO的生成，但要注意CO2干扰。④剩余4个装置，题中留有5个装置空白，说明有一装置重复使用。⑤装置中的O2要与C反应，干扰实验，先通N2排空气，防止O2干扰。⑥HCl在空气中易形成白雾。[答案](1)①吸收Cl2中的HCl气体干燥Cl2[或吸收Cl2中的H2O(g)]②ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋6H＋eq\o(=,\s\up10(△))3Cl2↑＋3H2O(2)①GEHJH冷凝BCl3为液体收集②排除装置中的空气，防止O2的干扰③装置F中黑色粉末变为红色，装置D中澄清石灰水变浑浊④BCl3＋3H2O=H3BO3＋3HCl“仪器连接型”实验方案设计思路[对点训练]1．(2019·安阳模拟)氨基锂(LiNH2)是一种白色有光泽的结晶或粉末，熔点是390℃，沸点是430℃，溶于冷水，遇热水则强烈水解。在380～400℃时锂与氨气直接反应可制得LiNH2ABCD(1)仅从试剂性质角度分析，下列各组试剂不宜用于实验室制备NH3的是________(填字母)。A．浓氨水、CaOB．NH4Cl固体、Ca(OH)2固体C．浓氨水D．NH4NO3固体、NaOH固体(2)用(1)中合适的试剂制取的NH3按气流方向自左向右，则图中装置的连接顺序为________________(填接口处字母)，装置A的作用是___________________________________________________________________________________。(3)装置C中仪器的名称是________，盛装的试剂是________。实验开始后，向X中通入NH3与加热仪器X的先后顺序为____________________。(4)实验室还可用浓氨水与固体NaOH混合制备氨气，但多次实验表明，此方法收集到的NH3量总是比理论值低许多，其最可能的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)氨基锂能与热水反应生成LiOH与一种气体，请推测该气体的成分并用实验验证你的结论：_____________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)因NH4NO3受热或撞击易发生爆炸，故不易用NH4NO3固体、NaOH固体制备NH3。(2)因LiNH2能与水反应，故进入B中的氨气应该是干燥的，又因为氨气无法在B中消耗完且空气中水蒸气也可以逆向进入B，又氨气溶解时可能会产生倒吸现象，故相应的连接顺序为e→f→c→d→h→g→a；装置A中盛放浓硫酸，用于吸收氨气，及防止空气中的水蒸气进入B中。(3)装置C用于干燥氨气，可以使用碱性干燥剂；由于Li能与空气中氧气反应，故要先通入一段时间的氨气，排尽装置内的空气。(4)因氨气属于易溶于水的气体，故它在溶液中生成时，溶液中会溶解有相当多的氨气，从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多。(5)由LiNH2＋H2O=LiOH＋NH3↑推测，气体产物是氨气，可用红色石蕊试纸检测该气体。[答案](1)D(2)e→f→c→d→h→g→a(h、g可互换)盛放浓硫酸，用于吸收未反应的氨气，及防止空气中的水蒸气进入B中导致LiNH2水解(3)干燥管碱石灰先通氨气再加热仪器X(4)因氨气属于易溶于水的气体，故它在溶液中生成时，溶液中会溶解有相当多的氨气，故从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多(5)该气体为氨气，取少量试样放入试管中并加入适量热水，再将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，试纸变蓝命题点2“综合实验装置型”实验方案的分析[典例导航2](2019·郑州模拟)莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，Mr＝392]是一种重要的还原剂，在空气中比一般的亚铁盐稳定。某学习小组设计如图实验方案制备少量的莫尔盐。回答下列问题：(1)连接装置，检查装置气密性。将0.1mol(NH4)2SO4晶体置于玻璃仪器_______中(填仪器名称)，将6.0g洁净铁屑加入锥形瓶中。(2)①打开分液漏斗瓶塞，关闭活塞K3，打开K2、K1，加入55.0mL2mol·L－1稀硫酸后关闭K1。A装置中反应的离子方程式为_______________________________________________。②待大部分铁粉溶解后，打开K3、关闭K2，此时可以看到的现象为__________________，原因是_________________________。③关闭活塞K2、K3，采用100℃水浴蒸发B中水分，液面产生晶膜时，停止加热，冷却结晶、________、用无水乙醇洗涤晶体。该反应中硫酸需过量，保持溶液的pH在1～2之间，其目的为________________________________。④装置C的作用为______________________________________________，装置C存在的缺点是__________________________________________________________________________________________________________________。[思路点拨](1)实验目的：制备少量莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]。(2)实验原理：FeSO4＋(NH4)2SO4＋6H2O=(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。(3)实验装置及其各部分装置的可能作用A．制备FeSO4；B．制备莫尔盐；C．防止空气中的O2进入。(4)问题回答[答案](1)三颈烧瓶(三颈瓶或三口瓶或三口烧瓶)(2)①Fe＋2H＋=H2↑＋Fe2＋②A中的液体被压入B中A中产生氢气，使A中压强增大③过滤抑制Fe2＋水解④液封作用，防止空气进入三颈烧瓶氧化Fe2＋不能除去尾气中的H2(或答可能会倒吸均可)“综合实验装置型”试题的解答思维流程[对点训练]2．(2019·衡阳二模)二氧化氯(ClO2)与亚氯酸钠(NaClO2)都具有强氧化性。两者作漂白剂时，不伤害织物；作饮用水消毒剂时，不残留异味。某研究性学习小组用二氧化氯制备亚氯酸钠，并探究其性质的实验如下。【资料查阅】①SO2可将NaClO3还原为ClO2；②NaClO2酸化生成NaCl，并放出ClO2。ABCDE实验步骤如下：Ⅰ.组装仪器并检查气密性。仪器组装完毕(如图所示)，关闭①②③三个止水夹及b的活塞，打开a的活塞，向A的圆底烧瓶中注入水，检查装置的气密性。Ⅱ.制备亚氯酸钠。在各装置中分别加入相应的试剂，关闭止水夹①③和b的活塞，打开止水夹②及a的活塞，向A的圆底烧瓶中滴入75%的硫酸。Ⅲ.探究亚氯酸钠的性质。打开止水夹①和②，关闭止水夹③和a的活塞，通入一段时间空气；关闭止水夹①和②，打开止水夹③和b的活塞，向C的三颈烧瓶中滴入稀硫酸。试回答下列问题：(1)步骤Ⅰ中，装置气密性良好的现象是_________________；仪器a或b在使用前应______________。(2)步骤Ⅱ中，B中反应的化学方程式为__________________，C中H2O2的作用为__________________________。(3)步骤Ⅲ中，先通入一段时间空气的目的是______________，试管D中的现象为____________________________。(4)步骤Ⅲ中，开始时C中反应缓慢，稍后产生气体的速率却迅速加快。试解释可能的原因____________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤Ⅱ，实验前若向C三颈烧瓶中加入25mL8.0mol·L－1H2O2溶液反应，分离提纯得到18.88gNaClO2晶体，则H2O2的有效利用率为________(保留两位有效数字)。[解析](1)若装置不漏气，因装置中气体压强增大，a中液体不能顺利流下，所以现象是一段时间后，仪器a中液面不再下降；仪器a、b是分液漏斗，使用前要检验是否漏水。(2)步骤Ⅱ，B中SO2将NaClO3还原为ClO2，反应的化学方程式为SO2＋2NaClO3=2ClO2＋Na2SO4，C中用二氧化氯制备亚氯酸钠，ClO2发生还原反应，H2O2作还原剂。(3)装置中残留的ClO2、SO2气体干扰NaClO2的检验，步骤Ⅲ中，先通入一段时间空气的目的是排出装置中残留的ClO2、SO2气体，避免干扰实验；C中加入硫酸生成的ClO2与D试管中的KI反应生成碘单质，所以试管D中的现象为溶液由无色变蓝色。(4)NaClO2酸化生成NaCl，反应生成的Cl－起催化作用；NaClO2与硫酸的反应放热使温度升高，反应速率加快。(5)设参加反应的H2O2的物质的量是xmol；2ClO2＋2NaOH＋H2O2=2NaClO2＋O2＋2H2O，1mol181gxmol18.88gx≈0.104mol，H2O2的有效利用率为eq\f(0.104mol,0.025L×8mol·L－1)×100%＝52%。[答案](1)一段时间后，仪器a中液面不再下降检查是否漏水(2)SO2＋2NaClO3=2ClO2＋Na2SO4作还原剂(3)排出装置中残留的ClO2、SO2气体，避免干扰实验溶液由无色变蓝色(4)反应生成的Cl－起催化作用(或该反应放热使温度升高，反应速率加快)(5)52%命题点3“猜测假设型”实验方案设计[典例导航3]某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。(1)提出假设①该反应的气体产物是CO2。②该反应的气体产物是CO。③该反应的气体产物是________。(2)设计方案如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件①下与过量炭粉完全反应②，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比③。(3)查阅资料氮气不与炭粉、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________。(4)实验步骤①按上图连接装置，④，称取3.20g氧化铁、2.00g炭粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气⑤；③停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水(足量)变浑浊；④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气⑥。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g⑦；⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g⑧。步骤②④中都分别通入N2，其作用分别为____________________________________________________________________________________________。(5)数据处理试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与炭粉发生反应的化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)实验优化学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液，其理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________。②从环境保护的角度⑨，请你再提出一个优化方案：____________________________________________________________________________。[思路点拨]①避免空气中的O2与碳反应造成对实验的干扰，要先排空。②计算时注意：反应后炭粉有剩余，氧化铁全部反应。③根据碳元素和氧元素的质量比可进一步求得碳元素和氧元素的物质的量之比，从而确定气体产物是CO还是CO2还是二者的混合物。④连接好装置加入药品前，一般是检查装置的气密性。⑤排尽装置中的空气，达到隔绝空气的目的。⑥将残存在反应装置中的CO2赶入澄清石灰水中，确保实验结果的准确性。⑦由此数据可求得剩余固体质量[m(Fe)＋m(C)剩]，进而可求得参加反应的碳元素的质量。⑧此数据是CaCO3的质量，可据此求出反应中生成的CO2的物质的量。⑨本实验中对环境造成污染的气体是CO，需进行处理。[解析](5)由于炭粉过量，氧化铁完全反应，因此反应结束后所得固体是过量的炭粉和生成的Fe的混合物，其质量为m(Fe)＋m(C)剩＝52.24g－48.48g＝3.76g，其中m(Fe)＝eq\f(112,160)×3.20g＝2.24g，则m(C)剩＝3.76g－2.24g＝1.52g，m(C)反＝2.00g－1.52g＝0.48g，n(C)反＝0.04mol，由实验步骤⑤可知，反应中生成CO20.02mol，则还生成CO0.02mol，n(CO)∶n(CO2)＝1∶1，据此可写出Fe2O3与C反应的化学方程式为2C＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(高温))2Fe＋CO↑＋CO2↑。(6)①Ca(OH)2的溶解度很小，所以澄清石灰水中Ca(OH)2的浓度很小，一般不用作CO2的吸收剂，否则易导致吸收不完全造成实验误差；M(BaCO3)大于M(CaCO3)，可减小称量误差。②本实验中能对环境造成污染的气体是CO，所以对方案的优化就是增加处理CO的装置。[答案](1)CO2、CO的混合物(3)NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)eq\o(=,\s\up10(△))N2↑＋2H2O(4)并检查装置的气密性步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收(5)2C＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(高温))2Fe＋CO↑＋CO2↑(6)①Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全，M(BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小②在尾气出口处加一点燃的酒精灯(或增加一尾气处理装置)猜测假设型实验方案设计的一般思路[对点训练]3．(2019·试题调研)某课题组同学受葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液反应实验的启发，拟设计实验利用氧化铜探究乙醛的还原性。[提出猜想]猜想1：______________________________(写出化学方程式)；猜想2：CH3CHO＋2CuO△,CH3COOH＋Cu2O。[定性实验](1)甲同学设计如图1所示实验方案(部分夹持装置已略去)：图1已知，有机物的部分物理性质如表所示：有机物乙酸乙醛溶解性易溶于乙醇和乙醛易溶于乙醇和乙酸沸点/℃117.9按上述实验方案进行实验，当装置B中氧化铜完全反应后停止实验。①补充“猜想1”：________________________________________________________________________________________________(写化学方程式)。②装置C中冷水浴的作用是_____________________________________。分离、提纯产品的方法是______________________________________。实验中，先通入乙醛蒸气，后点燃装置B处酒精灯，这样操作的目的是_______________________________________________。(2)已知：Cu2O呈红色，在酸性条件下发生反应为Cu2O＋2H＋=Cu＋Cu2＋＋H2O。乙同学设计下列实验方案：方案实验操作实验现象Ⅰ取少量装置B中红色粉末于试管中，加入适量稀硫酸，振荡溶液变蓝色Ⅱ取少量装置B中红色粉末于试管中，加入适量稀硝酸，振荡溶液变蓝色Ⅲ取少量装置B中红色粉末于试管中，加入适量稀盐酸，振荡溶液中有红色固体上述方案能证明猜想2成立的是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。[定量实验](3)丙同学认为乙同学设计的实验方案不能证明猜想1是否成立，该同学设计了如图2所示实验方案定量探究红色固体的成分：图2已知：醋酸亚铬[Cr(CH3COO)2]溶液可以吸收少量的O2。①下列有关说法正确的是________(填标号)。a．装置D可以控制反应的发生与停止b．装置F中盛装醋酸亚铬溶液c．向装置D中滴几滴硫酸铜溶液可加快反应d．实验中观察到装置G中有明显现象②装置G中红色粉末完全反应后，称得固体粉末质量为19.2g；装置H净增质量为2.0g。选择合理数据计算，确定红色粉末的成分及物质的量：________________________________________。[解析](2)取少量装置B中红色粉末于试管中，加入稀硫酸，振荡，溶液变蓝色，可确定有Cu2O；Cu、Cu2O都能与稀硝酸反应产生Cu2＋，方案Ⅱ不能证明猜想2成立；红色固体为Cu，无法确定此红色固体是否是Cu2O与酸反应生成的，方案Ⅲ不能证明猜想2成立。(3)①装置E中装醋酸亚铬溶液吸收装置D中排出的氧气，装置F中装浓硫酸，干燥氢气，b项错误；氧化亚铜、铜都是红色，故装置G中无明显现象，d项错误。②装置H还会吸收空气中水蒸气，净增质量大于生成水的质量，不能作为计算依据，只能根据装置G中红色粉末的质量变化进行计算。根据转化关系Cu2O→Cu，固体净减质量等于混合物中氧元素的质量。m(O)＝(20.8－19.2)g＝1.6g，n(Cu2O)＝n(O)＝0.1mol，m(Cu2O)＝144g·mol－1×0.1mol＝14.4g，n(Cu)＝eq\f(20.8g－14.4g,64g·mol－1)＝0.1mol。[答案](1)①CH3CHO＋CuO△,Cu＋CH3COOH②冷却产品蒸馏排尽装置中的空气(2)Ⅰ(3)①ac②0.1molCu2O、0.1molCu命题点4“定量型”实验方案的设计[典例导航4](2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量①。已知：NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3。回答下列问题：(1)a的作用②是________________。(2)b中放入少量碎瓷片③的目的是________________。f的名称是________。(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路④；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c⑤，原因是_________________________________________________________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水⑥。打开k1，加热b，使水蒸气进入e⑦。①d中保留少量水的目的是____________________________________________________________________________________________________________。②e中主要反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是___________________________________________________________________________________________________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数⑧为________%，样品的纯度≤________%。[思路点拨]①明确了蛋白质中氮含量的测定原理。②a为与外界相通的导气管，当装置内压强增大，a导管内液面上升，其通常作用为防堵塞，防气压过大造成事故。③液体加热时易发生暴沸，加碎瓷片的目的就是防暴沸。④水蒸气排除装置中的空气，使装置充满蒸气。⑤停止加热，关闭k1，水蒸气冷凝液化，内压减小，形成负压，水倒吸进装置进行仪器清洗。⑥液封，防止NH3逸出。⑦用H2O(g)将生成的NH3排入g中与H3BO3反应形成NH3·H3BO3。⑧C2H5NO2～N～NH3·H3BO3～HCl75g14g1molm(C2H5NO2)m(N)cV×10－3mol[答案](1)避免b中压强过大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中温度下降，管路中形成负压(4)①液封，防止氨气逸出②NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up10(△))NH3↑＋H2O保温使氨完全蒸出(5)eq\cV,m)eq\cV,m)(1)f装置的作用是______________________________________________。(2)滴定时指示剂可选用_________________________________________。(3)滴定完成后采用仰视读数时结果________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。[答案](1)冷凝NH3，防止NH3逸出(2)甲基橙(3)偏大4种定量测定的方法与原理(1)测量沉淀质量法先将某种成分转化为沉淀，然后称量过滤、洗涤、干燥后沉淀的质量再进行相关计算。称量固体一般用托盘天平，精确度为0.1g，但精确度高的实验中可使用分析天平，可精确到0.0001g。(2)测量气体体积法①量气装置的设计下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。②读数时先要将其恢复室温后，再调整量气装置使两侧液面相平，最后读数要求视线与凹液面最低点相平。(3)测量气体质量法一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置在反应前后的质量增大值。(4)滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据再进行相关计算。[对点训练]4．(2019·成都模拟)亚硝酰氯(NOCl)是一种黄色气体，沸点为－5.5℃，其液体状态呈红褐色。遇水易水解，伴随有氯化氢生成。某化学兴趣小组按如图装置用Cl2(1)仪器a的名称是________，装置甲中反应的离子方程式是________________________________________________________________________________。(2)装置乙的作用是______________________________________________，实验开始时，先打开活塞K，当观察到装置丙中出现_____________________________________(填现象)时再缓缓通入Cl2。(3)装置丙中生成NOCl的反应方程式是________________________，装置丁中冰盐水的作用是_____________________________________________________________________________________________________________________。(4)经分析该套装置设计上有一处明显缺陷，改进方法是________________________________________(用文字描述)。(5)工业制得的NOCl中常含有少量N2O4杂质，为测定产品纯度进行如下实验：称取1.441g样品溶于适量的NaOH溶液中，加入几滴K2CrO4溶液作指示剂，用0.8000mol·L－1硝酸酸化的AgNO3溶液滴定，若消耗AgNO3溶液的体积为25.00mL，则NOCl的质量分数为________%(保留2位小数)；如果AgNO3溶液出现部分变质(变质的部分不参与反应)，则测得的NOCl的质量分数会________(填“偏大”或“偏小”)。[解析](2)装置乙中水和二氧化氮反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸蒸气能溶于水，所以作用为将NO2转化为NO，同时吸收HNO3；实验开始时，观察装置丙中气体由红棕色转换为无色，说明装置中的空气已排尽，再通入氯气。(4)反应得到的一氧化氮含有水，氯气能和水反应，且亚硝酰氯容易水解，故应在装置中乙和丙之间增加一个盛有浓硫酸的洗气瓶(或在装置中乙和丙之间增加一个气体干燥装置)。(5)根据NOCl～AgNO3分析，硝酸银的物质的量为0.8000×25×10－3mol＝0.02mol，则亚硝酰氯的质量分数为eq\f(0.02×65.5,1.441)≈90.91%。若硝酸银溶液出现部分变质，则消耗的硝酸银溶液的体积变大，则测得的亚硝酰氯的质量分数会偏大。[答案](1)U形管Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O(2)将NO2转化为NO，同时吸收HNO3气体由红棕色转换为无色(3)2NO＋Cl2=2NOCl冷凝并收集NOCl(4)在装置中乙和丙之间增加一个盛有浓硫酸的洗气瓶(或在装置中乙和丙之间增加一个气体干燥装置)(5)90.91偏大5．(2019·湖北八市联考)已知CaO2在350℃时能迅速分解，生成CaO和O2。该小组采用如图所示的装置测定制备的产品中CaO2(1)检查该装置气密性的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(2)使用分析天平准确称取0.5000g样品，置于试管中加热使其完全分解，收集到33.60mL(已换算为标准状况)气体，则产品中过氧化钙的质量分数为________(保留4位有效数字)。[解析](1)由实验装置图可知，可用液压法检验装置的气密性。(2)由题可知反应方程式为2CaO2eq\o(=,\s\up10(350℃))2CaO＋O2↑，由方程式可得：2CaO2～O2↑，标准状况下33.60mL氧气的物质的量为0.0015mol，则反应的过氧化钙为0.003mol，则产品中过氧化钙的质量分数为(0.003mol×72g·mol－1)/0.5000g×100%＝43.2%。[答案](1)连接好装置，向水准管中注水至液面与量气管中形成高度差，静置一段时间，若高度差不变，则装置不漏气，反之装置漏气(2)43.20%或0.4320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．从规范性视角进行评价(1)仪器的安装与拆卸；(2)仪器的查漏、气密性检验；(3)试剂添加的顺序与用量；(4)加热的方式方法和时机；(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。3．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)合成过程中是否造成环境污染。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、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时若为蒸气的要及时冷却；(7)实验方案的科学性与安全性(从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；(8)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．从经济效益和社会效益评价(1)经济效益指原料的获得成本，转化率、产率等；(2)社会效益指对环境的污染分析。命题点1基本实验方案或装置评价1．(2019·银川检测)下列根据实验操作和现象所得出的结论合理的是()选项实验操作实验现象结论A将硫酸酸化的H2O2滴入Fe(NO3)2溶液溶液变黄色H2O2的氧化性比Fe3＋强B向盛有FeSO4溶液的试管中滴入氯水，然后滴入KSCN溶液滴入KSCN后溶液变为红色 原FeSO4溶液已被空气中的O2氧化变质C将灼热的铜丝伸入盛有无水乙醇的试管中 有刺激性气味产生 乙醇发生取代反应D将NaAlO2溶液加入NaHCO3溶液中有白色沉淀生成 AlOeq\o\al(－,2)结合H＋能力比COeq\o\al(2－,3)强D[不能排除硝酸根离子的影响，应在硫酸铁溶液中加入硫酸酸化的过氧化氢，A错误；向盛有FeSO4溶液的试管中滴入氯水，原溶液中的亚铁离子被氧化为铁离子，也可能为原溶液中含有铁离子，因此不能判断原FeSO4溶液已被空气中的O2氧化变质，B错误；将灼热的铜丝伸入盛有无水乙醇的试管中，有刺激性气味产生，说明有乙醛生成，乙醇在催化剂条件下被氧化为乙醛，发生氧化反应，C错误；NaHCO3溶液与NaAlO2溶液，反应中碳酸氢钠提供氢离子与偏铝酸根反应生成Al(OH)3，说明结合H＋的能力：AlOeq\o\al(－,2)>COeq\o\al(2－,3)，D正确。]2．(2019·济南模拟)下列实验中，所采取的方法及其原理均正确的是()选项实验目的实验方法实验原理A除去NO中的NO2通过盛有氢氧化钠溶液的洗气瓶NO2能与NaOH溶液反应而NO不反应B除去乙醇中的水加入无水硫酸铜，然后蒸馏无水硫酸铜能结合水形成晶体C除去KNO3中的NaCl冷却热饱和溶液，重结晶NaCl的溶解度随温度变化而改变较大D除去铁粉中混有的铝粉加入过量NaOH溶液，充分反应后过滤铝能与NaOH溶液反应而铁不反应D[NO、NO2的混合气体通过盛有NaOH溶液的洗气瓶会发生反应：NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，欲除去NO中的NO2，应将气体通过盛有水的洗气瓶，A项错误；除去乙醇中的水，应加入生石灰，然后蒸馏，B项错误；KNO3的溶解度随温度变化而改变较大，NaCl的溶解度随温度变化而改变较小，除去KNO3中的NaCl时，冷却热饱和溶液，KNO3结晶析出，C项错误。]3．FeCl3可用于工业废水的处理，其易潮解，可由Cl2与Fe单质反应制备。某研究小组同学利用如图所示装置制备FeCl3。下列说法正确的是()①②③④⑤A．装置①中若有6molCl－被氧化，则消耗1.5molMnO2B．装置②③⑤中依次盛放饱和食盐水、浓硫酸和澄清石灰水C．整套装置没有设计缺陷D．可以用装置①制备SO2气体D[A项，根据电子守恒可知消耗3molMnO2，错误；B项，不能用澄清石灰水吸收尾气，错误；C项，FeCl3易潮解，需防止⑤中水蒸气进入，错误。]4．(2019·厦门模拟)实验室制备NaClO2的装置如下图，其中C装置内生成ClO2。下列说法正确的是()A．实验开始时，应打开分液漏斗的活塞及弹簧夹乙，关闭弹簧夹甲B．可用98.3%硫酸代替75%硫酸C．H2O2是制备NaClO2反应的还原剂D．F中的试剂可用饱和Ca(OH)2溶液C[C装置中的竖直玻璃管用于平衡系统的气压并可防止堵塞。实验开始时，应打开弹簧夹甲，A错误；98.3%硫酸中硫酸大多以分子的形式存在，不能电离出氢离子，其与亚硫酸钠反应较慢，不能用其代替75%的硫酸，B错误；饱和Ca(OH)2溶液浓度较低，无法充分吸收尾气中的二氧化硫和二氧化氯，D错误。]命题点2实验方案或装置的评价与创新改进5．已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸盐。Ⅰ.甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否变质。方案一：取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。方案二：取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。请你对两方案作出评价。方案一：________(填“合理”或“不合理”)，理由是__________________________________________________________________________________。方案二：________(填“合理”或“不合理”)，理由是__________________________________________________________________________________。Ⅱ.乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0mol·L－1Na2SO3溶液的实际浓度。(1)分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？________(填选项字母)。a．浓硝酸b．70%硫酸c．浓盐酸(2)实验前后测得C装置增重3.2g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为________。(3)该实验装置还存在一个明显的缺陷是_________________。[解析]Ⅱ.(2)n(SO2)＝eq\f(3.2g,64g·mol－1)＝0.05mol，n(Na2SO3)＝0.05mol，c(Na2SO3)＝eq\f(0.05mol,0.06L)≈0.83mol·L－1。[答案]Ⅰ.不合理亚硫酸钠部分变质时，滴加盐酸，也会产生气泡不合理亚硫酸钠也能与BaCl2溶液反应生成白色沉淀，亚硫酸钠未变质或部分变质也会产生白色沉淀Ⅱ.(1)b(2)0.83mol·L－1(3)缺少一个驱赶残留SO2的装置(或其他合理答案)6．(2019·试题调研)硫酸亚铁铵又称莫尔盐，是浅绿色晶体。它在空气中比一般亚铁盐稳定，是常用的Fe2＋试剂。某实验小组利用工业废铁屑制取莫尔盐，并测定其纯度。已知：①硫酸铵、七水合硫酸亚铁、硫酸亚铁铵在水中的溶解度如表所示：温度/℃溶解度/g物质102030405070(NH4)2SO4FeSO4·7H2O－－(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O②莫尔盐在乙醇溶剂中难溶。Ⅰ.莫尔盐的制取(1)步骤2中加热方式为________(填“直接加热”“水浴加热”或“沙浴”)；必须在铁屑少量剩余时，进行热过滤，其原因是___________________________________________________。(2)产品莫尔盐最后用________洗涤(填字母编号)。a．蒸馏水b．乙醇c．滤液Ⅱ.为测定硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]的纯度，某学生取mg硫酸亚铁铵样品配制成500mL溶液，根据物质组成，甲、乙、丙三位同学设计了如下三个实验方案。(甲)方案一：取20.00mL硫酸亚铁铵溶液，用0.1000mol·L－1的酸性KMnO4溶液分三次进行滴定。(乙)方案二：取20.00mL硫酸亚铁铵溶液进行如下实验。eq\x(待测液)eq\o(→,\s\up10(足量的BaCl2溶液))eq\o(→,\s\up10(过滤))eq\o(→,\s\up10(洗涤))eq\o(→,\s\up10(干燥))eq\o(→,\s\up10(称量))eq\x(wg固体)(1)若实验操作都正确，但方案一的测定结果总是小于方案二，其可能原因为________________________________________________________________________________________________________________________________，验证推测的方法为_______________________________________________________________________________________________________________。(丙)方案三：(通过NHeq\o\al(＋,4)测定)实验设计如图所示。取20.00mL硫酸亚铁铵溶液进行该实验。甲乙(2)①装置________(填“甲”或“乙”)较为合理，判断理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________。量气管中最佳试剂是________(填字母编号。如选“乙”则填此空，如选“甲”此空可不填)。a．水b．饱和NaHCO3溶液c．CCl4②若测得NH3的体积为VL(已折算为标准状况)，则该硫酸亚铁铵样品的纯度为________________。[解析]Ⅰ.(1)步骤2中加热温度为70～75℃，水浴加热可以更好地控制温度；在铁屑少量剩余时，进行热过滤，可防止Fe2＋被氧化，同时结合已知信息①知，热过滤可防止硫酸亚铁以晶体形式析出。(2)莫尔盐在乙醇溶剂中难溶，易溶于水，所以最后用乙醇洗涤，以减少产品损失。Ⅱ.(1)方案一利用酸性高锰酸钾氧化Fe2＋进行计算，方案二利用硫酸根转化成BaSO4沉淀进行计算，方案一中Fe2＋被空气部分氧化，从而造成测定结果偏小；检验Fe2＋是否被氧化成Fe3＋的方法是取少量硫酸亚铁铵溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，则说明Fe2＋已被空气部分氧化。(2)①方案三利用排液体法测量气体体积，由于氨气极易溶于水，装置甲易发生倒吸，无法测量NH3的体积，故装置乙较为合理；量气管中试剂不能吸收氨气，故所选试剂最佳是CCl4。②根据元素守恒可确定关系式：(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O～2NH3，则n[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]＝eq\f(1,2)n(NH3)＝eq\f(1,2)×eq\f(V,22.4)mol＝eq\f(V,44.8)mol，因为是从500mL溶液中取出20mL进行的实验，所以样品中n[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]＝25×eq\f(V,44.8)mol，该硫酸亚铁铵样品的纯度＝eq\f(392Vm)×100%。[答案]Ⅰ.(1)水浴加热防止Fe2＋被氧化，同时防止硫酸亚铁以晶体形式析出(2)bⅡ.(1)Fe2＋已被空气部分氧化取少量硫酸亚铁铵溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，则说明Fe2＋已被空气部分氧化(2)①乙甲装置会出现倒吸c②eq\f(392Vm)×100%7．(2019·宣城模拟)亚硝酸钠(NaNO2)是一种肉制品生产中常见的食品添加剂，使用时必须严格控制其用量。某兴趣小组设计了如图所示的装置制备NaNO2(A中加热装置已略去，NO可与过氧化钠粉末发生化合反应，也能被酸性KMnO4氧化成NOeq\o\al(－,3))。(1)仪器a的名称是________。(2)A中实验现象为___________________________________________。(3)为保证制得的亚硝酸钠的纯度，C装置中盛放的试剂可能是________(填字母序号)。A．P2O5 B．无水CaCl2C．碱石灰 D．浓硫酸(4)E中发生反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________。(5)从提高氮原子利用率的角度出发，其中B装置设计存在一定缺陷，如何改进？_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]由实验装置可知，A中发生C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up10(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，B中稀释挥发的硝酸和将生成的二氧化氮与水反应转化为NO，C中固体干燥剂干燥NO，并除去可能混有的酸雾，D中发生2NO＋Na2O2=2NaNO2，E中酸性高锰酸钾吸收尾气NO，结合氮及其化合物的性质分析解答。(5)浓硝酸易挥发，A中生成的二氧化氮中一定有少量硝酸蒸气逸出，二氧化氮与水反应也会生成硝酸，B中铜与硝酸反应仍有硝酸根离子剩余，从提高氮原子利用率的角度出发，可以在B装置中加入一定的稀硫酸，使NO2全部转化为NO。[答案](1)分液漏斗(2)剧烈反应，产生大量红棕色气体(3)C(4)3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋＋5NO=3Mn2＋＋5NOeq\o\al(－,3)＋2H2O(5)在B装置中加入一定的稀硫酸，使NO2全部转化为NO实验装置评价与改进的关键点1．(2019·全国卷Ⅱ)下列实验现象与实验操作不相匹配的是()实验操作实验现象A.向盛有高锰酸钾酸性溶液的试管中通入足量的乙烯后静置溶液的紫色逐渐褪去，静置后溶液分层B.将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生C.向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸有刺激性气味气体产生，溶液变浑浊D.向盛有FeCl3溶液的试管中加过量铁粉，充分振荡后加1滴KSCN溶液黄色逐渐消失，加KSCN后溶液颜色不变A[乙烯中含有双键，可以使高锰酸钾酸性溶液褪色，静置后溶液不分层，A不匹配；镁条与二氧化碳在点燃条件下反应的化学方程式为2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up10(点燃))2MgO＋C，所以集气瓶中产生浓烟，并有黑色颗粒产生，B匹配；根据反应Na2S2O3＋2HCl=2NaCl＋S↓＋SO2↑＋H2O，SO2为有刺激性气味的气体，硫是淡黄色沉淀，可使溶液变浑浊，C匹配；根据反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，可得随Fe3＋逐渐消耗，黄色逐渐消失，加KSCN溶液后，溶液颜色不变，D匹配。]2．(2018·全国卷Ⅰ，T26)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是________________。仪器a的名称是________。(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_________________________________________________________________。②同时c中有气体产生，该气体的作用是____________________________________________________________________________________________。(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________；d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。(4)指出装置d可能存在的缺点_____________________________________________________________________________________________________。[解析](1)审题时抓住醋酸亚铬“在气体分析中用作氧气吸收剂”，这暗示醋酸亚铬具有强还原性，易被氧气氧化，故该实验中使用的蒸馏水必须去除溶解氧。(2)①依题意可知，c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，主要是由于锌与铬离子反应生成亚铬离子和锌离子，即Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋。②c中产生的气体为氢气，该气体主要用于排尽装置内的空气，避免O2氧化Cr2＋。(3)c中有氢气产生，打开K3，关闭K1和K2后，c中压强大于外界压强，从而将c中溶液压入醋酸钠溶液中。析出并分离产品的操作是冷却、过滤、洗涤、干燥。(4)观察d装置，可发现其与空气相通，这会导致生成的醋酸亚铬被O2氧化。[答案](1)去除水中溶解氧分液(或滴液)漏斗(2)①Zn＋2Cr3＋=Zn2＋＋2Cr2＋②排除c中空气(3)c中产生H2使压强大于大气压(冰浴)冷却过滤(4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触3．(2018·全国卷Ⅱ，T28)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为：2K3[Fe(C2O4)3]eq\o(=,\s\up10(光照))2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；显色反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________。(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按如图所示装置进行实验。①通入氮气的目的是_________________________________。②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有_______、_______。③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_________________________________________________________________________________________。④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量mg样品于锥形瓶中，溶解后加稀硫酸酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是________。②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后，过滤、洗涤，将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀硫酸酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的