大二轮高考总复习化学第一部分专题14高频题型04化学实验方案的设计与评价

高频题型四化学实验方案的设计与评价一、掌握实验方案设计的三个方面1．基本原则2．基本内容3．基本思路(1)明确目的和原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。(2)选择仪器和药品：根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器和橡皮塞、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置和步骤：根据实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤，并能够识别和绘制典型的实验仪器装置图，实验步骤应完整而又简便。(4)记录现象和数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论：根据实验中观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。二、了解实验方案评价的原则和角度1．(2015·课标全国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，170℃以上分解(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的产物中还有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________________________________________________________________________。解析：(1)装置C中澄清石灰水的作用是检验是否有CO2气体生成，若有CO2气体生成，澄清石灰水变浑浊。装置B中冰水的作用是降低温度，使生成的水和草酸(题给信息：受热脱水、升华)冷凝。若草酸进入装置C，会生成草酸钙沉淀，干扰CO2检验。(2)检验CO可通过检验CO还原黑色的CuO生成的CO2进行。因为分解产物中有CO2，所以先要除去CO2，可用浓NaOH溶液吸收CO2，并用澄清石灰水检验CO2是否除尽，再用无水氯化钙干燥CO，然后通过加热的CuO，再用澄清石灰水检验生成的CO2气体，没有反应掉的CO可用排水法收集。若前面澄清石灰水无现象，H中黑色的CuO变红色，后面的澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中有CO。(3)①证明草酸的酸性比碳酸强，可以利用溶液中较强酸制较弱酸的原理，将草酸与NaHCO3溶液混合，看是否有气体产生。②证明草酸是二元酸，可以利用酸碱中和滴定原理，若消耗NaOH的物质的量是草酸的2倍，即可证明草酸是二元酸。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、ICuO(氧化铜)②前面澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，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，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍2．(2015·福建理综，25)测定饱和氯水中氯元素的总量(1)该小组设计的实验方案为：使用下图装置，加热15.0mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是________________________________________________________________________。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)(2)根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。资料：ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂；ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl－。解析：(1)该小组设计的实验方案不可行的主要原因是溶液中存在Cl2的重新溶解以及HClO分解生成HCl和O2等，无法测定试样含氯总量。(2)由于HClO具有强氧化性会破坏酸碱指示剂，因此实验设计时不能用酸碱指示剂，可以利用氯水的强氧化性，向该溶液中加入足量的H2O2溶液，H2O2把氯元素完全还原为Cl－，H2O2被氧化成O2，然后加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的AgNO3溶液，过滤、洗涤生成的AgCl沉淀，干燥后称量沉淀质量，结合氯原子守恒即可确定其中含有的氯元素的质量。答案：(1)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案无法测定试样含氯总量(或其他合理答案)(2)量取一定量的试样，加入足量的H2O2溶液，待反应完全加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀质量(或其他合理答案)化学实验方案的设计与评价是高考考查的重点，在高考试题中主要以物质的制备或性质实验为载体，结合实验操作，物质性质探究等命题。对实验中某一环节或某一步骤进行方案设计或评价，考查学生发现问题与解决问题的能力，是高考命题热点。1．硫酸工业尾气中SO2的含量超过0.05%(体积分数)时需经处理后才能排放。某校兴趣小组欲测定硫酸工业尾气中SO2的含量，采用以下方案：甲方案：如图所示，图中气体流量计B用于准确测量通过尾气的体积。将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定SO2的含量。当洗气瓶C中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞A。(1)洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，可以提高实验的准确度，其理由是________________________________________________________________________。(2)洗气瓶C中的溶液除碘水外，还可以选用一定体积________。a．一定浓度的酸性KMnO4溶液b．一定浓度稀硝酸c．3%H2O2d．一定浓度的溴水(3)洗气瓶C中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞A，测得的SO2含量________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。乙方案：实验步骤如下流程图所示：eq\x(\a\al(尾气,VL))eq\o(→,\s\up7(过量H2O2溶液),\s\do5(①))eq\x(\a\al(溶,液))eq\o(→,\s\up7(过量BaOH2溶液),\s\do5(②))eq\o(→,\s\up7(过滤、洗涤、),\s\do5(干燥、称重③))eq\x(\a\al(固体,mg))(4)写出步骤②中反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤③中洗涤沉淀的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。丙方案：将乙方案中步骤①省略，直接将尾气通入过量Ba(OH)2溶液中，其余步骤与乙方案相同。(6)你认为丙方案是否合理，若合理说明合理的理由，若不合理提出你的改进方案：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)多孔球泡可增大SO2与溶液的接触面积，有利于SO2与碘水充分反应。(2)四个选项中的试剂均能氧化SO2，但稀硝酸和H2O2缺少颜色变化的指示剂。(3)洗气瓶C中溶液反应消耗的SO2的量固定，通入的尾气的量增大，会使测量结果偏低。(4)H2O2将SO2氧化为硫酸，故步骤②中反应的化学方程式为H2SO4＋Ba(OH)2=BaSO4↓＋2H2O。(6)SO2与Ba(OH)2溶液反应生成的BaSO3容易被O2部分氧化为BaSO4，从而导致测量结果不准确。改进措施可以是将BaSO3用氧化剂全部氧化为BaSO4，以BaSO4为标准进行计算。答案：(1)增大SO2气体与溶液的接触面积，有利于SO2与碘水充分反应(2)ad(3)偏低(4)H2SO4＋Ba(OH)2=BaSO4↓＋2H2O(5)用玻璃棒引流，向漏斗中注入蒸馏水，使水面没过沉淀物，待水流尽后，重复操作2～3次(6)不合理，在步骤②和③之间增加“加入足量H2O2溶液”的步骤2．(2017·雅安中学一调)亚硝酸钠(NaNO2)外观酷似食盐且有咸味，是一种常用的发色剂和防腐剂，使用过量会使人中毒，国际上对食品中亚硝酸钠的用量控制在很低的水平上。某学习小组针对亚硝酸钠设计了如下实验：【实验Ⅰ】制备NaNO2该小组查阅资料知：2NO＋Na2O2=2NaNO2；2NO2＋Na2O2=2NaNO3。制备装置如图所示(夹持装置略去)：(1)装置D可将剩余的NO氧化成NOeq\o\al(－,3)，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)如果没有B装置，C中发生的副反应有__________、________。(3)甲同学检查完装置气密性良好后进行实验，发现制得的NaNO2中混有较多的NaNO3杂质。于是进行了适当的改进，改进后提高了NaNO2的纯度，则其改进措施是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【实验Ⅱ】测定制取的样品中NaNO2的含量步骤：a．在5个有编号的带刻度试管(比色管)中分别加入不同量的NaNO2溶液，各加入1mL的M溶液(M遇NaNO2呈紫红色，NaNO2浓度越大颜色越深)，再加蒸馏水至总体积均为10mL并振荡，制成标准色阶：试管编号①②③④⑤NaNO2含量/(mg·L－1)020406080b．称量0.10g制得的样品，溶于水配成500mL溶液。取5mL待测液，加入1mLM溶液，再加蒸馏水至10mL并振荡，(4)步骤b中比较结果是：待测液颜色与③标准色阶相同，则甲同学制得的样品中NaNO2的质量分数是________。(5)用目视比色法证明维生素C可以有效降低NaNO2的含量。设计并完成下列实验报告。实验方案实验现象实验结论取5mL待测液，加入________，振荡，再加入1mLM溶液，________，再振荡，与③标准色阶对比________________维生素C可以有效降低NaNO2的含量解析：(1)酸性KMnO4溶液具有强氧化性，能将NO氧化为NOeq\o\al(－,3)，故反应的离子方程式为5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O。(2)铜和稀硝酸反应制得的NO中含有杂质水蒸气，若没有B装置，水与Na2O2发生反应：2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑；生成的O2易将NO氧化为NO2，发生反应：2NO＋O2=2NO2。(3)制得的NaNO2中混有较多的NaNO3杂质，说明制得的NO中混有NO2，故应在装置A、B之间增加装有水的洗气瓶，以除去杂质NO2。(4)待测液颜色与③标准色阶相同，则甲同学制得的样品中NaNO2的质量是40mg·L－1×0.01L×eq\f(500mL,5mL)＝40mg＝0.04g，故样品中NaNO2的质量分数＝eq\f(0.04g,0.10g)×100%＝40%。(5