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1、高中化学学习资料整理总结第十一章化学实验学案50实验方案的设计、改进及评价考纲要求1.能够设计、评价或改进实验方案。2.了解控制实验条件的方法。3.能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。热点1气体实验装置的改进设计气体实验装置，通常由气体发生、气体净化、气体收集、尾气处理等装置组成，对一些常见装置进行改进和重新组合，往往能够实现一些特殊的实验目的。典型的气体实验装置改进设计有：依据启普发生器原理设计的反应器，尾气吸收、防倒吸装置的设计，液封装置的设计，恒压装置的设计等。解题策略1实验设计的创新往往要体现七个“一”，即：一个实验的多种现象，一种实验现象的多种原因，一种装置的多种用途，一种用途的多种
2、装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。2选择反应原理的原则是：反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。中学化学实验中，常见的气体制备实验是其中的重要组成部分，学生应掌握的气体制备实验有：三种单质(H2、O2、Cl2)的制备；三种氢化物(HCl、H2S、NH3)的制备；五种氧化物(CO2、SO2、NO2、NO、CO)的制备；两种有机物(C2H4、C2H2)的制备。复习时，除了掌握好教材中经典的制备方法外，还应对药品选择、反应原理进行拓展和创新。典例导悟1 (2010上海，26)CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为
3、CaCO3，另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。完成下列填空：(1)用浓盐酸配制11(体积比)的稀盐酸(约6 molL1)，应选用的仪器是_。a烧杯 b玻璃棒 c量筒 d容量瓶(2)上述装置中，A是_溶液，NaHCO3溶液可以吸收_。(3)上述装置中，B物质是_。用这个实验得到的气体测定CO2的分子量，如果B物质失效，测定结果_(填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)。 (4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：剪碎、称重浸泡溶解过滤残渣烘干冷却、称
4、重恒重为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是_。a氯化钠溶液 b稀醋酸 c稀硫酸 d正己烷(5)在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出_，后溶出_。(6)上述测定实验中，连续_，说明样品已经恒重。热点2性质实验装置的改进设计研究物质的物理性质和化学性质，是化学实验的最主要功能。而许多化学实验装置的设计，其目的就是研究物质所具有的性质。注重考查考生的创新思维能力。解题策略解答该类题应先明确实验目的和要求，再依据化学原理、物质性质和实验设计的基本要求进行解答。1基础性训练以教材实验为载体，从反应原理、装置原理和操作原理等方面进行强化训练。2拓展性训练一是要注重对教材实验的改
5、进和挖掘；二是要对实验进行创新设计。对于多种情况的反应，根据“实验问题”提出猜想；依据假设设计实验，要充分考虑多种可能性，避免肯定的或惟一性结论。在性质探究实验中，尾气处理装置、安全瓶和防倒吸装置等都是考查的热点，要理解其原理，选择或设计最简便的装置。典例导悟2 (2009广东，21)三草酸合铁酸钾晶体K3Fe(C2O4)33H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。限选试剂：浓硫酸、1.0 molL1 HNO3、1.0 molL1盐酸、1.0 molL1 Na
6、OH、3% H2O2 、0.1 molL1 KI、0.1 molL1 CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C)，观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是_。(2)该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是_，现象是_。(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。提出合理假设假设1：_；假设2：_；假设3：_。设计实验方案证明你的假设实验过程根据中方案进行实验。按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论
7、。实验步骤预期现象与结论步骤 1：步骤2：步骤3：热点3制备实验装置的改进设计制备一种物质，应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理，设计反应路径，选择合适的仪器和装置。最后，根据生成物的性质将产品分离提纯出来。整个过程如下图所示：解题策略1在设计物质制备的实验方案时，要优化上述流程中的每一个具体环节。遵循的优化原则是：原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。2一些物质的制备，由于其性质上的特殊性，需要设计一些特殊的装置来完成。如实验室制备Fe(OH)2固体，由于Fe(OH)2遇空气易被氧化而变质，故其制备实验装置必须严格防止制备的Fe(OH)2固体与O2接触；再如，常见有机物的制备
8、中，由于有机反应缓慢、副产品多、原料容易挥发，所以常见有机物的制备装置都要加装冷凝回流装置，使原料回流、充分反应，提高产率。典例导悟3 化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案：a方案：加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。c方案：将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。现实验室提供如下几种装置来制取N2。(1)若按a方案制取N2时，需要的氨气用生石灰和浓氨水作原料制取，则宜采用上述仪器中的_(填序号)作发生器，该发生装置中发生反应的化学方程式为_。要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气)，还须使用到的上述
9、仪器中的(按气流从左到右的流向顺序列出)_(填序号)。(2)若按c方案制取N2，用E装置将空气缓慢通入_(填A、B、C)反应器，反应器内可观察到的现象是_，该反应的化学方程式为_。(3)上述制取N2的三个方案中，a、b方案结合使用越来越受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在于_。1(2011安徽理综，10)下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()选项实验操作现象解释或结论A过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3BAgI沉淀中滴入稀KCl溶液有白色沉淀出现AgCl比AgI更难溶CAl箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被H
10、NO3氧化，形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓氨水呈碱性2.(2011江苏，7)下列有关实验原理或实验操作正确的是()A用水润湿的pH试纸测量某溶液的pHB用量筒量取20 mL 0.500 0 molL1 H2SO4溶液于烧杯中，加水80 mL，配制成0.100 0 molL1 H2SO4溶液C实验室用图1所示的装置制取少量氨气D实验室用图2所示的装置除去Cl2中的少量HCl3(2011江苏，13)下列有关实验原理、方法和结论都正确的是()A向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水，可制取Fe(OH)3胶体B取少量溶液X，向其中加入适量新制的氯水，再加几滴KSCN溶液
11、，溶液变红，说明X溶液中一定含有Fe2C室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液，振荡、静置后分液，可除去苯中的少量苯酚D已知II2I，向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4，振荡静置后CCl4层显紫色，说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大4(2011广东理综，23改编)下列实验现象预测正确的是()实验：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变实验：酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去实验：微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色实验：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应A B C D5(2009天津理综，6)下列实验设计和结论
12、相符的是()A将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中B某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性C某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SOD在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可得到较纯净的FeCl3溶液6.(2011全国理综，29)请回答下列实验室中制取气体的有关问题。(1)下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。装置B、C、D的作用分别是：B_；C_；D_。(2)在实验室欲制取适量NO气体。下图中最适合完成该实验的简易装置是_(填序号)；根据所选的装置完
13、成下表(不需要的可不填)：应加入的物质所起的作用ABCD简单描述应观察到的实验现象_。7(2011课标全国卷，28)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为_(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；_(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。A加热反应一段时间B收集气体并检验其纯度C关闭分液漏斗活塞D停止加热，充分冷却(3)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断，
14、上述实验确有CaH2生成。写出CaH2与水反应的化学方程式_；该同学的判断不准确，原因是_。(4)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象_。(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是_。8(2011北京理综，27)甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验)。实验操作和现象：操作现象关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热A中有白雾生成，铜片表面产生气泡B中有气泡冒出，产生大量白色沉淀C中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐消失打开弹簧夹，通入N2
15、，停止加热，一段时间后关闭从B、C中分别取少量白色沉淀，加稀盐酸均未发现白色沉淀溶解(1)A中反应的化学方程式是_。(2)C中白色沉淀是_，该沉淀的生成表明SO2具有_性。(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_。(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。为证实各自的观点，在原实验基础上：甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是_；乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是_。进行实验，B中现象：甲大量白色沉淀乙少量白色沉淀检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因：_。(5)合并(4)中两同学的方案进行实验。B中
16、无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是_。9(2011上海，26)实验室制取少量溴乙烷的装置如下图所示。根据题意完成下列填空：(1)圆底烧瓶中加入的反应物是溴化钠、_和11的硫酸。配制体积比11的硫酸所用的定量仪器为_(选填编号)。a天平 b量筒c容量瓶 d滴定管(2)写出加热时烧瓶中发生的主要反应的化学方程式_。(3)将生成物导入盛有冰水混合物的试管A中，冰水混合物的作用是_。试管A中的物质分为三层(如图所示)，产物在第_层。(4)试管A中除了产物和水之外，还可能存在_、_(写出化学式)。(5)用浓的硫酸进行实验，若试管A中获得的有机物呈棕黄色，除去其中杂质的正确方法是_(选填编号
17、)。a蒸馏 b用氢氧化钠溶液洗涤c用四氯化碳萃取 d用亚硫酸钠溶液洗涤若试管B中的酸性高锰酸钾溶液褪色，使之褪色的物质的名称是_。(6)实验员老师建议把上述装置中的仪器连接部分都改成标准玻璃接口，其原因是：_。10(2010北京理综，9)用右图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是()A上下移动中铜丝可控制SO2的量B中选用品红溶液验证SO2的生成C中选用NaOH溶液吸收多余的SO2D为确认CuSO4生成，向中加水，观察颜色题号1234510答案11.(2010广东理综，33)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对
18、其尾气进行吸收处理。(1)请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO22NaOH=_。(2)反应Cl2Na2SO32NaOH=2NaClNa2SO4H2O中的还原剂为_。(3)吸收尾气一段时间后，吸收液(强碱性)中肯定存在Cl、OH和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。提出合理假设假设1：只存在SO；假设2：既不存在SO，也不存在ClO；假设3：_设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3 molL1 H2SO4、1 molL1 NaOH、0.01 molL1 KMnO4、淀粉KI溶液、紫色石蕊试
19、液。实验步骤预期现象和结论步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 molL1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中步骤2：步骤3：12.(2010安徽理综，28)某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：实验制备银镜，并与Fe(NO3)3溶液反应，发现银镜溶解。(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是_。a边振荡盛有1 mL 2%的AgNO3溶液的试管，边逐滴滴入2%的稀氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止b将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中c制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热d银氨溶液具有较弱的氧化
20、性e在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大提出假设假设1：Fe3具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe(NO3)3溶液显酸性，在此酸性条件下NO能氧化Ag。设计实验方案，验证假设(2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2，验证了假设1成立。请写出Fe3氧化Ag的离子方程式：_。(3)乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容(提示： NO在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生)。实验步骤(不要求写具体操作过程)预期现象和结论若银镜消失，假设2成立。若银镜不消失，假设2不成立。思考与交流(4)甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：Fe(NO3)
21、3溶液中的Fe3和NO都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论，并简述理由：_。13(2009北京理综，27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品：浓硝酸、3 molL1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置、中盛放的药品依次是_。(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后_。(3
22、)装置中发生反应的化学方程式是_。(4)装置的作用是_，发生反应的化学方程式是_。(5)该小组得出的结论依据的实验现象是_。(6)实验结束后，同学们发现装置中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母)_。a加热该绿色溶液，观察颜色变化b加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化c向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化d向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化1(2011武汉质检)在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜，有下列两种
23、途径：(1)FeH2Cu(2)CuOCuSO4Cu若用这两种方法制得等量的铜，则下列有关说法符合实际情况的是()A消耗氧化铜的质量相同B消耗铁的质量相同C消耗硫酸的质量相同D生成硫酸亚铁的质量相同2(2011汕头模拟)在实验室进行下列有关物质的制备流程中，理论上正确、操作上可行且经济上合理的是()ACCOCO2Na2CO3BCuCu(NO3)2溶液Cu(OH)2CCaOCa(OH)2溶液NaOH溶液DFeFe2O3Fe2(SO4)3溶液3某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶
24、塞，加热c，其目的是_。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是_。再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是_。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_，理由是_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4Cl2Br2，操作步骤为_，实验现象为_；但此实验的不足之处是_。4某研究性学习小组的同学决定通过实验对SO2的漂白作用到底是SO2本身还是SO2与水作用的产物进行探究，他们查阅资料知品红能溶解在酒精中形成红色溶
25、液。(1)甲同学设计了如图所示的装置，并认为由广口瓶中溶液颜色的变化可以达到实验目的，甲作出此判断的依据是_。(2)乙同学通过分析，指出甲同学的装置图有两处不合理，并进行了修改，修改的内容：_。按修改后的装置，实验中控制SO2以大约每分钟200个气泡的速率通过品红的酒精溶液，20分钟后溶液仍不褪色，由此知，品红的褪色不是_直接导致的。随后乙同学对SO2使品红溶液褪色的微粒提出了如下三种假设：假设一：是HSO；假设二：是SO；假设三：_。(3)为验证自己的假设，乙同学进行了如下实验：取2 mL相同浓度的品红的酒精溶液置于两支试管中，再向试管中分别加入少量Na2SO3、NaHSO3固体，振荡静置后
26、发现试管中的液体均褪色，对此他得出使品红褪色的粒子是HSO、SO的结论，你认为此结论是否正确？_，理由是_。(4)为了进一步进行探究，丙同学又做了如下的实验：取相同浓度的品红的酒精溶液各10 mL分别置于两个小烧杯中，向两个烧杯中同时一次性地加入10 mL 0.1 molL1 Na2SO3、10 mL 0.1 molL1 NaHSO3溶液，发现加入Na2SO3溶液的品红的酒精溶液褪色较快，对此他可以得出的结论是_，理由是_。5为了得到白色的Fe(OH)2沉淀，并尽可能长时间保持其白色，有人设计如图所示的实验方案：方案(一)气体保护法：如图甲所示装置。(1)请简述实验操作及原理：_。(2)氢氧化
27、亚铁保持长时间白色，其原因是_。方案(二)液封法：如图乙所示，通电一段时间后，产生白色沉淀。(3)铁片、石墨作电极材料，X为_。苯的作用是_；能否用四氯化碳替代苯，_(填“能”或“否”)。(4)用反应式表示图乙中氢氧化亚铁形成的过程：_。方案(三)改变溶剂法：实验步骤如下：取少量新制的硫酸亚铁晶体于大试管中，向其中加入5 mL 的热蒸馏水，使之充分溶解，然后向其中慢慢加入10 mL无水乙醇，这时会发现溶液中有大量的小气泡冒出，静置，直到无小气泡冒出为止。另取一支试管，向其中加入半药匙固体氢氧化钠，然后向其中加入5 mL无水乙醇，充分溶解后静置。用长胶头滴管吸取刚配制的氢氧化钠的无水乙醇溶液，伸
28、入硫酸亚铁溶液内部，慢慢地挤压橡胶胶头，连续吸取几次，使之充分反应，静置片刻，这时在试管底部会有大量的白色凝乳状溶胶沉降下来。小心倒去上层无水乙醇溶液，再向其中加入3 mL无水乙醇洗涤，连续洗涤两三次，这时白色的凝乳状溶胶会变成白色固体，然后倒在滤纸上让无水乙醇充分挥发，便得到白色的固体粉末。(5)避免硫酸亚铁在溶于水的过程中被氧化，通常在溶液中加入_。在硫酸亚铁溶液中慢慢加入无水乙醇，产生气泡的主要原因是_。(6)保持白色的主要原因是_。学案50实验方案的设计、改进及评价【热点探究区】典例导悟1(1)abc(2)CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液HCl气体或酸性气体(3)无水CaCl2偏低(4)bd(5)石蜡CaCO3(6)两次称量的结果相差不超过(或小于)0.001 g解析(1)考查等体积比浓度的溶液配制，用量筒量取等体积水与浓盐酸，倒入烧杯，搅拌混匀即可。(2)由于制备得到的CO2中含H2S以及反应挥发出