第28講 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 考綱導(dǎo)視 考綱定位1 能根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要求 做到 1 設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案 2 了解控制實(shí)驗(yàn)條件的方法 3 分析或處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 得出合理結(jié)論 4 繪制和識(shí)別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖 2 以上各部分知識(shí)與技能的綜合應(yīng)用 考點(diǎn)一 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì) 知識(shí)梳理 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則和一般思路 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則 科學(xué)性 實(shí)驗(yàn)原理準(zhǔn)確 實(shí)驗(yàn)流程合理 性 保護(hù)人身 保護(hù)環(huán)境 保護(hù)儀器 可行性 條件允許 效果明顯 操作可行 性 做到步驟少 時(shí)間短 效果好等基本要求 安全 簡(jiǎn)約 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路 理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?闡明實(shí)驗(yàn)原理 選擇儀器藥品 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟 選擇數(shù)據(jù)處理方法 形成設(shè)計(jì)方案 確定最佳方案 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 1 六防 防 有氣體生成或參與的裝置都不可密閉 點(diǎn)燃或加熱可燃性氣體 H2 CO CH4 C2H4 C2H2等 前應(yīng)先 防水解 制取在空氣中易 的物質(zhì) 如Al2S3 AlCl3 Mg3N2 FeCl3等 要在生成此物質(zhì)的裝置前后連接 裝置 吸收水蒸氣 防氧化 如H2還原CuO后要 先滅燈再停氫 白磷切割宜在水中進(jìn)行 制備Fe OH 2要隔絕空氣以及除去溶液中的溶解氧等 爆炸 驗(yàn)純 水解 干燥 防干擾 如在設(shè)計(jì)多種離子的檢驗(yàn)與鑒別或確定混合物組成的實(shí)驗(yàn)時(shí) 要防止離子間發(fā)生干擾 設(shè)計(jì)燃燒法測(cè)定有機(jī)物分子式時(shí)要防止空氣中二氧化碳和水蒸氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾等 防倒吸 處理極 的氣體時(shí) 要注意防倒吸 防揮發(fā) 低沸點(diǎn)液體反應(yīng)物 在受熱時(shí)易揮發(fā) 為減少 損耗 要添加冷凝回流裝置 如冷凝管等 易溶于水 2 對(duì)于有氣體發(fā)生或參與的實(shí)驗(yàn)要特別注意以下問(wèn)題 儀器連接問(wèn)題 按氣體發(fā)生 除 凈化 干燥 主體實(shí)驗(yàn) 處理的順序連接好實(shí)驗(yàn)儀器 接口連接問(wèn)題 如洗氣時(shí) 進(jìn)氣管 出氣管 量氣時(shí) 進(jìn)氣管 出氣管 干燥管除雜質(zhì)時(shí) 大口 小口 在做有機(jī)物相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí) 宜用磨口玻璃儀器連接而不能用橡皮管連接等 實(shí)驗(yàn)操作的順序 連接各部分裝置 檢查 裝 藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作 拆卸實(shí)驗(yàn)裝置 尾氣 長(zhǎng) 短 短 長(zhǎng) 進(jìn) 出 雜質(zhì) 氣密性 考點(diǎn)集訓(xùn) 例1 香煙煙霧中含有CO CO2 SO2 H2O等氣體 用 無(wú)水CuSO4 澄清石灰水 紅熱CuO 生石灰 品紅溶液 酸性高錳酸鉀溶液等藥品可將其一一檢出 檢測(cè)時(shí)香 煙煙霧通入藥品的正確順序是 A C B D 解析 為了防止其他溶液對(duì)水的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾 首先用無(wú)水CuSO4檢測(cè)水 然后用品紅溶液檢驗(yàn)SO2 再通入酸性高錳酸鉀溶液除去SO2 然后通入澄清石灰水 檢驗(yàn)CO2 通入生石灰 除去CO2和H2O 最后通入紅熱CuO 檢驗(yàn)CO 故B項(xiàng)正確 答案 B 例2 擬用下圖裝置制取表中各選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的氣體 圖中鐵架臺(tái) 鐵夾 加熱及氣體收集裝置均已略去 必要時(shí)可以加熱 a b c d表示相應(yīng)儀器中加入的試劑 下述 方法中可以得到干燥 純凈氣體的是 解析 A項(xiàng)制備乙烯必須使用溫度計(jì) B項(xiàng)氯氣能與NaOH 溶液反應(yīng) C項(xiàng)氨氣極易溶于水 答案 D 例3 2015年北京卷 在通風(fēng)櫥中進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn) A 中氣體由無(wú)色變紅棕色的化學(xué)方程式為 2NO O2 2NO2B 中的現(xiàn)象說(shuō)明Fe表面形成致密的氧化層 阻止Fe進(jìn)一步反應(yīng)C 對(duì)比 中現(xiàn)象 說(shuō)明稀HNO3的氧化性強(qiáng)于濃HNO3D 針對(duì) 中現(xiàn)象 在Fe Cu之間連接電流計(jì) 可判斷Fe是否被氧化 解析 是鐵與稀硝酸反應(yīng)生成無(wú)色氣體NO NO被空氣中的氧氣氧化生成紅棕色的NO2氣體 故A正確 的現(xiàn)象是因?yàn)殍F發(fā)生了鈍化 Fe表面形成致密的氧化層 阻止Fe進(jìn)一步反應(yīng) 故B正確 實(shí)驗(yàn) 反應(yīng)停止是因?yàn)殍F發(fā)生了鈍化 不能用來(lái)比較稀硝酸和濃硝酸的氧化性強(qiáng)弱 物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱只能通過(guò)比較物質(zhì)得電子能力大小來(lái)分析 故C錯(cuò)誤 中Fe Cu都能與硝酸反應(yīng) 二者接觸 符合原電池構(gòu)成條件 要想驗(yàn)證鐵是否發(fā)生氧化反應(yīng) 可以連接電流計(jì) 故D正確 答案 C 例4 2015年新課標(biāo)卷 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 草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水 而其鈣鹽難溶于水 草酸晶體 H2C2O4 2H2O 無(wú)色 熔點(diǎn)為101 易溶于水 受熱脫水 升華 170 以上分解 回答下列問(wèn)題 1 甲組同學(xué)按照如圖所示的裝置 通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)草酸晶體的分解產(chǎn)物 裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是 由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有 裝置B的主要作用是 2 乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解的產(chǎn)物中含有CO 為進(jìn)行驗(yàn)證 選用甲組實(shí)驗(yàn)中的裝置A B和如圖所示的部分裝置 可以重復(fù)選用 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中 依次連接的合理順序?yàn)锳 B 裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是 能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn) 3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明 草酸的酸性比碳酸的強(qiáng) 草酸為二元酸 答案 1 有氣泡冒出 澄清石灰水變渾濁 CO2 冷凝 水 蒸氣和草酸 防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀而干擾CO2的檢驗(yàn) 2 F D G H D I CuO H中黑色粉末變?yōu)榧t色 裝置F與G之間的D中澄清石灰水不變渾濁 裝置H與I之間的D中澄清石灰水變渾濁 3 向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液 有氣泡 產(chǎn)生 用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液 消耗NaOH的物質(zhì) 的量是草酸的2倍 考點(diǎn)二 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià) 知識(shí)梳理 1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)的依據(jù) 針對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn) 可以設(shè)計(jì)出多種方案 對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)主要從以下幾個(gè)方面著手 1 原理的科學(xué)性 對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)方案的原理是否遵循已學(xué) 原理和 原理或者能否在題目已給信息中找到 化學(xué) 物理 2 方案的可行性 對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)方案的操作步驟 現(xiàn)象 數(shù)據(jù)處理等 3 綠色化學(xué) 對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)方案的藥品成本 利用率和對(duì) 環(huán)境的友好程度 4 方案的安全性 對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)方案本身和對(duì)人身 設(shè)備 儀器以及動(dòng)植物的安全性 是否合理 簡(jiǎn)單 2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)的基本思路 通過(guò)分析明確探索目的或物質(zhì)的性質(zhì) 將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?物質(zhì)的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作步驟結(jié)合起來(lái) 判斷運(yùn)用這些步驟和裝置 能否實(shí)現(xiàn)目的 答案 D 例6 2015年浙江卷 某同學(xué)采用硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣 主要成分為Fe2O3 SiO2 Al2O3 不考慮其他雜質(zhì) 制備七水合硫酸亞鐵 FeSO4 7H2O 設(shè)計(jì)了如下流程 A 溶解燒渣選用足量硫酸 試劑X選用鐵粉B 固體1中一定含有SiO2 控制pH是為了使Al3 轉(zhuǎn)化為Al OH 3 進(jìn)入固體2C 從溶液2得到FeSO4 7H2O產(chǎn)品的過(guò)程中 須控制條件防止其氧化和分解D 若改變方案 在溶液1中直接加NaOH至過(guò)量 得到的沉淀用硫酸溶解 其溶液經(jīng)結(jié)晶分離也可得到FeSO4 7H2O 解析 燒渣混合物中加入足量硫酸 Fe2O3 Al2O3與酸反應(yīng)生成硫酸鐵 硫酸鋁 SiO2不反應(yīng) 過(guò)濾 固體1為SiO2 在濾液中加入鐵粉將Fe3 還原為Fe2 調(diào)節(jié)pH使Al3 完全生成Al OH 3沉淀 過(guò)濾 固體2為氫氧化鋁 溶液2為硫酸亞鐵 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 過(guò)濾 得到硫酸亞鐵晶體 由流程分析可知 溶解燒渣選用足量硫酸 X為鐵粉 D項(xiàng)中最終得到的是硫酸鐵而不是硫酸亞鐵 答案 D