一、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的類型一、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的類型 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)認(rèn)識(shí)過程中的作用來劃分 （2）根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分 二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)用品(儀器、藥品及規(guī)格)實(shí)驗(yàn)步驟(包括實(shí)驗(yàn)儀器裝配和操作)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄及結(jié)果處理問題討論考點(diǎn)一 化學(xué)實(shí)驗(yàn)組合與設(shè)計(jì) 例例1 N2在化工生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、航天航空等諸多領(lǐng)域用途廣泛。某化學(xué)興趣小組同學(xué)為探究在實(shí)驗(yàn)室制備較為純凈N2，進(jìn)行了認(rèn)真的準(zhǔn)備。請(qǐng)你參與交流與討論。 查閱資料N2的制法有下列三種方案： 方案1：加熱條件下，以NH3還原CuO可制得N2，同時(shí)獲得活性銅粉。 方案2：加熱NaNO2和NH4Cl的濃溶液制得N2。 方案3：將空氣緩緩?fù)ㄟ^灼熱的銅粉獲得較純的N2。 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備以實(shí)驗(yàn)室常見儀器(藥品)等設(shè)計(jì)的部分裝置如下圖(有的夾持和加熱儀器未畫出)。 分析交流 (1)若按方案1制得干燥、純凈的N2，且需要的NH3以生石灰和濃氨水作原料，整套制氣裝置按氣流從左到右的順序連接的順序是(填寫序號(hào)，下同)_。獲得N2的反應(yīng)原理是_。 (2)若以排水法收集N2，其中會(huì)混入水蒸氣。但也不宜用排空氣法，其原因是_。你提出的收集方法是_。EDBC 2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O N2的相對(duì)分子質(zhì)量28與空氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量相近 以塑料袋直接收集 (3)若以方案(2)制得N2，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置是_ _ _ _ 。 為 保 證 實(shí) 驗(yàn) 順 利 進(jìn) 行 ， 操 作 時(shí) 應(yīng)_(請(qǐng)至少填寫兩點(diǎn))。 (4)上述三個(gè)方案中，制得的N2純度最差的是_。在N2純度要求不甚嚴(yán)格的情況下，有人建議將方案1和方案3結(jié)合使用，你認(rèn)為其優(yōu)越性在于_。 A 將分液漏斗上部活塞凹槽與口部小孔相對(duì)；檢查裝置的氣密性；向燒瓶?jī)?nèi)加少許碎瓷片 方案3 CuO和Cu可循環(huán)反復(fù)利用，節(jié)省藥品 【解析】本題考查了運(yùn)用不同的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析與評(píng)價(jià)。(1)按方案(1)用生石灰和濃氨水反應(yīng)制氨氣選用裝置E。制得氨氣用裝置D干燥，在B中和CuO反應(yīng)，過量的NH3用濃硫酸吸收同時(shí)干燥。(2)N2的相對(duì)分子質(zhì)量與空氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量相近，不宜用排空氣法，可以用塑料袋收集。(3)方案(2)是液液加熱型，選用裝置A。使用注意點(diǎn)有檢查氣密性、防止瀑沸加入碎瓷片等。(4)方案(3)中制得N2中含有O2及水蒸氣等雜質(zhì)，純度最差。對(duì)比方案(1)、(3)的相似之處中用到了銅及氧化銅，兩者可循環(huán)使用。 【方法技巧點(diǎn)撥】實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，并結(jié)合元素化合物等知識(shí)進(jìn)行綜合分析和比較，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)中主要是從這樣幾個(gè)方面進(jìn)行的：科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性主要體現(xiàn)在如試劑的選用是否合理、實(shí)驗(yàn)中的操作順序是否合理或正確、定量實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)誤差以及原料的利用率等。實(shí)驗(yàn)方案的可行性：可行性是指通過該實(shí)驗(yàn)是不是能實(shí)現(xiàn)既定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的安全性評(píng)價(jià)：實(shí)驗(yàn)安全是實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)，也是實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。如可燃?xì)怏w的點(diǎn)燃時(shí)要注意驗(yàn)純、有毒氣體的吸收、特殊藥品的存放等?？键c(diǎn)二 對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的評(píng)價(jià)與探究 例例2 某學(xué)校研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究鋁等金屬的性質(zhì)：將一小片久置鋁片投入濃氯化銅溶液中，鋁表面很快出現(xiàn)一層海綿狀暗紅色物質(zhì)，接下來鋁片上產(chǎn)生大量氣泡，觸摸容器知溶液溫度迅速上升，收集氣體，檢驗(yàn)其具有可燃性。若用同樣的鋁片投入同濃度的硫酸銅溶液中，在短時(shí)間內(nèi)鋁片無明顯變化。 A鋁與Cl-反應(yīng)，鋁與 不反應(yīng) B氯化銅溶液酸性比同濃度的硫酸銅溶液酸性強(qiáng) C硫酸銅水解生成硫酸使鋁鈍化 D氯離子能破壞氧化鋁表面薄膜，而硫酸根離子不能 E生成氯化鋁溶于水，而生成硫酸鋁不溶于水 (2)鋁片表面出現(xiàn)的暗紅色物質(zhì)是_。2-4SO (1)鋁與氯化銅溶液能迅速反應(yīng)，而與同濃度的硫酸銅溶液在短時(shí)間內(nèi)不反應(yīng)的原因可能是_。(填序號(hào))D Cu (3)放出的氣體是_，請(qǐng)從有關(guān)物質(zhì)的濃度、能量、是否有電化學(xué)作用等分析開始階段產(chǎn)生氣體的速率不斷加快的原因是_。H2 隨著反應(yīng)進(jìn)行生成鋁離子濃度增大，水解程度增大，產(chǎn)生H+的濃度增大；該反應(yīng)放熱，升高溫度反應(yīng)加快；銅與鋁構(gòu)成原電池，加快鋁溶解 (4)某同學(xué)通過一定的實(shí)驗(yàn)操作，也能使鋁片與硫酸銅溶液反應(yīng)加快，他采取的措施可能是_。 A用砂紙擦去鋁片表面的氧化膜后投入硫酸銅溶液中 B把鋁片投入熱氫氧化鈉溶液中一段時(shí)間后，取出洗滌，再投入硫酸銅溶液中 C向硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液，再投入鋁片 D在鋁片上捆上幾枚銅釘后投入同濃度的硫酸銅溶液中 A、B (5)除去氧化鋁的鋁片與鎂片為電極，在X電解質(zhì)溶液中構(gòu)成原電池，列表如下： 其中正確的是_(填序號(hào))，由此推知，金屬作電極不僅與本身性質(zhì)相關(guān)，而且與_有關(guān)。 A電解質(zhì)性質(zhì) 【解析】 (1)同濃度的氯化銅溶液和硫酸銅溶液，陽(yáng)離子相同，陰離子不同，前者能與鋁反應(yīng)而后者不能，說明是陰離子的影響。在硫酸銅溶液與鋁片反應(yīng)的試管里加入少量氯化銅溶液，若反應(yīng)加快了，說明上述推斷正確。(2)由暗紅色可判斷是銅單質(zhì)。(3)產(chǎn)生大量氣泡，溫度迅速上升，氣體具有可燃性，可知鋁與H+反應(yīng)生成H2。(4)由(1)中選項(xiàng)D可知，使鋁能與銅反應(yīng)的關(guān)鍵是除去氧化膜。(5)在堿性溶液中，鋁的活動(dòng)性強(qiáng)于鎂，鋁作負(fù)極。在酸性溶液中，鎂的活動(dòng)性強(qiáng)于鋁，鎂作負(fù)極。由于鋁與濃硝酸鈍化，在濃硝酸中，鎂作負(fù)極。 【方法技巧點(diǎn)撥】探究型實(shí)驗(yàn)題的一般解題思路為：先通過對(duì)比找出實(shí)驗(yàn)的不同之處(操作、現(xiàn)象等)，再揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的本質(zhì)，然后從本質(zhì)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。還有一些題目將基本的理論、原理置于實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)之中，只要熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)，理解其原理，此類題目就會(huì)迎刃而解?？键c(diǎn)三 對(duì)物質(zhì)制備的評(píng)價(jià)與探究 【例3】 印刷電路的廢腐蝕液含有大量CuCl2、FeCl2和FeCl3，任意排放將導(dǎo)致環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)?？蓮脑搹U液中回收銅，并將鐵的化合物全部轉(zhuǎn)化為FeCl3溶液，作為腐蝕液原料循環(huán)使用。測(cè)得某廢腐蝕液中含CuCl2 1.5 mol/L，含F(xiàn)eCl2 3.0 mol/L，含F(xiàn)eCl3 1.0 mol/L，含HCl 3.0 mol/L。取廢腐蝕液200 mL按如下流程在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)： 回答下列問題： (1)上述方法獲得的銅粉中含有雜質(zhì)，除雜所需試劑是_(填化學(xué)式)。 (2)實(shí)驗(yàn)室可用固體KClO3與濃HCl反應(yīng)制備Cl2，此反應(yīng)中Cl2既是氧化產(chǎn)物，又是還原產(chǎn)物。反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。HCl(或H2SO4) KClO3+6HCl(濃)=3Cl2+KCl+3H2O (3)下圖是實(shí)驗(yàn)室制備Cl2并通入FeCl2溶液中獲得FeCl3溶液的部分裝置。 從下圖挑選所需的儀器，完成上述裝置簡(jiǎn)圖(添加必要的塞子、玻璃導(dǎo)管、膠皮管。固定裝置不用畫)，并標(biāo)明容器中所裝試劑。 (4)實(shí)驗(yàn)中，必須控制氯氣的速度，使導(dǎo)管口逸出的氣泡每秒12個(gè)，以便被FeCl2溶液完全吸收?？刂粕陕葰馑俣鹊牟僮魇牵篲。 (5)按上述流程操作，需稱取Fe粉的質(zhì)量應(yīng)不少于_g(精確到0.1 g)，需通入Cl2的物質(zhì)的量不少于_mol，加入燒瓶中的KClO3的質(zhì)量應(yīng)不少于_g(精確到0.1 g)。 【解析】 (1)由題可知，制得銅中含有過量的鐵粉。(3)中注意氯氣有毒會(huì)污染大氣，要接尾氣吸收裝置。(4)分液漏斗的作用，通過控制液體的流速，控制反應(yīng)的速率。(5)過量鐵粉加入腐蝕液中發(fā)生的反應(yīng)為Fe+CuCl2=FeCl2+Cu；Fe+2FeCl3=3FeCl3，F(xiàn)e+2HCl=FeCl2+H2。可計(jì)算出鐵的用量為0.3 mol+0.1 mol+0.3 mol=0.7 mol。含有FeCl2共1.5 mol，共通入氯氣不少于0.75 mol。 【答案】 (1)HCl(或H2SO4)(2)KClO3+6HCl(濃)=3Cl2+KCl+3H2O(4)緩慢旋動(dòng)分液漏斗的活塞，調(diào)節(jié)液體滴下的速度(5)39.20.7530.6 【方法技巧點(diǎn)撥】物質(zhì)的制備是綜合實(shí)驗(yàn)題的重要命題素材。一般的物質(zhì)制備方法為：(1)常見氣體的制備。根據(jù)中學(xué)教材中按反應(yīng)物的狀態(tài)和是否加熱可分三類：固+固 (有O2、NH3等)；固(或液)+液 (有Cl2、HCl、C2H4等)；塊狀固體+液體(有H2、CO2、H2S等)。將發(fā)生裝置拓展為燒瓶(或錐形瓶、大試管)+分液漏斗，可以制備反應(yīng)物為固(或液)+液，不需加熱的氣體，如上述中的，及Na2O2與H2O、MnO2與H2O2反應(yīng)制O2，CaC2與H2O制C2H2，濃H2SO4與濃HCl制HCl，堿石灰與濃氨水制NH3，KMnO4與濃鹽酸制Cl2，Cu與濃HNO3制NO2等. (2)重要無機(jī)物的制備：Al(OH)3、Fe(OH)3膠體、NaOH、CuSO4、FeSO4、Na2CO3、HNO3、鹽酸、Fe、Cu等(3)重要有機(jī)物的制備：硝基苯、溴苯、乙酸乙酯、肥皂、酚醛樹脂等。 1.(2011南昌一模南昌一模)下列表示物質(zhì)制備的方法中正確的是() ANaCl(飽和溶液) HClDCMnO2 Cl2DC6H6 硝基苯濃硫酸濃鹽酸、加熱濃硫酸、濃硝酸 5060 【解析】本題考查的是物質(zhì)制備。因?yàn)镠Cl極易溶于水，所以制備HCl時(shí)，用固體氯化鈉與濃硫酸，而非氯化鈉溶液，否則不利于HCl的揮發(fā)，A錯(cuò)誤；Cu與稀硫酸不反應(yīng)，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤；MnO2應(yīng)該與濃鹽酸加熱條件制取氯氣，稀鹽酸還原性減弱不與MnO2反應(yīng)，C錯(cuò)；制取硝基苯，用濃硫酸作催化劑及脫水劑，D正確。 2.(2011常州二模常州二模)下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠成功的是() A檢驗(yàn)Na2O2試樣是否變質(zhì)為Na2CO3：向試樣中加入鹽酸，產(chǎn)生無色無味的氣體 B檢驗(yàn)?zāi)雏u代烴是否是氯代烴： C除去乙酸乙酯中混有的乙酸： D鑒定鹽A的成分是FeBr2：C 【解析】本題考查物質(zhì)的檢驗(yàn)與提純。因?yàn)?Na2O2+4HCl=4NaCl+O2所以用鹽酸不能檢驗(yàn)出過氧化鈉中的Na2CO3，A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)中不應(yīng)該用稀硫酸酸化，因?yàn)锳g2SO4微溶對(duì)實(shí)驗(yàn)有干擾，應(yīng)該用硝酸酸化，B錯(cuò)誤；與適量硝酸化的AgNO3溶液若產(chǎn)生淡黃色沉淀，則可以檢驗(yàn)Br-，但檢驗(yàn)Fe2+時(shí)，應(yīng)先加入KSCN溶液，沒有變紅，排除Fe3+干擾，然后加入硝酸時(shí)，溶液變紅才可以說明原來為Fe2+，D錯(cuò)誤。 3.(2011合肥三模合肥三模)市場(chǎng)上有一種用于預(yù)防和治療缺氧癥狀的便攜式制氧器，利用過碳酸鈉固體A(化學(xué)式為2Na2CO33H2O2)和灰黑色固體B(不溶于水)與水混合反應(yīng)制得氧氣。某同學(xué)對(duì)A、B兩種物質(zhì)進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象如下圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是() A在反應(yīng)中可能起催化作用 B設(shè)計(jì)的目的是制取氧氣 C第步分離混合物的方法是過濾 D白色沉淀D為CaCO3 【解析】分析所給信息，結(jié)合框圖，推測(cè)灰黑色固體B為MnO2，在反應(yīng)中H2O2的分解中起到催化劑作用，分離后的反應(yīng)同理，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑闄z驗(yàn)MnO2的存在，驗(yàn)證在化學(xué)反應(yīng)中的作用。反應(yīng)中生成的白色沉淀為碳酸鈣。【答案】B 4.(2011湖州一模湖州一模)下列實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到預(yù)期目的的是() 用乙醇和濃硫酸除去乙酸乙酯中的少量乙酸； 用飽和NaCl溶液除去Cl2中的少量HCl； 用飽和NaHCO3溶液除去CO2中的少量SO2； 用加熱的方法提取NH4Cl固體中混有的少量碘； 用醋和澄清石灰水驗(yàn)證蛋殼中含有碳酸鹽； 用米湯檢驗(yàn)食用加碘鹽中含碘； 用純堿溶液洗滌餐具； 用玻璃棒攪拌漏斗中的液體以加快過濾的速度； 加入鹽酸以除去硫酸鈉中的少量碳酸鈉雜質(zhì) A B C D 【解析】中除去乙酸乙酯中的少量乙酸用飽和的碳酸鈉溶液；中加熱時(shí)I2易升華，氯化銨也易分解；中的加碘食鹽中加入的碘酸鉀，而是不是碘單質(zhì)，所以無法用米湯中的淀粉檢驗(yàn)；中用漏斗過濾是不能玻璃棒攪拌；中加入鹽酸雖然除去硫酸鈉中的少量碳酸鈉，但引入了氯化鈉雜質(zhì)。其余均正確。【答案】B 5.(20115.(2011杭州統(tǒng)測(cè)杭州統(tǒng)測(cè)) )下列裝置所示的實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到目的的是()A 【解析】A無具體數(shù)據(jù)，只能定性判斷催化劑加快反應(yīng)速率，A錯(cuò)；如果鈉與水反應(yīng)放熱，可觸摸試管發(fā)熱或紅墨水兩端液面高度變化來證明，B符合；C項(xiàng)如果試管中的FeCl2淺綠色變?yōu)樽攸S色溶液，即可證明；NH4Cl受熱分解遇冷又冷凝成固體，D也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?6.(20116.(2011東城一模東城一模) )鐵是人體必須的微量元素，治療缺鐵性貧血的常見方法是服用補(bǔ)鐵藥物。“速力菲”(主要成分：琥珀酸亞鐵，呈暗黃色)是市場(chǎng)上一種常見的補(bǔ)鐵藥物。該藥品不溶于水但能溶于人體中的胃酸。 試回答下列問題： (1)試劑是_，加入新制 氯 水 后 ， 溶 液 中 發(fā) 生 的 離 子 反 應(yīng) 方 程 式 是_。 (2)加入試劑KSCN溶液后，在未加新制氯水的情況 下 ， 溶 液 中 也 產(chǎn) 生 了 紅 色 ， 其 原 因 是_。鹽酸(或稀H2SO4) 2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-；Fe3+SCN-=Fe(SCN)2+或Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3 少量的Fe2+被空氣中的氧氣氧化 (3)在實(shí)驗(yàn)中，將溶液放置一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)溶液的顏色會(huì)逐漸褪去，為了進(jìn)一步探究溶液褪色的原因，甲、乙、丙三位同學(xué)首先進(jìn)行了猜想：編號(hào)猜想甲溶液中+3價(jià)Fe又被還原為+2價(jià)Fe乙溶液中的SCN-被過量的氯水氧化丙新制的氯水具有漂白性，將該溶液漂白 基于乙同學(xué)的猜想，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證乙同學(xué)的猜想是否正確。寫出有關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論(不一定填滿，也可以補(bǔ)充)。編號(hào)實(shí)驗(yàn)操作預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論編號(hào)實(shí)驗(yàn)操作預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論取少量褪色后溶液，加入KSCN溶液如果溶液變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是合理的；如果溶液不變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是不合理的取少量褪色后溶液，加入FeCl3溶液如果溶液不變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是合理的；如果溶液變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是不合理的 【解析】 (1)由題藥片中含的是琥珀酸亞鐵，不溶于水，能溶于胃酸，說明試劑I是酸。(2)加KSCN變紅說明有Fe3+生成，F(xiàn)e2+在空氣中易被氧化成Fe3+。(3)驗(yàn)證SCN-被氧化了不存在了，一是可以再加入KSCN，看是否變紅色，另一方面也可以加入FeCl3溶液。