2013届高考化学复习：第12章・第42课时・简单的化学实验方案设计与评价(2)(山西)

(2)重要考点1制备实验方案的设计【考点释例1】现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。已知实验中可能会发生下列反应：①2Mg＋O22MgO②3Mg＋N2Mg3N2③2Mg＋CO22MgO＋C④Mg＋H2OMgO＋H2↑⑤Mg3N2＋6H2O3Mg(OH)2＋2NH3↑可供选择的装置和药品如下图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连)。回答下列问题：(1)在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置(填字母代号)及其目的分别为_____________________________________________；(2)连接并检查实验装置的气密性。实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5L的储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是(填字母代号)____________________________________________；(3)通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响？______________________________________，原因是_____________________________________________；(4)请设计一个实验，验证产物是氮化镁：____________________________________________。【解析】(1)制取氮化镁时，镁会与空气中CO2、O2、H2O等发生反应，故要先除去空气中的CO2、O2、H2O，选装置B、D、F。(2)除杂的顺序是：先将空气通入NaOH溶液除CO2、再通入浓硫酸除H2O，最后通过灼热的还原铁粉除O2。洗气时遵循“长进短出”的原则，故气流流经导管的顺序为h→g→d→c→k→l→a→b。(3)应让空气通过D、B、F一段时间，确认其中的CO2、O2、H2O等杂质已除尽，再点燃A处酒精灯，否则会使制得的氮化镁不纯。(4)根据题中信息，氮化镁能与水发生反应产生氨气，则可利用这一反应检验产物与水的反应有氨气的生成，则可证明产物是氮化镁。答案：(1)B、D、F选择B，目的：除去空气中的水蒸气避免反应④发生；选择D，目的：除去空气中的CO2避免反应③发生；选择F，目的：除去空气中的O2避免反应①发生(2)h→g→d→c→k→l→a→b(3)制得的氮化镁将不纯；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应(4)将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁【温馨提示】制备实验方案的设计，应遵循以下原则：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。即从多种路线中优选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学食品与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。1.某研究性学习小组在研究由Fe2＋制备Fe(OH)2的过程中，设计了如下实验方案：【实验设计】方法一：按照图1进行实验，容器A中的反应开始时，弹簧夹C处于打开状态，一段时间后，关闭弹簧夹C，容器A中的反应仍在进行。最终在容器中观察到白色沉淀，该实验中涉及的化学方程式有：。BFe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑、FeSO4＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋Na2SO4、H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O方法二：按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀。请从所提供的试剂或电极材料中选择正确的序号填在横线上：①纯水②NaCl溶液③NaOH溶液④四氯化碳⑤CuCl2溶液⑥乙醇⑦Fe棒⑧植物油⑨碳棒a为，b为，c为，d为。(填序号)⑦⑨或⑦⑧②或③【探究思考】实验表明上述实验中出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色，那么如何解释出现灰绿色或绿色的现象呢？(1)甲同学查阅资料后，得到Fe(OH)2如下信息：资料名称物理性质描述化学性质描述《化学辞典》，顾翼东编，1989年版P637白色无定形粉末或白色至淡绿色六方晶体与空气接触易被氧化，将细粉喷于空气中，则立即燃烧出火花《大学普通化学(下册)》傅鹰著P637白色沉淀此沉淀易被氧化成微绿色Fe3(OH)8《普通化学教程》(下册)P788白色能强烈吸收O2，迅速变成棕色Fe(OH)3。这时作为氧化的中间产物为土绿色，其中含有Fe2＋、Fe3＋。阅读该资料后，你对上述实验中出现灰绿色或绿色的现象的解释是：由于Fe(OH)2部分被氧化，混入少量的Fe(OH)3。资料中提及的微绿色Fe3(OH)8，用氧化物的形式表示可写成。(2)乙同学依据配色原理：白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的常识，认为绿色可能是形成Fe(OH)2·nH2O所致。用热水浴的方式加热“方法一”中生成的绿色沉淀，观察到沉淀由绿变白的趋势。加热时，“方法一”中弹簧夹C应处于(填“打开”或“关闭”)状态，容器A中的反应须处于(填“停止”或“发生”)状态。写出该实验中支持乙同学观点的化学方程式。FeO·Fe2O3·4H2O打开发生Fe(OH)2·nH2O===Fe(OH)2＋nH2O(3)欢迎你参加该研究小组的讨论，请提出一种在研究由Fe2＋制备Fe(OH)2的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路。。向Fe2＋和Fe3＋的混合液中加入NaOH溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色[或者可以将Fe(OH)3和Fe(OH)2混合后观察其颜色](合理答案均可)重要考点2性质实验方案的设计【考点释例2】两个学习小组用如图装置探究乙二酸(HOOC—COOH)受热分解的部分产物。(1)甲组：①按接口顺序：a—b—c—d—e—f—g—h连接装置进行实验。B中溶液变浑浊，证明分解产物有__________；装置C的作用是____________________；E中溶液变浑浊，D中的现象是______________________，证明分解产物有__________。②乙二酸受热分解的化学方程式为____________________________________________。(2)乙组：①将接口a与j连接进行实验，观察到F中生成的气体可使带火星的木条复燃，则F中最主要反应的化学方程式为___________________________________________。②从A～F中选用装置进行实验，证明甲组通入D的气体能否与Na2O2反应。最简单的装置接口连接顺序是______________；实验后用F中的固体进行验证的方法是________________________________（可另选试剂)。【解析】本题主要考查物质的鉴别、实验装置的识别、简单实验设计。HOOC—COOH分解的产物CO2对验证另一种产物有影响，所以需用装置C中的NaOH溶液吸收掉CO2。E中溶液变浑浊，说明气体通过酸KMnO4溶液后又产生了CO2，说明该气体具有还原性，推知为CO，所以酸性KMnO4溶液出现褪色现象，其分解方程式为：HOOC—COOHCO2↑＋CO↑＋H2O。(2)①只要证明CO与Na2O2是否反应即可，所以从a出来的气体需用NaOH吸收掉CO2，再将剩下气体通入装有Na2O2的装置F中，其连接顺序为a—d—e—j。若要反应则应产生Na2CO3，设计实验证明产物中有Na2CO3即可。答案：(1)①CO2充分除去CO2溶液褪色(或变浅)CO②HOOC—COOHCO2↑＋CO↑＋H2O(2)①2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2②a—d—e—j取F中的固体，滴加稀硫酸，将生成的气体通入澄清石灰水，若变浑浊，则发生了反应；若不变浑浊，则未发生反应【规律总结】常见验证物质性质的方法及试剂：1．证明酸性：①pH试纸或酸碱指示剂；②与Na2CO3溶液反应；③与Zn反应。2．证明弱酸性：①证明存在电离平衡；②测定对应盐溶液的酸碱性；③测量稀释前后pH的变化等。3．证明氧化性：与还原剂(如KI、Fe2＋、SO2、H2S等)反应，产生明显的现象。4．证明还原性：与氧化剂(如KMnO4、浓HNO3等)反应，产生明显的现象。5．证明为胶体分散系：有丁达尔效应。6．证明有碳碳双键(或三键)：使溴水或酸化的KMnO4溶液褪色。7．证明酚羟基：①与浓溴水反应产生白色沉淀；②与FeCl3溶液发生显色反应(紫色)。8．证明醛基：①与银氨溶液作用产生光亮的银镜；②与新制Cu(OH)2悬浊液作用产生红色沉淀Cu2O。9．证明醇羟基：与羧酸发生酯化反应，其产物不溶于水，有水果香味。某研究性学习小组为探究铜、锌与浓盐酸反应，设计实验探究方案如下：一、实验用品：纯锌片、铜片，37%的浓盐酸、蒸馏水、氯化铜溶液二、实验记录：交流卡片：NO：2006－SY－518主题：Zn、Cu与浓盐酸A．将锌放入浓盐酸中，反应较快B．将锌片与铜片贴在一起，一同投入浓盐酸中，反应快速放出气体C．当B中锌片完全溶解后，将溶液加热，又产生气体(值得进一步研究)，得到无色溶液D．将上述反应后的溶液，隔绝空气，加入适量水，出现白色沉淀三、提供资料资料卡片NO：2006－ZL－918主题：生成一价铜的反应①课本上：CH3CHO＋2Cu(OH)2Cu2O(红色)↓＋CH3COOH＋2H2O②盐城市第二次调研试卷：2Cu2＋＋4I－===2CuI(白色)↓＋I2③《无机化学》下册，氯化亚铜在不同浓度的KCl溶液中可形成[CuCl2]－、[CuCl3]2－、[CuCl4]3－等离子，且它们在溶液中均为无色四、请你参与以下探究：(1)交流卡片中，实验A反应速率明显比B小，原因是铜、锌及浓盐酸一起组成原电池，加快了反应速率；(2)根据铜位于金属活动顺序表氢之后，与稀盐酸不反应，依据交流卡片C又产生气体的事实，作出如下推断：①有同学认为是溶解在溶液中的H2逸出，你认为是否有道理没有道理，理由是因为氢气本身难溶于水；猜想验证方法预测现象及结论认为铜片中可能含有锌等杂质将铜片加入稀硫酸中，并微热若无气体放出，则不含锌等活泼金属杂质；若有气体则有锌等杂质②某同学作了如下猜想，是否成立，请你设计实验方案加以验证。(3)交流卡片D中的白色沉淀，分析：不可能是CuCl2，因为溶液显蓝色或绿色，也不可能是氯化锌，因为稀释后溶液更稀，不会产生出沉淀，并利用资料①②大胆猜想，白色沉淀是生成的氯化亚铜，请你帮他设计验证方案(若有多个只设计两个方案)：预设验证方法猜想的现象与结论白色沉淀是氯化亚铜白色沉淀加入稀盐酸中，通入O2(或稀HNO3等强氧化剂)溶液变蓝色，说明是一价铜向白色沉淀中加入氯化钾浓溶液若白色沉淀消失且得无色溶液，则原白色沉淀为氯化亚铜。否则不是(4)指导老师肯定了白色沉淀是氯化亚铜，请结合资料卡片③，写出铜与足量浓盐酸在加热条件下生成无色溶液及气体的化学方程式：2Cu＋8HCl===2H3[CuCl4]＋H2↑，2Cu＋4HCl===2H[CuCl2]＋H2↑，2Cu＋6HCl===2H2[CuCl3]＋H2↑；根据交流卡片D，生成沉淀，实际上是一个平衡问题，请写出这一平衡关系式[CuCl2]－(aq)CuCl(s)＋Cl－(aq)(用离子方程式表示)；(5)就铜与浓盐酸反应若还需进一步探讨，你认为还可探究的内容有用变量控制法探讨铜与盐酸发生反应生成氢气和白色沉淀，盐酸的适宜浓度(只提供一个实验课题即可)。重要考点3实验方案的评价与优选【考点释例三】为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次平行实验测定结果的平均值)：方案一：将ag铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580mL(标准状况)；方案二：将g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.02000mol·L－1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00mLKMnO4溶液。请回答下列问题：(1)配平下面的化学方程式(将有关的化学计量数填入方框内)：KMnO4＋FeSO4＋H2SO4——Fe2(SO4)3＋MnSO4＋K2SO4＋