20202021年高考化学一轮复习讲解化学实验方案的设计与评价pdf

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《化学实验方案的设计与评价》【知识梳理】一、实验方案设计完整的化学实验方案包括四大环节，即实验原理、实验装置和药品(包括装置类型、仪器的组装等)、实验步骤(包括加装药品、气密性检查、除杂干燥、主体实验、安全措施等)、实验现象的观察、记录及实验数据的分析处理等。设计合理的实验方案必须掌握比较全面的实验基本原理和基本技能，要做到设计原理正确，实验程序合理，操作步骤简便，现象明显，相关结论正确。1．基本原则原则内容科学性实验原理、实验操作程序和方法应该正确安全性实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作可行性实验设计应切实可行，所需药品、仪器、设备和方法等在中学实验条件下能够得到满足简约性装置简单、步骤少、药品用量少、时间短环保性有毒、有害的物质必须处理，以免污染环境经济性合考虑原料的用量、价格2.设计思路设计内容基本思路物质制备的设计由所给原料和所需要制备的物质出发，根据化学原理设计出不同的制备方案，通过对比分析，找出最佳的制备途径。即：实验原料→实验原理→途径设计(途径Ⅰ、途径Ⅱ、途径Ⅲ……)→最佳途径→实验仪器→实验方案→制得物质。由于大多数有机反应，副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，尽可能选择步骤少、副产物少的有机反应。若两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的反应物，以提高另一种反应物的转化率和产率。另外，有机物的制备实验，控制反应条件尤为重要物质性质实验的设计先根据物质的)结构特点，预测物质可能具有的性质；然后选择实验时所需要的药品及仪器；最后针对预测进行实验。在性质实验设计的具体过程中可细化为：探究性实验方案的设计程序为：物质的结构特点→实验事实→科学抽象→结论；验证性实验方案的设计程序为：物质的结构特点→性质推测→实验验证→结论物质检验方案设计首先对试样进行外观观察，确定其颜色、气味、状态等。然后准备试样，并进行检验。当试样是固体时，应先取少量配成溶液，同时观察试样是否溶解，在溶解时有无气体产生等，以初步判断试样可能含有哪类物质，最后根据实验现象得出结论。解答有关检测物质组成实验的流程设计问题，常见的解题思路如下：取少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论；或取少量固体试样→在氧气流等环境中反应→检测所产生的物质(如气体)→得出实验结论；或取少量试样→加酸(或碱)溶液使其气化→检测气体的成分→得出实验结论3.设计步骤步骤要求明确目的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，从而明确实验原理选择仪器药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、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品设计装置步骤根据上述实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明记录现象数据根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据分析得出结论根据实验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4.注意事项注意事项注意内容防倒吸净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸防爆炸进行某些易燃易爆实验时要防爆炸，如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等防氧化如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等防吸水如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施，以保证达到实验目的冷凝回流有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等例题1、氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。某AlN样品仅含有Al2O3杂质，为测定AlN的含量，设计如下三种实验方案。(已知：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑)【方案1】取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。(1)上图C装置中球形干燥管的作用是________________________________。(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先____________________，再加入实验药品，接下来的实验操作是____________________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化。通入氮气的目的是________________________________。(3)由于装置存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见______________。【方案2】用下图装置测定mg样品中AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。(4)为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是________(填选项序号)。a．CCl4b．C6H6c．NH4Cl溶液d．H2O(5)若mg样品完全反应，测得生成气体的体积为VmL(已转换为标准状况)，则AlN的质量分数是________(用含m、V的数学表达式表示)。【方案3】按以下步骤测定样品中AlN的纯度：(6)步骤②生成沉淀的离子方程式为_________________________________。(7)若在步骤③中未洗涤，测定结果将________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。二、化学实验方案的评价对化学实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的方面。评价方向评价内容可行性分析实验方案是否科学可行；实验操作是否安全合理；实验步骤是否简单方便；实验效果是否明显绿色化学实验过程中是否造成环境污染；原料是否无毒、安全、易得；原料利用率及反应速率是否较高；反应速率是否较快安全性净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)；防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)规范性冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；其他如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等例题2、TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。(1)实验室利用反应TiO2(s)＋CCl4(g)TiCl4(g)＋CO2(g)，在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下：△有关物质性质如下表：物质熔点/℃沸点/℃其他CCl4－2376与TiCl4互溶TiCl4－25136遇潮湿空气产生白雾仪器A的名称是________。装置E中的试剂是________。反应开始前依次进行如下操作：组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括：①停止通N2②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为________(填序号)。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括：酸溶FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)水解TiOSO4(aq)＋2H2O(l)=====90℃H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)简要工艺流程如下：①试剂A为________(填化学符号)。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是____________________________________________。②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是________(填化学式)。【课时练习】1．下列实验方案不能达到实验目的是()选项实验目的实验方案A证明溴乙烷发生消去反应有乙烯生成向试管中加入适量的溴乙烷和NaOH的乙醇溶液，加热，将反产生的气体通入溴的四氯化碳溶液B检验卤代烃中卤原子的种类将溴乙烷与氢氧化钠溶液共热，取冷却后反应液滴加硝酸酸化后滴加硝酸银溶液C验证乙炔能被酸性高锰酸钾溶液氧化将电石与饱和食盐水反应生成的气体通入酸性高锰酸钾溶液，观察溶液是否褪色D验证苯和液溴在FeBr3的催化下发生取代反应将反应产生的混合气体先通入四氯化碳溶液再通入AgNO3溶液中，观察是否有淡黄色沉淀生成2．下列实验装置及相关说法合理的是A．图1为实验室制备溴苯的装置B．图2中充分振荡后下层为无色C．用图3所示的实验装置制备乙酸乙酯D．图4装置中KMnO4溶液退色可证明CH3CH2Br发生了消去反应3．控制变量是科学研究重要方法。由下列实验现象一定能得出相应结论的是：选项ABCD装置图现象右边试管产生气泡较快左边棉球变棕黄色，右边棉球变蓝色镁电极上有气泡冒出，铝极溶解试管中液体变浑浊结论催化活性：Fe3+＞Cu2+氧化性：Br2＞I2金属性：Al＞Mg非金属性：C＞Si4．下列实验操作对应的现象不符合事实的是选项实验操作现象A向盛有32Fe(NO)溶液的试管中滴入几滴稀盐酸，充分振荡后滴加KSCN溶液溶液逐渐变为黄色，滴加KSCN后溶液变血红色B向盛有2Br的4CCl溶液的试管中通入乙烯溶液逐渐褪色，静置后观察到溶液有分层现象C向3AlCl溶液中滴加氨水，充分反应后再加入过量的4NaHSO溶液先产生白色沉淀，后沉淀消失D向盛有223NaSO溶液的试管中滴加稀硫酸有刺激性气味气体产生，溶液变浑浊5．根据下列实验操作和现象所得出的结论正确的是选项实验操作和现象结论A将石蜡油分解产生的气体通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液的紫红色逐渐变浅石蜡油分解产生的气体中含有乙烯B向装有23NaCO、3NaHCO固体的两支试管中分别加入10mL蒸馏水，并将其置于20℃水浴中，最终发现只有3NaHCO未完全溶解20℃时，溶解度：233NaCONaHCOC向盛有135mL0.005molLFeCl溶液中加入15mL0.015molLKSCN溶液，溶液变红，再加入少量铁粉，溶液颜色变浅加入铁粉后，33Fe3SCNFe(SCN)向逆反应方向移动D室温下，用pH试纸测定浓度为10.1molLNaClO溶液和130.1molLCHCOOH溶液的pH比较HClO和3CHCOOH的酸性强弱6．下列实验操作不能达到实验目的的是选项实验目的实验操作及现象A证明钠与水的反应放热将钠投入水中，剧烈反应，钠熔化成闪亮的小球，四处游动B证明敞口放置的亚硫酸钠溶液已部分变质向试样中滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成C证明氧化铝的熔点高于铝的熔点将砂纸打磨过的铝箔放在酒精灯上灼烧，铝箔熔化而不滴落D证明蛋白质溶液属于胶体用激光照射蛋白质溶液，侧面能看到光亮的通路7．已知：氯化铁易吸收空气中的水分而潮解。某同学利用如图装置制备无水氯化铁，下列有关说法错误的是A．装置A的名称是分液漏斗B．装置C、D中依次盛有浓硫酸、饱和食盐水C．装置E和装置F之间缺少一个干燥装置，没法制得无水氯化铁D．装置F的目的是吸收多余的尾气，以防污染空气8．用下图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验或说法不合理．．．的是()A．①中反应说明浓硫酸具有酸性和强氧化性B．②中选用品红溶液验证SO2的生成C．③中石蕊溶液变红后不褪色D．为确认CuSO4生成，