2020年高考化学一轮复习 第十章 第四节 化学实验方案的设计与评价课件 新人教版

第四节化学实验方案的设计与评价考向一性质探究性实验的设计【通考点·融会贯通】1.猜想型实验题的思维流程2.解答物质性质探究题的流程(1)第一步明确实验干什么:审题干及设问,明确实验目的;(2)第二步分析题干信息有什么:审题干明确物质的特性及其他有效信息;(3)第三步思考实验原理是什么:根据目的、题干信息及已有知识,设想探究、验证物质性质的实验原理;(4)第四步思考题干设问为什么:细审试题设问,斟酌命题意图,确定答题方向;(5)第五步规范解答:结合第三步、第四步,用学科语言、化学用语有针对性的回答问题。【通考题·触类旁通】1.(2018·全国卷Ⅱ)下列实验过程可以达到实验目的的是()编号实验目的实验过程A配制0.4000mol·L-1的NaOH溶液称取4.0g固体NaOH于烧杯中,加入少量蒸馏水溶解,转移至250mL容量瓶中定容编号实验目的实验过程B探究维生素C的还原性向盛有2mL黄色氯化铁溶液的试管中滴加浓的维生素C溶液,观察颜色变化C制取并纯化氢气向稀盐酸中加入锌粒,将生成的气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸和KMnO4溶液D探究浓度对反应速率的影响向2支盛有5mL不同浓度NaHSO3溶液的试管中同时加入2mL5%H2O2溶液,观察实验现象【命题意图】本题以图表的形式考查化学实验中基本实验操作和实验的设计与评价。【解析】选B。4.0g固体NaOH的物质的量为0.1mol,因此使用250mL的容量瓶,但题目中对实验的操作叙述不清楚,没有冷却、洗涤等步骤,故A项错误;FeCl3具有氧化性,因此能与具有还原性的维生素C发生反应,从而使溶液的颜色由黄色变为浅绿色(Fe2+),故B项正确;C项中产生的气体应最后通过浓硫酸,否则会引入水蒸气,故C项错误;H2O2与NaHSO3的反应没有明显的实验现象,因此不能用此反应探究浓度对反应速率的影响,故D项错误。2.(2017·天津高考)以下实验设计能达到实验目的的是()选项实验目的实验设计A除去NaHCO3固体中的Na2CO3将固体加热至恒重B制备无水AlCl3蒸发Al与稀盐酸反应后的溶液选项实验目的实验设计C重结晶提纯苯甲酸将粗品水溶、过滤、蒸发、结晶D鉴别NaBr和KI溶液分别加新制氯水后,用CCl4萃取【解析】选D。A项,加热碳酸氢钠分解生成了碳酸钠,不能达到实验目的;B项,直接蒸发AlCl3溶液,铝离子发生水解,最终得到的是Al(OH)3;C项,重结晶法提纯苯甲酸的方法是将粗品水溶,趁热过滤,滤液冷却结晶即可;D项,NaBr和KI都能与氯水反应生成对应的单质,再用四氯化碳萃取,颜色层不同。考向二组成探究性的设计【通考点·融会贯通】1.物质组成的定量测定的常用方法(1)沉淀法先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥的沉淀的质量,再进行相关计算。(2)测气体体积法对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度,如量气装置的设计:下列装置中,A是常规的量气装置,B、C、D是改进后的量气装置。(3)测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气体的质量,然后进行相关计算。(4)滴定法即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。(5)热重法只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度的关系。通过分析热重曲线,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。2.定量型实验题的解题模板巧审题,明确实验目的、原理实验原理可从题给的化学情境(或题目所给的实验目的)并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上,依据可靠性、简捷性、安全性的原则,确定符合实验目的、要求的实验方案想过程,理清操作先后顺序根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程,确定实验操作的方法和步骤,把握各实验步骤的要点,理清实验操作的先后顺序看准图,分析装置或流程图的作用若题目中给出装置图,在分析解答过程中,要认真细致地分析图中的各部分装置,并结合实验目的和原理,确定它们在实验中的作用细分析,得出正确的实验结论在定性实验的基础上研究量的关系,根据实验现象和记录的数据,对实验数据进行筛选,通过分析、计算、推理等确定有关样品含量及化学式【通考题·触类旁通】(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H3BO3====NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HCl====NH4Cl+H3BO3。回答下列问题:(1)a的作用是________________。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________。f的名称是____________。(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是________________;打开k2放掉水,重复操作2～3次。(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。①d中保留少量水的目的是________________。②e中主要反应的离子方程式为________________,e采用中空双层玻璃瓶的作用是________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L-1的盐酸VmL,则样品中氮的质量分数为____________%,样品的纯度≤________%。【解析】(1)a为连通大气的玻璃管,当b中压强增大时,玻璃管的液面会上升,从而使体系压强趋于稳定,因此a的作用为平衡内外压强,防止压强过大发生危险。(2)加入碎瓷片的目的是防暴沸,f为直形冷凝管。(3)停止加热,关闭k1后,c至e中热的蒸馏水来源中断,f中的冷凝水使得残留的水蒸气液化,内部压强减小,g中的蒸馏水就会倒吸入c中。(4)①d中保留少量水,一方面可以检验d装置是否漏气;另一方面若装置气密性不佳会导致氨气泄漏进入空气中,污染空气,而氨气易溶于水,可吸收氨气。②e中加入了铵盐试样和NaOH,通入了热的水蒸气,所以氨气会逸出(一方面加热促进逸出,另一方面水蒸气可以带出氨气),所以答案为OH-+NH3↑+H2O,e采用中空双层玻璃瓶,可以减少热量的损耗,使得e的温度能维持在较高状态,有利于氨气充分逸出。4NH(5)要求氮的质量分数,先求氮的物质的量,氮的质量就可以求出,质量分数也就容易求出。氮的物质的量和氨气的物质的量一致,根据反应,NH3～NH3·H3BO3～HCl为1∶1∶1的关系,则氮的物质的量与HCl相等,其中HCl为吸收液,物质的量为10-3cVmol,氮的物质的量也为10-3cVmol,氮的质量为14×10-3cVg,质量分数为[(14×10-3cV)/m]×100%;测出来的氮不一定完全由甘氨酸提供,所以直接用氮的物质的量代替甘氨酸的物质的量时,为甘氨酸含量的最大值,则甘氨酸的最大质量为m(甘氨酸)=M(甘氨酸)×10-3cVg,即75×10-3cVg,最大纯度(质量分数)为(0.075cV/m)×100%。答案:(1)平衡气压,避免b中压强过大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中温度下降,管路中形成负压(4)①液封,防止氨气逸出②OH-+NH3↑+H2O保温使氨完全蒸出(5)4NH1.4cV7.5cVmm考向三原理探究性实验的设计【通考点·融会贯通】1.有关规律探究问题的实验设计,常用方法示例(1)同周期、同主族元素性质的递变规律,一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱,推断元素金属性强弱,从而找出相应的性质递变规律。(2)比较物质氧化性、还原性强弱的实验设计方法。(3)物质的酸(碱)性强弱的判断。判断HA是一元弱酸的实验设计方法。①在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的大小,如将足量的锌粒投入同体积等浓度的盐酸和醋酸中,反应开始时前者产生气体的速率比后者的大。②稀释前后pH的变化与稀释倍数的关系。如将pH=2的酸溶液稀释1000倍,若pH5,则证明该酸为弱酸;若pH=5,则证明该酸为强酸。③用实验证明溶液中存在电离平衡。如向醋酸中滴入紫色石蕊溶液,溶液变红,再加CH3COONa,颜色变浅。④利用较强酸(碱)制备较弱酸(碱)判断电解质强弱。如将CO2通入苯酚钠溶液中,出现浑浊,说明酸性:H2CO3苯酚。(4)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验,找出规律。2.探究实验题的解题策略解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下,只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意:选择数据要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。【通考题·触类旁通】1.(2019·大庆模拟)下列实验过程可以达到实验目的的是()编号实验目的实验过程A探究浓度对反应速率的影响向2支盛有5mL不同浓度的NaHSO3溶液的试管中同时加入2mL5%H2O2溶液,观察实验现象编号实验目的实验过程B探究氯化银和碘化银的Ksp大小向2支盛有5mL浓度均为0.1mol·L-1的AgNO3溶液的试管中同时分别滴加等浓度的NaI溶液和NaCl溶液,观察实验现象C制备纯净的二氧化碳气体向盛有碳酸钙固体的锥形瓶中加入6mol·L-1盐酸,将产生的气体依次通过饱和Na2CO3溶液、浓硫酸编号实验目的实验过程D中和反应反应热测定分别用量筒取50mL0.5mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液,记录初始温度,然后将其分别倒入反应中和热测定容器,记录混合后溶液最高温度【解析】选B。A项,要探究浓度对化学反应速率影响实验,应该只有浓度不同,其它条件必须完全相同,该实验没有明确说明温度是否相同,并且实验现象也不明显,所以不能实现实验目的;B项,AgCl和AgI的溶度积常数表达式相同,溶度积小的先产生沉淀,向2支盛有5mL浓度均为0.1mol·L-1的AgNO3溶液的试管中同时分别滴加等浓度的NaI溶液和NaCl溶液,根据沉淀的先后顺序以及沉淀的颜色可以判断溶度积大小;C项,盐酸属于挥发性酸,向盛有碳酸钙固体的锥形瓶中加入6mol·L-1盐酸,生成的气体中一定混有少量氯化氢气体,将气体通过饱和Na2CO3溶液,二氧化碳也被吸收了,应该通入饱和的碳酸氢钠溶液中;D项,在中和反应反应热测定实验中,为了保证完全反应,需要使一种物质适当过量。2.(2017·北京高考)某小组在验证反应“Fe+2Ag+====Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。(1)检验产物①取少量黑色固体,洗涤后,________________________________(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有____________________________。(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是____________________________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:序号取样时间/min现象ⅰ3产生大量白色沉淀;溶液呈红色ⅱ30产生白色沉淀;较3min时量少;溶液红色较3min时加深ⅲ120产生白色沉淀;较30min时量少;溶液红色较30