2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)：實驗方案的設(shè)計與評價　實驗數(shù)據(jù)的分析與處理

2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)實驗方案的設(shè)計與評價實驗數(shù)據(jù)的分析與處理1.化學(xué)實驗方案設(shè)計的原則和思路(1)實驗方案設(shè)計的五項基本原則(2)基本思路

2.化學(xué)實驗方案的評價(1)化學(xué)實驗評價的內(nèi)容評價實驗原理是否明確合理評價實驗方案是否安全可靠評價藥品、儀器是否方便易得評價實驗現(xiàn)象和結(jié)論是否科學(xué)明確(2)化學(xué)實驗評價的5個方面①可行性方面a.分析實驗方案是否科學(xué)可行。b.實驗操作是否安全合理。c.實驗步驟是否簡單方便。d.實驗效果是否明顯。②綠色化學(xué)方面a.實驗過程中是否造成環(huán)境污染。b.原料是否無毒、安全、易得。c.原料利用率及反應(yīng)速率是否較高。③安全性方面a.凈化、吸收氣體,當(dāng)熄滅酒精燈及左邊有揮發(fā)性液體加熱,氣壓不恒定要設(shè)置安全裝置——防止液體倒吸。b.進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2,氣體點燃前先驗純等)。c.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行等)。d.污染性的氣體要進行尾氣處理;有粉末狀物質(zhì)參加的反應(yīng),要注意防止導(dǎo)氣管堵塞。e.防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施,以保證達到實驗?zāi)康?。④規(guī)范性方面a.冷凝回流(有些反應(yīng)中,為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料,需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置,如長玻璃管、豎裝的冷凝管等)。b.易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻。c.儀器拆卸與組裝順序相反,按照從右向左,從高到低的順序。d.其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。e.最佳方案的選擇幾個實驗方案都能達到目的,選出一個最佳方案。所謂最佳,就是裝置最簡單,藥品容易取得、價格低廉,現(xiàn)象明顯,干擾小,無污染等。⑤從評價的主要針對點來看,實驗綜合題可分為裝置評價型和原理評價型兩類。a.實驗裝置的評價對比各方案裝置,從裝置的合理性、操作的簡便可行等方面進行全面分析,優(yōu)選出最佳裝置。b.實驗原理的評價緊扣實驗?zāi)康?對各方案的原理綜合考慮,從原理是否科學(xué)正確、是否節(jié)省原料、涉及的操作是否簡便易行、是否誤差較小等方面進行全面分析,設(shè)計或優(yōu)選出最佳方案。1.

為了探究溶有SO2的BaCl2溶液的性質(zhì),某實驗小組設(shè)計了如下實驗:題組一

性質(zhì)探究型實驗方案的設(shè)計與評價裝置實驗試劑W部分實驗現(xiàn)象①Fe(NO3)3溶液溶液中產(chǎn)生白色沉淀②燒堿溶液溶液中產(chǎn)生白色沉淀③含I2的淀粉溶液藍色溶液變?yōu)闊o色④Na2S溶液溶液變渾濁下列推斷正確的是(

)A.實驗①中僅發(fā)生反應(yīng):SO2+2Fe3++Ba2++2H2O=2Fe2++BaSO4↓+4H+B.實驗②中產(chǎn)生的白色沉淀難溶于鹽酸C.由實驗③可推知還原性:HI>SO2D.實驗④中因生成了S而使溶液變渾濁D[解析]溶有二氧化硫的氯化鋇溶液中二氧化硫與水反應(yīng)使溶液呈酸性,加入硝酸鐵溶液后,硝酸根離子的氧化性強于鐵離子,硝酸根離子優(yōu)先與二氧化硫反應(yīng),則實驗①中二氧化硫會與硝酸根離子、鐵離子先后反應(yīng),故A錯誤;實驗②中二氧化硫與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成亞硫酸鈉,亞硫酸鈉溶液與氯化鋇溶液反應(yīng)生成能溶于鹽酸的亞硫酸鋇沉淀,故B錯誤;向溶有二氧化硫的氯化鋇溶液中加入含碘的淀粉溶液,二氧化硫與碘水反應(yīng)生成硫酸和氫碘酸,藍色溶液會變?yōu)闊o色,由還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物可知,二氧化硫的還原性強于碘化氫,故C錯誤;向溶有二氧化硫的氯化鋇溶液中加入硫化鈉溶液,硫化鈉溶液與二氧化硫反應(yīng)生成的氫硫酸能與二氧化硫水溶液反應(yīng)生成硫沉淀,使溶液變渾濁,故D正確。(1)制取NaNO2的離子方程式是

。

(2)小組成員推測HNO2是弱酸。為證實推測,向NaNO2溶液中加入試劑X,“實驗現(xiàn)象”證實該推測合理,加入的試劑及現(xiàn)象是

,

。

無色酚酞溶液溶液變成淺紅色Ⅱ.NaNO2性質(zhì)探究將實驗ⅰ制取的NaNO2固體配制成約0.1mol·L-1NaNO2溶液,進行實驗ⅱ和ⅲ。實驗ⅱ(3)由實驗ⅱ的現(xiàn)象得出結(jié)論:白色沉淀的生成與

有關(guān)。

AgNO3溶液和NaNO2溶液的相對用量[解析]由實驗現(xiàn)象可知,向NaNO2溶液中滴加AgNO3溶液時,先沒有白色沉淀生成,后有白色沉淀生成,說明白色沉淀的生成與AgNO3溶液和NaNO2溶液的相對用量有關(guān)。(4)僅用實驗ⅱ的試劑,設(shè)計不同實驗方案進一步證實了上述結(jié)論,實驗操作及現(xiàn)象是

。

向AgNO3溶液中逐滴滴加NaNO2溶液,先有白色沉淀生成,然后沉淀逐漸溶解[解析]由實驗現(xiàn)象可知,向NaNO2溶液中滴加AgNO3溶液時,先沒有白色沉淀生成,后有白色沉淀生成,則向AgNO3溶液中滴加NaNO2溶液時,先有白色沉淀生成,然后沉淀逐漸溶解說明白色沉淀的生成與AgNO3溶液和NaNO2溶液的相對用量有關(guān)。

取2mL0.1mol·L-1NaNO3溶液于試管中,加2mL0.1mol·L-1KI溶液(含淀粉),再滴加三滴1mol·L-1硫酸溶液,溶液沒有變藍[解析]由題意可知,一氧化氮和二氧化氮在碳酸鈉溶液中反應(yīng)生成亞硝酸鈉和二氧化碳時,可能生成硝酸鈉,則設(shè)計酸性條件下,硝酸鈉溶液與碘化鉀溶液沒有碘生成的實驗,可以說明酸性條件下,只有亞硝酸鈉溶液與碘化鉀溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),故可以進行以下操作:取2mL0.1mol·L-1NaNO3溶液于試管中,加2mL0.1mol·L-1KI溶液(含淀粉),再滴加三滴1mol·L-1硫酸溶液,溶液沒有變藍。[思維建模]

猜想型性質(zhì)探究實驗題的思維流程1.

疊氮化鈉(NaN3)常用作汽車安全氣囊中的藥劑。實驗室制取疊氮化鈉的原理、實驗裝置及實驗步驟如下:①打開裝置D導(dǎo)管上的旋塞,加熱制取氨氣。②再加熱裝置A中的金屬鈉,使其熔化并充分反應(yīng)后,再停止加熱裝置D并關(guān)閉旋塞。③向裝置A中b容器內(nèi)充入加熱介質(zhì)并加熱到210~220℃,然后通入N2O。題組二

原理探究型實驗方案的設(shè)計與評價④冷卻,向產(chǎn)物中加入乙醇(降低NaN3的溶解度),減壓濃縮結(jié)晶后,再過濾,并用乙醚洗滌,晾干。已知:Ⅰ.NaN3是易溶于水的白色晶體,微溶于乙醇,不溶于乙醚;Ⅱ.NaNH2熔點為210℃,沸點為400℃,在水溶液中易水解。請回答下列問題:(1)實驗室若采用固體加熱方式制取氨氣,則其化學(xué)方程式為

。

[解析]由反應(yīng)步驟可知制取疊氮化鈉的原理為先通入氨氣與鈉先反應(yīng)生成NaNH2和氫氣,反應(yīng)生成的NaNH2再與通入的N2O反應(yīng)生成NaN3和H2O。(1)實驗室若采用固體加熱方式制取氨氣即加熱氯化銨與氫氧化鈣的混合物生成氨氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)2NH3↑+CaCl2+2H2O。2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)2NH3↑+CaCl2+2H2O(2)步驟①中先加熱通氨氣的目的是

;步驟②氨氣與熔化的鈉反應(yīng)生成NaNH2的化學(xué)方程式為

;步驟③中最適宜的加熱方式為

(填“水浴加熱”或“油浴加熱”)。[解析]步驟①中先加熱通氨氣,排盡裝置中的空氣,防止空氣中的O2等進入與鈉反應(yīng);氨氣與熔化的鈉反應(yīng)生成NaNH2和氫氣,反應(yīng)為2Na+2NH32NaNH2+H2;已知步驟③的溫度為210~220℃,故選擇油浴加熱。油浴加熱

排盡裝置中的空氣,防止空氣中的氧氣等與鈉發(fā)生反應(yīng)2Na+2NH32NaNH2+H2(3)圖中儀器a用的材料是鐵質(zhì)而不用玻璃,其主要原因是

。

(4)汽車經(jīng)撞擊后30毫秒內(nèi),會引發(fā)疊氮化鈉迅速分解為兩種單質(zhì),其中氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為

。(5)步驟④中用乙醚洗滌的主要原因除了因為其易揮發(fā),有利于產(chǎn)品快速干燥外,還因為

。

[解析](4)疊氮化鈉(NaN3)撞擊后30毫秒內(nèi)迅速分解為兩種單質(zhì),由質(zhì)量守恒定律,反應(yīng)前后元素種類不變,兩種單質(zhì)為鈉和氮氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaN3

2Na+3N2↑,氮元素化合價升高,氮氣是氧化產(chǎn)物,鈉元素化合價降低,鈉為還原產(chǎn)物,氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為(3×28)∶(2×23)=42∶23。反應(yīng)過程中有水生成,水與鈉反應(yīng)生成的NaOH能腐蝕玻璃NaN3不溶于乙醚,能減少NaN3的溶解損耗42∶23(6)實驗室用滴定法測定疊氮化鈉樣品中NaN3的質(zhì)量分數(shù):①將2.500g試樣配成500.00mL溶液。②取50.00mL溶液置于錐形瓶中,加入50.00mL0.1010mol·L-1(NH4)2Ce(NO3)6溶液。③充分反應(yīng)后,將溶液稍稀釋,向溶液中加入8mL濃硫酸,滴入3滴鄰菲啰啉指示液,用0.0500mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準溶液滴定過量的Ce4+,消耗溶液體積29.00mL。測定過程的反應(yīng)方程式為2(NH4)2Ce(NO3)6+2NaN3

=4NH4NO3+2Ce(NO3)3+2NaNO3+3N2↑;Ce4++Fe2+

=Ce3++Fe3+。試樣中NaN3的質(zhì)量分數(shù)為

(保留小數(shù)點后一位)。

93.6%

2.某化學(xué)實驗小組探究SO2與FeCl3溶液的反應(yīng)。實驗一:用如圖所示實驗裝置制備SO2,并將足量SO2通入FeCl3溶液中,溶液迅速變?yōu)檠t色;停止通入氣體,將血紅色溶液密閉放置5小時后,溶液變?yōu)闇\綠色。(1)制備SO2的化學(xué)反應(yīng)方程式為

。

Na2SO3+H2SO4(濃)=Na2SO4+SO2↑+H2O

(2)儀器a的名稱為

。

(3)某同學(xué)取適量酸性KMnO4溶液于試管中,滴入幾滴血紅色溶液,溶液的紫色褪去,據(jù)此推斷血紅色溶液中含有Fe2+,此結(jié)論

(填“正確”或“不正確”),理由是

。

球形干燥管

不正確

實驗二:探究血紅色溶液產(chǎn)生的原因?qū)嶒炦^程如下表:實驗序號假設(shè)實驗內(nèi)容結(jié)論①c(H+)取上述血紅色溶液,滴入Y溶液,溶液又變?yōu)辄S色假設(shè)不成立②c(H2SO3)和c(SO2)增大在FeCl3溶液中,滴入1mol·L-1Na2SO3溶液,溶液呈血紅色,再逐漸滴入HCl溶液,出現(xiàn)

現(xiàn)象

假設(shè)不成立③在FeCl3溶液中加入Na2SO3溶液,立即變?yōu)檠t色假設(shè)成立(4)實驗①中,Y是

(填化學(xué)式);實驗②中現(xiàn)象是

。

HCl[解析]由假設(shè)可知,實驗①探究溶液中氫離子濃度對血紅色產(chǎn)生的影響,由變量唯一化原則可知,向血紅色溶液中滴入的酸Y為鹽酸;實驗②探究二氧化硫和亞硫酸濃度對血紅色產(chǎn)生的影響,由實驗結(jié)論可知,加入的鹽酸與亞硫酸鈉溶液反應(yīng)生成的二氧化硫和亞硫酸對實驗無影響,則反應(yīng)的實驗現(xiàn)象應(yīng)與實驗①相同,溶液又變?yōu)辄S色。變黃

使Fe3+的濃度保持不變

[歸納總結(jié)]實驗方案的評價與改進(1)評價:一個實驗方案的優(yōu)劣主要從實驗原理是否科學(xué)合理,操作與裝置是否簡單可行,以及綠色化學(xué)和安全性的角度去評價。①從“科學(xué)性”和“可行性”方面對實驗方案作出評價實驗原理是否正確、可行;實驗操作是否安全、合理;實驗步驟是否簡單、方便;實驗效果是否明顯、準確。②從“綠色化學(xué)”視角對實驗方案作出評價反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒;反應(yīng)速率是否合適;原料利用率以及生成物的產(chǎn)率是否較高;實驗過程中是否造成環(huán)境污染。③從“安全性”方面對實驗方案作出評價化學(xué)實驗從安全角度?？紤]的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防著火、防濺液、防破損等。(2)改進:改進的思路是先找到原方案的不足,然后進行反向思維再聯(lián)系所掌握的相關(guān)知識進行改進方案的設(shè)計。1.定量實驗數(shù)據(jù)的測定方法2.定量實驗中“數(shù)據(jù)”的采集和處理(1)稱量固體質(zhì)量時,中學(xué)一般用托盤天平,可估讀到0.1g,精確度要求高的實驗中可以用電子天平,可估讀到0.001g或0.0001g。(2)測量液體體積時,一般實驗中選用適當(dāng)規(guī)格的量筒,可估讀到0.1mL,精確度要求高的定量實驗,如中和滴定中選用滴定管(酸式或堿式),可估讀到0.01mL。容量瓶作為精密的定容儀器,用于配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液,一般不用于量取液體的體積。(3)氣體除了量取外,還可以稱量。稱氣體的質(zhì)量時一般有兩種方法:一種方法是稱反應(yīng)裝置在放出氣體前后的質(zhì)量減小值;另一種方法是稱吸收裝置前后的質(zhì)量增大值。(4)用pH試紙(測得整數(shù)值)或pH計(精確度為0.01)直接測出溶液的pH,經(jīng)過計算可以得到溶液中H+或OH-的物質(zhì)的量濃度。(5)為了數(shù)據(jù)的準確性,要進行平行實驗,重復(fù)測定。如中和滴定實驗中要平行做2~3次滴定實驗,求算未知溶液的濃度再取平均值,但對于“離群”數(shù)據(jù)(指與其他數(shù)據(jù)有很大差異的數(shù)據(jù))要舍棄,因為數(shù)據(jù)“離群”的原因可能是操作中出現(xiàn)了較大的誤差。1.

實驗表明,將CuSO4溶液與Na2CO3溶液混合有藍綠色沉淀生成。為了探究該沉淀的化學(xué)成分(假設(shè)為單一成分,且不含結(jié)晶水),某同學(xué)設(shè)計如下實驗?；卮鹣铝袉栴}:(1)藍綠色沉淀可能為a.

;

b.CuCO3;c.堿式碳酸銅[化學(xué)式可表示為mCu(OH)2·nCuCO3]。(2)從懸濁液中獲得藍綠色固體的操作是

。

題組一

物質(zhì)組成分析及含量純度測定型Cu(OH)2過濾[解析]定量測定藍色晶體的組成時,先連接好裝置并檢查氣密性,然后添加藥品,往裝置內(nèi)先通N2,排盡裝置內(nèi)的空氣;給硬質(zhì)玻璃管加熱,直至固體呈黑色,通過無水CuSO4的顏色變化和澄清石灰水是否變渾濁,確定是否有H2O(g)和CO2生成,以確定固體的成分。(1)藍綠色沉淀可能為Cu(OH)2。(2)從懸濁液中獲得藍綠色固體的操作,就是分離固、液混合物的操作,應(yīng)是過濾。(3)取一定量藍綠色固體,用如下裝置(夾持儀器已省略)進行定性實驗。①盛放堿石灰的儀器名稱為

。

②檢查上述虛線框內(nèi)裝置氣密性的實驗操作:連接好裝置后,關(guān)閉K,在C中加入少量水,浸沒長導(dǎo)管口,

。球形干燥管

用酒精燈微熱硬質(zhì)玻璃管,若C中有氣泡逸出,撤去酒精燈冷卻一段時間后,C中導(dǎo)管內(nèi)形成水柱,則證明裝置的氣密性良好[解析]

②檢查題述虛線框內(nèi)裝置氣密性時,應(yīng)先營造一個密閉環(huán)境,再微熱硬質(zhì)玻璃管,看C中導(dǎo)管口的現(xiàn)象及冷卻后的現(xiàn)象,以便得出結(jié)論。則實驗操作為連接好裝置后,關(guān)閉K,在C中加入少量水,浸沒長導(dǎo)管口,用酒精燈微熱硬質(zhì)玻璃管,若C中有氣泡逸出,撤去酒精燈冷卻一段時間后,C中導(dǎo)管內(nèi)形成水柱,則證明裝置的氣密性良好。③若藍綠色沉淀為CuCO3,則觀察到的現(xiàn)象是A中硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體逐漸變?yōu)楹谏?

。

B中無水CuSO4不變色,C中澄清石灰水變渾濁[解析]若藍綠色沉淀為CuCO3,分解生成CuO、CO2,固體顏色如何變化、無水CuSO4和澄清石灰水中的現(xiàn)象都需要表明,則觀察到的現(xiàn)象是A中硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體逐漸變?yōu)楹谏?B中無水CuSO4不變色,C中澄清石灰水變渾濁。④實驗過程中發(fā)現(xiàn)裝置B中無水CuSO4變藍,裝置C中有白色沉淀生成,為測定藍綠色固體的化學(xué)組成,在裝置B中盛放足量無水CaCl2,C中盛放足量NaOH溶液再次進行實驗。C中盛放NaOH溶液,而不使用澄清石灰水的原因是

;若藍綠色固體質(zhì)量為34.6g,實驗結(jié)束后,裝置B的質(zhì)量增加1.8g,C中溶液質(zhì)量增加8.8g,則該藍綠色固體的化學(xué)式為

。

Cu(OH)2·2CuCO3或Cu3(OH)2(CO3)2Ca(OH)2溶解度小,而NaOH溶解度大,更能充分吸收CO2

2.

為測定某氟化稀土樣品中氟元素的質(zhì)量分數(shù),某化學(xué)興趣小組進行了如下實驗。利用高氯酸(高沸點酸)將樣品中的氟元素轉(zhuǎn)化為氟化氫(低沸點酸)蒸出,再滴定測量。實驗裝置如圖所示。(1)a的作用是

,儀器d的名稱是

。

(2)檢查裝置氣密性:

(填操作),關(guān)閉K,微熱c,導(dǎo)管e末端有氣泡冒出;停止加熱,導(dǎo)管e內(nèi)有一段穩(wěn)定的水柱,說明裝置氣密性良好。直形冷凝管平衡壓強在b和f中加水,水浸沒導(dǎo)管a和e末端[解析](1)a的作用是平衡壓強,防止圓底燒瓶中壓強過大,引起爆炸;儀器d的名稱是直形冷凝管。(2)檢查裝置氣密性時在b和f中加水,使水浸沒a和e的末端,從而形成密閉體系。(3)c中加入一定體積高氯酸和mg氟化稀土樣品,f中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加熱b、c,使b中產(chǎn)生的水蒸氣進入c。①下列物質(zhì)可代替高氯酸的是

(填字母)。

A.硝酸

B.鹽酸

C.硫酸

D.磷酸②實驗中除有HF氣體外,可能還有少量SiF4(易水解)氣體生成。若有SiF4生成,實驗結(jié)果將

(填“偏高”“偏低”或“不受影響”)。③若觀察到f中溶液紅色褪去,需要向f中及時補加NaOH溶液,否則會使實驗結(jié)果偏低,原因是

。

CD[解析]①此實驗是利用高氯酸(高沸點酸)將樣品中的氟元素轉(zhuǎn)化為HF(低沸點酸)蒸出。硝酸和鹽酸易揮發(fā),A、B項錯誤;硫酸和磷酸沸點高,難揮發(fā),C、D正確。不受影響充分吸收HF氣體,防止其揮發(fā)損失(4)向餾出液中加入V1mLc1mol·L-1La(NO3)3溶液,得到LaF3沉淀,再用c2mol·L-1EDTA標(biāo)準溶液滴定剩余La3+(La3+與EDTA按1∶1配合),消耗EDTA標(biāo)準溶液V2mL,則氟化稀土樣品中氟的質(zhì)量分數(shù)為

。

(5)用樣品進行實驗前,需要用0.084g氟化鈉代替樣品進行實驗,改變條件(高氯酸用量、反應(yīng)溫度、蒸餾時間),測量并計算出氟元素質(zhì)量,重復(fù)多次。該操作的目的是

。

尋找最佳實驗條件1.

Co(OH)2在空氣中加熱時,固體(不含其他雜質(zhì))質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示,取400℃時的產(chǎn)物[其中Co的化合價為+2價、+3價,分別表示為Co(Ⅱ)、Co(Ⅲ)],用500mL5.1mol·L-1鹽酸將其恰好完全溶解,得到CoCl2溶液和4.48L(標(biāo)準狀況)黃綠色氣體。下列說法錯誤的是(

)A.290℃時,若固體中只含有兩種元素,則為Co2O3B.400℃時,n[Co(Ⅱ)]∶n[Co(Ⅲ)]=27∶8C.500℃時,固體中氧元素質(zhì)量分數(shù)約為26.6%D.