第45講簡單實驗方案的設(shè)計與評價（講義）2024年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義分層練習(xí)

第45講簡單實驗方案的設(shè)計與評價任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)1.掌握評價檢驗類化學(xué)實驗方案設(shè)計的一般思路。2.掌握評價性質(zhì)探究類化學(xué)實驗方案設(shè)計的一般思路。必備知識考點一實驗方案設(shè)計必備知識實驗完整的化學(xué)實驗方案包括“四大環(huán)節(jié)”，即：實驗原理、實驗裝置和藥品(其中包括：裝置類型、儀器的組裝等)、實驗步驟(其中包括：加裝藥品、氣密性檢查、除雜干燥、主體實驗、安全措施等)、實驗現(xiàn)象的觀察、記錄及實驗數(shù)據(jù)的分析處理等。設(shè)計合理的實驗方案必須掌握比較全面的實驗基本原理和基本技能，要做到：設(shè)計原理正確、實驗程序合理、操作步驟簡便、現(xiàn)象明顯、相關(guān)結(jié)論正確。1.實驗方案設(shè)計的四個要求2.原理或性質(zhì)探究類簡單實驗方案設(shè)計?？键c總結(jié)(1)證明酸性：①pH試紙或酸堿指示劑；②與碳酸鈉反應(yīng)；③與鋅等反應(yīng)。(2)證明弱酸性：①證明酸在溶液中存在電離平衡；②測定對應(yīng)鹽溶液的酸堿性；③測量在稀釋前后的pH的變化。(3)證明氧化性：與還原劑反應(yīng)現(xiàn)象明顯。(4)證明還原性：與氧化劑反應(yīng)現(xiàn)象明顯。(5)證明為膠體分散系：丁達(dá)爾效應(yīng)。(6)證明有碳碳雙鍵(或三鍵)：使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色。(7)比較金屬的活動性：①與水反應(yīng)；②與酸反應(yīng)；③金屬間的置換反應(yīng)；④原電池原理；⑤電解池原理；⑥最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性。(8)比較非金屬性的強弱：①非金屬間的置換反應(yīng)；②與氫氣化合的難易；③氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性；④最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性。(9)比較酸堿性：強酸或強堿制弱酸或弱堿。要點突破要點突破1．下列方案設(shè)計、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是目的方案設(shè)計現(xiàn)象和結(jié)論A比較鎂、鋁元素的金屬性強弱分別將相同濃度的氫氧化鈉溶液逐滴加入一定濃度的氯化鎂、氯化鋁溶液中，直至過量均出現(xiàn)白色沉淀，氯化鎂溶液中沉淀不溶解，氯化鋁溶液中沉淀逐漸溶解。說明金屬性鎂比鋁強B檢驗未知溶液中是否含有銨鹽取一定量未知液于試管中，滴入氫氧化鈉溶液并加熱，試管口放置濕潤紅色石蕊試紙試紙變藍(lán)。說明溶液中含有銨鹽C探究濃度對反應(yīng)速率的影響兩支試管中均裝有2mL0.01mol·L酸性高錳酸鉀溶液，向第一支加入2mL0.01mol·L草酸溶液、3mL蒸餾水，第二支加入5mL0.01mol/L)草酸溶液第一支試管褪色時間比第二支試管長。說明其他條件相同時，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快D檢驗丙烯醛中含有碳碳雙鍵取少量丙烯醛于試管中，先向其中加入足量新制氫氧化銅懸濁液并加熱，靜置后取上層清液，加入溴水溴水褪色。說明丙烯醛中含碳碳雙鍵A．A B．B C．C D．D【答案】A【解析】A．氫氧化鎂與NaOH不反應(yīng)，氫氧化鋁與NaOH反應(yīng)，可知氫氧化鎂的堿性大于氫氧化鋁的堿性，則金屬性鎂比鋁強，故A正確；B．濃氨水與NaOH溶液混合加熱可逸出氨氣，由實驗操作和現(xiàn)象可知，溶液為銨鹽溶液或氨水，故B錯誤；C．酸性高錳酸鉀溶液過量，褪色不明顯，應(yīng)控制酸性高錳酸鉀溶液不足，改變草酸的濃度，探究濃度對反應(yīng)速率的影響，故C錯誤；D．醛基和碳碳雙鍵都能使溴水褪色，向其中加入足量新制氫氧化銅懸濁液并加熱，溶液顯堿性，與溴水反應(yīng)，則溴水褪色，不能說明丙烯醛中含碳碳雙鍵，故D錯誤；故選：A。2．亞硝酸鈉俗稱“工業(yè)鹽”，其外觀、口感與食鹽相似，人若誤服會中毒?，F(xiàn)將適量某樣品(成分為亞硝酸鈉或氯化鈉)溶于水配成溶液，分別取少量該溶液于試管中進(jìn)行實驗。下列方案設(shè)計、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是()方案設(shè)計現(xiàn)象和結(jié)論A先加入少量KClO3溶液，再加AgNO3溶液和足量稀硝酸，振蕩若產(chǎn)生白色沉淀，則樣品為亞硝酸鈉B加到少量KMnO4溶液中，再加硫酸酸化，振蕩若溶液褪色，則樣品為亞硝酸鈉C先加到少量FeCl2溶液中，再加入稀鹽酸酸化，振蕩若溶液變黃色，則樣品為亞硝酸鈉D先加入少量Na2SO3溶液，再加入BaCl2溶液和稀硝酸，振蕩若產(chǎn)生白色沉淀，則樣品為亞硝酸鈉【答案】C【解析】酸性條件下，KClO3被NaNO2還原為Cl－，NaCl中也含有Cl－，都會生成白色沉淀，A錯誤；氯化鈉電離出的氯離子也可以被酸性高錳酸鉀氧化，而使其褪色，B錯誤；NOeq\o\al(－,2)在酸性條件下有較強的氧化性，可以把二價鐵氧化為三價鐵，溶液變?yōu)辄S色，C正確；稀硝酸可以把亞硫酸根離子氧化為硫酸根離子，再加入氯化鋇溶液可以生成硫酸鋇白色沉淀，D錯誤。3.某小組同學(xué)探究不同條件下氯氣與二價錳化合物的反應(yīng)。資料：ⅰ.Mn2＋在一定條件下被Cl2或ClO－氧化成MnO2(棕黑色)、MnOeq\o\al(2－,4)(綠色)、MnOeq\o\al(－,4)(紫色)。ⅱ.濃堿條件下，MnOeq\o\al(－,4)可被OH－還原為MnOeq\o\al(2－,4)。ⅲ.Cl2的氧化性與溶液的酸堿性無關(guān)，NaClO的氧化性隨堿性增強而減弱。實驗裝置如圖(夾持裝置略)：實驗物質(zhì)aC中實驗現(xiàn)象通入Cl2前通入Cl2后Ⅰ水得到無色溶液產(chǎn)生棕黑色沉淀，且放置后不發(fā)生變化Ⅱ5%NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多，放置后溶液變?yōu)樽仙?，仍有沉淀?0%NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多，放置后溶液變?yōu)樽仙杂谐恋?1)B中試劑是________________。(2)通入Cl2前，實驗Ⅱ、Ⅲ中沉淀由白色變?yōu)樽睾谏幕瘜W(xué)方程式為____________________。(3)對比實驗Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的實驗現(xiàn)象，對于二價錳化合物還原性的認(rèn)識是_______________。(4)根據(jù)資料ⅱ，實驗Ⅲ中應(yīng)得到綠色溶液，實驗中得到紫色溶液，分析現(xiàn)象與資料不符的原因：原因一：可能是通入Cl2導(dǎo)致溶液的堿性減弱。原因二：可能是氧化劑過量，氧化劑將MnOeq\o\al(2－,4)氧化為MnOeq\o\al(－,4)。①用化學(xué)方程式表示可能導(dǎo)致溶液堿性減弱的原因：_________________________________，但通過實驗測定溶液的堿性變化很小。②取實驗Ⅲ中放置后的1mL懸濁液，加入4mL40%NaOH溶液，溶液紫色迅速變?yōu)榫G色，且綠色緩慢加深。溶液紫色變?yōu)榫G色的離子方程式為_________________________________，溶液綠色緩慢加深，原因是MnO2被__________(填化學(xué)式)氧化，可證明實驗Ⅲ的懸濁液中氧化劑過量。③取實驗Ⅱ中放置后的1mL懸濁液，加入4mL水，溶液紫色緩慢加深，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________。④從反應(yīng)速率的角度，分析實驗Ⅲ未得到綠色溶液的可能原因：_______________________?！敬鸢浮?1)飽和NaCl溶液(2)2Mn(OH)2＋O2=2MnO2＋2H2O(3)Mn2＋的還原性隨溶液堿性的增強而增強(4)①Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O②4MnOeq\o\al(－,4)＋4OH－=4MnOeq\o\al(2－,4)＋O2↑＋2H2OCl2③3ClO－＋2MnO2＋2OH－=2MnOeq\o\al(－,4)＋3Cl－＋H2O④過量Cl2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生NaClO，使溶液的堿性減弱，c(OH－)降低，溶液中的MnOeq\o\al(－,4)被還原為MnOeq\o\al(2－,4)的速率減小，因而實驗Ⅲ未得到綠色溶液【解析】在裝置A中HCl與KMnO4發(fā)生反應(yīng)制取Cl2，由于鹽酸具有揮發(fā)性，在裝置B中盛有飽和NaCl溶液，除去Cl2中的雜質(zhì)HCl，在裝置C中通過改變?nèi)芤旱膒H，驗證不同條件下Cl2與MnSO4反應(yīng)，裝置D是尾氣處理裝置。(2)通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中Mn2＋與堿性溶液中NaOH電離產(chǎn)生的OH－反應(yīng)產(chǎn)生Mn(OH)2白色沉淀，該沉淀不穩(wěn)定，會被溶解在溶液中的氧氣氧化為棕黑色的MnO2，則沉淀由白色變?yōu)樽睾谏幕瘜W(xué)方程式為2Mn(OH)2＋O2=2MnO2＋2H2O。(4)①Cl2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生NaCl、NaClO、H2O，使溶液堿性減弱，反應(yīng)的離子方程式為Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。②溶液紫色變?yōu)榫G色就是由于在濃堿條件下，MnOeq\o\al(－,4)可被OH－還原為MnOeq\o\al(2－,4)；溶液綠色緩慢加深，原因是MnO2被Cl2氧化，可證明實驗Ⅲ的懸濁液中氧化劑過量。③溶液紫色緩慢加深，說明ClO－將MnO2氧化為MnOeq\o\al(－,4)。必備知識考點二實驗方案分析評價必備知識對幾個實驗方案進(jìn)行評價，主要看實驗方案是否正確、嚴(yán)密、準(zhǔn)確、可行，另外，有無干擾、是否經(jīng)濟(jì)、是否安全、有無污染等也是要考慮的。1．檢驗類實驗方案評價的一般思路(1)檢驗試劑選擇及用量是否正確，對檢驗試劑的要求是：檢驗試劑不能對其他物質(zhì)的檢驗有干擾，即不能與其他被檢驗的物質(zhì)反應(yīng)，也不能生成被檢驗的物質(zhì)。宏觀現(xiàn)象要明顯。(2)實驗操作是否簡單可行。(3)操作順序是否正確，注意排除干擾因素。2．原理及性質(zhì)探究類實驗方案評價的一般思路(1)理論依據(jù)是否正確(物質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)原理等)。(2)是否注意控制變量。(3)實驗操作是否規(guī)范。(4)實驗現(xiàn)象與結(jié)論是否具有因果關(guān)系。3．從安全性方面對實驗方案做出評價(1)凈化、吸收氣體，當(dāng)熄滅酒精燈及左邊有揮發(fā)性液體被加熱，氣壓不恒定時(如乙酸乙酯的制備)要防止液體倒吸；(2)進(jìn)行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO，應(yīng)先通H2，點燃酒精燈前先檢驗導(dǎo)管中排出H2的純度等)；(3)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(jìn)行等)；(4)污染性的氣體要進(jìn)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；(5)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、易潮解、易水解的物質(zhì)時要采取必要措施防止吸水，以保證達(dá)到實驗?zāi)康?。4．化學(xué)實驗方案的規(guī)范性(1)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、豎裝的干燥管及冷凝管等)；(2)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻；(3)儀器拆卸與組裝順序相反，按照從右向左，從高到低的順序；(4)其他(如①實驗操作順序、②試劑加入順序、③裝置連接順序、④加熱的方式方法和時機；⑤儀器的查漏、氣密性檢驗、⑥溫度計、水銀球的位置；⑦實驗數(shù)據(jù)的讀取等。5．最佳實驗方案的選擇幾個實驗方案都能達(dá)到目的，應(yīng)選出最佳方案。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。要點突破要點突破1．下列實驗探究方案不能達(dá)到探究目的的是選項探究方案探究目的A將二氧化硫氣體通入碘和淀粉的混合溶液中，觀察溶液顏色的變化探究還原性：B向盛有溶液的試管中滴加幾滴溶液。振蕩，觀察顏色的變化探究是否變質(zhì)C加熱溴乙烷和氫氧化鈉乙醇混合溶液，將產(chǎn)生的氣體通入高錳酸鉀溶液中。觀察溶液顏色的變化探究溴乙烷在此條件下發(fā)生的是取代反應(yīng)還是消去反應(yīng)D向盛有等濃度的NaCl和KI混合溶液的試管中滴加幾滴溶液，振蕩，觀察沉淀顏色證明A．A B．B C．C D．D【答案】C【解析】A．將二氧化硫氣體通入碘和淀粉的混合溶液中，二氧化硫與碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2H2O+SO2+I2=H2SO4+2HI，混合溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，說明還原性，故A正確；B．向盛有溶液的試管中滴加幾滴溶液，若溶液變紅，說明已經(jīng)變質(zhì)，故B正確；C．加熱溴乙烷和氫氧化鈉乙醇混合溶液，發(fā)生消去反應(yīng)生成溴化鈉和乙烯，將產(chǎn)生的氣體乙烯通入高錳酸鉀溶液中，發(fā)生氧化反應(yīng)，高錳酸鉀溶液褪色；溴乙烷的水解反應(yīng)生成的溴化氫，也能使高錳酸鉀溶液褪色，故不能探究溴乙烷在此條件下發(fā)生的是取代反應(yīng)還是消去反應(yīng)，故C錯誤；D．向盛有等濃度的NaCl和KI混合溶液的試管中滴加幾滴溶液，生成淺黃色沉淀，銀離子與碘離子反應(yīng)生成溶解度更小的碘化銀，證明，故D正確。答案為：C。2．下列實驗方案設(shè)計、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是()選項實驗方案現(xiàn)象結(jié)論A室溫下，向苯酚濁液中加入碳酸鈉溶液溶液變澄清酸性：Ka2(H2CO3)＜Ka(苯酚)B向做過銀鏡反應(yīng)的試管中加入足量氨水銀鏡逐漸消失銀能與氨形成溶于水的配離子CCH3CH2與NaOH乙醇溶液混合共熱，將產(chǎn)生的氣體通入酸性KMO4溶液中酸性KMO4溶液褪色CH3CH2發(fā)生消去反應(yīng)D向某溶液中加入稀硫酸產(chǎn)生淡黃色沉淀，同時生成能使品紅溶液褪色的無色氣體該溶液中含有S2O32【答案】A【解析】A項，室溫下，向苯酚濁液中加入碳酸鈉溶液，溶液變澄清，是由于生成苯酚鈉和碳酸氫鈉，所以酸性苯酚大于碳酸氫根，即Ka2(H2CO3)＜Ka(苯酚)，A正確；B項，由于銀單質(zhì)不溶于氨水，所以向做過銀鏡反應(yīng)的試管中加入足量氨水銀鏡不會消失，B錯誤；C項，由于乙醇具有揮發(fā)性且也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，即CH3CH2與NaOH乙醇溶液混合共熱產(chǎn)生的氣體中混有乙醇蒸汽，使酸性高錳酸鉀溶液褪色不能證明CH3CH2發(fā)生消去反應(yīng)，C錯誤；D項，向某溶液中加入稀硫酸，生成淡黃色沉淀和能使品紅溶液褪色的刺激性氣味的氣體，據(jù)分析該黃色沉淀是單質(zhì)S，能使品紅溶液褪色的刺激性氣味的氣體為SO2；則有如下情況:(1)Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O，則溶液中有S2O32；(2)溶液中有亞硫酸根遇到氫離子會生SO2，SO2與S2在酸性條件下能生成單質(zhì)S，故溶液中也可能有SO32和S2，D錯誤；故選A。3．溴化亞銅是一種白色粉末，不溶于冷水，在熱水中或見光都會分解，在空氣中會慢慢氧化成綠色粉末，常用作有機反應(yīng)的催化劑。實驗室制備CuBr的實驗步驟和裝置如圖。(1)實驗所用蒸餾水需經(jīng)煮沸，煮沸目的是除去蒸餾水中的_______(寫化學(xué)式)；三頸燒瓶中反應(yīng)生成CuBr的離子方程式為_______；控制反應(yīng)在60℃進(jìn)行，實驗中可采取的措施是_______；說明反應(yīng)已完成的現(xiàn)象是_______。(2)步驟②抽濾需要避光的原因是_______，步驟③依次用溶有少量SO2的水、溶有少量SO2的乙醇、極易揮發(fā)的乙醚洗滌，洗滌劑需“溶有SO2”的原因是_______；最后用乙醚的目的可能是_______。(3)將產(chǎn)品在雙層干燥器(分別裝有濃硫酸和氫氧化鈉)中干燥34h，再經(jīng)氫氣流干燥，最后進(jìn)行真空干燥，得到產(chǎn)品。本實驗產(chǎn)品的產(chǎn)率是_______(保留小數(shù)點后1位)。(4)欲利用上述裝置燒杯中的吸收液(經(jīng)檢測主要含有Na2SO3、NaHSO3等)制取較純凈的Na2SO3·7H2O晶體。完善下列步驟：①在燒杯中繼續(xù)通入SO2至恰好反應(yīng)完全；②向燒杯中加入_______g20%NaOH；③加入少量維生素C溶液作抗氧化劑；④通過蒸發(fā)濃縮、_______、過濾、用乙醇洗滌2~3次；⑤置于真空干燥箱中干燥?！敬鸢浮?1)O22Cu2++2Br+SO2+2H2O═2CuBr↓+SO42+4H+60℃水浴加熱溶液藍(lán)色完全褪去(2)防止CuBr見光分解防止CuBr被氧化除去表面乙醇，并使晶體快速干燥(3)83.3%(4)100冷卻結(jié)晶【解析】在CuSO4和NaBr的固體混合物，加水溶解所得混合溶液中通入SO2氣體