2022届高考化学一轮复习10.3化学实验方案的设计与评价课件

第3讲　化学实验方案的设计与评价 考点一常见气体的制备实验与评判 1知识梳理1.气体制备装置 2.气体的收集方法 3.气体干燥净化装置 4.防倒吸装置 [提醒]涉气类制备实验先后顺序（1）装配仪器时：先下后上，先左后右。（2）加入试剂时，先固后液。（3）实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，后点酒精灯。（4）净化气体时：一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。（5）防倒吸实验：往往是最后停止加热或停止通气。（6）防氧化实验：往往是最后停止通气。 2对点速练练点一实验装置的选择1．下列制备和收集气体的实验装置合理的是（　　）答案：D 解析：用氯化铵和氢氧化钠固体加热制备NH3时也有水生成，则加热时试管口应略向下倾斜，以防止试管口的水滴倒流炸裂试管，且收集试管的管口应塞一团棉花，以防止对流，收集到较纯净的NH3，A错误；NO易被氧化不能利用排空气法收集，应利用排水法收集，B错误；氢气的密度比空气小，氢气应短导管进长导管出，采用向下排空气法收集，C错误；H2O2在二氧化锰的催化作用下，分解生成水和氧气，反应不用加热，氧气不溶于水可用排水法收集，D正确。 2．下列实验室中制取气体的药品和装置图正确的是（　　）答案：D 解析：实验室用氢氧化钙和氯化铵固体混合加热制取氨气，A项错误；用浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气需要加热，B项错误；装置右边的导管口应与饱和碳酸钠溶液液面相切，导管不能插入液体中，C项错误；氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化，加煤油液封可防止氧气与氢氧化亚铁反应，D项正确。 练后归纳气体制备实验的基本思路 练点二气体制备实验的综合设计3．某化学兴趣小组为研究生铁（含碳）与浓硫酸的反应情况及产物性质，设计如下实验。请回答下列问题： （1）按上图所示装置进行实验（夹持装置及尾气处理装置未画出）。仪器b的名称为；实验过程中，装置B中观察的现象是；装置C中有白色沉淀生成，该沉淀是（填化学式）。（2）装置A中还会产生CO2气体，请写出产生CO2的化学方程式：______________________________________________________。分液漏斗湿润的品红试纸褪色，湿润的蓝色石蕊试纸变红BaSO4 解析：（1）由装置图可知，仪器b为分液漏斗，生铁（含碳）与浓硫酸反应生成二氧化硫气体，可使湿润的品红试纸褪色，湿润的蓝色石蕊试纸变红；把二氧化硫通入硝酸钡溶液发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀。（2）C与浓硫酸反应的化学方程式为C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 （3）为了验证装置A中产生的气体中含有CO2，请从下列①～④中选出必要的装置，连接到A装置的c处管口，从左到右的顺序为（填序号）；然后再进行的操作是从a处多次鼓入N2，其目的是________________________________________③②④赶尽装置中的空气，防止空气中的CO2干扰实验 解析：（3）二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，因此应先用酸性高锰酸钾溶液除去二氧化硫，然后通过品红溶液检验二氧化硫是否除尽，最后通入澄清石灰水检验二氧化碳的存在，所选仪器从左到右的顺序为③②④，然后从a处多次鼓入N2的目的是赶尽装置中的空气，防止空气中的CO2干扰实验。 （4）某同学通过验证实验后期装置A中产生的气体知道还含有H2，理由是__________________________（用离子方程式表示）。解析：（4）某同学通过验证实验后期装置A中产生的气体知道还含有H2的理由是随着反应的进行浓硫酸逐渐变为稀硫酸，稀硫酸与铁单质反应生成氢气，其反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 4．过氧化锶（SrO2）通常用作分析试剂、氧化剂、漂白剂等。制备原理为Sr＋O2SrO2。某兴趣小组利用下列装置在实验室中模拟制备过氧化锶。 （1）选择必要仪器制备过氧化锶（气流按从左到右的流向）：（填字母）。（2）该实验制备氧气的化学方程式为______________________________________（3）连接好装置进行实验，实验步骤如下，正确的操作顺序为（填序号）。①打开分液漏斗活塞，将水滴入烧瓶中②在相应装置中装入药品③检查装置气密性④加热⑤停止加热⑥关闭分液漏斗活塞A→B→E→B2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑③②①④⑤⑥ 解析：（1）根据反应原理，需要制备氧气。由于锶是活泼金属，能与水发生反应，因此需要预先除去氧气中的水蒸气，然后通入玻璃管中与锶发生反应，同时防止空气中的水和二氧化碳进入E装置，因此装置的连接顺序是A→B→E→B。（3）由于有气体参加反应，所以首先要检查装置的气密性，然后加入药品。打开分液漏斗活塞，排尽装置内的空气，对玻璃管进行加热，发生反应，反应完全后，停止加热，关闭分液漏斗活塞，故实验操作的顺序是③②①④⑤⑥。 防倒吸中和生成的氢离子，促进反应正向进行过滤、洗涤、干燥 解析：（4）①氨气极易溶于水，因此仪器X的作用是防倒吸。②根据反应原理Sr2＋＋H2O2===SrO2＋2H＋，通入氨气可中和H＋，促进反应的正向进行。 （5）设计实验证明SrO2的氧化性比FeCl3的氧化性强：_____________________________________________________________________________________________________________。在盐酸酸化的氯化亚铁溶液中滴加硫氰化钾溶液，无明显现象，再向其中加入少量过氧化锶，溶液变为红色，证明SrO2的氧化性比FeCl3的强 5．实验室用下图所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。已知K2FeO4具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0～5℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3＋和Fe（OH）3催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2。 （1）装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为，将制备的Cl2通过装置B可除去（填化学式）。（2）Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0～5℃进行，实验中可采取的措施是、。（3）制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe（NO3）3饱和溶液的混合方式为___________________________________________________。2MnO－4＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2OHCl缓慢滴加盐酸装置C加冰水浴在搅拌下，将Fe（NO3）3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中 解析：（1）KMnO4具有强氧化性，能将Cl－氧化成Cl2，反应离子方程式为2MnO－4＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O，用饱和食盐水可除去Cl2中的HCl气体。（2）由于Cl2与KOH反应是放热反应，可以通过缓慢加入盐酸来降低溶液的温度或直接将装置C用冰水浴降温。（3）由于K2FeO4在Fe3＋的作用下会发生分解，故KClO与Fe（NO3）3反应时Fe3＋不能过量，故需要将Fe（NO3）3缓慢滴加到KClO溶液中，并不断搅拌。 （4）提纯K2FeO4粗产品[含有Fe（OH）3、KCl等杂质]的实验方案：将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol·L－1KOH溶液中，（实验中须使用的试剂有：饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）。用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥解析：（4）K2FeO4溶于稀KOH溶液，但微溶于浓KOH溶液，故先将K2FeO4粗产品溶于稀KOH溶液，用砂芯漏斗过滤除去Fe（OH）3杂质，再加入饱和KOH溶液使K2FeO4从溶液中析出。经过滤（砂芯漏斗）、洗涤（乙醇洗涤）、干燥（真空干燥箱）后得K2FeO4。 考点二化学实验方案的设计和评价 1知识梳理1.化学实验方案设计的基本原则 2．实验方案设计的步骤 3．实验方案评价的四大原则（1）可行性原则①分析实验方案是否科学可行；②实验操作是否安全合理；③实验步骤是否简单方便；④实验效果是否明显。（2）绿色化学原则①实验过程中是否造成环境污染；②原料是否无毒、安全、易得；③原料利用率是否较高；④反应速率是否较快。 （3）安全性原则化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸；③防氧化；④污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状态物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；⑤防吸水。 （4）规范性原则①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）；②易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；③仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；④其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等）。 2对点速练练点一化学实验方案一致性判断1．下列实验方案能达到相应实验目的的是（　　） 解析：检验蔗糖水解产物葡萄糖，硫酸是催化剂，检验前需加入NaOH溶液中和硫酸，否则不会产生砖红色沉淀，故A选项错误；制取氢氧化铁胶体是向沸水中滴入饱和FeCl3溶液，继续加热至液体呈红褐色，故B选项错误；向AgNO3溶液中加入NaCl溶液至不再有沉淀生成，再滴加KI溶液发生了反应AgCl（s）＋I－（aq）⇌AgI（s）＋Cl－（aq），发生了沉淀的转化，可说明AgCl的Ksp比AgI的大，故C选项正确；元素金属性强弱可比较其单质置换水或酸中氢的难易，或其最高价氧化物对应水化物碱性的强弱，该实验方案中因Mg不能与NaOH（aq）反应作正极，Al作负极，不符合活泼的金属作负极的规律，故D选项错误。 2.由下列实验操作得出的实验现象和实验结论均正确的是（　　）答案：C 解析：石灰石和盐酸反应产生的CO2气体，由于HCl具有挥发性，所以将气体直接通入硅酸钠溶液中，会发生反应：2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl；CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2Na2CO3，因此不可以证明碳酸的酸性比硅酸强，A错误；向FeCl3溶液中通入足量的H2S，会发生反应：2FeCl3＋H2S===2FeCl2＋S↓＋2HCl，只能形成S单质一种沉淀，可以证明Fe3＋的氧化性强于S，B错误；向某无色溶液中滴加少量新制氯水，加入淀粉后溶液变成蓝色，说明反应后的溶液中含有I2，则加入氯水前溶液中含有I－，发生反应：Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，C正确；同类型的难溶电解质，Ksp小的先沉淀，而AgCl、Ag2CrO4的类型不同，不能由现象直接比较Ksp，D错误。故合理选项是C。 3.室温下进行下列实验，根据实验操作和现象所得到的结论正确的是（　　）答案：C 解析：本题涉及的考点有Fe2＋的检验、Ksp大小比较、氧化性强弱判断、盐类的水解，考查考生化学实验与探究的能力，体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。检验Fe2＋应先加KSCN溶液，溶液不变红色，再滴加新制氯水，溶液变红色，A不正确；I－先沉淀，说明Ksp（AgI）溶液酸碱性不同 8．实验室以菱镁矿（主要成分MgCO3，少量的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料生产高纯MgO，其主要实验流程如下： （1）写出用热的NH4Cl溶液浸出镁元素的离子方程式：__________________________________________________。（2）在温度、搅拌时间一定的情况下，搅拌转速对Mg（OH）2的沉淀量的影响如图1所示。搅拌转速大于500转/分，Mg（OH）2沉淀量降低的原因是_____________________________________________________。搅拌转速过快，Mg（OH）2颗粒变小，不易沉降（或搅拌转速过快，促进氨气挥发） （3）灼烧Ⅱ所用装置如图2所示，仪器A的名称是。为提高MgO的纯度，需充分灼烧，通过“称量”确定灼烧已经完全的方法是。（4）将用NH4Cl浸出所得溶液直接蒸干、灼烧也能制得MgO，该方法的缺点是。（5）补充完整由滤渣（SiO2、Al2O3、Fe2O3）制备纯净的Al2（SO4）3·18H2O晶体的实验步骤：向一定量滤渣中加入足量的稀硫酸，充分反应后过滤，向滤液中滴加NaOH溶液至生成的沉淀不再减少，过滤，，抽干，装瓶（实验中须使用的试剂：CO2气体、稀硫酸、蒸馏水、无水乙醇）。坩埚连续两次灼烧后称得（坩埚和固体的）质量相同直接灼烧生成的NH3、HCl污染环境、生成MgO纯度不高、能耗更高向所得滤液中通入二氧化碳气体至沉淀不再增多，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，加入稀硫酸至沉淀完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用无水乙醇洗涤晶体2～3次 解析：（4）浸出液中含有MgCl2、NH4Cl，加热时产生HCl、NH3污染环境。 本讲真题研练1．[2020·天津卷，15]为测定CuSO4溶液的浓度，甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题：Ⅰ.甲方案实验原理：CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2实验步骤： 向上层清液中继续滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则沉淀完全AgNO3溶液坩埚偏低 Ⅱ.乙方案实验原理：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋CuZn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 实验步骤：①按如图安装装置（夹持仪器略去）②……③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平，使D中液面保持在0或略低于0刻度位置，读数并记录⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌，反应完成后，再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温，移动E管，保持D、E中两液面相平，读数并记录⑦处理数据 （6）步骤②为。（7）步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是（填序号）。a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响（8）Zn粉质量为ag，若测得H2体积为bmL，已知实验条件下ρ（H2）＝dg·L－1，则c（CuSO4）＝mol·L－1（列出计算表达式）。（9）若步骤⑥E管液面高于D管，未调液面即读数，则测得c（CuSO4）（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。（10）是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度：（填“是”或“否”）。检查装置气密性b偏高否 2．[2019·浙江4月卷，28]某同学设计如图装置（气密性已检查）制备Fe（OH）2白色沉淀。 请回答：（1）仪器1的名称。装置5的作用。（2）实验开始时，关闭K2，打开K1，反应一段时间后，再打开K2，关闭K1，发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进，使溶液能进入4中。（3）装置改进后，将3中反应后溶液压入4中，在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因。滴液漏斗（分液漏斗）液封，防止空气进入装置4在装置2、3之间添加控制开关装置4内的空气没有排尽 解析：（1）仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe（OH）2易被氧气氧化，故装置5的作用是通过液封，防止空气进入装置4。（2）3中溶液不能进入4中的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出，三颈烧瓶中无法形成高压，故只需在2、3之间加一个控制开关。（3）生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁被部分氧化，分析原因应该是装置4中的空气未排尽。 3．[2018·全国卷Ⅰ，26]醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示，回答下列问题： （1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是，仪器a的名称是。（2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为_______________________________。②同时c中有气体产生，该气体的作用是。去除水中溶解氧分液（或滴液）漏斗Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋排除c中空气 解析：（1）由于醋酸亚铬易被氧化，所以需要尽可能避免与氧气接触，因此实验中所用蒸馏水均需煮沸后迅速冷却，目的是去除水中溶解氧；根据仪器构造可知仪器a是分液（或滴液）漏斗。（2）①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，说明Cr3＋被锌还原为Cr2＋，反应的离子方程式为Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②锌还能与盐酸反应生成氢气，由于装置中含有空气，能氧化Cr2＋，所以氢气的作用是排除c中空气。 （3）打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是；d中析出砖红色沉淀，为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是、、洗涤、干燥。（4）指出装置d可能存在的缺点。c中产生H2使压强大于大气压（冰浴）冷却过滤敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触 您好，谢谢观看！ 解析：（3）打开K3，关闭K1和K2，由于锌继续与盐酸反应生成氢气，导致c中压强增大，所以c中亮蓝色溶液能流入d装置，与醋酸钠反应；根据题干信息可知醋酸亚铬难溶于冷水，所以为使沉淀充分析出并分离，需要采取的操作是（冰浴）冷却、过滤、洗涤、干燥。（4）由于d装置是敞开体系，因此装置的缺点是可能使醋酸亚铬与空气接触被氧化而使产品不纯。