2019版高考化学大一轮复习第42讲化学实验方案的设计与评价优选学案

第42讲 化学实验方案的设计与评价

1．化学实验方案设计的五项基本原则

2．化学实验方案设计的基本思路

根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。

3．化学实验方案的设计步骤

(1)明确目的，弄清原理

(2)选择实验用品

(3)实施实验操作——注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性

(4)记录实验现象、数据——全面而准确

(5)分析、归纳得出结论

4．化学实验方案设计的注意事项

(1)实验操作顺序

装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。

(2)加热操作先后顺序的选择

若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。

(3)实验中试剂或产物防止变质或损失

(4)选用仪器及连接顺序

(5)仪器药品的准确描述

①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液，澄清石灰水，饱和碳酸氢钠溶液等。

②仪器名称：如坩埚、研钵、100 mL容量瓶等。

1．某化学活动小组设计如图所示(部分夹持装置已略去)实验装置，以探究潮湿的Cl2与干燥Na2CO3反应得到的固体物质。

(1)已知：通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯氧化物。可以确定的是C中含有的氯盐只有一种，且含有NaHCO3，现对C中成分进行猜想和探究。

①提出合理假设。

假设一：存在两种成分，即NaHCO3和__NaCl__；

假设二：存在三种成分，即NaHCO3和__NaCl__、__Na2CO3__。

②设计方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论(可不填满)。

限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀硝酸、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。

2

为__2Cl2＋H2O＋2Na2CO3===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O__。

解析(1)①在装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体(含氯氧化物)。C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO3。假设存在两种成分，为NaHCO3和NaCl；假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na2CO3，即NaHCO3、NaCl和Na2CO3。②步骤2中向A试管中滴加适量BaCl2溶液，检验产物中是否有Na2CO3。步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液，若溶液变浑浊，则证明固体中含有NaCl。(2)C中有0.1 mol Cl2参加反应，装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，若假设一成立，反应为Cl2＋Na2CO3―→NaHCO3＋NaCl＋X，依据氧化还原反应中得失电子守恒计算判断氯元素化合价为＋1价，进而可推知C中反应生成

的含氯氧化物为Cl2O；反应的化学方程式为2Cl2＋H2O＋2Na2CO3===2NaHCO3＋2NaCl＋Cl2O。

综合实验设计题的解题思路

1．巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。

2．想过程，理清实验操作的先后顺序。根据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，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。

3．看准图，分析各项实验装置的作用。认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。

4．细分析，得出正确的实验结论。在分析实验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。

[例1]某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。

实验测定饱和氯水中氯元素的总量

(1)该小组设计的实验方案：使用如图装置，加热15.0 mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是__因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)__(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)。

(2)根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节)：__量取一定量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀质量(或其他合理答案)__。

资料：ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂；

ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl－。

解析(2)为测定饱和氯水中氯元素的含量，依据原子守恒，结合资料ⅱ可知，可用足量的H2O2溶液将一定量的氯水中的氯气、次氯酸还原为Cl－，然后再加入足量AgNO3溶液，然后对生成的沉淀(AgCl)进行过滤、洗涤、干燥、称重，计算得到氯离子的物质的量，从而达到实验目的。

[例1]草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸

的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。

回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是__________________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有______________________。装置B的主要作用是______________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、______。装置H反应管中盛有的物质是______。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________。

(3)设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强：___________________________________________。

②草酸为二元酸：___________________________________________________。

[答题送检]来自阅卷名师报告