2019-2020年高考化学大一轮复习第十章化学实验基础第38讲化学实验方案的设计与评价考点探究课件

考点一|化学实验方案的设计(重点保分型——师生共研) [核心知识大通关]
1．基本原则 (1)科学性：实验的原理、操作顺序、操作方法等科学合理。 (2)可行性：原理可行，选用的药品、仪器、设备及实验方法能够满足现行的 条件的要求。 (3)简约性：装置或方法简单，步骤少、节约药品，短时间能完成，符合绿色 化学的要求。 (4)安全性：避免使用有毒药品或危险性的实验操作，有毒气体的尾气处理。
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：__________________________________________ _____________________________________________________________。
(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的 O2 和 KNO3 氧化 相同的 H2SO3 溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的 pH 前者 ________(填“大于”或“小于”)后者，理由是________________。
答案：(1)无明显现象 有白色沉淀 (2)SO2 溶于水生成 H2SO3 3SO2＋2NO－ 3 ＋2H2O===3SO24－＋4H＋＋2NO↑(或 3H2SO3＋2NO－ 3 ===3SO24－＋4H＋＋2NO↑＋H2O) (3)实验 1：作为参照实验 实验 3：将纯净的 SO2 气体缓慢通入未经脱 O2 处理的 25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2 溶液中 若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立 (4)小于 反应的离子方程式表明，足量的 O2 和 NO3－分别氧化相同的 H2SO3，生 成 H＋的物质的量前者多于后者(本题部分小题属于开放性试题，合理答案均可)
△ 答 案 ： (1)①A 2NH4Cl ＋ Ca(OH)2 ===== 2NH3↑ ＋ CaCl2 ＋ 2H2O( 或 B
△ NH3·H2O=====NH3↑＋H2O) ②dcfei
催化剂 ②8NH3＋6NO2=======7N2＋12H2O
(2)①红棕色气体慢慢变浅
③Z 中 NaOH 溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y 管中压强
解析：(1)①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固 液加热制气装置。如果选择 A 装置制取氨气，则反应的化学方程式为 2NH4Cl＋
△ Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择 B 装置制取氨气，则反应的化学
△ 方程式为 NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂 质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰做 干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接 d 后接 c；其次要收集氨气， 由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接 f 再接 e；最后要进行尾气处 理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，____________________________________；
c)将所记录的数据转化为曲线图(图乙)。
③写出 0～5 min 醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律： _________________________________________________________________。 (2)实验二：现有一瓶醋酸溶液，常温下测定其中醋酸的电离程度(已电离的电 解质分子数占原来总分子数的百分比)。
↓
实验，收集资料①②观收察集实实验验现数象据 ③处理实验问题
↓
分析，得出结论①②整分理析资概料括，，数得据出处结理论 ③写出实验报告
[考向精练提考能] 考向一 验证物质性质的实验方案设计
物质―→性质推测―→实验验证―→结论。图示如下：
1．(2016·全国高考卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温 度和催化剂条件下用 NH3 将 NOx 还原生成 N2。某同学在实验室中对 NH3 与 NO2 反应进行了探究。回答下列问题： (1)氨气的制备
设计实验方案，将待测物理量和对应的测定方法填写在下表中。
待测物理量
测定方法
量取 25.00 mL 醋酸溶液于锥形瓶中，滴 加指示剂，将 0.100 0 mol·L－1 NaOH 标 ①________ 准溶液装入________，滴定至终点，记
解析：(1)结合题给装置中装的药品知，草酸晶体的分解产物中有二氧化碳气体， 所以装置 C 中观察到有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊。通入澄清石灰水前，气 体进行了冷却，由题中信息知，草酸钙难溶于水，若气体不冷却，则挥发出的 草酸蒸气也会进入装置 C，与澄清石灰水反应生成沉淀，会干扰 CO2 的检验。 (2)由题给实验仪器和药品知，CO 应与装置 H 中固体反应，可推测装置 H 中固 体为 CuO，CO 还原氧化铜生成 Cu 和 CO2 气体，然后把 CO2 通入到 D 中，结 合装置 H 和装置 D 中的现象可判断草酸晶体的分解产物中是否含有 CO。检验 CO 之前应先除去 CO 中混有的 CO2，连接顺序为 A、B、F、D、G、H、D、I。
操作步骤
打开K1，推动注射器 活塞，使X中的气体缓 慢通入Y管中 将注射器活塞退回原 处并固定，待装置恢 复到室温
打开K2
实验现象 ①Y管中 ________________
Y管中有少量水珠 ③________
解释原因 ②反应的化学方程式
______________
生成的气态水凝聚 ④__________
(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用 NH3 将 NOx 还原生成 催化剂
N2”，结合实验条件可知反应为 8NH3＋6NO2======7N2＋12H2O，NO2 为红 棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。反应 后气体分子数减少，Y 管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。
实验步骤
实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 BaCl2溶液的烧杯中， 缓慢通入纯净的SO2气体
实验2：在盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1 Ba(NO3)2溶液的烧 杯中，缓慢通入纯净的SO2气体
实验现象
结论
假设 一成
立
(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的 pH 随通入 SO2 体积的变化曲线如下图。
2．基本思路
3．实验设计的步骤 (1)明确实验目的、实验原理； (2)选择药品和仪器； (3)设计装置步骤，实施实验操作； (4)记录实验现象、实验数据； (5)分析得出结论。
4．实验方案的设计 实验方案设计的流程
①明确实验目的、要求 设计实验方案②构思实验方法、步骤
③选择实验仪器、药品
考向三 探究“原理型”实验方案的设计 控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界
因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他 几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过 程中，迅速寻找到物质变化的规律。常涉及的题型有：(1)外因(浓度、温度、 压强等)对化学反应速率、化学平衡的影响；(2)物质性质的递变规律。
小于外压
考向二 探究物质性质的实验方案设计
2．(2015·全国高考课标卷Ⅰ)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 氨 气 的 发 生 装 置 可 以 选 择 上 图 中 的 ________ ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ______________________________________________________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________(按 气流方向，用小写字母表示)。 (2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的 NH3 充入注射器 X 中，硬质玻璃管 Y 中加入少量催化剂，充入 NO2(两 端用夹子 K1、K2 夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
3．某研究小组将纯净的 SO2 气体通入 0.1 mol·L－1 的 Ba(NO3)2 溶液中，得 到了 BaSO4 沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的 SO2，该小组 提出了如下假设： 假设一：溶液中的 NO－3 假设二：溶液中溶解的 O2 (1)验证假设一 该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。
4．(1)实验一：探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。
①设计实验方案如下表，表中 c＝________________ mol·L－1。
编号 酸的种类 酸的浓度/(mol·L－1) 酸的体积/mL 镁条质量/g
1
醋酸
1.0
10
2.0
2
盐酸
c
10
2.0
②实验步骤：
a)检查装置(图甲)的气密性后，添加药品；
(3)①向盛有碳酸氢钠的试管中加入草酸溶液，若有气泡产生，则证明草酸的酸 性强于碳酸。②证明草酸为二元酸可以用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消 耗 NaOH 的物质的量为草酸的 2 倍。 答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防 止草酸进入装置 C 反应生成沉淀，干扰 CO2 的检验 (2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H 中黑色粉末变为红色，其后的 D 中澄清 石灰水变浑浊 (3)①向盛有少量 NaHCO3 的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用 NaOH 标准溶液滴定草酸溶液，消耗 NaOH 的物质的量为草酸的 2 倍