高考化学实验设计和评价

化学实验设计和评价1复习要点：掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。

（1）根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。

（2）根据实验试题要求，设计基本实验方案。

（3）能绘制和识别典型的实验仪器装臵图2、实验知识与技能的综合应用。

3．例题精讲[例1]．四氯化锡常温下是无色液体，在空气中极易水解，熔点－36℃，沸点114℃，金属锡的熔点为231℃，拟利用图中的仪器，设计组装一套实验装置，用熔融的金属锡跟干燥的氯气直接作用制取无水四氯化锡（此反应过程放出大量的热）。

请回答下列各问题。

（1）用玻管（未画出）连接上述装置，正确的顺序是（填各接口的代码字母）________接________、________接________、________接________、________接________、________接________。

（2）装置Ⅵ的作用是___________；装置Ⅳ的作用是_____________。

（3）冷凝管理冷却水的流向是从__________进入，从__________流出。

（4）实验时应先点燃_____________处酒精灯，加热温度应大于______________℃，待__________即可停止加热。

（5）已知四氯化锡遇水强烈水解，产物之一是固态二氧化锡，那么四氯化锡水解的化学方程式为。

（6）如果将制取的四氯化锡少许暴露于空气中，预期可看到的现象是____________。

（7）为了防止污染空气，在装置的最后应____________。

[解析]：这是一个制备实验。

实验目的是：制备无水SnCl4实验原理是：Sn+2Cl2SnCl4先制备Cl2：2H2SO4(浓)+2NaCl+MnO2Na2SO4+MnSO4+Cl2↑+2H2O实验的干扰因素是：SnCl4遇水强烈水解，因此，除去实验中水蒸气的干扰，是实验成败的关键。

这里要分析水蒸气的来源以及除去水蒸气的措施。

水蒸气的来自于制Cl2和空气中的水蒸气。

题目中提供的信息：SnCl 4的性质在设计方案时要充分利用这些信息。

以上问题清楚了，实验方案就基本确定了。

答案：（1）B 接J ，I 接K ，A 接C ，D 接G ，H 接E （或F ）（2）除去Cl 2中混有的HCl 和水蒸气，在制Cl 2时发生的副反应2NaCl+H 2SO 42HCl ↑+Na 2SO 4，产生了HCl ；防止空气中的水蒸气进入锥形瓶中使SnCl 4发生水解。

（3）a 、p （4）I 231℃ Sn 粒熔化（5）SnCl 4+2H 2O=SnO 2+4HCl （6）出现白色烟雾 （7）通入NaOH 溶液中，吸收多余Cl 2[例2]．为了测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数（纯碱中常含少量NaCl ），某学生设计了实验装置如图 （1）准确称取盛有碱石灰的干燥管的质量（设为W 1）（2）准确称取一定量纯碱样品（设为W 0），并放入烧瓶中。

从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，待不再发生气体后。

称干燥管的总质量（设为W 2）。

设学生导出的计算公式为：Na 2CO 3的质量分数＝ 210=100%22w ⨯⨯（w -w ）53试回答：①W 2－W 1表示什么？②如果不计称量误差，该生的实验结果有无明显误差？如有，是偏大还是偏小？请简要说明根据并提出补救措施。

[解析]：这是一道定量实验题实验目的是：测定纯碱中 Na 2CO 3的质量分析实验原理：稀H 2SO 4与Na 2CO 3反应生成CO 2，测出CO 2的质量即可求出Na 2CO 3的质量，继而求出Na 2CO 3的质量分数。

CO 2的质量为（W 2－W 1）g ，样品质量为W 0g Na 2CO 3+H 2SO 4=Na 2SO 4+H 2O+CO 2↑ 106 44 x W 2-W 1x==106(W 2-W 1)4453(W 2-W 1)22Na 2CO 3%= ×100%产生误差的原因（即干扰因素）有:(1)烧瓶的CO 2不能都被碱石灰吸收，实验值偏低。

(2)CO 2气体混有的水蒸气和空气中的水蒸气被碱石灰吸收，使实验值偏高，两个因素综合考虑，CO 2的影响是主要的，所以 实验值偏低。

补救的办法：如图①将蒸馏烧瓶改为集气瓶，利于排出CO 2。

②向集气瓶中通入（已除去CO 2）空气，用空气将烧瓶中CO 2尽量排出去。

③在干燥管前连接盛有浓H 2SO 4的试管，以除去水蒸气；④在U 型管中装有碱石灰，以吸收空气中的CO 2气体和水蒸汽，经过这些补救措施，实验误差可以降低。

[例3]．实验室中用浓盐酸与MnO 2制Cl 2，再用Cl 2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，已知Cl 2和Ca(OH)2制漂白粉是放热反应，温度稍高即发生副反应：6Cl 2+6Ca(OH)2=Ca(ClO 3)2+5CaCl 2+6H 2O ，现有三位同学设计的三套装置如图（U 形管中放有玻璃纤维，可使气体顺利通过）：（1）请从以下六方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点进行评价，将适当的选项序号填于下表内（错选、漏选、多选均倒扣分）a ．不易控制反应速率b ．容易控制反应速率c ．有副反应发生d ．可防止副反应发生e ．容易污染环境f ．可防止污染环境（2）请从甲、乙、丙三装置中，选取合理的组成部分（A 、B 、C 、D 、E 、F 、G ），组装一套你认为更完善的实53(W 2-W 1)22 W 0验装置，连接顺序（按气流左到右方向）为_____________，在此装置及甲、乙、丙三装置中，你认为是否还缺少必要的装置，说明原因_____________________。

[解析]：这是一道评价实验方案的题。

该题从是否有副反应发生，是否易控制反应速率，是否防止污染，是否干扰反应产物等方面进行评价。

答案：（1）优点缺点甲装臵d a、e乙装臵f a、c丙装臵b e、c（2）F～B～E在Cl2中混有HCl，应在烧瓶和U型管之间连接一个盛有饱和食盐水的试管，以除去HCl气体。

①仪器连接的顺序（填编号；一起可重复使用）是。

Ｄ中浓硫酸的作用是。

实验完毕时，观察到Ａ中的现象是。

②列出计算Ｃｕ的原子量的表达式：。

③下列情况将使测定结果偏大的是。

（ａ）ＣｕＯ未全部还原为Ｃｕ；（ｂ）ＣｕＯ受潮；（ｃ）ＣｕＯ中混有Ｃｕ。

（２）如果仍采用上图所示的仪器装臵，涉及其他方案，还可测定的物理量有。

（ａ）ｍ（Ｃｕ）和ｍ（ＣｕＯ）；（ｂ）ｍ（Ｎ２）和ｍ（Ｈ２Ｏ）；（ｃ）ｍ（Ｃｕ）和ｍ（Ｈ２Ｏ）；（ｄ）ｍ（ＮＨ３）和ｍ（Ｈ２Ｏ）［例4］实验室里临时需要用ＮａＯＨ溶液和ＣＯ２来制取纯Ｎａ２CO３溶液。

已知ＣＯ２气体在通入ＮａＯＨ溶液过程中极易过量生成ＮａＨＣＯ３，且无明显现象。

实验室有下列试剂：①未知浓度的ＮａＯＨ、②３７％的盐酸、③３７％的硫酸、④１４％的盐酸、⑤大理石、⑥Ｋ２ＣＯ３固体⑦Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３。

实验室有下列仪器：铁架台、启普发生器、量筒、烧杯、橡皮管、玻璃导管、分液漏斗。

已知下表中各物质在常温时的溶解度（ｇ／１００ｇＨ２Ｏ）。

（１）本实验应选用的仪器除启普发生器、橡皮管、玻璃导管外，还需要.（２）为保证制得的Ｎａ２ＣＯ３溶液尽量纯，应选用的药品（填编号）除①外，还需要。

（３）简要叙述实验步骤，直到制得纯Ｎａ２ＣＯ３溶液（仪器安装可省略）。

（４）根据给出的溶解度表，求出当ＮａＯＨ溶液中溶质的质量分数大于多少时，在配置过程中会有晶体析出（写出计算步骤和必要的文字说明）？[解析] 本题的难点在第（３）问。

设计依据是依下列反应原理：ＣＯ２＋ＮａＯＨ＝ＮａＨＣＯ３ＮａＯＨ＋ＮａＨＣＯ３＝Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ利用定量关系及化学反应制得溶液，因题型新颖，思路新巧，故难度较大。

答：（１）烧杯、量筒。

（２）④、⑤。

（３）①量取一定量的 ＮａＯＨ溶液，分成两等分；制取ＣＯ２，向其中一份ＮａＯＨ溶液中通入过量的ＣＯ２气体③；将两份溶液混匀，摇匀。

（４）从表中可知，ＮａＨＣＯ３常温下溶解度为８．４ｇ。

设常温下１００ｇ水中溶解的ＮａＯＨ质量为ⅹ时，达到饱和。

ＮａＯＨ ＋ ＣＯ２ ＝ ＮａＨＣＯ３ ４０ ８４x ８．４ｇ ⅹ＝４ｇ。

故溶液中ＮａＯＨ的质量分数偌大于×１００％＝３．８５％时，在步骤②中会有ＮａＨＣＯ３晶体析出。

[例6]某学生根据高中课本中硝酸钾受热分解的实验操作来判断硝酸铅的分解产物之一是氧气；将试管中的硝酸铅加热到熔融，把带有火星的细木条伸进试管口，检验放出的气体，当发现木条复燃时该学生即断言，硝酸铅受热分解有氧气放出。

请你对上述实验及结论的合理性作出评价。

如有必要，可提出改进的实验方案。

[解析]有关反应的方程式为：①2KNO 3═2KN02+O 2↑ ②2Pb(NO 3)2═2PbO+4NO 2+02↑比较反应式①和②,其不同之处是②中除生成02外,还生成了NO 2.这一不同又产生了两个结果。

一方面NO 2稀释了O 2，O 2仅占混合气体的20%，而这与空气中O 2的含量相近，因而此处O 2不可能使带火星的木条复燃；另一方面NO 2本身也能使带火星的木条复燃。

因为NO 2受热能放出02：2NO 2═2NO+O 2。

分析到此，问题便一清二楚。

[答案]上述实验及结论在科学上是错误的。

由于NO 2干扰了O 2的检验，因此应选用NaOH 溶液除掉NO 2后再检验之。

[例7]研究某一化学反应的实验装置如下图所示：A-F 属于下列物质中的六种物质：浓硫酸、浓盐酸、浓氨水、稀硫酸、稀盐酸、稀氮水、水、锌粒、铜片、食盐、高锰酸钾、氯化钙、氧化钙、四氧化三铁、氧化铜、氢气、二氧化氮、一氧化碳、氯气、氯气、氯化氢、氨气、氮气、氧气。

实验现象：（1）D 物质由黑色变为红色（2）无水硫酸铜粉末放入无色透明的E 中得到蓝色溶液△△ △（3）点燃的镁条伸入无色无味的F中。

镁条表面生成一种灰黄色因体物质。

将该灰黄色物质放入水中，有气体放出，该气体具有刺激性气味。

并能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。

通过分析回答：1、写出A-F的物质名称：A______________________,B__________________,C___________________D______________________,E__________________,F___________________.2、写出有关的化学方程式：A与B___________________________; C与D___________________;E与无水硫酸铜_________________;F与Mg____________________;F与Mg的反应产物与水_________________________________________________.[解析]“该气体具有刺激性气味，并能使润湿的红色石蕊试纸变蓝”是解答此题的突破口，此气体只能是NH3，结合题意，F就是N2。