2020版高三第一轮复习第1部分第10章 第3节 化学实验方案的设计与评价.ppt

(2)设计方案 如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件①下与过量炭粉完全 反应②，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比③。
(3)查阅资料 氮气不与炭粉、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和 亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。 请写出该反应的离子方程式为______________________________。
解析：Ⅰ.(1)氮化钙类似氮化镁，氮为－3价，氮化钙是离子化合 物，不含共价键。(2)结合题意和题给装置图，实验装置连接顺序为 N2发生装置、除O2装置、干燥装置、氮气与钙反应装置、吸收空气 中水蒸气装置。(3)亚硝酸钠和硫酸铵发生归中反应生成氮气、硫酸 钠和水。(4)钙与水反应生成氢氧化钙和氢气，而氮化钙与水反应生 成氢氧化钙和氨气，因为氨气也能还原氧化铜，故用赤热的氧化铜
④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气⑥。冷却至室温，称得硬 质玻璃管和固体总质量为 52.24 g⑦； ⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为 2.00 g⑧。 步骤②④中都分别通入 N2，其作用分别为 ____________________________________________________。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为 A→B→C→________________→________________→____________ ____→________________→________________④→F→D→I；其中装 置 E 的作用是__________________。 ②实验开始时，先通入干燥的 N⑤ 2 的目的是_____________。 ③能证明反应中有 CO 生成的现象是___________________。 ④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾⑥，其与水反应的 化学方程式为________________________________________。
[思维建模] 猜测假设型实验方案设计的一般思路
(4)实验步骤 ①按上图连接装置，______________________________________④， 称取 3.20 g 氧化铁、2.00 g 炭粉混合均匀，放入 48.48 g 的硬质玻 璃管中； ②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气⑤； ③停止通入 N2 后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水(足量) 变浑浊；
(3)NH＋ 4 ＋NO－ 2 ==△===N2↑＋2H2O
步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完 全吸收
(5)2C＋Fe2O3高温,2Fe＋CO↑＋CO2↑ (6)①Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全， M(BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小 ②在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置
[思路点拨] ①避免空气中的O2与碳反应造成对实验的干扰。 ②计算时注意：反应后炭粉有剩余，氧化铁全部反应。 ③根据碳元素和氧元素的质量比可进一步求得碳元素和氧元素的物 质的量之比，从而确定气体产物是CO是CO2还是二者的混合物。 ④连好装置加入药品前，一般是检查装置的气密性。 ⑤排尽装置中的空气，达到隔绝空气的目的。 ⑥将残存在反应装置中的CO2赶入澄清石灰水中，确保实验结果的 准确性。
粉末检验氢气时必须先除去气体中的氨气。Ⅱ.(5)观察装置图可
知，上下移动水准瓶可以调平水准瓶中液面和量气管内液面，确保
量气管内气压等于外界大气压。(6)n(NH3)＝
V2－V1 1 000
×
1 22.4
mol，根
据Ca3N2＋6H2O===3Ca(OH)2＋2NH3↑知，n(Ca3N2)＝
V2－V1 2 000
(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气②(不用收集)：
①装置B的作用是__________，装置C的作用是_____________。 ②装置A中发生反应的离子方程式为______________________。
(2)乙组同学选用甲组实验中的 A、B、C 和下列装置(装置可重复使 用)制备 BCl3 并验证反应中有 CO 生成③。
(6)①Ca(OH)2的溶解度很小，所以澄清石灰水中Ca(OH)2的浓度很 小，一般不用作CO2的吸收剂，否则易导致吸收不完全造成实验误 差；M(BaCO3)大于M(CaCO3)，可减小称量误差。②本实验中能对 环境造成污染的气体是CO，所以对方案的优化就是增加处理CO的 装置。
答案：(1)CO2、CO的混合物 (4)并检查装置的气密性
2．实验设计的关键热点 (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)加热顺序选择 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：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。
Ⅱ.测定产品纯度。 利用如图装置测定氮化钙产品纯度(杂质不产生气体，氨气不溶于煤 油)。 (5)当产品与蒸馏水完全反应后，冷却至室温、调平液面、读数。调 平液面的操作是_________________________________。
(6)取产品质量为w g，开始量气管读数为V1 mL，最终量气管读数 为V2 mL(折合成标准状况)，则该样品纯度为________________(用 代数式表示)。如果开始仰视刻度线，终点时俯视刻度线，则测得结 果________________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(5)数据处理 试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与炭粉发生反应的化学 方程式为_________________________________________________。 (6)实验优化 学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。 ①甲同学认为：应将澄清石灰水换成 Ba(OH)2 溶液，其理由是 __________________________。 ②从环境保护的角度⑨，请你再提出一个优化方案：___________。
浓硫酸、赤热的氧化铜粉末，若黑色粉末变成红色，则原产品中含
有钙，否则不含钙
Ⅱ.(5)上下移动水准瓶
(6)371V122－wV1% 偏低
◎考法2 猜测假设型实验方案的设计
[典例导航] 某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行
研究。 (1)提出假设 ①该反应的气体产物是CO2。 ②该反应的气体产物是CO。 ③该反应的气体产物是________________。
Ⅰ.制备氮化钙。 他们选择下列装置设计实验(装置可重复使用)：
(1)实验室将钙保存在________________中(填物质名称)。氮化钙中 所含化学键类型是________________。 (2)气体从左至右，装置连接顺序为________________(填代号)。 (3)写出A中发生反应的化学方程式为_____________________。 (4)用化学方法检验氮化钙(Ca3N2)产品中是否混有Ca，设计实验方 案为____________________________________________________ ________________________________________________________。
答案：(1)①吸收Cl2中的HCl气体 干燥Cl2或吸收Cl2中的H2O(g) ②ClO－ 3 ＋5Cl－＋6H＋==△===3Cl2↑＋3H2O (2)①G、E、H、J、H 冷凝BCl3为液体 ②排除装置中的空气，防止O2的干扰 ③装置F中黑色粉末变为红色，装置D中澄清石灰水变浑浊 ④BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
[思维建模] 物质制备与提纯的思维流程
[对点训练] 1．(2019·甘肃部分学校联考)氮化钙(Ca3N2)是一种重要的化学试 剂。某化学兴趣小组拟制备氮化钙并测定产品纯度。 已知：①氮化钙极易与水反应；②实验室在加热条件下用饱和 NaNO2溶液和饱和(NH4)2SO4溶液混合制备N2；③焦性没食子酸溶 液用于吸收少量O2。
化学实验方案的 设计
1．实验方案的设计原则与要求 (1)设计原则 ①条件合适，操作方便； ②原理正确，步骤简单； ③原料丰富，价格低廉； ④产物纯净，污染物少。
(2)基本要求 ①科学性：科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。 ②安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危 险性的实验操作。 ③可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备 和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。 ④简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置， 用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。
(3)仪器的连接顺序 ①涉及气体的一般连接顺序 发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理 装置(注意防倒吸)。 ②一般装置的进出气口 a．洗气瓶：长进短出；b.U型管：无前后；c.干燥管：粗入细出； d.加热玻璃管：无前后；e.排液量气：短进长出。
提醒：仪器连接要注意的问题 (1)安装仪器时：先下后上，先左后右；(2)仪器拆卸的一般过程：从 右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件；(3)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、无气味的气体，最 后除去水蒸气；(4)制备易潮解的物质时，制备装置后要连干燥装 置。
⑦由此数据可求得剩余固体质量[m(Fe)＋m(C)剩]，进而可求得参加 反应的碳元素的质量。 ⑧此数据是CaCO3的质量，可据此求出反应中生成的CO2的物质的 量。 ⑨本实验中对环境造成污染的气体是CO，需进行处理。
解析：(5)由于炭粉过量，氧化铁完全反应，因此反应结束后所得固 体是过量的炭粉和生成的Fe的混合物，其质量为m(Fe)＋m(C)剩＝ 52.24 g－48.48 g＝3.76 g，其中m(Fe)＝111620×3.20 g＝2.24 g，则 m(C)剩＝3.76 g－2.24 g＝1.52 g，m(C)反＝2.00 g－1.52 g＝0.48 g，n(C)反＝0.04 mol，由实验步骤⑤可知，反应中生成CO2 0.02 mol，则还生成CO 0.02 mol，n(CO)∶n(CO2)＝1∶1，据此可写出 Fe2O3与C反应的化学方程式为2C＋Fe2O3高温,2Fe＋CO↑＋ CO2↑。
[思路点拨] ①根据BCl3的熔、沸点可确定，易液化，可用冷却水 冷凝；易潮解，要注意BCl3制备时水蒸气的影响，气体要干燥。 ②干燥纯净的Cl2制取时注意除杂[杂质HCl、H2O(g)]，及除杂的先 后顺序为先除HCl再干燥。 ③验证CO生成，一般是利用CO与CuO反应生成CO2，根据CO2的 存在证明CO的生成，但要注意CO2干扰。 ④剩余4个装置，题中留有5个装置空白，说明有一装置重复使用。 ⑤装置中的O2要与C反应，干扰实验，先通N2排空气，防止O2干 扰。 ⑥HCl在空气中易形成白雾。
◎考法 1 物质制备型的实验方案设计
[典例导航] (2019·岳阳模拟)三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅 的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知： BCl3 的沸点为 12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解①。实验室制备三 氯化硼的原理为 B2O3＋3C＋3Cl2==△===2BCl3＋3CO
×
1 22.4
mol。Ca3N2的纯度为
V2－V1 2 000
×
1 22.4
×
148 w

×100%＝
37V2－V1 112w
%。开始仰视刻度线，读数(V1)偏大，终点俯视刻度线，
读数(V2)偏小，根据表达式可知，测得结果偏低。
答案：Ⅰ.(1)煤油 离子键
(2)A、D、C、B、C
(3)2NaNO2＋(NH4)2SO4==△===Na2SO4＋2N2↑＋4H2O (4)取少量产品溶于足量的蒸馏水中，将产生的气体依次通过足量的