化学一轮复习化学实验方案的设计与评价

学必求其心得，业必贵于专精

第38讲 化学实验方案的设计与评价

【考纲要求】 1。能根据实验试题要求，做到:（1）设计、评价或改进实验方案.(2）正确选用实验装置;(3）掌握控制实验条件的方法。(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论。2.以上各部分知识与技能的综合应用。

考点一｜化学实验方案的设计（重点保分型——师生共研)

授课提示：对应学生用书第183页

［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。

2．基本思路 学必求其心得，业必贵于专精

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

设计实验方案错误!

↓

实验，收集资料 ①观察实验现象②收集实验数据③处理实验问题

↓

分析，得出结论错误! 学必求其心得，业必贵于专精

[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

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,其连接顺序为发学必求其心得，业必贵于专精

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.

操作步骤 实验现象 解释原因

打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中________________ ②反应的化学方程式______________

将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚

打开K2 ③________ ④__________

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错误!CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如学必求其心得，业必贵于专精

果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2O错误!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，还要注意防倒吸，所以接i。

(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N2”，结合实验条件可知反应为8NH3＋6NO2错误!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。

答案：（1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2错误!2NH3↑＋CaCl2＋2H2O（或B NH3·H2O错误!NH3↑＋H2O) ②dcfei （2)①红棕色气体慢慢变浅

②8NH3＋6NO2错误!7N2＋12H2O

③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压

考向二 探究物质性质的实验方案设计 学必求其心得，业必贵于专精

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)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________________________________________________________

________________________________________________________________________。 学必求其心得，业必贵于专精

（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：学必求其心得，业必贵于专精

____________________________________________________

________________________________________________________________________。

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。(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，学必求其心得，业必贵于专精

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

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.

实验步骤 实验现象 结论

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 假设一成学必求其心得，业必贵于专精

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 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。

实验1中溶液pH变小的原因是_________________________________________

________________________________________________________________________；

V1时,实验2中溶液pH小于实验1的原因是（用离子方程式表示）________________________________________________________________________。

（3)验证假设二

请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论. 学必求其心得，业必贵于专精

实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：

（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===3SO错误!＋4H＋＋2NO↑（或3H2SO3＋2NO错误!===3SO错误!＋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NO错误!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)