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课时作业32 化学实验方案的设计与评价一、选择题1．下列实验操作能实现符合题中要求的是（）A.能证明制取HBr的现象是烧杯中红色褪去B．实验室可用此装置制取氨气C．可以用于实验室制取氧气D．用KMnO4溶液滴定H2C2O42．关于以下实验装置，说法不正确的是（）A．用装置A盛装KMnO4粉末来制取氧气，并用排水法收集，导气管有可能堵塞，水槽里的水有可能变红B．装置B既可以防止倒吸，又可以检查实验时装置B后的装置是否发生堵塞C．装置C、F中盛装的试剂都为浓硫酸，装置C用来除去Cl2中的水蒸气，装置F用来防止空气中的水蒸气进入装置ED．装置D中的产物受热易升华，最好用粗短导管连接装置D、E3．实验室利用下图装置制取无水AlCl3（183℃升华，遇潮湿空气即产生大量白雾）。
下列说法正确的是（）A．①的试管中盛装二氧化锰，用于常温下制备氯气B．②、③、⑥、⑦的试管中依次盛装浓H2SO4、饱和食盐水、浓H2SO4、NaOH溶液C．滴加浓盐酸的同时点燃④的酒精灯D．⑤用于收集AlCl3，⑥、⑦可以用一个装有碱石灰的干燥管代替4．氢化钙是重要的生氢剂，遇水或酸能够引起燃烧。
利用下列装置制备CaH2固体（提供的实验仪器不得重复使用），下列说法正确的是（）A．装置①在加入试剂前无需检查气密性B．各个装置仪器接口的连接顺序为a→c→b→f→g→d→eC．加热装置④之前必须检查气体的纯度D．装置③的主要作用是防止空气中的CO2、H2O（g）进入装置④中5．由下列实验及现象不能推出相应结论的是（）6.由下列实验及现象推出的相应结论正确的是（）7.下列气体的制备和性质实验中，由现象得出的结论错误的是（）8.下表中的实验操作能达到实验目的或能得出相应结论的是（）二、非选择题9．某同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0mol·L－1Na2SO3溶液的实际浓度。
（1）分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？（填字母）。
第3节化学实验方案的设计与评价考纲定位要点网络1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。
2.根据化学实验目的和要求能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)分析或处理实验数据得出合理结论；(4)掌握控制实验条件的方法；(5)评价或改进实验方案。
化学实验方案的设计知识梳理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。
2．实验设计中的三个顺序(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。
(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 形管：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。
◎命题点1 “仪器连接型”实验方案的设计[典例导航1](2020·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：BCl 3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解①。
第四节化学实验方案的设计与评价化学实验方案的设计1．化学实验方案设计的五项基本原则2．化学实验设计的基本内容3．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。
4．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。
5．实验设计示例设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。
(1)实验原理(用化学或离子方程式表示)：2KClO 3=====MnO 2△2KCl ＋3O 2↑，Ag ＋＋Cl －===AgCl ↓。
(2)实验试剂：氯酸钾固体、MnO2、AgNO3溶液、稀硝酸。
(3)操作步骤：①将氯酸钾和MnO2混合共热。
②冷却至室温，加水充分溶解后，过滤。
③取少量滤液于一洁净试管中，加入几滴硝酸酸化的AgNO3溶液，观察到有白色沉淀生成，证明氯酸钾中含有氯元素。
实验方案的评价1．化学实验评价的内容(1)评价实验原理——是否明确、合理(2)评价实验方案——是否安全、可行(3)评价药品、仪器——是否方便、易得(4)评价实验现象和结论——是否明显、清晰2．实验评价题的常见考查角度(1)从绿色化学的思想(操作简单、药品价廉、安全无污染、现象明显)评价不同实验方案的优劣。
(2)如果实验中提供试剂的价格，要注意成本的核算。
1．如何通过实验证明H2O2既有氧化性又有还原性？【答案】H2O2能使酸性KMnO4溶液褪色，证明H2O2具有还原性；H2O2能使KI溶液(含淀粉)变蓝，证明H2O2具有氧化性。
2．设计实验方案证明H2SO3的酸性强于H2CO3。
【答案】三种参考方案如下：方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO3和NaHCO3溶液，用酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH，前者的pH小于后者，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水，品红溶液不褪色，且澄清石灰水变浑浊，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品红溶液，品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO3。
第32讲化学实验方案的设计与评价课时作业1．(2017·西城区质检)Fe(OH)3可用来制颜料、药物，做净水剂。
现设计实验研究制备Fe(OH)3的方法。
资料：新制Fe(OH)3在溶液中存在两种电离：Fe3＋＋3OH－3＋＋FeO－2＋H2O。
(1)向3支盛有1 mL 1.0 mol·L－1 FeCl3溶液的试管中，分别加入3 mL不同浓度的NaOH 溶液，都产生红褐色沉淀。
充分反应后，过滤，取滤液分成两等份，分别进行实验，实验记录如下：②当c(NaOH)≥6.0 mol·L－1时，实验Ⅱ中溶液变红的原因是______________、________________________________________________________(用离子方程式表示)。
(2)有同学提出可用某些盐与FeCl3反应制备Fe(OH)3。
①向1 mL 1.0 mol·L－1 FeCl3溶液中滴加1.0 mol·L－1 Na2CO3溶液，立即产生大量气泡并有红褐色沉淀产生。
有同学提出沉淀中可能含有碳酸盐。
将沉淀过滤、洗涤后取样，________证明沉淀中含有碳酸盐。
②向1 mL 1.0 mol·L－1 FeCl3溶液中滴加1.0 mol·L－1 Na2SO3溶液，溶液由黄色变为红色，无丁达尔效应，继续滴加Na2SO3溶液，最终得到红褐色沉淀。
经检验沉淀中除Fe(OH)3外还含有FeSO3。
产生FeSO3的原因是___________________。
(3)比较(1)和(2)，制备Fe(OH)3的合理方法是___________________________________________________________________________(注明试剂和用量)。
(4)FeSO4溶液仅与一种试剂反应也可制Fe(OH)3，该试剂的化学式是________(写出一种即可)。
解析：(1)①氯化铁与氢氧化钠反应生成红褐色沉淀，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓；②NaOH浓度较小时，与FeCl3反应后的上层清液中几乎不含有Fe3＋、FeO－2，增大NaOH浓度后，促进Fe(OH)3电离为FeO－2，故当c(NaOH)≥6.0 mol·L－1时，其与FeCl3反应后的上层清液中含有FeO－2，实验Ⅱ中，加入过量H2SO4，结合Fe3＋＋3OH－3＋＋FeO－2＋H2O可知，有Fe3＋生成，则加入KSCN溶液后，混合溶液变红。
(2)①碳酸盐与盐酸反应有CO2生成，证明沉淀中含有碳酸盐；②向1 mL 1.0 mol·L－1FeCl3溶液中滴加1.0 mol·L－1Na2SO3溶液发生氧化还原反应：2Fe3＋＋SO2－3＋H22＋＋SO2－4＋2H＋，继续滴加Na2SO3溶液：Fe2＋＋SO2－33↓。
(3)(2)方法容易引入杂质，(1)中NaOH浓度过大时，Fe3＋的利用率不高，因此制备Fe(OH)3的合理方法是选用1 mL 1.0 mol·L－1 FeCl3溶液与3 mL浓度小于6.0 mol·L－1的NaOH溶液。
(4)Na2O2具有氧化性，能够将亚铁离子氧化为铁离子，同时生成的溶液具有碱性，可制得Fe(OH)3，FeSO4溶液与NaClO反应也可制Fe(OH)3。
答案：(1)①Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓②FeO－2＋4H＋===Fe3＋＋2H2O，Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(2)①加入少量稀盐酸，有无色气泡产生②2Fe3＋＋SO2－3＋H2O===2Fe2＋＋SO2－4＋2H＋、Fe2＋＋SO2－3===FeSO3↓(文字描述也可)(3)1 mL 1.0 mol·L－1 FeCl3溶液与3 mL浓度小于6.0 mol·L－1的NaOH溶液(4)Na2O2、NaClO等2．(2017·广州测评)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是一种用途广泛的化工原料。
有关资料及制取步骤如下：①氨基甲酸铵在常温下、干燥的空气中稳定，遇水或潮湿空气则生成碳酸铵或碳酸氢铵。
②制备氨基甲酸铵的原理为2NH 3(g)＋CO22COONH4(s) ΔH<0③按图中装置进行制备实验：步骤1：检查装置的气密性。
步骤2：在相应仪器中装入药品，其中在三颈烧瓶中加入足量的氢氧化钠固体，恒压滴液漏斗中装入浓氨水。
步骤3：滴加浓氨水并搅拌，调节反应速率，在反应器中得到产品。
请回答下列问题：(1)干燥管中盛放的药品是________。
(2)对比碳酸盐和酸反应制CO2，该实验利用干冰升华产生CO2气体的优点有________、________。
(3)以恒压滴液漏斗代替分液漏斗的目的是_____________________________。
(4)浓硫酸的作用：________________________________________。
(5)取部分因变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.782 g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000 g。
则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为________。
解析：(1)为防止副反应的发生，制备氨基甲酸铵的原料氨气必须进行干燥。
因为氨气是碱性气体，所以干燥氨气应该用碱石灰。
(2)用碳酸盐和酸反应制CO2，生成的CO2必须进行净化和干燥处理，而直接利用干冰制备CO2，不需要净化和干燥；又因为干冰升华变为CO2气体是吸热反应，可以提供低温环境，使平衡正向移动，可以提高转化率。
(3)恒压滴液漏斗代替分液漏斗可以平衡内外压强，使氨水顺利滴下。
(4)氨气是碱性气体，浓硫酸是强酸，且具有吸水性，所以浓硫酸起到吸收多余的氨气，同时防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解的作用。
(5)产物是碳酸钙，其物质的量为1.000 g÷100 g/mol＝0.01 mol。
设样品中氨基甲酸铵物质的量为x mol，碳酸氢铵物质的量为y mol，依据碳原子守恒得到：x ＋y＝0.01，又因为78x＋79y＝0.782，解得x＝0.008，y＝0.002，则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为0.008 mol÷0.01 mol×100%＝80%。
答案：(1)碱石灰(2)不需要干燥提供低温环境，提高转化率(3)使氨水顺利滴下(4)吸收多余氨气；防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解(5)0.80或80%3．(2017·潍坊期末)硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]是分析化学中的重要试剂，在隔绝空气加热至500 ℃时能完全分解，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等。
某化学小组选用如图所示装置进行实验(夹持装置略)，探究此反应产物。
(1)甲同学根据可能生成的气体产物，设计下列实验：称得固体质量为4.00 g，则所得固体产物的化学式为________(硫酸亚铁铵的摩尔质量为284 g·mol－1)。
(3)实验证明：(NH 4)2Fe(SO 4)2受热分解除上述产物外，还有N 2生成，试写出硫酸亚铁铵在隔绝空气的条件下加热至500 ℃时的分解反应方程式： ___________解析：(1)实验验证分解产物中含有氨气和水蒸气，选择装置A 先通入氮气排净装置中的空气，加热分解硫酸亚铁铵，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等，通过装置F 中无水硫酸铜检验生成的水，再通过装置E 中的足量NaOH 浓溶液除去水蒸气、硫的氧化物，通过装置B 检验氨气，通入后溶液变红色说明生成气体中含氨气，所选用装置的正确连接顺序为AFEB 。
③装置C 中含有HCl 可以吸收生成的NH 3，BaCl 2溶液可以检验是否含有SO 3，以避免对SO 2检验的干扰。
D 中产生白色沉淀，是(NH 4)2Fe(SO 4)2受热分解生成的SO 2被H 2O 2氧化后与BaCl 2生成BaSO 4沉淀，离子方程式为SO 2＋H 2O 2＋Ba 2＋===BaSO 4↓＋2H ＋。
(2)14.20g (NH 4)2Fe(SO 4)2中Fe 的物质的量为14.20 g 284 g·mol－1＝0.05 mol ，Fe 的质量为0.05 mol×56 g·mol －1＝2.80 g ，则分解后固体中n (O)＝4.00 g －2.80 g 16 g·mol－1＝0.075 mol ，Fe 、O 的物质的量之比为0.05 mol∶0.075 mol＝2∶3，则固体产物为Fe 2O 3。
(3)实验证明(NH 4)2Fe(SO 4)2受热分解生成氨气、二氧化硫、氧化铁、水，还有N 2产生，结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为2(NH 4)2Fe(SO 4)2=====500 ℃Fe 2O 3＋4SO 2↑＋2NH 3↑＋N 2↑＋5H 2O 。
答案：(1)①A、F 、E 、B ②F 中无水硫酸铜变蓝，B 中溶液变红 ③吸收NH 3，验证是否含有SO 3 ④SO 2＋H 2O 2＋Ba 2＋===BaSO 4↓＋2H ＋(2)Fe 2O 3(3)2(NH 4)2Fe(SO 4)2=====500 ℃Fe 2O 3＋2NH 3↑＋N 2↑＋5H 2O ＋4SO 2↑4．(2017·山东青岛质检)氯化铁可用作金属蚀刻、有机合成的催化剂，研究其制备及性质是一个重要的课题。
(1)氯化铁晶体的制备：①实验过程中装置乙发生反应的离子方程式有________________________，装置丙的作用为________。
②为顺利达到实验目的，上述装置中弹簧夹打开和关闭的顺序为____________。
③反应结束后，将乙中溶液边加入________________，边进行加热浓缩、________、过滤、洗涤、干燥即得到产品。
(2)氯化铁的性质探究：某兴趣小组将饱和FeCl3溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧，在试管底部得到固体。
为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。
(查阅文献知：①FeCl3溶液浓度越大，水解程度越小；②氯化铁的熔点为306 ℃、沸点为315 ℃，易升华，气态FeCl3会分解成FeCl2和Cl2；③FeCl2的熔点为670 ℃)从所给装置和药品看，要先在乙中制备FeCl2：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，然后再将甲中产生的Cl2通入乙中制备FeCl3：2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
制备FeCl2时，产生的H2无法用NaOH溶液吸收，因此要关闭弹簧夹3，打开弹簧夹2，同时还要关闭弹簧夹1，当铁屑完全溶解后，FeCl2制备完成，需要通入Cl2，此时应打开弹簧夹1，同时关闭弹簧夹2，打开弹簧夹3，以吸收未反应的Cl2。
