专题17化学实验设计与评价【专题目标】1．根据实验试题要求，设计根本实验方案。2．运用化学实验知识，对实验方案作出分析和判断。【经典题型】实验方案的设计【例题】Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化复原反响生成Cu2+和Cu。现有浓硫酸、浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。简述如何用最简便的实验方法来检验CuO经氢气复原所得到的红色产物中是否含有碱性氧化物Cu2O。【点拔】CuO经氢气复原所得到的红色产物一定有铜，要检验铜中是否含有Cu2O，应运用Cu2O具有而铜不具有的性质去判断。根据题中所给信息，显然应将Cu2O在酸性溶液中转变为Cu2+，从颜色变化来判断。但Cu也能与氧化性酸反响可转变为Cu2+，故不应使用浓硫酸、浓稀硝酸。【参考答案】取少量该红色产物放入稀硫酸，(振荡)假设溶液变为蓝色，说明产物中有Cu2O；假设溶液不变色，说明产物中无Cu2O。【规律总结】实验设计的一般步骤1．根据试题要求，分析所给信息，选择并确定实验原理。2．根据实验原理，确定药品、选择仪器，提出实验方案。3．分析实验成败关键，修改完善实验程序。【稳固】1．硅及其化合物用途非常广泛。常用作枯燥剂的多孔硅胶是由硅酸盐（例如Na2SiO3）12/12\n的水溶液中参加相应的酸生成溶解度较小的硅酸分子，放置一段时间后，硅酸分子逐渐聚合生成硅酸溶胶，进一步处理可得多孔硅胶。多孔硅胶对许多气体如乙醚蒸气等有吸附作用，设计一个实验，证明硅胶的吸附性，写出实验的步骤、现象及解释。【参考答案】步骤：在一个枯燥的烧瓶中滴入2～3滴乙醚，使其充满容器，投入5g硅胶。立刻塞紧带有玻璃管的橡皮塞（用弹簧夹夹紧连接的乳胶管）。用力摇晃烧瓶片刻，把烧瓶固定在盛水的水槽上面，使乳胶管的尾端伸入水中，翻开弹簧夹。用另一未加硅胶的相同装置重复进展一次上面的实验。现象：装有硅胶的烧瓶，翻开弹簧夹后，水槽中的水通过玻璃管尖端像喷泉似进入烧瓶，未装硅胶的烧瓶无此现象。解释：装硅胶的烧瓶中的乙醚蒸气被硅胶吸附，使烧瓶中的气体压强变小，从而使水进入烧瓶，未装硅胶的烧瓶不能使烧瓶中的气体压强变小，因而无此现象。（其他合理答案，同样得分）2．已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98％的硫酸，而乙不溶。现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进展别离，可得到固体甲。（实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器。）请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。序号实验步骤简述实验操作（不必表达如何组装实验装置）①溶解将混合物放入烧杯中，参加98％H2SO4，充分搅拌直到固体不再溶解。②③④⑤洗涤沉淀⑥检验沉淀是否洗净【参考答案】②过滤将烧杯中物质倒入耐酸过滤器中过滤，得滤液。③析出沉淀将滤液沿烧杯壁慢慢倒入足量水中，并不段搅拌，直至析出全部固体。④过滤将此烧杯中的物质倒入过滤器中过滤，得固体。⑤用蒸馏水冲洗滤纸上的固体假设干次，直至洗净。⑥取新得到的洗出液少许，滴入用盐酸酸化的BaCl2溶液，假设没有白色浑浊出现，那么说明沉淀已洗净，假设有白色浑浊出现，那么说明沉淀没有洗净。【经典题型】实验方案的评价【例题】实验室可用氯气与金属铁反响制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色、易潮解，100℃左右时升华。以以下图是两个学生设计的实验装置、左边的反响装置相同，而右边的产品收集装置那么不同，分别如（Ⅰ）和（Ⅱ）所示。试答复：12/12\n （1）B中反响的化学方程式为：__________________________________________。 （2）D中的反响开场前，需排除装置中的空气，应采取的方法是：___________________________________________________________________________。 （3）D中反响化学方程式为：___________________________________________________________________________。 （4）装置（Ⅰ）的主要缺点是：___________________________________________________________________________。 （5）装置（Ⅱ）的主要缺点是：___________________________________________________________________________。如果选用此装置来完成实验，那么必须采取的改进措施是：___________________________________________________________________________。12/12\n【点拔】氯气与金属铁反响生成三氯化铁，而该物质易潮解，故应防止与水（水蒸气）接触。该物质100℃左右时升华，那么温度低于100℃时为固体，易堵塞仪器的细口局部。Cl2有毒，不应直接排入空气中，应进展尾气处理。【参考答案】（1）（3分）或（2）B中的反响进展一段时间后，看到黄绿色气体充满装置，再开场加热D（3分）（3）（2分）（4）导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染（2分）（5）产品易受潮解（2分）在瓶E和F之间连接装有枯燥剂的装置（2）（其他既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案均给分）【规律总结】实验评价试题的几种类型1．评价实验原理2．评价实验方法3．评价药品、仪器4．评价实验现象和结论【稳固】1．三位同学分别设计了以下三个检验SO42-的实验方案：方案甲：试液+BaCl2溶液→白色沉淀→足量稀HNO3→沉淀不溶解方案乙：试液+足量稀HCl→无沉淀+BaCl2溶液→白色沉淀方案丙：试液+足量稀HNO3→无沉淀+Ba(NO3)2→白色沉淀试评价上述多种方案是否严密？分别说明理由。【参考答案】甲方案不能排除Ag+干扰，丙方案不能排除SO32-干扰，故均不严密。乙方案严密。2．选择使用以以下图中的仪器(含药品)，验证由铜和适量浓硝酸反响产生的气体中含有NO。(N2和O2的用量可自由控制)。已知①NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O②气体液化温度：NO2：21℃，NO：-152℃（1）现有甲、乙、丙三位同学分别设计了以下三个实验方案(用仪器连接顺序表示)。甲：A→C→F→D→B乙：A→B→C→E丙：A→E→D→B甲、乙、丙三位同学提出的实验方案是否能验证Cu与适量浓HNO3反响产生的气体中含有NO(填“能”或“不能”)甲________，乙________，丙________。12/12\n具体说明不能验证的主要原因(假设三个实验方案都能验证、那么此小题不用答复)：甲方案：_______________________________________________________乙方案：_______________________________________________________丙方案：_______________________________________________________（2）反响前先通入足量的N2，其目的是________________________________。（3）确认气体中含有NO的现象是_____________________________________。（4）如果O2过量，那么装置B中发生反响的离子方程式是_________________。【参考答案】（1）甲能，乙不能，丙不能。乙方案：混合气体与B中的NaOH反响，NO消耗了，后续实验无法验证。丙方案：混合气体与E中H2O反响，生成了NO，产生干扰（2）排尽装置中空气、防止NO被O2氧化。（3）装置D中通入O2后有红棕色气体生成。（4）4NO2+O2+4OH-=4NO3-+2H2O。【经典题型】综合实验题【例题】用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案是：甲：①称取一定质量的HA配制0.lmol/L的溶液100mL；②用pH试纸测出该溶液的pH，即可证明HA是弱电解质。乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH＝l的两种酸溶液各100mL；②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时参加纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是（2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH1（填“＞”、“＜”或“＝”）乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是12/12\n（a）装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；（b）装HA溶液的试管中放出H2的速率快；（c）两个试管中产生气体速率一样快。（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处、（4）请你再提出一个合理而比较容易进展的方案（药品可任取），作简明扼要表述。【点拔】配制一定物质的量浓度的溶液所必需的定量仪器是容量瓶。要证明某物质为弱电解质，只要证明该物质局部电离，方法很多，如测定溶液的pH、盐溶液的酸碱性、同条件下溶液的导电性等。【参考答案】（1）100mL容量瓶（2）＞；b（3）配制pH＝l的HA溶液难以实现不妥之处在于参加的锌粒难以做到外表积相同（4）配制NaA溶液，测其pH＞7即证明HA是弱电解质（其他合理答案也可）【规律总结】综合实验题的解法1．分析实验目的，选择仪器、药品，设计实验方案。2．运用实验知识，分析现象，处理数据，评价实验过程。【稳固】1．实验室有CuO和Cu粉的混合物。请你利用给出的实验仪器及试剂，设计两种测定该样品（已称得其质量为m克）中氧化铜质量分数的方法，并填写表格中的有关内容。实验方法实验过程中所发生反响的化学方程式实验所用仪器（用编号表示）实验需直接测定的有关物理量（用文字说明）12实验可能用到的主要仪器：①托盘天平②启普发生器⑧硬质玻璃管④泥三角⑤烧杯⑥坩埚⑦酒精灯⑧玻棒⑨漏斗⑩枯燥管12/12\n实验可能用到的试剂：a．锌粒b．稀硫酸c．氯化钠溶液d，浓硫酸【参考答案】实验方法实验过程中所发生反响的化学方程式实验所用仪器（用编号表示）实验需直接测定的有关物理量（用文字说明）1H2SO4＋Zn→ZnSO4＋H2↑H2＋CuOCu＋H2O①②③⑦实验前样品和硬质玻璃管的总质量（或硬质玻璃管的质量）实验后Cu及硬质玻璃管的总质量2H2SO4＋CuO→CuSO4＋H2O①⑤⑧⑨过滤后剩余固体的质量32Cu＋O22CuO①④⑥⑦⑧实验前坩埚与样品总质量（或坩埚质量）实验后坩埚与CuO总质量（以上三种方法任选两种，其它合理的方法也给分）2．为探究乙烯与溴的加成反响，甲同学设计并进展了如下实验：先用浓硫酸与无水乙醇共热至1700C，将生成的气体通入溴水中，发现溴水褪色，即证明乙烯与溴水发生了加成反响。乙同学发现在甲同学的实验中，乙醇与浓硫酸反响的混合液变黑，推测在制得的乙烯中还可能含有复原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反响。请你答复以下问题：（1）写出甲同学实验中两个主要的化学方程式。（2）甲同学设计的实验（填“能”或“不能”）验证乙烯与溴发生加成反响，其理由是（填字母）。a．使溴水褪色的反响，未必是加成反响b．使溴水褪色的反响，就是加成反响c．使溴水褪色的物质，未必是乙烯d．使溴水褪色的物质，就是乙烯（3）乙同学推测此乙烯中一定含有的杂质气体是，它与溴水反响的化学方程式是，在验证过程中必须全部除去。（4）请你选用以下装置（可重复使用）来实现乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。→B→→B（浓硫酸、乙醇）（）（）（溴水）ABCD（5）为验证这一反响是加成而不是取代，丙同学提出可用pH试纸来测试反响后溶液的酸性，理由是。【参考答案】（1）略（2）不能a、c（3）SO2SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr（4）ABNaOH溶液品红溶液（5）假设是取代反响，反响后生成了HBr，溶液酸性明显增强【课堂练习】12/12\n1．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，那么对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的选项是BA．a为正极，b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaClC．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl2．下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的选项是ACABCD3．用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO制单质铜，有人设计了以下两种方案：CH2SO4Fe①②H2CuSO4CuOCuOH2SO4FeCuCuA．一样多B．①多C．②多D．无法判断4．对某酸性溶液（可能含有Br－，SO42－，H2SO3，NH4＋）分别进展如下实验：①加热时放出的气体可以使品红溶液褪色②加碱调至碱性后，加热时放出的气体可以使润湿的红色石蕊试纸变蓝；③参加氯水时，溶液略显黄色，再参加BaCl2溶液时，产生的白色沉淀不溶于稀硝酸对于以下物质不能确认其在溶液中是否存在的是BA．Br－B．SO42－C．H2SO3D．NH4＋12/12\n5．答复下面问题：（l）别离沸点不同但又互溶的液体混合物，常用什么方法？（2）在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静量分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。（3）无水乙酸又称冰醋酸（熔点16.6℃）。在室温较低时，无水乙酸就会凝结成像冰一样的晶体。请简单说明在实验中假设遇到这种情况时，你将如何从试剂瓶中取出无水乙酸。【参考答案】（1）蒸馏方法（2）取一支小试管，翻开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中参加少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中，下层是“水层”，反之，那么上层是水层。（3）将试剂瓶放在热水浴中加热后即可倒出。6．用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反响制备。（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需参加。（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是。方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。（1）在试管Ⅰ里参加的试剂是。（2）在试管Ⅱ里参加的试剂是。12/12\n（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中参加试剂，翻开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是。【参考答案】方法一（1）稀H2SO4铁屑（2）煮沸（3）防止生成的Fe(OH)2沉淀接触O2方法二（1）稀H2SO4铁屑（2）NaOH溶液（3）检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯洁时，再夹紧止水夹。（4）试管Ⅰ中反响生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入。7．实验室中用浓盐酸与MnO2制取Cl2，再用Cl2和Ca(OH)2反响制少量漂白粉。已知Cl2和Ca(OH)2制漂白粉是放热反响，温度稍高易发生副反响：6Cl2＋6Ca(OH)2＝Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O。现有三位同学分别设计的三套实验装置如下（U形管中放有玻璃纤维，气体能顺利通过）：⑴请从以下六方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点进展评价，将适当的选项序号填于下表内：a．不易控制反响速率b．容易控制反响速率c．有副反响发生d．可防止副反响发生e．容易污染环境f．可防止污染环境优点缺点甲装置乙装置12/12\n丙装置⑵请从甲、乙、丙三套装置中，选取合理的组成局部（A、B、C、D、E、F、G），组装一套你认为更完善的实验装置，连接顺序（按气流从左到右的方向）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，并说明原因。⑶如果反响前参加了mgCa(OH)2，反响完毕并冷却后倒出固体物质称量为ng（设反响中产生的水仍留在固体物质中）。那么该固体物质中Ca(ClO)2的质量分数的表达式为（不必化简）：。【参考答案】⑴甲：d；a、e。乙：f；a、c。丙：b；c、e。⑵F、B、E；缺少除Cl2中的HCl的洗气装置，因为HCl可与产物Ca(ClO)2及Ca(OH)2反响，使有效成份Ca(ClO)2产量减少。⑶。8．Ag/α－Al2O3是石油化学工业的一种重要催化剂，其中Ag起催化作用，α－Al2O3是载体且不溶于硝酸，该催化剂的回收实验如以以下图所示。其中的转化反响为：6AgCl＋Fe2O3→3Ag2O＋2FeCl3阅读上述实验流程，完成以下填空：（1）Ag/α－Al2O3加酸溶解应该选用装置（选填a、b、c）。（2）在实验操作（Ⅱ），如果用自来水代替蒸馏水进展洗涤，将会发生化学反响的离子方程式。（3）实验操作（Ⅳ）所需玻璃仪器为（填写三种）。（4）实验操作（Ⅶ）从AgNO3溶液获得AgNO3晶体需要进展的实验操作依次为：（多项选择扣分）。（a）蒸馏（b）蒸发（c）灼烧（d）冷却结晶（5）已知：NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O；2NO2+2NaOH→NaNO3+NaNO2+H2O12/12\nNO和NO2的混合气体的组成可表示为NOX，该混合气体通入NaOH溶液被完全吸收时，x的值为＿＿（a）x≤1.5（b）x=1.2（c）x≥1.5（6）已知Ag/α-Al2O3中Ag的质量分数，假设计算Ag的回收率，还必须知道的实验数据为和。【参考答案】（1）a（2）Ag＋＋Cl－→AgCl↓（3）漏斗、烧杯、玻棒（4）b、c、d（5）c（6）催化剂的质量，AgNO3的质量12/12
