2019年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題17 實驗方案的設(shè)計與評價（講）（含解析）.doc

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專題17 實驗方案的設(shè)計與評價 （1） 考綱要求 1.能根據(jù)實驗試題要求，做到：①設(shè)計實驗方案；②正確選用實驗裝置；③掌握控制實驗條件的方法；④預(yù)測或描述實驗現(xiàn)象、分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論；⑤評價或改進(jìn)實驗方案。 2.了解科學(xué)探究的基本過程，并運用以實驗和推理為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法解決有關(guān)問題。 3.各部分實驗基礎(chǔ)知識與技能的綜合應(yīng)用。 （2） 命題規(guī)律 化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價是高考考查的重點，在高考試題中主要以物質(zhì)的制備或性質(zhì)實驗為載體，結(jié)合實驗操作，物質(zhì)性質(zhì)探究等命題。對綜合實驗中某一環(huán)節(jié)或某一步驟進(jìn)行方案設(shè)計或探究實驗中的有關(guān)問題，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，是高考命題熱點。展望2019年高考，將延續(xù)近幾年的模式，實驗設(shè)計和評價一定伴隨II卷實驗題的考查。特別需要關(guān)注以下各類背景的實驗：（1）以物質(zhì)制備為背景的實驗題；（2）以實驗探究為背景的實驗題；（3）以實驗方案設(shè)計為背景的實驗題；（4）以定性、定量分析為背景的實驗題。 【例1】【2018新課標(biāo)2卷】下列實驗過程可以達(dá)到實驗?zāi)康牡氖? （ ） 編號 實驗?zāi)康? 實驗過程 A 配制0.4000 molL?1的NaOH溶液 稱取4.0 g固體NaOH于燒杯中，加入少量蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中定容 B 探究維生素C的還原性 向盛有2 mL黃色氯化鐵溶液的試管中滴加濃的維生素C溶液，觀察顏色變化 C 制取并純化氫氣 向稀鹽酸中加入鋅粒，將生成的氣體依次通過NaOH溶液、濃硫酸和KMnO4溶液 D 探究濃度對反應(yīng)速率的影響 向2支盛有5 mL不同濃度NaHSO3溶液的試管中同時加入2 mL 5%H2O2溶液，觀察實驗現(xiàn)象 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】分析：A．氫氧化鈉溶于水放熱； 點睛：明確相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)特點、發(fā)生的反應(yīng)和實驗原理是解答的關(guān)鍵。注意設(shè)計或評價實驗時主要從正確與錯誤、嚴(yán)密與不嚴(yán)密、準(zhǔn)確與不準(zhǔn)確、可行與不可行等方面作出判斷。另外有無干擾、是否經(jīng)濟、是否安全、有無污染等也是要考慮的。本題中選項D是解答的易錯點，學(xué)生往往只考慮物質(zhì)的濃度不同，而忽略了實驗結(jié)論需要建立在實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上。 【例2】【2018北京卷】實驗小組制備高鐵酸鉀（K2FeO4）并探究其性質(zhì)。 資料：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；具有強氧化性，在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，在堿性溶液中較穩(wěn)定。 （1）制備K2FeO4（夾持裝置略） ①A為氯氣發(fā)生裝置。A中反應(yīng)方程式是________________（錳被還原為Mn2+）。 ②將除雜裝置B補充完整并標(biāo)明所用試劑。_______ ③C中得到紫色固體和溶液。C中Cl2發(fā)生的反應(yīng)有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外還有________________。 （2）探究K2FeO4的性質(zhì) ①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗氣體中含有Cl2。為證明是否K2FeO4氧化了Cl－而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計以下方案： 方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色。 方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗滌C中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生。 i．由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有______離子，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl－氧化，還可能由________________產(chǎn)生（用方程式表示）。 ii．方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗滌的目的是________________。 ②根據(jù)K2FeO4的制備實驗得出：氧化性Cl2________（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ?qū)嶒灡砻?，Cl2和的氧化性強弱關(guān)系相反，原因是________________。 ③資料表明，酸性溶液中的氧化性＞，驗證實驗如下：將溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色，該現(xiàn)象能否證明氧化性＞。若能，請說明理由；若不能，進(jìn)一步設(shè)計實驗方案。 理由或方案：________________。 【答案】 2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl +5Cl2↑+8H2O Cl2+2OH?Cl?+ClO?+H2O Fe3+ 4FeO42?+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O 排除ClO?的干擾 > 溶液的酸堿性不同 若能，理由：FeO42?在過量酸的作用下完全轉(zhuǎn)化為Fe3+和O2，溶液淺紫色一定是MnO4?的顏色（若不能，方案：向紫色溶液b中滴加過量稀H2SO4，觀察溶液紫色快速褪去還是顯淺紫色） 【解析】分析：（1）KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2；由于鹽酸具有揮發(fā)性，所得Cl2中混有HCl和H2O（g），水除去HCl，除雜裝置B為。 ③ C中Cl2發(fā)生的反應(yīng)有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，還有Cl2與KOH的反應(yīng)，Cl2與KOH反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。 （2）①根據(jù)上述制備反應(yīng)，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，還可能含有KClO等。 點睛：本題考查K2FeO4的制備和K2FeO4的性質(zhì)探究。與氣體有關(guān)的制備實驗裝置的連接順序一般為：氣體發(fā)生裝置→除雜凈化裝置→制備實驗裝置→尾氣吸收。進(jìn)行物質(zhì)性質(zhì)實驗探究是要排除其他物質(zhì)的干擾。尤其注意最后一空為開放性答案，要注重多角度思考。 1．實驗設(shè)計思維模型 2．解答評價型化學(xué)實驗題的一般思維流程 一般通過讀題即可明確實驗?zāi)康?。弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。對于檢驗型或性質(zhì)型實驗要注意“操作簡單、現(xiàn)象明顯”的要求；對于制備型實驗要注意“產(chǎn)率要高、純度要高”的要求。 3．實驗方案評價的角度 （1）從試劑、儀器和裝置的合理性上評價。 （2）從實驗原理上評價，實驗方案要符合實驗原理，保證達(dá)到實驗?zāi)康摹? （3）從操作步驟、實驗現(xiàn)象上評價，實驗方案要步驟簡單，現(xiàn)象明顯。 （4）從環(huán)境保護(hù)上評價，實驗方案的設(shè)計要充分體現(xiàn)環(huán)保意識。 （5）從節(jié)能、安全可靠上評價，實驗方案的設(shè)計要節(jié)約能源，節(jié)省原料且安全可靠。 【例1】【安徽黃山市2019年高三一模】下列實驗方案中，可以達(dá)到實驗?zāi)康牡氖? （ ） 選項 實驗?zāi)康? 實驗方案 A 除去苯中混有的苯酚 加入適量的溴水充分反應(yīng)后過濾 B 制取Fe(OH)3膠體 向沸水中滴加FeCl3飽和溶液，繼續(xù)加熱至紅褐色，停止加熱 C 驗證酸性： CH3COOH>HClO 使用pH試紙分別測定相同溫度下相同濃度的CH3COONa溶液和NaClO溶液的pH D 檢驗溶液中含有I- 向某溶液中加入CCl4，振蕩后靜置，液體分層，下層呈紫紅色 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】A. 溴水和苯酚反應(yīng)生成的三溴苯酚可以溶解于苯中，不能用過濾法將苯和三溴苯酚分開，故A項 【趁熱打鐵】【天津薊州等區(qū)2019屆高三上學(xué)期期末】下列實驗?zāi)苓_(dá)到相應(yīng)實驗?zāi)康牡氖? （ ） A．用甲制備氫氧化鐵膠體 B．用乙驗證非金屬性Cl>C>Si C．用丙裝置制備干燥的氨氣 D．用丁裝置吸收HCl，并防止倒吸 【答案】C 【解析】A. 制備氫氧化鐵膠體的方法是把飽和的氯化鐵溶液滴入沸水中，故A錯誤；B. 驗證非金屬性Cl＞C＞Si，應(yīng)該用高氯酸和碳酸鈉反應(yīng)，而不能用鹽酸，故B錯誤；C.濃氨水與CaO混合可制備氨氣，堿石灰干燥氨氣，則圖中裝置可制備干燥的氨，所以C選項是正確的；D.苯的密度比水的密度小，不能隔絕氣體與水，丁裝置不能防止倒吸，故D錯誤。答案選C。 【例2】【湖北鄂州市2019屆高三上學(xué)期期中】水合肼是無色、有強還原性的液體，實驗室制備水合肼的原理為：CO(NH2)2+2NaOH+NaClO==Na2CO3+N2H4H2O+NaCl 據(jù)此，某學(xué)生設(shè)計了下列實驗。 （制備NaClO溶液） 實驗裝置如圖甲所示（部分夾持裝置已省略）已知：3NaClO2NaCl+NaClO3 （1）請寫出肼的電子式_________________。 （2）配制30%NaOH溶液時，所需玻璃儀器除量筒外還有________________。 （3）裝置I中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 ____________________________；Ⅱ中用冰水浴控制溫度在30℃以下，其主要目的是______________________________。 （制取水合肼） 實驗裝置如圖乙所示。 （4）儀器B的名稱為_________；反應(yīng)過程中，如果分液漏斗中溶液的滴速過快，部分N2H4H2O參與A中反應(yīng)并產(chǎn)生大量氮氣，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式__________。 （5）充分反應(yīng)后，加熱蒸餾A內(nèi)的溶液即可得到水合肼的粗產(chǎn)品。若在蒸餾剛剛開始的時候忘記添加沸石，應(yīng)該采取的操作是_____________________。 （測定肼的含量） 稱取餾分0.2500g，加水配成20.00mL溶液，在一定條件下，以淀粉溶液做指示劑，用0.1500 molL－1的I2溶液滴定。 已知：N2H4H2O+2I2==N2↑+4HI+H2O ①滴定終點時的現(xiàn)象為______________________________。 ②實驗測得消耗I2溶液的平均值為20.00 mL，餾分中N2H4.H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______。 【答案】 燒杯、玻璃棒 MnO2＋4HCl(濃) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 防止溫度過高次氯酸鈉變?yōu)槁然c和氯酸鈉 直形冷凝管 N2H4H2O+2NaClO====2NaCl+N2↑+3H2O 冷卻后補加 滴定終點時的現(xiàn)象為當(dāng)加入最后一滴滴定劑的時候，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不恢復(fù) 30.0% 【解析】（1） 肼的化學(xué)式為N2H4，根據(jù)氫原子形成一對共用電子對分析，氮原子之間形成一對共用電子， 【趁熱打鐵】【山東濟寧市2019屆高三上學(xué)期期末】Cl2O極易溶于水并與水反應(yīng)生成HC1O；C12O的沸點為3.8℃，42℃以上分解為Cl2和O2，可作為高效安全滅菌消毒劑。如圖所示(B中冷卻裝置未畫出)，將氯氣和空氣(不參與反應(yīng))以體積比約1：3混合通入含水8％的碳酸鈉中制備C12O，并用水吸收C12O制備次氯酸溶液。 （1）實驗中控制氯氣與空氣體積比的方法是___________。 （2）裝置B中多孔球泡和攪拌棒的作用是________________。 （3）裝置B中產(chǎn)生C12O的化學(xué)方程式為________________。 （4）若B無冷卻裝置，則進(jìn)入C中的C12O會大量減少，其原因是_________。 （5）為避免C12影響C中溶液的溶質(zhì)可以在B、C之間加一個盛有___________(填試劑名稱)的洗氣瓶。 （6）已知次氯酸可被H2O2、FeCl2等物質(zhì)還原成C1-。測定C中次氯酸溶液的物質(zhì)的量濃度的實驗方案為：用______(填儀器名稱)取20．00mL次氯酸溶液放入燒杯中，向其中____________(填操作)，過濾，洗滌沉淀，在真空干燥箱中干燥，用電子天平稱量沉淀質(zhì)量。(可選用的試劑：H2O2溶液、FeC12溶液、AgNO3溶液) 【答案】通過觀察A中產(chǎn)生氣泡的速率調(diào)節(jié)流速； 增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,使反應(yīng)充分進(jìn)行； 2Cl2+Na2CO3=Cl2O+2NaCl +CO2或 2Cl2+2Na2CO3 +H2O=Cl2O + 2NaCl + 2NaHCO3 該反應(yīng)放熱,溫度升高C12O會分解 四氯化碳 酸式滴定管 先加人足量的H2O2溶液，再向其中加人過量的硝酸銀溶液 （3）檢驗草酸的分解產(chǎn)物H2O(g)、CO2和CO，先通過干燥管檢驗生成的水，通過澄清石灰水檢驗二氧 （5）其可能的原因為：一氧化碳沒有全部與氧化銅反應(yīng)，草酸中的碳元素沒有完全轉(zhuǎn)化為一氧化碳等。 （6）混合物中只有生成的鐵和鹽酸反應(yīng)生成氫氣，所以可以利用裝置進(jìn)行證明，依據(jù)是否有氣體生成可以判斷反應(yīng)生成的產(chǎn)物中含有鐵，加鹽酸時彎管處存有液體，是為了防止產(chǎn)生的氣體從漏斗中逸出。本小題答案為：可行； Fe2O3反應(yīng)后的固體中，只有單質(zhì)鐵才能與稀鹽酸反應(yīng)放出氣體；加鹽酸時彎管處存有液體，防止產(chǎn)生的氣體從漏斗中逸出。 （7）常溫下測定已知濃度c(H2CO4)溶液的pH，若溶液pH>?lgc(H2CO4)，則草酸中氫離子不能完全電離，溶液中存在電離平衡，說明H2CO4為弱酸或弱電解質(zhì)存在電離平衡、不完全電離等性質(zhì)，或測定草酸鈉溶液的pH，如大于7，則為弱酸。本小題答案為：常溫下測定已知濃度c（H2CO4）溶液的pH，若溶液pH>-lgc（H2CO4），則H2CO4為弱酸或弱電解質(zhì)存在電離平衡、不完全電離等性質(zhì)，或測定草酸鈉溶液的pH，如大于7，則為弱酸。 誤區(qū)警示：實驗方案的設(shè)計與評價是高考壓軸大題，也是學(xué)生最頭痛的題目，要很好地解答此類題目，必須先明確實驗?zāi)康?，再根?jù)已學(xué)知識，設(shè)想探究、驗證所需原理，最后根據(jù)所涉及原理，從題干中獲取有效信息，進(jìn)一步確定實驗方案，再將方案代入題目，進(jìn)行復(fù)合驗證。