2014高考化學 考點復習講析（55）研究型實驗設計與評價

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1、 2014高考化學考點復習講析 考點55研究型實驗設計與評價 考點聚焦 1.制備實驗裝置的選擇與儀器連接、裝置氣密性的檢驗、實驗現(xiàn)象描述、尾氣處理。 2.給定實驗情景或性質(zhì)實驗目的，要求選擇實驗儀器裝置、藥品、確定實驗程序，評價實驗方案。 3.對教材演示實驗進行重組、優(yōu)化和創(chuàng)新。 知識梳理 綜合實驗設計和評價是綜合應用實驗基礎知識、基本操作，結(jié)合化學基本理論，元素化合物知識和化學計算等相關知識，進行整合，解決有關實驗問題。 一、實驗設計和評價的題型 2 利用給出的一些裝好藥品的單個實驗裝置，要求根據(jù)實驗目的連接儀器，敘述現(xiàn)象說明理由。 2 利用給出的實驗的裝置和反應條件，

2、要求根據(jù)實驗現(xiàn)象和物質(zhì)的性質(zhì)判斷物質(zhì)和化學反應。 2 利用限定的儀器、藥品、融氣體制備、除雜、集氣及設計操作程度、儀器連接、定量計算于一體。考查學生設計實驗、基本操作和數(shù)據(jù)處理的能力。 2 給出部分實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗要求設計完整的實驗或補充部分實驗步驟。 2 據(jù)實驗目的，實驗進行的條件，選取適當藥品、儀器（或應用所指定的藥品、儀器）完全某次指定的實驗操作。 2 對給出的實驗方案，做出科學的評估，依據(jù)“儀器簡單、操作方便、藥品易得、節(jié)省試劑、現(xiàn)象明顯、安全防污”選擇出最佳方案。 2 新情境實驗題，運用已有知識解決新情境中的新問題，考查學生靈活運用知識的遷移能力、自學能力、觀察能力、實驗

3、能力和思維能力。 二、實驗設計的一般規(guī)律 1、 實驗方案設計的一般原則。 一個相對完整的化學實驗方案一般包括下述內(nèi)容：（1）實驗名稱；（2）實驗目的；（3）實驗原理；（4）實驗用品（儀器、藥品及規(guī)格）；（5）實驗步驟（包括實驗儀器的裝配和操作）；（6）實驗現(xiàn)象和記錄及結(jié)果處理；（7）問題和討論。 實驗方案的設計原則是方法簡便、現(xiàn)象明顯、操作易行，對于定量實驗還要考慮系統(tǒng)誤差要求。確定了實驗所選用的方法和原理后，就要考慮選擇用什么實驗裝置來完成此實驗，即進行實驗裝置的設計，一套完整的實驗裝置往往是由多個基本實驗裝置相互連接而成的，如有關氣體的制取和性質(zhì)實驗一般分為氣體的發(fā)生裝置（或氣體反

4、應裝置）、氣體的洗滌裝置、氣體的收集裝置、尾氣的吸收裝置等部分，要熟悉各基本裝置的功能，并注意各基本裝置連接順序的合理性。 2、 設計方案時思考實驗順序的選擇。 （1）思考問題的順序： ①圍繞主要問題思考，例如：選擇適當?shù)膶嶒灺肪€、方法；所用藥品、儀器簡單易得；實驗過程快速、安全；實驗現(xiàn)象明顯。 ②思考有關物質(zhì)的制備、凈化、吸收和存放等有關問題。例如：制取在空氣中易水解的物質(zhì)（如AL2S3、ALCl3、Mg3N2等）及易受潮的物質(zhì)時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中水蒸氣進入。 ③思考實驗的種類及如何合理地組裝儀器，并將實驗與課本實驗比較、聯(lián)系。例如涉及到氣體的制取和處理

5、，對這類實驗的操作程序及裝置的連接順序大體可概括為：發(fā)生→除雜質(zhì)→干燥→主體實驗→尾氣處理。 （2）儀器連接的順序： ① 所用儀器是否恰當，所給儀器是全用還是選用。 ② 儀器是否齊全。例如制有毒氣體及涉及有毒氣體的實驗是否有尾氣的吸收裝置。 ③ 安裝順序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，從左到右”的原則；氣體凈化裝置中不應先干燥，后又經(jīng)過水溶液洗氣。 ④ 儀器間連接順序是否正確。例如：洗氣時“進氣管長，出所氣管短“；干燥管除雜質(zhì)時”大進小出“等。 （3）實驗操作的順序： ① 連接儀器。按氣體發(fā)生→除雜質(zhì)→干燥→主體實驗→尾氣處理順序連接好實驗儀器。 ② 檢查氣密性，在整套儀器

6、連接完畢后，應先檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品。檢查氣密性的方法要依裝置而定。 ③ 裝藥品，進行實驗操作。 3、 設計方案時需注意的問題。 （1）檢查氣體的純度，點燃或加熱通有可燃性（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的裝置前，必須檢查氣體的純度。例如用H2、CO等氣體還原金屬氧化物時，需要加熱金屬氧化物，在操作中，不能先加熱，后通氣，應當先通入氣體，將裝置內(nèi)的空氣排凈后，檢查氣體是否純凈（驗純），待氣體純凈后，再點燃酒精燈加熱金屬氧化物。 （2）加熱操作先后順序的選擇。若氣體發(fā)生需加熱，應先用酒精燈加熱發(fā)生氣體的裝置，等產(chǎn)生氣體后，再給實驗需要加熱的固體物質(zhì)加熱，目的是：一則

7、防止爆炸（如氫氣還原氧化銅）；二則保證產(chǎn)品純度，防止反應物或生成物與空氣中其他物質(zhì)反應。例如用濃硫酸和甲酸共熱產(chǎn)生CO，再用CO還原Fe2O3，實驗時應首先點燃CO發(fā)生裝置的酒精燈，生成的CO趕走空氣后，再點加熱Fe2O3的酒精燈，而熄滅酒精燈的順序則相反，原因是：在還原性氣體中冷卻Fe可防止灼熱的Fe再被空氣中的O2的氧化，并防止石灰水倒吸。 （3）冷凝回流的問題。有的易揮發(fā)的液體反應物，為了避免反應物質(zhì)損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置中設計冷凝回流裝置。發(fā)在發(fā)生裝置中安裝長玻璃管等。 （4）冷卻問題。有的實驗為防止氣體冷凝不充分而受損失，需要冷凝管可用冷水或冷水冷凝氣體（物質(zhì)蒸氣），使

8、物質(zhì)蒸氣冷凝為液態(tài)便于收集。 （5）防止倒吸問題。實驗過程用到加熱操作的，要防倒吸；氣體易溶于水的要防倒吸。 （6）具有特殊作用的實驗改進裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住一支小試管等。 （7）拆卸時的安全性和科學性。實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應考慮停止加熱或停止通氣，如對有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；用氫氣還原氧化銅的實驗應先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才停止通氫，這是為了避免空

9、氣倒吸入加熱區(qū)使銅氧化，或形成易爆氣體；拆卸用排水法收集需要的加熱制取氣體的裝置時，需先把導管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸；拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。 試題枚舉 【例1】實驗室可用氯氣與金屬鐵反應制備無水三氯化鐵，該化合物是棕紅色，易潮解，100℃左右時升華。下圖是兩個學生設計的實驗裝置，左邊的反應裝置相同，而右邊的產(chǎn)品收集裝置則不同，分別如(Ⅰ)和(Ⅱ)所示。試回答： (1)B中反應的化學方程式為：_________________________________________。 (2)D中的反應開始前，需排除裝置中的空氣，應采取的方法是： _________

10、_。 (3)D中反應化學方程式是： ________________________________ 。 (4)裝置(Ⅰ)的主要缺點是： ________________________________________。 (5)裝置(Ⅱ)的主要缺點是：____________________________________________。 如果選用此裝置來完成實驗，則必須采取的改進措施是：__________________。 解析 由題設“制備三氯化鐵”可知D管中是鐵絲或鐵粉，并推知A、B、C應該是發(fā)生氯氣的裝置，A中加入濃鹽酸，B中應該讓濃鹽酸跟氧化劑作用(

11、常用的是MnO2或KMnO4)。 要使D管中空氣排出，最方便的方法就是首先讓剛發(fā)生的氯氣去驅(qū)除它，此時D管中不要加熱。等到空氣驅(qū)凈、氯氣充滿D管時才在D管下加熱，以保證鐵和純氯氣反應。由于氯化鐵易升華，因此D管中FeCL3容易升華而出，卻又特別容易重新冷凝，在裝置Ⅰ中D管出口可能被堵塞，多余的氯氣并不能被濃H2SO4吸收，排放尾氣時將導致污染。而裝置Ⅱ的D管出口是廣口瓶，可免受堵塞，尾氣排放前有堿液吸收，這都是好的。但FeCL3容易被潮解，堿液不足以抵擋濕氣，應在E、F之間加入干燥裝置。 答案 (1)4HCl+MnO2=====MnCl2+2H2O+Cl2↑ 或16HCl+2KM

12、nO4======2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑ (2)B中的反應進行一段時間后，看到黃綠色的氣體充滿裝置，再開始加熱D； (3)2Fe+3Cl2======2FeCl3； (4)導管易被產(chǎn)品堵塞，尾氣排入空氣，易造成環(huán)境污染； (5) 產(chǎn)品易受潮解；在瓶E和F之間連接裝有干燥劑的裝置。 【例2】航天飛行器座艙內(nèi)空氣更新過程如圖所示： 空氣、CO2、H2O Ⅱ Ⅰ 座艙 CO2 C 空氣

13、 H2 H2O O2 H2O Ⅲ (1)Ⅱ是CO2和H2的反應裝置，該反應的化學方程式_____________________。 (2)從裝置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可看出，O2的來源是CO2和H2O，宇航中每天消耗28molO2，呼出23molCO2，則宇航員生天呼出的氣體中含H2O________mol。 （3）以下是另一種將CO2轉(zhuǎn)化為O2的實驗設想：

14、 其中，由MgCl2·6H2O制取無水MgCL2的部分裝置(鐵架臺、酒精燈已略)如下： 　 ① 上圖中，裝置a由________、_________、雙孔塞和導管組成。 ② 循環(huán)物質(zhì)的名稱是______________ ③ 制取無水氯化鎂必須在氯化氫存在的條件下進行，原因是__________ ④ 裝置b是填充的物質(zhì)可能是__________(填入編號) e硅膠f、堿石灰 g、無水氯化鈣 h、濃硫酸 ⑤ 設計d中裝置要注意防止倒吸，請在方框中畫出d裝置的簡略圖，并要求與裝置c

15、的出口處相連(鐵架臺不必畫出)。 解析 (1)Ⅱ中反應物是CO2和H2，生成物是C和H2O，配平后得：2H2O+CO2 2H2O+C (2)消耗28molO2呼出23molCO2，依質(zhì)量守恒定律，呼出的氣體中含H2O10mol時，氧原子守恒。 (3)由MgCL2·6H2O制取無水MgCL2時需在酸性條件下進行，在b處干燥時用中性或酸性固體干燥劑，硅膠或無水氯化鈣，由于氯化氫極易溶于水，在d處為防止倒吸，用一倒扣的漏斗。 答案 (1)2H2+CO2 2H2O+C (2)10 (3)防止水解 (4)e、g (5) - 5 -