中考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題突破 專題4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究題學(xué)案

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專題4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究題 【復(fù)習(xí)目標(biāo)】 1、 通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)裝置的理解，學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)； 2、 理解探究的步驟、內(nèi)容、解題思路，學(xué)會解決探究題。 【復(fù)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 1、通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)裝置的理解，學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)； 2、理解探究的步驟、內(nèi)容、解題思路，學(xué)會解決探究題。 【學(xué)習(xí)過程】 一、知識梳理： （一）1.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考查的發(fā)展方向是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，聯(lián)系科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)的實(shí)際去發(fā)現(xiàn)并提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去探討和解決實(shí)際問題并得出科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論，它包括物質(zhì)的制備、物質(zhì)的鑒別、物質(zhì)的分離、物質(zhì)的組成分析、氣體的凈化與轉(zhuǎn)化等的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的試題大多思考性、綜合性較強(qiáng)，解答時必須聯(lián)系自己掌握的基礎(chǔ)知識和技能，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)念惐取⑦w移、重組后從已知條件出發(fā)，找到解決問題的突破口，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)步驟。 2. 實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)：實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)包括實(shí)驗(yàn)原理及方案的評價(jià)、實(shí)驗(yàn)裝置的評價(jià)、 實(shí)驗(yàn)操作的評價(jià)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價(jià)等。進(jìn)行評價(jià)時一般從這幾個方面入手：理論上是否正確、操作上是否簡便、會不會造成環(huán)境的污染、所需藥品或原料的來源是否豐富、實(shí)驗(yàn)方案是否安全等等。實(shí)驗(yàn)評價(jià)的考查范圍包括對課本中重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)，對為解決科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)中所出現(xiàn)的實(shí)際問題所設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)。 （二）氣體的發(fā)生裝置 1.固＋固（加熱）（圖1）：適用于制備氣體：O2 (KClO3和MnO2共熱、KMnO4加熱)、NH3 2.固＋液體（不加熱）（圖2、圖3）：適用于制CO2、H2、O2（用Na2O2 和H2O、H2O2和MnO2制取O2也用此裝置） （三）氣體的凈化（干燥）裝置 1、常見干燥劑及氣體的干燥 液態(tài)干燥劑 固態(tài)干燥劑 常見干燥劑 濃硫酸 無水氯化鈣 氫氧化鈉、氧化鈣、 堿石灰（NaOH與CaO混合物） 裝置 可干燥氣體 H2、O2、CO2、N2、CO、HCl、CH4 H2、O2、CO2、N2、CO、HCl、CH4 H2、O2、NH3、N2、CO、CH4 不可干燥氣體 NH3 NH3 HCl、CO2 注意事項(xiàng) a進(jìn)b出（長進(jìn)短出） a進(jìn)b出（大進(jìn)小出） 左進(jìn)右出 2、常見凈化(包括干燥氣體)裝置（圖4） 注意事項(xiàng)： ⑴ A為加熱固態(tài)試劑以除去氣體中雜質(zhì)的裝置。如用灼熱的銅絲除氧氣。 ⑵ B、C一般盛液體藥品，用于洗液。如用濃硫酸除水蒸氣，氫氧化鈉溶液除酸性氣體。氣體由a進(jìn)b出。 ⑶ D一般盛固體藥品。如用堿石灰吸收水或二氧化碳。 （四）氣體的收集裝置（圖5） 1.排水法：難溶或不易溶于水且不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。例如：H2、O2、CO、CH4等。排水法的裝置是a，注意導(dǎo)管只能伸入集氣瓶內(nèi)少許，便于導(dǎo)管的取出。 2.排氣法：不與空氣反應(yīng)且密度與空氣相差較大的氣體；又可分為向上排空氣法和向下排空氣法。用排氣法收集氣體時，導(dǎo)氣管一定要伸入集氣瓶底部，把空氣盡量排出。為了減少空氣擴(kuò)散，集氣瓶口可蓋上毛玻璃片（如圖b）；試管口輕輕塞上一小團(tuán)疏松的棉花（如圖d） ⑴向上排空氣法：相對分子質(zhì)量大于29的氣體。如O2、CO2等，典型裝置是b。 ⑵向下排空氣法：相對分子質(zhì)量小于29的氣體。如H2、CH4、NH3等，典型裝置是c。 （五）尾氣處理裝置（圖7） 通常有毒和有污染的尾氣必須適當(dāng)處理。常用儀器有： ⑴ a用于NaOH吸收CO2（氣體溶解或反應(yīng)速度不很快，不易引起倒吸）； ⑵ b用于收集少量氣體然后處理；如多余的CO的處理。 ⑶ c收集極易溶且溶解很快的氣體。如NH3等，這種裝置可以增大氣體與吸收液的接觸面積，有利于吸收液體對氣體的吸收。由于漏斗容積較大，從而防止吸收液的倒吸。 ⑷ d用于處理難以吸收（有毒）且可燃的氣體。如H2、CO等。 （六）一般實(shí)驗(yàn)步驟及氣體的凈化 實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般順序是：連接裝置→檢查氣密性→裝藥品（先固體，后液體）→反應(yīng)→收集氣體（應(yīng)等到裝置中空氣排凈后再收集）。 氣體的凈化原則：凈化時所需氣體不能參加化學(xué)反應(yīng)或因溶解而損失，也不能引入新的雜質(zhì)。凈化的順序一般是除雜在前，干燥在后，干燥后的氣體不能再通過水溶液。 二、題型、方法歸納： 本單元復(fù)習(xí)本課題復(fù)習(xí)常見氣體的制取及檢驗(yàn)、凈化，學(xué)生要掌握發(fā)生裝置、收集裝置的選擇，氣體檢驗(yàn)的方法、凈化的方法等內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)活動，探討研究并解決科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)中面臨的一些問題是化學(xué)學(xué)科永恒的主題。在學(xué)習(xí)中，要求同學(xué)們能根據(jù)實(shí)際情況提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究問題、解決問題，在實(shí)踐活動中鞏固知識、提高認(rèn)識、增強(qiáng)能力。常見題型有選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)探究題。 三、典例精講： 1.某工廠的廢水只含硫酸鎂和少量硫酸，課外活動小組以此作為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體。他們設(shè)計(jì)了兩種不同的方案，請你參加討論： (1)方案一，選用鎂粉為試劑。 ①往廢水中逐次加入鎂粉，當(dāng)觀察到 時，說明加入鎂粉的量已經(jīng)足夠。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ； ②接下來的操作方法依次是 和 ； (2)方案二，選用氫氧化鈉溶液為試劑。 ①向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當(dāng) 時，停止滴入氫氧化鈉溶液。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ； ②為了得到純凈的硫酸鎂溶液，接著應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是(請簡要寫出操作過程) ； ③……，得到硫酸鎂固體。 (3)比較兩個方案，假設(shè)實(shí)驗(yàn)中都沒有損耗，那么，最后得到的硫酸鎂固體的質(zhì)量是否相同? ，原因是 。 (4)請你繼續(xù)探究，設(shè)計(jì)新的方案(使用的試劑必須是與鎂粉和氫氧化鈉屬不同類別)：你選用的一種試劑是(寫化學(xué)式) ；該試劑發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 2、如圖是實(shí)驗(yàn)室制取氧氣常用的裝置，根據(jù)裝置圖回答下列問題： （1）寫出圖中標(biāo)號儀器的名稱a　　b　??； （2）實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣，氣體發(fā)生裝置應(yīng)選　?。ㄌ钭帜笜?biāo)號，下同） （3）寫出實(shí)驗(yàn)室用過氧化氫和二氧化錳制氧氣的化學(xué)方程式　　，該反應(yīng)的基本類型　　． （4）實(shí)驗(yàn)室用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取CO2，氣體收集裝置選　　：若要值得干燥的CO2，還應(yīng)將氣體通過　　裝置． 3、下列為實(shí)驗(yàn)室常用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，請回答下列問題： （1）若實(shí)驗(yàn)室需制取干燥的CO2氣體,你選擇的干燥裝置是（寫裝置編號，下同），收集裝置是； （2）若實(shí)驗(yàn)室制取的X氣體只適用B裝置進(jìn)行收集，請推測X氣體一條可能的性質(zhì)：； （3）D裝置在裝藥品之前需檢查氣密性。在不與其他裝置連接時，請說明其檢驗(yàn)方法及氣密性良好的標(biāo)志； 4、請完成以下探究過程： 問題：如何鑒定孔雀石[Cu2(OH)2 CO3]加熱分解的產(chǎn)物? 假設(shè)：假設(shè)孔雀石加熱分解的產(chǎn)物是H2O、CO2和CuO。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)①：按右圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明分解產(chǎn)物中有H2O和CO2 。 該裝置的連接順序是：a接 ， 接 ；按此順序連接的理由是： 。 實(shí)驗(yàn)②：請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明孔雀石完全分解后，試管中剩余的黑色固體是CuO(用圖示或文字說明均可)： 。 現(xiàn)象和結(jié)論：實(shí)驗(yàn)①中：U形管中的無水硫酸銅變成藍(lán)色，證明產(chǎn)物中有 ；證明產(chǎn)物中有CO2的現(xiàn)象是 。實(shí)驗(yàn)②中(你設(shè)計(jì)的)：因?yàn)橛? 現(xiàn)象，所以黑色固體中有銅元素；因?yàn)橛? 現(xiàn)象，所以黑色固體中有氧元素；由此可得到結(jié)論：產(chǎn)物中有CuO。 5.某?；瘜W(xué)課外興趣小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)課上展示了一套如右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置（假設(shè)每步化學(xué)反應(yīng)都完全，氧化鐵樣品中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)）。 查閱資料：草酸在濃硫酸存在時加熱發(fā)生如下反應(yīng)： H2C2O4 CO↑+CO2+H2O 通過討論，同學(xué)們對這套裝置有了多種認(rèn)識。 （1）第一小組同學(xué)說：從實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)操作程序看,首先要檢查裝置的氣密性,實(shí)驗(yàn)開始先加熱___（填A(yù)或D）處，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，應(yīng)_____（填先或后）停止D處的加熱；從環(huán)保的角度講，在E裝置后還應(yīng)對尾氣進(jìn)行處理，其方法是： 。 （2）第二小組的同學(xué)說：用該實(shí)驗(yàn)裝置可以檢驗(yàn)一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的產(chǎn)物，其中B裝置的作用_______ ；E裝置的作用___ ； 一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ___________________ _ _。 （3）第三小組的同學(xué)說：利用這套裝置還可以測定氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。他們的測定方法是：稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量10.0 g，樣品與玻璃管的總質(zhì)量為60.0 g,完全反應(yīng)并冷卻后再稱量玻璃管與剩余固體的總質(zhì)量為57.6 g。計(jì)算實(shí)驗(yàn)測得氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 。 （4）第四小組同學(xué)說：利用這套裝置還有另外測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法：先稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量,再分別稱量E裝置在反應(yīng)前后的總質(zhì)量，即可計(jì)算求得樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但按此方法實(shí)際實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是 。 參考答案 典例精講： 1.【解析】此題較為綜合，即考查了基本的化學(xué)反應(yīng)，又考查了實(shí)驗(yàn)操作，還考查了新的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。此題能體現(xiàn)同學(xué)們綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，為同學(xué)們今后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案奠定基礎(chǔ)。請同學(xué)們對從硫酸鎂和少量硫酸的混合溶液中回收純凈的硫酸鎂固體的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論，需要同學(xué)們熟悉有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。 [答案](1)①鎂粉有剩余，溶液中不再有氣泡產(chǎn)生 Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑②過濾，蒸發(fā) (2)①不再生成沉淀 H2SO4+2NaOH==Na2SO4+2H2O MgSO4+2NaOH==Mg(OH)2↓+Na2SO4②過濾，取出沉淀，加入稀硫酸，至沉淀恰好完全溶解 (3)不同，方案一中加入鎂粉，增加了硫酸鎂的質(zhì)量 (4)MgO，Mg0+H2SO4==MgSO4+H2O(還可能有其它合理答案)。 2、【解析】a是試管，常用作反應(yīng)容器；b是分液漏斗，通過分液漏斗可以向反應(yīng)容器中注入液體藥品．故填：試管；分液漏斗． （2）實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣時需要加熱，氣體發(fā)生裝置應(yīng)選A裝置．故填：A． （3）實(shí)驗(yàn)室用過氧化氫和二氧化錳制氧氣的化學(xué)方程式為：2H2O22H2O+O2↑，反應(yīng)物是一種，生成物是兩種，屬于分解反應(yīng)． 【答案】2H2O22H2O+O2↑；分解反應(yīng)． （4）二氧化碳能夠溶于水，不能用排水法收集，密度比空氣大，可以用向上排空氣法收集，即用D裝置收集；若要制取干燥的CO2，還應(yīng)將氣體通過F裝置．故填：D；F． 3、【解析】此題是一道綜合的實(shí)驗(yàn)探究題。若實(shí)驗(yàn)室需制取干燥的CO2氣體,選擇的干燥裝置是A，不能用F，因?yàn)閴A石灰會和二氧化碳反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)室制取的X氣體只適用B裝置進(jìn)行收集，則該氣體密度比空氣小或能溶于水；D裝置在裝藥品之前需檢查氣密性。在不與其他裝置連接時，其檢驗(yàn)方法及氣密性良好的標(biāo)志用彈簧夾（或止水夾）夾緊膠皮管，從長頸漏斗中加水至使長頸中形成一段水柱，若在一段時間內(nèi)水柱液面不下降，則該裝置的氣密性良好。 【答案】（1）A E (2)密度比空氣小或能溶于水 （3） 用彈簧夾（或止水夾）夾緊膠皮管，從長頸漏斗中加水至使長頸中形成一段水柱，若在一段時間內(nèi)水柱液面不下降，則該裝置的氣密性良好。 4、[分析]熟悉各套裝置的功能、知道混合氣體中各種成分檢驗(yàn)的方法及實(shí)驗(yàn)的先后順序、靈活運(yùn)用有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)是解答此類問題所必須具備的基礎(chǔ)或能力。要對混合氣體中的各種成分進(jìn)行檢驗(yàn)須遵循“先驗(yàn)水，后驗(yàn)其它”的原則，其中檢驗(yàn)水用無水硫酸銅，檢驗(yàn)二氧化碳用澄清石灰水。 [答案]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：①d e b (或e，d，b) 必須先通過無水硫酸銅檢驗(yàn)水蒸氣，否則，因澄清石灰水中水的揮發(fā)或冷凝作用而干擾原產(chǎn)物中水蒸氣的檢出；氣體通過澄清石灰水時須遵循長進(jìn)短出的原則。 ②待反應(yīng)后的試管冷卻，拔下橡皮塞，用一根長導(dǎo)管向黑色固體通氫氣，一會兒，加熱試管，當(dāng)看到黑色固體變紅，試管口有水珠時，停止加熱，冷卻，停止通入氫氣(本問題是開放的：用圖示、或其他合理解答均可) 現(xiàn)象和結(jié)論：①H2O(水) 澄清石灰水變渾濁 ②試管中黑色固體變紅色 試管口有水珠出現(xiàn) (解答要與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)②相匹配) 5.[分析]本題較好的體現(xiàn)了“理在書中，題在書外”，掌握好書本知識是解題的基礎(chǔ)；利用化學(xué)計(jì)算的某些原理對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是該題提出的能力要求；能否根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體情景對某些問題作出正確的分析體現(xiàn)了同學(xué)們思維的境界。本題（1）、（2）兩問的思維原點(diǎn)為課本中重點(diǎn)出現(xiàn)的“一氧化碳還原氧化鐵”這一重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)；解答第（3）問，須運(yùn)用“反應(yīng)前固體的質(zhì)量之差==參加反應(yīng)的氧化鐵中氧元素的質(zhì)量”；解答第（4）問需要考慮裝置E和空氣相連通這一具體的實(shí)驗(yàn)情景。 [答案]（1）A 、先 、點(diǎn)燃或用氣球收集 （2）除去CO2；檢驗(yàn)CO與Fe2O3反應(yīng)生成的二氧化碳；3CO+Fe2O32Fe+3CO2 （3）80％ （4）原裝置中空氣含有的二氧化碳被