化學第十章 化學實驗熱點 第34講 探究物質(zhì)組成、性質(zhì)的實驗方案的設計與評價 魯科版

第34講探究物質(zhì)組成、性質(zhì)的實驗方案的設計與評價 1. 掌握常見氣體的實驗室制法掌握常見氣體的實驗室制法(包括所用試劑、反應原理、儀包括所用試劑、反應原理、儀器和收集方法器和收集方法)。 2. 根據(jù)化學實驗的目的和要求，能做到：根據(jù)化學實驗的目的和要求，能做到：(1)設計實驗方案；設計實驗方案；(2)正確選用實驗裝置；正確選用實驗裝置；(3)掌握控制實驗條掌握控制實驗條件的方法；件的方法；(4)預測或描述實驗現(xiàn)象、分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得預測或描述實驗現(xiàn)象、分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結論；出合理結論；(5)評價或改進實驗方案。評價或改進實驗方案。考點一考點二考點三微課3131考點一猜想型實驗方案的設計返回 典題講練熱點歸納返回 (2017山西重點中學協(xié)作體)某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產(chǎn)物成分進行研究。 (1)提出假設 該反應的氣體產(chǎn)物是CO2。 該反應的氣體產(chǎn)物是CO。 該反應的氣體產(chǎn)物是_。例題訓練返回例題訓練返回(3)查閱資料氮氣不與炭粉、氧化鐵發(fā)生反應。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉(NaNO2)飽和溶液混合加熱反應制得氮氣。請寫出該反應的離子方程式：_。例題訓練返回例題訓練返回例題訓練返回 避免空氣中的O2與碳反應造成對實驗的干擾。 計算時注意：反應后炭粉有剩余，氧化鐵全部反應。 根據(jù)碳元素和氧元素的質(zhì)量比可進一步求得碳元素和氧元素的物質(zhì)的量之比，從而確定氣體產(chǎn)物是CO還是CO2還是二者的混合物。 連好裝置加入藥品前，一般是檢查裝置的氣密性。 排盡裝置中的空氣，達到隔絕空氣的目的。 將殘存在反應裝置中的CO2趕入澄清石灰水中，確保實驗結果的準確性?！驹囶}詮釋】例題訓練返回【基礎知識】探究氣體組成的實驗方案的設計與評價。 由此數(shù)據(jù)可求得剩余固體質(zhì)量m(Fe)m(C)剩，進而可求得參加反應的碳元素的質(zhì)量。 此數(shù)據(jù)是CaCO3的質(zhì)量，可據(jù)此求出反應中生成的CO2的物質(zhì)的量。 本實驗中對環(huán)境造成污染的氣體是CO，需進行處理?！驹囶}詮釋】例題訓練返回【解析】(1)根據(jù)極端假設可知還有一種情況就是二者的混合物。例題訓練返回例題訓練返回(6)Ca(OH)2的溶解度很小，所以澄清石灰水中Ca(OH)2的濃度很小，一般不用作CO2的吸收劑，否則易導致吸收不完全造成實驗誤差，這是改用Ba(OH)2溶液的主要原因。本實驗中能對環(huán)境造成污染的氣體是CO，所以對方案的優(yōu)化就是增加處理CO的裝置。例題訓練返回【答案】(1)CO2、CO的混合物(3)NH4+NO N22H2O(4)并檢查裝置的氣密性步驟中是為了排盡空氣，步驟是為了趕出所有的CO2，確保完全吸收(5)2CFe2O3 2FeCOCO2(6)Ba(OH)2溶解度大，濃度大，使CO2被吸收的更完全；M(BaCO3)M(CaCO3)，稱量時相對誤差小在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置例題訓練返回 1(2017河北衡水中學調(diào)研)某同學為了探究鈉與CO2的反應，利用如圖裝置進行實驗。(已知PdCl2能被CO還原為黑色的Pd)【即時訓練】例題訓練返回(1)裝置中用稀鹽酸與CaCO3反應制備CO2，在加稀鹽酸時，發(fā)現(xiàn)CaCO3與稀鹽酸不能接觸，而稀鹽酸又不夠了，為使反應能順利進行，可向長頸漏斗中加入的試劑是_。AH2SO4溶液BCCl4 C苯 D稀硝酸(2)請將圖中各裝置按順序連接(填裝置接口字母)：c接_，_接_，_接_，_接_。(3)裝置的作用是_。BD f g吸收HCl氣體 d e a(或b) b(或a) h例題訓練返回(5)若反應過程中CO2足量，鈉與CO2充分反應后，生成的固體物質(zhì)可能有多種情況，該同學提出以下猜想： 生成的固體物質(zhì)為Na2CO3 生成的固體物質(zhì)為Na2CO3和C的混合物 生成的固體物質(zhì)為Na2CO3和Na2O的混合物 生成的固體物質(zhì)為Na2O和C的混合物(4)檢查完裝置氣密性并裝好藥品后，點燃酒精燈之前應進行的操作是打開彈簧夾，讓CO2充滿整個裝置，當觀察到_ _時再點燃酒精燈。 裝置中澄清石灰水開始變渾濁例題訓練返回假如反應過程中有下列兩種情況：.觀察到裝置PdCl2溶液中有黑色沉淀，若裝置中固體成分只有一種，且向固體中加入稀鹽酸可產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的氣體，寫出該情況下鈉與CO2反應的化學方程式：_。.裝置中鈉的質(zhì)量為0.46 g，充分反應后，將裝置中的固體加入足量的稀鹽酸中產(chǎn)生224 mL(標準狀況)CO2氣體，溶液中殘留固體的質(zhì)量為_。(6)設計實驗方案證明裝置中加入的金屬鈉部分被氧化_ _。0.06 g2Na2CO2 Na2CO3CO 準確稱取0.46 g金屬鈉樣品，并投入足量水中，測得收集到的氣體體積小于224 mL(標準狀況下測量)(或其他合理答案)例題訓練返回考點二探究“物質(zhì)組成”型實驗方案的設計返回 定量實驗定性實驗 某混合粉末由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的幾種物質(zhì)組成，為檢測其成分，取樣品進行下列實驗(部分產(chǎn)物略去)：一、定性檢測例題12返回(1)取少量溶液X，加入過量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上層清液，通入CO2，無明顯變化，說明樣品中不含的物質(zhì)是_(填化學式)。(2)Z為一種或兩種氣體：若Z只為一種氣體，試劑a為飽和NaHCO3溶液，則反應中能同時生成兩種氣體的化學方程式是_。若Z為兩種氣體的混合物，試劑a為適量水，則Z中兩種氣體的化學式是_。(3)向Y溶液中通入過量氯氣，并不斷攪拌，充分反應后，溶液中的陽離子是_(填離子符號)。AlNO、CO2Fe3、HC2H2SO4(濃) CO22SO22H2O例題12返回(4)取Y溶液，調(diào)pH約為7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈藍色并有紅褐色沉淀生成。當消耗2 mol I時，共轉(zhuǎn)移3 mol電子，該反應的離子方程式是_。(5)另取原樣品，加入足量稀硫酸充分反應。若溶液中一定不會產(chǎn)生紅色固體，則原樣品中所有可能存在的物質(zhì)組合是(各組合中的物質(zhì)用化學式表示)_。CuO、C 或CuO、C、Fe2O32Fe23H2O24I=2Fe(OH)32I2例題12返回固體成分檢測實驗方案設計的一般方法 方法一：取少量固體試樣溶于水配成溶液檢測溶液中存在的陰、陽離子得出實驗結論。方法二：取少量固體試樣在氧氣流等中反應檢測所產(chǎn)生的物質(zhì)(如氣體)得出實驗結論。方法三：取少量固體試樣加酸(或堿)溶液產(chǎn)生氣體檢測氣體產(chǎn)物的成分得出實驗結論。例題12返回二、固體物質(zhì)組成的定量測定數(shù)據(jù)測定的常用方法1沉淀法先將某種成分轉(zhuǎn)化為沉淀，然后稱量純凈、干燥的沉淀的質(zhì)量，再進行相關計算。2測氣體體積法對于產(chǎn)生氣體的反應，可以通過測定氣體體積的方法測定樣品純度。量氣裝置的設計：下列裝置中，A是常規(guī)的量氣裝置，B、C、D是改進后的量氣裝置。例題12返回3測氣體質(zhì)量法將生成的氣體通入足量的吸收劑中，通過稱量實驗前后吸收劑的質(zhì)量，求得所吸收氣體的質(zhì)量，然后進行相關計算。4滴定法利用滴定操作原理，通過酸堿中和滴定、沉淀滴定和氧化還原滴定等獲得相應數(shù)據(jù)后再進行相關計算。5熱重法只要物質(zhì)受熱時發(fā)生質(zhì)量變化，都可以用熱重法來研究物質(zhì)的組成。熱重法是在控制溫度的條件下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關系的方法。通過分析熱重曲線，我們可以知道樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解情況及生成產(chǎn)物等與質(zhì)量相聯(lián)系的信息。例題12返回 (2017全國卷，26)凱氏定氮法是測定蛋白質(zhì)中氮含量的經(jīng)典方法，其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機氮轉(zhuǎn)化成銨鹽，利用如圖所示裝置處理銨鹽，然后通過滴定測量。已知：NH3H3BO3 =NH3H3BO3；NH3H3BO3HCl=NH4ClH3BO3。例題12返回(1)a的作用是_。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_， f的名稱是_。(3)清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關閉k1，g中蒸餾水倒吸進入c，原因是_ _；打開k2放掉水。重復操作23次。避免b中壓強過大防止暴沸直形冷凝管 c中溫度下降，管路中形成負壓例題12返回則樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)為_%，樣品的純度_%。(4)儀器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示劑。銨鹽試樣由d注入e，隨后注入氫氧化鈉溶液，用蒸餾水沖洗d，關閉k3，d中保留少量水。打開k1，加熱b，使水蒸氣進入e。d中保留少量水的目的是_。e中主要反應的離子方程式為_，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是_。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)樣品m克進行測定，滴定g中吸收液時消耗濃度為c molL1的鹽酸V mL。液封，防止氨氣逸出保溫使氨完全蒸出NH4+OH NH3H2O例題12返回解析：(1)加熱水蒸氣時，若關閉k1，b中壓強增大，a可起安全管的作用，防止燒瓶內(nèi)壓強過大，造成事故。(2)碎瓷片可防止蒸餾水在加熱時暴沸；f是直形冷凝管。(3)關閉k1后形成密封體系，水蒸氣冷凝，管路內(nèi)形成負壓，導致g中水倒吸入c中。(4)d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。銨鹽與堿在加熱條件下反應生成氨氣，離子方程式為NH4+OH NH3H2O。e采用中空雙層玻璃瓶可起到保溫作用，使生成的氨氣盡可能地逸出，以減小實驗誤差。例題12返回例題12返回 堿式碳酸鋁鎂MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O常用作塑料阻燃劑。(1)堿式碳酸鋁鎂具有阻燃作用，是由于其受熱分解需吸收大量熱量和_。(2)MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O中a、b、c、d的代數(shù)關系式為_。2a3bc2d生成的產(chǎn)物具有阻燃作用例題12返回(3)為確定堿式碳酸鋁鎂的組成，進行如下實驗：準確稱取3.390 g樣品與足量稀鹽酸充分反應，生成CO2 0.560 L(已換算成標準狀況下)。另取一定量樣品在空氣中加熱，樣品的固體殘留率固體樣品的剩余質(zhì)量/固體樣品的起始質(zhì)量100%隨溫度的變化如圖所示(樣品在270 時已完全失去結晶水，600 以上殘留固體為金屬氧化物的混合物)。例題12返回根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)計算堿式碳酸鋁鎂樣品中的n(OH)n(CO32-)(寫出計算過程)。35例題12返回解析：(1)因為堿式碳酸鋁鎂分解得到Al2O3、MgO，二者的熔點都較高，都具有阻燃作用。(2)Al元素的化合價為3價，Mg元素的化合價為2價，OH整體顯示1價，CO整體顯示2價，根據(jù)化合物中化合價代數(shù)和為0可得出關系：2a3bc2d。例題12返回【解析】例題12返回考點三探究物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設計返回 典題講練熱點歸納一、驗證物質(zhì)的性質(zhì)例題12返回例題12返回已知：液化溫度：NO2(21 )、NO(152 )；NH3與灼熱的氧化銅反應得到N2和Cu；在無催化劑的條件下NOx不能與灼熱的銅反應；NO2能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{。(1)所選擇裝置的連接順序(按左右連接，填各裝置數(shù)字)為_。(2)實驗開始應先向裝置中通入_，再_。(3)為驗證NO，可在中通入_。(4)裝置的作用是_。一定量的N2 點燃酒精燈(或加熱)一定量的氧氣尾氣處理，防止污染空氣例題12返回驗證產(chǎn)物裝置代號相應裝置中的現(xiàn)象NH3NONO2H2O(5)填表： 黑色粉末變成紅色無色氣體變成紅棕色中淀粉碘化鉀試紙變藍，中紅棕色氣體變無色且瓶內(nèi)有液體無水硫酸銅變藍例題12返回解析：為加熱裝置，由題意3NH4NO3 2NH32NO2NO23H2O，為了更好地檢驗產(chǎn)物中是否含有NO，在加熱前先通入一定量的N2，排凈裝置中空氣(或O2)。加熱得到NH3、NO、NO2和H2O，利用裝置中無水硫酸銅檢驗生成的水，裝置吸收水蒸氣，裝置檢驗NO2，裝置使二氧化氮液化，二氧化氮氣體變成液態(tài)；裝置中通入一定量的氧氣，無色氣體變成紅棕色，說明含有NO氣體，裝置中NH3與CuO在加熱的條件下反應得到N2、Cu和H2O，裝置尾氣處理，防止污染空氣，裝置的連接順序為。例題12返回 (2017北京理綜，28)某小組在驗證反應“Fe2Ag=Fe22Ag”的實驗中檢測到Fe3，發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。向硝酸酸化的0.05 molL1硝酸銀溶液(pH2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。(1)檢驗產(chǎn)物取出少量黑色固體，洗滌后，_ _(填操作和現(xiàn)象)，證明黑色固體中含有Ag。取上層清液，滴加K3Fe(CN)6溶液，產(chǎn)生藍色沉淀，說明溶液中含有_。二、探究物質(zhì)的性質(zhì)Fe2加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀例題12返回(2)針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3，乙認為鐵粉過 量時不可能有Fe3，乙依據(jù)的原理是_(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下: (資料：Ag與SCN生成白色沉淀AgSCN)序號取樣時間/min現(xiàn)象 3產(chǎn)生大量白色沉淀；溶液呈紅色 30產(chǎn)生白色沉淀，較3 min時量少；溶液紅色較3 min時加深120產(chǎn)生白色沉淀，較30 min時量少；溶液紅色較30 min時變淺2Fe3Fe=3Fe2例題12返回對Fe3產(chǎn)生的原因作出如下假設：假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3；假設b：空氣中存在O2，由于_(用離子方程式表示)，可產(chǎn)生Fe3；假設c：酸性溶液中的NO3-具有氧化性，可產(chǎn)生Fe3；假設d：根據(jù) _現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag，可產(chǎn)生Fe3。下述實驗可證實假設a、b、c不是產(chǎn)生Fe3的主要原因。實驗可證實假設d成立。4Fe2O24H=4Fe32H2O加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀例題12返回實驗：裝置如圖。其中甲溶液是_，操作及現(xiàn)象是_。 取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深實驗：向硝酸酸化的_溶液(pH2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液。3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。0.05 molL1 NaNO3FeSO4溶液例題12返回(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象，結合方程式推測實驗中Fe3濃度變化的原因。 溶液中存在反應：2AgFe=Fe22Ag，AgFe2=Fe3Ag，F(xiàn)e2Fe3=3Fe2。反應開始時，c(Ag)大，以反應、為主，c(Fe3)增大。約30 min后，c(Ag)小，以反應為主，c(Fe3)減小【答案】例題12返回微課31常考實驗方案評價的角度返回 實驗室制備Al2S3，下列方案可行的是()A將AlCl3溶液與Na2S溶液混合B將H2S氣體通入Al2(SO4)3溶液中C將Al(NO3)3固體與K2S固體混合D將金屬鋁與硫黃混合加熱一、從實驗原理可行性評價解析：該題首先從原理角度辨析了Al2S3的制備，要注意可溶性的鋁鹽和硫化物溶液相遇會發(fā)生相互促進的水解反應，水解的離子方程式為2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S，同理將H2S氣體通入Al2(SO4)3溶液也無法制備Al2S3，只有將金屬鋁與硫黃混合加熱，方可制得。D題號12345返回二、從原料的用量多少評價答案：丙題號12345返回實驗方案(簡述過程)消耗H2SO4/mol消耗NaOH/mol甲：AlAl2(SO4)3Al(OH)31.53 乙：AlNaAlO2Al(OH)30.51丙AlAl2(SO4)3Al(OH)33/8 3/4AlNaAlO2解析：現(xiàn)將甲、乙、丙三個方案制取1 mol Al(OH)3消耗的硫酸和氫氧化鈉的物質(zhì)的量剖析如下：丙方案最好，產(chǎn)生等量Al(OH)3時所用原料最省。題號12345返回三、從是否符合“綠色化學”觀念評價方案反應物甲Cu和濃HNO3乙Cu和稀HNO3丙Cu、O2和稀HNO3 下表是制取硝酸銅的三種方案，能體現(xiàn)綠色化學理念的最佳方案是_，理由是_。 甲、乙兩方案都產(chǎn)生有毒的氮氧化物，丙方案硝酸利用率高丙題號12345返回解析：甲方案中Cu與濃HNO3反應生成污染環(huán)境的氣體NO2，乙方案中銅與稀HNO3反應生成有毒氣體NO，這兩種方案中硝酸的利用率低。 丙方案中Cu與O2反應生成CuO，然后用CuO與稀HNO3反應生成Cu(NO3)2，不產(chǎn)生污染環(huán)境的氣體，且硝酸利用率高，故丙方案體現(xiàn)綠色化學理念。題號12345返回四、從不同裝置的優(yōu)化組合進行評價 某化學課外小組研究乙醇氧化的實驗并驗證其產(chǎn)物，設計了甲、乙、丙三套裝置(圖中的支撐儀器均未畫出，“”表示酒精燈熱源)，每套裝置又劃分為三部分。儀器中盛放的試劑：a.無水乙醇(沸點：78 )；b.銅絲；c.無水硫酸銅；d.新制氫氧化銅懸濁液。(1)簡述三套方案各自的優(yōu)點。題號12345返回題號12345返回題號12345返回題號12345返回甲：_；乙：_；丙：_。(2)集中三套方案的優(yōu)點，組成一套比較合理完善的實驗裝置，可按氣流由左到右的順序表示為_(例如：甲，乙，丙)。解析：(1)甲的優(yōu)點在于，水浴加熱能較好地控制溫度，使氣流平穩(wěn)、反應充分。 乙的優(yōu)點在于兩干燥管考慮了溶液中水汽對產(chǎn)物H2O檢驗的干擾，丙的優(yōu)點在，無水生成，且裝置簡單。(2)將三套方案的優(yōu)點組合：取丙、甲、乙可組成一套完善的裝置。題號12345返回答案：(1)甲：中用熱水浴加熱，可形成較平穩(wěn)的乙醇氣流，使反應更充分；中的斜長導管起到冷凝回流乙醇的作用乙：與中的干燥管可防止溶液中的水與無水硫酸銅反應，避免干擾對生成物的驗證丙：中氧氣發(fā)生裝置中無水生成，且裝置簡單(2)丙，甲，乙題號12345返回五、從實驗方案的優(yōu)劣對比進行評價 某純堿樣品中含有氯化鈉，測定純堿樣品純度的方案有：方案1：稱樣品質(zhì)量，加入足量稀硫酸，用堿石灰吸收二氧化碳稱重；方案2：稱樣品質(zhì)量，溶于水，加入過量氯化鈣溶液，過濾烘干后稱量沉淀質(zhì)量；方案3：稱樣品質(zhì)量，加入過量鹽酸，充分反應，蒸干，稱固體質(zhì)量；方案4：稱樣品質(zhì)量，加入硫酸，排水法收集并測定二氧化碳體積；你認為最優(yōu)方案是_。 答案：方案3題號12345返回解析：方案1：堿石灰吸收的除CO2的質(zhì)量外，連有稀H2SO4揮發(fā)出的水蒸氣，故測得Na2CO3的純度偏高；方案2：碳酸鈣烘干時易分解，且碳酸鈣表面吸附雜質(zhì)，稱量的質(zhì)量不準確。方案3：氯化鈉穩(wěn)定，將NaCl溶液蒸干后即得NaCl固體質(zhì)量，可通過前后質(zhì)量差測定Na2CO3的純度。方案4：CO2能溶于水，且能與水發(fā)生反應，故測定CO2的體積不準確。題號12345返回返回