第40講

實驗設計與評價一、實驗方案設計的類型(1)根據(jù)實驗在化學教學認識過程中的作用來劃分（2）根據(jù)化學實驗內(nèi)容劃分二、實驗方案設計的內(nèi)容

實驗名稱→實驗目的→實驗原理→實驗用品(儀器、藥品及規(guī)格)→實驗步驟(包括實驗儀器裝配和操作)→實驗現(xiàn)象記錄及結果處理→問題討論考點一化學實驗組合與設計

例1N2在化工生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、航天航空等諸多領域用途廣泛。某化學興趣小組同學為探究在實驗室制備較為純凈N2，進行了認真的準備。請你參與交流與討論。[查閱資料]N2的制法有下列三種方案：方案1：加熱條件下，以NH3還原CuO可制得N2，同時獲得活性銅粉。方案2：加熱NaNO2和NH4Cl的濃溶液制得N2。方案3：將空氣緩緩通過灼熱的銅粉獲得較純的N2。[實驗準備]以實驗室常見儀器(藥品)等設計的部分裝置如下圖(有的夾持和加熱儀器未畫出)。

[分析交流](1)若按方案1制得干燥、純凈的N2，且需要的NH3以生石灰和濃氨水作原料，整套制氣裝置按氣流從左到右的順序連接的順序是(填寫序號，下同)________________。獲得N2的反應原理是____________________________________________。(2)若以排水法收集N2，其中會混入水蒸氣。但也不宜用排空氣法，其原因是____________________________________________________。你提出的收集方法是__________________。E→D→B→C2NH3+3CuO===3Cu+N2↑+3H2O△N2的相對分子質(zhì)量28與空氣的平均相對分子質(zhì)量相近以塑料袋直接收集

(3)若以方案(2)制得N2，應選擇的發(fā)生裝置是____。為保證實驗順利進行，操作時應__________________________________________________________________________________(請至少填寫兩點)。(4)上述三個方案中，制得的N2純度最差的是__________。在N2純度要求不甚嚴格的情況下，有人建議將方案1和方案3結合使用，你認為其優(yōu)越性在于_________________________________。

A將分液漏斗上部活塞凹槽與口部小孔相對；檢查裝置的氣密性；向燒瓶內(nèi)加少許碎瓷片方案3

CuO和Cu可循環(huán)反復利用，節(jié)省藥品

【解析】本題考查了運用不同的方案進行實驗設計的分析與評價。(1)按方案(1)用生石灰和濃氨水反應制氨氣選用裝置E。制得氨氣用裝置D干燥，在B中和CuO反應，過量的NH3用濃硫酸吸收同時干燥。(2)N2的相對分子質(zhì)量與空氣的平均相對分子質(zhì)量相近，不宜用排空氣法，可以用塑料袋收集。(3)方案(2)是液液加熱型，選用裝置A。使用注意點有檢查氣密性、防止瀑沸加入碎瓷片等。(4)方案(3)中制得N2中含有O2及水蒸氣等雜質(zhì)，純度最差。對比方案(1)、(3)的相似之處中用到了銅及氧化銅，兩者可循環(huán)使用。

【方法技巧點撥】實驗評價要求學生能夠根據(jù)實驗原理，并結合元素化合物等知識進行綜合分析和比較，從定性和定量兩個方面評價實驗方案。在實驗方案的評價中主要是從這樣幾個方面進行的：①科學性：實驗的科學性主要體現(xiàn)在如試劑的選用是否合理、實驗中的操作順序是否合理或正確、定量實驗中的實驗誤差以及原料的利用率等。②實驗方案的可行性：可行性是指通過該實驗是不是能實現(xiàn)既定的實驗目的。③實驗設計的安全性評價：實驗安全是實驗中的一個極為重要的環(huán)節(jié)，也是實驗評價的重點。如可燃氣體的點燃時要注意驗純、有毒氣體的吸收、特殊藥品的存放等?？键c二對物質(zhì)性質(zhì)的評價與探究

例2某學校研究性學習小組設計實驗探究鋁等金屬的性質(zhì)：將一小片久置鋁片投入濃氯化銅溶液中，鋁表面很快出現(xiàn)一層海綿狀暗紅色物質(zhì)，接下來鋁片上產(chǎn)生大量氣泡，觸摸容器知溶液溫度迅速上升，收集氣體，檢驗其具有可燃性。若用同樣的鋁片投入同濃度的硫酸銅溶液中，在短時間內(nèi)鋁片無明顯變化。

A．鋁與Cl-反應，鋁與不反應B．氯化銅溶液酸性比同濃度的硫酸銅溶液酸性強C．硫酸銅水解生成硫酸使鋁鈍化D．氯離子能破壞氧化鋁表面薄膜，而硫酸根離子不能E．生成氯化鋁溶于水，而生成硫酸鋁不溶于水(2)鋁片表面出現(xiàn)的暗紅色物質(zhì)是________。(1)鋁與氯化銅溶液能迅速反應，而與同濃度的硫酸銅溶液在短時間內(nèi)不反應的原因可能是________。(填序號)D

Cu

(3)放出的氣體是________，請從有關物質(zhì)的濃度、能量、是否有電化學作用等分析開始階段產(chǎn)生氣體的速率不斷加快的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。H2

①隨著反應進行生成鋁離子濃度增大，水解程度增大，產(chǎn)生H+的濃度增大；②該反應放熱，升高溫度反應加快；③銅與鋁構成原電池，加快鋁溶解

(4)某同學通過一定的實驗操作，也能使鋁片與硫酸銅溶液反應加快，他采取的措施可能是________。A．用砂紙擦去鋁片表面的氧化膜后投入硫酸銅溶液中B．把鋁片投入熱氫氧化鈉溶液中一段時間后，取出洗滌，再投入硫酸銅溶液中C．向硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液，再投入鋁片D．在鋁片上捆上幾枚銅釘后投入同濃度的硫酸銅溶液中A、B

(5)除去氧化鋁的鋁片與鎂片為電極，在X電解質(zhì)溶液中構成原電池，列表如下：其中正確的是________(填序號)，由此推知，金屬作電極不僅與本身性質(zhì)相關，而且與____________有關。A電解質(zhì)性質(zhì)

【解析】(1)同濃度的氯化銅溶液和硫酸銅溶液，陽離子相同，陰離子不同，前者能與鋁反應而后者不能，說明是陰離子的影響。在硫酸銅溶液與鋁片反應的試管里加入少量氯化銅溶液，若反應加快了，說明上述推斷正確。(2)由暗紅色可判斷是銅單質(zhì)。(3)產(chǎn)生大量氣泡，溫度迅速上升，氣體具有可燃性，可知鋁與H+反應生成H2。(4)由(1)中選項D可知，使鋁能與銅反應的關鍵是除去氧化膜。(5)在堿性溶液中，鋁的活動性強于鎂，鋁作負極。在酸性溶液中，鎂的活動性強于鋁，鎂作負極。由于鋁與濃硝酸鈍化，在濃硝酸中，鎂作負極。

【方法技巧點撥】探究型實驗題的一般解題思路為：先通過對比找出實驗的不同之處(操作、現(xiàn)象等)，再揭示實驗現(xiàn)象不同的本質(zhì)，然后從本質(zhì)上設計相應的實驗來驗證。還有一些題目將基本的理論、原理置于實驗探究活動之中，只要熟練掌握基礎知識，理解其原理，此類題目就會迎刃而解。考點三對物質(zhì)制備的評價與探究

【例3】印刷電路的廢腐蝕液含有大量CuCl2、FeCl2和FeCl3，任意排放將導致環(huán)境污染及資源的浪費?？蓮脑搹U液中回收銅，并將鐵的化合物全部轉(zhuǎn)化為FeCl3溶液，作為腐蝕液原料循環(huán)使用。測得某廢腐蝕液中含CuCl21.5mol/L，含F(xiàn)eCl23.0mol/L，含F(xiàn)eCl31.0mol/L，含HCl3.0mol/L。取廢腐蝕液200mL按如下流程在實驗室進行實驗：回答下列問題：(1)上述方法獲得的銅粉中含有雜質(zhì)，除雜所需試劑是_______________(填化學式)。(2)實驗室可用固體KClO3與濃HCl反應制備Cl2，此反應中Cl2既是氧化產(chǎn)物，又是還原產(chǎn)物。反應的化學方程式為___________________________________。HCl(或H2SO4)KClO3+6HCl(濃)===3Cl2↑+KCl+3H2O(3)下圖是實驗室制備Cl2并通入FeCl2溶液中獲得FeCl3溶液的部分裝置。從下圖挑選所需的儀器，完成上述裝置簡圖(添加必要的塞子、玻璃導管、膠皮管。固定裝置不用畫)，并標明容器中所裝試劑。

(4)實驗中，必須控制氯氣的速度，使導管口逸出的氣泡每秒1～2個，以便被FeCl2溶液完全吸收?？刂粕陕葰馑俣鹊牟僮魇牵篲________________。(5)按上述流程操作，需稱取Fe粉的質(zhì)量應不少于_______g(精確到0.1g)，需通入Cl2的物質(zhì)的量不少于________mol，加入燒瓶中的KClO3的質(zhì)量應不少于________g(精確到0.1g)。

【解析】(1)由題可知，制得銅中含有過量的鐵粉。(3)中注意氯氣有毒會污染大氣，要接尾氣吸收裝置。(4)分液漏斗的作用，通過控制液體的流速，控制反應的速率。(5)過量鐵粉加入腐蝕液中發(fā)生的反應為Fe+CuCl2=FeCl2+Cu；Fe+2FeCl3=3FeCl3，F(xiàn)e+2HCl=FeCl2+H2↑?？捎嬎愠鲨F的用量為0.3mol+0.1mol+0.3mol=0.7mol。含有FeCl2共1.5mol，共通入氯氣不少于0.75mol。

【答案】

(1)HCl(或H2SO4)

(2)KClO3+6HCl(濃)=3Cl2↑+KCl+3H2O(4)緩慢旋動分液漏斗的活塞，調(diào)節(jié)液體滴下的速度(5)39.2

0.75

30.6【方法技巧點撥】物質(zhì)的制備是綜合實驗題的重要命題素材。一般的物質(zhì)制備方法為：(1)常見氣體的制備。根據(jù)中學教材中按反應物的狀態(tài)和是否加熱可分三類：①固+固(有O2、NH3等)；②固(或液)+液(有Cl2、HCl、C2H4等)；③塊狀固體+液體→(有H2、CO2、H2S等)。將發(fā)生裝置拓展為燒瓶(或錐形瓶、大試管)+分液漏斗→，可以制備反應物為固(或液)+液→，不需加熱的氣體，如上述中的③，及Na2O2與H2O、MnO2與H2O2反應制O2，CaC2與H2O制C2H2，濃H2SO4與濃HCl制HCl，堿石灰與濃氨水制NH3，KMnO4與濃鹽酸制Cl2，Cu與濃HNO3制NO2等.△△(2)重要無機物的制備：Al(OH)3、Fe(OH)3膠體、NaOH、CuSO4、FeSO4、Na2CO3、HNO3、鹽酸、Fe、Cu等(3)重要有機物的制備：硝基苯、溴苯、乙酸乙酯、肥皂、酚醛樹脂等。

1.(2011·南昌一模)下列表示物質(zhì)制備的方法中正確的是(

)A．NaCl(飽和溶液)HClDC．MnO2Cl2D．C6H6硝基苯濃硫酸濃鹽酸、加熱濃硫酸、濃硝酸50~60℃【解析】本題考查的是物質(zhì)制備。因為HCl極易溶于水，所以制備HCl時，用固體氯化鈉與濃硫酸，而非氯化鈉溶液，否則不利于HCl的揮發(fā)，A錯誤；Cu與稀硫酸不反應，所以B選項錯誤；MnO2應該與濃鹽酸加熱條件制取氯氣，稀鹽酸還原性減弱不與MnO2反應，C錯；制取硝基苯，用濃硫酸作催化劑及脫水劑，D正確。

2.(2011·常州二模)下列實驗設計能夠成功的是(

)A．檢驗Na2O2試樣是否變質(zhì)為Na2CO3：向試樣中加入鹽酸，產(chǎn)生無色無味的氣體B．檢驗某鹵代烴是否是氯代烴：C．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：D．鑒定鹽A的成分是FeBr2：C

【解析】本題考查物質(zhì)的檢驗與提純。因為2Na2O2+4HCl=4NaCl+O2↑所以用鹽酸不能檢驗出過氧化鈉中的Na2CO3，A錯誤；B選項中不應該用稀硫酸酸化，因為Ag2SO4微溶對實驗有干擾，應該用硝酸酸化，B錯誤；與適量硝酸化的AgNO3溶液若產(chǎn)生淡黃色沉淀，則可以檢驗Br-，但檢驗Fe2+時，應先加入KSCN溶液，沒有變紅，排除Fe3+干擾，然后加入硝酸時，溶液變紅才可以說明原來為Fe2+，D錯誤。

3.(2011·合肥三模)市場上有一種用于預防和治療缺氧癥狀的便攜式制氧器，利用過碳酸鈉固體A(化學式為2Na2CO3·3H2O2)和灰黑色固體B(不溶于水)與水混合反應制得氧氣。某同學對A、B兩種物質(zhì)進行探究，實驗步驟及現(xiàn)象如下圖所示。下列說法錯誤的是(

)

A．在反應①中可能起催化作用B．設計③的目的是制取氧氣C．第②步分離混合物的方法是過濾D．白色沉淀D為CaCO3

【解析】分析所給信息，結合框圖，推測灰黑色固體B為MnO2，在反應①中H2O2的分解中起到催化劑作用，分離后的反應③同理，其實驗目的為檢驗MnO2的存在，驗證在化學反應中的作用。反應中生成的白色沉淀為碳酸鈣?！敬鸢浮緽

4.(2011·湖州一模)下列實驗能達到預期目的的是(

)①用乙醇和濃硫酸除去乙酸乙酯中的少量乙酸；②用飽和NaCl溶液除去Cl2中的少量HCl；③用飽和NaHCO3溶液除去CO2中的少量SO2；④用加熱的方法提取NH4Cl固體中混有的少量碘；⑤用醋和澄清石灰水驗證蛋殼中含有碳酸鹽；⑥用米湯檢驗食用加碘鹽中含碘；⑦用純堿溶液洗滌餐具；⑧用玻璃棒攪拌漏斗中的液體以加快過濾的速度；⑨加入鹽酸以除去硫酸鈉中的少量碳酸鈉雜質(zhì)

A．①④⑤⑨B．②③⑤⑦C．②③⑤⑧D．②③⑤⑥⑦【解析】①中除去乙酸乙酯中的少量乙酸用飽和的碳酸鈉溶液；④中加熱時I2易升華，氯化銨也易分解；⑥中的加碘食鹽中加入的碘酸鉀，而是不是碘單質(zhì)，所以無法用米湯中的淀粉檢驗；⑧中用漏斗過濾是不能玻璃棒攪拌；⑨中加入鹽酸雖然除去硫酸鈉中的少量碳酸鈉，但引入了氯化鈉雜質(zhì)。其余均正確?！敬鸢浮緽

5.(2011·杭州統(tǒng)測)下列裝置所示的實驗不能達到目的的是(

)A

【解析】A無具體數(shù)據(jù)，只能定性判斷催化劑加快反應速率，A錯；如果鈉與水反應放熱，可觸摸試管發(fā)熱或紅墨水兩端液面高度變化來證明，B符合；C項如果試管中的FeCl2淺綠色變?yōu)樽攸S色溶液，即可證明；NH4Cl受熱分解遇冷又冷凝成固體，D也可達到實驗目的。

6.(2011·東城一模)鐵是人體必須的微量元素，治療缺鐵性貧血的常見方法是服用補鐵藥物。“速力菲”(主要成分：琥珀酸亞鐵，呈暗黃色)是市場上一種常見的補鐵藥物。該藥品不溶于水但能溶于人體中的胃酸。試回答下列問題：(1)試劑①是______________________，加入新制氯水后，溶液中發(fā)生的離子反應方程式是__________________________________________