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1、化学实验方案的设计和相关评价 考点一 探究性实验题 典题技法归纳 考向1 物质性质探究 2015 全国卷 草酸 乙二酸 存在于自然界的植物 中 其K1 5 4 10 2 K2 5 4 10 5 草酸的钠盐和钾 盐易溶于水 而其钙盐难溶于水 草酸晶体 H2C2O4 2H2O 无色 熔点为101 易溶于水 受热 脱水 升华 170 以上分解 回答下列问题 1 甲组同学按照如图所示的装置 通过实验检验草酸 晶体的分解产物 装置C中可观察到的现象是 由此可知草酸晶体分解的产物中有 装置B的 主要作用是 2 乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO 为进行 验证 选用甲组实验中的装置A B和下图所示的部分
2、 装置 可以重复选用 进行实验 乙组同学的实验装置中 依次连接的合理顺序为A B 装置H反应管中盛有的物质是 能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是 3 设计实验证明 草酸的酸性比碳酸的强 草酸为二元酸 解析 1 草酸中只有碳 氢 氧三种元素 生成的 可能产物中能用澄清石灰水检验的只能是二氧化碳 现象是有气泡产生 石灰水变浑浊 添加冷凝装置是 防止草酸进入石灰水和其反应生成沉淀 2 检验一氧化碳时应先除去二氧化碳并检验是否除净 所以先通入氢氧化钠和石灰水溶液 再除去水蒸气 通过无水氯化钙 最后通过灼热氧化铜和石灰水溶液 并检验产物 如果前面二氧化碳除净 后面有二氧化 碳生成 则证明有一氧化碳
3、3 证明草酸的酸性比碳酸强 只要验证草酸和碳酸 氢钠或碳酸钠反应生成二氧化碳即可 即向盛有少量 NaHCO3 或Na2CO3 的试管中滴加草酸溶液 有气泡产生 验证草酸是二元酸 只要证明1 mol草酸需要2 mol 氢氧化钠即可 即用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液 消耗氢氧化钠的物质的量为草酸的两倍 答案 1 有气泡产生 澄清石灰水变浑浊 CO2 冷 凝 水蒸气 草酸等 防止草酸进入装置C反应生成沉 淀 干扰二氧化碳的检验 2 F D G H D I CuO 或氧化铜 H中黑色粉末变为红色 其后的D中澄清石灰水变浑 浊 3 向盛有少量NaHCO3 或Na2CO3 的试管中滴加草酸 溶液 有气泡产
4、生 用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液 消耗氢氧化钠 的物质的量为草酸的两倍 考向2 规律探究与变量控制 2016 三明模拟 影响化学反应速率的因素很多 某 课外兴趣小组用实验的方法探究影响化学反应速率的 因素 实验一 利用Cu Fe Mg和不同浓度的硫酸 0 5 mol L 1 2 mol L 1 18 4 mol L 1 设计实 验方案 研究影响反应速率的因素 1 甲同学的实验报告如表所示 实验实验 步骤骤实验现实验现 象实验结论实验结论 取三份等体积积的2 mol L 1 硫酸于试试管中 同压压下 分别别投入大小 形状相同的Cu Fe Mg 反应产应产 生 气泡的速 率大小 Mg Fe Cu
5、 反应应物的性 质质越活泼泼 反应应速率 越大 该同学的实验目的是 要想 得出正确的实验结论 还需要控制的实验条件是 2 乙同学为了能精确地研究浓度对反应速率的影响 在相同温度下利用如图所示装置进行定量实验 完成 该实验应选用的实验药品是 应该测定的实 验数据是 实验二 已知2KMnO4 5H2C2O4 3H2SO4 K2SO4 2MnSO4 8H2O 10CO2 在开始一段时间内反应速率较小 溶液褪色不明显 但反应一段时间后 溶液突然褪色 反应速率明显增 大 3 针对上述实验现象 某同学认为该反应放热 导致 溶液的温度升高 从而使反应速率增大 从影响化学 反应速率的因素看 你认为还可能是 的
6、影 响 4 若要用实验证明你的猜想 除酸性高锰酸钾溶液 草酸溶液外 还可以在反应开始时加入 填字 母 A 硫酸钾 B 硫酸锰 C 氯化锰 D 水 解析 1 甲同学研究的是几种不同金属与同浓度的 硫酸反应的速率大小 因此可确定研究的是反应物本 身的性质对反应速率的影响 研究时必须保证外界条 件相同 现有条件是浓度相同 压强相同 没有使用 催化剂 故只要再控制温度相同即可 2 乙同学可以 选择两种不同浓度的酸与金属反应 Cu与硫酸不反 应 Mg与硫酸反应太快 故选择Fe 而常温下Fe遇 18 4 mol L 1的硫酸时会发生钝化 故只能选择 0 5 mol L 1和2 mol L 1的硫酸 该反应
7、产生的是氢 气 反应速率又与时间有关 故需要测定的数据是产 生相同体积氢气所需的时间或相同时间内产生氢气的 体积 3 随着反应进行 反应物的浓度越来越小 反 应在敞口容器中进行 故可排除压强的影响 因此可 猜想是由于催化剂的影响 此催化剂只能来源于生成 物 故为Mn2 4 C中Cl 易与KMnO4发生氧化还原反应 故只能选B 答案 1 比较反应物本身的性质对反应速率的影响 温度相同 2 Fe 0 5 mol L 1和2 mol L 1的硫酸 产生相同体积氢气所需的时间 或相同时间内产生氢气 的体积 3 Mn2 的催化作用 或催化剂 4 B 归纳总结 1 对物质性质探究的基本思路如下 2 变量探
8、究实验题的解题策略 3 探究实验题的解题策略 物质性质实验探究是中学化学实验探究的重要内容 设计实验探究时 要求原理准确 步骤简捷 现象明 显 结论易得 且不对环境造成污染 中学化学性质 实验探究的主要角度有 1 物质氧化性 还原性的判断 如探究SO2具有还原 性的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中 通过KMnO4溶 液是否褪色来说明 2 物质氧化性强弱 还原性强弱的判断 如探究Fe3 的氧化性强于I2时 可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应 通过溶液是否变蓝色来说明Fe3 的氧化性大于I2 3 同周期 同主族元素性质的递度规律一般通过设计 元素金属性 非金属性的强弱实验来完成 如通过Mg A
9、l与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg的活泼 性强于Al 4 电解质强弱的判断 如探究一元酸HA是弱酸的方法 是常温下配制NaA的溶液 测pH 若pH 7 则说明HA为 弱酸 5 物质酸性强弱的判断 如探究碳酸和硅酸的酸性强 弱 可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理 将CO2气体通入Na2SiO3溶液 看是否有白色沉淀生成来 判断 6 钢铁发生电化学腐蚀的规律探究 可以通过控制所 含的杂质是否与空气接触 所接触的电解质溶液的酸 碱度 钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设 计实验 找出规律 高考模拟精练 1 2015 北京高考 为探讨化学平衡移动原理与氧化 还原反应规律的联系 某同学
10、通过改变浓度研究 2Fe3 2I 2Fe2 I2 反应中Fe3 和Fe2 的相互转 化 实验如下 1 待实验 溶液颜色不再改变时 再进行实验 目 的是使实验 的反应达到 2 是 的对比实验 目的是排除 中 造成 的影响 3 和 的颜色变化表明平衡逆向移动 Fe2 向Fe3 转化 用化学平衡移动原理解释原因 4 根据氧化还原反应的规律 该 同学推测 中Fe2 向Fe3 转化的原 因 外加Ag 使c I 降低 导致 I 的还原性弱于Fe2 用如图装置 a b均为石墨电极 进行实验验证 K闭合时 指针向右偏转 b作 极 当指针归零 反应达到平衡 后 向U形管左管中滴加 0 01 mol L 1AgN
11、O3溶液 产生的现象证实了其推测 该现象是 5 按照 4 的原理 该同学用上图装置进行实验 证 实了 中Fe2 向Fe3 转化的原因 转化原因是 与 4 实验对比 不同的操作是 6 实验 中 还原性 I Fe2 而实验 中 还原性 Fe2 I 将 3 和 4 5 作对比 得出的结论是 解析 1 待实验 溶液颜色不再改变时 再进行实 验 目的是使实验 的反应达到化学平衡状态 2 实验 加入了水 是实验 的对比实验 因此目的 是排除因加入FeSO4溶液而将溶液稀释引起溶液颜色的 变化 3 中加入AgNO3 Ag 与I 生成AgI黄色沉淀 I 浓度 降低 2Fe3 2I 2Fe2 I2平衡逆向移动
12、溶液褪 色 中加入FeSO4 Fe2 浓度增大 平衡逆向移动 溶液颜色变浅 4 K闭合时 指针向右偏转 表明b极为正极 Fe3 得电子 当指针归零 反应达到平衡 后 向U形管左 管滴加0 01 mol L 1AgNO3溶液 产生黄色沉淀 I 浓 度减小 2Fe3 2I 2Fe2 I2平衡左移 指针向左 偏转 5 Fe2 向Fe3 转化的原因是Fe2 浓度增大 还原性增 强 与 4 实验对比 不同的操作是当指针归零后 向U 形管右管中滴加1 mol L 1FeSO4溶液 6 将 3 和 4 5 作对比 得出的结论是在其他条 件不变时 物质的氧化性和还原性与浓度有关 浓度 的改变可影响物质的氧化性
13、和还原性 导致平衡移动 答案 1 化学平衡状态 2 溶液稀释对颜色变化 3 中加入Ag 发生反应 Ag I AgI c I 降低 中加入FeSO4 c Fe2 增大 平衡均逆向移动 4 正 左管产生黄色沉淀 指针向左偏转 5 Fe2 浓度增大 还原性增强 使Fe2 还原性强于I 向U形管右管中滴加1 mol L 1FeSO4溶液 6 该反应为可逆氧化还原反应 在平衡时 通过改变 物质的浓度 可以改变物质的氧化性和还原性 并影 响平衡移动方向 2 2016 深圳模拟 某校化学研究性学习小组的同学在 学习了氨气的性质后讨论 既然氨气具有还原性 能否 像H2那样还原CuO呢 他们设计实验制取氨气并探
14、究上 述问题 请你参与该小组的活动并完成下列实验 制取氨气 1 实验室常用加热氯化铵固体和氢氧化钙固体混合物 的方法来制取氨气 写出实验室制取氨气的化学方程式 2 实验室还可用向 填一种试剂 中滴加浓氨 水的方法快速制取少量氨气 3 有同学模仿排饱和食盐水收集氯气的方法 想用排 饱和氯化铵溶液的方法收集氨气 你认为能否达到目 的 填 能 或 否 理由是 实验探究 该小组中某同学设计了下图所示的实验装置 夹持及尾 气处理装置未画出 探究氨气的还原性 生成Cu和无污 染的物质 1 写出氨气与CuO反应的化学方程式 2 为达到上述实验目的 预期的实验现象 3 该装置在设计上有一定的缺陷 为确保实验结
15、果的 准确性 对该装置的改进措施是 解析 1 实验室制备氨气的用品是氯化铵和消 石灰 2 浓氨水滴加到一种吸水放热的固体中便可以 制备氨气 3 氨气的特殊性为它极易溶于水 所以即 使溶液中有氯化铵也不能抑制它溶于水 1 根据 氨气和氧化铜的元素组成和生成无污染的物质 只能 是氮气和水 即可写出方程式 3 本实验无水硫酸铜 的作用是检验反应生成的水 所以必须排除反应物中 的水 答案 1 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 2 NaOH固体 或生石灰或碱石灰等 3 否 氨气极易溶于水 氯化铵对氨气在水中的溶解 度影响不大 1 3CuO 2NH3 3Cu N2 3H2O 2
16、 黑色氧化铜变红 无水硫酸铜变蓝 3 在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管 加固训练 1 2016 郑州模拟 某实验小组欲探 究碳与浓硝酸反应的情况 甲同学设计了图1装置 认 为若有红棕色气体产生就说明碳与浓硝酸发生了反应 1 乙同学认为甲同学的结论是错误的 他的理由是 用化学方程式表示 所以他认为应该 检验 填化学式 的产生来证明碳与浓硝酸发生 了反应 为此乙同学查阅相关资料得知 0 时四氧化二 氮为液体 从而改进了实验装置如图2所示 2 为了减少干扰 对于A装置有下面4种操作方案 其 中最合理的是 填写数字序号 将木炭与浓硝酸一同放在装置中加热 先加热浓硝酸 然后将木炭投入其中 先加热木炭 再加入冷浓硝酸 先加热木炭 再将木炭投入冷浓硝酸中 3 请用平衡移动原理解释B装置的作用 4 C装置中出现的现象是 经检 测C的溶液中还含有少量氮元素 只以 形式存在 写出生成该离子的化学方程式 解析 1 该反应是在加热的条件下进行的 而加热 时浓硝酸也能分解产生红棕色的NO2气体 要验证碳与 浓硝酸反应的进行 需要检验氧化产物CO2 2 为防 止浓硝酸分解应该是先加热木炭 再将木炭投入冷浓
