5类典型化学实验创新设计

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1、5类典型化学实验创新设计一、实验原理+ 仪器连接+ 实验推理母题 1 甲、乙两位同学各称取质量为m的碳酸钠和过氧化钠的混合物样品，并用下图所示仪器测定样品的组分。请回答下列问题：(1) 甲 同 学 想 通 过 实 验 测 得 的 数 据 是 氧 气 的 体 积 ， 则 仪 器 的 连 接 顺 序 为（按实验先后流程用等表示）。甲同学读取实验数据时的两个注意事项，分别是冷却至室温、和平视且与液面最凹面相切。(2) 乙同学想通过仪器的连接顺序实验测得的数据是。按他测得的数据计算出的实验结果偏高，理由是。(3) 为了测得准确的实验数据，请你将乙同学的实验装置进行改进(每种仪器只准使用一次) ，写出各

2、仪器接口的连接顺序。(4) 按(3) 设计的实验装置进行实验，若测得实验前后装置的质量分别是w1和 w2，则样品中碳酸钠的质量分数为。(5) 在（ 3）的改进装置由于受到仪器的局限, 是否有不足 (填“有”或“没有”) 若有, 请你说出不足的理由 (若没有 , 此空不必回答 ). 【解析】 本题涉及定量测气体体积与气体质量的区别。（1）若通过实验测得氧气的体积，则应采用排液量气装置，因为反应生成的是氧气和二氧化碳的混合气体，先除杂，再量气。（2）若通过实验测得二氧化碳的质量，则必须保证反应产生的二氧化碳全部被碱石灰吸收，但如果只连接，则反应产生的水蒸气以及空气中的水蒸气、二氧化碳也可能被碱石灰

3、吸收，使结果偏大， 如果改进应该在前后分别加上干燥装置即可，另外实验中还缺少鼓气装置，最后体系中残留的气体不能被碱石灰吸收。（3） 利用生成 CO2求解 Na2CO3质量分数， 即。【答案】 （1）；调节液面高度相同（2）二氧化碳的质量；气体中的水蒸气被碱石灰吸收，同时空气中的二氧化碳和水蒸气也被碱石灰吸收。（3）AH G BCF E或 A FEBCHG（B、C可交换）（4）（不化简也给分）(5) 有装置中二氧化碳不能全部被碱石灰吸收【思想感悟】中学化学中的仪器连接顺序题目, 是考查学生关于物质制备原理、实验操作技能、气体净化方法和试剂的使用、实验设计等问题的综合处理能力的题目。它的知识容量较

4、大, 要求学生有扎实的基础理论知识和基本实验技能, 并有较高的综合分析问题的能力,学生常感困难 ,今以部分习题为例进行思路分析, 以找出解答该类题目的一般方法。实验部分常常涉及的考点一般有以下8 个方面：仪器的排列组合。根据实验的原理选择仪器和试剂，根据实验的目的决定仪器的排列组装顺序， 一般遵循气体制取除杂（若干装置） 干燥主体实验实验产品的保护与尾气处理。接口的连接。 一般应遵循装置的排列顺序。对于吸收装置，若为洗气瓶则应“长”进（利于杂质的充分吸收）“短”出（利于气体导出），若为盛有碱石灰的干燥管吸收水分和CO2，则应“大”进（同样利用CO2和水蒸气的充分吸收）“小”出（利于余气的导出）

5、，若为排水量气时应“短”进“长”出，排出水的体积即为生成气体的体积。气密性检查。凡有制气装置都存在气密性检查问题。关键是何时进行气密性检查?如何进行气密性检查 ?显然应在仪器连接完之后，添加药品之前进行气密性检查。气密性检查的方法虽多种多样， 但总的原则是堵死一头，另一头通过导管插入水中，再微热（用掌心或酒精灯）容积较大的玻璃容器，若水中有气泡逸出，停止加热后导管中有一段水柱上升则表示气密性良好，否则须重新组装与调试。防倒吸。事故处理。实验方案的评价。对实验方案的评价应遵循以下原则：a. 能否达到目的； b. 所用原料是否常见易得、廉价；c. 原料的利用率高低；d. 过程是否简捷优化；e. 有

6、无对环境污染；f. 实验的误差大小有无创意等等。实验设计。 实验设计属于一种较高层次的能力考查，它分为实验原理设计和实验操作程序设计。最优方案的设计应遵循上述实验方案评价的六原则。实验结果的分析。一般从以下四方面考虑：a. 方案是否合理，这是决定实验成败的关键；b. 操作不当引起的误差；c. 反应条件不足可导致反应不能发生或反应速率过慢引起实验误差； d. 所用试剂不纯，杂质甚至参与反应均可导致实验误差等等。【变式 1】实验室有一瓶Na2SO3固体，可能含有NaCl、Na2SO4、BaCl2、K2CO3、K2SO4中的一种或几种杂质，通过下列实验确定该样品的成分及Na2SO3的质量分数。取少量

7、样品于试管中，加水振荡，未见沉淀生成；透过蓝色钴玻璃观察，焰色反应无紫色；用下图所示仪器进行合理组装，测定产生气体的体积(SO 2在硫酸中的溶解忽略不计) 请回答下列问题：按气流从左到右方向，正确的连接顺序为：A接_，_接_， _接 B。利用所组装置，由分液漏斗向圆底烧瓶中滴加10 mL 水，将排入量筒中_mL液体。液体 X是_，其作用是 _。Y的作用是防止产生的气体溶于水，下列所给试剂符合要求的是_。A苯B 四氯化碳 C酒精 D 汽油若称取样品3.00 g，加入 10.0 mol/L 的硫酸至过量 ( 共 5 mL)，产生无色气体，排入量筒中液体的体积为229 mL( 标准状况 ) 。对获得

8、准确的气体体积无益的操作有_( 填序号 ) 检查装置的气密性；连通乙、丁的导管要预先注满水；读数时视线与量筒内凹液面最低点相平；恢复到室温后再上下调整量筒位置，使乙、丁两液面相平；在甲装置胶塞上再连接一个导管，通入N2将系统中SO2全部排出。向逸出气体后的溶液中加入稍过量的BaCl2溶液，过滤、洗涤、干燥， 得到白色沉淀13.98g 。根据实验所得现象及数据，可知：样品中Na2SO3的质量分数是_，含有的杂质是_。【解析 】本实验的原理为通过测量样品生成的SO2体积来测量样品中Na2SO3的含量，因从甲中出来的气体含有水蒸气，故应先干燥，(1) 连接顺序为ADCFE ；(2) 由漏斗流下的液体

9、会将装置内等体积的气体排入到量筒中；(3)X 是浓硫酸，用于干燥SO2；(4) 因 Y不溶于水且密度小于水，故为AD；(5) 连通乙、丁的导管在实验后会充有一部分水，这部分水被气体从丁中压出但又没有进入乙中而导致所测气体体积小于实际生成的气体体积，所以是必要操作的；操作不必要是因为开始容器内充满了空气，后来系统中没有进入丁中的N2正好替代己进入丁中的空气；(6) 由性质实验知样品中没有BaCl2、K2SO4、K2CO3，可能含有Na2SO4、NaCl，3g 样品生成的SO2为 224mL，0.01mol ，故 3g 样品中含有1.26g Na2SO3，其质量分数为42% ；白色沉淀为BaSO4

10、，物质的量是0.06mol ，其中由所加硫酸生成的为0.05mol ，另有 0.01mol来源于原样品中的Na2SO4，质量为1.42g ， 1.42g+1.24gH2CO3 C6H5OH（其他答案合理也给分）【思维拓展】 注意实验操作的科学规范，正确分析和处理实验数据，把动手操作与动脑思考结合起来， 把化学实验原理与实验设计、安全操作结合起来，从本质上掌握化学实验的规律性。既要掌握一种装置的多种用途，又要掌握一种仪器的多种用法；既要掌握一种实验装置制备多种气体， 又要掌握多种不同实验装置制备同一种气体，形成设计实验能力。这样，才能从给出的仪器和药品中，按照试题要求， 设计出最佳实验方案；才能

11、对给出的不同实验装置或实验方案，进行识别、分析和评价，发展创造性思维，完善和改进实验方案。三、教材演示实验的探究与创新应用母题 3 “套管实验”具有装置简洁便利等有优点，有同学增加如图所示的实验探究甲与乙的热稳定性及其相互转化。按要求回答有关问题：图 2(1) 欲利用图2 比较甲和乙的热稳定性，并检验分解产物。最好应在大试管底部加入甲物质_（填化学式），加热大试管, 开始时试管 A、C 、D 都有气泡但没发现其他现象，过一段时间后发现C 处试管石灰水变浑浊而D 处试管石灰没有出现浑浊, 你可以结论是 ,相应的化学方程式为。(2) 对加热大试管一段时间后发现滴有酚酞的饱和碳酸钠溶液试管A 与 B

12、 相比红色变浅但不消失 ,同时也有出现浑浊但始终不消失, 原因 ,相应的化学方程式为； 发现滴有澄清石灰水试管C实验现象先变浑浊、再变澄清, 原因。(3) 现请你设计一个简单的实验以证明鉴别甲、乙、氯化钠固体（只要列出实验所用的试剂及观察到的现象）试剂及现象：。【解析 】由于该实验能够直观反映出碳酸钠与碳酸氢钠的相互转化，可以为今后解决类似的除杂问题打基础。 该实验的意图一是在同等条件下固体碳酸钠不分解而碳酸氢钠分解，二是检验产生的碳酸氢钠分解产生的气体为二氧化碳气体（使澄清石灰水先变浑浊、再变澄清，隐含有碳酸盐转化为碳酸氢盐），三是用实验验证碳酸钠溶液中通入二氧化碳后会部分转化为碳酸氢钠，

13、使饱和碳酸钠溶液的碱性减弱（实验现象为滴有酚酞的饱和碳酸钠溶液红色变浅但不消失） 。【答案 】 （1) Na2CO3同等条件下固体碳酸钠不分解而碳酸氢钠分解2NaHCO3Na2CO3CO2 H2O (2) 碳酸钠溶液中通入二氧化碳后会部分转化为碳酸氢钠，使饱和碳酸钠溶液的碱性减弱Na2CO3CO2 H2O=2NaHCO3有碳酸盐转化为碳酸氢盐(3) 方案1：取三种固体少许，分别滴加稀盐酸，无气体产生者为氯化钠，有气体产生且速度快者为 NaHCO3，另一种为Na2CO3。方案 2：取三种物质少许配成溶液，分别滴加氯化钡溶液，有沉淀者为Na2CO3。在剩下的两种溶液中分别滴加稀盐酸，有气体者为Na

14、HCO3。【思想感悟】 教材设计了比较碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，并检验分解产物。在元素化合物知识的教学过程中，应有意识地培养学生探究物质性质的一般程序（观察物质的外观了解物质的部分物理性质根据物质的类别预测物质可能的化学性质设计并实施实验验证预测分析实验现象得出结论）和方法。设计三个环环相扣、层层递进的问题：提出问题- 提出猜想 - 设计实验 - 实验 - 收集证据 - 结论：（1）有碳酸钠与碳酸氢钠的用途知道甲和乙是什么物质。（2）加热碳酸钠与碳酸氢钠的验证物质的稳定性，设计实验验证。（3）请设计出最优的实验方案判断一包固体是碳酸钠还是碳酸氢钠（要求：操作简便，现象明显）。【变式1】某化学

15、课外活动小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，并从“ 乙醇催化氧化实验” 得到一些认识有关催化剂的催化机理等问题。（1）甲同学其实验操作为：预先使棉花团浸透乙醇，并照图5-39 装置好实验装置；在铜丝的中间部分加热，片刻后开始有节奏( 间歇性 ) 地鼓入空气，即可观察到明显的实验现象。请回答以下问题：被加热的铜丝处发生的反应的化学方程式为_。从 A管中可观察到实验现象。从中可认识到在该实验过程中催化剂起催化作用时参加了化学反应，还可认识到催化剂起催化作用时需要一定的_ _。（2）乙同学研究乙醇氧化的实验并验证其产物，组合一套实验装置（图中的夹持仪器均未画出， “”表示酒精灯热源） ，仪器中盛放的试剂为：a无水乙醇（沸点：78 ） ；b铜丝； c无水硫酸铜；d新制氢氧化铜悬浊液。若要保证此实验有较高的效率，还需补充的仪器有_。理由 _ 。实验中能验证乙醇氧化产物的实验现象是_ 。装置中，若撤去高锰酸钾加热部分并用夹