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1、第14讲 化学实验方案的设计与评价,1掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器，反应原理和收集方法)。 2能根据实验试题要求，做到 (1)设计、评价或改进实验方案； (2)了解控制实验条件的方法； (3)分析或处理实验数据，得出合理结论； (4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。 3以上各部分知识与技能的综合应用。,考纲要求,1(2016全国卷)下列实验操作能达到实验目的的是,真题导航,解析 向沸水中滴入饱和氯化铁溶液制备氢氧化铁胶体，A项错误；氯化镁是强酸弱碱盐，MgCl2溶液水解产生的HCl易挥发，所以由MgCl2溶液制备无水MgCl2要在HCl气流中加热蒸干，B项错误；铜与稀硝酸会反应
2、，应该用稀盐酸，C项错误；分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中，反应剧烈的是水，反应平缓的是乙醇，利用此反应比较水和乙醇中氢的活泼性，D项正确。 答案 D,2(2016江苏高考)根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤。下列图示装置和原理能达到实验目的的是,答案 C,3(2016全国卷)过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题： (一)碳酸钙的制备,(1)加入氨水的目的是_。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于_ _。 (2)右图是某学生的过滤操
3、作示意图，其操作不规范的是_(填标号)。,a漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁 b玻璃棒用作引流 c将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁 d滤纸边缘高出漏斗 e用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度,(4)步骤中反应的化学方程式为_，该反应需要在冰浴下进行，原因是_。 (5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_。 (6)制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是_，产品的缺点是_。,解析 (1)石灰石中含少量铁的氧化物，加入盐酸后生成CaCl2及铁的氯化物，加入双氧水可将Fe2氧化成Fe3，加入氨水的目的是中和剩余盐
4、酸，调节溶液的pH，使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，再通过过滤除去杂质。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于过滤分离。,(2)过滤操作中要求“一贴、二低、三靠”，图中漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁，a错误；过滤时，玻璃棒用作引流，b正确；将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁，防止存在气泡，c正确；滤纸边缘要低于漏斗边缘，液面要低于滤纸边缘，d错误；用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动，容易使滤纸破损，e错误。 (3)步骤中逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，该固体为CaCO3，溶液中含有CaCl2，由于溶解了生成的CO2，溶液呈弱酸性。将溶液煮沸，可排出溶解的CO2，防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。,(
5、4)滤液中含有CaCl2，加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应，经过滤得到白色晶体(CaO2)，结合元素守恒推知步骤中反应还生成NH4Cl和H2O，化学方程式为CaCl22NH3H2OH2O26H2O=CaO28H2O2NH4Cl或CaCl22NH3H2OH2O2=CaO22NH4Cl2H2O。H2O2不稳定，受热易分解生成H2O和O2，故该反应在冰浴条件下进行，其目的是防止H2O2受热分解。,(5)过氧化钙微溶于水，能溶于酸，白色结晶(CaO2)可依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。 (6)将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。与第一种方法相比
6、，其优点是工艺简单、操作方便；产品的缺点是纯度较低。,答案 (1)调节溶液pH，使Fe(OH)3沉淀 过滤分离 (2)ade (3)酸 除去溶液中的CO2 (4)CaCl22NH3H2OH2O26H2O= CaO28H2O2NH4Cl或CaCl22NH3H2OH2O2=CaO22NH4Cl2H2O 温度过高时双氧水易分解 (5)去除结晶表面水分 (6)工艺简单、操作方便 纯度较低,4(2016海南高考)某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0 g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：,回答下列问题： (1)在
7、下列装置中，第一次浸出必须用_，第二次浸出应选用_。(填标号),(2)第二次浸出时，向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成_。滤渣2的主要成分是_。 (3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是_。 (4)某同学在实验完成之后，得到1.5 g CuSO45H2O，则铜的回收率为_ _。,解析 (1)根据题给化学工艺流程知第一次浸出发生反应ZnOH2SO4=ZnSO4H2O、ZnSH2SO4 =ZnSO4H2S，有毒气体H2S生成，必须用氢氧化钠溶液进行尾气处理，选D装置，第二次浸出时发生反应：CuSH2O2H2SO4=CuSO4S2H2O，不产生有毒气体，可
8、选用A装置。 (2)第二次浸出时，向盛有滤渣1的反应器中加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成H2O2与固体颗粒接触分解。滤渣2的主要成分是SiO2(SiO2和S)。,(3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是蒸发皿。 (4)15.0 g废催化剂中含有铜的物质的量为15.0 g12.8%96 gmol1=0.02 mol,1.5 g CuSO45H2O中铜的物质的量为1.5 g250 gmol1=0.006 mol，则铜的回收率为0.006 mol/0.02 mol100%=30%。 答案 (1)D A (2)H2O2与固体颗粒接触分解 SiO2(SiO2和S) (3)蒸发皿 (
9、4)30%,1制备实验方案设计的思维流程,考点一 化学实验方案的设计,突破必备,2气体制备的三类发生装置,3.性质探究实验方案设计的四个要求,4方案设计安全问题“四防”,1(2016益阳模拟)实验室制备下列气体时，所用方法正确的是 A制氧气时，用Na2O2或H2O2作反应物可选择相同的气体发生装置 B制氯气时，用饱和NaHCO3溶液和浓硫酸净化气体 C制乙烯时，用排水法或向上排空气法收集气体 D制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气,典题冲关,题组一 物质制备类实验方案的设计,解析 Na2O2和水或H2O2在二氧化锰的催化下都能制取氧气，二者都是固体与液体反应，可以选用相同的气体发生装置，A
10、正确；实验室制取氯气时氯气中含有氯化氢和水分，常用饱和的食盐水和浓硫酸净化气体，B错误；乙烯的密度与空气接近，不能用排空气法收集，C错误；二氧化氮与水作用生成一氧化氮，仍能污染空气，所以不能用水吸收，D错误。 答案 A,2氯化铜、氯化亚铜是重要的化工原料，广泛地用作有机合成催化剂。 .实验室以粗铜(含杂质Fe)为原料制备铜的氯化物。现用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应(铁架台、铁夹、酒精灯已省略)。按要求回答下列问题：,(1)按气流方向连接各仪器接口顺序是：a_、_、_ _、_。 (2)写出加热时硬质试管中发生化学反应的方程式是_。 (3)反应后，盛有NaOH溶液的广
11、口瓶中溶液具有漂白、消毒作用，若用钢铁(含Fe、C)制品盛装该溶液会发生电化腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化腐蚀过程中正极反应式为_。,.将上述实验制得的固体产物按如下流程操作，试回答下列问题： (1)检验溶液2中是否含有杂质离子的试剂是_。 (2)某同学用实验制得的CuCl22H2O晶体配制0.1 molL1的CuCl2溶液，在称量出CuCl22H2O晶体后，溶解该晶体的具体操作为_。,(3)溶液1可加试剂X用于调节pH以除去杂质，X可选用下列试剂中的(填序号)_。 aNaOH bNH3H2O cCuO dCuSO4 eCu2(OH)2CO3 (4)反应
12、是向溶液2中通入一定量的SO2，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀。写出制备CuCl的离子方程式：_ _。,解析 ：(1)制得的氯气先通过饱和食盐水除去氯化氢气体，再通过浓硫酸除水，然后再通入粗铜中，最后进行尾气处理；(2)在硬质试管中铜和铁都与氯气反应；(3)根据题目信息可知，电池反应应该为铁和次氯酸钠反应，故正极反应式为ClO2eH2O=Cl2OH。：(1)固体1中加入盐酸反应后溶液中含有铁离子、铜离子和亚铁离子，加入试剂目的是把亚铁离子氧化成铁离子，调节pH使铁离子水解生成沉淀而除去，故溶液2中的杂质离子为铁离子，加入KSCN溶液,检验；(2)溶解氯化铜时要加入盐酸抑制铜离子的水解；(3
13、)加入的试剂X能与氢离子反应调节pH而又不能引入新的杂质，故选择c和e；(4)根据已知信息铜离子和二氧化硫反应生成CuCl，铜离子发生还原反应，二氧化硫被氧化成硫酸根离子，再依据离子方程式中的电荷守恒和原子守恒可写出离子方程式。,方法规律 物质制备实验设计的注意事项 (1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等；药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；连接方式的选择指仪器的先后顺序，导管接口的连接等。,(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质
14、的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。 (3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。,3(2015安徽高考)某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中，有大量气泡产生。为探究该反应原理，该同学做了以下实验并观察到相关现象，由此得出的结论不合理的是,题组二 性质探究类实验方案的设计,解析 A项，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体只有NH3。B项，由于NH4Cl溶液水解后显酸性，故产生的气体中含有H2。C项，pH=8.6的溶液显碱性，故弱碱性溶液中Mg可被氧化。D项，溶液中有气泡产生，生成的气体是H2，是H将Mg氧化而不是OH将其氧化。 答案 D,4(2015四川高考)(NH4)2SO4是常用的化肥和化工原料，受热易分解。
