2022版高考化学一轮复习-专题10-化学实验-第3单元-化学实验方案的设计与评价学案.doc

2022版高考化学一轮复习 专题10 化学实验 第3单元 化学实验方案的设计与评价学案

2022版高考化学一轮复习 专题10 化学实验 第3单元 化学实验方案的设计与评价学案

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第三单元　化学实验方案的设计与评价
[课标解读]　
1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。　
2.根据化学实验目的和要求能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)分析或处理实验数据得出合理结论；(4)掌握控制实验条件的方法；(5)评价或改进实验方案。

　化学实验方案的设计

知识梳理
1．实验方案的设计原则与要求
(1)设计原则
①条件合适，操作方便；
②原理正确，步骤简单；
③原料丰富，价格低廉；
④产物纯净，污染物少。
(2)基本要求
①科学性：科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。
②安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。
③可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。
④简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。
2．实验设计中的三个顺序
(1)实验操作顺序
装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。
(2)加热顺序选择
若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。
(3)仪器的连接顺序
①涉及气体的一般连接顺序
发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。
②一般装置的进出气口
a．洗气瓶：长进短出；b.U型管：无前后；c.干燥管：粗入细出；d.加热玻璃管：无前后；e.排液量气：短进长出。

命题点1　“仪器连接型”实验方案的设计
[典例导航1]
三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知：BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解①。实验室制备三氯化硼的原理为B2O3＋3C＋3Cl22BCl3＋3CO
(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气②(不用收集)：

①装置B的作用是____________，装置C的作用是____________________。
②装置A中发生反应的离子方程式为______________________
_____________________________________________________。
(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成③。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→
__________→________→________→________→________④→F→D→I；其中装置E的作用是___________________________________________
_____________________________________________________。
②实验开始时，先通入干燥的N的目的是__________________
_____________________________________________________。
③能证明反应中有CO生成的现象是_______________________
_____________________________________________________。
④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾⑥，其与水反应的化学方程式为___________________________________________
_____________________________________________________。
[思路点拨]　①根据BCl3的熔、沸点可确定，BCl3易液化，可用冷却水冷凝；易潮解，要注意BCl3制备时水蒸气的影响，气体要干燥。
②干燥纯净的Cl2制取时注意除杂[杂质HCl、H2O(g)]，及除杂的先后顺序为先除HCl再干燥。
③验证CO生成，一般是利用CO与CuO反应生成CO2，根据CO2的存在证明CO的生成，但要注意CO2干扰。
④剩余4个装置，题中留有5个装置空白，说明有1个装置重复使用。
⑤装置中的O2要与C反应，干扰实验，先通N2排空气，防止O2干扰。
⑥HCl在空气中易形成白雾。
[答案]　(1)①吸收Cl2中的HCl气体　干燥Cl2[或吸收Cl2中的H2O(g)]
②ClO＋5Cl－＋6H＋3Cl2↑＋3H2O
(2)①G　E　H　J　H　冷凝BCl3为液体收集
②排除装置中的空气，防止O2的干扰
③装置F中黑色粉末变为红色，装置D中澄清石灰水变浑浊
④BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl

“仪器连接型”实验方案设计思路

注意：仪器连接要注意的问题
①安装仪器时：先下后上，先左后右。
②仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。
③净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。
④制备易潮解的物质时，制备装置前、后要连干燥装置。
1．同学依据反应Na2CO3＋NO＋NO2===2NaNO2＋CO2，并利用下列装置制备少量含NaNO2的溶液。(E中氧气稍过量)

A　　B　　　　C

D　　　　　　　E　　　　　　F
(1)正确的连接顺序：A→F→E→________→________→________→尾气处理。(填字母)
(2)装置A的烧瓶中盛放的物质是__________________________
(填名称)，C装置的作用是_______________________________
_____________________________________________________。
[解析]　(1)由装置A制取NH3，经碱石灰干燥后进入E中与O2混合，再通入D中进行催化氧化，用装置C吸收未反应完全的NH3，再通入装置B中制备少量含NaNO2的溶液。
(2)依据反应NH3·H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑可制备NH3，也可用固体NaOH吸水，溶解放热，平衡左移，NH3(g)＋H2O
NH3·H2ONH＋OH－，制取NH3。
[答案]　(1)D　C　B
(2)生石灰(或碱石灰或固体NaOH)　除去未反应完全的NH3
2.(NH4)2Fe(SO4)2分解的气态产物可能有N2、NH3、SO2、SO3及水蒸气，用下列装置检验部分产物。

A　　　　B　　　　C　　　　　D
(1)检验气态产物中的SO2和SO3时，装置连接顺序依次为________(气流从左至右)；C中盛放的试剂为__________________；若要检验H2O(g)，还需要的试剂是______________。
(2)装置A的作用是_______________________________。
(3)检验充分分解并冷却后的瓷舟中铁的氧化物中是否含有二价铁，需用到的试剂为_______________________________。
[解析]　(1)检验气态产物中的SO2和SO3时，A中的NaOH溶液适用于吸收尾气SO2，B中的品红溶液适用于检验SO2，明显仅剩C装置用于检验SO3，但不能影响二氧化硫，那么用盐酸酸化的氯化钡溶液来检验SO3比较合理，同时避免二氧化硫溶解，由于考虑SO3会溶于水中，所以先检验SO3，再检验SO2，最后进行尾气吸收，连接顺序为D→C→B→A；检验H2O(g)，一般用无水CuSO4。(2)装置A的作用是吸收尾气SO2，避免污染环境。(3)检验充分分解并冷却后的瓷舟中铁的氧化物中是否含有二价铁，先用硫酸将氧化物溶解，再滴加铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀或滴加酸性高锰酸钾溶液，紫红色褪去，证明有二价铁。
[答案]　(1)D→C→B→A　盐酸酸化的BaCl2溶液　无水CuSO4　(2)吸收尾气SO2，防止污染　(3)稀硫酸和铁氰化钾溶液(或稀硫酸和酸性高锰酸钾溶液)
命题点2　“猜想假设型”实验方案设计
[典例导航2]
某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。
(1)提出假设
①该反应的气体产物是CO2。
②该反应的气体产物是CO。
③该反应的气体产物是________。
(2)设计方案
如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件①下与过量炭粉完全反应②，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比③。

(3)查阅资料
氮气不与炭粉、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。
请写出该反应的离子方程式为____________________________
_____________________________________________________。
(4)实验步骤
①按上图连接装置，______________________④，称取3.20 g氧化铁、2.00 g 炭粉混合均匀，放入48.48 g的硬质玻璃管中；
②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气⑤；
③停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水(足量)变浑浊；
④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气⑥。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24 g⑦；
⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为 2.00 g⑧。
步骤②④中都分别通入N2，其作用分别为
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(5)数据处理
试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与炭粉发生反应的化学方程式为_______________________________________________
_____________________________________________________。
(6)实验优化
学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。
①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液，其理由是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
②从环境保护的角度⑨，请你再提出一个优化方案：
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[思路点拨]　①避免空气中的O2与碳反应造成对实验的干扰，要先排空。
②计算时注意：反应后炭粉有剩余，氧化铁全部反应。
③根据碳元素和氧元素的质量比可进一步求得碳元素和氧元素的物质的量之比，从而确定气体产物是CO还是CO2还是二者的混合物。
④连接好装置加入药品前，一般是检查装置的气密性。
⑤排尽装置中的空气，达到隔绝空气的目的。
⑥将残存在反应装置中的CO2赶入澄清石灰水中，确保实验结果的准确性。
⑦由此数据可求得剩余固体质量[m(Fe)＋m(C)剩]，进而可求得参加反应的碳元素的质量。
⑧此数据是CaCO3的质量，可据此求出反应中生成的CO2的物质的量。
⑨本实验中对环境造成污染的气体是CO，需进行处理。
[解析]　(5)由于炭粉过量，氧化铁完全反应，因此反应结束后所得固体是过量的炭粉和生成的Fe的混合物，其质量为m(Fe)＋m(C)剩＝52.24 g－48.48 g＝3.76 g，其中m(Fe)＝×3.20 g＝2.24 g，则m(C)剩＝3.76 g－2.24 g＝1.52 g，m(C)反＝2.00 g－1.52 g＝0.48 g，n(C)反＝0.04 mol，由实验步骤⑤可知，反应中生成CO2 0.02 mol，则还生成CO 0.02 mol，n(CO)∶n(CO2)＝1∶1，据此可写出Fe2O3与C反应的化学方程式为2C＋Fe2O3高温,2Fe＋CO↑＋CO2↑。
(6)①Ca(OH)2的溶解度很小，所以澄清石灰水中Ca(OH)2的浓度很小，一般不用作CO2的吸收剂，否则易导致吸收不完全造成实验误差；M(BaCO3)大于M(CaCO3)，可减小称量误差。②本实验中能对环境造成污染的气体是CO，所以对方案的优化就是增加处理CO的装置。
[答案]　(1)CO2、CO的混合物
(3)NH＋NO△,N2↑＋2H2O
(4)并检查装置的气密性　步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收
(5)2C＋Fe2O3高温,2Fe＋CO↑＋CO2↑
(6)①Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全，M(BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小
②在尾气出口处加一点燃的酒精灯(或增加一尾气处理装置)

猜想假设型实验方案设计的一般思路

3．一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物是常见的大气污染物，然而它们在工业上有着广泛的用途。
已知：①室温下，2NO＋Na2O2===2NaNO2。
②酸性条件下，NO或NO都能与MnO反应生成NO和Mn2＋，如5NO＋2MnO＋6H＋===5NO＋2Mn2＋＋3H2O。
Ⅰ.以木炭、浓硝酸、水和铜为原料生成的一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠的装置如图所示：

(1)装置A中观察到的现象是_____________________________。
(2)装置B中反应的离子方程式是________________________、
_____________________________________________________。
(3)装置C的作用是__________，装置F的作用是____________。
(4)若无装置D，则装置E中产物除亚硝酸钠外，还有副产物________________(填化学式)。
Ⅱ.某研究性学习小组对NO2与Na2O2能否发生反应进行探究。
(提出假设)
假设一：NO2与Na2O2不反应；
假设二：NO2能被Na2O2氧化；
假设三：_____________________________________。
(设计实验)
(1)实验时，将NO2气体通入盛有Na2O2的玻璃管中，淡黄色粉末完全变成白色，说明假设________不成立。
(2)若假设二成立，则反应的化学方程式是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(3)为验证假设二是否成立，该小组同学进行如下定性实验研究，请完成下表内容。
实验步骤(不要求写具体操作过程，试剂、仪器任选)
预期的实验现象及结论
取适量的白色固体置于试管中，加蒸馏水溶解，___________________________
__________________________________
________________________
[解析]　Ⅰ.(1)加热条件下木炭与浓硝酸反应生成CO2、NO2和水，所以装置A中观察到的现象是有红棕色气体产生。(2)二氧化氮溶于水生成硝酸和NO，硝酸具有强氧化性，能与金属铜反应，则装置B中反应的离子方程式是3NO2＋H2O===2H＋＋2NO＋NO、3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。(3)二氧化氮易溶于水，所以装置C的作用是防止倒吸；反应后NO过量，NO是大气污染物，则装置F的作用是吸收未反应的NO。(4)装置D的作用是吸收NO中的水蒸气和二氧化碳，二者均与过氧化钠反应，所以若无装置D，则装置E中产物除亚硝酸钠外，还有副产物Na2CO3、NaOH。
Ⅱ.由于二氧化氮也具有氧化性，则假设三应该是NO2能被Na2O2还原。(1)实验时，将NO2气体通入盛有Na2O2的玻璃管中，淡黄色粉末完全变成白色，说明发生了化学反应，因此假设一不成立。
(2)若假设二成立，则二氧化氮被氧化，反应的产物为硝酸钠，反应的化学方程式是2NO2＋Na2O2===2NaNO3。(3)要验证假设二是否成立，只需要检验是否产生亚硝酸钠即可，如果有亚硝酸钠生成，则假设二不成立。根据题干信息可知亚硝酸根离子能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以实验过程是取适量的白色固体置于试管中，加蒸馏水溶解，再滴加稀硫酸酸化，最后滴加高锰酸钾溶液，如果高锰酸钾溶液不褪色，则假设二成立；如果高锰酸钾溶液褪色，则假设二不成立。
[答案]　Ⅰ.(1)有红棕色气体产生　(2)3NO2＋H2O===2H＋＋2NO＋NO　3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)防止倒吸　吸收未反应的NO
(4)Na2CO3、NaOH
Ⅱ.NO2能被Na2O2还原
(1)一
(2)2NO2＋Na2O2===2NaNO3
(3)再滴加稀硫酸酸化，最后滴加高锰酸钾溶液　若高锰酸钾溶液不褪色，则假设二成立；若高锰酸钾溶液褪色，则假设二不成立(其他合理答案也可)
命题点3　“定量型”实验方案的设计
[典例导航3]
(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量①。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：
(1)a的作用②是________________。
(2)b中放入少量碎瓷片③的目的是________________。f的名称是______________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路④；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c⑤，原因是
______________________________________________________；
打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水⑥。打开k1，加热b，使水蒸气进入e⑦。
①d中保留少量水的目的是______________________________
_____________________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为__________________________
______________________________________________________，
e采用中空双层玻璃瓶的作用是__________________________
_____________________________________________________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数⑧为______________%，样品的纯度≤______________%。
[思路点拨]　①明确了蛋白质中氮含量的测定原理。
②a为与外界相通的导气管，当装置内压强增大，a导管内液面上升，其通常作用为防堵塞，防气压过大造成事故。
③液体加热时易发生暴沸，加碎瓷片的目的就是防暴沸。
④水蒸气排除装置中的空气，使装置充满蒸气。
⑤停止加热，关闭k1，水蒸气冷凝液化，内压减小，形成负压，水倒吸进装置进行仪器清洗。
⑥液封，防止NH3逸出。
⑦用H2O(g)将生成的NH3排入g中与H3BO3反应形成NH3·H3BO3。
⑧C2H5NO2～N～NH3·H3BO3～HCl
75 g　　14 g　　　　　　　 1 mol
m(C2H5NO2) m(N)　　　　　cV×10－3mol
[答案]　(1)避免b中压强过大　(2)防止暴沸　直形冷凝管　(3)c中温度下降，管路中形成负压　(4)①液封，防止氨气逸出　②NH＋OH－NH3↑＋H2O　保温使氨完全蒸出　(5)　

(1)f装置的作用是_____________________________________。
(2)滴定时指示剂可选用_____________________________。
(3)滴定完成后采用仰视读数时结果________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
[答案]　(1)冷凝NH3，防止NH3逸出
(2)甲基橙
(3)偏大

四种定量测定的方法与原理
(1)测量沉淀质量法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量、过滤、洗涤、干燥后沉淀的质量再进行相关计算。
称量固体一般用托盘天平，精确度为0.1 g，但精确度高的实验中可使用分析天平，可精确到0.000 1 g。
(2)测量气体体积法
①量气装置的设计
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。

②读数时先要将其恢复室温后，再调整量气装置使两侧液面相平，最后读数要求视线与凹液面最低点相切。
(3)测量气体质量法
一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置在反应前后的质量增大值。
(4)滴定法
即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据再进行相关计算。
4．(2020·盐城一模)测定废水中苯酚的含量。
测定原理：

测定步骤：
步骤1：准确量取25.00 mL待测废水于250 mL锥形瓶中。
步骤2：将5.00 mL a mol·L－1浓溴水(过量)迅速加入锥形瓶中，塞紧瓶塞，振荡。
步骤3：打开瓶塞，向锥形瓶中迅速加入b mL 0.10 mol·L－1KI溶液(过量)，塞紧瓶塞，振荡。
步骤4：滴入2～3滴指示剂，再用0.010 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V1 mL。(反应原理：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6)
把待测废水换为蒸馏水，重复上述步骤(即进行空白实验)，消耗Na2S2O3溶液V2 mL。
(1)“步骤1”量取待测废水所用仪器是______________。
(2)为了防止溴的挥发，上述步骤中采取的措施包括迅速加入试剂和______________。
(3)“步骤4”滴定终点的现象为__________________________
_____________________________________________________。
(4)该废水中苯酚的含量为________mg·L－1(用含V1、V2的代数式表示)。如果空白实验中“步骤2”忘记塞紧瓶塞，则测得的废水中苯酚的含量________(填“偏高”“偏低”或“无影响”，下同)；如果空白实验中“步骤4”滴定至终点时俯视读数，则测得的废水中苯酚的含量________________。
[解析]　(1)苯酚具有弱酸性，因此含苯酚的废水呈弱酸性，“步骤1”中准确量取待测废水可选用酸式滴定管或25.00 mL移液管。(2)溴单质易挥发，因此可采用迅速加入试剂、塞紧瓶塞等方法防止其挥发。(3)根据滴定原理：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6，I2遇淀粉变蓝，达到滴定终点时I2被完全消耗，故滴定终点的现象为锥形瓶内溶液蓝色恰好褪去，且半分钟内不恢复原色。
(4)根据2KI＋Br2===2KBr＋I2、I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6，可得关系式Br2～I2～2Na2S2O3，则与苯酚反应后剩余的n(Br2)＝n(Na2S2O3)＝×0.010 mol·L－1×V1×10－3 L＝0.005V1×10－3mol，将待测废水换成蒸馏水时，5.00 mL a mol·L－1的浓溴水中Br2的物质的量为0.005V2×10－3mol，则与苯酚反应的Br2的物质的量为0.005(V2－V1)×10－3mol，根据测定原理，可得25.00 mL待测废水中苯酚的物质的量为×10－3mol，质量为×10－3mol×94×103 mg·mol－1＝ mg，则该废水中苯酚的含量为＝ mg·L－1。若空白实验中“步骤2”忘记塞紧瓶塞，溴单质挥发，导致最终消耗的Na2S2O3溶液的体积偏小，则测得的苯酚的含量偏低；如果空白实验中“步骤4”滴定至终点时俯视读数，则计算出的消耗Na2S2O3溶液的体积偏小，使测得的苯酚的含量偏低。
[答案]　(1)酸式滴定管(或25.00 mL移液管)
(2)塞紧瓶塞
(3)锥形瓶内溶液蓝色恰好褪去，且半分钟内不恢复原色
(4)　偏低　偏低
5．(2021·江苏新高考适应性考试，T16)以印刷线路板的碱性蚀刻废液(主要成分为[Cu(NH3)4]Cl2)或焙烧过的铜精炼炉渣(主要成分为CuO、SiO2和少量Fe2O3)为原料均能制备CuSO4·5H2O晶体。

(1)取一定量蚀刻废液和稍过量的NaOH溶液加入到如图所示实验装置的三颈瓶中，在搅拌下加热反应并通入空气，待产生大量的黑色沉淀时停止反应，趁热过滤、洗涤，得到CuO固体；所得固体经酸溶、结晶、过滤等操作，得到CuSO4·5H2O晶体。
①写出用蚀刻废液制备CuO反应的化学方程式：
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
②检验CuO固体是否洗净的实验操作是____________________
_____________________________________________________。
③装置图中装置X的作用是_______________________________
_____________________________________________________。
(2)以焙烧过的铜精炼炉渣为原料制备CuSO4·5H2O晶体时，请补充完整相应的实验方案：取一定量焙烧过的铜精炼炉渣，________
_______________________________________________________
加热浓缩、冷却结晶、过滤、晾干，得到CuSO4·5H2O晶体。
已知该实验中pH＝3.2时，Fe3＋完全沉淀；pH＝4.7时，Cu2＋开始沉淀。
实验中可选用的试剂：1.0 mol·L－1 H2SO4、1.0 mol·L－1HCl、1.0 mol·L－1NaOH。
(3)通过下列方法测定产品纯度：准确称取0.500 0 g CuSO4·5H2O样品，加适量水溶解，转移至碘量瓶中，加过量KI溶液并用稀H2SO4酸化，以淀粉溶液为指示剂，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3的溶液19.80 mL。
测定过程中发生下列反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2,2S2O＋I2===S4O＋2I－。
计算CuSO4·5H2O样品的纯度(写出计算过程)：
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析]　蚀刻废液和稍过量的NaOH溶液加入到三颈瓶中搅拌加热反应生成氨气、黑色氧化铜沉淀、氯化钠，过滤洗涤得到氧化铜固体，再加入一定的酸经过一系列操作得到CuSO4·5H2O晶体，也可以用铜精炼炉渣加入一定的稀硫酸反应，再调节溶液pH，过滤，将滤液加热浓缩、冷却结晶，最终得到CuSO4·5H2O晶体。
(1)取一定量蚀刻废液和稍过量的NaOH溶液加入到如图所示实验装置的三颈瓶中，在搅拌下加热，反应并通入空气，待产生大量的黑色沉淀时停止反应，趁热过滤、洗涤，得到CuO固体；所得固体经酸溶、结晶、过滤等操作，得到CuSO4·5H2O晶体。
①蚀刻废液和NaOH溶液反应生成CuO，其反应的化学方程式：[Cu(NH3)4]Cl2＋2NaOHCuO＋2NaCl＋4NH3↑＋H2O。
②检验CuO固体是否洗净主要是检验洗涤液中是否含有Cl－，其实验操作是取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀则已洗净，若有沉淀则未洗净。
③三颈瓶中反应生成了氨气，氨气极易溶于水，因此装置图中装置X的作用是防倒吸。
(2)以焙烧过的铜精炼炉渣为原料制备CuSO4·5H2O晶体时，取一定量焙烧过的铜精炼炉渣，加入适量1.0 mol·L－1 H2SO4溶解，逐滴加入1.0 mol·L－1 NaOH调节溶液pH在3.2～4.7之间，过滤，将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤、晾干，得到CuSO4·5H2O晶体。
(3)根据题意得到关系式CuSO4·5H2O～Na2S2O3，样品中CuSO4·5H2O物质的量为0.100 0 mol·L－1×0.019 8 L＝0.001 98 mol，则CuSO4·5H2O样品的纯度的纯度ω＝×100%＝99%。
[答案]　(1)[Cu(NH3)4]Cl2＋2NaOHCuO＋2NaCl＋4NH3↑＋H2O　取最后一次洗涤液少量于试管中，向试管中加硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀则已洗净，若有沉淀则未洗净　防倒吸　(2)加入适量1.0 mol·L－1 H2SO4溶解，逐滴加入1.0 mol·L－1 NaOH调节溶液pH在3.2～4.7之间，过滤，将滤液
(3)根据关系式CuSO4·5H2O～Na2S2O3，样品中CuSO4·5H2O物质的量为0.100 0 mol·L－1×0.019 8 L＝0.001 98 mol，则CuSO4·5H2O样品的纯度ω＝×100%＝99%
　化学实验方案的评价

知识梳理
1．从可行性方面进行评价
(1)实验原理(如药品的选择)是否正确、可行；
(2)实验操作(如仪器的选择、连接)是否安全、合理；
(3)实验步骤是否简单、方便；
(4)实验现象是否明显，实验结论是否正确。
2．从规范性视角进行评价
(1)仪器的安装与拆卸；
(2)仪器的查漏、气密性检验；
(3)试剂添加的顺序与用量；
(4)加热的方式方法和时机；
(5)温度计的规范使用、水银球的位置；
(6)实验数据的读取；
(7)冷却、冷凝的方法等。
3．从“绿色化学”视角进行评价
(1)反应原料是否易得、安全、无毒；
(2)反应速率是否较快；
(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高；
(4)合成过程中是否造成环境污染。
4．从实验设计的安全性方面进行评价
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；
(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)；
(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；
(4)防吸水(如取用、制取易吸水、潮解、水解的药品，宜采取必要措施，以保证达到实验目的)；
(5)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、冷凝管等)；
(6)易挥发液体产物导出时若为蒸气的要及时冷却；
(7)实验方案的科学性与安全性(从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；
(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。
5．从经济效益和社会效益评价
(1)经济效益指原料的获得成本、转化率、产率等；
(2)社会效益指对环境的污染分析。

命题点1　选择题中的实验方案或装置的分析评价
1．下列相关实验操作、现象和结论存在错误的是(　　)
选项
实验操作和现象
实验结论
A
向草酸溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，酸性高锰酸钾溶液褪色
草酸具有还原性
B
在密封的试管中加热氯化铵固体，固体减少，有气体生成，冷却后，试管壁上有白色晶体
氯化铵固体可升华
C
向沸水中滴加氯化铁饱和溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热，用激光笔照射该液体，有光亮的通路
Fe3＋水解生成了Fe(OH)3胶体
D
将乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，溶液由红棕色变为无色透明
乙烯和Br2发生加成反应生成无色物质
B　[草酸又名乙二酸(HOOC—COOH)，是一种还原性二元弱酸，可与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A正确；氯化铵固体受热分解为氨气和氯化氢气体，遇冷后又重新化合生成氯化铵，这个过程不是升华，而是发生了典型的分解反应和化合反应，故B错误；胶体可产生丁达尔效应，氢氧化铁胶体的制备原理为FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl，加热可促进FeCl3水解，故C正确；向溴的四氯化碳溶液中通入乙烯发生加成反应，得到的BrCH2CH2Br是无色油状液体，故D正确。]
2．现有Na2SO3、Na2SO4混合物样品a g，为了测定其中Na2SO3的质量分数，设计了如下方案，其中不合理的是(　　)
A．将样品配制成V1 L溶液，取其中25.00 mL用标准KMnO4溶液滴定，消耗标准KMnO4溶液V2 mL
B．向样品中加足量H2O2溶液，再加足量BaCl2溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量为b g
C．将样品与足量稀盐酸充分反应后，再加入足量BaCl2溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量为c g
D．将样品与足量稀盐酸充分反应，生成的气体依次通过盛有饱和NaHSO3溶液的洗气瓶、盛有浓硫酸的洗气瓶、盛有足量碱石灰的干燥管Ⅰ、盛有碱石灰的干燥管Ⅱ，测得干燥管Ⅰ增重d g
D　[Na2SO3、Na2SO4混合物样品中只有Na2SO3与高锰酸钾溶液反应，根据消耗标准KMnO4溶液V2 mL计算Na2SO3的物质的量，再求其质量，可求出其中Na2SO3的质量分数，故A合理；H2O2将Na2SO3氧化成硫酸钠，再加足量BaCl2溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量得出硫酸钡的物质的量为 mol，再根据硫原子守恒，硫酸钡的物质的量就是Na2SO3、Na2SO4混合物样品的物质的量，再结合样品质量，设Na2SO3为x mol，Na2SO4为y mol，列方程组，可解出x，再求出Na2SO3的质量，可求出Na2SO3的质量分数，故B合理；样品与足量稀盐酸充分反应消耗了Na2SO3，再加入足量BaCl2溶液，BaCl2与硫酸钠反应得到硫酸钡沉淀，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称量其质量为c g，硫酸钡质量为c g，根据硫原子守恒可以计算出硫酸钠的质量为×142 g，Na2SO3的质量为(a－×142)g，从而