实验方案设计题型归类例析及跟踪练习.doc
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1、实验方案设计题型归类例析及跟踪练习实验方案设计题型归类例析 一、制备实验方案设计制备实验方案的设计,对巩固元素化合物知识和拿握好各类有机物之间的互相转化关系,全面训练实验技能,培养分析问题和解决问题的能力是有益的。制备实验方案的设计,应遵循以下原则: (1)条件合适,操作方便;(2)原理对的,环节简朴: (3)原料丰富,价格低廉;(4)产物纯净污染物少 即从多种路线中优选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品,设计合理的实验装置和实验操作环节无机制备例1、(2023海南化学16)现拟在实验室里运用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。已知实验中也许会发生下列反映:2Mg+O22
2、MgO;3Mg+N2 Mg3N2;2Mg+CO22MgO+C;Mg+H2OMgO+H2;Mg3N2 +6H2O =3Mg(OH)2+2NH3可供选择的装置和药品如下图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥,装置内所发生的反映是完全的,整套装置的末端与干燥管相连)。回答下列问题;(1)在设计实验方案时,除装置A、E外,还应选择的装置(填字母代号)及其目的分别 。(2)连接并检查实验装置的气密性。实验开始时,打开自来水的开关,将空气从5升的储气瓶压入反映装置,则气流流经导管的顺序是(填字母代号) 。(3)通气后,假如同时点燃A、F装置的酒精灯,对实验结果有何影响? ,因素是 。(4)请设计一个实验,验证产物
3、是氮化镁: 。解析:本实验的目的是:在实验室里运用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2),而在实验中,氧气、二氧化碳和水都能与镁反映,所以在把氮气通入A之前要除去空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气,除去氧气要用装置F,除去二氧化碳要用装置D,除去水蒸气要用装置B,并且除去的由前到后的顺序为:二氧化碳水蒸气(从装置D中会带出水蒸气)氧气。答案:(10分)(1)B 目的是除去空气中的水蒸气,避免反映发生;D 目的是除去空气中的CO2,避免反映发生;F 目的是除去空气中的O2,避免反映发生。(2)jhgdckl(或lk)ab(或ba)(3)制得的氮化镁将不纯 由于A装置没有排完空气前就加热会让空气
4、中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反映(4)将产物取少量置于试管中,加入适量水,将润湿的红色石蕊试纸置于试管口,假如可以看到润湿的红色石蕊试纸变蓝,则说明产物是氮化镁有机制备例2、(2023江苏化学21B)环己酮是一种重要的化工原料,实验室常用下列方法制备环己酮:环己醇、环己酮和水的部分物理性质见下表:物质沸点()密度(g-cm-3,200C)溶解性环己醇161.1(97.8)*0.9624能溶于水环己酮155.6(95)*0.9478微溶于水水100.00.9982*括号中的数据表达该有机物与水形成的具有固定组成的混合物的沸点(1)酸性Na2Cr2O7溶液氧化环己醇反映的H0,反映剧烈将导致体系
5、温度迅速上升,副反映增多。实验中将酸性Na2Cr2O7溶液加到盛有环己醇的烧瓶中,在55-60进行反映。反映完毕后,加入适量水,蒸馏,收集95-100的馏分,得到重要的含环己酮和水的混合物。酸性Na2Cr2O7溶液的加料方式为 。蒸馏不能分离环己酮和水的因素是 。(2)环己酮的提纯需要通过以下一系列的操作:a蒸馏,收集151156的馏分;b过滤;c在收集到的馏分中加NaCl固体至饱和,静置,分液;d加入无水MgSO4固体,除去有机物中少量水。上述操作的对的顺序是 (填字母)。上述操作b、c中使用的玻璃仪器除烧杯、锥形瓶、玻璃棒外,还需 。在上述操作c中,加入NaCl固体的作用是 。(3)运用核
6、磁共振氢谱可以鉴定制备的产物是否为环己酮,环己酮分子中有 种不同化学环境的氢原子。解析:(1)为了防止Na2Cr2O7在氧化环己醇放出大量热,使副反映增多,应让其反映缓慢进行,在加入Na2Cr2O7溶液时应缓慢滴加;依据题目信息,环己酮能与水形成具有固定组成的混合物,两者能一起被蒸出;(2)一方面加入NaCl固体,使水溶液的密度增大,将水与有机物更容易分离开来,然后向有机层中加入无水MgSO4,出去有机物中少量的水,然后过滤,除去硫酸镁晶体,再进行蒸馏即可;分液需要分液漏斗,过滤还需要漏斗;依据对称性,环己酮中有3种氢。考点分析考察学生的读图、识表能力,可以迅速在图、表中提取到有用信息,运用信
7、息解决有关问题。重要考察知识点尚有:过滤、分液以及等效氢等知识。答案:(1)缓慢滴加环已酮和水形成具有固定组成的混合物一起蒸出(2)c d b a漏斗、分液漏斗增长水层的密度,有助于分层(3)3工业制备例3(2023广东化学21)(10分)以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠,工艺流程如下:氯化钠硫酸铵混合溶解蒸发浓缩趁热过滤Na2SO4滤液冷却结晶过滤滤液NH4Cl洗涤干燥NH4Cl产品氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。回答下列问题:(1)欲制备10.7gNH4Cl,理论上需NaCl g。(2)实验室进行蒸发浓缩用到的重要仪器有 、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。(3)“冷却结晶
8、”过程中,析出NH4Cl晶体的合适温度为 。(4)不用其它试剂,检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是 。(5)若NH4Cl产品中具有硫酸钠杂质,进一步提纯产品的方法是 。解析:难度,中,本题考察学生对质量守恒定律的理解以及对化学实验室常用的仪器主要用途的了解,考察学生应用基础知识解决简朴化学问题的能力以及学生对图表的观测、分析能力。根据氯守恒可列关系求m(NaCl)= 10.7g58.5g /mol 53.5g/mol=11.7g,氯化铵的溶解度随温度变化较大,而硫酸钠在30100变化不大,故可有冷却结晶法以。但温度不能太低以防硫酸钠析出。所以应大约在3340。答案:(10分)(1)11.
9、7(2)蒸发皿(3)35(3340均可得分)(4)加热法;取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表白氯化铵产品纯净。(5)重结晶二、定性实验方案设计定性实验重要包含以下内容:制取某种物质的实验;物质性质的实验;物质检查实验;分离混合物或从混合物中提取某物质的实验;验证化学原理、化学概念或化学反映的实验。例4(2023广东化学23)(11分)已知某混合金属粉末中,除铝外还具有铁、铜中的一种或两种,所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的仪器和试剂:烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙;1molL-1硫酸、2molL-2硝酸
10、、2molNaOH溶液、20%KSCN溶液。完毕以下实验探究过程:(1)提出假设:假设1:该混合金属粉末中除铝外还具有 元素;假设2:该混合金属粉末中除铝外还具有 元素;假设3:该混合金属粉末中除铝外还具有Fe、Cu元素;(2)设计实验方案基于假设3,设计出实验方案(不要在答题卡上作答)。(3)实验过程根据(2)的实验方案,叙述实验操作、预期现象和结论。【提醒】在答题卡上按以下方式作答,注意前后内容相应;注意文字简洁,保证不超过答题卡空间。编号实验操作预期现象和结论解析:考察学生对元素化合物性质的掌握,考察学生对物质进行检查的实验技能和对实验室常用仪器的重要用途和使用方法的了解,考察学生设计实
11、验方案的能力和对常见物质进行分离、提纯和检查的能力,考察学生运用相关知识进行分析综合的方法以及运用对的的化学术语与文字等表达分析 解决问题的过程,并做出合理解释的能力。本题考察学生对元素化合物性质的掌握,考察学生对物质进行检查的实验技能和对实验室常用仪器的重要用途和使用方法的了解,考察学生设计实验方案的能力和对常见物质进行分离、提纯和检查的能力,考察学生运用相关知识进行分析综合的方法以及运用对的的化学术语与文字等表达分析 解决问题的过程,并做出合理解释的能力。相对其它题目而言,本题文字量较大,规定学生能理顺思绪,准确描述。基本反映过程如下:加过量NaOH溶液溶解铝,过滤,加稀硫酸溶解铁,过滤,
12、分别加硝酸氧化硫酸亚铁和固体铜。本题与2023高考试题16题有相似之处,都是按规定条件设计实验方案完毕实验,相比之下2023试题的背景学生较熟悉,所以题目开放性大,而2023的背景较新,试题给出一定的环节,开放性相对较小。答案:(11分)(1)Cu;Fe(顺序可互换)(3)用药匙取少许样品,加入试管A中,再用滴管取过量NaOH溶液并滴加到试管A中,充足反映后,静置,弃去上层清液,剩余固体备用 样品部分溶解,并有气体放出往试管A的剩余固体中加过量稀硫酸,充足反映后,静置。取上层清液于试管B中,剩余固体备用 固体部分溶解,并有气体放出,溶液呈浅绿色,也许含铁往试管B中加入少许稀硝酸,再滴加KSCN
13、溶液 溶液先变黄色,加KSCN后显血红色,结合可知,一定含铁往剩余固体中加入稀硝酸,再滴加NaOH溶液 固体溶解,有无色刺激性气体产生并不久变成红棕色,溶液显蓝色,加NaOH溶液后有蓝色沉淀产生,一定含铜。例5(2023福建理综25)(17分)某研究性小组借助A-D的仪器装置完毕有关实验【实验一】收集NO气体。(1)用装置A收集NO气体,对的的操作上 (填序号)。a.从口进气,用排水法集气 b.从口进气,用排气法集气c.从口进气,用排水法集气 d.从口进气,用排气法集气【实验二】为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数w(Zn)和镀层厚度,查询得知锌易溶于碱:Zn2NaOH=Na2ZnO3H2据此,
14、截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样,剪碎、称得质量为m1 g。用固体烧碱和水作试剂,拟出下列实验方案并进行相关实验。方案甲:通过测量试样与碱反映生成的氢气体积来实现探究木目的。(2)选用B和 (填仪器标号)两个装置进行实验。(3测得充足反映后生成氢气的体积为VL(标准状况),w(Zn)= 。(4)计算镀层厚度,还需要检索的一个物理量是 。(5)若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗,测量结果将(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。方案乙:通过称量试样与碱反映前后的质量实现探究目的。选用仪器C做实验,试样经充足反映,滤出不溶物、洗涤、烘干,称得其质量为m2g 。(6)w(Zn)= 。方案丙:通过
15、称量试样与碱反映前后仪器、试样和试剂的总质量(其差值即为H2的质量)实现探究目的。实验同样使用仪器C。(7)从实验误差角度分析,方案丙 方案乙(填“优于”、“劣于”或“等同于”)。解析:本题考察实验的探究,涉及NO气体的收集,混合物中金属含量的计算等。(1)NO遇空气立即被氧化,故不能用排空气法收集,只能用排水法收集。排水时应用短进长出。(2)方案甲:Zn和Fe中只有Zn可以与NaOH产气愤体,通过排水收集气体,依据反映方程式即可算出Zn的质量分数。所以需要的装置有测H2的体积的D装置。(3)Zn与H2之间量为1:1,则n(Zn)=V/22.4 mol,w (Zn)=m(Zn)/m1 = 。(
16、4)有了Zn的质量,假如有密度,则可以求出Zn的体积,再由Zn的截面积,即可求出Zn的高度(厚度)。(5)恒压式分液漏斗产生的气体有部分残留在分液漏斗上方,故排气时收集少了,所以用普通漏斗时收集的H2多一些,则计算出的Zn的量偏大。(6)减少的质量即为Zn的质量。(7)丙方案根据H2的质量差值,显然误差大,由于产生的H2质量很小,计算偏差大。答案:(1)C (2)D (3)(或等其他合理答案:)(4)金属锌的密度(或其他合理答案:)(5)偏大(6)(或其他合理答案:)(7)劣于三、定量实验方案设计定量实验需要积极运用已有知识,从多角度、多方位、多层次进行创新分析,用尽也许多的方法来设计实验方案
17、,并对各方案从操作的可行性、实验结果的准确性进行分析评价,选择最佳方案。例6(2023宁夏理综26)(14分)碱式碳酸铜可表达为:xCuCO3yCu(OH) 2zH2O,测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。(1)现采用氢气还原法,请回答如下问题:写出xCuCO3yCu(OH) 2zH2O与氢气反映的化学方程式 ;实验装置用下列所有仪器连接而成,按氢气流方向的连接顺序是(填入仪器接口字母编号): (a)( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )(l)称取23.9g某碱式碳酸铜样品,充足反映后得到12.7g残留物,生成4.4g二氧化碳和7.2g水。该样品的结晶水质量为 g,化学式为
18、;(2)某同学以氮气代替氢气,并用上述所有或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成,你认为是否可行?请说明理由。 。解析:(1)本题的碱式碳酸铜与氢气反映看似一个很难的信息,其实细心一点只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反映,第问题便可以解决;对于要能分析出测定反映后CO2和H2O质量,因此对于氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气,防止对后续测定影响就可以了,由于测定H2O和CO2分别用浓硫酸和碱石灰是固定的。(2)其实在分析 (1)方程式书写时便得到了碱式碳酸铜热分解方程式:xCuCO3yCu(OH)2zH2O(x+y)CuO+xCO2+(y+z)H2O,稍加分
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