高考化学 重点 难点 核心考点全演练 专题13 化学实验综合应用.docx
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高考化学重点难点核心考点全演练专题13化学实验综合应用
专题13化学实验综合应用
【2014年高考大纲解读】
1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。
2.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。
【重点剖析】
一、化学实验方案的设计
1.三种常见实验方案设计的基本流程
(1)物质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原理正确,步骤简单;③原料丰富,价格低廉;④产物纯净,污染物少。
设计的基本流程为:
根据目标产物→确定可能原理→设计可能实验方案→优化实验方案→选择原料→设计反应装置(方法、仪器等)→实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)→分离提纯产品。
(2)性质探究性实验方案的设计:
主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质,而后据此设计出合理的实验方案,去探索它所可能具有的性质。
设计的基本流程为:
根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断得出结论。
(3)性质验证实验方案的设计:
主要是求证物质具备的性质,关键是设计出简捷的实验方案,要求操作简单,简便易行,现象明显,且安全可行。
设计的基本流程为:
根据物质的性质→设计可能实验方案→优化实验方案→实施实验(原理、方法、步骤、仪器、药品、操作要点等)→观察现象记录数据→综合分析得出结论。
2.实验仪器的选用和连接
二、化学实验方案的评价
化学实验方案的常见评价方向
1.从可行性方面
(1)实验原理是否正确、可行;
(2)实验操作是否安全、合理;(3)实验步骤是否简单、方便;(4)实验
凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等);
(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;
(3)仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序;
(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。
三、探究、创新型综合实验
1.化学实验探究的基本环节
(1)发现问题:
就是在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和异常现象等。
(2)提出猜想:
就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。
(3)设计验证方案:
就是根据猜想,结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案,对各种猜想进行验证。
(4)具体实施实验:
就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。
(5)观察现象分析数据,得出结论:
就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据,然后进
最高价氧化物的水化物的酸性强弱。
(12)比较酸(碱)的酸(碱)性强弱:
较强的酸(碱)制得较弱的酸(碱)。
【考点透视】
考点1、化学实验方案的设计
【例1】(2013·安徽理综,28)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O
转化为Cr3+。
某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。
为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
编号
初始
废水样品
草酸溶液
蒸馏水
pH
体积/mL
体积/mL
体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O
浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=________mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:
Fe2+起催化作用:
假设二:
________;
假设三:
________;
……
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品
有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。
溶液中Cr2O
的浓度可用仪器测定)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
【解析】
(1)根据题意要求,调节不同初始pH和一定浓度草酸溶液用量
,做对比实验,由此可知实验
【解题思路】
1.巧审题,明确实验的目的和原理。
实验原理是解答实验题的核心,是实验设计的依据和起点。
实验原理可从题给的化学情景中(或题首所给实验目的)并结合元素化合物等有关知识获取。
在此基础上,遵循可靠性、简捷性、安全性的原则,确定符合实验目的要求的方案。
2.想过程,理清实验操作的先后顺序。
根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程,确定实验操作的方法步骤,把握各步实验操作的要点,理清实验操作的先后顺序。
3.看准图,分析各项实验装置的作用。
有许多综合实验题图文结合,思考容量大。
在分析解答过程中,要认真细致地分析图中所示的各项装置,并结合实验目的和原理,确定它们在该实验中的作用。
4.细分析,得出正确的实验结论。
实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。
在分析实验现象(或数据)的过程中,要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因,或从有关数据中归纳出定量公式或绘制变化曲线等从而得出正确结论。
【变式探究】为了探究硫酸铜对硫酸与锌反应速率的影响,有同学设计了在一定条件下进行如下实验,测量在不同试剂用量的反应条件下获得相同量气体所用的时间。
(1)请完成下表(填
写表格中的空白处)(假设溶液混合时体积变化忽略不计)
实验编号
①
②
③
所加0.4mol·L-1H2SO4溶液的体积
30mL
所加0.2mol·L-1CuSO4溶液的体积
0
0.5mL
5mL
所加蒸馏水的体积
5mL
探究硫酸铜对硫酸与锌反应速率的影响,设计实验时应注意的问题
(2)实验③一段时间后可看到的锌粒表面呈________色。
(3)实验表明②号实验最快,③号实验最慢,可能的原因是_________________________________________________________________。
【变式探究】某研究小组在实验室中用铜粉(含铁粉5%以上)制取胆矾(CuSO4·5H2O)并检验其纯度,限选试剂:
3mol·L-1H2SO4溶液、浓硝酸、3%H2O2溶液、0.2mol·L-1NaOH溶液、20%KSCN溶液、BaCl2溶液。
有关物质溶解度如下表(单位g/100gH2O):
温度/℃
0
20
40
60
80
100
CuSO4
14.3
20.7
28.5
40.0
55.0
75.4
Cu(NO3)2
81.8
124.8
163.1
181.8
207.8
247.3
(1)完成制取胆矾的实验方案。
实验步骤
预期现象
步骤1:
除铁。
将铜粉置于烧杯中,____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
步骤2:
溶解。
将步骤1得到的铜粉置于烧杯中,
__________________________________
____________________________________________________________________
步骤3:
结晶。
将步骤2所得溶液蒸发浓缩至液面有晶膜出现,冷却至室温,过滤得粗产品
(2)完成步骤1后,检验铜粉中的铁是否除尽的实验操作是___________________________。
(3)若胆矾中含有少量Cu(NO3)2·3H2O,测定其中CuSO4·5H2O的含量,实验步骤如下:
称量胆矾样品的质量为m1,加水溶解,滴加足量BaCl2溶液,充分反应后过滤,将滤渣烘干、冷却,称得其质量为m2。
样品中CuSO4·5H2O的质量分数为________(列出算式)。
【答案】
(1)
【例2】实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如图所示)。
(1)制备实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是________(填序号)。
A.往烧瓶中加入MnO2粉末
B.加热
C.往烧瓶中加入浓盐酸
(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。
为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出下列实验方案:
甲方案:
与足量AgNO3溶液反应,称量生成的AgCl质量。
乙方案:
采用酸碱中和滴定法测定。
丙方案:
与已知量CaCO3(过量)反应,称量剩余的CaCO3质量。
丁方案:
与足量Zn反应,测量生成的H2体积。
继而进行下列判断和实验:
①判定甲方案不可行,理由是________________________________________。
②进行乙方案实验:
准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。
a.量取试样20.00mL,用0.1000mol·L-1NaOH标准溶液滴定,消耗22.00mL,该次滴定测得试样中盐酸浓度为________mol·L-1;
b.平行滴定后获得实验结果。
③判断丙方案的实验结果____________(填“偏大”、“偏小”或“准确”)。
[已知:
Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(MnCO3)=2.3×10-11]
④进行丁方案实验:
装置如图所示(夹持器具已略去)。
(ⅰ)使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将________转移到________中。
(ⅱ)反应完毕,每间隔1分钟读取气体体积,气体体积逐次减小,直至不变。
气体体积逐次减小的原因是________(排除仪器和实验操作的影响因素)。
【思维流程】关于实验方案的评价,主要包括物质制备实验方案的评价、物质性质实验方案的评价、物质检验方案的评价,主要涉及实验原理是否正确,操作是否简单易行,实验过程是否安全,现象是否明显,结论是否可靠,是否符合绿色化学理念等方面的考查,解答该类试题的思维流程为:
认真审题→明确实验目的→分析实验方案原理→结合实验要求全面对比→正确评价。
【变式探究】某化学小组为比较盐酸和醋酸的酸性,设计了如下实验方案。
装置如图(夹持仪器略)。
实验方案:
在两支试管中分别加入过量且相同的镁条,同时将两注射器中的溶液注入相应试管中,观察产生氢气的速率和体积。
(1)醋酸与镁反应的离子方程式为__________________________________________________。
(2)上述实验方案中有一明显欠缺,该欠缺是___________________________
_________________________________________________________________。
(3)在欠缺已经得到改正的方案下,反应起始时,产生氢气的速率:
盐酸________醋酸(填“>”、“=”或“<”,下同);最终产生氢气的体积:
盐酸________醋酸。
(4)通过比较起始时的反应速率可以得出的结论是______________________
_________________________________________________________________。
(5)除上述方法外,还可以通过其他方法比较盐酸和醋酸的酸性,请写出其中的一种方法:
_____________________________________________________。
2.某学习小组在通过反应Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O研究影响反应速率的因素后,对Na2S2O3产生了兴趣,查资料知Na2S2O3的名称为硫代硫酸钠,俗称海波,可视为一个S原子取代了Na2SO4中的一个O原子。
该实验小组运用类比学习的思想预测了Na2S2O3的某些性质,并通过实验验证自己的预测。
【提出假设】
(1)部分学生认为Na2S2O3与Na2SO4结构相似,化学性质也相似,因此室温时Na2S2O3溶液的pH________7(填“>”、“<”或“=”)。
(2)部分学生由S元素化合价推测Na2S2O3与SO2性质相似,均具有较强的________。
【实验探究】
取适量Na2S2O3晶体,溶于水制成Na2S2O3溶液,进行如下探究(填写表中空格)。
实验操作
实验现象
现象解释(用离子方程式表示)
探究①
(3)_________________________
溶液pH=8
(4)__________
探究②
向新制氯水(pH<2)中滴加少量Na2S2O3溶液
氯水颜
色变浅
(5)__________
【实验结论】
(6)探究①:
__________________________________________________。
(7)探究②:
________________________________________________________。
【问题讨论】
(8)甲同学向“探究②”反应后的溶液中滴加硝酸银溶液,观察到有白色沉淀产生,并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化。
你认为该方案是否正确并说明理由______________________________________________
__________________________________________________________________。
(9)请你重新设计一个实验方案,证明Na2S2O3被氯水氧化。
你的方案是__________________________________________________________________。
【例3】有文献记载:
在强碱性条件下,加热银氨溶液可能析出银镜。
某同学进行如下验证和对比实验。
装置
实验序号
试管中的药品
现象
实验Ⅰ
2mL银氨溶液和数滴较浓NaOH溶液
有气泡产生;一段时间后,溶液逐渐变黑;试管壁附着有银镜
实验Ⅱ
2mL银氨溶液和数滴浓氨水
有气泡产生;一段时间后,溶液无明显变化
该同学欲分析实验Ⅰ和实验Ⅱ的差异,查阅资料:
a.Ag(NH3)
+2H2O
Ag++2NH3·H2O
b.AgOH不稳定,极易分解为黑色Ag2O
(1)配制银氨溶液所需的药品是________。
(2)经检验,实验Ⅰ的气体中有NH3,黑色物质中有Ag2O。
①用湿润的红色石蕊试纸检验NH3,产生的现象是______________________________________。
②产生Ag2O的原因是________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)该同学对产生银镜的原因提出假设:
可能是NaOH还原Ag2O。
实验及现象:
向AgNO3溶液中加入________,出现黑色沉淀;水浴加热,未出现银镜。
(4)重新假设:
在NaOH存在下,可能是NH3还原Ag2O。
用如下图所示装置进行实验。
现象:
出现银镜。
在虚线框内画出用生石灰和浓氨水制取NH3的装置简图(夹持仪器略)。
(5)该同学认为在(4)的实验中会有Ag(NH3)2OH生成。
由此又提出假设:
在NaOH存在下,可能是Ag(NH3)2OH也参与了NH3还原Ag2
O的反应。
进行如下实验:
1有部分Ag2O溶解在氨水中,该反应的化学方程式是___________________。
②实验结果证实假设成立,依据的现象是________________________________________________。
(6)用HNO3清洗试管壁上的Ag,该反应的化学方程式是____________________________________。
(2)①试纸变蓝 ②在NaOH存在下,加热促进NH3·H2O分解,逸出NH3,促使Ag(NH3)
+2H2O
Ag+
【解题方法】探究类实验题的一般命题思路是:
发现问题→提出猜想→设计验证方案→具体实施实验→观察现象分析数据→总结归纳得出结论。
在能力考查点的设置上则可以考查学生发现问题的能力、提出问题的能力(作出合理假设或猜想)、探究问题的能力(设计实验进行探究)、分析问题的能力(根据实验现象得出合理结论)等。
在知识点的涵盖上则既可以考查基本概念、基本理论又可以考查元素化合物的有关知识;而且符合新课程改革在学习方法上强调的“探究学习”“自主学习”的概念。
因此探究类实验题将会是2014年高考试题中的一个亮点。
探究类试题一般有以下几种命题形式:
探究化学反应机理、探究化学实验中的反常现象、探究对经典问题的质疑、探究未知物的成分、探究物质的性质、探究化学反应的条件以及探究化学反应的现象等等。
【变式探究】化学是一门以实验为基础的自然科学,并且在实验过程中经常会出现意想不到的结果。
某同学在以下探究碳酸氢钠的部分性质时,在实验过程中发现了一些异常现象,请你帮助他完成相关内容。
探究1:
碳酸氢钠溶液的酸碱度
实验用品:
碳酸氢钠溶液、玻璃棒、广范pH试纸、玻璃片等。
实验操作方法:
____________________________________________________;
实验结果:
该碳酸氢钠溶液的pH在7~8之间。
结论:
__________________________________________________________;
合理的解释:
_______________________________________________________;
能解释此现象的离子方程式:
_________________________________________。
探究2:
温度对碳酸氢钠溶液pH的影响
实验操作过程:
该同学取少许上述碳酸氢钠溶液于试管中,对试管进行加热,并用广范pH试纸测定不同温度时溶液的pH。
实验结果:
下表为该同学记录的实验数据,并根据此实验数据绘制出碳酸氢钠溶液的pH与溶液温度的关系曲线如图所示。
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
温度(℃)
20
40
60
80
95
pH
7.5
7.7
8.0
9.7
10.0
结论:
_____________________________________________________________;
为了使实验结果更加可靠,最好采用________加热(填加热方法),该同学在实验数据记录中存在的错误是_____________________________________________________;
发现问题:
根据实验数据和图像,可发现的问题是______________________
_________________________________________________________________;
提出假设:
_________________________________________________________;
设计实验:
_________________________________________________________;
实验现象:
_________________________________________________________;
实验结论:
_________________________________________________________。
好的方法是取少许上述80℃时的溶液于试管中,逐滴滴入稀盐酸,若开始无气泡,过一会才有气泡产生,
2.为探究Fe(NO3)2等硝酸盐热分解的产物和产物的性质,某化学小组开展如下探究性学习:
[查阅资料]金属活泼性不同,其硝酸盐分解的产物也不同
。
(1)K→Na活泼金属的硝酸盐分解生成亚硝酸盐和氧气;
(2)Mg→Cu等较活泼金属的硝酸盐分解生成金属氧化物、NO2和O2;
(3)Hg以后不活泼金属的硝酸盐分解生成金属、NO2和O2。
2KNO3
2KNO2+O2↑ 2Cu(NO3)2
2CuO+4NO2↑+O2↑ 2AgNO3
2Ag+2NO2↑+O2↑
[实验一]探究Fe(NO3)2热分解固体产物中Fe的价态。
该小组的甲同学将分解后的固体产物溶于足量的稀H2SO4中得到相应两份溶液,并进行以下探究实验。
[提出猜想]
猜想一:
Fe元素只显+2价;
猜想二:
Fe元素只显________价;
猜想三:
Fe元素________。
[实验操作]实验①向一份溶液中滴入KSCN溶液;实验②向另一份溶液中滴入酸性KMnO4溶液。
[实验现象]实验①:
_______________________________________________。
实验②:
___________________________________________________________。
[实验结论]猜想二成立,则Fe(NO3)2受热分解的化学方程式是
_________________________________________________________________。
[实验二]探究Fe(NO3)2热分解气体产物的性质。
该小组的乙、丙同学进行了如图所示的实验(收集时操作恰当,几乎没有空气)
实验步骤:
①连接仪器;②检查装置气密性;③取一定质量的Fe(NO3)2装于大试管中,并重新连接好仪器;④加热;⑤……
(1)乙同学使用A装置收集气体,恰好收集到27mL红棕色气体,要从水槽中取出量筒,乙同学的正确操作方法是__________________________________。
(2)乙同学用带火星木条检验量筒内的气体时,发现木条燃烧,下列判断中正确的是________(填序号)。
a.气体中只有NO
2
b.气体是O2、NO2的混合物
c.支持燃烧的气体只有O2
d.NO2支持燃烧
(3)丙同学取等质量的Fe(NO3)2进行实验,且使用B装置收集气体,可收集到________mL气体。
[实验三]探究固体混合物的成分。
丁同学将KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体,则KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的物质的量之比可能是________(填序号)。
A.1∶2∶2B.2∶1∶3C.1∶2∶3D.3∶8∶6
[实验现象]溶液呈红色 酸性KMnO4溶液不褪色
【能力
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