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2022届高三统考化学人教版一轮课件：第10单元 第3节 物质的制备、实验方案的设计与评价
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这是一份2022届高三统考化学人教版一轮课件：第10单元 第3节 物质的制备、实验方案的设计与评价，共60页。PPT课件主要包含了-2-，-3-，考点一，考点二，基础梳理，考点突破，-4-，-5-，-6-，-7-等内容，欢迎下载使用。
考纲要求:1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。 2.根据化学实验的目的和要求,能做到:(1)设计实验方案;(2)正确选用实验装置;(3)掌握控制实验条件的方法;(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;(5)评价或改进实验方案。
常见气体的实验室制法1.常见气体的制备原理和发生装置
2.气体的净化和干燥(1)除杂试剂的选择方法。
①易溶于水或能与水反应不生成其他气体杂质的用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体,下同),可将混合气体通过盛水的A装置除去。②酸性杂质用碱性吸收剂,碱性杂质用酸性吸收剂吸收。如CO(CO2),可将混合气体通过盛有NaOH溶液的A装置,或盛放碱石灰的B装置或C装置或D装置来除去杂质。③还原性杂质,可用氧化性较强的物质作吸收剂来吸收或转化;氧化性杂质,可用还原性较强的物质作吸收剂吸收。例如CO2(CO),可将混合气体通过盛有灼热CuO的E装置来除去杂质。④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂来除去杂质。如O2(H2S),可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的A装置除去杂质。
(2)常见的干燥剂及其应用。
4.尾气处理方法(1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,可采用防倒吸装置(即在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。(2)对于溶解度不大的尾气。如Cl2、CO2等,可直接将导管插入吸收剂液面下吸收。(3)对于有毒且易燃的气体如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体。
自主巩固(1)常见气体的发生装置。 ①实验室用Ca(OH)2与NH4Cl、浓氨水与NaOH固体反应分别制取氨气可以选用装置A、C。②若用H2O2分解来制取氧气,可以选用装置C。③实验室制取氯气,可以选用装置D。④装置B可以制备的常见气体有CO2、H2(写出两种)。
(2)实验室制取、收集干燥的以下6种气体:①CO2 ②H2S ③NO2 ④O2 ⑤Cl2 ⑥NH3如图装置可适用的气体是①③④;制取装置不适用的是⑤;干燥装置不适用的是②⑥;收集装置不适用的是⑥。
做气体的制备与性质检验类实验题要有清晰的解题思路,审清题意,明确实验目的,结合制备气体的性质,确定实验原理,选择合适的试剂及仪器。应特别注意,同一种气体可能有多种制法,如NH3、O2、Cl2等气体的制备,制备原理不同→反应特点不同→制备装置不同。1.气体制备实验的基本思路实验目的→实验原理→药品选择→反应装置→操作步骤→注意事项→形成方案。
例1Ⅰ.以下是实验室制取气体的三种常见装置: (1)怎样检验B装置的气密性? 。 (2)实验室可用A装置制备并收集的气体有 (选填序号,下同),可用C装置制备的气体有 。 ①O2 ②NO ③H2 ④CO2 ⑤C2H2 ⑥Cl2
Ⅱ.用下列装置测定Na2O、Na2O2固体混合物中Na2O2的质量分数,回答下列问题。 仪器a的名称是 ,该实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为 。
(3)实验步骤:①连接好装置,检查装置气密性②装入试剂,其中固体混合物样品质量为c g③调节两边液面在同一高度后,读取碱式滴定管读数为V1 mL④打开仪器a的活塞,将水全部放入锥形瓶⑤待反应完成,且气体恢复到室温时, ,读取碱式滴定管读数为V2 mL。(4)实验计算:若实验状况下的气体摩尔体积为b L·ml-1,则固体混合物中Na2O2的质量分数为 。
(5)误差分析:下列操作导致所测Na2O2质量分数偏低的有 (填字母)。 A.没有等气体恢复到室温时便读数B.第二次俯视读取滴定管读数C.没有进行上述实验步骤中⑤空白处的操作,便读数D.仪器a中的水太多E.实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管
答案 Ⅰ.(1)关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好 (2)① ⑥ Ⅱ.分液漏斗 2Na2O2+2H2O==4Na++4OH-+O2↑ (3)调节两边液面在同一高度
解析 Ⅰ.(1)根据装置B的特点,检验装置气密性的方法是关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好。(2)A装置适合固体加热制取难溶于水的气体,故①O2适合;C装置适合固—液或液—液加热制取气体,故⑥Cl2适合。Ⅱ.如题图所示,a是分液漏斗,左侧固体中的Na2O2与水反应生成O2,在右侧通过排水法收集,气体的体积等于碱式滴定管中上升的水的体积,实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为2Na2O2+2H2O==4Na++4OH-+O2↑。(3)为了使测量结果更准确,待反应完成,先冷却至室温,再调节两边液面在同一高度,然后读取碱式滴定管数据。
(5)A项,没有等气体恢复到室温时便读数,则测得氧气体积偏大,使结果偏高;B项,因为滴定管刻度越往上数越小,所以第二次俯视读取滴定管读数会导致V2偏小,使测得氧气体积偏大,导致结果偏高;C项,未调节两边液面在同一高度,则气体被压缩,测得体积偏小,使结果偏低;D项,分液漏斗和锥形瓶是连通的,所以仪器a中的水太多对结果没有影响;E项,实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管,则将水全部放入锥形瓶后未反应的水占用了一定空间,导致测得气体体积偏大,使结果偏高。综上,C项符合题意。
归纳总结 常见改进的尾气吸收装置
跟踪训练1.某兴趣小组用如图装置制备气体(酒精灯可以根据需要选择),对应说法正确的是 ( )
2.高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的绿色高效水处理剂。某学习小组用如图所示装置(夹持仪器已略去)制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备K2FeO4。
查阅资料知K2FeO4的部分性质如下:①可溶于水、微溶于浓KOH溶液;②在0~5 ℃、强碱性溶液中比较稳定;③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;④在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。
请回答下列问题:(1)仪器C和D中都盛有KOH溶液,其中C中KOH溶液的用途是 。 (2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。为保证反应生成KClO,在不改变KOH溶液浓度的前提下,需要将反应控制在0~5 ℃下进行,实验中可以采取的措施是 。(3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到含KOH的KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,写出该反应的化学方程式: ;该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3饱和溶液中,其原因是 。
(4)制得的粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质。一种提纯方案是:将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 ml·L-1 KOH溶液中,用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤2~3次后,在真空干燥箱中干燥。①第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是 、 (填化学式),过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是 。 ②用乙醇洗涤晶体的原因是 。
答案:(1)和氯气反应制备KClO(2)装置C加冰水浴冷却(3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH═2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O 生成的K2FeO4在Fe3+催化作用下会发生分解(4)①Fe(OH)3 K2FeO4 滤纸在强碱条件下易被腐蚀②乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应
解析:(1)装置A中KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,装置B中饱和食盐水用于除去Cl2中混有的HCl,装置C中KOH溶液用于吸收Cl2制取KClO,装置D中KOH溶液用于吸收尾气,防止污染环境。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3,在不改变KOH浓度的前提下,可采用冰水浴来控制反应温度,防止生成KClO3。(3)在KOH溶液中,Fe(NO3)3溶液与KClO溶液反应制取K2FeO4,铁元素由+3价升高到+6价,根据氧化还原反应规律推知,KClO中+1价氯元素价态降低至-1价,即生成Cl-,化学方程式为2Fe(NO3)3+3KClO +10KOH═2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O。K2FeO4在Fe3+催化作用下发生分解,若将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3溶液中,由于Fe3+过量,生成的K2FeO4易分解。
(4)①K2FeO4粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质,而Fe(OH)3难溶于水,故第一次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为Fe(OH)3;K2FeO4微溶于浓KOH溶液,故第二次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为K2FeO4。②K2FeO4可溶于水,在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2,用乙醇洗涤可降低K2FeO4的溶解,并防止K2FeO4与水发生反应。
实验方案的设计与评价1.常见实验方案的设计依据(1)证明酸性:①pH试纸或酸碱指示剂;②与碳酸钠反应;③与锌等反应。(2)证明弱酸性:①证明酸在溶液中存在电离平衡;②测定对应盐溶液的酸碱性;③测量稀释前后酸溶液的pH的变化。(3)证明氧化性:与还原剂反应现象明显。(4)证明还原性:与氧化剂反应现象明显。(5)证明为胶体分散系:丁达尔效应。(6)证明有碳碳双键(或三键):使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。
(7)比较金属的活动性:①与水反应;②与酸反应;③金属间的置换反应;④原电池原理;⑤电解池原理;⑥最高价氧化物对应水化物的碱性。(8)比较非金属性的强弱:①非金属间的置换反应;②与氢气反应的难易;③气态氢化物的稳定性;④最高价氧化物对应水化物的酸性。(9)比较酸碱性:强酸或强碱制弱酸或弱碱。
3.实验方案评价题的解题要点(1)理论上要科学。(2)操作上要简单可行。(3)原料用量要节约。(4)要环保,符合绿色化学原则。
4.实验评价题的常见考查角度(1)可行性方面。①分析实验方案是否科学可行;②实验操作是否安全合理;③实验步骤是否简单方便;④实验效果是否明显。(2)绿色化学方面。①实验过程中是否造成环境污染;②原料是否无毒、安全、易得;③原料利用率是否较高;④反应速率是否较快。(3)安全性方面。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下:①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸;③防氧化;④污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状态物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;⑤防吸水。
(4)规范性方面。①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,需在反应装置中加装冷凝回流装置,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。(5)最佳方案的选择。几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最简单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。
自主巩固判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置,下层溶液显紫红色,证明氧化性:Fe3+>I2 ( √ )(2)将浓(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液中,都出现沉淀,表明两者均可使蛋白质变性 ( × )(3)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁都有水珠,说明两种物质均受热分解 ( × )(4)向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀,则Ksp(AgCl)
④实施实验操作——注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性。⑤记录实验现象、数据——全面而准确。⑥分析、归纳得出结论。
(2)注意事项。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加热操作先后顺序的选择: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。目的是:a.防止爆炸(如氢气还原氧化铜);b.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实验中试剂或产物防止变质或损失:a.实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水;b.易挥发的液体产物要及时冷却;c.易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);d.注意防止倒吸的问题。④会画简单的实验装置图:考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可,但要符合基本要求,例如形状、比例等。
2.化学实验评价的五个方面(1)可行性。只有合理且切实可行的实验方案才有意义。可行性是方案的第一要素,评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析:①理论上要科学合理;②操作上要简单可行。(2)经济效益。评价一种实验方案,不仅要从科学性上判断是否可行,还要从经济效益上考虑是否切合实际:①仪器药品是否价格低廉、便宜易得;②反应是否充分,原子经济性是否较强。(3)绿色环保。分析实验药品是否有毒,是否会造成环境污染。
(4)安全性。①避免炸裂:受热不均匀、液体倒吸、气流不畅、易燃气体中混有助燃气体等;②防污染:有毒尾气未经处理、剩余药品随意丢弃、实验产生的废液随意倾倒等;③防失火:点燃或熄灭酒精灯的方法不正确、易燃试剂与明火接触等;④防吸水:极易水解、吸水性强(易潮解)的物质未密封保存或与潮湿空气接触,大量吸水导致液体溢出或反应变质等。(5)规范性。①仪器的安装与拆卸;②试剂添加的顺序与用量;③加热的方式方法和时机;④仪器的查漏、气密性检验;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。
例2以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。
(1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ: 。
(3)已知:Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无 ,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱溶液,还可使酸性KMnO4溶液褪色。①推测沉淀中含有亚硫酸根和 。 ②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:ⅰ.被Al(OH)3所吸附;ⅱ.存在于铝的碱式盐中。对假设ⅱ设计了对比实验,证实了假设ⅱ成立。
a.将对比实验方案补充完整。步骤一:
步骤二: (按上图形式呈现)。 b.假设ⅱ成立的实验证据是 。 (4)根据实验,亚硫酸盐的性质有 。 盐溶液间反应的多样性与 有关。
答题模板 设计实验方案的一般流程
跟踪训练3.由下列实验及现象不能推出相应结论的是( )。
4.(2019全国Ⅲ改编)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下:
实验过程:在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL,充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热,维持瓶内温度在70 ℃左右,充分反应。稍冷后进行如下操作。①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中,析出固体,过滤。②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液,溶解、过滤。③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。
回答下列问题:(1)该合成反应中应采用 加热。 A.热水浴B.酒精灯C.煤气灯D.电炉(2)下列玻璃仪器中,①中需使用的有 (填字母),不需使用的有 (填名称)。
(3)①中需使用冷水,目的是 。 (4)②中饱和碳酸氢钠溶液的作用是 ,以便过滤除去难溶杂质。 (5)④采用的纯化方法为 。 (6)本实验的产率是 %。
答案:(1)A(2)BD 分液漏斗、容量瓶(3)充分析出乙酰水杨酸固体(结晶)(4)生成可溶的乙酰水杨酸钠(5)重结晶(6)60
解析:本题为实验综合题,考查了考生基础实验能力,如仪器的使用、结晶提纯的方法、产率计算等,难度较小。(1)由于反应温度需维持在70 ℃左右,所以应采用热水浴加热法。(2)根据步骤①的实验描述可知,其中涉及了溶液(催化剂浓硫酸)稀释、冷却结晶(倒入冷水中乙酰水杨酸结晶析出)、过滤等操作,所以用到备选仪器中的漏斗、烧杯,不需用的是分液漏斗、容量瓶。(3)由于乙酰水杨酸的熔点为135~138 ℃,故将反应后的混合液倒入冷水中,便于乙酰水杨酸的结晶析出。(4)步骤②中饱和碳酸氢钠溶液可与乙酰水杨酸反应生成乙酰水杨酸钠溶液,以方便除去不溶性杂质。(5)提纯乙酰水杨酸的实验方法为重结晶。
1.实验方案设计基本要求(1)科学性;(2)安全性;(3)可行性;(4)简约性。2.仪器连接顺序(1)“自下而上,从左到右”的顺序;(2)气体净化装置先洗气后干燥;(3)洗气时,进气管长,出气管短;(4)干燥管,大口进气,小口出气。3.综合性实验题解答步骤(1)明确实验目的、原理;(2)根据实验原理选择仪器、药品;(3)组装仪器并理解各仪器的作用及使用方法;(4)结合题意,综合分析解答。
1.某学生想利用如图装置(烧瓶位置不能移动)收集下列气体:①H2,②Cl2,③CH4,④HCl,⑤NH3,⑥NO,⑦NO2,⑧SO2。下列操作正确的是( )。A.烧瓶是干燥的,由A进气收集①③⑤B.烧瓶是干燥的,由B进气收集②④⑥⑦⑧C.在烧瓶中充满水,由A进气收集①③⑤⑦D.在烧瓶中充满水,由B进气收集⑥
2.下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
3.(2018全国Ⅱ)下列实验过程可以达到实验目的的是( )
4.实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( ) A.①②③中依次盛装KMnO4溶液、浓硫酸、焦性没食子酸溶液B.管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
5.CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。【资料查阅】
【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。
请回答下列问题:(1)仪器X的名称是 。 (2)实验操作的先后顺序是a→ →e(填操作对应的字母)。a.检查装置的气密性后加入药品b.熄灭酒精灯,冷却c.在“气体入口”处通入干燥HCld.点燃酒精灯,加热e.停止通入HCl,然后通入N2(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是 。 (4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是 。
【探究反思】 (5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:①若杂质是CuCl2,则产生的原因是 。 ②若杂质是CuO,则产生的原因是 。
答案:(1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色(4)Cl2+2OH-═ClO-+Cl-+H2O(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足
考纲要求:1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。 2.根据化学实验的目的和要求,能做到:(1)设计实验方案;(2)正确选用实验装置;(3)掌握控制实验条件的方法;(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;(5)评价或改进实验方案。
常见气体的实验室制法1.常见气体的制备原理和发生装置
2.气体的净化和干燥(1)除杂试剂的选择方法。
①易溶于水或能与水反应不生成其他气体杂质的用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体,下同),可将混合气体通过盛水的A装置除去。②酸性杂质用碱性吸收剂,碱性杂质用酸性吸收剂吸收。如CO(CO2),可将混合气体通过盛有NaOH溶液的A装置,或盛放碱石灰的B装置或C装置或D装置来除去杂质。③还原性杂质,可用氧化性较强的物质作吸收剂来吸收或转化;氧化性杂质,可用还原性较强的物质作吸收剂吸收。例如CO2(CO),可将混合气体通过盛有灼热CuO的E装置来除去杂质。④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂来除去杂质。如O2(H2S),可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的A装置除去杂质。
(2)常见的干燥剂及其应用。
4.尾气处理方法(1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,可采用防倒吸装置(即在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。(2)对于溶解度不大的尾气。如Cl2、CO2等,可直接将导管插入吸收剂液面下吸收。(3)对于有毒且易燃的气体如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体。
自主巩固(1)常见气体的发生装置。 ①实验室用Ca(OH)2与NH4Cl、浓氨水与NaOH固体反应分别制取氨气可以选用装置A、C。②若用H2O2分解来制取氧气,可以选用装置C。③实验室制取氯气,可以选用装置D。④装置B可以制备的常见气体有CO2、H2(写出两种)。
(2)实验室制取、收集干燥的以下6种气体:①CO2 ②H2S ③NO2 ④O2 ⑤Cl2 ⑥NH3如图装置可适用的气体是①③④;制取装置不适用的是⑤;干燥装置不适用的是②⑥;收集装置不适用的是⑥。
做气体的制备与性质检验类实验题要有清晰的解题思路,审清题意,明确实验目的,结合制备气体的性质,确定实验原理,选择合适的试剂及仪器。应特别注意,同一种气体可能有多种制法,如NH3、O2、Cl2等气体的制备,制备原理不同→反应特点不同→制备装置不同。1.气体制备实验的基本思路实验目的→实验原理→药品选择→反应装置→操作步骤→注意事项→形成方案。
例1Ⅰ.以下是实验室制取气体的三种常见装置: (1)怎样检验B装置的气密性? 。 (2)实验室可用A装置制备并收集的气体有 (选填序号,下同),可用C装置制备的气体有 。 ①O2 ②NO ③H2 ④CO2 ⑤C2H2 ⑥Cl2
Ⅱ.用下列装置测定Na2O、Na2O2固体混合物中Na2O2的质量分数,回答下列问题。 仪器a的名称是 ,该实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为 。
(3)实验步骤:①连接好装置,检查装置气密性②装入试剂,其中固体混合物样品质量为c g③调节两边液面在同一高度后,读取碱式滴定管读数为V1 mL④打开仪器a的活塞,将水全部放入锥形瓶⑤待反应完成,且气体恢复到室温时, ,读取碱式滴定管读数为V2 mL。(4)实验计算:若实验状况下的气体摩尔体积为b L·ml-1,则固体混合物中Na2O2的质量分数为 。
(5)误差分析:下列操作导致所测Na2O2质量分数偏低的有 (填字母)。 A.没有等气体恢复到室温时便读数B.第二次俯视读取滴定管读数C.没有进行上述实验步骤中⑤空白处的操作,便读数D.仪器a中的水太多E.实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管
答案 Ⅰ.(1)关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好 (2)① ⑥ Ⅱ.分液漏斗 2Na2O2+2H2O==4Na++4OH-+O2↑ (3)调节两边液面在同一高度
解析 Ⅰ.(1)根据装置B的特点,检验装置气密性的方法是关闭弹簧夹,向长颈漏斗中注入水至长颈漏斗中液面高于试管中液面后停止加水,放置一段时间后,若液面高度差不变,则气密性良好,否则,气密性不好。(2)A装置适合固体加热制取难溶于水的气体,故①O2适合;C装置适合固—液或液—液加热制取气体,故⑥Cl2适合。Ⅱ.如题图所示,a是分液漏斗,左侧固体中的Na2O2与水反应生成O2,在右侧通过排水法收集,气体的体积等于碱式滴定管中上升的水的体积,实验原理中发生氧化还原反应的离子方程式为2Na2O2+2H2O==4Na++4OH-+O2↑。(3)为了使测量结果更准确,待反应完成,先冷却至室温,再调节两边液面在同一高度,然后读取碱式滴定管数据。
(5)A项,没有等气体恢复到室温时便读数,则测得氧气体积偏大,使结果偏高;B项,因为滴定管刻度越往上数越小,所以第二次俯视读取滴定管读数会导致V2偏小,使测得氧气体积偏大,导致结果偏高;C项,未调节两边液面在同一高度,则气体被压缩,测得体积偏小,使结果偏低;D项,分液漏斗和锥形瓶是连通的,所以仪器a中的水太多对结果没有影响;E项,实验时去掉仪器a中的橡皮软管和相应的导管,则将水全部放入锥形瓶后未反应的水占用了一定空间,导致测得气体体积偏大,使结果偏高。综上,C项符合题意。
归纳总结 常见改进的尾气吸收装置
跟踪训练1.某兴趣小组用如图装置制备气体(酒精灯可以根据需要选择),对应说法正确的是 ( )
2.高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的绿色高效水处理剂。某学习小组用如图所示装置(夹持仪器已略去)制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备K2FeO4。
查阅资料知K2FeO4的部分性质如下:①可溶于水、微溶于浓KOH溶液;②在0~5 ℃、强碱性溶液中比较稳定;③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;④在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。
请回答下列问题:(1)仪器C和D中都盛有KOH溶液,其中C中KOH溶液的用途是 。 (2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。为保证反应生成KClO,在不改变KOH溶液浓度的前提下,需要将反应控制在0~5 ℃下进行,实验中可以采取的措施是 。(3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到含KOH的KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,写出该反应的化学方程式: ;该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3饱和溶液中,其原因是 。
(4)制得的粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质。一种提纯方案是:将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 ml·L-1 KOH溶液中,用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤2~3次后,在真空干燥箱中干燥。①第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是 、 (填化学式),过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是 。 ②用乙醇洗涤晶体的原因是 。
答案:(1)和氯气反应制备KClO(2)装置C加冰水浴冷却(3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH═2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O 生成的K2FeO4在Fe3+催化作用下会发生分解(4)①Fe(OH)3 K2FeO4 滤纸在强碱条件下易被腐蚀②乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应
解析:(1)装置A中KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2,装置B中饱和食盐水用于除去Cl2中混有的HCl,装置C中KOH溶液用于吸收Cl2制取KClO,装置D中KOH溶液用于吸收尾气,防止污染环境。(2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3,在不改变KOH浓度的前提下,可采用冰水浴来控制反应温度,防止生成KClO3。(3)在KOH溶液中,Fe(NO3)3溶液与KClO溶液反应制取K2FeO4,铁元素由+3价升高到+6价,根据氧化还原反应规律推知,KClO中+1价氯元素价态降低至-1价,即生成Cl-,化学方程式为2Fe(NO3)3+3KClO +10KOH═2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O。K2FeO4在Fe3+催化作用下发生分解,若将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3溶液中,由于Fe3+过量,生成的K2FeO4易分解。
(4)①K2FeO4粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质,而Fe(OH)3难溶于水,故第一次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为Fe(OH)3;K2FeO4微溶于浓KOH溶液,故第二次用砂芯漏斗过滤,得到的固体为K2FeO4。②K2FeO4可溶于水,在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2,用乙醇洗涤可降低K2FeO4的溶解,并防止K2FeO4与水发生反应。
实验方案的设计与评价1.常见实验方案的设计依据(1)证明酸性:①pH试纸或酸碱指示剂;②与碳酸钠反应;③与锌等反应。(2)证明弱酸性:①证明酸在溶液中存在电离平衡;②测定对应盐溶液的酸碱性;③测量稀释前后酸溶液的pH的变化。(3)证明氧化性:与还原剂反应现象明显。(4)证明还原性:与氧化剂反应现象明显。(5)证明为胶体分散系:丁达尔效应。(6)证明有碳碳双键(或三键):使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色。
(7)比较金属的活动性:①与水反应;②与酸反应;③金属间的置换反应;④原电池原理;⑤电解池原理;⑥最高价氧化物对应水化物的碱性。(8)比较非金属性的强弱:①非金属间的置换反应;②与氢气反应的难易;③气态氢化物的稳定性;④最高价氧化物对应水化物的酸性。(9)比较酸碱性:强酸或强碱制弱酸或弱碱。
3.实验方案评价题的解题要点(1)理论上要科学。(2)操作上要简单可行。(3)原料用量要节约。(4)要环保,符合绿色化学原则。
4.实验评价题的常见考查角度(1)可行性方面。①分析实验方案是否科学可行;②实验操作是否安全合理;③实验步骤是否简单方便;④实验效果是否明显。(2)绿色化学方面。①实验过程中是否造成环境污染;②原料是否无毒、安全、易得;③原料利用率是否较高;④反应速率是否较快。(3)安全性方面。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下:①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸;③防氧化;④污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状态物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;⑤防吸水。
(4)规范性方面。①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,需在反应装置中加装冷凝回流装置,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。(5)最佳方案的选择。几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最简单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。
自主巩固判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置,下层溶液显紫红色,证明氧化性:Fe3+>I2 ( √ )(2)将浓(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液中,都出现沉淀,表明两者均可使蛋白质变性 ( × )(3)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁都有水珠,说明两种物质均受热分解 ( × )(4)向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀,则Ksp(AgCl)
④实施实验操作——注意严谨性、逻辑性、规范性、安全性。⑤记录实验现象、数据——全面而准确。⑥分析、归纳得出结论。
(2)注意事项。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加热操作先后顺序的选择: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。目的是:a.防止爆炸(如氢气还原氧化铜);b.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实验中试剂或产物防止变质或损失:a.实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等,要采取措施防止吸水;b.易挥发的液体产物要及时冷却;c.易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);d.注意防止倒吸的问题。④会画简单的实验装置图:考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可,但要符合基本要求,例如形状、比例等。
2.化学实验评价的五个方面(1)可行性。只有合理且切实可行的实验方案才有意义。可行性是方案的第一要素,评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析:①理论上要科学合理;②操作上要简单可行。(2)经济效益。评价一种实验方案,不仅要从科学性上判断是否可行,还要从经济效益上考虑是否切合实际:①仪器药品是否价格低廉、便宜易得;②反应是否充分,原子经济性是否较强。(3)绿色环保。分析实验药品是否有毒,是否会造成环境污染。
(4)安全性。①避免炸裂:受热不均匀、液体倒吸、气流不畅、易燃气体中混有助燃气体等;②防污染:有毒尾气未经处理、剩余药品随意丢弃、实验产生的废液随意倾倒等;③防失火:点燃或熄灭酒精灯的方法不正确、易燃试剂与明火接触等;④防吸水:极易水解、吸水性强(易潮解)的物质未密封保存或与潮湿空气接触,大量吸水导致液体溢出或反应变质等。(5)规范性。①仪器的安装与拆卸;②试剂添加的顺序与用量;③加热的方式方法和时机;④仪器的查漏、气密性检验;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。
例2以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。
(1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ: 。
(3)已知:Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无 ,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱溶液,还可使酸性KMnO4溶液褪色。①推测沉淀中含有亚硫酸根和 。 ②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:ⅰ.被Al(OH)3所吸附;ⅱ.存在于铝的碱式盐中。对假设ⅱ设计了对比实验,证实了假设ⅱ成立。
a.将对比实验方案补充完整。步骤一:
步骤二: (按上图形式呈现)。 b.假设ⅱ成立的实验证据是 。 (4)根据实验,亚硫酸盐的性质有 。 盐溶液间反应的多样性与 有关。
答题模板 设计实验方案的一般流程
跟踪训练3.由下列实验及现象不能推出相应结论的是( )。
4.(2019全国Ⅲ改编)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下:
实验过程:在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL,充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热,维持瓶内温度在70 ℃左右,充分反应。稍冷后进行如下操作。①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中,析出固体,过滤。②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液,溶解、过滤。③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。
回答下列问题:(1)该合成反应中应采用 加热。 A.热水浴B.酒精灯C.煤气灯D.电炉(2)下列玻璃仪器中,①中需使用的有 (填字母),不需使用的有 (填名称)。
(3)①中需使用冷水,目的是 。 (4)②中饱和碳酸氢钠溶液的作用是 ,以便过滤除去难溶杂质。 (5)④采用的纯化方法为 。 (6)本实验的产率是 %。
答案:(1)A(2)BD 分液漏斗、容量瓶(3)充分析出乙酰水杨酸固体(结晶)(4)生成可溶的乙酰水杨酸钠(5)重结晶(6)60
解析:本题为实验综合题,考查了考生基础实验能力,如仪器的使用、结晶提纯的方法、产率计算等,难度较小。(1)由于反应温度需维持在70 ℃左右,所以应采用热水浴加热法。(2)根据步骤①的实验描述可知,其中涉及了溶液(催化剂浓硫酸)稀释、冷却结晶(倒入冷水中乙酰水杨酸结晶析出)、过滤等操作,所以用到备选仪器中的漏斗、烧杯,不需用的是分液漏斗、容量瓶。(3)由于乙酰水杨酸的熔点为135~138 ℃,故将反应后的混合液倒入冷水中,便于乙酰水杨酸的结晶析出。(4)步骤②中饱和碳酸氢钠溶液可与乙酰水杨酸反应生成乙酰水杨酸钠溶液,以方便除去不溶性杂质。(5)提纯乙酰水杨酸的实验方法为重结晶。
1.实验方案设计基本要求(1)科学性;(2)安全性;(3)可行性;(4)简约性。2.仪器连接顺序(1)“自下而上,从左到右”的顺序;(2)气体净化装置先洗气后干燥;(3)洗气时,进气管长,出气管短;(4)干燥管,大口进气,小口出气。3.综合性实验题解答步骤(1)明确实验目的、原理;(2)根据实验原理选择仪器、药品;(3)组装仪器并理解各仪器的作用及使用方法;(4)结合题意,综合分析解答。
1.某学生想利用如图装置(烧瓶位置不能移动)收集下列气体:①H2,②Cl2,③CH4,④HCl,⑤NH3,⑥NO,⑦NO2,⑧SO2。下列操作正确的是( )。A.烧瓶是干燥的,由A进气收集①③⑤B.烧瓶是干燥的,由B进气收集②④⑥⑦⑧C.在烧瓶中充满水,由A进气收集①③⑤⑦D.在烧瓶中充满水,由B进气收集⑥
2.下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
3.(2018全国Ⅱ)下列实验过程可以达到实验目的的是( )
4.实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( ) A.①②③中依次盛装KMnO4溶液、浓硫酸、焦性没食子酸溶液B.管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
5.CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。【资料查阅】
【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。
请回答下列问题:(1)仪器X的名称是 。 (2)实验操作的先后顺序是a→ →e(填操作对应的字母)。a.检查装置的气密性后加入药品b.熄灭酒精灯,冷却c.在“气体入口”处通入干燥HCld.点燃酒精灯,加热e.停止通入HCl,然后通入N2(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是 。 (4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是 。
【探究反思】 (5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:①若杂质是CuCl2,则产生的原因是 。 ②若杂质是CuO,则产生的原因是 。
答案:(1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色(4)Cl2+2OH-═ClO-+Cl-+H2O(5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足
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