2024年高考化学一轮总复习 第9单元 第4讲　探究类实验方案的评价与设计 课件

这是一份2024年高考化学一轮总复习 第9单元 第4讲　探究类实验方案的评价与设计 课件，共60页。PPT课件主要包含了NaOH溶液，Na2SO3，FeCl3，高考真题演练，饱和NaCl溶液，NaClO，34×10－5，A3B2B1，煮沸冷却，空白实验等内容，欢迎下载使用。

第4讲　探究类实验方案的评价与设计
复习目标根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；(2)掌握控制实验条件的方法；(3)正确选用实验装置；(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。
一、探究类实验方案的评价1．实验方案的评价形式 
2.实验方案评价类试题的解题思路(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后加热，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其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。
二、探究类实验方案的设计1．性质验证型实验设计性质验证实验方案可分为多种情况：一是已知物质的性质，设计实验验证物质的某些性质；二是已知某类物质的结构(或含有的官能团)，设计性质实验来验证这类物质的结构；三是根据性质设计定量实验；四是根据物质性质验证化学原理(理论)或根据化学原理来验证物质的某些性质。设计性质验证实验方案的常用程序有如下两种：
(1)根据物质性质设计实验方案(2)根据物质的结构(或官能团)设计验证性质实验方案
2．性质探究型实验设计性质探究实验方案时要注意：
1．(2022·哈尔滨市第三中学高三一模)为验证氧化性Cl2＞Fe3＋＞SO2，某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器和A中加热装置已省略，气密性已检验)。
实验过程：Ⅰ.打开弹簧夹K1～K4，通入一段时间N2，再将T型导管插入B中，继续通入N2，然后关闭K1、K3、K4。Ⅱ.打开活塞a，滴加一定量的浓盐酸，给A加热。Ⅲ.当B中溶液变黄时，停止加热，夹紧弹簧夹K2。Ⅳ.打开活塞b，使约2 mL的溶液流入D试管中，检验其中的离子。Ⅴ.打开弹簧夹K3、活塞c，加入70%的硫酸，一段时间后夹紧弹簧夹K3。Ⅵ.更新试管D，重复过程Ⅳ，检验B溶液中离子。Ⅶ.实验结束后，打开弹簧夹K1～K4，再通入一段时间N2，然后拆卸，洗涤，整理仪器。
(1)过程Ⅰ的目的是______________________________。(2)棉花中浸润的溶液为__________，过程Ⅶ的目的是_______________________________________________________________________________________________。(3)C中发生反应的化学方程式为____________________________________。(4)用70%的硫酸制取SO2，反应速率比用98%的硫酸快，原因是__________________________________________________。
排除装置中的空气，防止干扰实验
排出装置内残留的Cl2或SO2，使其被NaOH溶液吸收，防止对实验人员生命安全造成危险，并防止污染空气
H2SO4＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O＋SO2↑
70%的硫酸中的H＋的浓度比98%的硫酸中的H＋的浓度大
(5)甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，结论如下表所示。他们的检测结果一定能够证明氧化性Cl2＞Fe3＋＞SO2的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。
①溶液E和F分别为________、________。②请用化学平衡原理解释步骤3中溶液由红棕色变为浅绿色的原因____________________________________________________________________________________________________。
(1)根据实验a的现象可推测溶液中生成的含Cu微粒是____________(填化学符号)。(2)甲同学认为实验一能证明假设2成立，他的理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验二：探究CuCl2与Na2S2O3溶液的反应。
[Cu(S2O3)2]2－
实验b中，溶液先变为绿色，后逐渐变成浅绿色，说明先发生配合反应，之后又发生氧化还原反应(或实验a到实验c，最终溶液颜色逐渐变浅，说明发生了氧化还原反应)
向其中滴加氨水，放置在空气中，过一段时间若溶液变为蓝色，则说明含Cu(Ⅰ)
二者发生配合反应的趋势减弱，发生氧化还原反应的趋势增强
实验方案设计的基本步骤
(1)B中试剂是_______________。(2)通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中沉淀由白色变为棕黑色的化学方程式为______________________________。(3)对比实验Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的实验现象，对于二价锰化合物还原性的认识是____________________________________。(4)根据资料ⅱ，Ⅲ中应得到绿色溶液，实验中得到紫色溶液，分析现象与资料不符的原因：原因一：可能是通入Cl2导致溶液的碱性减弱。原因二：可能是氧化剂过量，氧化剂将 氧化为 。
2Mn(OH)2＋O2===2MnO2＋2H2O
Mn2＋的还原性随溶液碱性的增强而增强
①用化学方程式表示可能导致溶液碱性减弱的原因________________________________，但通过实验测定溶液的碱性变化很小。②取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL 40% NaOH溶液，溶液紫色迅速变为绿色，且绿色缓慢加深。溶液紫色变为绿色的离子方程式为______________________________________，溶液绿色缓慢加深，原因是MnO2被________(填“化学式”)氧化，可证明Ⅲ的悬浊液中氧化剂过量。
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
③取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL水，溶液紫色缓慢加深，发生的反应是___________________________________________。④从反应速率的角度，分析实验Ⅲ未得到绿色溶液的可能原因____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
2．(2021·广东高考节选)含氯物质在生产生活中有重要作用。某合作学习小组进行以下实验探究。(1)实验任务　通过测定溶液电导率，探究温度对AgCl溶解度的影响。(2)查阅资料　电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时，强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大；离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大。25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10。
(3)提出猜想　猜想a：较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。猜想b：AgCl在水中的溶解度S(45 ℃)>S(35 ℃)>S(25 ℃)。(4)设计实验、验证猜想　取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液)，在设定的测试温度下，进行表1中实验1～3，记录数据。
(5)数据分析、交流讨论　25 ℃的AgCl饱和溶液中，c(Cl－)＝____________ml/L。实验结果为A3>A2>A1。小组同学认为，此结果可以证明(3)中的猜想a成立，但不足以证明猜想b成立。结合(2)中信息，猜想b不足以成立的理由有_________________________________________________________________________________________________。
电导率与温度和离子浓度都有关，测试温度不同，根据电导率结果无法判断不同温度下饱和溶液的溶解度
(6)优化实验　小组同学为进一步验证猜想b，在实验1～3的基础上完善方案，进行实验4和5。请完成表2中内容。表2(7)实验总结　根据实验1～5的结果，并结合(2)中信息，小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是______________。
解析(5)实验1～3中，不同的饱和溶液浓度不同且测试温度不同，根据资料显示离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大，所以根据实验1～3无法判断温度较高的饱和溶液离子浓度大，进而不能得出溶解度关系。(6)如果要判断AgCl在水中的溶解度随温度的变化情况，可以设计不同温度下的饱和溶液在相同温度下测试，如果温度较高的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高，则可以得出温度升高饱和溶液中离子浓度高。所以可以设计试样Ⅰ、Ⅱ在45 ℃下测试与实验3比较。
S2－＋Cu2＋===CuS↓
滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀
针对来源1进行如图实验：①实验可证实来源1不成立。实验证据是________________________________________________。②不能用盐酸代替硫酸的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。
向溶液2中加入少量KMnO4溶液，溶液没有褪色
盐酸中Cl元素是最低价，具有还原性，会与KMnO4溶液发生氧化还原反应，使KMnO4溶液褪色，干扰实验现象和实验结论
③写出来源2产生S的反应的离子方程式___________________________。(4)实验证明Na2SO3固体热分解有Na2S、Na2SO4和S产生。运用氧化还原反应规律分析产物中S产生的合理性________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析(3)①若来源1成立，则溶液2中含H2SO3，向溶液2中加入少量KMnO4溶液，H2SO3具有还原性，酸性条件下KMnO4具有强氧化性，二者混合发生氧化还原反应，酸性KMnO4溶液应该褪色，但得到的仍为紫色，说明溶液B中不含Na2SO3，来源1不成立。
课时作业建议用时：40分钟
1．为探究Fe2＋与SCN－能否形成配位化合物，某研究性学习小组进行如下实验：探究Ⅰ：
(1)配制FeSO4溶液应使用______________的蒸馏水。(2)已知溶液颜色越深，色度越大。测得实验ⅰ、ⅱ、ⅲ色度数据如下：实验ⅰ的作用是___________，甲同学推测实验ⅲ色度比ⅱ小的原因可能有：①Mg2＋和Fe2＋对配合物解离影响不同；②___________________________。
Fe2＋与SCN－反应形成配合物
探究Ⅱ：(3)X为________________________，实验ⅳ的红色比实验ⅴ深的原因为_______________________________________________________。
3 mL 4 ml·L－1 KCl溶液
SCN－与Fe2＋反应形成配合物，有利于FeCO3的溶解平衡正向移动
(4)在探究Ⅰ的基础上进行探究Ⅱ的目的为_______________________________。(5)分析可利用KSCN溶液检测Fe2＋、Fe3＋混合溶液中Fe3＋的原因：________________________________________________________________________________________________。
避免不同离子对配合物解离的影响
Fe3＋与SCN－的络合能力比Fe2＋强，且Fe2＋与SCN－反应形成的配合物无色，不影响对Fe(SCN)3红色的观察
解析(2)实验ⅰ只加入水，且加入的体积与加入其他试剂的体积相等，目的是进行空白实验，消除稀释对溶液颜色的影响；实验ⅲ色度比ⅱ小的原因还可能是Fe2＋与SCN－反应形成配合物，导致硫氰化铁的含量降低。(3)对比实验ⅳ和ⅴ知，两个实验只有试剂加入顺序不一致，根据控制单一变量知，X为3 mL 4 ml·L－1的KCl溶液；实验ⅳ中Fe2＋与SCN－反应形成配合物，有利于碳酸亚铁固体的溶解平衡正向移动，故实验ⅳ的红色比实验ⅴ深。(4)探究Ⅱ中两组实验加入的盐溶液相同，可避免不同离子对配合物解离的影响。
2．(2022·太原市高三期末考试)某学习小组用下图所示实验装置探究SO2与Fe(NO3)3溶液的反应(夹持仪器已省略)。回答下列问题：(1)仪器X的名称是_________。(2)滴加70%硫酸之前，先通一段时间CO2，其目的是_____________________________________________________。
排尽装置中的空气，防止实验时干扰二氧化硫气体性质验证
(3)装置A中的分液漏斗可改成如图所示的恒压滴液漏斗，其优点是________________________。(4)开始实验后，若把少量SO2通入Fe(NO3)3溶液，装置B中溶液由棕黄色变为浅绿色，但立即又变为棕黄色，该过程可用离子方程式表示为_______________________________________________________________________________。(5)测定反应后装置B溶液中Fe2＋的浓度时(只考虑Fe2＋与KMnO4的反应)，用0.01000 ml/L的酸性KMnO4溶液滴定20.00 mL B中溶液，平均消耗酸性KMnO4溶液的体积为15.00 mL，则B中c(Fe2＋)＝____________。
平衡压强，使液体顺利流下
0.0375 ml/L
3．(2022·吕梁市高三一模)某同学研究浓硝酸与KSCN溶液的反应。资料：Ⅰ.SCN－中S、C、N元素的化合价依次为：－2价、＋4价、－3价。Ⅱ.SCN－的性质类似卤素离子，能被氧化为黄色的(SCN)2，(SCN)2可聚合为红色的(SCN)x。Ⅲ.NO2可溶于浓硝酸。实验一：
(1)向浓硝酸中滴加KSCN溶液，溶液立即变红是因为生成了________(填化学式)。(2)研究SCN－的转化产物。实验二：a．将实验一ⅲ中的气体通入Ba(OH)2和NaOH的混合溶液中，有白色沉淀生成。b．过滤、洗涤白色沉淀，取少量于试管中，加入过量的稀硝酸，沉淀完全溶解，再滴加少量KMnO4溶液，不褪色。c．另取少量实验一ⅲ中试管内的溶液加入BaCl2溶液，产生大量白色沉淀。
①通过a，b实验可知白色沉淀为________(填化学式)。②红棕色气体中是否含有SO2？________(选填“有”或“没有”)，理由是_______________________________________________________________________________。③通过c实验得到溶液中一定有________。④由上述实验现象可知：SCN－转化的最终产物中一定有____________。(3)继续研究实验一ⅲ中“静置一段时间后，突然剧烈反应，红色迅速褪去”的原因。
向洗净的白色沉淀中加入过量的稀硝酸，沉淀完全溶解，再滴加少量 KMnO4溶液不褪色
实验三：①对比实验一和实验三可知能加快浓硝酸氧化(SCN)x的化学反应速率的原因是_______________________________________________________________________。②结合实验三，从化学反应速率的角度解释实验一ⅱ和ⅲ中的现象：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
NO2能加快浓硝酸氧化(SCN)x的化学反应速率(或能催化浓硝酸氧化(SCN)x)
实验一中存在反应：a.浓硝酸将SCN－氧化成(SCN)x，b.浓硝酸氧化(SCN)x，化学反应速率va＞vb，所以ⅱ中溶液立即变红；静置过程中，生成的NO2溶于硝酸，浓度积累到一定程度时，使vb增大，红色迅速褪去
4．Ⅰ.磁性材料A由两种元素组成，为探究其组成和性质，设计并完成如下实验：(1)A的化学式为__________。(2)用化学方程式表示气体C与氯水反应生成D的过程：_______________________________。(3)B溶于盐酸后生成的物质F可用于净水，结合离子方程式说明其原因：_______________________________________________________________。
Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HCl
Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，胶体能吸附水中悬浮的杂质
Ⅱ.某校化学研究性学习小组的同学在学习了氨的性质后讨论：运用类比的思想，既然氨气具有还原性，能否像H2那样还原CuO呢？他们设计实验制取氨气并探究上述问题。该小组中某同学设计了下图所示的实验装置(夹持及尾气处理装置未画出)，探究氨气的还原性：
(1)该装置在设计上有一定缺陷，为保证实验结果的准确性，对该装置的改进措施是：______________________________________。(2)利用改进后的装置进行实验，观察到CuO变为红色物质，无水CuSO4变蓝色，同时生成一种无污染的气体。NH3与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu2O，写出氨气与CuO反应生成Cu2O的化学方程式：__________________________________。(3)已知：Cu2O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋的稳定性差(Cu＋―→Cu＋Cu2＋)。请你设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu2O：_______________________________________________________________________________。
在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管
取少许样品，加入稀H2SO4，若溶液出现蓝色，说明红色物质中含有Cu2O，反之则没有
某实验小组同学探究“氧化剂对KSCN检验Fe2＋的影响”，进行如下实验：
排除在此条件下氧气氧化Fe2＋的可能性
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
继续以下实验：ⅰ.取Ⅰ中浅红色溶液，________________(填写实验操作)，溶液浅红色消失，从而排除了假设1。ⅱ.向2 mL水中滴加1滴0.5 ml·L－1 KSCN溶液，滴加1滴饱和氯水，加入____________________，产生白色沉淀。(3)为验证实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中硫氰化钾的被氧化程度，进行以下探究实验：已知：溶解度AgSCN(白色)①用离子方程式表示滴加AgNO3后溶液红色褪去的原因：__________________________________。②由Ⅳ～Ⅶ可以得出的结论是______________________________________________________________________________________。
Fe(SCN)3＋3Ag＋===Fe3＋＋3AgSCN↓
以上三种氧化剂都可以氧化SCN－，饱和氯水氧化SCN－能力最强，5%双氧水氧化SCN－能力最弱