2024届高三化学一轮复习课件：实验方案的设计与评价　实验数据的分析与处理

这是一份2024届高三化学一轮复习课件：实验方案的设计与评价　实验数据的分析与处理，共3页。PPT课件主要包含了2基本思路，无色酚酞溶液，溶液变成浅红色，油浴加热，∶23，球形干燥管，不正确，HCl，CuOH2，直形冷凝管等内容，欢迎下载使用。
1.化学实验方案设计的原则和思路(1)实验方案设计的五项基本原则
2.化学实验方案的评价(1)化学实验评价的内容
(2)化学实验评价的5个方面①可行性方面a.分析实验方案是否科学可行。b.实验操作是否安全合理。c.实验步骤是否简单方便。d.实验效果是否明显。②绿色化学方面a.实验过程中是否造成环境污染。b.原料是否无毒、安全、易得。c.原料利用率及反应速率是否较高。
③安全性方面a.净化、吸收气体,当熄灭酒精灯及左边有挥发性液体加热,气压不恒定要设置安全装置——防止液体倒吸。b.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)。c.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)。d.污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞。e.防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施,以保证达到实验目的)。
④规范性方面a.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、竖装的冷凝管等)。b.易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。c.仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序。d.其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。e.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,无污染等。
⑤从评价的主要针对点来看,实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。a.实验装置的评价对比各方案装置,从装置的合理性、操作的简便可行等方面进行全面分析,优选出最佳装置。b.实验原理的评价紧扣实验目的,对各方案的原理综合考虑,从原理是否科学正确、是否节省原料、涉及的操作是否简便易行、是否误差较小等方面进行全面分析,设计或优选出最佳方案。
1. 为了探究溶有SO2的BaCl2溶液的性质,某实验小组设计了如下实验:
题组一　性质探究型实验方案的设计与评价
下列推断正确的是 (　 )A.实验①中仅发生反应:SO2+2Fe3++Ba2++2H2O =2Fe2++BaSO4↓+4H+B.实验②中产生的白色沉淀难溶于盐酸C.由实验③可推知还原性:HI>SO2D.实验④中因生成了S而使溶液变浑浊
[解析]溶有二氧化硫的氯化钡溶液中二氧化硫与水反应使溶液呈酸性,加入硝酸铁溶液后,硝酸根离子的氧化性强于铁离子,硝酸根离子优先与二氧化硫反应,则实验①中二氧化硫会与硝酸根离子、铁离子先后反应,故A错误;实验②中二氧化硫与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠,亚硫酸钠溶液与氯化钡溶液反应生成能溶于盐酸的亚硫酸钡沉淀,故B错误;向溶有二氧化硫的氯化钡溶液中加入含碘的淀粉溶液,二氧化硫与碘水反应生成硫酸和氢碘酸,蓝色溶液会变为无色,由还原剂的还原性强于还原产物可知,二氧化硫的还原性强于碘化氢,故C错误;向溶有二氧化硫的氯化钡溶液中加入硫化钠溶液,硫化钠溶液与二氧化硫反应生成的氢硫酸能与二氧化硫水溶液反应生成硫沉淀,使溶液变浑浊,故D正确。
(1)制取NaNO2的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　。 (2)小组成员推测HNO2是弱酸。为证实推测,向NaNO2溶液中加入试剂X,“实验现象”证实该推测合理,加入的试剂及现象是　　　　　　　,　　　　　　　　　　。
Ⅱ.NaNO2性质探究将实验ⅰ制取的NaNO2固体配制成约0.1 ml·L-1 NaNO2溶液,进行实验ⅱ和ⅲ。实验ⅱ(3)由实验ⅱ的现象得出结论:白色沉淀的生成与　　　　　　　　　　　　有关。 
AgNO3溶液和NaNO2溶液的相对用量
[解析]由实验现象可知,向NaNO2溶液中滴加AgNO3溶液时,先没有白色沉淀生成,后有白色沉淀生成,说明白色沉淀的生成与AgNO3溶液和NaNO2溶液的相对用量有关。
(4)仅用实验ⅱ的试剂,设计不同实验方案进一步证实了上述结论,实验操作及现象是  　。 
向AgNO3溶液中逐滴滴加NaNO2溶液,先有白色沉淀生成,然后沉淀逐渐溶解
[解析]由实验现象可知,向NaNO2溶液中滴加AgNO3溶液时,先没有白色沉淀生成,后有白色沉淀生成,则向AgNO3溶液中滴加NaNO2溶液时,先有白色沉淀生成,然后沉淀逐渐溶解说明白色沉淀的生成与AgNO3溶液和NaNO2溶液的相对用量有关。
取2 mL 0.1 ml·L-1 NaNO3溶液于试管中,加2 mL 0.1 ml·L-1 KI溶液(含淀粉),再滴加三滴1 ml·L-1硫酸溶液,溶液没有变蓝
[解析]由题意可知,一氧化氮和二氧化氮在碳酸钠溶液中反应生成亚硝酸钠和二氧化碳时,可能生成硝酸钠,则设计酸性条件下,硝酸钠溶液与碘化钾溶液没有碘生成的实验,可以说明酸性条件下,只有亚硝酸钠溶液与碘化钾溶液发生氧化还原反应,故可以进行以下操作:取2 mL 0.1 ml·L-1 NaNO3溶液于试管中,加2 mL 0.1 ml·L-1 KI溶液(含淀粉),再滴加三滴1 ml·L-1硫酸溶液,溶液没有变蓝。
[思维建模] 猜想型性质探究实验题的思维流程
1. 叠氮化钠(NaN3)常用作汽车安全气囊中的药剂。实验室制取叠氮化钠的原理、实验装置及实验步骤如下:①打开装置D导管上的旋塞,加热制取氨气。②再加热装置A中的金属钠,使其熔化并充分反应后,再停止加热装置D并关闭旋塞。③向装置A中b容器内充入加热介质并加热到210~220 ℃,然后通入N2O。
题组二　原理探究型实验方案的设计与评价
④冷却,向产物中加入乙醇(降低NaN3的溶解度),减压浓缩结晶后,再过滤,并用乙醚洗涤,晾干。已知:Ⅰ.NaN3是易溶于水的白色晶体,微溶于乙醇,不溶于乙醚;Ⅱ.NaNH2熔点为210 ℃,沸点为400 ℃,在水溶液中易水解。请回答下列问题:
(1)实验室若采用固体加热方式制取氨气,则其化学方程式为　 。 
[解析]由反应步骤可知制取叠氮化钠的原理为先通入氨气与钠先反应生成NaNH2和氢气,反应生成的NaNH2再与通入的N2O反应生成NaN3和H2O。(1)实验室若采用固体加热方式制取氨气即加热氯化铵与氢氧化钙的混合物生成氨气,反应的化学方程式为2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s) 2NH3↑+CaCl2+2H2O。
2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s) 2NH3↑+CaCl2+2H2O
(2)步骤①中先加热通氨气的目的是　　　　　　　　　　　　　　　;步骤②氨气与熔化的钠反应生成NaNH2的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　;步骤③中最适宜的加热方式为　  (填“水浴加热”或“油浴加热”)。
[解析]步骤①中先加热通氨气,排尽装置中的空气,防止空气中的O2等进入与钠反应;氨气与熔化的钠反应生成NaNH2和氢气,反应为2Na+2NH3 2NaNH2+H2;已知步骤③的温度为210~220 ℃,故选择油浴加热。
排尽装置中的空气,防止空气中的氧气等与钠发生反应
2Na+2NH3 2NaNH2+H2
(3)图中仪器a用的材料是铁质而不用玻璃,其主要原因是　 。 (4)汽车经撞击后30毫秒内,会引发叠氮化钠迅速分解为两种单质,其中氧化产物和还原产物的质量之比为　　　。(5)步骤④中用乙醚洗涤的主要原因除了因为其易挥发,有利于产品快速干燥外,还因为　　　　　　　　 　　　　　　　　　。 
[解析] (4)叠氮化钠(NaN3)撞击后30毫秒内迅速分解为两种单质,由质量守恒定律,反应前后元素种类不变,两种单质为钠和氮气,反应的化学方程式为2NaN3 2Na+3N2↑,氮元素化合价升高,氮气是氧化产物,钠元素化合价降低,钠为还原产物,氧化产物和还原产物的质量之比为(3×28)∶(2×23)=42∶23。
反应过程中有水生成,水与钠反应生成的NaOH能腐蚀玻璃
NaN3不溶于乙醚,能减少NaN3的溶解损耗
(6)实验室用滴定法测定叠氮化钠样品中NaN3的质量分数:①将2.500 g试样配成500.00 mL溶液。②取50.00 mL溶液置于锥形瓶中,加入50.00 mL 0.101 0 ml·L-1 (NH4)2Ce(NO3)6溶液。③充分反应后,将溶液稍稀释,向溶液中加入8 mL浓硫酸,滴入3滴邻菲啰啉指示液,用0.050 0 ml·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定过量的Ce4+,消耗溶液体积29.00 mL。测定过程的反应方程式为2(NH4)2Ce(NO3)6+2NaN3 =4NH4NO3+2Ce(NO3)3+2NaNO3+3N2↑;Ce4++Fe2+ =Ce3++Fe3+。试样中NaN3的质量分数为　　　　(保留小数点后一位)。 
2.某化学实验小组探究SO2与FeCl3溶液的反应。实验一:用如图所示实验装置制备SO2,并将足量SO2通入FeCl3溶液中,溶液迅速变为血红色;停止通入气体,将血红色溶液密闭放置5小时后,溶液变为浅绿色。(1)制备SO2的化学反应方程式为　 　　　　　　　　　　　　　。 
Na2SO3+H2SO4(浓) =Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)仪器a的名称为　　　　　　。 (3)某同学取适量酸性KMnO4溶液于试管中,滴入几滴血红色溶液,溶液的紫色褪去,据此推断血红色溶液中含有Fe2+,此结论　　　　(填“正确”或“不正确”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
实验二:探究血红色溶液产生的原因实验过程如下表:
(4)实验①中,Y是　　　　　　(填化学式);实验②中现象是　　　　。 
[解析]由假设可知,实验①探究溶液中氢离子浓度对血红色产生的影响,由变量唯一化原则可知,向血红色溶液中滴入的酸Y为盐酸;实验②探究二氧化硫和亚硫酸浓度对血红色产生的影响,由实验结论可知,加入的盐酸与亚硫酸钠溶液反应生成的二氧化硫和亚硫酸对实验无影响,则反应的实验现象应与实验①相同,溶液又变为黄色。
使Fe3+的浓度保持不变
[归纳总结] 实验方案的评价与改进(1)评价:一个实验方案的优劣主要从实验原理是否科学合理,操作与装置是否简单可行,以及绿色化学和安全性的角度去评价。①从“科学性”和“可行性”方面对实验方案作出评价实验原理是否正确、可行;实验操作是否安全、合理;实验步骤是否简单、方便;实验效果是否明显、准确。②从“绿色化学”视角对实验方案作出评价反应原料是否易得、安全、无毒;反应速率是否合适;原料利用率以及生成物的产率是否较高;实验过程中是否造成环境污染。
③从“安全性”方面对实验方案作出评价化学实验从安全角度常考虑的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防着火、防溅液、防破损等。(2)改进:改进的思路是先找到原方案的不足,然后进行反向思维再联系所掌握的相关知识进行改进方案的设计。
1.定量实验数据的测定方法
2.定量实验中“数据”的采集和处理(1)称量固体质量时,中学一般用托盘天平,可估读到0.1 g,精确度要求高的实验中可以用电子天平,可估读到0.001 g或0.000 1 g。(2)测量液体体积时,一般实验中选用适当规格的量筒,可估读到0.1 mL,精确度要求高的定量实验,如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式),可估读到0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器,用于配制一定物质的量浓度的溶液,一般不用于量取液体的体积。(3)气体除了量取外,还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法: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前后的质量增大值。
(4)用pH试纸(测得整数值)或pH计(精确度为0.01)直接测出溶液的pH,经过计算可以得到溶液中H+或OH-的物质的量浓度。(5)为了数据的准确性,要进行平行实验,重复测定。如中和滴定实验中要平行做2~3次滴定实验,求算未知溶液的浓度再取平均值,但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃,因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。
1. 实验表明,将CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合有蓝绿色沉淀生成。为了探究该沉淀的化学成分(假设为单一成分,且不含结晶水),某同学设计如下实验。回答下列问题:(1)蓝绿色沉淀可能为a.　　　　; b.CuCO3;c.碱式碳酸铜[化学式可表示为mCu(OH)2·nCuCO3]。(2)从悬浊液中获得蓝绿色固体的操作是　　　　。 
题组一　物质组成分析及含量纯度测定型
[解析]定量测定蓝色晶体的组成时,先连接好装置并检查气密性,然后添加药品,往装置内先通N2,排尽装置内的空气;给硬质玻璃管加热,直至固体呈黑色,通过无水CuSO4的颜色变化和澄清石灰水是否变浑浊,确定是否有H2O(g)和CO2生成,以确定固体的成分。(1)蓝绿色沉淀可能为Cu(OH)2。(2)从悬浊液中获得蓝绿色固体的操作,就是分离固、液混合物的操作,应是过滤。
(3)取一定量蓝绿色固体,用如下装置(夹持仪器已省略)进行定性实验。①盛放碱石灰的仪器名称为　　　　　　。 ②检查上述虚线框内装置气密性的实验操作:连接好装置后,关闭K,在C中加入少量水,浸没长导管口,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
用酒精灯微热硬质玻璃管,若C中有气泡逸出,撤去酒精灯冷却一段时间后,C中导管内形成水柱,则证明装置的气密性良好
[解析] ②检查题述虚线框内装置气密性时,应先营造一个密闭环境,再微热硬质玻璃管,看C中导管口的现象及冷却后的现象,以便得出结论。则实验操作为连接好装置后,关闭K,在C中加入少量水,浸没长导管口,用酒精灯微热硬质玻璃管,若C中有气泡逸出,撤去酒精灯冷却一段时间后,C中导管内形成水柱,则证明装置的气密性良好。
③若蓝绿色沉淀为CuCO3,则观察到的现象是A中硬质玻璃管中蓝绿色固体逐渐变为黑色,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
B中无水CuSO4不变色,C中澄清石灰水变浑浊
[解析]若蓝绿色沉淀为CuCO3,分解生成CuO、CO2,固体颜色如何变化、无水CuSO4和澄清石灰水中的现象都需要表明,则观察到的现象是A中硬质玻璃管中蓝绿色固体逐渐变为黑色,B中无水CuSO4不变色,C中澄清石灰水变浑浊。
④实验过程中发现装置B中无水CuSO4变蓝,装置C中有白色沉淀生成,为测定蓝绿色固体的化学组成,在装置B中盛放足量无水CaCl2,C中盛放足量NaOH溶液再次进行实验。C中盛放NaOH溶液,而不使用澄清石灰水的原因是　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若蓝绿色固体质量为34.6 g,实验结束后,装置B的质量增加1.8 g,C中溶液质量增加8.8 g,则该蓝绿色固体的化学式为　　　　　　　　　　　　　　。 
Cu(OH)2·2CuCO3或Cu3(OH)2(CO3)2
Ca(OH)2溶解度小,而NaOH溶解度大,更能充分吸收CO2
2. 为测定某氟化稀土样品中氟元素的质量分数,某化学兴趣小组进行了如下实验。利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为氟化氢(低沸点酸)蒸出,再滴定测量。实验装置如图所示。(1)a的作用是　　　　　　,仪器d的名称是　　　　　　。 (2)检查装置气密性:　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填操作),关闭K,微热c,导管e末端有气泡冒出;停止加热,导管e内有一段稳定的水柱,说明装置气密性良好。
在b和f中加水,水浸没导管a和e末端
[解析] (1)a的作用是平衡压强,防止圆底烧瓶中压强过大,引起爆炸;仪器d的名称是直形冷凝管。(2)检查装置气密性时在b和f中加水,使水浸没a和e的末端,从而形成密闭体系。
(3)c中加入一定体积高氯酸和m g氟化稀土样品,f中盛有滴加酚酞的NaOH溶液。加热b、c,使b中产生的水蒸气进入c。①下列物质可代替高氯酸的是　　　　(填字母)。 　　　　 　　　　　 　　　　　A.硝酸 B.盐酸 C.硫酸 D.磷酸②实验中除有HF气体外,可能还有少量SiF4(易水解)气体生成。若有SiF4生成,实验结果将      (填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。③若观察到f中溶液红色褪去,需要向f中及时补加NaOH溶液,否则会使实验结果偏低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
[解析] ①此实验是利用高氯酸(高沸点酸)将样品中的氟元素转化为HF(低沸点酸)蒸出。硝酸和盐酸易挥发,A、B项错误;硫酸和磷酸沸点高,难挥发,C、D正确。
充分吸收HF气体,防止其挥发损失
(4)向馏出液中加入V1 mL c1 ml·L-1 La(NO3)3溶液,得到LaF3沉淀,再用c2 ml·L-1 EDTA标准溶液滴定剩余La3+(La3+与EDTA按1∶1配合),消耗EDTA标准溶液V2 mL,则氟化稀土样品中氟的质量分数为　　　　　　　　　。 
(5)用样品进行实验前,需要用0.084 g氟化钠代替样品进行实验,改变条件(高氯酸用量、反应温度、蒸馏时间),测量并计算出氟元素质量,重复多次。该操作的目的是　。 
1. C(OH)2在空气中加热时,固体(不含其他杂质)质量随温度变化的曲线如图所示,取400 ℃时的产物[其中C的化合价为+2价、+3价,分别表示为C(Ⅱ)、C(Ⅲ)],用500 mL 5.1 ml·L-1盐酸将其恰好完全溶解,得到CCl2溶液和4.48 L(标准状况)黄绿色气体。下列说法错误的是 (　 )A.290 ℃时,若固体中只含有两种元素,则为C2O3B.400 ℃时,n[C(Ⅱ)]∶n[C(Ⅲ)]=27∶8C.500 ℃时,固体中氧元素质量分数约为26.6%D.生成的黄绿色气体可用于工业上生产“84”消毒液
题组二　热重定量分析型
2. MnC2O4·2H2O是一种常见的化学试剂,是制备其他含锰化合物的重要原料。如图是小组同学将MnC2O4·2H2O晶体放在坩埚里加热分解时,固体减少的质量分数随温度(T)变化的曲线(已知草酸锰不稳定,但其中锰元素的化合价在300 ℃以下不变)。试根据各点的坐标(近似值)回答下列问题:(1)C~D的化学方程式为　。 
MnC2O4 MnO+CO↑+CO2↑
[解析] MnC2O4·2H2O的摩尔质量为179 g·ml-1,假设1 ml MnC2O4·2H2O发生分解,则C点减少的质量为179 g×20.1%≈36 g,即恰好失去全部结晶水,C点固体为MnC2O4,D点减少60.3%,则D点质量为179 g×(1-60.3%)≈71 g,则D点为MnO,C~D的化学方程式为MnC2O4 MnO+CO↑+CO2↑。
2. MnC2O4·2H2O是一种常见的化学试剂,是制备其他含锰化合物的重要原料。如图是小组同学将MnC2O4·2H2O晶体放在坩埚里加热分解时,固体减少的质量分数随温度(T)变化的曲线(已知草酸锰不稳定,但其中锰元素的化合价在300 ℃以下不变)。(2)从D点到E点过程中固体减少的质量分数下降的原因是　。 
MnO与空气中的O2发生化合反应,生成新的锰氧化物
[解析]由于MnO与空气中的氧气发生化合反应生成新的锰氧化物,导致从D到E点过程中固体减少的质量分数下降。