1、真题感悟规律探究 典例剖析强化训练 专题十四 化学实验方案的设计考纲要求 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装置图。3.各部分实验基础知识与技能的综合应用。对应学生用书P68真题感悟1(2016高考全国甲卷)下列实验操作能达到实验目的的是()实验目的实验操作A制备 Fe(OH)3 胶体将 NaOH 浓溶液滴加到饱和FeCl3 溶液中B由 MgCl2 溶液制备无水MgCl2将 MgCl2 溶液加热蒸干C除去 Cu 粉中混有的
2、CuO加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥D比较水与乙醇中氢的活泼性分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中解析：选 D。A 项中，制备 Fe(OH)3 胶体，应把饱和 FeCl3 溶液逐滴加入到沸水中，继续煮沸至溶液呈红褐色，反应为 FeCl33H2O=Fe(OH)3(胶体)3HCl。B 项中，由 MgCl2 溶液制备无水 MgCl2 应在 HCl 气流中加热，防止 MgCl2 发生水解反应。C 项中，Cu 粉能和稀 HNO3 反应：3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2O，应加入稀硫酸(或稀盐酸)溶解，过滤、洗涤、干燥。D 项中，由于 H2O 中的 H 比乙醇中的 H 易电离，所以 N
3、a 与 H2O 反应比 Na 与乙醇反应剧烈得多，可以用与 Na 的反应来比较水和乙醇中氢的活泼性。2(2016高考全国乙卷)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用 NH3 将 NOx 还原生成 N2。某同学在实验室中对 NH3 与 NO2 反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的 NH3 充入注射器 X 中，硬质玻璃管 Y 中加入少量催化剂，充入 NO2(两端用夹子
4、 K1、K2 夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开 K1，推动注射器活塞，使 X中的气体缓慢充入 Y 管中Y 管中_反应的化学方程式_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y 管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开 K2_解析：(1)图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液加热制气装置。如果选择 A 装置制取氨气，则反应的化学方程式为 2NH4ClCa(OH)2=CaCl22NH32H2O；如果选择 B 装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3H2O=NH3H2O。欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶
5、于水显碱性，因此要选用碱石灰作干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接 d 后接 c；其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接 f 再接 e；最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接 i。(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用 NH3 将NOx 还原生成 N2”，结合实验条件可知反应为 8NH36NO2=催化剂7N212H2O，NO2 为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。反应后气体分子数减少，Y 管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。答案：(1)A 2NH4ClCa(OH)2=
6、2NH3CaCl22H2O(或 B NH3H2O=NH3H2O)dcfei(2)红棕色气体慢慢变浅 8NH36NO2=催化剂7N212H2O Z 中 NaOH 溶液产生倒吸现象 反应后气体分子数减少，Y 管中压强小于外压1制备实验方案的设计：常以选择形式、综合实验装置图分析某制备实验能否达到实验目的。或对实验现象分析并得出结论，评价等工艺流程题形式，结合物质的制备或资源的回收利用，考查分离、提纯等基本操作，以及其对某步工艺的分析、评价、改进等。2探究组成、性质的实验方案设计与评价：常见探究物质的组成、性质为线索，综合考查常用仪器的名称、物质的检验、分离和提纯，装置气密性检验等，解题时要注意：(
7、1)题目条件有无特殊要求：如采用最简单或最合理的步骤，这些要求对考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都作了限定。(2)提供的药品和装置的要求：若只给出部分，应作必要补充，若有剩余，则应筛选。(3)实验过程隐蔽性操作：如过量试剂、静置、振荡、干燥、除杂、冷凝等不能忽略。(4)药品、仪器规格：要求准确描述，如饱和 NaHCO3 溶液、酸性 KMnO4 溶液、浓硫酸、100 mL 容量瓶等。考点一 制备实验方案的设计(思维探究)对应学生用书P69规律探究1物质制备实验设计一般思路如下2注意事项(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型
8、)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等；药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；连接方式的选择指仪器的先后顺序、导管接口的连接等。(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。典题剖析例 1 CuCl2、CuCl 是重要的化工原料，广泛地用作有机合成催化剂。实验室中以粗铜(含杂质 Fe)为原料，一种制备铜的氯化物的流程如下：请回答下列问题：(1)如图装置进行反应，导管 a 通入氯气(夹持仪器和加热装置省略)，观察到的现象是_，写
9、出铜与氯气反应的化学方程式：_。(2)上 述 流 程 中 固 体K溶 于 稀 盐 酸 的 目 的 是_。试剂 X、固体 J 分别为_。aNaOH Fe(OH)3bNH3H2O Fe(OH)2cCuO Fe(OH)3dCuSO4 Cu(OH)2(3)反应是向溶液 2 中通入一定量的 SO2，加热一段时间后生成 CuCl 白色沉淀。写出制备 CuCl 的离子方程式：_。(4)反应后，如图盛有 NaOH 溶液的广口瓶中溶液具有漂白、消毒作用，若用钢铁(含 Fe、C)制品盛装该溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该红褐色沉淀的主要化学式是_，该腐蚀过程的正极
10、反应式为_。(5)以石墨为电极，电解 CuCl2 溶液时发现阴极上也会有部分CuCl 析出，写出此过程中阴极上的电极反应式：_。(1)明确制备原料和目标产品。(2)弄清操作过程和反应的原理。(3)根据氧化还原反应规律书写并配平化学方程式的方法：实质是电子守恒，依据是化合价升高和降低的总数相等。(4)金属电化学腐蚀的实质是构成原电池，金属作原电池的负极被氧化。(5)电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。【解析】(1)铜在氯气中燃烧产生棕色的烟，生成氯化铜固体。(2)铜盐溶解过程中会水解生成氢氧化铜，用盐酸溶解的目的是保持溶液呈强酸性，避免铜元素因水解造成损失。铁与氯气反应生成氯化铁，溶
11、解后溶液中含有铁离子，加入氧化铜促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀过滤除去。(3)根据题中信息，铜元素化合价由2 价转化为 CuCl 中的1价，故铜离子是氧化剂，SO2 是还原剂，反应中被氧化为 SO24，根据氧化还原反应的规律可以写出离子方程式。(4)氢氧化钠溶液吸收氯气，生成物有次氯酸钠和氯化钠，钢铁在次氯酸钠和氢氧化钠的混合溶液中发生电化学腐蚀，碳等杂质为正极，铁为负极。负极的电极反应式为 Fe2e=Fe2，Fe22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，正极的电极反应式为ClO2eH2O=Cl2OH。(5)电解过程中，Cu2在阴极上得电子转化为 Cu，Cu和溶
12、液中的 Cl结合生成 CuCl。【答案】(1)试管内有棕色烟产生CuCl2=点燃 CuCl2(2)避免 Cu2水解 c(3)2Cu22ClSO22H2O=2CuClSO24 4H(4)Fe(OH)3ClO2eH2O=Cl2OH(5)Cu2eCl=CuCl强化训练1三氯化硼主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成的催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。实验室可用如图所示装置(部分夹持仪器已略去)模拟生产过程中三氯化硼的制备。已知：BCl3 的熔点为107.3，沸点为 12.5；硼与铝的性质相似，能与氢氧化钠溶液和盐酸反应。请回答下列问题：(1)仪器 X 的名称是_，使用前应进行的操作是_。(2)试 剂Y
13、是 _，装 置E的 作 用 是_。(3)为了顺利完成实验，正确的操作是_(填序号)，这样操作的原因是_。先点燃 A 处酒精灯，后点燃 D 处酒精灯先点燃 D 处酒精灯，后点燃 A 处酒精灯同时点燃 A、D 处酒精灯(4)三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾，写出该反应的化学方程式：_。实验室保存三氯化硼的注意事项是_。解析：(1)仪器 X 是分液漏斗，实验前应检查是否漏水。(2)由已知信息知，三氯化硼的沸点低，易挥发，因此需要冷却产品，装置 E 的作用是冷却和收集三氯化硼，装置 B 的作用是吸收 Cl2 中混有的 HCl。(3)若不先排尽装置中的空气，O2 会与硼发生反应 4B3O2=2B2O3，因此可利用生成的氯气排出空气，即先点燃 A 处酒精灯，后点燃 D 处酒精灯。(4)因硼与铝的性质相似，硼酸的化学式为 H3BO3，类似铝酸(H3AlO3)，即三氯化硼遇水能发生反应：BCl33H2O=H3BO33HCl。答案：(1)分液漏斗 检漏(2)饱和食盐水 冷却和收集三氯化硼(3)排尽装置中的空气，避免氧气和硼粉反应生成B2O3(或其他合理答案)(4)BCl33H2O=H3BO33HCl 密封干燥低温处保存