1、第2讲 综合实验设计与评价高考点击1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2能对常见的物质进行检验、鉴别。3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。重点知识整合 一、物质的检验与鉴别 1物质的检验(1)原则 原理正确、现象明显、方法简单易行、试剂用量最少。(2)要求 解答物质检验的有关题目时，应按取样、操作、现象、结论的顺序进行描述。具体应做到：“先取样，后操作”。如果样品是固体，一般先用水溶解，配成溶液后再检验。要“各取少量溶液分别加入几支试管中”进行检验，不
2、得在原试剂瓶中进行检验。要“先现象，后结论”。例如，向Na2CO3溶液中滴加盐酸，所观察到的现象应记录为“有气泡产生”或“有无色气体放出”，不能说成“碳酸钠和盐酸反应，放出二氧化碳”或“有无色的二氧化碳气体放出”。(3)基本步骤 外观初步判断(固体、溶液中离子、气体的颜色)化学方法进一步确证(利用特征反应)得出正确结论(根据现象做出判断)。2物质鉴别的常用方法(1)不用其他试剂来鉴别一组物质，一般情况从以下几个方面考虑：利用某种物质的特殊性质(如颜色、气味、溶解性等)，首先鉴别出来，然后再用该试剂去鉴别其他物质；若均无明显外观特征，可考虑加热或用焰色反应进行区别；若以上两种方法都不能鉴别，可考
3、虑两两混合，记录混合后的现象进行分析确定；若被鉴别对象中有两种试剂因滴加顺序不同而产生不同现象时，我们常将这两种试剂称为“互鉴试剂”，它们在组合体系中相当于是已知对象，如AlCl3溶液和NaOH溶液、Na2CO3溶液和稀盐酸等。(2)用一种试剂来鉴别多种物质时，所选用的试剂必须能和被鉴别的大多数物质发生反应，而且能产生不同的实验现象。先分析被鉴别物质的水溶性、密度、溶液的酸碱性，确定能否选用水和石蕊等酸碱指示剂进行区别；在鉴别多种酸、碱、盐溶液时可采用“相反原理”确定试剂，即被鉴别的溶液多数呈酸性时，可选用碱性的盐试剂；若被鉴别的溶液多数呈碱性时，可考虑选择酸性的盐试剂；常用的鉴别试剂有FeC
4、l3溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、稀H2SO4、Cu(OH)2悬浊液等。二、物质制备实验方案设计 1制备实验方案设计的基本思路 2气体制备与收集实验的设计流程 3装置选择原则(1)发生装置选择应依据所用试剂的状态及反应条件；(2)收集装置选择应依据产物的性质及状态，产物为气体的则主要考虑其水溶性和相对空气密度大小；(3)净化装置选择应依据产物与杂质的性质差异，仅使杂质被吸收；(4)尾气处理装置选择应依据气体产物的水溶性、酸碱性、可燃性等，勿使有毒气体排入空气中造成环境污染，也勿使空气的成分对装置有不良影响。4实验方案设计中的安全问题(1)防爆炸：点燃可燃性气体(如H2、CO、CH4、C
5、2H2、C2H4)或用CO、H2还原Fe2O3、CuO之前，要检验气体纯度。(2)防暴沸：配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时，要将密度大的浓硫酸缓慢倒入水或酒精中；加热液体混合物时要加沸石(或碎瓷片)。(3)防中毒：制取有毒气体(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)时，应在通风橱中进行，且进行尾气处理。(4)防倒吸：加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大的气体(如NH3、HCl)时，要注意熄灯顺序或加装安全瓶。三、化学实验方案设计与评价 1化学实验方案设计(1)实验方案设计的思路(2)实验设计时遵循的原则 科学性：实验原理准确，实验流程合理。安全性：保护人身、保护环境、保护仪器
6、。可行性：条件允许，效果明显，操作简便可行。简约性：方案简单易行，尽可能采取简单的实验装置，用较少的步骤和药品完成实验。(3)实验操作的设计与注意的问题 仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。实验操作的顺序：装置选择与连接气密性检验装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。如果实验室取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。冷凝回流：有些实验中，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
7、装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管及冷凝管等)。仪器拆卸的科学性与安全性：要从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸等方面考虑。其他：如实验操作顺序、试剂加入先后顺序、实验方法使用顺序等。2实验方案的评价(1)选择 包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择包括种类、浓度、物态等；连接方式的选择包括仪器的先后顺序，导管接口的连接等。(2)分析判断 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断，要考虑是否合理、有无干扰现象、经济效益高低和对环境有无污染等。(3)最佳
8、方案的选用 几个实验方案都能达到目的，分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。命题热点演练 物质的检验与鉴别(2011年高考天津卷)向四支试管中分别加入少量不同的无色溶液进行如下操作，结论正确的是()例1【解析】A 项滴加 BaCl2 溶液，生成白色沉淀，该沉淀可能为 BaSO4、BaSO3、BaCO3 或AgCl，说明原溶液中可能含有 SO24、SO23、CO23 或 Ag；B 项原溶液中若含有 I，滴加氯水时被氧化成 I2，滴加 CCl4 后，CCl4 从水中萃取 I2，由于 CCl4 的密度大于水，则溶液
9、出现分层现象，且下层溶液呈紫色；C 项焰色反应的火焰呈黄色，说明原溶液中含有 Na，可能含有 K，因为 Na 元素的黄色掩盖 K 元素的紫色，应透过蓝色钴玻璃观察以确定是否含有 K；D 项原溶液中滴加稀 NaOH溶液，生成 NH3H2O 的浓度较小，不易分解，应进行加热以确定是否含有 NH4。【答案】B 变 式 训 练 1 (2011 年 高 考 重 庆 卷)不 能 鉴 别AgNO3、BaCl2、K2SO3和Mg(NO3)2四种溶液(不考虑他们间的相互反应)的试剂组是()A盐酸、硫酸 B盐酸、氢氧化钠溶液 C氨水、硫酸D.氨水、氢氧化钠溶液 解析：选D。氨水和氢氧化钠溶液都不能与BaCl2和K
10、2SO3两种溶液反应，因此无法鉴别两者，因此D不能鉴别。(2011年高考新课标全国卷)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。化学实验设计与评价例2请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为_(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；_(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。A加热反应一段时间B收集气体并检验其纯度 C关闭分液漏斗活塞D停止加热，充分冷却(3)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断，上述实
11、验确有CaH2生成。写 出 CaH2 与 水 反 应 的 化 学 方 程 式_；该 同 学 的 判 断 不 正 确，原 因 是_。(4)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象_。(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是_。【解析】从题给装置图分析制备氢化钙的原料是氢气和金属钙，制备出的氢气需要先净化HCl气体用NaOH溶液吸收，再干燥选择浓硫酸，盛有CaCl2的干燥管连接在装有钙的大试管上，防止外界的水蒸气干扰实验。(1)按气流方向连接顺序为ie，fd，cj，ka。(2)氢气易燃烧，反应开始后应先检验其纯度，再加热钙进行反应。反应结束时
12、应先停止加热，此时要保证继续通氢气，防止倒吸入空气，影响氢化钙的纯度，充分冷却后再关闭活塞停止通氢气。所以顺序为BADC。(3)氢化钙中氢元素为1价，发生氧化还原反应：CaH22H2O=Ca(OH)22H2。活泼金属Ca与水反应也生成氢气和氢氧化钙，产生类似现象。(4)两者的不同之处在于氢化钙中含有氢元素，区分它们需在干燥环境中，取适量氢化钙与氧气在加热条件下反应，将生成的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管中，观察到固体由白色变为蓝色；取适量的钙做类似实验，无明显现象。(5)氢化钙为固体，携带方便。【答案】(1)ie，fd，cj，k(或k，j)a(2)BADC(3)CaH22H2O=Ca(OH)2
13、2H2 金属钙与水反应也有类似现象(4)取适量氢化钙，在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气相产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，观察到固体由白色变为蓝色；取钙做类似实验，观察不到固体由白色变为蓝色(5)氢化钙是固体，便于携带变式训练2(2011年苏州高三第二次模拟)某学生设计了一套验证物质化学性质的实验装置(如图)：请完成下列问题：(1)该实验的目的是_。(2)该实验的原理是(用化学方程式表示)_。(3)实验用品：实验仪器除铁架台(带铁夹)、储气瓶(两个)、直管活塞(K1、K2)、止水夹(K3)、橡胶管、橡胶塞以及若干玻璃管连件外，还有哪几种(写仪器名称)_。实验所用试剂为_。(4)检查本装置气密
14、性的最好方法是_。(5)实验步骤：按上图连接好仪器装置；扭开活塞K1和K2，主要现象为_；关闭活塞K1和K2，打开止水夹K3，要使烧瓶内产生喷泉可采用的方法是_。解析：(1)因题干中注明该装置是验证物质化学性质的装置，将此信息与图中物质相关联，可知目的为验证NO易被氧气氧化和NO2可与H2O反应的性质。(2)2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO(3)纵观整套装置，除题干所述的仪器外，还剩下的主要仪器有圆底烧瓶和烧杯，所用试剂也由读图可知。(4)检查装置的气密性属于中学实验的常考考点，类似的考题较多。本问应从装置的特点来思考。可用储水瓶中的水排储气瓶中的空气至圆底烧瓶中，使之形成
15、水压。若装置不漏气，则储气瓶中水位将不再上升。(5)通过现象变化反映物质的性质，从喷泉的原理出发寻找答案。因为当外压大于内压时喷入，如课本中氨水的喷泉实验；当内压大于外压时喷出，如火山喷发。本操作应抓住NO2与H2O接触后发生反应而导致体积减小去思考，要特别留心“打开K3”这一环节。答案：(1)验证NO与O2反应，NO2与H2O反应(2)2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO(3)圆底烧瓶和烧杯 NO、O2、H2O(4)安装好装置，先夹上K3，关闭K1，打开K2，在储水瓶中装入水。再打开K1，使水注入储气瓶。片刻，储气瓶中水位不再上升，储水瓶中水位不再下降，则装置气密性良好，否则其气密性不好(5)盛NO的集气瓶内出现红棕色 用手或热毛巾捂住圆底烧瓶
