1、突破全国卷专题讲座(三)近几年全国卷实验综合题的命题趋向专题四 化学实验专题四 化学实验命题趋势近几年全国卷实验综合题不再单纯地出现制备、探究或定量实验类型，而是呈现融合趋势，在制备或探究中也有定量计算，整个实验题拉开梯度，涉及常见仪器的识别使用、基本操作、装置连接、实验设计与评价、产率或纯度计算等，各方面问题都可以考查到。“有机实验”在前几年高考专题四 化学实验中频频出现，一度让人觉得全国卷对有机物的重视，其实不过是物质制备类实验而已，以有机物的形式考查只是增加了试题的陌生度，并不属于专门加强有机物的考查。预计 2020 年高考中会有综合性实验题。突破策略一、化学实验方案的设计1三种常见实验
2、方案设计的基本流程(1)物质制备型实验方案的设计应遵循以下原则：条件合适，操作方便；原理正确，步骤简单；原料丰富，价格低廉；产物纯净，污染物少。设计的基本流程为根据目标产物确定可能原理设计可能实验方案优化实验方案选择原料设计反应装置(方法、仪器等)实施实验(步骤、操作要点、控制反应条件等)分离提纯产品。(2)性质探究型实验方案的设计主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。设计的基本流程为根据物质的组成、结构和类型提出性质猜想设计实验逐个验证记录现象和数据归纳分析合理推断、得出结论。(3)性质验证型实验
3、方案的设计主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。设计的基本流程为根据物质的性质设计可能实验方案优化实验方案实施实验(原理、方法、步骤、仪器、药品、操作要点等)观察现象、记录数据综合分析、得出结论。二、化学实验方案的评价 1从“可行性”方面(1)实验原理是否正确、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)实验效果是否明显等。2从“绿色化学”方面(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)合成过程是否造成环境污染。3从“安全性”方面(1)净化
4、、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，气体点燃先验纯等；(3)防氧化，如 H2 还原 CuO 后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等；(4)防吸水，如实验中取用、制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要的防吸水措施，以保证达到实验目的。4从“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，需在反应装置上加装冷凝回流装置，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，从高到低的顺序拆卸；(4)其他，如实
5、验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等。三、探究、创新型综合实验 1化学实验探究的基本环节(1)发现问题：在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和异常现象等。(2)提出猜想：根据已有知识对所发现问题的解决提出的几种可能情况。(3)设计验证方案：根据猜想，结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案，对各种猜想进行验证。(4)具体实施实验：根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。(5)观察现象分析数据，得出结论：认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据，然后进行推理分析和数据分析，通过对比归纳得出结论。2物质性质探究的常见方法(1)证明酸性：pH 试纸或酸碱指示剂
6、；与 Na2CO3 溶液反应；与锌反应等。(2)证明弱酸或弱碱：证明存在电离平衡；测定对应盐溶液的酸碱性；测量稀释前后的 pH 变化。(3)证明氧化性：与还原剂(如 KI、SO2、H2S 等)反应，产生明显现象。(4)证明还原性：与氧化剂(如酸性 KMnO4 溶液、溴水、浓HNO3 等)反应，产生明显现象。(5)证明某分散系为胶体：丁达尔效应。(6)证明碳碳双键(或三键)：使酸性 KMnO4 溶液或溴的四氯化碳溶液褪色。(7)证明酚羟基：与浓溴水反应产生白色沉淀；与 FeCl3溶液发生显色反应。(8)证明醇羟基：与酸发生酯化反应，其产物不溶于水，有果香味。(9)证明醛基：与银氨溶液作用产生银镜
7、；与新制Cu(OH)2 悬浊液作用产生砖红色沉淀。(10)比较金属的活动性：与水反应；与酸反应；置换反应；原电池；电解放电顺序；最高价氧化物的水化物的碱性强弱；同种强酸的对应盐的酸性强弱。(11)比较非金属的活动性：置换反应；与氢气反应的难易；气态氢化物的稳定性、还原性；最高价氧化物的水化物的酸性强弱。(12)比较酸(碱)的酸(碱)性强弱：较强的酸(碱)制得较弱的酸(碱)。四、有机物制备实验“有机实验”主要涉及有机物的制备、有机物官能团性质实验探究等。常常考查蒸馏和分液操作、反应条件的控制、产率的计算等问题。1分离液体混合物的方法(详见第十四讲考点 3 核心精讲)2蒸馏装置(详见第十四讲考点
8、3 核心精讲)3产品的洗涤制得粗产品在提纯时往往采取蒸馏法，在蒸馏前往往有洗涤粗产品操作，该洗涤一般针对有机产品中的无机物进行，实质类似于萃取，由于分液时的残留，故需再用试剂洗去前面所加的试剂，在解答这类问题时务必注意这一特点。突破训练1实验室制备硝基苯的反应原理和实验装置如下：反应中存在的主要副反应：在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。有关数据和性质如下表：物质熔点/沸点/密度/gcm3溶解性 苯5.5800.88微溶于水 硝基苯5.7210.91.205难溶于水 间二硝基苯893011.57微溶于水 浓硝酸831.4易溶于水 浓硫酸3381.84易溶于水实验步骤如下：取 100 mL 烧杯
9、，用 20 mL 浓硫酸与 18 mL 浓硝酸配制混合酸，将混合酸小心加入 B 中；把 18 mL(15.84 g)苯加入 A 中；向室温下的苯中逐滴加入混合酸，边滴边搅拌，混合均匀，在 5060 下发生反应，直至反应结束；将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH 溶液、水洗涤并分液；分出的产物加入无水 CaCl2 颗粒，静置片刻，然后倒入蒸馏烧瓶，弃去 CaCl2，进行蒸馏纯化，收集 205210 馏分，得到纯硝基苯 18 g。回答下列问题：(1)图中仪器 C 的作用是_。(2)配制混合酸时，能否将浓硝酸加入到浓硫酸中，并说明理由：_。(3)为 了 使 反 应 在 50
10、 60 下 进 行，常 用 的 方 法 是_。反应结束并冷却至室温后 A 中液体 就 是 粗 硝 基 苯，粗 硝 基 苯 呈 黄 色 的 原 因 是_。(4)在洗涤操作中，第二次水洗的作用是_。(5)在蒸馏纯化过程中，因硝基苯的沸点高于 140，应选用空气冷凝管，不选用直形冷凝管的原因是_。(6)本实验所得到的硝基苯产率是_。解析：(1)由仪器的结构特征分析，仪器 C 为球形冷凝管，其作用为冷凝回流。(2)浓硝酸与浓硫酸混合会放出大量的热，若将浓硝酸加入到浓硫酸中，浓硝酸的密度小于浓硫酸，可能导致液体迸溅。(3)因为反应在 5060 下进行，低于水的沸点，可以利用水浴加热。反应后硝基苯中溶有浓
11、硝酸分解产生的 NO2(或硝酸)等杂质，使粗硝基苯呈黄色。(4)先用少量水洗除去浓硫酸和浓硝酸，再用氢氧化钠除去溶解的少量的酸，最后水洗除去未反应的氢氧化钠以及生成的钠盐。(5)硝基苯沸点高，用空气冷凝与用水冷凝相比效果几乎无差异，且直形冷凝管通水冷却时导致温差过大可能发生炸裂，所以选用空气冷凝管。(6)苯完全反应生成硝基苯的理论产量为(15.84123/78)g，所以硝基苯的产率为 18 g(15.84123/78)g100%72.06%。答案：(1)冷凝回流(2)不能，液体易暴沸飞溅(3)水浴加热 溶有浓硝酸分解产生的 NO2(或硝酸)等杂质(4)洗去残留的 NaOH 及生成的钠盐(5)硝
12、基苯沸点高，直形冷凝管通水冷却时温差过大可能发生炸裂(6)72.06%(或 72%或 72.1%)2(2017武汉高三模拟)某化学小组同学用下列装置和试剂进行实验，探究 O2 与 KI 溶液发生反应的条件。供选试剂：30%H2O2 溶液、0.1 molL1 H2SO4 溶液、MnO2固体、KMnO4 固体。(1)该小组同学设计甲、乙、丙三组实验，记录如下：操作现象 甲向的锥形瓶中加入_，向的_中加入 30%H2O2 溶液，连接、，打开活塞中产生无色气体并伴随大量白雾；中有气泡冒出，溶液迅速变蓝 乙向中加入 KMnO4 固体，连接、，点燃酒精灯中有气泡冒出，溶液不变蓝 操作现象 丙向中加入 KM
13、nO4 固体，中加入适量0.1 molL1 H2SO4 溶液，连接、，点燃酒精灯中有气泡冒出，溶液变蓝(2)丙实验中 O2 与 KI 溶液反应的离子方程式是_。(3)对比乙、丙实验可知，O2 与 KI 溶液发生反应的适宜条件是_。为进一步探究该条件对反应速率的影响，可采取的实验措施是_。(4)由甲、乙、丙三组实验推测，甲实验可能是中的白雾使 溶 液 变 蓝。学 生 将 中 产 生 的 气 体 直 接 通 入 下 列_溶液，证明了白雾中含有 H2O2。A酸性 KMnO4 BFeCl2CNa2S D 品红(5)资料显示，KI 溶液在空气中久置过程中会被缓慢氧化：4KIO22H2O=2I24KOH。
14、该小组同学取 20 mL 久置的 KI 溶液，向其中加入几滴淀粉溶液，结果没有观察到溶液颜色变蓝，他们猜想可能是发生了反应：_(写离子方程式)造成的，请设计实验证明他们的猜想是否正确：_。解析：(1)结合题给试剂可知，甲实验中用二氧化锰和过氧化氢反应来制取氧气，故应向的锥形瓶中加入 MnO2 固体，向的分液漏斗中加入 30%H2O2 溶液。(2)丙实验的实验现象为中有气泡冒出，溶液变蓝，说明氧气将 I氧化成了 I2，反应的离子方程式为 O24I4H=2I22H2O。(3)对比乙、丙实验，乙实验中没有加入 H2SO4 溶液，未生成 I2，而丙实验中加入 H2SO4 溶液，生成了 I2，据此可加
15、O2 与 KI 溶液发生反应的适宜条件是酸性环境。使用不同浓度的稀硫酸做对比实验，可确定该条件对反应速率的影响。(4)H2O2 能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而 O2 不与酸性高锰酸钾溶液反应，故可用酸性高锰酸钾溶液证明白雾中含有 H2O2，A 项正确；O2 和 H2O2 都能氧化 Fe2，故不能用 FeCl2 溶液证明白雾中含有 H2O2，B 项错误；H2O2和 O2 都能氧化 Na2S，故不能用 Na2S 溶液证明白雾中含有H2O2，C 项错误；H2O2 能使品红溶液褪色，而 O2 不能，故可用品红溶液证明白雾中含有 H2O2，D 项正确。(5)加入淀粉溶液，溶液颜色不变蓝，可能是因为生成的
16、I2 与 KOH发生了反应：3I26OH=5IIO3 3H2O，如果发生了该反应，则向未变蓝的溶液中加入稀 H2SO4，I和 IO3 会反应生成碘单质，溶液变蓝。答案：(1)MnO2 固体 分液漏斗(2)O24I4H=2I22H2O(3)酸性环境 使用不同浓度的稀硫酸做对比实验(4)AD(5)3I26OH=5IIO3 3H2O 在未变蓝的溶液中滴入 0.1 molL1 H2SO4 溶液观察现象，若溶液变蓝，则猜想正确，否则错误3(2017淄博高三模拟)某同学设计如图装置，用过量浓硫酸与铜反应制取 SO2，并探究 SO2 与 Na2O2 反应的产物。.制取 SO2(1)写出烧瓶中生成 SO2 的
17、化学方程式：_。(2)写出实验现象。细铜丝表面：_。实 验 过 程 中，烧 瓶 中 液 体 始 终 保 持 澄 清，并_。(3)欲 使 反 应 停 止，应 进 行 的 操 作 是_。烧瓶中液体冷却后，可观察到的现象是_。.探究 SO2 与 Na2O2 反应后的固体产物(4)实验方案如下：取洗涤玻璃棉所得溶液，_。(5)把 Na2O2 粉末散附在玻璃棉上的目的是_。若 Na2O2 未完全反应，对实验结果的影响是_(用必要的文字和化学方程式表示)。.装置改进(6)老师指出该实验装置需做如下改进：_(只 答 出一种即可)。解析：.(1)烧瓶中铜与浓硫酸在加热条件下反应生成 SO2的化学方程式为 Cu
18、2H2SO4(浓)=CuSO4SO22H2O；(2)实验现象为细铜丝表面有气泡产生，细铜丝溶解；实验过程中，烧瓶中液体始终保持澄清，并逐渐变为蓝色；(3)欲使反应停止，应进行的操作是先抽拉粗铜丝使细铜丝与浓硫酸脱离接触，再撤去酒精灯；浓硫酸具有吸水性，烧瓶中液体冷却后，使硫酸铜固体析出，硫酸铜为白色固体，故可观察到的现象是有白色固体生成，溶液变为无色。.(4)实验方案如下：取洗涤玻璃棉所得溶液，滴加足量BaCl2 溶液，产生白色沉淀；再滴加足量稀盐酸，若白色沉淀不溶解，则产物只有 Na2SO4；若白色沉淀全部溶解，并产生刺激性气味气体，则产物只有 Na2SO3；若白色沉淀部分溶解，并产生刺激性
19、气味气体，则产物中有 Na2SO3 和Na2SO4；(5)把 Na2O2 粉末散附在玻璃棉上的目的是使Na2O2 与 SO2 充分接触；若 Na2O2 未完全反应，则不能确定是否产生 Na2SO4，Na2SO3Na2O2H2O=Na2SO42NaOH。.(6)为防倒吸，在烧杯和硬质玻璃管之间加安全瓶或烧杯中导管接倒置的漏斗，且漏斗口刚好接触溶液。答 案：.(1)Cu 2H2SO4(浓)=CuSO4 SO2 2H2O(2)有气泡产生，细铜丝溶解 逐渐变为蓝色(3)先抽拉粗铜丝使细铜丝与浓硫酸脱离接触，再撤去酒精灯 有白色固体生成，溶液变为无色.(4)滴加足量 BaCl2 溶液，产生白色沉淀；再滴加足量稀盐酸，若白色沉淀不溶解，则产物只有 Na2SO4；若白色沉淀全部溶解，并产生刺激性气味气体，则产物只有 Na2SO3；若白色沉淀部分溶解，并产生刺激性气味气体，则产物中有 Na2SO3 和 Na2SO4(5)使 Na2O2 与 SO2 充分接触 不能确定是否产生 Na2SO4，Na2SO3Na2O2H2O=Na2SO42NaOH.(6)在烧杯和硬质玻璃管之间加安全瓶(或烧杯中导管接倒置的漏斗，且漏斗口刚好接触溶液)
