1、【 精品教育资源文库 】 第 34 讲 实验方案的设计与评价 考纲要求 1.能根据要求，做到设计、评价或改进实验方案。 2.分析或处理实验数据。 考点一 数据的测量方法、过程综合实验题 通过测定物质的质量、气体、液体的体积，对反应过程中物质的含量、变化进行定量的研究，是一种重要的实验方法，通常数据的测定方法有以下几类： 1沉淀法 根据原子守恒的原理，通过系列反应把欲测定元素转化为沉淀，通过测定沉淀质量，获知目标元素的含量。实验的措施要以目标元素完全转化为沉淀为中心，多涉及沉淀的过滤、洗涤、干燥、称量等操作。 2测定气体体 积法 对于有气体生成的反应，可通过测定生成气体的体积来测定样品的纯度。
2、测定气体体积的具体措施多为排液量气。常见方案如下： 3测定气体质量法 把生成的气体通入足量的吸收剂，通过测定实验前后吸收剂的质量，获得生成气体的质量，然后进行计算。 4固体质量差量法 利用固体加热前后或反应前后的质量变化作为已知量，通过方程式找出的差量进行计算。 5滴定法 利用滴定实验的原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定等获得待测物质数据，再进行计算，常涉及指示剂的选择，滴定终点的确定等实验考查。 【 精品教育资源文库 】 考向一 气体 体积的测量 1 (2018 湖北仙桃中学开学摸底 )某中学有甲、乙两个探究性学习小组，他们拟用小颗粒状铝硅合金与足量稀硫酸的反应测定通常状况 (
3、约 20 ， 1 atm)下气体摩尔体积。 (1)甲组同学拟选用如图甲实验装置完成实验： 该组同学必须选用的装置的连接顺序是 A 接 _、 _接 _、_接 _(填接口字母，可不填满 )； 实验开始时，先打开分液漏斗活塞，一会儿后稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶。请你帮助分析原因 _ _； 实验结束时，该组同学应怎样测量实验中生成氢气的体积？ _。 (2)乙组同学仔细分析甲组同学的实验装置后，认为：稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了 如图乙所示的实验装置。 装置中导管 a的作用是
4、 _ 【 精品教育资源文库 】 _； 实验中准确测得 4个数据：实验前铝硅合金的质量为 m1 g，实验后残留固体的质量为m2 g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为 V1 mL、 V2 mL，则通常状况下气体摩尔体积 Vm _。 解析： (1) 装置的组装顺序：合金与酸反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，利用增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体 积，量筒内导管应伸入量筒底部，故连接顺序为： (A)接 (E)， (D)接 (G)； 铝与稀硫酸反应产生的氢气使锥形瓶内气压增大，锥形瓶内的压强大于大气压，所以稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中； 实验结束时
5、，该组同学测量实验中生成氢气的体积方法为：待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即氢气在通常状况时的体积。 (2) 装置中导管 a 的作用是：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下，滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积 ，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差； 实验前铝硅合金的质量 m1 g，实验后残留固体的质量 m2 g，则金属铝的质量是 (m1 m2)g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、 V2 mL，产生气体体积为 (V1 V2)mL 即产生的气体物质的量是 ?V1 V
6、2?10 3Vm ，根据关系式： 2Al 3H2 2 3 ?m1 m2?g27 g/mol ?V1 V2?10 3LVm 解得 Vm 18?V1 V2?1 000?m1 m2?Lmol 1。 答案： (1)E D G 铝与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大 待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即生成氢气在通常状况时的体积 (2) 保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差 18?V1 V2?1 000
7、?m1 m2?Lmol 1 考向二 固体质量的测量 【 精品教育资源文库 】 2 (2018 河北唐山一中调研 )某化学研究小组测定某 FeCl3样品 (含少量 FeCl2杂质 )中铁元素的质量分数，在实验室中按以下步骤进行实验： 称取 a g 样品，置于烧杯中； 取适量盐酸和适量蒸馏水使样品溶解，准确配制成250 mL溶液； 准确量取 25.00 mL步骤 中配得的溶液，置于烧杯中，加入适量的氯水，使反应完全； 加入过量氨水，充分搅拌，使沉淀完全； 过滤，洗涤沉淀； 将沉淀转移至坩埚内，加热、搅拌，直到固体由红褐色全部变为红棕色，冷却至室温后，称量； ? 请根据上面的叙述回答下列问题： (
8、1)如图所给仪器中，实验步骤 中必须用到的仪器是 E和 _(填仪器序号 )；还缺少的主要仪器名称是 _。 (2)步骤 中所发生反应的离子方程式为 _。 (3)步骤 中洗涤沉淀的操作是 _。 (4)若坩埚质量是 W1 g，最终坩埚和固体的总质量是 W2 g，则样品中铁元素的质量分数为 _。 解析： (1)称量需要托盘天平，溶解需要烧杯和玻 璃棒，配制需要容量瓶和胶头滴管，注意 A 仪器不是容量瓶，为圆底烧瓶，第 步量取 FeCl3溶液时要用酸式滴定管； (3)判断沉淀是否洗净最简单的方法是判断洗涤液中是否还含有 Cl ； (4)生成 n(Fe2O3) W2 W1160 mol，所以样品中 m(F
9、e) W2 W1160 256 25025 g 7(W2 W1)g 则 w(Fe) 7?W2 W1?ga g 100% 700?W2 W1?a % 答案： (1)CF 250 mL 容量瓶、玻璃棒、胶头滴管 (2)Fe3 3NH3H 2O=Fe(OH)3 3NH4 (3)沿波璃棒向过滤器 (或漏斗 )中的沉淀上加蒸馏水至淹没沉淀，静置使其全部滤出，【 精品教育资源文库 】 重复操作 2 3次 (4)700?W2 W1?a % 【技法归纳】 实验方案的设计与评价 设计或评价一个实验方案主要从以下角度考虑： (1)实验原理是否合理。如第 1 题甲组同学方案中排水量气法中忽略了滴入稀硫酸排出空气的
10、影响。 (2)从原料的用量、成本考虑。一般选择原料用量少，成本低的方案。 (3)从环保角度考虑。 (4)从装置的简易或实验方案的优劣角度考虑。 考点二 数据的分析、处理综合实验题 定量实验，需要对实验测定的数据进行记录、处理、比较、计算，以便达到实验目的，数据处理的常用方法： 1数据的表格化 对记录的数据进行表格化处理，便于数据的查找、比较、计算。 2数据的图象化 图象是把实验测得的数据用直线图或曲线图的形式呈现出来，多用于两个量之间关系的描述，具有直观明了的特点。 考向一 实验数据的选择与取舍 1目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约 40 亿年前的 古洋底的热液环境，这种环境系
11、统中普遍存在铁硫簇结构，如 Fe2S2、 Fe4S4、 Fe8S7等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应。某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验。 【实验 】 确定硫的质量： 【 精品教育资源文库 】 按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管 A中放入 1.0 g 铁硫簇结构 (含有部分不反应的杂质 )，在试管 B 中加入 50 mL 0.100 molL 1的酸性 KMnO4溶液，在试管C中加入品红溶液。通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色。待固体完全转化后，将B 中溶液转移至 250 mL 容量瓶，洗涤试管 B 后定容。取 25.00 mL 该溶液用 0
12、.01 molL 1的草酸 (H2C2O4)溶液滴定剩余的 KMnO4。记录数据如下： 滴定次数 待测溶液体积 /mL 草酸溶液体积 /mL 滴定前刻度 滴定后刻度 1 25.00 1.50 23.70 2 25.00 1.02 26.03 3 25.00 0.00 24.99 相关反应： 2MnO 4 2H2O 5SO2=2Mn2 5SO24 4H 2MnO 4 6H 5H2C2O4=2Mn2 10CO2 8H2O 【实验 】 确定铁的质量： 将实验 硬质玻璃管 A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的 NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得 0.6 g 固体。 试回
13、答下列问题： (1)判断滴定终点的方法是 _。 (2)试管 C中品红溶液的作用是 _。 有同学提出，撤去 C 装置对实验没有影响，你的看法是 _(填 “ 同意 ” 或 “ 不 同意 ”) ，理由是 _。 (3)根据实验 和实验 中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为 _。 【问题探究】 滴定过程中，细心的同学发现该 KMnO4溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究速率加快的原因，该同学继续进行了下列实验，实验数据如下表： 编号 温度 / 酸化的 H2C2O4 溶液 /mL KMnO4 溶液 /mL 溶液褪色时间 /s 1 25 5.0 2.0 40 2 25 5.0(另加少量可溶于水的 MnSO4粉末 ) 2.0 4 3 60 5.0 2.0 25 (4) 分 析 上 述 数 据 ， 滴 定 过 程 中 反 应 速 率 加 快 的 一 种 可 能 原 因 是_。 【 精品教育资源文库 】 解析： (1)KMnO4溶液本身为紫色，而反应后的 Mn2 为无色，所以当溶液由紫红色变为无色时，标志达到了滴定终点。 (2)确认 SO2
