1、化学实验设计2.思维量大、综合性强思维量大、综合性强此类试题考查的内容包括此类试题考查的内容包括:实验操作、仪器组装、顺序设计、确认实验操作、仪器组装、顺序设计、确认某混合物组成的设计、验证化学原理的设计、实验步骤的设计、某混合物组成的设计、验证化学原理的设计、实验步骤的设计、测定物质纯度的设计等。其中有定性的测定物质纯度的设计等。其中有定性的,也有定量的。要求考生对也有定量的。要求考生对不同的实验方案进行对比分析不同的实验方案进行对比分析,或对已完成的实验的实验原理、装或对已完成的实验的实验原理、装置、效果与实验目的、要求进行对比置、效果与实验目的、要求进行对比,认识实验的成功与不足以及认识
2、实验的成功与不足以及可能存在的问题可能存在的问题,甚至要求提出优化改进方案。甚至要求提出优化改进方案。3.情境新颖、角度独特情境新颖、角度独特此类试题的题设情境看似熟悉却又感觉陌生此类试题的题设情境看似熟悉却又感觉陌生,能较好地考查考生对能较好地考查考生对化学基础知识、基本技能的掌握情况和对基本方法的应用情况化学基础知识、基本技能的掌握情况和对基本方法的应用情况,特特别是信息给予形式的实验设计与评价试题能更好的考查考生阅读别是信息给予形式的实验设计与评价试题能更好的考查考生阅读、理解、分析、提炼、综合、创新等能力和考生的能力品质、理解、分析、提炼、综合、创新等能力和考生的能力品质,因而因而在高
3、考中一直受到命题者的青睐在高考中一直受到命题者的青睐,化学实验设计与评价试题已成为化学实验设计与评价试题已成为高考试题的一个重要亮点。高考试题的一个重要亮点。4.难度较大、区分度高难度较大、区分度高根据题目情境并结合所学过的基础知识来创造性地解决或分析实根据题目情境并结合所学过的基础知识来创造性地解决或分析实际问题际问题,能激发学生的创新意识并提高其思维推理能力能激发学生的创新意识并提高其思维推理能力,为高考的选为高考的选拔功能和突出化学学科特点起着不可替代的作用。此类试题是一拔功能和突出化学学科特点起着不可替代的作用。此类试题是一种高层次的能力要求种高层次的能力要求,它以扎实、娴熟的化学知识
4、与实验技能为前它以扎实、娴熟的化学知识与实验技能为前提提,既要明察秋毫既要明察秋毫,关注细节关注细节,又要以积极思维、探索创新为核心又要以积极思维、探索创新为核心,因因此具有较高的区分度。此具有较高的区分度。二、实验设计与评价题的类型二、实验设计与评价题的类型1.制备实验方案的设计制备实验方案的设计(1)设计的程序设计的程序实验原料实验原料实验原理实验原理途径设计途径设计(途径途径、途径、途径、途径、途径)最佳途径最佳途径实验仪器实验仪器实验方案实验方案制得物质。制得物质。(2)最佳途径的选择要求最佳途径的选择要求反应的可行性。反应的可行性。原料的用量和价格。原料的用量和价格。反应条件及设备的
5、要求。反应条件及设备的要求。(3)制备实验方案设计的题型制备实验方案设计的题型限定几种原料限定几种原料,制备一种或几种物质。制备一种或几种物质。限定几种原料限定几种原料,要求用几种不同的方法制备同一种物质。要求用几种不同的方法制备同一种物质。自选原料自选原料,制备某一指定物质。制备某一指定物质。用含杂质的物质为原料用含杂质的物质为原料,提取某一纯净物。提取某一纯净物。由给定废料由给定废料,回收、提取、制备某一或某几种物质。回收、提取、制备某一或某几种物质。(4)气体制备实验方案设计的要求气体制备实验方案设计的要求以实验室常用试剂为原料以实验室常用试剂为原料,以方便经济安全为原则以方便经济安全为
6、原则,以制得纯净气以制得纯净气体为目的。体为目的。实验仪器要根据反应原理及制气量的多少来选择实验仪器要根据反应原理及制气量的多少来选择,有时还需要选有时还需要选择干燥仪器。择干燥仪器。实验试剂要注意浓度实验试剂要注意浓度,特别是盐酸、硝酸、硫酸的浓度对制取气特别是盐酸、硝酸、硫酸的浓度对制取气体影响较大。体影响较大。根据仪器装配顺序根据仪器装配顺序(自下而上自下而上,从左到右从左到右)、装置顺序、装置顺序(制气装置制气装置净化装置净化装置干燥装置干燥装置收集装置收集装置尾气吸收装置尾气吸收装置),准确组装仪器准确组装仪器,并并检查装置的气密性。检查装置的气密性。(5)常见单质、化合物的制备方法
7、常见单质、化合物的制备方法电解法电解法:电解熔融盐及氧化物制备活动性较强的金属电解熔融盐及氧化物制备活动性较强的金属,如如Na、Mg、Al;电解饱和食盐水制电解饱和食盐水制H2、Cl2、NaOH;电解精炼铜等。电解精炼铜等。氧化还原法氧化还原法a.氧化法氧化法:非金属单质常用氧化阴离子法制取。如非金属单质常用氧化阴离子法制取。如Cl2、Br2、I2等。等。b.还原法还原法:用还原剂用还原剂Al、H2、C、CO等还原氧化物、卤化物制备等还原氧化物、卤化物制备W、Cr、Mn、Si等等,如如SiO2+2C Si+2CO。复分解法复分解法:如制取如制取CO2、SO2、HNO3、H3PO4等。等。分解法
8、分解法:如如2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2 2H2O2 2H2O+O2。2.性质实验方案的设计性质实验方案的设计(1)性质实验方案设计的方法与要求性质实验方案设计的方法与要求根据物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系来设计化根据物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系来设计化学实验方案。学实验方案。抓住物质的本质特征抓住物质的本质特征,通过分析、比较通过分析、比较,整体考虑实验方案。整体考虑实验方案。注意实验条件和实验过程中杂质的干扰因素。注意实验条件和实验过程中杂质的干扰因素。(2)性质实验方案设计的分类性质实验方案设计的分类探索性实验方案的设计探索性实验方案的设计程序为程
9、序为:物质物质实验事实实验事实科学抽象科学抽象结论。结论。验证性实验方案的设计验证性实验方案的设计程序为程序为:物质物质性质推测性质推测实验验证实验验证结论。结论。(3)验证性质实验方案设计的具体步骤验证性质实验方案设计的具体步骤根据物质的组成、结构特征根据物质的组成、结构特征,结合已有的知识及实践经验结合已有的知识及实践经验,预测物预测物质可能具有的性质。质可能具有的性质。设计具体的实验方案来验证设计具体的实验方案来验证(或探索或探索)物质所具有的一些性质。物质所具有的一些性质。选择适宜的试剂、仪器装置、反应条件来实施方案。选择适宜的试剂、仪器装置、反应条件来实施方案。最后得出结论。最后得出
10、结论。3.物质检验实验方案的设计物质检验实验方案的设计(1)物质检验的方法物质检验的方法物理方法物理方法:主要从颜色、气味、状态、密度、溶解性、熔沸点、主要从颜色、气味、状态、密度、溶解性、熔沸点、硬度等分析。硬度等分析。化学方法化学方法:加热法、显色法、指定试剂法、分组法等。加热法、显色法、指定试剂法、分组法等。(2)物质检验的步骤物质检验的步骤先对试样外观进行观察先对试样外观进行观察,确定其颜色、气味、状态等。确定其颜色、气味、状态等。准备试样准备试样,并进行检验。当试样是固体时并进行检验。当试样是固体时,应先取少量配成溶液应先取少量配成溶液,同同时观察试样是否溶解时观察试样是否溶解,在溶
11、解时有无气体产生等在溶解时有无气体产生等,以初步判断试样可以初步判断试样可能含有哪类物质。能含有哪类物质。根据实验现象得出结论。根据实验现象得出结论。4.化学实验的评价化学实验的评价(1)根据实验目的和给出的实验装置根据实验目的和给出的实验装置,对连接仪器及作用进行评价。对连接仪器及作用进行评价。包括包括:所给仪器是否恰当。所给仪器是否恰当。仪器是否齐全。例如制取有毒气体及涉及有毒气体的实验是否仪器是否齐全。例如制取有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气吸收装置。有尾气吸收装置。安装顺序是否合理。如是否遵循安装顺序是否合理。如是否遵循“自下而上自下而上,从左到右从左到右”的原则的原则;气体净化
12、装置中不应先干燥气体净化装置中不应先干燥,后又通过水溶液洗气。后又通过水溶液洗气。仪器间连接顺序是否正确。例如仪器间连接顺序是否正确。例如:洗气时洗气时“进气管长进气管长,出气管短出气管短”;干燥管除杂质时是否干燥管除杂质时是否“大进小出大进小出”等。等。(2)对给出的实验方案对给出的实验方案,做出科学的评估做出科学的评估,依据依据“仪器简单、操作方便仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”等原则等原则,选择出最选择出最佳方案。佳方案。三、实验设计与评价题的解题方法与思路三、实验设计与评价题的解题方法与思路1.思考问题的顺序思考问题的
13、顺序(1)围绕主要问题思考。如选择实验路线、方法恰当与否围绕主要问题思考。如选择实验路线、方法恰当与否;所用药品所用药品、仪器简单易得与否、仪器简单易得与否;实验过程快速、安全、环保与否实验过程快速、安全、环保与否;实验现象明实验现象明显与否显与否(是否有干扰是否有干扰)。(2)思考有关物质的制备、净化、吸收、存放、环保、安全思考有关物质的制备、净化、吸收、存放、环保、安全,是否需是否需驱赶空气驱赶空气,是否需防止空气中是否需防止空气中H2O、CO2进入装置等有关问题。如制进入装置等有关问题。如制取在空气中易水解的物质取在空气中易水解的物质(如如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等等)及易受潮
14、的物及易受潮的物质时质时,往往在装置末端再接一个干燥装置往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。以防止空气中水蒸气进入。(3)思考实验仪器及装置的连接顺序。一般为思考实验仪器及装置的连接顺序。一般为:驱赶空气驱赶空气气体发生气体发生除杂除杂干燥干燥主体实验主体实验尾气处理。尾气处理。(4)思考实验操作的顺序。一般为思考实验操作的顺序。一般为:连接仪器。检查气密性。在连接仪器。检查气密性。在整套仪器连接完毕后整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性应先检查装置的气密性,然后装入药品。检查然后装入药品。检查装置的气密性的方法依装置的特点而定。装药品装置的气密性的方法依装置的特点而定
15、。装药品,进行实验操作。进行实验操作。2.综合实验思维过程综合实验思维过程原理原理反应物反应物仪器装置仪器装置现象现象结论结论作用意义作用意义联想。如联想。如:实验目的是什么实验目的是什么?实验是根据什么性质和原理实验是根据什么性质和原理?所用反应物的名所用反应物的名称、状态、代替物称、状态、代替物(根据实验目的和相关的化学反应原理根据实验目的和相关的化学反应原理,进行全面进行全面分析比较和推理分析比较和推理,并合理选择并合理选择)。有关装置。有关装置:性能、使用方法、适用性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可使用、仪器规格。有关操范围、注意问题、是否有替代装置可使用、仪器规格。
16、有关操作作:技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。实验现象技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。实验现象:自自下而上下而上,自左至右全面观察。实验结论自左至右全面观察。实验结论:直接结论直接结论,导出结论。导出结论。四、相关知识储备四、相关知识储备1.需注意杂质离子、副反应的干扰需注意杂质离子、副反应的干扰,药品不符合规格药品不符合规格(如变质如变质)的影的影响响,反应实际不能完全进行反应实际不能完全进行(即反应物剩余即反应物剩余)的影响等问题。的影响等问题。2.点燃或加热通有可燃性气体的装置前点燃或加热通有可燃性气体的装置前,必须检查气体的纯度。如必须检查气体的纯度。如用氢气、一氧化
17、碳等气体还原金属氧化物时用氢气、一氧化碳等气体还原金属氧化物时,不能先加热后通气体不能先加热后通气体,应先通入气体应先通入气体,将装置内的空气排尽后将装置内的空气排尽后,检查气体是否纯净检查气体是否纯净,待验纯待验纯后后,再点燃酒精灯加热金属氧化物。再点燃酒精灯加热金属氧化物。3.加热操作先后顺序的选择。若气体的发生需加热且空气能作为杂加热操作先后顺序的选择。若气体的发生需加热且空气能作为杂质气体参与体系内的反应质气体参与体系内的反应,一般先用酒精灯加热发生气体的装置一般先用酒精灯加热发生气体的装置,等等气体充满装置后气体充满装置后(排尽空气排尽空气),再给实验中需要加热的固体物质加热再给实验
18、中需要加热的固体物质加热,目的是目的是:一则防止可能的爆炸一则防止可能的爆炸,二则保证产品纯度二则保证产品纯度,防止反应物或生成防止反应物或生成物与空气中某些物质反应生成杂质。物与空气中某些物质反应生成杂质。4.冷凝回流问题冷凝回流问题:若是易挥发的液体反应物若是易挥发的液体反应物,为了避免反应物损耗和为了避免反应物损耗和充分利用原料充分利用原料,要在发生装置中设计冷凝回流装置。如在发生装置要在发生装置中设计冷凝回流装置。如在发生装置中安装长玻璃管或水冷凝装置。有的实验为防止气体冷凝不充分中安装长玻璃管或水冷凝装置。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失而受损失,需用冷凝管或冷水需用冷凝管或冷水
19、(或冰水或冰水)冷凝气体冷凝气体(物质蒸气物质蒸气),使物质蒸使物质蒸气冷凝为液态便于收集。气冷凝为液态便于收集。5.实验仪器的拆卸一般从防爆炸、防氧化、防生成杂质、防倒吸等角度考虑停止加热或停止通气的时间、顺序,如对有尾气吸收的装置的实验,一般必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯,以免溶液倒吸;用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后才停止通氢气,这是为避免空气倒吸入加热区使铜氧化,或形成易爆气体;有多个酒精灯的实验,一般后撤产生气体的酒精灯以防倒吸;拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出,才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;拆下
20、的仪器要冷却清洗、干燥和归位。6.防止倒吸问题防止倒吸问题:某些实验在溶解度大某些实验在溶解度大(或与液体反应迅速或与液体反应迅速)的气体溶的气体溶于液体后于液体后,可能会引起倒吸可能会引起倒吸,从而影响实验从而影响实验,为防气体溶解而引起的倒为防气体溶解而引起的倒吸一般需加专门的防倒吸装置。吸一般需加专门的防倒吸装置。7.具有特殊作用的实验改进措施具有特殊作用的实验改进措施:如为防止分液漏斗中的液体不能如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出顺利流出,用橡皮管连接成连通装置用橡皮管连接成连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管形成液封
21、等。可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管形成液封等。8.空气中空气中H2O、CO2的问题的问题:在制取容易与在制取容易与H2O、CO2反应的物质的实反应的物质的实验中验中,通常需在装置的末端加盛碱石灰的干燥管类装置通常需在装置的末端加盛碱石灰的干燥管类装置,以防空气中以防空气中H2O、CO2进入体系进入体系,影响实验。影响实验。9.驱赶空气的问题驱赶空气的问题:在需要驱赶空气的实验中或者是用反应的气体在需要驱赶空气的实验中或者是用反应的气体驱赶空气驱赶空气,或者是用外加的实验装置产生不参与反应的气体或者是用外加的实验装置产生不参与反应的气体(如如N2、H2、CO2等等)驱赶空气。驱赶空气。1
22、0.环保问题环保问题:凡是产生对环境有危害性的气体的实验就必须加尾气凡是产生对环境有危害性的气体的实验就必须加尾气吸收装置吸收装置,不能一厢情愿地认为这些气体已反应完不能一厢情愿地认为这些气体已反应完;注意通风橱的使注意通风橱的使用。用。11.安全问题安全问题:实验装置的设计或评价中必须注意是否要增加防暴沸实验装置的设计或评价中必须注意是否要增加防暴沸、防爆炸的措施或装置、防爆炸的措施或装置,如碎瓷片在多种液体加热时的使用如碎瓷片在多种液体加热时的使用,浓硫酸浓硫酸稀释或与其他液体的混合时的顺序和玻璃棒的使用稀释或与其他液体的混合时的顺序和玻璃棒的使用;牵扯到易燃性牵扯到易燃性气体加热实验时必
23、须要先驱赶空气以及安全瓶的使用等。气体加热实验时必须要先驱赶空气以及安全瓶的使用等。12.评价实验方案通常还需考虑原料利用率、成本、反应条件、安评价实验方案通常还需考虑原料利用率、成本、反应条件、安全、环保等因素。全、环保等因素。探究点一探究点一:物质制备型物质制备型物质的制备涉及制取的原理、试剂的选择、装置的设计、仪器的物质的制备涉及制取的原理、试剂的选择、装置的设计、仪器的选择等。此类试题一般要求考生在限定的试剂或仪器的情况下作选择等。此类试题一般要求考生在限定的试剂或仪器的情况下作出决定出决定,思维量大思维量大,涉及面广涉及面广,综合性强。综合性强。典例典例1 (2010年天津理综年天津
24、理综,9)纳米纳米TiO2在涂料、光催化、化妆品等在涂料、光催化、化妆品等领域有着极其广泛的应用。领域有着极其广泛的应用。制备纳米制备纳米TiO2的方法之一是的方法之一是TiCl4水解生成水解生成TiO2xH2O,经过滤、水洗经过滤、水洗除去其中的除去其中的Cl-,再烘干、焙烧除去水分得到粉体再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2。用现代分析仪器测定用现代分析仪器测定TiO2粒子的大小。用氧化还原滴定法测定粒子的大小。用氧化还原滴定法测定TiO2的质量分数的质量分数:一定条件下一定条件下,将将TiO2溶解并还原为溶解并还原为Ti3+,再以再以KSCN溶液作溶液作指示剂指示剂,用用NH4Fe(SO
25、4)2标准溶液滴定标准溶液滴定Ti3+至全部生成至全部生成Ti4+。请回答下列问题请回答下列问题:(1)TiCl4水解生成水解生成TiO2xH2O的化学方程式为的化学方程式为 。(2)检验检验TiO2xH2O中中Cl-是否被除净的方法是是否被除净的方法是 。(3)下列可用于测定下列可用于测定TiO2粒子大小的方法是粒子大小的方法是 (填字母代号填字母代号)。a.核磁共振法核磁共振法b.红外光谱法红外光谱法c.质谱法质谱法d.透射电子显微镜法透射电子显微镜法(4)配制配制NH4Fe(SO4)2标准溶液时标准溶液时,加入一定量加入一定量H2SO4的原因是的原因是 ;使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、
26、烧杯、使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒外量筒外,还需要下图中的还需要下图中的 (填字母代号填字母代号)。(5)滴定终点的现象是滴定终点的现象是 。(6)滴定分析时滴定分析时,称取称取TiO2(摩尔质量为摩尔质量为M gmol-1)试样试样W g,消耗消耗c molL-1 NH4Fe(SO4)2标准溶液标准溶液V mL,则则TiO2质量分数表达式为质量分数表达式为 。(7)判断下列操作对判断下列操作对TiO2质量分数测定结果的影响质量分数测定结果的影响(填填“偏高偏高”、“偏低偏低”或或“无影响无影响”):若在配制标准溶液过程中若在配制标准溶液过程中,烧杯中的烧杯中的NH4Fe(SO4
27、)2溶液有少量溅出溶液有少量溅出,使测定结果使测定结果 。若在滴定终点读取滴定管刻度时若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面俯视标准液液面,使测定结果使测定结果 。【解析】【解析】(1)设设TiCl4的系数为的系数为1,根据元素守恒根据元素守恒,可知可知TiO2xH2O的系的系数为数为1,HCl的系数为的系数为4;再根据再根据O元素守恒元素守恒,可知可知H2O的系数为的系数为(2+x)。(2)检验沉淀是否洗净的方法是取少量洗涤液检验沉淀是否洗净的方法是取少量洗涤液,检验溶液中溶解的检验溶液中溶解的离子是否还存在。离子是否还存在。(3)核磁共振法用于测有机物中含有多少种氢原子核磁共振法用于
28、测有机物中含有多少种氢原子;红外光谱法用红外光谱法用于分析有机物中含有何种化学键和官能团于分析有机物中含有何种化学键和官能团;质谱法常用于测有机质谱法常用于测有机物的相对分子质量物的相对分子质量;透射电子显微镜法可以测定微粒的大小。透射电子显微镜法可以测定微粒的大小。(4)NH4Fe(SO4)2易水解易水解,故需加入一定量的稀硫酸抑制其水解故需加入一定量的稀硫酸抑制其水解;配制配制一定物质的量浓度的溶液时一定物质的量浓度的溶液时,还需要容量瓶和胶头滴管。还需要容量瓶和胶头滴管。(5)因为是用因为是用KSCN作指示剂作指示剂,终点时终点时NH4Fe(SO4)2不再反应不再反应,将生成将生成红色的
29、红色的Fe(SCN)3。(6)根据得失电子守恒根据得失电子守恒,有有:1Ti3+1Fe3+,故故n(Fe3+)=n(Ti3+)=n(TiO2)=cV 10-3 mol,其质量分数为其质量分数为。(7)NH4Fe(SO4)2溶液溅出溶液溅出,其物质的量浓度减小其物质的量浓度减小,消耗的体积增大消耗的体积增大,百百分含量偏大分含量偏大;若滴定终点时俯视滴定管若滴定终点时俯视滴定管,则读取的体积比实际消耗则读取的体积比实际消耗的体积偏小的体积偏小,质量分数偏小。质量分数偏小。答案答案(1)TiCl4+(x+2)H2OTiO2xH2O+4HCl(2)取少量水洗液取少量水洗液,滴加滴加AgNO3溶液溶液
30、,不产生白色沉淀不产生白色沉淀,说明说明Cl-已除净已除净310cVMW(3)d(4)抑制抑制NH4Fe(SO4)2水解水解;ac(5)溶液变为红色溶液变为红色(6)(或或%)(7)偏高偏高偏低偏低探究点二探究点二:性质验证型性质验证型此类试题要求通过设计实验以证明物质的性质此类试题要求通过设计实验以证明物质的性质,可以限要求可以限要求(如如:根根据平衡移动原理据平衡移动原理)、限试剂、限内容、限试剂、限内容,也可以不限也可以不限,对学生的知识要对学生的知识要求及能力要求均较高。求及能力要求均较高。1000cVMW10cVMW典例典例2 (2010年新课标全国理综年新课标全国理综,27)某化学
31、兴趣小组为探究某化学兴趣小组为探究SO2的性质的性质,按下图所示装置进行实验。按下图所示装置进行实验。请回答下列问题请回答下列问题:(1)装置装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ,其中发生反其中发生反应的化学方程式为应的化学方程式为 。(2)实验过程中实验过程中,装置装置B、C中发生的现象分别是中发生的现象分别是 、,这些现象分别说明这些现象分别说明SO2具有的性质是具有的性质是 和和 ;装置装置B中发生反应的离子中发生反应的离子方程式为方程式为 。(3)装置装置D的目的是探究的目的是探究SO2与品红作用的可逆性与品红作用的可逆性,请写出实验操作及请写出实验操作及现象现
32、象 。(4)尾气可采用尾气可采用 溶液吸收。溶液吸收。【解析】本实验分为两部分【解析】本实验分为两部分,一是制取一是制取SO2,二是探究二是探究SO2的性质。的性质。SO2中硫的化合价为中硫的化合价为+4价价,处于中间价态处于中间价态;与酸性与酸性KMnO4溶液作用时溶液作用时,其现象为溶液由紫红色变为无色其现象为溶液由紫红色变为无色,离子方程式为离子方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2+4H+5S,体现体现SO2的还原性的还原性;与与Na2S作用时作用时,其现象其现象为无色溶液中出现黄色浑浊为无色溶液中出现黄色浑浊,离子方程式为离子方程式为3SO2+2S2-=3S+2S,表现表
33、现SO2的氧化性的氧化性;与品红作用时与品红作用时,红色溶液变为无色红色溶液变为无色,加热加热,无色无色溶液又变为红色溶液又变为红色,说明了说明了SO2具有漂白性具有漂白性,但其漂白性是暂时的但其漂白性是暂时的;SO2是一种有毒气体是一种有毒气体,也是导致酸雨的主要物质也是导致酸雨的主要物质,不能排放到空气中不能排放到空气中,可可用碱溶液进行吸收处理用碱溶液进行吸收处理,比如比如NaOH、KOH等。等。答案答案(1)蒸馏烧瓶蒸馏烧瓶;Na2SO3+H2SO4(浓浓)=Na2SO4+SO2+H2O(2)溶液由紫红色变为无色溶液由紫红色变为无色;无色溶液中出现黄色浑浊无色溶液中出现黄色浑浊;还原性
34、还原性;氧化氧化性性;5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2+5S+4H+(3)品红溶液褪色后品红溶液褪色后,关闭分液漏斗的旋塞关闭分液漏斗的旋塞,点燃酒精灯加热点燃酒精灯加热,溶液恢溶液恢复为红色复为红色(4)NaOH24O4O24O探究点三探究点三:物质鉴别型物质鉴别型对物质鉴别实验的设计对物质鉴别实验的设计,首先要抓住鉴别的物质或离子是什么首先要抓住鉴别的物质或离子是什么?然然后依据中学化学中的知识或信息去设计相应的实验。需要注意的后依据中学化学中的知识或信息去设计相应的实验。需要注意的是是,实验设计必须简单、安全、可行。实验设计必须简单、安全、可行。典例典例3 (2010年全国年全
35、国理综理综,28)有有A、B、C、D、E和和F六瓶无色六瓶无色溶液溶液,它们都是中学化学中常用的无机试剂。纯它们都是中学化学中常用的无机试剂。纯E为无色油状液体为无色油状液体;B、C、D和和F是盐溶液是盐溶液,且它们的阴离子均不同。现进行如下实验且它们的阴离子均不同。现进行如下实验:A有刺激性气味有刺激性气味,用沾有浓盐酸的玻璃棒接近用沾有浓盐酸的玻璃棒接近A时产生白色烟雾时产生白色烟雾;将将A分别加入其他五种溶液中分别加入其他五种溶液中,只有只有D、F中有沉淀生成中有沉淀生成;继续加入继续加入过量过量A时时,D中沉淀无变化中沉淀无变化,F中沉淀完全溶解中沉淀完全溶解;将将B分别加入分别加入C
36、、D、E、F中中,C、D、F中产生沉淀中产生沉淀,E中有无色、中有无色、无味气体逸出无味气体逸出;将将C分别加入分别加入D、E、F中中,均有沉淀生成均有沉淀生成,再加入稀再加入稀HNO3,沉淀均不沉淀均不溶。溶。根据上述实验信息根据上述实验信息,请回答下列问题请回答下列问题:(1)能确定溶液是能确定溶液是(写出溶液标号与相应溶质的化学式写出溶液标号与相应溶质的化学式);(2)不能确定的溶液不能确定的溶液,写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法的方法:。【解析】【解析】()由题意可知由题意可知A和和E不是盐不是盐,又由纯又由纯E为无色油状液体为无色
37、油状液体,推推知知E为硫酸为硫酸(第步操作进一步确定第步操作进一步确定);()由题干和第步操作可由题干和第步操作可知知A为氨水为氨水;()由第步操作可知由第步操作可知F中阳离子为中阳离子为Ag+,发生的反应发生的反应为为Ag+NH3H2OAgOH+N;AgOH+2NH3H2OAg(NH3)2+OH-+2H2O;而常见的银盐中只有而常见的银盐中只有AgNO3可溶于水可溶于水,故故F为为AgNO3;()由第步操作可知由第步操作可知B中阴离子应为中阴离子应为C,由于此无色无味的气由于此无色无味的气体只能是体只能是CO2,B加入加入C、D、F中能生成沉淀说明不能是中能生成沉淀说明不能是HC,而而4H2
38、3O3O阳离子是常见的阳离子是常见的K+、Na+等等;()同样由第步操作同样由第步操作D能与氨水生成能与氨水生成沉淀可知沉淀可知,D的无色溶液中常见的阳离子为的无色溶液中常见的阳离子为Mg2+或或Al3+,而阴离子需而阴离子需待下步反应再确定待下步反应再确定;()由第步操作生成的沉淀可能为由第步操作生成的沉淀可能为AgCl、AgBr、AgI、BaSO4、H2SiO3(不合理不合理)等等,但限于题干所述中学常用但限于题干所述中学常用试剂试剂,则沉淀应为则沉淀应为AgCl和和BaSO4;为为C与与AgNO3结合生成的沉淀及与结合生成的沉淀及与硫酸结合生成的沉淀硫酸结合生成的沉淀,故故C应该同时含有
39、应该同时含有Ba2+和和Cl-,即即C为为BaCl2,进而进而推出推出D中阴离子应该为中阴离子应该为S,因题干所述盐溶液中阴离子均不同因题干所述盐溶液中阴离子均不同,故故D为为Al2(SO4)3或或MgSO4。答案答案(1)A:NH3,E:H2SO4,F:AgNO3,C:BaCl2(若若C作为不能确定的溶作为不能确定的溶液液,进一步鉴别的方法合理进一步鉴别的方法合理,同样正确同样正确)(2)B:Na2CO3或或K2CO3,用铂丝沾取少量用铂丝沾取少量B,在氧化焰中灼烧在氧化焰中灼烧,若焰色若焰色呈黄色呈黄色,则则B为为Na2CO3溶液溶液,若透过蓝色钴玻璃观察焰色呈紫色若透过蓝色钴玻璃观察焰色
40、呈紫色,则则B为为K2CO3溶液溶液D:Al2(SO4)3或或MgSO4,取少量取少量D,向其中滴加向其中滴加NaOH溶液有沉淀生成溶液有沉淀生成,继续加过量继续加过量NaOH溶液溶液,若沉淀溶解若沉淀溶解,则则D为为Al2(SO4)3溶液溶液,若沉淀不若沉淀不溶溶,则则D为为MgSO4溶液溶液探究点四探究点四:探究设计型探究设计型题中要求探究某陌生物质的性质、某指定反应的最佳反应条件或题中要求探究某陌生物质的性质、某指定反应的最佳反应条件或反应原理、某反应产物的成分等反应原理、某反应产物的成分等,综合性较强综合性较强,难度较大。难度较大。探究型实验方案的设计要点探究型实验方案的设计要点:A.
41、在探究实验的设计过程中往往可以通过对比实验在探究实验的设计过程中往往可以通过对比实验,即设置几组即设置几组平行实验来对照、比较平行实验来对照、比较,从而研究和揭示某种规律从而研究和揭示某种规律,解释某种现象解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理等。形成的原因或证明某种反应机理等。B.无论是无机物、还是有机物性质的探究实验设计无论是无机物、还是有机物性质的探究实验设计,都必须在牢牢都必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上掌握元素化合物知识的基础上,大胆猜想大胆猜想,细心论证细心论证,脱离了元素化脱离了元素化合物知识孤立地看实验问题是不科学的。只有灵活运用已有的元合物知识孤立地看实验问题是不科学的
42、。只有灵活运用已有的元素化合物知识素化合物知识,才能变探究性实验为验证性实验才能变探究性实验为验证性实验,使复杂问题简单使复杂问题简单化。化。1.假设性探究假设性探究典例典例4 (2010年广东理综年广东理综,33)某研究小组用某研究小组用MnO2和浓盐酸制备和浓盐酸制备Cl2时时,利用刚吸收过少量利用刚吸收过少量SO2的的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。溶液对其尾气进行吸收处理。(1)请完成请完成SO2与过量与过量NaOH溶液反应的化学方程式溶液反应的化学方程式:SO2+2NaOH 。(2)反应反应Cl2+Na2SO3+2NaOH2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为中的还原剂为 。
43、(3)吸收尾气一段时间后吸收尾气一段时间后,吸收液吸收液(强碱性强碱性)中肯定存在中肯定存在Cl-、OH-和和S。请设计实验。请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑不考虑空气空气中中CO2的影响的影响)。提出合理假设提出合理假设:假设假设1:只存在只存在S;24O23O假设2:既不存在S,也不存在ClO-;假设3:。设计实验方案,进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂:3molL-1H2SO4、1molL-1NaOH、0.01molL-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液。23O实验步骤预期现象和结论步骤1:取
44、少量吸收液于试管中,滴加3molL-1H2SO4至溶液呈酸性,然后将所得溶液分置于A、B试管中步骤2:步骤3:答案(1)Na2SO3+H2O(2)Na2SO3(3)只存在ClO-实验步骤预期现象和结论步骤2:在A试管中滴加12滴0.01molL-1KMnO4溶液(1)若溶液褪色,则假设1成立;(2)若溶液不褪色,则假设2或3成立步骤3:在B试管中滴加12滴淀粉-KI溶液(1)若溶液变蓝色,则假设3成立;(2)若溶液不变蓝色,结合步骤2中的(2),则假设2成立典例5(2010年山东理综,30)聚合硫酸铁又称聚铁,化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm,广泛用于污水处理。实验室利用硫酸厂
45、烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO47H2O)过程如下:(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是。(2)实验室制备、收集干燥的SO2,所需仪器如下。装置A产生SO2,按气流方向连接各仪器接口,顺序为af。装置D的作用是,装置E中NaOH溶液的作用是2.流程式探究。(3)制备绿矾时,向溶液X中加入过量,充分反应后,经操作得到溶液Y,再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。(4)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数,用pH试纸测定溶液pH的操作方法为。若溶液Z的pH偏小,将导致聚铁中铁的质量分数偏。【解析】(1)检验SO2的方法一般是将气体通入品红溶液中,品
46、红褪色,加热后又变红。(2)收集干燥的SO2,应先干燥,再收集(SO2的密度比空气的大,要从b口进气),最后进行尾气处理;因为SO2易与NaOH反应,故D的作用是安全瓶,防止倒吸。(3)因为加入了硫酸和足量氧气,故溶液Y中含有Fe3+,故应先加入过量的铁粉,然后过滤除去剩余的铁粉。(4)用pH试纸测定溶液pH的操作为:将试纸放到表面皿上,用玻璃棒蘸取溶液,点到试纸的中部,然后跟标准比色卡对比。Fe(OH)3的含铁量比Fe2(SO4)3高,若溶液Z的pH偏小,则生成的聚铁中OH-的含量减少,S的含量增多,使铁的含量减少。答案(1)将气体通入品红溶液,溶液褪色,加热恢复原色(合理即可)(2)dec
47、b;防止倒吸;吸收多余的SO224O(3)铁屑;过滤(4)将小片pH试纸放在点滴板(或表面皿)上,用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上,与标准比色卡对照;低(小)探究点五:装置设计评价型实验装置的设计与评价既要确保完成实验,同时还要从制备、除杂、收集、尾气处理、副反应、误差、环保、安全等方面考虑问题,要遵循科学性、可行性、简约性、安全性等原则。典例6(2010年全国理综,29)请设计CO2在高温下与木炭反应生成CO的实验。(1)在下面方框中,A表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器,请在A后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置、连接胶管及尾气处理部分不必画出,需要加热的仪器下方用标出),按气流方向
48、在每件仪器下方标出字母B、C;其他可选用的仪器(数量不限)简易表示如下:(2)根据方框中的装置图,填写下表(3)有人对气体发生器作如下改进:在锥形瓶中放入一小试管,将长颈仪器标号仪器中所加物质作用A石灰石、稀盐酸石灰石与盐酸作用产生CO2漏斗下端插入小试管中。改进后的优点是;(4)验证CO的方法是。【解析】本题主要考查实验方案的设计与评价。(1)要求根据实验原理,利用简易仪器画出实验装置图;要考虑CO2的制备、净化、干燥、尾气吸收等。(2)该表要求依照示例分析各仪器中所加物质及其作用,由于用盐酸、石灰石制CO2,所得气体中可能含有挥发出的HCl、水蒸气,在进行高温反应前要除去杂质,尾气中的CO
49、2也要进行吸收。(3)用长颈漏斗制备气体时,气体可能会逸出,在其下端放小试管,加入酸时小试管中先充满盐酸,不仅可以液封,同时又可通过观察气泡生成速率来控制加酸的量。(4)CO的验证方法很多,可通过点燃看火焰及其产物的判定来检验,也可通过热还原法来检验等。答案(1)(2)仪器标号仪器中所加物质作用B饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl气体C浓硫酸除去CO2中的水气D干燥木炭粉与CO2反应产生COE澄清石灰水吸收未反应的CO2(3)可以通过控制加酸的量,来控制气体产生的快慢,同时小试管中充满盐酸,可以起到液封作用,防止反应激烈时气体经漏斗冲出(4)点燃气体,火焰呈蓝色,再用一个内壁附着有澄清石灰水
50、的烧杯罩在火焰上,烧杯内壁的石灰水变浑浊探究点六:综合实验方案设计与评价型实验方案的设计与评价既要确保完成实验,同时还要从制备、除杂、收集、尾气处理、副反应、误差、环保、安全等方面考虑问题,要遵循科学性、可行性、简约性、安全性等原则。典例7(2010年福建理综,25)工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组进行了以下探究活动:【探究一】(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,10分钟后移入硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是。(2)另称取铁钉6.0g放入15.0mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学
