14 实验的设计与评价 平潮中学.docx
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14实验的设计与评价平潮中学
探究实验的设计与评价
江苏省平潮高级中学226361冯永洁
一、学习目标
1、能够根据实验试题的要求,设计和评价简单实验方案。
2、学会识别和绘制典型的实验仪器装置图。
3、培养各部分实验知识与技能综合应用的能力。
二、典型例题
例题1:
实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量,反应的化学方程式为:
2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
试回答:
(1)如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量(mCuO、mH2O)时,请用下列仪器设计一个简单的实验方案。
①仪器连接的顺序(用字母编号表示,仪器可重复使用);d中浓硫酸的作用是,;实验完毕时观察到a中的现象是;
②列出计算Cu的相对原子质量的表达式;
③下列情况将使测定结果偏大的是。
(以下选择填空不限1个正确答案,均用字母编号填写)
(a)CuO未全部还原为Cu(b)CuO受潮(c)CuO中混有Cu
(2)如果仍采用上述仪器装置,其他方案可选用测定的物理量有。
(a)、mCu、mCuO(b)mN2、mH2O(c)、mCu、mH2O(d)、mNH3、mH2O
答案:
(1)①bcacd,吸收未反应的氨,防止空气中水分进入,固体由黑色转变为红色
(18mCuO)/mH2O–16
a、c
(2)a、c
点评:
本题既考查了有关氨气的制取、干燥,又考查了实验室定量测量中应注意的问题,还从实验的可行性发散开去,是一道有一定综合性的实验设计题。
例题2:
(2000年全国高考)实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁,该化合物是棕红色、易潮解,100℃左右时升华。
下图是两个学生设计的实验装置、左边的反应装置相同,而右边的产品收集装置则不同,分别如(
)和(
)所示。
试回答:
(1)B中反应的化学方程式为:
__________________________________________;
(2)D中的反应开始前,需排除装置中的空气,应采取的方法是:
___________________________________________________________________________。
(3)D中反应化学方程式为:
_____________________________________________。
(4)装置(Ⅰ)的主要缺点是:
__________________________________________。
(5)装置(Ⅱ)的主要缺点是:
_________________________________________。
如果选用此装置来完成实验,则必须采取的改进措施是:
____________________________________________________________________________。
答案:
(1)4HCl+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑或16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2
(2)B中的反应进行一段时间后,看到共绿色气体充满装置,再开始加热D
(3)2Fe+3Cl22FeCl3
(4)导管易被产品堵塞,尾气排入空气,易造成环境污染
(5)产品易受潮解在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置(其他既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案均给分)
点评:
此题是对气体的制取和性质的常规考查,但又增加了对实验设计的评价和为达到某种目的而进行的改进。
解答此题的关键是对题干中的信息仔细的分析,拟定制取“易潮解、100℃左右时升华”的物质的最佳方案。
例题3:
(2001年上海高考)用实验确定某酸HA是弱电解质。
两同学的方案是:
甲:
①称取一定质量的HA配制0.lmol/L的溶液100mL;
②用pH试纸测出该溶液的pH值,即可证明HA是弱电解质。
乙:
①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸,分别配制pH=l的两种酸溶液各100mL;
②分别取这两种溶液各10mL,加水稀释为100mL;
③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管,同时加入纯度相同的锌粒,观察现象,即可证明HA是弱电解质。
(1)在两个方案的第①步中,都要用到的定量仪器是
(2)甲方案中,说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH1(选填>、<、=)
乙方案中,说明HA是弱电解质的现象是(多选扣分)
(a)装HCl溶液的试管中放出H2的速率快;
(b)装HA溶液的试管中放出H2的速率快;
(c)两个试管中产生气体速率一样快。
(3)请你评价:
乙方案中难以实现之处和不妥之处、
。
(4)请你再提出一个合理而比较容易进行的方案(药品可任取),作简明扼要表述。
答案:
(1)100mL容量瓶(注:
未标明规格的扣1分)
(2)>b(多选扣分)
(3)配制pH=l的HA溶液难以实现不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同
(4)配制NaA溶液,测其pH值>7即证明HA是弱电解质
(注:
本题解答若操作简单、现象明显、不是化学教材中讲过的常规方法应属创新,经认可后可给予奖励)
点评:
设计实验判断HA是弱电解质的方法很多,本题仅是其中的两种。
评价两同学的方案是否完善,应从影响反应速率的条件、氢离子浓度和锌的表面积、配制溶液角度进行分析。
例题4:
测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积,可以求得合金中铝和锌的质量分数。
现有下列实验用品:
中学化学实验常用仪器、800毫升烧杯、100毫升量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合金样品、浓盐酸(密度1.19克/毫升)、水。
按图示装置进行实验,回答下列问题。
(设合金样品完全反应,产生的气体体积不超过100毫升)
(1)补充下列实验步骤,直到反应开始进行(铁架台和铁夹的安装可省略):
将称量后的合金样品用铜网小心包裹好,放在800毫升烧杯底部,把短颈漏斗倒扣在样品上面。
,
,
。
(2)合金样品用铜网包裹的目的是:
。
答案:
(1)②往烧杯中注入水,直至水面没过漏斗颈。
(没答水面没过漏斗颈不给分)
③在100毫升量筒中装满水,倒置在盛水的烧杯中(量筒中不应留有气泡),使漏斗颈插入量筒中。
烧杯中水面到杯口至少保留约100毫升空间。
(只要黑斜体中的要点全部答对给分,装满水的量筒怎样倒置在杯中可不作要求,答或不答不加分也不扣分)
④将长颈漏斗(或答玻璃棒)插入烧杯并接近烧杯底部,通过它慢慢加入浓盐酸,至有气体产生
注:
实验步骤顺序写错,或者步骤②中加入盐酸,则不论其它步骤回答是否正确,小题
(1)均不给分。
(2)使样品在反应时能保持在烧杯底适当的位置(或答避免反应时样品漂浮)
点评:
本题考查考生接受信息和运用所学知识分析问题解决问题的能力。
本实验的目的和实验的方法都已给出,也给出了有关的实验用品和图示装置,要求学生能解决实验中的正确操作过程,完成实验步骤,能较好的区分是否做过实验。
例题5:
(2003年上海高考)实验室有CuO和Cu粉的混合物。
请你利用给出的实验仪器及试剂,设计两种测定该样品(已称得其质量为m克)中氧化铜质量分数的方法,并填写表格中的有关内容。
实验
方法
实验过程中所发生反应的
化学方程式
实验所用仪器
(用编号表示)
实验需直接测定的有关物理量
(用文字说明)
1
2
实验可能用到的主要仪器:
①托盘天平②启普发生器⑧硬质玻璃管④泥三角⑤烧杯
⑥坩埚⑦酒精灯⑧玻棒⑨漏斗⑩干燥管
实验可能用到的试剂:
a.锌粒b.稀硫酸c.氯化钠溶液d,浓硫酸
答案:
实验方法
实验过程中所发生
反应的化学方程式
实验所用仪器
(用编号表示)
实验需直接测定的有关物理量
(用文字说明)
1
H2SO4+Zn→ZnSO4+H2↑
H2+CuO
Cu+H2O
①②③⑦
实验前样品和硬质玻璃管的总质量(或硬质玻璃管的质量)
实验后Cu及硬质玻璃管的总质量
2
H2SO4+CuO→CuSO4+H2O
①⑤⑧⑨
过滤后剩余固体的质量
3
2Cu+O2
2CuO
①④⑥⑦⑧
实验前坩埚与样品总质量
(或坩埚质量)
实验后坩埚与CuO总质量
(以上三种方法任选两种,其它合理的方法也给分)
点评:
本题是很好的实验设计题,它的起点并不高,几种方法都是初中化学的知识所涉及的内容,但考查了学生的发散思维能力和设计实验方案的基本能力,由定性的知识考查到定量的知识。
三、课堂练习
1、(2003年上海高考)下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂,其中错误的是
ABCD
2、某实验室只有烧碱、浓盐酸、铜片、大理石、纯水,从欠缺试剂的角度考虑,不能进行的实验项目是
A、测定盐酸的物质的量浓度B、制取氢气C、制取碳酸钠D、制取氯化铜
3、某氯碱厂利用废铁皮制取净水剂FeCl3,最合理的生产途径是
A、Cl2FeCl3FeCl3溶液
B、Cl2HCl盐酸FeCl2溶液FeCl3溶液
C、Cl2HCl盐酸FeCl2溶液FeCl3溶液
D、Cl2+H2HCl盐酸
废铁Fe2O3FeCl3溶液
4、为证明盐的水解释吸热的,四位同学分别设计了如下方案,其中正确的是
A、甲同学:
在醋酸钠溶液中滴加2滴酚酞试剂,加热后红色加深,说明盐类水解是吸热的。
B、乙同学:
在盐酸中加入氨水,混合液温度上升,说明盐类水解是吸热的。
C、丙同学:
将硝酸铵晶体溶于水,水温降低,说明盐类水解是吸热的。
D、丁同学:
在氨水中加入氯化铵固体,溶液的pH变小,说明盐类水解是吸热的。
5、实验室可用下图所示装置干燥、收集某气体R,并吸收多余的R,则R是
A、CH4B、HClC、Cl2D、NH3
6(2001年全国高考)某学生利用氯酸钾分解制氧气的反应,测定氧气的摩尔质量.实验步骤如下:
把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量,质量为ag.②装好实验装置。
③检查装置气密性。
④加热,开始反应,直到产生一定量的气体。
⑤停止加热(如图,导管出口高于液面)。
⑥测量收集到气体的体积。
⑦准确称量试管和残留物的质量为bg.⑧测量实验室的温度。
⑨把残留物倒入指定的容器中,洗净仪器,放回原处,把实验桌面收拾干净。
⑩处理实验数据,求出氧气的摩尔质量。
回答下列问题:
⑴如何检查装置的气密性?
。
⑵以下是测量收集到气体体积必须包括的几个步骤:
①调整量筒内外液面高度使之相同;②使试管和量筒内的气体都冷却至室温;③读取量筒内气体的体积。
这三步操作的正确顺序是:
(请填写步骤代号)。
⑶测量收集到气体体积时,如何使量筒内外液面的高度相同?
。
7、有一瓶NaNO3溶液,混有少量的Ca(H2PO4)2和NaBr,请设计一个方案,除去NaNO3溶液中混有的杂质。
供选用的试剂:
稀盐酸
稀硝酸
稀硫酸
NaOH溶液
KOH溶液⑥Na2CO3溶液⑦AgNO3溶液⑧K2CO3溶液
要求:
选用试剂不超过四种,同种试剂不得重复使用。
(1)请在下列操作顺序的括号内填入所加物质的化学式
(2)在加入某试剂除去NaNO3溶液中的Br-,如何检测Br-已经沉淀定完全?
8、实验室里用下图示出的装置制取溴化亚铁。
其中,A为CO2发生装置,D和d中均盛有液溴,E为外套电炉丝的不锈管,e是两只耐高温的瓷夹,其中共盛有56g细铁粉。
实验开始时先将铁粉加热至600~700℃,然后将干燥、纯净的CO2气流通入D中,E管中的物质开始反应,不断地将d中的液溴滴入100~120℃的D中,经过几小时的连续反应后在不锈钢管一端沉积有黄绿色鳞片状溴化亚铁80g。
(1)如何检查D装置的气密性?
。
(2)若导入的CO2不干燥,会在E中发生副反应,其化学方程式为
。
(3)在A中盛有CaCO3,a中盛有6mol·L-1盐酸。
为使A中产生的CO2在进入D之前既干燥又纯净,B、C处应设置何种仪器?
各仪器中应盛有何种试剂?
(4)实验时,D和E的橡胶塞为什么最好用铝箔包住?
(5)反应过程中要不断地通入CO2,其主要作用是:
① ② 。
(6)E中进行的反应是:
2Fe+3Br2=2FeBr3,2FeBr3=2FeBr2+Br2↑。
此实验中溴化亚铁的产率为 。
(7)为防止污染空气,实验时应在F处连接盛有 的尾气吸收装置。
9、实验室临时需要用NaOH溶液和CO2来制取纯Na2CO3溶液。
已知CO2气体在通入NaOH溶液时极易因其过量而生成NaHCO3,且无明显现象。
实验时可供选择的试剂有:
①未知浓度的NaOH溶液;②37%盐酸;③40%的硫酸;④14%盐酸;⑤大理石;⑥K2CO3固体;⑦Cu2(OH2)CO3粉末。
实验室现有以下仪器:
铁架台、启普发生器、量筒、烧杯、乳胶管、玻璃导管、分液漏斗。
下表所列为有关物质在常温时的溶解度(g/100g水)
Na2CO3
NaHCO3
NaCl
Na2SO4
NaHSO4
NaOH
15.9
8.40
35.8
35.5
20.0
40.0
(1)本实验应选用的仪器,除启普发生器、乳胶管、玻璃导管外,还应有 。
(2)为保证制得的Na2CO3溶液尽量纯,应选用的药品,除①外,还应需要 。
(3)简要叙述实验步骤,直到制得纯Na2CO3溶液(仪器安装不必叙述):
①量取两份相同体积的NaOH溶液;
② ;
③ ;
④ ;
(4)根据给出的溶解度,若保证在配制过程中不析出晶体,所用的NaOH溶液中含NaOH的质量分数的最大值是多少(写出计算步骤和必要的文字说明)?
10、我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。
他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异,以食盐、氨气为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。
下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”中制取NaHCO3实验步骤:
第一步:
连接好装置,检验气密性,在仪器内装入药品。
第二步:
先让一装置发生反应,直到产生的气体不能再在C中溶解时,再通入另一装置中产生的气体,片刻后,C中出现固体。
继续向C中通入两种气体,直到不再有固体产生。
第三步:
过滤C中所得的混合物,得到NaHCO3固体。
第四步:
向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出。
……
请回答下列问题:
⑴装置的连接顺序是:
(a)接()()接();(b)接()
⑵A中常选用的固体为____________;D中应选用的液体为______________;B中发生反应的化学方程式为。
⑶第二步中必须先让装置先发生反应。
⑷C中用球形干燥管而不用直导管,其作用是,C中广口瓶内发生反应的化学方程式为_______________________________________。
⑸第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是;其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3(约占5%~8%),请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl。
简要写出操作和现象:
_________________________________________________________________________________。
11、某溶液中含有OH—、CO32—、SO42—三种阴离子,要求只取一次待测液就能将阴离子都检验出来,试设计一种简便的检验方法。
12、某研究性学习小组在做Na2O2与水反应实验时,发现Na2O2与水反应后的溶液中滴加酚酞试液溶液呈现红色,但红色很快褪色,甲、乙、丙三同学对此现象分别做了如下推测:
甲:
因为反应后试管很热,所以可能是溶液温度较高使红色褪去。
乙:
因为所加水的量较少,红色褪去可能是生成的NaOH溶液浓度较大的影响。
丙:
Na2O2具有强氧化性,生成物中O2、H2O2(可能产物)等也具有强氧化性,可能是氧化漂白了红色物质。
⑴验证甲同学的推测是否正确的方法是_____________________________,验证乙同学的推测是否正确的方法是_____________________________________;当出现_________________________________________现象时,即可说明丙同学的推测正确。
⑵有同学提出用定量的方法探究丙同学方案中是否含有H2O2,其实验方法为:
称取2.6g Na2O2固体,使之与足量的水反应,测量产生O2的体积,与理论值比较,即可得出结论。
①测量气体体积时,必须待试管和量筒内的气体都冷却至室温时进行,应选用右图装置中的______,理由是__________________________。
②若在标准状况下测量气体的体积,应选用的量筒的大小规格为________(选填“100mL”、“200mL”、“500mL”或“1000mL”)。
13、CO2气体是大气产生温室效应、使地球变暖的气体之一。
某学生参加课外环保小组,测定校办工厂排出废气中CO2(含杂质SO2)的含量,他准备将CO2变成沉淀,然后测沉淀质量,通过计算求出CO2的含量。
图中表示主要装置,其他胶管、导管略去。
(1)下列设计主要仪器装置使用的顺序有两种,其中方案较为合理。
甲方案;A→D→E→F→C乙方案:
A→D→F→E→C
(2)为什么要使气体两次通过酸性KMnO4溶液
(3)为什么没有选B装置
(4)CO2是被转化成沉淀而计算出质量来的。
(5)要测得沉淀物质量需进行、、干燥、操作。
14、实验室用稀硝酸与Cu反应来制备NO气体,如果采用(Ⅰ)装置,由于烧瓶内的空气不易排除,生成的NO很快被氧化成红棕色的NO2,不易观察到有无色的NO生成。
即使可用排水法收集到无色的NO,也无说服力,学生会认为NO是由NO2与H2O反应生成的。
有人设计了(Ⅱ)装置,用来做该实验可以达到满意的效果。
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(1)将有关操作补充完全:
①将活塞打开,从U型管的长管口注入稀硝酸,一直注到为止。
②关闭活塞,用酒精灯在加热,当时,立即撤去酒精灯。
(2)回答下列问题:
①反应在什么情况下可以自动停止?
可在何处观察到无色的NO气体?
②如果再将活塞慢慢打开,可立即观察到哪些明显现象?
③如果要获得NO与NO2形成鲜明对照的实验效果,应该继续进行怎样的操作?
参考答案:
1、AC2、A3、B4、A5、D
6、
(1)将导管的出口浸入水槽的水中,手握住试管,有气泡从导管口逸出,放开手后,有少量水进入导①管,表明装置不漏气。
(2)②①③(3)慢慢将量筒下移
(4)22.4L/mol×298K×(ag-bg)÷(273K×cL)
7、
(1)NaOH溶液、AgNO3溶液、Na2CO3溶液、HNO3溶液
(2)取少量滤液于试管中,滴加少量AgNO3溶液无沉淀产生,证明Br-已经沉淀定完全。
8、
(1)关闭d的活塞,夹紧C、D间的胶管,将F的出口导管插入水中,用手捂住D,微热,若F的导管处有气泡冒出,松开手后水又回升到F的导管中,则证明D的气密性良好(即不漏气)
(2)3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2↑
(3)B处应设置盛有NaHCO3饱和溶液的洗气瓶,C处应设置盛有浓H2SO4的洗气瓶
(4)因Br2会腐蚀橡胶塞
(5)①将容器中的空气赶净,②将Br2蒸气带入反应器D中
(6)37.04%(7)NaOH溶液
9、
(1)烧杯,量筒
(2)④,⑤
(3)根据题目中第一步实验步骤,量取两份相同体积的NaOH溶液可知,一份NaOH溶液中通入过量的CO2气体,产生NaHCO3溶液,将等物质的量的NaOH的溶液和等物质的量NaHCO3反应可制得纯Na2CO3。
所以第二步:
制取CO2,向其中一份NaOH溶液中,通入过量的CO2气。
第三步:
将两份溶液混合摇匀。
(4)解析:
NaOH+CO2=NaHCO3
40 84
x 8.4g
40/x=84/8.4g,x=4.0g,
ω=4.0g/(100g+4.0g)×100%=3.85%,
为保证配制过程中不析出NaHCO3晶体,NaOH溶液的质量分数应不大于3.85%。
10、⑴fed;c
⑵块状石灰石饱和NaHCO3溶液CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+NH3↑(其他合理答案也可)
⑶B⑷防倒吸CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
⑸过滤取少量固体放入试管中,加热固体大部分消失,在试管口又有较多的固体凝结(其他合理答案均可)
11、首先加入NH4NO3溶液,检验OH—;其次加入HNO3溶液(或盐酸),检验CO32—;最后加入Ba(NO3)2溶液,检验SO42—。
12、⑴冷却后加酚酞试液或冷却后看溶液是否变红加水稀释后看溶液是否变红(或加较多的水反应后滴加酚酞试液看是否变红)冷却后及加水稀释后均不变红
(2)①Ⅱ 防止气体冷却时发生倒现象,减小实验误差。
②500mL
13、
(1)甲
(2)使SO2尽可能被除去,E中溶液不褪色,确定SO2除尽
(3)NaHCO3与SO2反应会生成CO2,使原有CO2气体的质量增大
(4)BaCO3
(5)过滤、洗涤、干燥、称量
14、
(1)①单孔塞下沿且液面上不再留有气泡
②U型管的短管一侧,铜丝网有气泡产生
(2)①当产生的NO气体将稀HNO3排入长管内使钢丝网与稀HNO3脱离后反应会立即停止;在U型短管内可观察到无色的NO气体。
②U型管的长管中的稀HNO3又回落到短管内,分液漏斗中有红棕色气体出现。
③再将分液漏斗的活塞关闭,使稀HNO3与Cu继续反应产生无色的NO气体。
实验的设计与评价——单元检测
一、选择题(下列各题只有一个正确选项,每小题4分,共32分)
1.要提取食盐中的单质碘,你设计的最佳方法是()
A.萃取B.重结晶C.加热D.过滤
2、氯化苄(C6H5CH2Cl)由甲苯和氯反应而合成,反应条件是()
A.浓硫酸存在下B.加热C.铁粉催化D.光照
3、提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液,可以使用的方法为()
A.加入过量碳酸钠溶液,过滤,除去沉淀,溶液中补加适量硝酸
B.加入过量硫酸钾溶液,过滤,除去沉淀,溶液中补加适量硝酸
C.加入过量硫酸钠溶液,过滤,除去沉淀,溶液中补加适量硝酸
D.加入过量碳酸钾溶液,过滤,除去沉淀,溶液中补加适量硝酸
4.某溶液含有较多的Na2SO4和少量的Fe2(SO4)3,若用该溶液制取芒硝,可供选择的操作有:
①加适量H2SO4溶液②加金属Na③结晶④加过量NaOH⑤加强热脱结晶水⑥过滤。
正确的操作步聚是()
A.②⑥③B.④⑥①③C.④⑥③②D.②⑥①③⑤
5.在烧杯中加入水和苯(密度:
0.88g/cm3)各50mL。
将一小粒金属钠(密度:
0.97g/cm3)投入烧杯中。
观察到的现象可能是()
A.钠在水层中反应并四处游动B.钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动
C.钠在苯的液面上反应并四处游动D.钠
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