2019届二轮复习 精装置 细操作 综合实验趣无穷 学案（全国通用）

第四关　精装置　细操作　综合实验趣无穷

识目的　定原理　探究评价招有术

化学综合实验题是高考必考题型，一般主要有物质制备、性质探究、方案设计与评价、定量分析等类型。具体考查实验基本操作与目的、实验现象描述与预测、实验原理分析、实验方案设计与评价、实验数据处理等。主要考查学生的观察能力、实验能力以及分析推理能力以及“实验探究与创新意识”化学科核心素养。

题型一　　简答型综合实验题

掌握基本装置(操作)作用答题模板。

(1)滴定终点的现象：当最后一滴××滴入时，锥形瓶中溶液恰好由××(颜色①)变成××(颜色②)，且半分钟内不恢复(或不褪色)。

(2)气密性检查操作：形成密闭体系→操作→描述现象→得出结论。

(3)沉淀剂是否过量的判断方法：静置，向上层清液中继续滴加少量沉淀剂，若无沉淀产生，则证明沉淀剂已过量。

(4)洗涤沉淀操作：将蒸馏水沿玻璃棒注入过滤器中至浸没沉淀，待水滤出，重复2～3次即可。

(5)判断沉淀是否洗净的操作：取少量最后一次洗涤液，滴加××× (试剂)，若没有×××现象，则证明沉淀已经洗净。

(6)两种结晶方法操作

①溶解度受温度影响较小的溶质转化为晶体的操作：蒸发→结晶→过滤→洗涤→干燥。

②溶解度受温度影响较大或带结晶水的溶质转化为晶体的操作：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。

(7)简单实验的设计：操作[取样，加入×××]⇒现象 [如果有×××生成]⇒ 结论[说明×××的是×××]。

(8)常考仪器作用的叙述：

①中橡皮管的作用：平衡压强，使液体顺利滴下；减小液体体积对气体体积测量的干扰。

②的作用：干燥或除去气体中的杂质。

③的作用：吸收尾气，防止污染空气。

④的作用：干燥气体或吸收气体；防止空气中二氧化碳、水蒸气对实验的影响。

⑤的作用：安全瓶，防止瓶内压强过大。

⑥的作用：除去空气的某些成分，防止实验中产物受装置内残留空气的影响。

⑦的作用：混合气体；干燥气体；通过观察气泡速率控制气体流量。

⑧的作用：测量气体体积。读数时，装置冷却到室温，上下移动量气管使两侧液面高度一致，平视量气管内凹液面最低处读出数值。

⑨中仪器名称与作用：a为布氏漏斗，b为抽滤瓶或吸滤瓶，两者组合配合抽气，使抽滤瓶内压强减小，加快过滤的速率。

【例1】 (2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化

剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。[A1]

已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：

(1)a的作用是____________________。[A2]

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是__________________________。f的名称是________。[A3]

(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________________________________；[A4]打开k2放掉水。重复操作2～3次。

(4)仪器清洗后，g中加入硼酸( H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是________________________________。[A5]

②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________________，[A6]e采用中空双层玻璃瓶的作用是[A7]___________________________________________。

批注[A1]：实验目的是实验题的灵魂、解题突破口：测定蛋白质中氮含量。有机氮转化成铵盐，再将铵盐转化成氨气，生成NH3·H3BO3，最后用盐酸来滴定NH3·H3BO3。

批注[A2]：安全装置，平衡内外气压。

批注[A3]：注意直形冷凝管、球形冷凝管在实验中的不同用法。

批注[A4]：倒吸，在多数实验中要避免，而在本题中得到了有益的利用。

批注[A5]：液封。注意液封的方法、用途。

批注[A6]：简单离子方程式书写。实质是对实验过程的考查。

批注[A7]：了解双层玻璃的保温原理。

【解析】　(1)a导管与大气相通，所以作用是平衡气压，以避免b中压强过大。(2)b中加入少量碎瓷片的目的是防止暴沸。f的名称是直行冷凝管。(3)由于c、e及其所连接的管道内水蒸气冷凝为水后，气压远小于外界大气压，在大气压的作用下，锥形瓶内的蒸馏水被倒吸入c中用以清洗仪器。(4)①氨气是气体，因此d中保留少量水的目的是液封，防止氨气逸出。②e中主要反应是铵盐与碱在加热条件下的反应，离子方程式为NH＋OH－NH3↑＋H2O；e采用中空双层玻璃瓶的作用是保温减少热量损失，有利于铵根离子转化为氨气逸出。

【答案】　(1)平衡气压，避免b中压强过大　(2)防止暴沸　直形冷凝管　(3)c中温度下降，管路中气压减小　(4)①液封，防止氨气逸出　②NH＋OH－NH3↑＋H2O　保温，使氨气完全蒸出

题型二　　仪器连接型实验题

1．实验流程及依据

2．装置连接顺序

(1)分析各装置的作用，按实验流程排序连接，可重复使用装置；接口连接顺序遵照洗气或干燥气体的导气管长进短出，干燥管大口进小口出。

(2)净化气体次序，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。

(3)检验混合气体次序，先检验水蒸气，再检验并除去性质较活泼气体，最后检验其他气体。如蔗糖与浓硫酸反应产物SO2、CO2及水蒸气，应先用无水CuSO4检验水蒸气，再用品红检验SO2，酸性高锰酸钾溶液除去SO2，然后用澄清石灰水检验CO2。

(4)防止空气干扰，在定性及定量实验中，需要防止空气的干扰，通常在整个装置的尾部，选用装有合适试剂的装置防止空气中某种成分的进入。

【例2】(1)(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。

①实验室中氨气的发生装置可以选择上图中的________(填字母)，反应的化学方程式为[A8]________________________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气[A9]，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)(2015·全国卷Ⅰ改编)某组同学认为草酸晶体分解产物中除有CO2外还有CO[A10]，为进行验证，选用图中装置A、B和D～I的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①该组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________[A11]。装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是____________________________。[A12]

批注[A8]：考查基本知识：氨气的制备，注意气体发生装置不同，则反应原理不同。

批注[A9]：目的：氨气的提纯、收集。注意不同装置的作用，则仪器连接水到渠成。

批注[A10]：实验目的：检验草酸分解产物中的CO。注意未分解草酸的干扰。

批注[A11]：同(1)②，认清实验目的、掌握装置作用即可。本质是对混合气体检验顺序的考查。

批注[A12]：对混合气体检验顺序的具体化考查。

【解析】　(1)①在实验室中是利用固体消石灰与铵盐NH4Cl混合加热，故应选用A装置加热，发生反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O；也可用加热浓氨水的方法制取氨气，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O；②由于氨气是碱性气体，所以需要利用碱石灰进行干燥，然后再根据氨气的密度比空气小的性质，用向下排空气法收集，氨气是大气污染物，要进行尾气处理，可利用其在水中极易溶解的性质，用水作吸收剂进行尾气处理，故装置的连接顺序为发生装置→d→c→f→e→i；(2)①由装置A、B出来的气体含有CO2、CO，用灼热氧化铜来氧化CO，进而检验其产物CO2，但要注意到原产物中有CO2，故要设计除去CO2和验证CO2除尽的环节。最终确认连接顺序F(除CO2)、D(验证CO2被除尽)、G(干燥)、H(氧化CO)、D(通过验证CO2来证明CO的存在)、I(尾气处理)；H中要装CuO(氧化铜)；②要证明产物中有CO，则既要通过H中CuO转化为Cu的现象，还要通过H后面的D中石灰水中的现象进行判断。

【答案】　(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B　NH3·H2ONH3↑＋H2O)　②dcfei

(2)①F、D、G、H、D、I　CuO(氧化铜)　②H中的粉末有黑色变为红色，其后的D中石灰水变浑浊

题型三　　探究与定量计算型实验题

1．有关滴定计算，先明确已知与未知的关系：

(1)熟悉的中和滴定化学反应可根据酸供氢等于碱供氢氧根、氧化还原滴定中电子得失守恒列等式；

(2)陌生物质的信息反应：根据信息反应方程式列式，或根据多步反应方程式确定关系式。

2．化学实验涉及Ksp、Ka、Kh、pH等计算，要摄取有效、可靠数据

(1)Ksp的计算时：注意适用对象为饱和溶液，且浓度为混合后浓度，即应该注意溶液混合时体积变化产生的影响；

(2)Ka、Kh计算时：先确定定义式，要善于运用题目已知条件，从电荷守恒及物料守恒的角度，分析出所需各微粒浓度。

3．探究实验依据探究情境的相似化合物的性质，提出探究目的假设，再选择实验原理并设计实验操作，分析实验现象，说明实验假设成立或不成立。

【例3】(1)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下：

Ⅰ.取样、氧的固定

用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定。

Ⅱ.酸化、滴定

将固氧后的水样酸化，MnO(OH)2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5 min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O＋I2===2I－＋S4O)。

回答下列问题：

①取水样时应尽量避免扰动水体表面，这样操作的主要目的是[A13]________________________。

②“氧的固定”中发生的化学方程式为__________________________。

③Na2S2O3溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和________[A14]；蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除________及二氧化碳。

④取100.00 mL水样经固氧、酸化后，用a mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为____________________[A15]；若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL，则水样中溶解氧的含量为________mg·L－1[A16]。

⑤上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测量结果偏________。(填“高”或“低”)

(2)(2017·全国卷Ⅲ)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2，设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是________________________。

②将下列实验操作步骤正确排序______(填序号)[A17]；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。

a．点燃酒精灯，加热　b．熄灭酒精灯　c．关闭K1和K2　d．打开K1和K2，缓缓通入N2　e．称量A　f．冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”“无影响”)[A18]

(3)磷化铝(AlP )通常可作为一种广谱性熏蒸杀虫剂，吸水后会立即产生高毒性PH3气体(沸点为－89.7 ℃，还原性强)。某化学兴趣小组的同学用下述方法测定粮食中残留的磷化物的含量，实验装置如图所示。

在C中加入100 g原粮，E中加入20.00 mL 1.50×10－3 mol·L－1 KMnO4溶液(H2SO4酸化)，往C中加入足量的水，充分反应后，用亚硫酸钠标准溶液滴定E中过量的KMnO4溶液。

回答下列问题：①装置E中PH3被氧化成磷酸，则装置E中发生反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。

②收集装置E中的吸收液，加水稀释至250 mL，取25.00 mL于锥形瓶中，用4.0×10－4 mol·L－1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液，消耗Na2SO3标准溶液15.00 mL，Na2SO3与KMnO4溶液反应的离子方程式为____________________，则该原粮食中残留的磷化物(以PH3计)的含量为__________________mg·kg－1(写计算表达式和计算结果)。

批注[A13]：应该从对溶氧量产生影响的角度分析。

批注[A14]：一定物质的量浓度的溶液配制过程。

批注[A15]：注意滴定终点描述的关键点：最后一滴、恰好变色、且半分钟不恢复原色。

批注[A16]：此题为间接氧化还原滴定，根据电子得失守恒确定各物质的比例关系。

批注[A17]：考查实验过程。

批注[A18]：计算x需注意两点：①通过差量法确定FeSO4和H2O各自质量；②x并非H2O的物质的量，而是H2O和FeSO4的物质的量之比。

【解析】　(1)①取水样时，若搅动水体，会造成水底还原性物质进入水样中，或者让溶解的氧气因搅动而逸出，也可能让空气中的氧气因搅动而溶解，从而影响实验结果。②根据题意可知反应物和生成物，根据氧化还原反应方程式书写方法可写出反应方程式。③Na2S2O3溶液不稳定，使用前还需要标定，因此配制该溶液时不需要精确配制，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和量筒，并不需要容量瓶；Na2S2O3溶液不稳定，加热可以除去蒸馏水中溶解的氧气和二氧化碳，减少Na2S2O3的损失。④该实验用硫代硫酸钠标准溶液滴定I2，因此终点现象为蓝色刚好褪去；根据题干，MnO(OH)2把I－氧化成I2，本身被还原成Mn2＋，根据得失电子数目守恒，即有n[MnO(OH)2]×2＝n(I2)×2，因此建立关系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3。可知水样中溶解氧的含量为[ab×10－3÷4×32×103]÷0.1＝80ab mg·L－1。⑤终点时滴定管尖嘴处留有气泡，气泡将占据液体应占有的体积，导致b偏小，根据溶解氧含量代数式可知：测定结果偏低。

(2)①根据仪器构造可知B是干燥管。②由于装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所有加热前需要排尽装置中空气，利用氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排出，应该先熄灭酒精灯，再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce。③样品的质量是(m2－m1)g，加热后剩余固体是硫酸亚铁，根据铁原子守恒可知＝，解得x＝；若实验时按a、d次序操作，在加热过程中硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，导致m3增加，因此x偏小。

(3)①PH3被酸性KMnO4溶液氧化成磷酸，KMnO4在酸条件下被还原为Mn2＋，根据反应前后元素化合价的变化可写出并配平该反应的离子方程式为5PH3＋8MnO＋24H＋===5H3PO4＋8Mn2＋＋12H2O，其中MnO为氧化剂，PH3为还原剂，二者物质的缺之比为8∶5。②与酸性KMnO4溶液反应时，Na2SO3被氧化成Na2SO4，KMnO4在酸性条件下被还原为Mn2＋，根据元素化合价变化可写出并配平该反应的离子方程式为5SO＋2MnO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H2O。滴定时消耗Na2SO3的物质的量为15.00×10－3×4.0×10－4 mol，对应消耗KMnO4的物质的量为 mol，则与PH3反应的KMnO4的物质的量为 mol＝6×10－6 mol，结合关系式5PH3～8MnO可求出该原粮食中磷化物(以PH3计)的含量为 mg·kg－1＝1.275 mg·kg－1。

【答案】　(1)①使测定值与水体中的实际值保持一致，减少误差　②O2＋2Mn(OH)2===2MnO(OH)2　③量筒　氧气

④最后一滴Na2S2O3溶液滴入后，蓝色刚好褪去且半分钟内不复原　80ab　低

(2)①干燥管　②dabfce　③　偏小

(3)①8∶5　②5SO＋2MnO＋6H＋===5SO＋2Mn2＋＋3H2O　

÷(100×10－3) mg·kg－1＝1.275 mg·kg－1