第九单元 第四讲 探究类实验方案的评价与设计-2025年高考化学一轮复习方案课件
展开第4讲 探究类实验方案的评价与设计
1.了解化学实验是探究过程中的一种重要方法。2.根据化学实验的目的和要求,能做到:(1)设计实验方案;(2)掌握控制实验条件的方法;(3)正确选用实验装置;(4)预测或描述实验现象,分析或处理实验数据,得出合理结论;(5)评价或改进实验方案。
一、探究类实验方案的评价1.实验方案的评价形式
2.实验方案评价类试题的解题思路(1)从可行性方面进行评价①实验原理(如药品的选择)是否正确、可行。②实验操作(如仪器的选择、连接)是否安全、合理。③实验步骤是否简单、方便。④实验现象是否明显,实验结论是否正确。(2)从规范性视角进行评价①仪器的安装与拆卸。
②仪器的查漏、气密性检验。③试剂添加的顺序与用量。④加热的方式方法和时机。⑤温度计的规范使用、水银球的位置。⑥实验数据的读取。⑦冷却、冷凝的方法等。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、球形冷凝管等。
(3)从“绿色化学”视角进行评价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合成过程中是否造成环境污染。(4)从实验设计的安全性方面进行评价①净化、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后加热,气体点燃前先验纯等)。
③防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等)。④防吸水(如取用、制取易吸水、潮解、水解的药品,宜采取必要措施,以保证达到实验目的)。⑤易挥发液体产物导出时若为蒸气的要及时冷却。⑥其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。
二、探究类实验方案的设计1.实验方案设计的基本步骤
2.性质验证型实验设计性质验证实验方案可分为多种情况:一是已知物质的性质,设计实验验证物质的某些性质;二是已知某类物质的结构(或含有的官能团),设计性质实验来验证这类物质的结构;三是根据性质设计定量实验;四是根据物质性质验证化学原理(理论)或根据化学原理来验证物质的某些性质。设计性质验证实验方案的常用程序有如下两种:
(1)根据物质性质设计实验方案(2)根据物质的结构(或官能团)设计验证性质实验方案
3.性质探究型实验设计性质探究实验方案时要注意:
ClO2为极性分子,根据相似相溶规律可知,ClO2易溶于水
g→h→b→c→e→f→d
有白色沉 淀产生
加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液
(1)根据实验a的现象可推测溶液中生成的含Cu微粒是____________(填化学符号)。(2)甲同学认为实验一能证明假设2成立,他的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[Cu(S2O3)2]2-
实验b中,溶液先变为绿色,后逐渐变成浅绿色,说明先发生配合反应,之后又发生氧化还原反应(或实验a到实验c,最终溶液颜色逐渐变浅,说明发生了氧化还原反应)
实验二:探究CuCl2与Na2S2O3溶液的反应。(3)乙同学利用已知资料进一步证实了实验二的无色溶液中存在Cu(Ⅰ)。他的实验方案是:取少量无色溶液,_____________________________________________________________________________。
向其中滴加氨水,放置在空气中,过一段时间若溶液变为蓝色,则说明溶液中含Cu(Ⅰ)
(4)经检验白色沉淀为CuCl,从化学平衡的角度解释继续加Na2S2O3溶液后CuCl沉淀溶解的原因:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
①初始阶段,Cu被氧化的反应速率:实验Ⅰ________(填“>”“<”或“=”)实验Ⅱ。②实验Ⅲ所得溶液中,被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2+(蓝色)或[CuI2]-(无色),进行以下实验探究:步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液,加入CCl4,多次萃取、分液。步骤b.取分液后的无色水溶液,滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色,并逐渐变深。ⅰ.步骤a的目的是__________________________。
ⅱ.查阅资料,2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,[Cu(NH3)2]+(无色)容易 被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化:_______________________________________________________________________________________________________。③结合实验Ⅲ,推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI,实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是____________________________________。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体,洗涤后得到白色沉淀,加入浓KI溶液,_______________________________(填实验现象),观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是_______________________________________________________________。
[CuI2]-+2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]++2H2O+2I-,4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O
2Cu+I2===2CuI或2Cu+KI3===2CuI+KI
白色沉淀逐渐溶解,溶液变为无色
(2)上述实验结果,I2仅将Cu氧化为+1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验,证实了I2能将Cu氧化为Cu2+。装置如图所示,a、b分别是_________________________________。
铜、含n ml I2的4 ml·L-1的KI溶液
(3)运用氧化还原反应规律,分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
铜与碘反应的体系在原电池装置中,I2将Cu氧化为Cu2+;而在实验Ⅰ、实验Ⅱ和实验Ⅲ中Cu以Cu+形式存在,这是由于在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu+可以进一步与I-结合生成CuI沉淀或[CuI2]-,Cu+浓度减小使得Cu2+氧化性增强,发生反应2Cu2++4I-===2CuI↓+I2和2Cu2++6I-===2[CuI2]-+I2
2Mn(OH)2+O2===2MnO2+2H2O
Mn2+的还原性随溶液碱性的增强而增强
===NaCl+NaClO+H2O
3.(2021·广东高考节选)含氯物质在生产生活中有重要作用。某合作学习小组进行以下实验探究。(1)实验任务 通过测定溶液电导率,探究温度对AgCl溶解度的影响。(2)查阅资料 电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时,强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大;离子浓度一定时,稀溶液电导率随温度的升高而增大。25 ℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10。(3)提出猜想 猜想a:较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。猜想b:AgCl在水中的溶解度S(45 ℃)>S(35 ℃)>S(25 ℃)。
(4)设计实验、验证猜想 取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液),在设定的测试温度下,进行表1中实验1~3,记录数据。表1
电导率与温度和离子浓度都有关,测试温度不同,根据电导率结果无法判断不同温度下饱和溶液的溶解度
表2(7)实验总结 根据实验1~5的结果,并结合(2)中信息,小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是______________。
课时作业[建议用时:40分钟]
1.(2023·湖北十一校高三第二次联考)某小组探究Ag+、Fe3+能否将I-氧化,甲同学设计了如下实验:
(1)A中反应的离子方程式为__________________________,说明氧化性:Fe3+>I2。
2Fe3++2I-===2Fe2++I2
①盐桥中电解质可以使用________(填“KCl”或“KNO3”)。②K闭合时,指针向右偏转, “石墨2”作________极,电极反应为________________________________。
(2)乙同学认为:B中溶液滴加淀粉溶液,未变蓝,原因是Ag++I-===AgI↓,于是设计了如下实验:
Ag++e-===Ag
③当指针归零后,向右侧烧杯中滴加1 ml/L AgNO3溶液或向左侧烧杯中滴加1 ml/L KI溶液,指针均向右偏转,说明Ag+(或I-)浓度越大,溶液的氧化性(或还原性)越________(填“强”或“弱”)。④乙同学查阅资料,已知Ksp(AgI)=1×10-16,当等体积等浓度KI和AgNO3溶液混合时,溶液中c(Ag+)=c(I-)=________ ml/L,溶液中c(Ag+)和c(I-)很小,Ag+氧化性和I-的还原性很弱,二者直接接触,不发生氧化还原反应。
(3)丙同学测得0.1 ml/L AgNO3溶液的pH=6,认为可能是硝酸氧化了I-,请设计实验方案验证丙同学的猜想:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
向0.1 ml/L KNO3溶液中滴加2~3滴淀粉KI溶液,再滴加少量稀硫酸,调节溶液pH=6,若溶液变蓝,则说明硝酸有影响,若溶液不变蓝,则说明硝酸无影响
2.某同学研究浓硝酸与KSCN溶液的反应。资料:Ⅰ.SCN-中S、C、N元素的化合价依次为-2价、+4价、-3价。Ⅱ.SCN-的性质类似卤素离子,能被氧化为黄色的(SCN)2,(SCN)2可聚合为红色的(SCN)x。Ⅲ.NO2可溶于浓硝酸。实验一:
(1)向浓硝酸中滴加KSCN溶液,溶液立即变红是因为生成了_______(填化学式)。(2)研究SCN-的转化产物。实验二:a.将实验一ⅲ中的气体通入Ba(OH)2和NaOH的混合溶液中,有白色沉淀生成。b.过滤、洗涤白色沉淀,取少量于试管中,加入过量的稀硝酸,沉淀完全溶解,再滴加少量KMnO4溶液,不褪色。c.另取少量实验一ⅲ中试管内的溶液加入BaCl2溶液,产生大量白色沉淀。
①通过a、b实验可知白色沉淀为________(填化学式)。②红棕色气体中是否含有SO2?________(填“有”或“没有”),理由是____________________________________________________________。③通过c实验得到溶液中一定有________。④由上述实验现象可知:SCN-转化的最终产物中一定有_________。(3)继续研究实验一ⅲ中“静置一段时间后,突然剧烈反应,红色迅速褪去”的原因。
向洗净的白色沉淀中加入过量的稀硝酸,沉淀完全溶解
实验三:①对比实验一和实验三可知能加快浓硝酸氧化(SCN)x的化学反应速率的原因是_______________________________________________________________________。②结合实验三,从化学反应速率的角度解释实验一ⅱ和ⅲ中的现象:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
NO2能加快浓硝酸氧化(SCN)x的化学反应速率[或能催化浓硝酸氧化(SCN)x]
实验一中存在反应:a.浓硝酸将SCN-氧化成(SCN)x,b.浓硝酸氧化(SCN)x,化学反应速率va>vb,所以ⅱ中溶液立即变红;静置过程中,生成的NO2溶于硝酸,浓度积累到一定程度时,使vb增大,红色迅速褪去
3.(2023·辽宁高考考前预测卷)为探究甲醛与新制Cu(OH)2反应的产物,设计了如下实验。回答下列问题:Ⅰ.反应装置如下:反应一段时间后,生成大量气体,悬浊液蓝色褪去,且有红色沉淀生成。
(1)仪器a的名称是____________,该反应需控制温度为65 ℃,宜采用的加热方式为________(填标号)。A.酒精灯加热 B.砂浴C.油浴 D.水浴Ⅱ.为探究气体产物、溶液中产物与固体产物的成分,小组同学经过讨论分析后,关于产物成分有如下猜想:
实验发现,装置C、D中均未观察到明显现象,E中固体变为红色,A中固体颜色变蓝,则证明生成的气体是________。
(2)为确定气体成分,下列实验装置的连接顺序是______________(按气流方向填大写字母)。(已知:CO与银氨溶液能发生氧化还原反应)
已知:Cu2O能与氨水反应生成[Cu(NH3)4]+(无色),[Cu(NH3)4]+易被氧化生成[Cu(NH3)4]2+。①由实验现象可知,溶液中产物中存在的离子是______(填离子符号)。②滤渣1中加入足量浓氨水时,主要反应的离子方程式为____________________________________________。③滤液2在空气中放置一段时间后,显蓝色的离子是____________(填离子符号),该离子的空间结构是___________________。
(3)为确定溶液中产物与固体产物,小组做了以下实验:
Cu2O+8NH3·H2O===2[Cu(NH3)4]++2OH-+7H2O
[Cu(NH3)4]2+
4.某实验小组同学探究“氧化剂对KSCN检验Fe2+的影响”,进行如下实验:
排除在此条件下氧气氧化Fe2+的可能性
继续以下实验:ⅰ.取Ⅰ中浅红色溶液,_________________(填写实验操作),溶液浅红色消失,从而排除了假设1。ⅱ.向2 mL水中滴加1滴0.5 ml·L-1 KSCN溶液,滴加1滴饱和氯水,加入____________________,产生白色沉淀。 (3)为验证实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中硫氰化钾的被氧化程度,进行以下探究实验:已知:溶解度AgSCN(白色)
Fe(SCN)3+3Ag+===Fe3++3AgSCN↓
三种氧化剂都可以氧化SCN-,饱和氯水氧化SCN-能力最强,5%双氧水氧化SCN-能力最弱
(4)借助紫外—可见分光光度计可以测定Fe3+浓度。已知:体系的吸光度与Fe3+浓度呈线性正相关。丙同学利用上述方法测定了实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ体系吸光度,数据如图所示。由上述实验可知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液颜色分别呈现浅红色、红色和深红色的原因为___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
由实验Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ可知:SCN-被氧化后,剩余的SCN-物质的量大小关系为Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ;从图中吸光度可知:Fe2+被氧化生成Fe3+浓度大小关系为Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ。Ⅰ中SCN-浓度和Fe3+浓度均最小,颜色最浅,Ⅲ中SCN-浓度和Fe3+浓度均最大,颜色最深
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