2012版高考化学 3-2-1精品系列 专题16 化学实验设计与探究.doc
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1、专题16.化学实验设计与探究(教师版)预测2013高考化学实验题的设计特点及命题趋势:(1)注重综合实验原理、实验技能和实验仪器是实验的三要素。以实验的三要素为主题,将形成自身的知识网络(如下图所示)。实验“三要素”的组合,将形成具有一定综合性、能力层次要求更高的D(原理+仪器)、E(仪器+技能)、F(原理+技能)三个层面和能力层次要求最高、综合性最强的G(原理+仪器+技能)立体结构。同时,化学实验作为化学研究的一种手段,承载着化学概念、原理、元素化合物等知识研究和探索的任务,因此化学实验又通常和元素化合物、有机化学、化学计算、化学概念和原理等一个或几个方面内容有机地结合在一起。认真分析近年高
2、考化学实验试题的走向,高考化学实验题命题中的“综合”主要体现在以下几个方面:第一,在实验原理、实验仪器和实验操作三条“线”的基础上,向“原理+仪器”、“仪器+技能”、“原理+技能”三个交叉、综合的层面甚至向“原理+仪器+技能”三维立体结构发展,实现化学实验知识与技能的综合考查;第二,化学实验与元素化合物、有机化学、化学计算、化学概念和原理等各个板块中相关知识综合在一起进行考查;第三,将化学实验与化学相关知识、其他学科(如物理、生物等)的相关知识与方法融合在一起来进行综合考查。(2)强调创新随着高考改革的不断深化、课程改革的进一步深入以及培养学生创新能力呼声的加强,高考化学实验的考查角度在不断的
3、创新。认真分析近年高考化学实验试题的走向,高考化学实验题命题中的创新主要体现在以下几个方面:第一、试题背景材料选取的创新。命题时,注意选取生产和生活、自然与社会、科学与技术等方面素材作为题干内容,这是化学命题的创新思路之一。这种命题模式在全国高考化学试题特别是在上海高考试题中得到更好的体现。第二、试题解答思路的创新。这种命题思路高度重视思维的开放性、强调答题的多样性,提倡考生通过分析判断、演绎推理、联想转化、尝试探索、猜想验证等多种思维方式,从多个角度、多个层次回答问题。第三、试题考查形式的创新。表现在将验证性实验的考查转化为探索性实验的考查。第四、试题考查内容的创新。该命题思路依据化学实验本
4、身具有很强的包容性和兼容性的特点,将化学实验的考查与化学其他板块的知识甚至是其他学科的知识、方法等有机地结合,实现学科内和学科间知识的综合考查。(3)尝试开放【考点定位】1、根据实验试题要求,运用化学知识设计一些基本实验。2、能绘制和识别典型的实验仪器装置图。3、化学实验的各部分知识与技能的综合应用。【考点定位】考点1、化学探究性实验题的模式在解题时,首先要对题目中给出的信息进行处理,弄清是对实验的那一方面进行探究,然后深入分析实验,依据题目中提出的实验假设或自行提出的实验假设,合理运用化学知识,巧妙设计实验方案,通过实验现象的客观事实对实验进行探究性验证。1化学实验设计的要求(1)原理正确;
5、(2)方法简单;(3)操作方便;(4)现象明显;(5)产率高;(6)误差小;(7)安全防污。2化学实验设计程序(1)根据实验的目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品;(2)根据实验的特点,设计实验装置,画出实验装置图;(3)根据实验的要求,设计可行的操作步骤和观察重点,分析实验中应注意的事项;(4)实验结束后应写出完整的实验报告。考点2、物质性质实验方案的设计知识点3、实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案,包含的知识点很多,能考查学生的分析问题和解决问题的能力。(1)选择:包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除
6、杂质的试剂和顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等;药品的选择,包括种类、浓度、物质聚集状态等;连接方式的选择,包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。(2)评价:对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境又无污染等。(3)最佳方案的选择:所谓最佳,无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。【2012高考试题解析】(2012广东)33苯甲酸广泛应用于制药和化工行业,某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸,反应原理:操作无水Na2SO4干燥过滤实验方法:一定量的甲苯和KMnO4溶液在100
7、反应一段时间后停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。无色液体A有机相滤液反应混合物操作过滤白色固体B蒸发浓缩冷却,过滤浓盐酸酸化水相已知:苯甲酸分子量122,熔点122.4,在25和95时溶解度分别为0.3 g和6.9 g;纯净固体有机物都有固定熔点。(1)操作为 ,操作为 。(2)无色液体A是 ,定性检验A的试剂是 ,现象是 。(3)测定白色固体B的熔点,发现其在115开始熔化,达到130时仍有少量不熔,该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表明推测正确。请在答题卡上完成表中内容。序号实验方案实验现象结论将白色固体B加入水中,加热溶
8、解, 得到白色晶体和无色溶液取少量滤液于试管中, 生成白色沉淀滤液含Cl干燥白色晶体, 白色晶体是苯甲酸(4)纯度测定:称取1.220g产品,配成100ml甲醇溶液,移取25.00ml溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40103mol,产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为 ,计算结果为 (保留二位有效数字)。【答案】 (1)分液,蒸馏 (2)甲苯,酸性KMnO4溶液,紫色溶液褪色。(3)序号实验方案实验现象结论将白色固体B加入水中,加热,溶解, 冷却、过滤 得到白色晶体和无色溶液取少量滤液于试管中,滴入适量的硝酸酸化的AgNO3溶液 生成白色沉淀滤液含有Cl-干燥白色晶体, 加热使其融化,测
9、其熔点; 熔点为122.4白色晶体是苯甲酸(4) (2.4010-31224)/1.22100%; 96%96%。【考点定位】有机实验设计与探究(2012福建)25. ( 15 分)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如右图所示)。(1)制备实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是(填序号)A.往烧瓶中加人MnO2粉末B.加热C.往烧瓶中加人浓盐酸(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出下列实验方案:甲方案:与足量AgNO3溶液反应,称量生成的AgCl质量。乙方案:采用酸碱中和滴定法测定。丙方案:与已知量CaCO3(过量)反应,
10、称量剩余的CaCO3质量。丁方案:与足量Zn 反应,测量生成的H2体积。继而进行下列判断和实验: 判定甲方案不可行,理由是 。 进行乙方案实验:准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。a.量取试样20.00 mL,用0 . 1000 molL-1 NaOH标准溶液滴定,消耗22.00mL,该次滴定测得试样中盐酸浓度为 molL-1b.平行滴定后获得实验结果。 判断丙方案的实验结果 (填“偏大”、“偏小”或“准确”)。已知:Ksp(CaCO3 ) = 2.810-9、Ksp(MnCO3 ) = 2.310-11 进行丁方案实验:装置如右图所示(夹持器具已略去)。 (i) 使Y形管中的残余清液与锌
11、粒反应的正确操作是将 转移到 中。(ii)反应完毕,每间隔1 分钟读取气体体积,气体体积逐次减小,直至不变。气体体积逐次减小的原因是(排除仪器和实验操作的影响因素)。案) 0.1100 偏小 ()Zn粒 残余清液(按序写出两项) () 装置内气体尚未冷至室温 【考点定位】本题考查了化学实验方案基本操作、实验的设计与评价等,重在考查学生的实验能力和数据处理能力。(2012四川)28.(17分)甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比,设计如下实验流程: 实验中,先用制的的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气,再连接洗气瓶和气体收集装置,立即加热氧化铜。反应完毕后,黑色的氧化铜转化为红色
12、的铜。 下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置,D为盛有浓硫酸的洗气瓶。甲小组测得,反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标准状况下的体积V1L。乙小组测得,洗气前装置D的质量m3g、洗气后装置D的质量m4g、生成氨气在标准状况下的体积V2L。请回答下列问题:(1)写出仪器a的名称 。(2)检查A装置气密性的操作是 。(3)甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气,请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。实验装置实验药品制备原理甲小组A氢氧化钙、硫酸、硫酸铵反应的化学方程式为 。乙小组浓氨水、氢氧化钠用化学平衡原理分析氢氧化钠的作用: 。(
13、4)甲小组用所测得数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数之比为 。(5)乙小组用所测得数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值,其原因是 。为此,乙小组在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器,重新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氨气的体积,得出了合理的实验结果。该药品的名称是 。热,使NH3的溶解度减小,NH3从氨水中析出,同时氢氧化钠固体溶于水后发生电离,生成大量OH-,促使上述平衡向左移动,生成更多NH3,从而使NH3从氨水中析出。(4)甲小组2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O,由此可知,m1- m2为参加反应的CuO中氧的质量,物质的量为(m1- m2)/1
14、6,即NH3中H的物质的量为(m1- m2)/8。测的N2在标准状况下体积为V1L,则N原子的物质的量为V1/22.4,则氨分子中氮、氢的原子个数之比为(V1/22.4): (m1- m2)/8,化简得V1/2.8 (m1- m2)(5)洗气前装置D前后的质量差包含未参加反应的NH3,使得氢原子的物质的量增大,比值减小。要使没定值准确,只要找一种不吸收NH3的干燥剂即可,故可选用碱石灰。【考点定位】本题通过NH3和氨气中N、H原子个数测定来考查化学实验基础知识,涉及到仪器的识别、气密性的检查、实验误差解释、相关计算、实验评价及设计。(2011大纲版)28(15分)(注意:在试题卷上作答无效)现
15、拟用下图所示装置(尾气处理部分略)来制取一氧化碳,并用以测定某铜粉样品(混有CuO粉末)中金属铜的含量。(1)制备一氧化碳的化学方程式是 ;(2)试验中,观察到反应管中发生的现象时 ;尾气的主要成分是 ;(3)反应完成后,正确的操作顺序为 (填字母)a.关闭漏斗开关 b.熄灭酒精1 c.熄灭酒精灯2(4)若试验中称取铜粉样品5.0g,充分反应后,反应管中剩余固体的质量为4.8g,则原样品中单质铜的质量分数为 ;(5)从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水、双氧水中选用合适的试剂,设计一个测定样品中金属铜质量分数的方案;设计方案的主要步骤是(不必描述操作过程的细节) ;写出有关反应的化学方程式 。【答案】(1
16、)HCOOHCO+H2O(2)铜粉中混合的氧化铜由黑色变成红色 CO、CO2 (3)a、c、b(4)80%(5)开放性试题,合理得分【解析】(1)浓H2SO4使HCOOH脱水生成CO。(2)CO还原CuO生成红色的Cu。(3)为了不使生成的Cu被氧化,故需要继续通一会CO,所以先熄2处的酒精灯,为防止气体倒吸,故1处的酒精灯还需要加热,故先关闭分液漏斗。(4)固体质量减少,即为CuO失去O原子,关系为“CuO Cu” Dm 80 64 16 m(CuO) 5-4.8得m(CuO)=1g,则样品中Cu的质量为5-1=4g,Cu的质量分数为。(5)将样品溶于H2SO4,其中CuO被溶解,过滤出不溶
17、物,洗涤、干燥、称得的质量即为Cu的质量。【考点定位】实验制备CO中实验的基本操作与现象,样品中含量的测定,实验方案的设计。(2011重庆)27.(15分)氯离子插层镁铝水滑石是一种新型离子交换材料,其在高温下完全分解为和水蒸气,现用题27图装置进行试验确定其化学式(固定装置略去)。(1)热分解的化学方程式为 。(2)若只通过测定装置C、D的增重来确定,则装置的连接顺序为 (按气流方向,用接口字母表示),其中C的作用是 。装置连接后,首先要进行的操作名称是 。(3)加热前先通排尽装置中的空气,称取C、D的初始质量后,再持续通入的作用是 、 等.(4)完全分解后测得C增重3.65g 、D增重9.
18、90g ,则= .若取消冷却玻管B后进行试验,测定值将 (填“偏高”或“偏低”)(5)上述水滑石在空气中放置时易发生反应生成Mg2Al(OH)6Cl12y(CO3)yzH2O,该生成物能发生类似的热分解反应,现以此物为样品,用(2)中连接的装置和试剂进行实验测定,除测定D的增重外,至少还需测定 .2Mg2Al(OH)6ClXH2O4MgO+Al2O3+2HCl+(5+2x)H2O(2)C吸收HCl,D吸收H2O,需先吸收水,再吸收HCl,另外注意导管应长进短出;氢氧化钠溶液可以吸收HCl气体,通过与D增重的量,共同求得x值;该过程有气体生成,连接好装置后需检验气密性(3)该实验目的为通过装置C
19、、D增重,来判断化学组成,故需将分解产生的气体全部带入装置C、D中完全吸收,同时也防止产生倒吸现象(4)n(HCl): n(H2O)=2: (5+2x)=36.5g/36.5:9.9g/18 可求得x=3 ;若去掉冷却玻璃管,使热的空气可以通过C、D,使结果偏低(5)要求得x,在方程式中需知两种物质的量,所以可以是装置C的增重及样品质量,样品质量及其分解后残余物质量,装置C的增重及样品分解后残余物质量,都可以解决。【考点定位】本题考查化学实验设计与评价。(2012浙江)2814分实验室制备苯乙酮的化学方程式为:制备过程中还有等副反应。主要实验装置和步骤如下:(I)合成:在三颈瓶中加入20 g无
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