2023届新教材高考化学一轮复习化学实验中的综合探究与创新突破学案.docx
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1、第39讲化学实验中的综合探究与创新突破复 习 目 标1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;2.实验知识与技能的综合应用。考点一物质性质探究型实验必备知识梳理夯实学科基础一、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
2、。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二、性质探究型实验设计性质探究实验方案时要注意:实验方案要可行要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件,实验方案要简单易行实验顺序要科学要对各个实验步骤进行统一的规划和安排,保证实验准确高效,同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的相互干扰实验现象要直观如“证明CH3COOH是弱电解质”的实验,可配制一定浓度的CH3COONa溶液,用pH试纸测溶液的pH,通过测定的结果(常温下,pH7)得出结论,操作简便且现象明显实验结论要可靠要反复推敲实验步骤,多方验证实验结果,
3、做到实验结论准确可靠三、物质性质探究、验证实验的考查角度1热分解产物的性质探究、判断(1)难溶性碳酸盐 氧化物CO2。(2)碳酸的酸式盐 碳酸的正盐CO2H2O。(3)铵盐 NH3相应的酸(或酸性氧化物H2O)(NH4NO3除外)。(4)硝酸盐 金属(或金属氧化物、亚硝酸盐)氮氧化物(NO或NO2)O2。(5)草酸晶体 CO2COH2O。2物质氧化性、还原性的判断如探究SO2具有还原性的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中,通过观察酸性KMnO4溶液是否褪色来说明;如探究Fe3的氧化性强于I2时,可利用FeCl3与淀粉KI溶液反应,通过溶液变蓝色来说明Fe3的氧化性强于I2。3验证同周期、同主
4、族元素性质的递变规律一般通过设计比较元素金属性、非金属性强弱的实验来完成。如通过比较Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg、Al的活泼性顺序。4电解质强弱的判断如探究一元酸HA是弱酸的方法是常温下配制NaA溶液,测pH,若pH7,则说明HA为弱酸。5物质酸性强弱的判断如探究碳酸和硅酸的酸性强弱,可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理,将CO2气体通入Na2SiO3溶液,看是否有白色沉淀生成来判断。6钢铁发生电化学腐蚀的规律探究可以通过控制钢铁是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等设计实验,找出规律。例1探究Na2SO3固体的热分解产物。资料
5、:4Na2SO3Na2S3Na2SO4。Na2S能与S反应生成Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S。BaS易溶于水。隔绝空气条件下,加热无水Na2SO3固体得到黄色固体A,过程中未检测到气体生成。黄色固体A加水得到浊液,放置得无色溶液B。(1)检验分解产物Na2S:取少量溶液B,向其中滴加CuSO4溶液,产生黑色沉淀,证实有S2。反应的离子方程式是_。(2)检验分解产物Na2SO4:取少量溶液B,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,加入盐酸,沉淀增多(经检验该沉淀含S),同时产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S),由于沉淀增多对检验造成干扰,另取少量溶液B,加入足量盐酸,离心沉降(固液分离)后
6、,_(填操作和现象),可证实分解产物中含有SO42-。(3)探究(2)中S的来源。来源1:固体A中有未分解的Na2SO3,在酸性条件下与Na2S反应生成S。来源2:溶液B中有Na2Sx,加酸反应生成S。针对来源1进行如图实验:实验可证实来源1不成立。实验证据是_。不能用盐酸代替硫酸的原因是_。写出来源2产生S的反应的离子方程式:_。(4)实验证明Na2SO3固体热分解有Na2S,Na2SO4和S产生。运用氧化还原反应规律分析产物中S产生的合理性:_。特别提醒物质性质探究验证实验的注意事项(1)在离子检验、气体成分检验的过程中,要严格掌握检验的先后顺序,防止各成分检验过程中的相互干扰。(2)若有
7、水蒸气生成,先检验水蒸气,再检验其他成分,如C和浓H2SO4的反应,产物有SO2、CO2和H2O(g),通过实验可检验三种气体物质的存在,但SO2、CO2都要通过溶液进行检验,对检验H2O(g)有干扰。(3)对于需要进行转化才能检验的成分,如CO的检验,要注意先检验CO中是否含有CO2,如果有CO2,应先除去CO2再对CO实施转化,最后再检验转化产物CO2,如HOOCCOOHCO2COH2O中CO的检验。(4)要重视试剂名称的描述,如有些试剂的准确描述为:无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外还应注意某些仪器的规格。对点练习某化学小组为研究
8、甲醛和新制CuOH2反应,进行如下探究,该小组设计如图装置(气密性良好)并进行实验:向试管中依次加入6 molL1 NaOH溶液12 mL、0.5 molL1 CuSO4溶液8 mL,振荡,再加入40%的甲醛溶液6 mL,放入65 水浴中加热,20 min后冷却至室温;反应过程中观察到有红色固体生成,有少量气体产生并收集该气体。回答下列问题:已知:Cu2O易溶于浓氨水形成Cu(NH3)4(无色),它在空气中能被氧化为Cu(NH3)42(蓝色)。(1)实验中NaOH溶液过量的目的是_。使用水浴加热的目的是_。(2)跟乙醛与氢氧化铜的反应相似,甲醛和新制Cu(OH)2反应的产物为甲酸钠、氧化亚铜和
9、水。该小组同学通过查阅资料发现,甲醛和新制Cu(OH)2还能发生下列反应:HCHOCu(OH)2 CuCO2H2OHCHO4Cu(OH)22NaOH 2Cu2ONa2CO36H2O小组同学对实验中红色固体产物的组成作出猜想:铜或氧化亚铜或它们的混合物;为了验证固体产物,设计如下实验方案并进行实验(以下每步均充分反应)。摇动锥形瓶的目的是_。锥形瓶中固体完全溶解得到深蓝色溶液的离子方程式为_。将容量瓶中的溶液稀释100倍后,溶液的颜色与容量瓶相近。由此可知固体产物的组成及物质的量之比约为_。(3)为进一步确认生成的气体是CO,将收集的气体利用如图所示的装置进行实验(部分夹持仪器略去)。无水氯化钙
10、的作用是_。实验中“先通气,后加热”的目的是_。证明气体是CO的现象:_。(4)甲醛与氢氧化铜反应的实验中,甲醛可能被氧化的产物为甲酸钠或碳酸钠。请设计实验方案证明溶液中甲醛的氧化产物。考点二定量分析型实验必备知识梳理夯实学科基础一、五种定量测定的方法与原理1测量沉淀质量法先将某种成分转化为沉淀,然后称量过滤、洗涤、干燥后沉淀的质量再进行相关计算。称量固体一般用托盘天平,精确度为0.1 g,但精确度高的实验中可使用分析天平,可精确到0.000 1 g。2测量气体体积法(1)量气装置的设计下列装置中,A是常规的量气装置,B、C、D是改进后的装置。(2)读数时先要将其恢复室温后,再调整量气装置使两
11、侧液面相平,最后读数要求视线与凹液面最低点相平。3测量气体质量法一般有两种方法:一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值;另一种方法是称吸收装置在反应前后的质量增大值。4滴定法即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据再进行相关计算。5热重法只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。二、定量实验数据的处理方法(1)看数据是否符合测量仪器的精度特点,如用托盘天平测
12、得质量的精度为0.1 g,若精度值超过了这个范围,说明所得数据是无效的。(2)看数据是否在误差允许范围内,若所得的数据明显超出误差允许范围,要舍去。(3)看反应是否完全,是否是过量反应物作用下所得的数据,只有完全反应时所得的数据,才能进行有效处理和应用。(4)看所得数据的测试环境是否一致,特别是气体体积数据,只有在温度、压强一致的情况下得出的数据才能进行比较、运算。(5)看数据测量过程是否规范、合理,错误和违反测量规则的数据需要舍去。三、定量测定中的相关计算1常用的计算公式(1)nmM,nVVm,ncV(aq)(2)物质的质量分数(或纯度)该物质的质量混合物的总质量100%(3)产品产率产品的
13、实际产量产品的理论产量100%(4)物质转化率参加反应的原料量加入原料的总量100%2常用的计算方法关系式法关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中,利用该法可以减少不必要的中间运算过程,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。一步反应可以直接找出反应物与目标产物的关系;在多步反应中,若第一步反应的产物,是下一步反应的反应物,可以根据化学方程式,将该物质作为“中介”,找出已知物质和所求物质之间量的关系。利用这种方法解题的关键是建立已知物质和所求物质之间的关系式。四、物质组成计算的常用方法类型解题方法物质含量计算根据关系式法、得失电子守恒法、滴定法等,求出混合物中某一成分的量,再除以样品的
14、总量,即可得出其含量确定物质化学式的计算根据题给信息,计算出有关物质的物质的量;根据电荷守恒,确定出未知离子的物质的量;根据质量守恒,确定出结晶水的物质的量;各粒子的物质的量之比即为物质化学式的下标比热重曲线计算设晶体为1 mol;失重一般是先失水、再失气态非金属氧化物;计算每步的m余,m余m1 mol晶体质量固体残留率;晶体中金属质量不减少,仍在m余中;失重最后一般为金属氧化物,由质量守恒得m0,由n金属n0即可求出失重后物质的化学式多步滴定计算复杂的滴定可分为两类:连续滴定法:第一步滴定反应生成的产物,还可以继续参加第二步的滴定。根据第二步滴定的消耗量,可计算出第一步滴定的反应物的量;返滴
15、定法:第一步用的滴定剂是过量的,然后第二步再用另一物质返滴定过量的物质,根据第一步加入的量减去第二步中过量的量,即可得出第一步所求物质的物质的量例2化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量(废水中不含干扰测定的物质)。.用已准确称量的KBrO3固体配制一定体积的a molL1 KBrO3标准溶液;.取v1 mL上述溶液,加入过量KBr,加H2SO4酸化,溶液颜色呈棕黄色;.向所得溶液中加入v2 mL废水;.向中加入过量KI;.用b molL1 Na2S2O3标准溶液滴定中溶液至浅黄色时,滴加2滴淀粉溶液,继续滴定至终点,共消耗Na2S2O3溶液v3 mL。已知:I22Na2S2O3=2
16、NaINa2S4O6Na2S2O3和Na2S4O6溶液颜色均为无色(1)中配制溶液用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和_。(2)中发生反应的离子方程式是_。(3)中发生反应的化学方程式是_。(4)中加KI前,溶液颜色须为黄色,原因是_。(5)KI与KBrO3物质的量关系为n(KI)6n(KBrO3)时,KI一定过量,理由是_。(6)中滴定至终点的现象是_。(7)由于Br2具有_性质,中反应须在密闭容器中进行,否则会造成测定结果偏高。思维建模定量实验题的解题流程对点练习已知CaCrO4微溶于水,某传统测定CaCrO4溶度积的实验如下:配制250 mL待标定的K2CrO4溶液。标定测得K2Cr
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