2023届新高考新教材化学人教版一轮学案-第十章第3讲 热点综合实验探究.docx
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1、第3讲热点综合实验探究复习目标核心素养1.能设计、评价和优化实验方案,能根据证据进行分析推理、得出结论。2知道在实验设计和实施过程中如何控制相关变量,知道如何对实验数据进行分析,初步形成定量研究的意识。3认识比较、归纳、分析、综合等方法在分析推理过程中的应用。1.能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究;对实验过程出现的特殊现象敢于提出自己的见解,并进行进一步的研究。2具有可持续发展意识和绿色化学观念,设计实验方案时应遵循的优化原则是原料廉价,原理绿色,条件优化,仪器简单,分离方便。热点一无机物的制备1物质制备流程2气体发生装置(1)设计原则:根据制备原理(化学方程式)、反
2、应物状态和反应所需条件、制取气体的量等因素来设计反应装置。(2)气体发生装置的基本类型制取装置可用来制取的气体反应原理固固气O22KClO32KCl3O2NH32NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O固液气Cl2MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2OHClNaClH2SO4(浓)NaHSO4HCl固(块状)液气H22HZn=H2Zn2CO2CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O固液气O2、H2、CO2、NH3、Cl2、SO2O2:H2O2与MnO2H2:Zn与稀硫酸CO2:CaCO3与稀盐酸NH3:浓氨水与CaOCl2:浓盐酸与KMnO4SO2:亚硫酸钠与硫酸3.气体的
3、净化(干燥)装置(1)设计原则:根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。(2)除杂装置基本类型装置示意图洗气固体除杂固体除杂冷凝除杂 适用范围试剂与杂质气体反应,与主要气体不反应;装置用固体吸收还原性或氧化性杂质气体杂质气体被冷却后变为液体,主要气体不变为液体(3)吸收剂的选择选择吸收剂应根据被提纯气体的性质和杂质的性质而确定,一般情况如下:易溶于水的气体杂质可用水来吸收;酸性杂质可用碱性物质吸收;碱性杂质可用酸性物质吸收;水为杂质时,可用干燥剂来吸收;能与杂质发生反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。4尾气处理装置的选择a用于吸收溶解或反应速率不是很快的气体,如用N
4、aOH溶液吸收Cl2、CO2等。b用于收集少量气体。c、d用于吸收极易溶且溶解很快的气体,如HCl、HBr、NH3等;其中d吸收量少。e用于处理难以吸收的可燃性气体,如H2、CO等。5实验条件的控制(1)排气方法为了防止空气中的成分氧气、CO2、水蒸气干扰实验,常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气;有时也可充分利用反应产物气体(如:氨气、氯气、二氧化硫)等排尽装置中的空气。(2)控制气体的流速及用量用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。观察气泡,控制气流速度,如图,可观察气泡得到N2、H2的体积比约为13的混合气。平衡气压如图,用长玻璃管平衡气压,防堵塞。(3)压送液体根据装置的密封性,
5、让反应生成气体或消耗气体,产生压强差,将液体压入或倒流入另一反应容器。(4)温度控制控制低温的目的:减少某些反应物或产品分解如H2O2、NH4HCO3等;减少某些反应物或产品挥发,如盐酸、氨水等;防止某物质水解,避免副反应发生等。采取加热的目的:加快反应速率或使平衡移动,加速溶解等。常考温度控制方式:a水浴加热:均匀加热,反应温度100 以下。b油浴加热:均匀加热,反应温度100260 。c冰水冷却:使某物质液化、降低产物的溶解度;减少其他副反应,提高产品纯度等。d保温:如中和反应反应热测定时,两烧杯之间填泡沫,真空双层玻璃容器等。6解答物质制备试题的思维流程(1)认真阅读题干,提取有用信息,
6、包括实验目的、反应条件、陌生物质的性质、陌生反应原理等。(2)仔细观察装置图(或框图),联想熟悉的实验,找出每件仪器(或步骤)与熟悉的某一实验相似的地方,分析每件仪器中所装药品的作用。(3)通读问题,整合信息,把所有的问题进行综合分析,运用题给信息和化学基础知识做出正确答案。(2020全国卷,26)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是_,a中的试剂为_。(2)b中采用的加热方式是_,c中化学反应的离子方程式是_,采用冰水浴冷却的目的是_。(3)d
7、的作用是_,可选用试剂_(填标号)。ANa2S BNaClCCa(OH)2 DH2SO4(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶,_,_,干燥,得到KClO3晶体。(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显_色。可知该条件下KClO3的氧化能力_(填“大于”或“小于”)NaClO。【解析】由题干信息及装置图分析各装置的作用,a装置用于除杂,b装置用于制备氯酸钾,c装置用于制备次氯酸钠,d装置用于尾气处理。(1)盛放MnO2粉末的仪器是圆底烧瓶。产生的氯气中混有氯化氢杂质,除
8、掉氯化氢需要将气体通过饱和食盐水。(2)b装置的加热方式为水浴加热。c装置中氯气与氢氧化钠发生反应的离子方程式为Cl22OH=ClOClH2O。根据装置b、c水浴温度的不同推知,生成氯酸盐时需要酒精灯加热,生成次氯酸盐时需要冰水冷却,所以c中冰水浴的目的是避免氯酸钠的生成。(3)d是尾气处理装置,吸收氯气可以用硫化钠溶液或氢氧化钙浊液。(4)从溶液中获得纯净氯酸钾的操作是冷却结晶,过滤,少量冷水洗涤,干燥,此处用少量冷水洗涤的目的是降低氯酸钾的损耗。(5)碘在四氯化碳中呈紫色;碘在水中的颜色为棕色或褐色,主要由碘的浓度决定。2号试管中溶液变棕色说明生成I2,1号试管中没有颜色变化,说明没有生成
9、I2,由此可以判断氯酸钾的氧化能力小于次氯酸钠的氧化能力。【答案】(1)圆底烧瓶饱和食盐水(2)水浴加热Cl22OH=ClOClH2O避免生成NaClO3(3)吸收尾气(Cl2)AC(4)过滤少量(冷)水洗涤(5)紫小于对点训练1无水FeCl3是常用的芳香烃取代反应催化剂,它具有易水解、易升华的性质。铁粉与氯气反应制备无水FeCl3的实验装置如下图所示:E和G用来收集产物。回答下列问题:(1)通入氯气后,A中观察到有酸雾产生,C中P2O5的作用是_。(2)在E、G处收集产物是利用了FeCl3_的性质。(3)实验过程中若F处出现堵塞,则在B处可观察到的现象是_。可通过_(填简单操作),使实验能继
10、续进行。(4)I中反应的离子方程式为_。(5)某同学用5.60 g干燥铁粉制得无水FeCl3样品13.00 g,该次实验的产率是_。(6)实验室中还常用SOCl2与FeCl36H2O晶体共热制备无水FeCl3,其化学反应方程式为_。检验水合三氯化铁原料中是否存在FeCl2的试剂是_。解析:(1)FeCl3易水解,需注意防水。C中P2O5的作用是作干燥剂,除去酸雾Cl2中混有的水蒸气。(2)在E、G处收集产物是利用了FeCl3易升华的性质。(3)实验过程中若F处出现堵塞,则氯气将到达B处,看到有气泡产生,然后进入NaOH溶液中与NaOH反应;氯化铁易升华,则可通过适当加热F处,使实验能继续进行。
11、(4)I中未反应完的氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,反应的离子方程式为Cl22OH=ClClOH2O。(5)由2Fe3Cl22FeCl3可知,每2 mol Fe反应生成2 mol FeCl3,则5.60 g(0.1 mol)干燥铁粉理论上可制得0.1 mol FeCl3,质量为0.1 mol162.5 g/mol16.25 g,因此该次实验的产率是100%80.00%。(6)若直接加热FeCl36H2O,氯化铁会水解得氢氧化铁和HCl,HCl易挥发,促进氯化铁水解,最终得到氢氧化铁,实验室中常用SOCl2与FeCl36H2O晶体共热制备无水FeCl3,说明该过程产生了HCl抑制了氯
12、化铁水解,结合原子守恒可知该反应的化学方程式为FeCl36H2O6SOCl2=FeCl312HCl6SO2;亚铁离子与铁氰化钾相遇产生蓝色沉淀,因此检验水合三氯化铁原料中是否存在FeCl2的试剂是铁氰化钾溶液。答案:(1)除去酸雾Cl2中混有的水蒸气(2)易升华(3)B处有气泡产生适当加热F处(4)Cl22OH=ClClOH2O(5)80.00%(6)FeCl36H2O6SOCl2=FeCl312HCl6SO2K3Fe(CN)6溶液对点训练2磷化铝(AlP)是一种常用于粮食仓储的广谱性熏蒸杀虫剂,遇水立即产生高毒性气体PH3 (沸点89.7 ,还原性强,在空气中易自燃)。国家规定粮食中磷化物(
13、以PH3计)的残留量不超过0.0500 gkg1时为质量合格,反之不合格。某化学兴趣小组的同学用下述方法测定某粮食样品中残留磷化物的质量以判断是否合格。在C中加入100 g原粮,E中加入20.00 mL 2.50104 molL1 KMnO4溶液(H2SO4 酸化),往C中加入足量水,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)PH3的电子式为_。仪器C的名称是_。(2)A中酸性高锰酸钾溶液的作用是_。B中溶液的作用是_。(3)PH3也可被NaClO氧化以制备NaH2PO2,制得的NaH2PO2和NiCl2溶液可用于化学镀镍,同时生成磷酸和氯化物,请写出化学
14、镀镍的化学方程式:_。(4)装置E中PH3被氧化成磷酸,充分反应后的吸收液,加水稀释至250 mL,取25.00 mL于锥形瓶中,用4.0105 molL1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液,消耗Na2SO3标准溶液20.00 mL,Na2SO3与KMnO4溶液反应的离子方程式为SOMnOHSOMn2H2O(未配平),则滴定终点的现象为_。该原粮样品中磷化物(以PH3计)的残留量为_mg/kg(保留三位有效数字)。解析:(1)PH3的电子式是,由题图可知仪器C的名称是三颈烧瓶。(2)由于空气中也含有还原性气体会干扰后续的实验,因此A中酸性高锰酸钾溶液的作用是吸收空气中的还原性气体,
15、以免使测定结果偏高;PH3还原性强,在空气中易自燃,因此需要用装置B来除去空气中的氧气,防止PH3被氧化。(3)NaH2PO2和NiCl2溶液可用于化学镀镍,同时生成磷酸和氯化物,反应中Ni元素化合价从2降低到0,P元素化合价从1升高到5,所以根据得失电子守恒可知化学镀镍的化学方程式为2NiCl2NaH2PO22H2O=2NiH3PO4NaCl3HCl。(4)由于酸性高锰酸钾溶液显紫色,则滴定终点现象为滴入最后一滴标准液时,溶液由浅紫色变为无色,且半分钟内不变色;根据题意可知KMnO4得到电子的物质的量与PH3、Na2SO3失去的电子的物质的量相等,2n(Na2SO3)8n(PH3)5n(KM
16、nO4)代入数值:2104.0105 mol/L0.02 L8n(PH3)52.50104 mol/L0.02 L,解得n(PH3)1.125106 mol,m(PH3)1.125106 mol34 g/mol3.825105 g0.038 25 mg,则该原粮样品中磷化物(以PH3计)的残留量为0.038 25 mg0.1 kg0.383 mg/kg。答案:(1) 三颈烧瓶(2)吸收空气中的还原性气体,以免使测定结果偏高吸收空气中的O2,防止PH3被氧化(3)2NiCl2NaH2PO22H2O=2NiH3PO4NaCl3HCl(4)滴入最后一滴标准液时,溶液由浅紫色变为无色,且半分钟内不变色
17、0.383热点二有机化合物的制备1有机化合物制备的思维流程2有机化合物制备的注意要点(1)熟知常用仪器及用途(2)依据物质性质和反应特点选择加热或冷却方式加热:酒精灯的火焰温度一般在400500 ,乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用酒精灯加热,若温度要求更高,可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热。冷凝回流有机化合物易挥发,因此在反应中通常要采用冷凝回流装置,以减少有机化合物的挥发,提高原料的利用率和产物的产率。如图1、图3中的冷凝管,图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。防暴沸:加沸石(碎瓷片),防止液体暴沸,若开始忘加沸石(碎瓷片),需
18、冷却后补加。3常见有机化合物分离提纯的方法(1)分液:用于分离两种互不相溶(密度也不同)的液体。(2)蒸馏:用于分离沸点不同的液体。分馏的原理与此相同。(3)洗气:用于除去气体混合物中的杂质,如乙烷中的乙烯可通过溴水洗气除去。(4)萃取分液:如分离溴水中的溴和水,可用四氯化碳或苯进行萃取,然后分液。(2020全国卷,27)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理简示如下:名称相对分子质量熔点/沸点/密度/(gmL1)溶解性甲苯9295110.60.867不溶于水,易溶于乙醇苯甲酸122122.4(100 左右开始升华)248微溶于冷水,易溶于乙醇、热水实验步骤:在装有温
19、度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 mol)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品为1.0 g。纯度测定:称取0.122 g粗产品,配成乙醇溶液,于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 molL1的KOH标准溶液滴定,三次滴定平均
20、消耗21.50 mL的KOH标准溶液。回答下列问题:(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为_(填标号)。A100 mL B250 mLC500 mL D1000 mL(2)在反应装置中应选用_冷凝管(填“直形”或“球形”),当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是_。(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是_;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理_。(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是_。(5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是_。(6)本实验制备的苯甲酸的纯度为_;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于_ (填标号
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