小专题实验方案的设计与评价 高三化学一轮复习 化学实验专题 热点一 物质组成 型实验方案的设计 例1某混合粉末由Fe2O3 Fe CuO C Al中的几种物质组成 为检测其成分 取样品进行下列实验 部分产物略去 一 定性检测 回答下列问题 1 取少量溶液X 加入过量的NaOH溶液 有沉淀生成 取上层清液 通入CO2 无明显变化 说明样品中不含的物质是 填化学式 2 Z为一种或两种气体 若Z只为一种气体 试剂a为饱和NaHCO3溶液 则反应 中能同时生成两种气体的化学方程式是 若Z为两种气体的混合物 试剂a为适量水 则Z中两种气体的化学式是 3 向Y溶液中通入过量氯气 并不断搅拌 充分反应后 溶液中的阳离子是 填离子符号 4 取Y溶液 调pH约为7 加入淀粉 KI溶液和H2O2 溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成 当消耗2molI 时 共转移3mol电子 该反应的离子方程式是 5 另取原样品 加入足量稀硫酸充分反应 若溶液中一定不会产生红色固体 则原样品中所有可能存在的物质组合是 各组合中的物质用化学式表示 答案 解题流程 解题流程 首先要注意框图中量的描述为 过量 其次进行大致推断 最后根据具体设问提供的信息具体分析 能与Fe2O3 Fe CuO C Al几种物质反应产生两种气体的浓酸不可能是浓盐酸 如果是浓硫酸 在加热时可以与Fe C Al发生氧化还原反应 浓硫酸被还原为SO2 C被氧化为CO2 Fe和Al分别被氧化为Fe3 和Al3 如果是浓硝酸 则两种气体是CO2和NO2 无论是哪种浓酸均可以使两种氧化物Fe2O3 CuO转化为对应的盐 1 无论加什么浓酸 浓硫酸或浓硝酸 溶液X中都可能含有Fe3 Cu2 Al3 三种金属阳离子 向溶液X中加入过量的NaOH溶液 Fe3 和Cu2 可转化为Fe OH 3和Cu OH 2沉淀析出 如果有Al3 则转化 2 有了前面的分析 问题 2 就比较容易解答了 3 向溶液X中加入过量Fe粉 得Y溶液和两种固体 且其中一种固体为红色 Cu 另一种就是过量的Fe粉 Y溶液中的阳离子为Fe2 通入过量的Cl2后 Fe2 被氧化为Fe3 Cl2与水反应生成HCl和HClO 两者电离产生H 故溶液中的阳离子为Fe3 和H 4 依据信息 当消耗2molI 时 共转移3mol电子 转移的3mol电子中有2mol来自I 另外1mol电子来自Fe2 5 根据前面四步设问可知 样品中一定没有Al 一定有CuO和C 不能确定是否有Fe和Fe2O3 加入足量稀硫酸后一定不产生Cu 那么排除Fe 符合整个设问的组合只有两种 CuO C CuO C Fe2O3 答案 答案 1 Al 2 C 2H2SO4 浓 CO2 2SO2 2H2O NO CO2 3 Fe3 H 4 2Fe2 3H2O2 4I 2Fe OH 3 2I2 5 CuO C或CuO C Fe2O3 固体成分检测实验方案设计的一般方法方法一 取少量固体试样 溶于水配成溶液 检测溶液中存在的阴 阳离子 得出实验结论 方法二 取少量固体试样 在氧气流等中反应 检测所产生的物质 如气体 得出实验结论 方法三 取少量固体试样 加酸 或碱 溶液产生气体 检测气体产物的成分 得出实验结论 总结归纳 1 沉淀法先将某种成分转化为沉淀 然后称量纯净 干燥的沉淀的质量 再进行相关计算 2 测气体体积法对于产生气体的反应 可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度 量气装置的设计 下列装置中 A是常规的量气装置 B C D是改进后的量气装置 二 固体物质组成的定量测定数据测定的常用方法 3 测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中 通过称量实验前后吸收剂的质量 求得所吸收气体的质量 然后进行相关计算 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后再进行相关计算 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 例2碳 硫的含量影响钢铁性能 碳 硫含量的一种测定方法是将钢样中碳 硫转化为气体 再用测碳 测硫装置进行测定 1 采用装置A 在高温下将x克钢样中碳 硫转化为CO2 SO2 解析 钢样中的碳 硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2 还有未反应的O2 故气体a的成分为O2 SO2 CO2 O2 SO2 CO2 Fe3O4 SO2 解析答案 2 将气体a通入测硫装置中 如下图 采用滴定法测定硫的含量 H2O2氧化SO2的化学方程式 用NaOH溶液滴定生成的H2SO4 消耗zmLNaOH溶液 若消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克 则该钢样中硫的质量分数 解析答案 3 将气体a通入测碳装置中 如下图 采用重量法测定碳的含量 气体a通过B和C的目的是 计算钢样中碳的质量分数 应测量的数据是 解析答案 解析 气体a中含有O2 SO2和CO2 在吸收CO2测定碳的含量时 也可能吸收SO2 故气体a通过装置B和C的目的排除SO2对CO2测定的干扰 计算钢样中碳的质量分数 应测量吸收CO2前 后吸收瓶的质量 其质量差为CO2的质量 答案 排除SO2对CO2测定的干扰 吸收CO2前 后吸收瓶的质量 例3碱式碳酸铝镁 MgaAlb OH c CO3 d xH2O 常用作塑料阻燃剂 1 碱式碳酸铝镁具有阻燃作用 是由于其受热分解需吸收大量热量和 解析因为碱式碳酸铝镁分解得到Al2O3 MgO 二者的熔点都较高 都具有阻燃作用 生成的产物具有阻燃作用 解析答案 2 MgaAlb OH c CO3 d xH2O中a b c d的代数关系式为 2a 3b c 2d 解析答案 3 为确定碱式碳酸铝镁的组成 进行如下实验 准确称取3 390g样品与足量稀盐酸充分反应 生成CO20 560L 已换算成标准状况下 另取一定量样品在空气中加热 样品的固体残留率 固体样品的剩余质量 固体样品的起始质量 100 随温度的变化如图所示 样品在270 时已完全失去结晶水 600 以上残留固体为金属氧化物的混合物 解析答案 1 某研究性学习小组用下列装置 铁架台等夹持仪器略 探究氧化铁与乙醇的反应 并检验反应产物 1 用2 的CuSO4溶液和10 的NaOH溶液配制Cu OH 2悬浊液的注意事项是 解析新制Cu OH 2悬浊液与醛基的反应需要碱性条件 在过量NaOH溶液中滴加数滴CuSO4溶液 或NaOH过量 解析答案 1 2 3 方法探究 2 为快速得到乙醇气体 可采用的方法是 若实验时小试管中的溶液已经开始发生倒吸 可采取的措施是 填字母 a 取下小试管b 移去酒精灯c 将导管从橡胶管中取下d 以上都可以解析升高温度可以加速乙醇的挥发 若液体倒吸进入加热的反应管 可能会造成反应管炸裂 取下小试管已无济于事 因 溶液已经开始发生倒吸 在烧杯中加入热水 或对烧杯加热 c 解析答案 1 2 3 3 如图实验 观察到红色的Fe2O3全部变为黑色固体M 充分反应后停止加热 取下试管加热 有砖红色沉淀生成 为了检验M的组成 进行下列实验 M能被磁铁吸引 加入足量稀硫酸 振荡 固体全部溶解 未观察到有气体生成 经检验溶液中有铁离子和亚铁离子 检验铁离子的方法是 证明溶液含有亚铁离子的方法是 能得出的结论是 填字母 a M中一定有 3价和 2价铁 不能确定是否有0价铁b M中一定有 3价和0价铁 无 2价铁c M中一定有 3价铁 0价和 2价铁至少有一种d M中一定有 3价 2价和0价铁 解析答案 1 2 3 解析分析黑色固体 M 可能的成分 铁的氧化物Fe3O4 FeO和铁粉均为黑色 Fe3O4中既有 3价铁又有 2价铁 且具有磁性 Fe3 能溶解单质铁 答案 取少量溶液于试管中 加入KSCN溶液 溶液变成血红色 则有Fe3 取少量溶液滴入适量酸性高锰酸钾溶液中 高锰酸钾溶液褪色 则有Fe2 a 1 2 3 4 若M的成分可表示为FexOy 用CO还原法定量测定其化学组成 称取mgM样品进行定量测定 实验装置和步骤如下 1 2 3 组装仪器 点燃酒精灯 加入试剂 打开分液漏斗活塞 检查气密性 停止加热 关闭分液漏斗活塞 正确的操作顺序是 填字母 a b c d 若M完全被还原后碱石灰增重ng 则为 用含m n的代数式表示 解析答案 1 2 3 解析检查气密性属于实验的准备阶段 应在加药品前进行 为防止Cu再次被氧化 撤去酒精灯后 应继续通入CO 冷却后再停止通气 计算比值时 应从质量守恒的角度去思考 M FexOy 中的氧原子全部使CO转化为CO2 因而碱石灰增加的质量即为反应产生的CO2的质量 得关系式M中n O n CO2 答案b 1 2 3 2 下图是1 00gMgC2O4 nH2O晶体放在坩埚里从25 缓慢加热至700 分解时 所得固体产物的质量 m 随温度 t 变化的关系曲线 已知该晶体100 以上才会逐渐失去结晶水 并大约在230 时完全失去结晶水 试回答下列问题 1 MgC2O4 nH2O中n 2 答案 1 2 3 答案 1 2 3 2 通过计算确定C点固体物质的化学式 要求写出推断过程 14818 2 x 1 00g 1 00 0 88 g 故B点固体的化学式为MgC2O4 H2O 1 2 3 11218x0 76g 0 88 0 76 g 故B点固体的化学式为MgC2O4 H2O 1 2 3 3 通过计算确定从E点到F点过程中的化学方程式 要求写出推断过程 答案设Mg元素与其他元素组成的化合物为X 利用Mg原子守恒 可推测出X即为MgO 而完整的化学方程式为 答案 1 2 3 3 铝镁合金是飞机制造 化工生产等行业的重要材料 研究性学习小组的同学为测定某含镁3 5 的铝镁合金 不含其他元素 中镁的质量分数 设计了下列两种不同实验方案进行探究 方案一 实验方案 将铝镁合金与足量NaOH溶液反应 测定剩余固体质量 实验中发生反应的化学方程式是 解析方案一 将铝镁合金与足量NaOH溶液反应 镁不和NaOH溶液反应 铝发生反应 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 解析答案 1 2 3 实验步骤 1 称取10 8g铝镁合金粉末样品 溶于体积为V 物质的量浓度为4 0mol L 1的NaOH溶液中 充分反应 则NaOH溶液的体积V mL 解析假设合金中镁的质量分数最少为3 则10 8g铝镁合金粉末样品中含有铝10 476g 其物质的量是0 388mol 根据反应2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 知 需要n NaOH n Al 0 388mol V NaOH 0 388mol 4 0mol L 1 0 097L 97 解析答案 1 2 3 2 过滤 洗涤 干燥 称量固体 该步骤中若未洗涤固体 测得镁的质量分数将 填 偏高 偏低 或 无影响 解析过滤后 金属镁的表面会沾有其他离子 如果没有洗涤 称量后的固体的质量将大于镁的实际质量 所测得镁的质量分数将偏高 偏高 解析答案 1 2 3 方案二 实验方案 将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应 测定生成气体的体积 实验步骤 1 同学们拟选用下列实验装置完成实验 1 2 3 你认为最简易的装置其连接顺序是A接 接 接 填接口字母 可不填满 解析很明显 该同学采用排水法来测量产生氢气的体积 故A应连接E D连接G 最后读数时要调节广口瓶和量筒中的液面高度 F接口的导管太短 E D G 解析答案 1 2 3 2 仔细分析实验装置后 同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差 稀硫酸滴入锥形瓶中 即使不生成氢气 也会将瓶内空气排出 使所测氢气体积偏大 实验结束时 连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在 使所测氢气体积偏小 于是他们设计了如图所示的实验装置 1 2 3 装置中导管a的作用是 实验前后量气管中液面读数分别为V1mL V2mL 则产生氢气的体积为