专题（十七）探究实验的设计与评价
学习目标
1、能够根据实验试题的要求，设计和评价简单实验方案。
2、学会识别和绘制典型的实验仪器装置图。
3、培养各部分实验知识与技能综合应用的能力。
典型例题
例题1：实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量,反应的化学方程式为:2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O
试回答:(1)如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量(mCuO、mH2O)时，请用下列仪器设计一个简单的实验方案。
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①仪器连接的顺序(用字母编号表示,仪器可重复使用) ； d中浓硫酸的作用是 , ;实验完毕时观察到a中的现象是 ；
②列出计算Cu的相对原子质量的表达式 ；
③下列情况将使测定结果偏大的是 。(以下选择填空不限1个正确答案,均用字母编号填写)
(a)CuO未全部还原为Cu (b)CuO受潮 (c)CuO中混有Cu
(2)如果仍采用上述仪器装置,其他方案可选用测定的物理量有 。
(a)、mCu、mCuO (b) mN2、 mH2O (c)、mCu、mH2O (d)、mNH3、 mH2O
例题2：实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色、易潮解，100℃左右时升华。下图是两个学生设计的实验装置、左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如（I）和（II）所示。试回答：
（1）B中反应的化学方程式为：__________________________________________；
（2）D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是：
___________________________________________________________________________。
（3）D中反应化学方程式为：_____________________________________________。
（4）装置（Ⅰ）的主要缺点是：__________________________________________ 。
（5）装置（Ⅱ）的主要缺点是：_________________________________________。
如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：
____________________________________________________________________________。
课堂练习
1．为证明盐的水解是吸热的，四位同学分别设计了如下方案，其中正确的是
A、甲同学：在醋酸钠溶液中滴加2滴酚酞试剂，加热后红色加深，说明盐类水解是吸热的。
B、乙同学：在盐酸中加入氨水，混合液温度上升，说明盐类水解是吸热的。
C、丙同学：将硝酸铵晶体溶于水，水温降低，说明盐类水解是吸热的。
D、丁同学:在氨水中加入氯化铵固体，溶液的pH变小，说明盐类水解是吸热的。
2．提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液，可以使用的方法为 （ ）
A．加入过量碳酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
B．加入过量硫酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
C．加入过量硫酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
D．加入过量碳酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
3．某溶液含有较多的 Na2SO4 和少量的 Fe2(SO4)3 ，若用该溶液制取芒硝,可供选择的操作有:①加适量 H2SO4 溶液②加金属 Na ③结晶④加过量 NaOH ⑤加强热脱结晶水⑥过滤。正确的操作步聚是 （ ）
A．②⑥③ B．④⑥①③ C．④⑥③② D．②⑥①③⑤
4．某溶液中含有OH—、CO32—、SO42—三种阴离子，要求只取一次待测液就能将阴离子都检验出来，试设计一种简便的检验方法。
5．某研究性学习小组在做Na2O2与水反应实验时，发现Na2O2与水反应后的溶液中滴加酚酞试液溶液呈现红色，但红色很快褪色，甲、乙、丙三同学对此现象分别做了如下推测：
甲：因为反应后试管很热，所以可能是溶液温度较高使红色褪去。
乙：因为所加水的量较少，红色褪去可能是生成的NaOH溶液浓度较大的影响。
丙：Na2O2具有强氧化性，生成物中O2、H2O2（可能产物）等也具有强氧化性，可能是氧化漂白了红色物质。
⑴验证甲同学的推测是否正确的方法是_____________________________，验证乙同学的推测是否正确的方法是_____________________________________；当出现_________________________________________现象时，即可说明丙同学的推测正确。
⑵有同学提出用定量的方法探究丙同学方案中是否含有H2O2，其实验方法为：称取2.6g Na2O2固体，使之与足量的水反应，测量产生O2的体积，与理论值比较，即可得出结论。
①测量气体体积时，必须待试管和量筒内的气体都冷却至室温时进行，应选用右图装置中的______，理由是__________________________。
②若在标准状况下测量气体的体积，应选用的量筒的大小规格为________（选填“100mL”、“200mL”、“500mL”或“1000mL”）。
6．某学生利用氯酸钾分解制氧气的反应,测定氧气的摩尔质量.实验步骤如下:①把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量,质量为 ag.②装好实验装置。③检查装置气密性。④加热，开始反应，直到产生一定量的气体。⑤停止加热（如图，导管出口高于液面）。⑥测量收集到气体的体积。⑦
准确称量试管和残留物的质量为bg.⑧测量实验室的温度。⑨把残留物倒入指定的容器中，洗净仪器，放回原处，把实验桌面收拾干净。⑩处理实验数据，求出氧气的摩尔质量。回答下列问题：
⑴如何检查装置的气密性？ 。
⑵以下是测量收集到气体体积必须包括的几个步骤：①调整量筒内外液面高度使之相同;②使试管和量筒内的气体都冷却至室温;③读取量筒内气体的体积。这三步操作的正确顺序是：
（请填写步骤代号）。
⑶测量收集到气体体积时，如何使量筒内外液面的高度相同？
。
7．用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案是：
甲：①称取一定质量的HA配制0.lmol/L的溶液100mL；
②用pH试纸测出该溶液的pH值，即可证明HA是弱电解质。
乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH＝l的两种酸溶液各100mL；
②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；
③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。
（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是
（2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH 1（选填＞、＜、＝）
乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是 （多选扣分）
（a）装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；
（b）装HA溶液的试管中放出H2的速率快；
（c）两个试管中产生气体速率一样快。
（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处 、 。
（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。
8．CO2气体是大气产生温室效应、使地球变暖的气体之一。某学生参加课外环保小组，测定校办工厂排出废气中CO2（含杂质SO2）的含量，他准备将CO2变成沉淀，然后测沉淀质量，通过计算求出CO2的含量。图中表示主要装置，其他胶管、导管略去。
（1）下列设计主要仪器装置使用的顺序有两种，其中 方案较为合理。
甲方案；A→D→E→F→C 乙方案：A→D→F→E→C
（2）为什么要使气体两次通过酸性KMnO4溶液
（3）为什么没有选B装置
（4）CO2是被转化成 沉淀而计算出质量来的。
（5）要测得沉淀物质量需进行 、 、干燥、 操作。
课后练习
1．在没有现成的 CO2气体发生器的情况下，请你选用右图中的部分仪器，装配成一个简易的，能随开随用,随关随停的 CO2气体发生装置。应选用的仪器是（填入仪器的编号）（
）
A．abcd B.degh C.bcd D.acde
2．以下气体：①H2 ②Cl2 ③CH4 ④NO ⑤SO2 ，（烧瓶的位置不能移动）
(1). 若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体是 ，由B口进气，可收集的气体是 。
(2). 若烧瓶内充满水，可收集到的气体是 ，气体应由 口进入（填A或B） (3). 若在烧瓶内装有一定量的溶液，用以洗气，则气体应从 口进入 （填A或B）
3．测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝和锌的质量分数。现有下列实验用品：中学化学实验常用仪器、800毫升烧杯、100毫升量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合金样品、浓盐酸（密度1.19克/毫升）、水。按图示装置进行实验，回答下列问题。（设合金样品完全反应，产生的气体体积不超过100毫升）
（1）补充下列实验步骤，直到反应开始进行（铁架台和铁夹的安装可省略）：
①将称量后的合金样品用铜网小心包裹好，放在800毫升烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面。
② ，
③ ，
④ 。
（2）合金样品用铜网包裹的目的是： 。
4．实验室有CuO和Cu粉的混合物。请你利用给出的实验仪器及试剂，设计两种测定该样品（已称得其质量为m克）中氧化铜质量分数的方法，并填写表格中的有关内容。
| 实验 方法 | 实验过程中所发生反应的 化学方程式 | 实验所用仪器 （用编号表示） | 实验需直接测定的有关物理量 （用文字说明） |
| 1 | |||
| 2 |
实验可能用到的主要仪器：
①托盘天平 ②启普发生器 ⑧硬质玻璃管 ④泥三角 ⑤烧杯
⑥坩埚 ⑦酒精灯 ⑧玻棒 ⑨漏斗 ⑩干燥管
实验可能用到的试剂：
a．锌粒 b．稀硫酸 c．氯化钠溶液 d，浓硫酸
5．某工厂废液经测定得知含有乙醇、甲醇、乙酸和乙酸乙酯。现欲从废液中回收甲醇、乙醇和乙酸，根据各物质的性质 (见下表) ，补充下列实验步骤，并回答有关问题：
| 物质 | 甲醇 | 乙酸乙酯 | 乙醇 | 乙酸 |
| 沸点/℃ | 65 | 77 | 78 | 118 |
可供选择的实验用品：250 mL 蒸馏烧瓶，400 mL 烧杯，250 mL 烧杯，温度计，冷凝器接受器,玻璃棒以及中学化学实验的常用仪器。1摩尔/LNaOH 溶液， 18.4 mol/LH2SO4 溶液，蒸馏水和冰
（1）补充下列实验步骤，直至达到实验目的。
第一步：组装蒸馏装置，检查其气密性；
第二步：取100 mL 废液注入250 mL 蒸馏烧瓶中，滴入1 mol/LNaOH溶液，调整废液的pH=10 ；
第三步：___________________________ 。
第四步：_______________________ 得甲醇。
第五步：_________________________ _得乙醇。
第六步：_____________________ 得乙酸。
（2）滴入 1 mol/LNaOH 溶液，使溶液的 pH=10 的目的是______________
。
（3）使用 18.4 mol/LH2SO4 目的是（用化学方程式表示）_____________________。
专题（十七）参考答案：例题例1 答案：(1)①b c a c d，吸收未反应的氨，防止空气中水分进入，固体由黑色转变为红色②（18 mCuO ）/ mH2O –16 ③a、c (2)a、c
例2答案：
（1）4HCl+MnO2 MnCl2+2H2O+Cl2↑或16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2
（2）B中的反应进行一段时间后，看到共绿色气体充满装置，再开始加热D
（3）2Fe+3Cl2 2FeCl3
（4）导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染
（5）产品易受潮解 在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置（其他既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案均给分）
课堂练习
| 1A | 2D | 3B |
4．首先加入NH4NO3溶液，检验OH—；其次加入HNO3溶液（或盐酸），检验CO32—；最后加入Ba(NO3)2溶液，检验SO42—。
5．⑴冷却后加酚酞试液或冷却后看溶液是否变红 加水稀释后看溶液是否变红(或加较多的水反应后滴加酚酞试液看是否变红) 冷却后及加水稀释后均不变红
（2）①Ⅱ 防止气体冷却时发生倒现象，减小实验误差。 ②500mL
6．（1）将导管的出口浸入水槽的水中，手握住试管，有气泡从导管口逸出，放开手后，有少量水进入导①管，表明装置不漏气。
（2）②①③ （3）慢慢将量筒下移
（4）22.4L/mol×298K×(ag-bg)÷(273K×cL)
7．（1）100mL容量瓶(注：未标明规格的扣1分)
（2）＞b（多选扣分）
（3）配制pH＝l的HA溶液难以实现 不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同
（4）配制NaA溶液，测其pH值＞7即证明HA是弱电解质
8．（1）甲（2）使SO2尽可能被除去， E中溶液不褪色，确定SO2除尽
（3）NaHCO3与SO2反应会生成CO2，使原有CO2气体的质量增大
（4）BaCO3（5）过滤、洗涤、干燥、称量
课后练习
1．D
2．（1）H2 CH4 Cl2 SO2 （2）H2 CH4 NO A（3）B
3．（1）②往烧杯中注入水，直至水面没过漏斗颈。（没答水面没过漏斗颈不给分）
③在100毫升量筒中装满水，倒置在盛水的烧杯中（量筒中不应留有气泡），使漏斗颈插入量筒中。烧杯中水面到杯口至少保留约100毫升空间。（只要黑斜体中的要点全部答对给分，装满水的量筒怎样倒置在杯中可不作要求，答或不答不加分也不扣分）
④将长颈漏斗（或答玻璃棒）插入烧杯并接近烧杯底部，通过它慢慢加入浓盐酸，至有气体产生
注：实验步骤顺序写错，或者步骤②中加入盐酸，则不论其它步骤回答是否正确，小题（1）均不给分。
（2）使样品在反应时能保持在烧杯底适当的位置（或答避免反应时样品漂浮）
4．
| 实验方法 | 实验过程中所发生 | 实验所用仪器 （用编号表示） | 实验需直接测定的有关物理量 （用文字说明） |
| 1 | H2SO4＋Zn→ZnSO4＋H2↑ H2＋CuO | ①②③⑦ | 实验前样品和硬质玻璃管的总质量（或硬质玻璃管的质量） 实验后Cu及硬质玻璃管的总质量 |
| 2 | H2SO4＋CuO→CuSO4＋H2O | ①⑤⑧⑨ | 过滤后剩余固体的质量 |
| 3 | 2Cu＋O2 | ①④⑥⑦⑧ | 实验前坩埚与样品总质量 （或坩埚质量） 实验后坩埚与CuO总质量 |
Cu＋H2O（以上三种方法任选两种，其它合理的方法也给分）
5．（1）第三步：向蒸馏烧瓶中放入几片碎瓷片缓慢加热
第四步：加热至65℃，收集馏出物
第五步：加热至78℃，收集馏出物
第六步：停止加热，待蒸馏烧瓶中的残液冷却后，向其中缓缓加入 18.4 mol/LH2SO4至过量，再加热至 118 ℃，收集馏出物。
（2）将乙酸中和生成乙酸钠，使乙酸乙酯在蒸