一道化学实验题的解题研究

化学实验综合题是高考理综化学部分的必考题。分值高,难度较大。要想快速而准确的解决实验综合题,获得理想的分数,不仅要掌握实验基本操作技能,更需要注意审题,理解实验原理。

通过分析2011-2017年全国I、II、III卷的理科综合能力测试,化学实验题的题型大致有以下9种:

(1)常见仪器名称、主要用途及使用方法;

(2)常见试剂的保存及取用;

(3)常见气体的制备,除杂和干燥,收集或反应,尾气处理;

(4)化学实验的基本操作(溶解,过滤,洗涤,蒸馏,萃取,加热);

(5)重要物质的性质实验;

(6)重要物质的制备实验;

(7)离子的鉴定与鉴别;

(8)物质的分离与提纯;

(9)实验的设计与评价。

在解实验题时,务必要做的几个环节:

1、审题。

阅读题干内容,确定实验目的,还要注意有几种目的。整个实验是围绕实验目的展开的。

了解实验试剂和实验所给装置,确定实验原理——化学方程式。

了解实验总体流程,确定达成目的的方法、手段。

注意一般实验需要注意的事项。比如检查装置气密性、四防(防倒吸、防水解、防氧化、防污染环境)等。

2、答题

通读各个小题内容,注意领会该题的设计意图。

是考查原理,还是考查目的;

是考查药品选择,还是考查药品用途;

是考查仪器选择,还是考查实验操作;

是考查注意事项,还是考查实验方案评价。

要有针对性地进行作答,避免答非所问。问什么,答什么。

要按要求作答,不要自作主张。比如要求写离子方程式,你写化学方程式。要求写化学式,你写电子式。

应按题目的要求,结合具体实验内容,迁移已有知识,揣摩出题意图,针对性地回答问题。

【例1】某化学兴趣小组拟用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。提供化学药品:铁屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液。

图1

【阅读题干】拟用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。

                      提供化学药品:铁屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液。

【实验目的】1、制备氢氧化亚铁;2、观察其颜色。

【实验药品】铁屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液。

【实验装置、仪器】1为分液漏斗,2、3均为三颈烧瓶,并以导管相连。

【问题】(1)稀硫酸应放在________中(填写仪器名称)。 

答案:  分液漏斗

【实验原理】实验室一般用使用硫酸亚铁溶液与氢氧化钠反应制备氢氧化亚铁,该沉淀是白色。

根据所给药品和装置,在仪器1分液漏斗中装稀硫酸,并控制稀硫酸的流速,与三颈烧瓶2中装的铁粉反应。

Fe+H2SO4==FeSO4 + H2。

三颈烧瓶3中放氢氧化钠溶液。利用压强差,使三颈烧瓶2内的反应生成的FeSO4溶液进入三颈烧瓶3中,FeSO4与NaOH反应生成Fe(OH)2沉淀。

FeSO4+2NaOH==Fe(OH)2 + H2O。

【注意事项】由于氢氧化亚铁极易被氧化,所以需要防止空气进入,否则制备的产物容易被氧化成红褐色的沉淀氢氧化铁。

为达到防止Fe(OH)2被氧化,必须排尽装置中的空气。

实验开始,先关闭开关A,再分别打开开关B、C和分液漏斗开关,利用三颈烧瓶2中Fe与稀硫酸反应生成的H2排出装置内的空气后。

【问题】(2)本实验通过控制A、B、C三个开关,将仪器中的空气排尽后,再关闭开关________、打开开关________就可观察到氢氧化亚铁的颜色。试分析实验开始时排尽装置中空气的理由_____________。

答案: B              A(或“A、C”)          防止生成的氢氧化亚铁被氧化

【问题】(3)实验时为防止仪器2中铁粉通过导管进入仪器3中,可采取的措施是___________。

答案:将铁粉换成铁钉或铁块;或者在三颈烧瓶2中的导管末端塞一团棉花;在仪器2底部放上一块吸铁石(或其他合理答案)

(4)在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固体可制备摩尔盐晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O](相对分子质量392),该晶体比一般亚铁盐稳定,不易被氧化,易溶于水,不溶于乙醇。

【提取信息】易溶于水,不溶于乙醇。

有关实验操作——洗涤我们应该具备的知识储备如下:

(1)洗涤的原因:

①沉淀需要洗涤的原因是:洗去沉淀表面的可溶性物质(阳离子、阴离子)。

②凡是涉及冰水(或冷水)洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,最终提高产品产率。

③若用特殊溶剂洗涤,例如乙醇洗涤的目的:

降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗;

除去固体表面吸附的杂质;

乙醇挥发带出水分,使固体易干燥。

【问题】①为洗涤(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O粗产品,下列方法中最合适的是____。

A.用冷水洗

B.先用冷水洗,后用无水乙醇洗

C.用30%的乙醇溶液洗

D.用90%的乙醇溶液洗

答案:D

本题所给信息显示摩尔盐晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]易溶于水,不溶于乙醇。因此用90%的乙醇溶液洗,可以除去杂质、降低摩尔盐的溶解消耗,同时固体易干燥。


②为了测定产品的纯度,称取ag产品溶于水,配制成500 mL溶液,用浓度为cmol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定。每次所取待测液体积均为25.00 mL,实验结果记录如下:

表格1

【阅读题干】为了测定产品的纯度,称取a g产品溶于水,配制成500 mL溶液,用浓度为c mol/L的酸性KMnO4溶液滴定。每次所取待测液体积均为25.00 mL,实验结果记录如下:

分析发现,这道小题与主干题具有不同的实验目的、原理都不同。因此,要更加留意。

【实验目的】测定产品的纯度

【实验原理】根据氧化还原反应原理,利用浓度为c mol/L的酸性KMnO4标准液与Fe2+反应,

Mn + 5Fe2+ + 8H+ == Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O

根据c(待测)V(待测)=c(标准)V(标准),从而测定该摩尔盐纯度。

【指示剂】一般滴定实验都需要指示剂来判断滴定终点的到达。

常见的酸碱指示剂有甲基橙(pH为3.1~4.4)、酚酞(pH为3.1~4.4)。

氧化还原反应滴定指示剂有

1、自身指示剂:如高锰酸钾法作氧化剂的方法,过量半滴的高锰酸钾是溶液变红,高锰酸钾指示终点。重铬酸钾滴定铁中,过量半滴滴定剂,溶液变成紫红色

2、特殊指示剂:碘量法中的淀粉指示剂,碘滴定法中过量半滴碘溶液是溶液变蓝,淀粉为指示剂,淀粉吸附碘而长生蓝色。

3、特殊指示剂:淀粉指示剂和单质碘呈现深蓝色物质;KSCN指示剂遇见Fe3+离子呈现红色

本题中,由于标准液酸性KMnO4溶液本身具有特殊颜色(紫色),反应后紫色退去,现象明显。因此不需要额外的指示剂。

【滴定终点】当滴加最后一滴(半滴)标准液时,锥形瓶中溶液颜色发生突变,振荡后30s内不复原。

【问题】滴定过程中发生反应的离子方程式为_____________________。

滴定终点的现象是___________________________。

答案:Mn + 5Fe2+ + 8H+ == Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O

滴入最后一滴高锰酸钾溶液,锥形瓶中溶液由无色变为浅紫色,摇匀后30 s不变色

【数据分析处理】提取表格中的数据,注意数据代表的意义、单位,还要注意数据的可信度。对于有明显区别于其他组数据的数据,要分析其原因,如果是由于实验操作错误造成的,要舍弃。

表格1
【问题】通过实验数据计算的该产品纯度为________(用字母a、c表示),上表中第一次实验中记录数据明显大于后两次,其原因可能是________________。

A.实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积

B.滴定前滴定管尖嘴有气泡,滴定结束无气泡

C.第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗过,后两次未润洗

D.该酸性高锰酸钾标准液保存时间过长,有部分变质,浓度降低

答案:980c/a            B、C


1、实验题的解题程序:

①了解实验目的、实验原理、试剂、仪器

②组装实验装置

③检查装置气密性

④加药品,通惰性气体(H2、N2)排尽装置中的空气

工具/原料

导气管的连接

仪器的连接

气密性的检查

防倒吸

实验方案的评价

实验结果的分析

导气管的连接

一般应遵循装置的排列顺序。对于吸收装置,若为洗气瓶则应“长”进(利于杂质的充分吸收)“短”出(利于气体导出);若为盛有碱石灰的干燥管吸收水分和,则应“粗”进(同样利用和水蒸气的充分吸收)“细”出(利于余气的导出);若为了排水量气时,应“短”进“长”出,被排出水的体积即为生成气体的体积。

仪器的连接

根据实验原理选择仪器和试剂,根据实验的目的决定仪器的排列组装顺序,一般遵循气体制取→除杂→干燥→主体实验→实验产品的保护与尾气处理。其中除杂与干燥的顺序,若采用溶液除杂则应先净化后干燥。尾气处理一般用溶液吸收或将气体点燃。

气密性的检查

制气装置一般都存在气密性检查问题。关键是何时进行气密性检查?如何进行气密性检查?显然应在仪器连接完之后,添加药品之前进行气密性检查。气密性检查的方法虽多种多样,但总的原则是堵死一头,另一头通过导管插入水中,再微热(用掌心或酒精灯)容积较大的玻璃容器,若水中有气泡逸出,停止加热后导管中有一段水柱上升,则表示气密性良好,否则须重新组装与调试。

防倒吸

用溶液吸收气体或排水集气的实验中都要防倒吸。防倒吸一般可分为两种方法:一是在装置中防倒吸(如在装置中加安全瓶或用倒扣的漏斗吸收气体等);二是在加热制气并用排水集气或用溶液洗气的实验中,实验结束时,应先取出插在溶液中的导管,后熄灭酒精灯以防倒吸。

实验方案的评价

对实验方案的评价应遵循以下原则:①能否达到目的;②所用原料是否常见易得、廉价;③原料的利用率高低;④过程是否简捷优化;⑤有无对环境污染;⑥实验的误差大小等等。能达到上述六点要求的实验方案应该说不失为最优实验方案。最优方案的设计应遵循上述实验方案评价的六原则。方案确定后,为确保实验目的实现,必须选择简捷而正确的操作程序。

实验结果的分析

实验是手段,要达到目的的还需对实验现象、实验数据进行科学的分析、处理,去伪存真,由表及里,剥去假像方能识得庐山真面目。实验是培养学生科学品质与各种能力的有效手段和途径。一般从以下四方面考虑:①方案是否合理,这是决定实验成败的关键;②操作不当引起的误差;③反应条件不足可导致反应不能发生或反应速率过慢引起实验误差;④所用试剂不纯,杂质甚至参与反应均可导致实验误差等等。


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