化学自习室移动版

从实验内容和目的来看，化学实验通常分为测量数据类实验、探究性实验、验证性实验。

测量数据类实验是指实验者为了测量某个或某组数据而有目的地进行的实验探究活动，如拉瓦锡测定空气的组成实验、酸碱度测量(即pH 测定)实验均属于数据测量类实验。

探究性实验指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动，即结论在后，体现的是发现和探索过程。

验证性实验指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验，即已经有结论，再通过实验来证实。

对于同一个实验来说，是探究性实验还是验证性实验需要依据学生情况和学校实验条件以及教师教学的目的要求所确定，也就是说具体的化学实验可以根据需要来确定是探究性实验还是验证性实验。如水的净化，可以将验证性实验改进为探究性实验。

高考中，出于考查学生能力，往往以探究物质组成、性质等实验方案的设计与评价来命题，具有较大的难度。

热点一、探究性实验方案

1.实验方案的设计

探究性实验方案的设计，可以按照以下步骤进行：

明确探究问题→作出合理假设→设计实验步骤→预测实验结果→得出实验结论

2.实验方案的评价

(1)对实验用品选择的评价

包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等的选择；药品的选择包括种类、浓度、物质状态等的选择；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接方式等的选择。

(2)对不同实验方案的评价

对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否划算和对环境有无污染等。

(3)最佳方案的选用

几个实验方案都能达到目的，应分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、原料利用率高、现象明显、无干扰物质以及无污染等。

热点二、验证性实验方案

物质→性质推测→实验验证→结论。图示如下：

定量测定的常用方法

(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)测气法

对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积或者质量的方法测定样品纯度。

①量气装置：A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。

②测气体质量

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。

(3)滴定法

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滴定等获得相应数据后再进行相关计算。

(4)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。

(5)计算方法——关系式法

关系式法是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“物质的量”的关系表示出来，把多步计算简化成一步完成。正确提取关系式的关键：

根据化学方程式，找出作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间物质的量的关系。如用Na₂S₂O₃滴定法测水中溶氧量，经过如下三步反应：

①O₂＋2Mn(OH)₂===2MnO(OH)₂

②MnO(OH)₂＋2I^－＋4H^＋===Mn^2＋＋I₂＋3H₂O

③2Na₂S₂O₃＋I₂===Na₂S₄O₆＋2NaI

故水中溶氧量与Na₂S₂O₃之间的关系为：

O₂～2MnO(OH)₂　～　2I₂　～　4Na₂S₂O₃

　 　(中介物质)　　(中介物质)

典例剖析

典例1.　猜想型

漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl₂，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。

(1)提出合理假设。

假设1：该漂白粉未变质，只含有___________________；

假设2：该漂白粉全部变质，只含有___________________；

假设3：该漂白粉部分变质，既含有___________________，又含___________________　。

(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。

限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L^－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca^2＋和Cl^－)

解析：　第一步，　明确目的原理

设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：

①2Ca(OH)₂＋2Cl₂===CaCl₂＋Ca(ClO)₂＋2H₂O。

②Ca(ClO)₂＋H₂O＋CO₂===CaCO₃↓＋2HClO。

第二步，提出合理假设

根据假设和提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)₂或CaCO₃或二者的混合物。　

第三步，寻找验证方法

用CaCO₃与盐酸反应产生使澄清石灰水变浑浊的CO₂来验证CaCO₃的存在。

用Ca(ClO)₂与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的HClO来验证Ca(ClO)₂的存在。

第四步，设计操作步骤

①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO₂)。

②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。

第五步，分析得出结论

若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO₃，即假设1成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不褪色，说明CaCO₃存在，不存在Ca(ClO)₂，即假设2成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液褪色，说明有CaCO₃和Ca(ClO)₂存在，即假设3成立。

答案：　(1)假设1：Ca(ClO)₂　假设2：CaCO₃　假设3：Ca(ClO)₂　CaCO₃

(2)

【名师点拨】

典例2.　递进型

化学小组探究FeCl₃溶液与Na₂S溶液的反应产物，利用如图装置进行如下实验：

Ⅰ.向盛有0.1 mol·L^－1FeCl₃溶液的三颈瓶中，滴加一定量0.1 mol·L^－1Na₂S溶液，搅拌，能闻到臭鸡蛋气味，产生沉淀A。

Ⅱ.向盛有0.1 mol·L^－1Na₂S溶液的三颈瓶中，滴加少量0.1 mol·L^－1FeCl₃溶液，搅拌，产生沉淀B。

已知：①FeS₂为黑色固体，且不溶于水和盐酸。

②K_sp(Fe₂S₃)＝1×10^－88，K_sp(FeS₂)＝6.3×10^－31，K_sp［Fe(OH)₃］＝1×10^－38，K_sp(FeS)＝4×10^－19。

回答下列问题：

(1)NaOH溶液的作用是___________________________。

小组同学猜测，沉淀A、B可能为S、硫化物或它们的混合物。他们设计如下实验进行探究：

实验一、探究A的成分

取沉淀A于小烧杯中，进行如下实验：

(2)试剂X是________。由此推断A的成分是_______　(填化学式)。

实验二、探究B的成分

取沉淀B于小烧杯中，进行如下实验：

(3)向试管A中加入试剂Y，观察到明显现象，证明溶液中存在Fe^2＋。试剂Y是_______，明显现象是__________________。由此推断B的成分是_______　(填化学式)。

(4)请分析Ⅱ中实验未得到Fe(OH)₃的原因是___________________________。

解析：

(1)臭鸡蛋气味的气体是H₂S，具有毒性会污染空气，所以使用NaOH溶液进行尾气处理。

(2)S可溶于CS₂，加热烘干后可得到淡黄色的固体硫。固体加入稀HCl产生臭鸡蛋气味气体说明含有FeS，则a是S和FeS的混合物。

(3)Fe^2＋可用K₃［Fe(CN)₆］溶液检验，若含有Fe^2＋则会生成蓝色沉淀，也可用NaOH溶液检验，若含有Fe^2＋则会先生成白色沉淀，然后迅速转化为灰绿色，最后变成红褐色。由溶液甲加热无淡黄色固体说明不存在硫单质，加入足量HCl产生淡黄色物质说明有硫生成，臭鸡蛋气味气体说明有H₂S生成，所以硫是由Fe^3＋氧化得到，则b是Fe₂S₃。

(4)不产生Fe(OH)₃沉淀，则离子积小于溶度积常数，即c(Fe^3＋)·c³(OH^－)＜K_sp［Fe(OH)₃］。

答案：(1)吸收H₂S气体

(2)CS₂或二硫化碳　S、FeS

(3)铁氰化钾溶液(或NaOH溶液)　产生蓝色沉淀(或产生白色沉淀迅速转化为灰绿色，最后红褐色)　Fe₂S₃

(4)c(OH^－)很小，c(Fe^3＋)·c³(OH^－)＜1×10^－38

典例3.验证型

草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K₁＝5.4×10^－2，K₂＝5.4×10^－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H₂C₂O₄·2H₂O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是________________________，

由此可知草酸晶体分解的产物中有_______。装置B的主要作用是__________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_______　。装置H反应管中盛有的物质是____________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是__________________________。

解析：第(1)问考查CO₂的检验方法，CO₂能使澄清石灰水变浑浊，还应注意题干中草酸的性质，草酸蒸气对CO₂的检验有干扰作用。第(2)①问考查该实验中检验CO时干扰因素CO₂的排除，检验CO气体，应先在H装置中进行CO还原CuO的反应，气体进入H装置前需除去CO中的CO₂气体并且检验CO₂是否除尽，从H装置中导出的气体需用澄清石灰水检验CO₂气体的存在，说明是CO还原CuO。第(2)②考查CO检验时现象描述的全面性，CO还原CuO时，黑色的CuO变成红色的单质Cu，且CO的氧化产物是CO₂。

答案：

(1)有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊　CO₂　冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO₂的检验

(2)①F、D、G、H、D、I　CuO(氧化铜)

②前面澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊

【名师点拨】

典例4.定量型

凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH₃＋H₃BO₃===NH₃·H₃BO₃；NH₃·H₃BO₃＋HCl===NH₄Cl＋H₃BO₃。

回答下列问题：

(1)a的作用是_____________。

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是___________。f的名称是________________。

(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开K₁，关闭K₂、K₃，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭K₁，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________；打开K₂放掉水。重复操作2～3次。

(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H₃BO₃)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭K₃，d中保留少量水。打开K₁，加热b，使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是________________________。

②e中主要反应的离子方程式为______________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是______________。

(5)取某甘氨酸(C₂H₅NO₂)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L^－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为______%，样品的纯度≤_______%。

答案：　

(1)避免b中压强过大

(2)防止暴沸　直形冷凝管

(3)C中温度下降，管路中形成负压

(4)①液封，防止氨气逸出　②NH₄^＋＋OH^－NH₃↑＋H₂O　保温使氨完全蒸出

(5)　

【名师点拨】(1)水蒸气发生装置需要加热，暗示：烧瓶内可能产生大量水蒸气，气压增大。(2)实验装置中液体倒吸，要利用气压差原理解释。

(3)对于定量实验，要防止氨气逸出，采用办法之一是液封。铵盐与碱反应生成的氨气极易溶于水，为了使氨气完全逸出，需要加热；中空双层玻璃瓶传热较慢。

(4)计算时抓住氮元素守恒。

实战演练

1.工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO₄)发生反应：PbSO₄(s)＋CO₃^2－(aq)⇌PbCO₃(s)＋SO₄^2－(aq)。某课题组以PbSO₄为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。

(1)室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO₄转化率较大，理由是_______。

(2)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅［2PbCO₃·Pb(OH)₂］，它和PbCO₃受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO₄)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：全部为PbCO₃；

假设二：________________；

假设三：______________。

(3)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。请完成下列表格：

答案：　

(1)Na₂CO₃　Na₂CO₃溶液中的C(CO₃^2－)大

(2)全部为2PbCO₃·Pb(OH)₂　为PbCO₃和2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物

(3)

解析：　

(1)Na₂CO₃溶液中c(CO₃^2－)较大，根据平衡移动原理，可知Na₂CO₃溶液中PbSO₄转化率较大。

(2)根据题中信息，提出另外两种假设。假设二：全部为碱式碳酸铅［2PbCO₃·Pb(OH)₂］；假设三：为PbCO₃和2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物。

(3)因为PbCO₃受热分解不产生水，而2PbCO₃·Pb(OH)₂受热分解产生水，所以可利用此不同设计实验方案。

2.某兴趣小组将饱和FeCl₃溶液进行加热蒸发、蒸干灼烧，在试管底部得到固体。为进一步探究该固体的成分设计了如下实验。

查阅文献：

FeCl₃溶液浓度越大，水解程度越小；氯化铁的熔点为306℃、沸点为315℃，易升华，气态FeCl₃会分解成FeCl₂和Cl₂；FeCl₂熔点为670℃。

请填写下列表格：

⑤结合以上实验和文献资料，该固体可以确定的成分有___________________。

答案：　

①排出装置内的空气　②FeCl₃易升华　

③溶液分层，上层接近无色，下层橙红色(或橙色、黄色)

④2FeCl₃2FeCl₂＋Cl₂↑、2Br^－＋Cl₂===Br₂＋2Cl^－　

⑤FeCl₃、FeCl₂、Fe₂O₃

解析：　①充入N₂排出装置内的空气，防止产生干扰。②加热到600℃时FeCl₃将会升华，变为气态，进入b中遇冷结晶。③由于气态FeCl₃会分解成FeCl₂和Cl₂，Cl₂会和NaBr反应置换出Br₂，振荡试管，发生萃取，Br₂进入CCl₄层，溶液上层接近无色，下层呈橙红色。⑤结合实验和文献可知该固体可以确定成分有FeCl₃、FeCl₂，由于FeCl₃水解生成Fe(OH)₃，蒸干灼烧后生成Fe₂O₃。

3.硫酸亚铁在印染、医药、化肥等多个行业有广泛应用。某学习小组对硫酸亚铁晶体(FeSO₄·7H₂O)的热分解产物进行探究。回答下列问题：

(1)装置A中石棉绒的作用为__________；装置D中的仪器名称为　_________　。

(2)按气流方向，上述装置合理的连接顺序为A→G、F→____、___→　____、____→H(填装置口小写字母)。

(3)该小组同学按上述顺序连接各装置并进行实验，请为他们补全表格：

(4)硫酸亚铁晶体分解的化学方程式为____________________。

(5)设计实验证明a中得到的红色粉末不含＋2价铁元素：____________________(简述实验操作及现象)。

答案：　(1)防止固体粉末堵塞导管　(球形)干燥管　(2)ECB　(3)①品红溶液　②溶液由红色褪为无色　③分解产物中含有SO₃　④NaOH溶液　

(4)2FeSO₄·7H₂OFe₂O₃＋SO₂↑＋SO₃↑＋14H₂O↑　(5)取实验后反应管中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K₃[Fe(CN)₆]溶液，不产生蓝色沉淀(用硫酸溶解，酸性高锰酸钾检验Fe^2＋也可以)

解析：　装置A为绿矾煅烧分解的装置，分解生成Fe₂O₃、SO₂、SO₃和水，装置b盛放品红溶液，可以检验SO₂，装置C盛放BaCl₂溶液，可以检验SO₃，装置D中无水CuSO₄粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。

(1)装置A中石棉绒可以防止固体粉末堵塞导管，装置D中的仪器为球形干燥管；

(2)装置A为绿矾煅烧分解的装置，装置B盛放品红溶液，检验SO₂，装置C盛放BaCl₂溶液，检验SO₃，装置D无水CuSO₄粉末，检验分解产物中的水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，吸收尾气。这三种生成物应该先检验水蒸气，再检验SO₃，最后检验SO₂，因为检验SO₂和SO₃时都有水溶液，会带出水蒸气，SO₃极易溶于水且和水反应，所以连接顺序为A→G→F→E→D→C→B→H；

(3)装置A为绿矾煅烧分解装置，煅烧后绿色固体逐渐变为红色粉末，说明生成了Fe₂O₃；装置B盛放品红溶液，用于检验SO₂，品红溶液褪色，说明分解产物中含有SO₂；装置C盛放BaCl₂溶液，用于检验SO₃，产生白色沉淀，说明分解产物中含有SO₃；装置D无水CuSO₄粉末，检验分解产物中水蒸气，白色固体逐渐变为蓝色，说明分解产物中含有水蒸气；装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理；

(4)绿矾煅烧得到红色固体为氧化铁，同时生成二氧化硫、三氧化硫和水，分解的化学方程式为2FeSO₄·7H₂OFe₂O₃＋SO₃↑＋SO₂↑＋14H₂O↑；

(5) 证明A中得到的红色粉末不含＋2价铁元素，需要取实验后反应管中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K₃[Fe(CN)₆]溶液，无蓝色沉淀生成，证明A中得到的红色粉末不含＋2价的铁元素。

4.钛酸锶可以用作电子陶瓷材料和人造宝石。某化学小组在实验室中制备钛酸锶的步骤如下：

步骤一：取一定量的TiCl₄和SrCl₂溶液混合于仪器x中，再取一定量的(NH₄)₂CO₃溶液和氨水混合于三颈烧瓶中，开启搅拌器搅拌，将仪器x中的TiCl₄和SrCl₂的混合溶液逐滴滴入三颈烧瓶中，并不断用氨水调节溶液的pH为10。

步骤二：反应一定时间后，抽滤、洗涤，将沉淀［SrCO₃、Ti(OH)₄］放入坩埚中，干燥、研细后，置于马弗炉内煅烧，得SrTiO₃。

已知：①Ti^4＋＋Fe^2＋===Ti^3＋＋Fe^3＋；②常温下，酸性KMnO₄溶液不能氧化Ti^3＋。

(1)仪器X的名称为_________。

(2)如图乙所示，抽滤完毕时，应先_________　(选填“断开橡皮管”或“关闭抽气泵”)。

(3)三颈烧瓶中发生的反应的化学方程式为______________________________。

煅烧过程中发生的反应的化学方程式为_____________________________。

步骤三：产品纯度的测定。

(4)取2.5 g 产品溶于稍过量的硫酸中配成100 mL 溶液，取25.00 mL 溶液，加入90.00 mL0·1 mol·L^－1FeSO₄溶液，充分反应后，用0.1 mol·L^－1酸性KMnO₄标准溶液滴定剩余的Fe^2＋，终点时消耗酸性KMnO₄溶液12.80 mL。

①下列操作中，会导致纯度测定结果偏高的是_________(填序号)。

A．用滴定管取25.00 mL 待测液时，结束时俯视读数

B．未用标准溶液润洗盛标准液的滴定管

C．滴定结束后盛标准液的滴定管尖嘴外有液滴

D．滴定振荡时锥形瓶中液滴飞溅出来

②本实验中产品的纯度为_________(保留三位有效数字)。

答案：　

(1)分液漏斗　

(2)断开橡皮管

(3)TiCl₄＋SrCl₂＋(NH₄)₂CO₃＋4NH₃·H₂O===SrCO₃↓＋Ti(OH)₄↓＋6NH₄Cl

SrCO₃＋Ti(OH)₄SrTiO₃＋CO₂↑＋2H₂O

(4)①AD　②76.5%

解析：

(1)由实验装置图可知，仪器X为分液漏斗；

(2)为了防止产生倒吸，抽滤完毕时，应先断开橡皮管再关闭抽气泵；

(3)由题意可知，三颈烧瓶中发生的反应为四氯化钛和氯化锶混合溶液与碳酸铵和氨水混合溶液反应生成碳酸锶沉淀、氢氧化钛沉淀和氯化铵，反应的化学方程式为TiCl₄＋SrCl₂＋(NH₄)₂CO₃＋4NH₃·H₂O===SrCO₃↓＋Ti(OH)₄↓＋6NH₄Cl；煅烧过程中发生的反应为碳酸锶和氢氧化钛在高温下反应生成钛酸锶、二氧化碳和水，反应的化学方程式为SrCO₃＋Ti(OH)₄SrTiO₃＋CO₂↑＋2H₂O；

(4)①A.移取25.00 mL 待测液时，结束时俯视读数会使移取液体体积偏大，溶质的物质的量偏大，导致测定的纯度偏高，故符合题意；B.盛装标准溶液的滴定管未润洗，会使标准溶液浓度偏小，滴定时需消耗的标准溶液体积偏大，导致与钛离子反应的亚铁离子的物质的量偏小，使测定的纯度偏低，故不符合题意；C.滴定结束后盛标准液的滴定管尖嘴外有液滴，读取的标准液体积偏大，导致与钛离子反应的亚铁离子的物质的量偏小，使测定的纯度偏低，故不符合题意；D.滴定振荡时液滴飞溅出来，溶质减少，导致消耗的标准溶液体积偏小，与钛离子反应的亚铁离子的物质的量偏大，使最终测定的纯度偏高，故符合题意；②由得失电子数目守恒可得：n(Fe^2＋)＝5n(KMnO₄)＋n(Ti^4＋)，由题给数据可知，25.00 mL 溶液中n(Ti^4＋)＝0.1 mol/L×0.090 00 L－0.1 mol/L×0.0128 L×5＝2.6×10^－3mol，