中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本要求(編輯修改稿)
2025-05-30 04:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 析：考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)的綜合能力。本題將人體作為一個(gè)特殊的“化學(xué)反應(yīng)裝置”或稱“氣體交換裝置”，集制氣、洗氣于一體，且呼氣和吸氣都需要經(jīng)過相應(yīng)的處理。從題給裝置分析可知，F(xiàn)是空氣的進(jìn)口，為排除空氣中原有CO2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響和干擾，應(yīng)先將其除去，即圖中瓶Ⅱ的作用是除去吸入空氣中的CO2；而呼出的CO2則由圖中瓶Ⅰ吸收，其溶液增加的質(zhì)量即為呼出CO2的質(zhì)量，故呼出氣體中CO2的體積分?jǐn)?shù)為： 由此可見，在整個(gè)測定實(shí)驗(yàn)中，沒有必要增加干燥管，因?yàn)槭聦?shí)上人體呼出的氣體中亦混有水蒸氣，在E處或F處安裝干燥管沒有明確的意義，不如忽略水蒸氣的體積，或?qū)⑵淇醋飨到y(tǒng)誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為有利；當(dāng)然，如果將插入溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（圖Ⅲ），則會(huì)因增大了氣體與溶液的接觸面，從而使氣體中的CO2吸收更充分，有利于提高實(shí)驗(yàn)的精確度；如果在實(shí)驗(yàn)中猛吸，則可能將瓶Ⅰ中的NaOH溶液吸入口中；如果在實(shí)驗(yàn)中猛呼，則可能將瓶Ⅱ中的NaOH溶液吹出瓶外，從而出現(xiàn)不必要的實(shí)驗(yàn)事故。因此在實(shí)驗(yàn)中不能猛呼猛吸，尤其不能猛吸。答案：（1）除去吸入空氣中的CO2 ?。?）D （3）增大了氣體與溶液的接觸面，從而使氣體中的CO2吸收的更充分（4）（5）可能將瓶Ⅰ中的NaOH溶液吸入口中，可能將瓶Ⅱ中的NaOH溶液吹出瓶外 [例6] 105Pa條件下測定鎂的原子量。請(qǐng)利用圖給定的儀器（盛放鎂條的隔板有小孔）組裝成一套實(shí)驗(yàn)裝置（每種儀器只允許用一次）。請(qǐng)回答下列問題：（1）假設(shè)氣流方向?yàn)樽蟆?，則各儀器的接口連接的先后順序?yàn)椋ㄓ眯懽帜柑顚懀_____?！ 。?）連接好儀器后，要進(jìn)行的操作有以下幾步：① 待儀器B中的物質(zhì)恢復(fù)至室溫時(shí)，測量量簡C中水的體積（若假定將測定的體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下為VmL）；② 擦掉鎂條表面的氧化膜，將其置于天平上稱量（假定其質(zhì)量為mg），并將其投入試管B中；③ 檢查各裝置的氣密性；④ 旋開儀器A上分液漏斗的活塞，當(dāng)鎂條完全溶解時(shí)再關(guān)閉活塞。上述幾步操作的先后順序是______?！ 。?）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可算出鎂的相對(duì)原子質(zhì)量，其數(shù)字表達(dá)式為________?！ 。?）若未將試管B冷卻至室溫就測量量筒C中水的體積，這將會(huì)使所測鎂的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)據(jù)（填偏高、偏低或無影響）________。（5）若未擦凈鎂條表面氧化膜就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這將會(huì)使所測鎂的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)據(jù)（填偏高、偏低或無影響）_________。解析：本題考查為實(shí)現(xiàn)某定量測定目標(biāo)設(shè)計(jì)、組裝儀器和操作程序的能力，以及依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理判斷實(shí)驗(yàn)誤差的能力。本題測定鎂的相對(duì)原子質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)原理是根據(jù)已稱量的mg鎂產(chǎn)生H2的體積，來計(jì)算鎂的相對(duì)原子質(zhì)量。根據(jù)題目給的裝置，完成此實(shí)驗(yàn)必須做到以下兩點(diǎn)：一是鎂跟鹽酸反應(yīng)要充分；二是用排水法準(zhǔn)確量得產(chǎn)生H2的體積。為此，儀器的連接順序應(yīng)為：a接h、g接b、c接f、e接d，最終使產(chǎn)生的H2將D中的水排入量筒中，可測得H2的體積。根據(jù)Mg與HCl反應(yīng)不難確定（設(shè)鎂的相對(duì)原子質(zhì)量為A）：Mg——H2A 22400m VA=實(shí)驗(yàn)誤差的討論應(yīng)依據(jù)上式：若B試管未冷卻至室溫，H2體積偏大，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果鎂原子量偏低；若鎂條表面氧化膜未擦凈，稱量時(shí)將MgO的質(zhì)量計(jì)在鎂的質(zhì)量上，實(shí)際收集到H2體積偏小，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)原子質(zhì)量偏高。答案：（1）a接h、g接b、c接f、e接d（2）②③④①或③②④①（3） ?。?）偏低 ?。?）偏高[例7] 含苯酚的工業(yè)廢水處理的流程圖如下：（1）上述流程里，設(shè)備1中進(jìn)行的是___操作（填寫操作名稱）。實(shí)驗(yàn)室里這一步操作可以用____進(jìn)行（填儀器名稱）。（2）由設(shè)備2進(jìn)入設(shè)備3的物質(zhì)A是______，由設(shè)備3進(jìn)入設(shè)備4的物質(zhì)B是______。 ?。?）在設(shè)備3中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。 ?。?）在設(shè)備4中，物質(zhì)B的水溶液和CaO反應(yīng)，產(chǎn)物是NaOH、H2O和________。通過____操作（填寫操作名稱），可以使產(chǎn)物相互分離。 ?。?）上圖中，能循環(huán)使用的物質(zhì)是C6HCaO、____、_____。解析：化學(xué)工業(yè)的三廢直接污染周圍環(huán)境，破壞生態(tài)環(huán)境，危及人類的生存。工業(yè)廢水中的苯酚，必須回收處理，達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)后，才能排放?！ ≡诔叵?，苯酚在水中的溶解度不大，在設(shè)備1中用苯萃取、分液，便于回收。向苯酚的苯溶液中，通入氫氧化鈉溶液，苯酚與氫氧化鈉反應(yīng)生成熔、沸點(diǎn)較高且易溶于水的苯酚鈉，將苯分離出去（蒸餾），苯酚鈉由設(shè)備2進(jìn)入設(shè)備3。在設(shè)備3中，二氧化碳與苯酚鈉反應(yīng)，生成苯酚從碳酸氫鈉的水溶液析出而分離。由設(shè)備3進(jìn)入設(shè)備4的物質(zhì)是碳酸氫鈉，加入生石灰后，發(fā)生如下反應(yīng)：NaHCO3+CaO=CaCO3↓+NaOH；碳酸鈣在設(shè)備5中煅燒又轉(zhuǎn)化為生石灰和二氧化碳。由此可知在苯酚回收的過程中，苯、氫氧化鈉、二氧化碳和生石灰皆可循環(huán)使用。 本題的難度并不大，但給人一定的啟示，即生產(chǎn)中采用最簡易的方法，便于操作進(jìn)行；選擇最佳流程，原料循環(huán)使用，成本最低。答案：（1）萃取、分液；分液漏斗 ?。?）苯酚鈉；碳酸氫鈉 （3）+CO2+H2O→+NaHCO3 ?。?）CaCO3；過濾 ?。?）CO2；NaOH[例8] 用下列儀器、藥品驗(yàn)證由銅和適量硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中含NO（儀器可選擇使用，N2和O2的用量可自由控制）。已知： ① ?、?氣體液化溫度：NO2 21℃， NO 152℃試回答：（1）儀器的連接順序（按左→右連接，填各接口的編號(hào)）為____?！ 。?）反應(yīng)前先通入N2，目的是______。 ?。?）確認(rèn)氣體中含NO的現(xiàn)象是________?！ 。?）裝置F的作用是________?！ 。?）如果O2過量，則裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____?！? 解析：本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證Cu和濃HNO3反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中的NO，即產(chǎn)物中一定有NO，而不是通過實(shí)驗(yàn)來確定是否有NO。而反應(yīng)產(chǎn)物中NO2是一定存在的，所以要將NO2和NO分離后進(jìn)行驗(yàn)證，如何分離？題目給出了兩種氣體相差甚遠(yuǎn)的液化溫度，聯(lián)系裝置F，便知其意了。NO2和NO分離（NO2被液化）后的氣體與O2作用，又出現(xiàn)紅棕色，這個(gè)特征現(xiàn)象便確認(rèn)了NO的存在?！ ×硗猓茪馇绊殞⒏餮b置內(nèi)的空氣排盡（否則會(huì)氧化NO），氣體中混有的水氣的吸收以及最后尾氣的吸收，這些問題都要考慮。而盛酚酞的裝置E便成了命題者用來干擾思維的多余裝置?？驁D分析答案：（1）①⑤④（10）（11）（或（11）（10））⑥⑦③?！ 。?）驅(qū)趕裝置中的空氣，防止產(chǎn)生的NO被氧化； ?。?）通入O2后裝置D中有紅棕色氣體生成； ?。?）使NO2液化（分離NO2和NO）； ?。?）4NO2+O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O [例9] 實(shí)驗(yàn)室用氨氣還原氧化銅的方法測定銅的近似相對(duì)原子質(zhì)量，反應(yīng)的化學(xué)方程式為試回答：（1）如果選用測定反應(yīng)物CuO和生成物H2O的質(zhì)量（m（CuO）、m（H2O））時(shí)，請(qǐng)用下列儀器設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的試
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