化学综合性实验解题指导
高考对本部分的考查仍将以实验仪器的选择、基本操作的正确与否以及以元素及其化合物的性质为载体设计实验来探究物质的组成及含量的测定为主,题型涉及选择题和非选择题,分值约12分。预计2021年以中学化学所涉及的重要物质为载体,突出表现化学实验操作的规范性,运用实验现象对物质性质进行探究,运用实验数据对物质含量进行测定等的命题趋势较大,应予以高度重视。
1.解题思路、方法(1)巧审题,明确实验目的和原理。实验原理是解答实验题的核心,是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情境(或题中所给实验目的)结合元素及化合物等有关知识获取。(2)想过程,理清实验操作的先后顺序,把握各步实验操作的要点。(3)看准图,分析各实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合,思考容量大。在分析、解答过程中,要认真细致地分析图中所示的装置,并结合实验目的和原理,确定它们在该实验中的作用。(4)细分析,得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中,要善于找出实验成功的关键,以及产生误差的原因,或从有关数据中归纳出定量公式,绘制变化曲线等。
2.解题技巧一个化学实验必须依据一定的实验原理,使用一定的仪器组装成一套实验装置,按一定顺序操作,才能顺利完成。因此,我们可以把一道综合实验题分解成几个既相互独立又互相关联的小实验、小操作来解答。由各个小实验确定各步操作,再由各个小实验之间的关系确定操作的先后顺序。基本思路如下:
典例(2018全国Ⅰ)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示,回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是。仪器a的名称是。(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。打开K1、K2,关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为。②同时c中有气体产生,该气体的作用是。(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是、、洗涤、干燥。(4)指出装置d可能存在的缺点。
解析:(1)由题给信息“醋酸亚铬……在气体分析中用作氧气吸收剂”可知,为避免溶解在水中的氧气影响实验,故所用蒸馏水应先煮沸除氧并迅速冷却,以减少氧气的再溶解。仪器a为分液漏斗。(2)将盐酸滴入c中时,CrCl3溶解,同时锌粒与盐酸反应放出的氢气可将c中的空气排出,形成了隔绝空气的体系,进而发生反应:Zn+2Cr3+==Zn2++2Cr2+,溶液颜色由绿色逐渐变为亮蓝色。(3)当打开K3,关闭K1和K2时,c中Zn与盐酸反应产生的氢气排不出去,产生较大的压强,可将c中生成的亮蓝色溶液压入d中。进入d中的Cr2+可与CH3COO-反应生成(CH3COO)2Cr·2H2O沉淀。根据题意“醋酸亚铬难溶于冷水”,要使沉淀充分析出并分离,可采用冰水浴冷却、过滤、洗涤、干燥的方法处理。(4)由于(CH3COO)2Cr·2H2O沉淀易被氧气氧化,所以装置d的缺点是:装置d为敞口体系,会使醋酸亚铬与空气接触而被氧化。
答案:(1)去除水中溶解氧 分液漏斗(2)①Zn+2Cr3+==Zn2++2Cr2+②排除c中空气(3)c中产生氢气使压强大于大气压(冰水浴)冷却 过滤(4)敞开体系,使醋酸亚铬与空气接触
121.(2018天津理综)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。回答下列问题:Ⅰ.采样采样系统简图采样步骤:①检验系统气密性;②加热器将烟道气加热至140℃;③打开抽气泵置换系统内空气;④采集无尘、干燥的气样;⑤关闭系统,停止采样。
12(1)A中装有无碱玻璃棉,其作用为。(2)C中填充的干燥剂是(填字母)。a.碱石灰b.无水CuSO4c.P2O5(3)用实验室常用仪器组装一套装置,其作用与D(装有碱液)相同,在虚线框中画出该装置的示意图,标明气体的流向及试剂。(4)采样步骤②加热烟道气的目的是。
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12(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)若缺少采样步骤③,会使测定结果。若FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果。
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12解析(1)根据题意A中装有无碱玻璃棉,其作用是除尘或吸尘。(2)C中干燥剂不能是碱性物质,无水CuSO4吸水能力小,因此应选择P2O5。(3)与D(装有碱液)作用相同的装置为(4)由于NOx易溶于水,因此采样步骤②加热烟道气的目的是防止NOx溶于冷凝水。
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12(8)若缺少采样步骤③,NO2吸收不完全会使测定结果偏低。若FeSO4标准溶液部分变质,会多消耗FeSO4标准溶液,测定结果偏高。
122.(2020天津卷改编)为测定CuSO4溶液的浓度,甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题:Ⅰ.甲方案实验原理:CuSO4+BaCl2═BaSO4↓+CuCl2实验步骤:足量BaCl2溶液↓
12(1)判断沉淀完全的操作为。(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为。(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为。(4)固体质量为wg,则c(CuSO4)=mol·L-1。(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则测得c(CuSO4)(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
12Ⅱ.乙方案实验原理:Zn+CuSO4═ZnSO4+CuZn+H2SO4ZnSO4+H2↑实验步骤:①按下图安装装置(夹持仪器略去)。
12②……③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂。④调整D、E中两液面相平,使D中液面保持在0或略低于0刻度位置,读数并记录。⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌,反应完成后,再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生。⑥待体系恢复到室温,移动E管,保持D、E中两液面相平,读数并记录。⑦处理数据。
12(6)步骤②为。(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是(填字母)。a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响(8)Zn粉质量为ag,若测得H2体积为bmL,已知实验条件下ρ(H2)=dg·L-1,则c(CuSO4)=mol·L-1(列出计算表达式)。(9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则测得c(CuSO4)(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度:(填“是”或“否”)。
12答案Ⅰ.(1)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无白色沉淀生成,则沉淀完全(2)AgNO3溶液(3)坩埚(5)偏低Ⅱ.(6)检验装置气密性(7)b(9)偏高(10)否
12解析本题考查实验基本仪器和基本操作,涉及的基础知识较多,如仪器名称、气密性的检验、沉淀的洗涤等,解答中注意答题规范即可。Ⅰ.(4)由题意知:(5)未洗涤烧杯,会使测得的w偏小,最终导致c(CuSO4)偏低。
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12Ⅱ.(6)安装实验装置完毕后,要检验装置气密性。(7)通过排水法测气体的体积,必须考虑气体密度受温度的影响。
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