高三化学讲座之化学实验方案的设计

　　【学习指导】

　　一、制备实验方案的设计

　　1、制备实验方案设计的基本步骤

　　（1）实验方案的选择  首先根据原料和产品之间的转化关系，设计各种不同的实验方案，然后根据原料的用量、原料的价格、反应的条件、设备的要求、操作的可行性、对环境的污染等因素进行多方面、多角度的综合分析，选择较为合理的实验方案。

　　（2）实验方案的设计  根据选定的实验方案，确定实验名称、目的、原理、用品、步骤，必要的实验现象的记录或对实验结果的处理等，来完成制备实验的设计。

　　2、某些有机物制备实验方案设计的注意事项

　　由于大多数有机反应，副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，尽可能选择步骤少、副产物少的反应的有机反应。若两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的有机物，以提高另一种有机物的转化率和产率，另外有机物的制备实验，控制反应条件尤为重要。

　　如实验室欲制备苯甲酸甲酯，在设计实验方案时，可这样考虑：用甲醇与苯甲酸进行酯化反应，以浓H2SO4作催化剂。因为酯化反应是可逆的。根据化学平衡移动原理，增大反应物如甲醇的浓度，可以使平衡向有利苯甲酸甲酯生成的方向移动。

　　二、性质实验方案的设计

　　在设计性质实验方案时，要充分了解物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系，要根据物质的结构特点来设计实验方案，探究或验证物质所具有的一些性质。推测物质的性质基本思路是：根据物质的结构，推出该物质所属类别，推测其基本的化学性质（共性）；然后进一步分析该物质的特殊性，推测其独有的化学性质（个性）。

　　【典型例题分析】

　　例1、实验室现有：（1）未知浓度的烧碱溶液100mL；（2）能随时提供CO2的发生装置；（3）50mL量筒；（4）200mL烧杯。请仅利用上述药品和仪器制备纯碱溶液。

　　解析：CO2气体和NaOH溶液反应可生成Na2CO3或NaHCO3要制备纯碱溶液。CO2的量不易控制。可根据NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O的反应原理，将100mLNaOH溶液分成两等份，一份中通入过量的CO2后再和另一份混合即可。

　　答：（1）用500mL量筒50mL的NaOH溶液；（2）将量筒里的NaOH溶液倒入200mL烧杯中，通入过量CO2；（3）将剩余的NaOH溶液倒入烧杯中混合。

　　例2、苯酚具有弱酸性，但苯酚却不能使石蕊试液变红、Fe3+易与C6H5OH反应生成稳定的离子，反应的化学方程式为：Fe3++6C6H5OH        [Fe(C6H5O)6]3-+6H+

　　1、试预测在苯酚钠溶液中逐滴加入FeCl3溶液，可依次出现哪些现象：

　　（1）现象：红褐色沉淀，离子方程式为                ；

　　（2）现象：                                        ；

　　（3）现象：                                        。

　　2、若在FeCl3与C6H5OH的混合溶液中分别加入

　　（1）过量Fe粉，其现象是                        ，

　　（2）足量NaOH溶液，现象是                  。

　　解析：解答此题须掌握以下知识点：（1）离子的水解反应（2）Fe3+的性质（3）苯酚的性质（4）化学平衡移动原理。回答1中有关问题，可根据题意所给信息知道，苯酚钠是强碱弱酸盐，而FeCl3溶液是强酸弱碱盐。两者混合时，  -O- 和Fe3+都发生水解且相互促进，从而生成Fe(OH)3和      ，接着和FeCl3溶液生成紫色溶液，但随着反应的不断进行，混合液中酸性增强，使Fe(OH)3沉淀逐渐溶解。对于2中有关问题根据平衡移动原理来解答。

　　答：1、（1）Fe3++3   -O-+3H2O→Fe(OH)3↓+3

　　（2）溶液变成紫色

　　（3）红褐色沉淀逐渐溶解

　　2、（1）溶液由紫色变成浅绿色

　　（2）有红褐色沉淀产生，紫色褪去。

　　【同步练习】

　　一、选择题：

　　1、对所需氯化钠无需严格控制其重金属离子含量和细菌存在的是（    ）

　　A、用焰色反应检验Na+    B、静脉注射用盐

　　C、用电解法制Cl2     D、熔盐用于金属零件热处理

　　2、利用启普发生器制备CO2时，所选用的试剂比较合理的是（    ）

　　A、CaCO3粉末和稀盐酸    B、石灰石与稀硝酸

　　C、石灰浆与稀盐酸     D、纯碱与盐酸

　　3、制备1，2-二溴乙烷的合理反应是（    ）

　　A、乙烷光照下与Br2反应   B、乙烯加成HBr

　　C、乙炔与过量Br2反应    D、乙烯加成Br2

　　4、下列事实中，能证明氯化氢是共价化合物的是（    ）

　　A、氯化氢易溶于水     B、氯化氢的水溶液能导电

　　C、液态氯化氢不导电    D、氯化氢不易分解

　　5、在实验中手不慎被玻璃划破，可用FeCl3溶液紧急止血，其主要原因是（    ）

　　A、FeCl3溶液能使血凝聚     B、FeCl3溶液具有杀菌消毒作用

　　C、FeCl3溶液能产生Fe(OH)3沉淀堵住伤口  D、FeCl3溶液能使血液发生化学变化

　　6、人们在日常生活中，为了使苯变得味香可口，炒菜时加酒又加醋，使菜变得香味可口的原因是（    ）

　　A、有酯类物质生成     B、有盐类物质生成

　　C、有酸类物质生成     D、有醇类物质生成

　　7、下列实验中，能验证乙二酸比乙酸酸性强的是（    ）

　　A、分别将未知浓度的两种酸滴在Na2CO3粉末上

　　B、同温时取等物质的量的浓度的两种酸分别滴定0.1mol·L-1的NaOH溶液

　　C、相同温度时取等物质的量的浓度的两种酸分别滴在pH试纸上

　　D、分别将乙二酸晶体和冰醋酸置于pH试纸上

　　8、向盛有Na2CO3粉末的试管里滴加乙二酸溶液立即产生了能使澄清石灰水变浑浊的气体。这一现象说明了乙二酸的下列何种性质（    ）

　　A、使Na2CO3发生复分解反应   B、比H2CO3酸性强

　　C、比H2CO3酸性弱      D、使Na2CO3分解

　　9、验证乙酸乙酯密度，溶解性和水解三项性质的合理实验是（    ）

　　A、将其滴入水中，随即滴加碱液并迅速加热至沸腾

　　B、将其滴入沸腾的碱液中观察

　　C、将其滴入水中观察片刻，再滴加含有酚酞的碱液并缓缓加热

　　D、将其滴入沸腾的水中观察

　　10、已知酸性大小：羧酸>碳酸>苯酚。下列含溴化合物中的溴原子，在适当条件下都能被羟基（-OH）取代（均可称为水解反应），所得产物能跟NaHCO3溶液反应的是（    ）

　　A、   -C-Br   B、   -CH2Br        C、   -Br        D、   -Br

　　11、将(NH4)2SO4溶于水得到无色溶液，为使溶液中NH4+和SO42-的物质的量的浓度之比为2，采取的下列措施正确的是（    ）

　　A、加入适量稀H2SO4，抑制NH4+水解   B、加入适量的氨水，使溶液的pH等于7

　　C、加入适量的NaOH，使溶液的pH等于7  D、加入适量的NH4Cl

　　12、一定质量的铜与足量的浓硝酸或稍硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集反应产生的气体。下列叙述正确的是（    ）

　　A、硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少

　　B、硝酸浓度不同，生成Cu(NO3)2的物质的量相同

　　C、硝酸浓度越大，产生的气体体积越少

　　D、两者用排水法收集到的气体体积相等

　　13、已知金属钠能溶解在无水液氨中形成蓝色的液氨溶液。若小心地蒸去氨，可得到白色固体NaNH2，反应是：2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑。据此判断下列叙述中不正确的是（    ）

　　A、钠的液氨溶液有强还原性     B、液氨不能电离

　　C、液氨能发生电离，可表示为：2NH3      NH4++NH2-

　　D、蒸发钠的液氨溶液时，蓝色会逐渐褪去

　　二、填空题：

　　14、（1）实验室制备乙烯时，加热乙醇和浓硫酸的混合物应先放一些               以防暴沸；且温度应           到        ℃。若加热温度偏低会产生       ；温度过高会产生       和     （化学式）等酸性气体，且混合液中会有       色难溶的      生成。这一事实说明实验中控制        的重要性。

　　（2）在用废铁钉制备FeSO4溶液时，可向溶液中加入少许      以防止Fe2+的氧化，滴加几滴    溶液以达到             的目的。

　　15、亚磷酸（H3PO3）是一种无色晶体，有大蒜气味的强吸湿性。

　　（1）在亚磷酸溶液中加入过量的NaOH溶液，生成的主要产物是Na2HPO3，这一实验事实说明亚磷酸是         元酸，它的电离方程式为                        ，亚磷酸结构式为           。

　　（2）亚磷酸具有强还原性，当它与碘水混合后，可以看到碘水褪去，并有H3PO4生成，其化学方程式为                              。

　　（3）在亚磷酸溶液中加入AgNO3溶液后，有黑色沉淀生成并且生成无色气体，试管口有红棕色气体产生，则反应的化学化程式为：                          。

　　16、在带铁锈的燃烧中盛装少许硫磺粉，用酒精灯加热引燃后迅速插入空集气瓶中，并用玻片盖住。

　　（1）可观察到集气瓶中的现象是                              ；

　　（2）在上述小实验后的集气瓶中加入少许Ba(OH)2溶液，盖上玻片，振荡后可观察到的现象是                    。

　　（3）在实验（2）后的集气瓶中加入少许稀盐酸，振荡后可观察到的现象是               。

　　17、在右图的装置中，当容器A中的反应开始后，再分别进行下列操作：

　　（1）若弹簧夹C打开，B容器中有何现象？

　　（2）若弹簧夹C关闭一会儿，容器A中的反应还在进行时，B容器中有何现象？

　　其反应的化学方程式为

　　（3）若先打开弹簧夹C一段时间，容器A中的反应还在进行时，再关闭弹簧C一会儿，B容器中有何现象？

　　18、某试剂厂用银（含杂铜）和硝酸（含杂质Fe3+）反应制取硝酸银。步骤如下：

　　根据上述步骤，完全下列填空：

　　（1）溶解银的硝酸应该用       硝酸（填浓或稀），原因是           。

　　a、减少过程中产生NOx的量

　　b、减少原料银的消耗量

　　c、节省硝酸物质的量

　　（2）步骤B加热保温的作用是          。

　　a、有利于加快反应速率

　　b、有利于未反应的硝酸挥发

　　c、有利硝酸充分反应，降低溶液中的C(H+)

　　（3）步骤C是为了除去Fe3+、Cu2+等杂质，冲稀静置时发生的化学反应是           。

　　a、置换反应  b、水解反应  c、氧化还原反应

　　产生沉淀的化学式是            、                。

　　【练习答案】

　　一、

　　1、CD2、B3、D4、C5、A6、A7、C8、AB9、C10、A11、BD12、B13、B

　　二、

　　14、(1)碎瓷片（或玻璃）   迅速升高     170    乙醚    CO2   SO2   黑    碳   温度

　　(2)铁粉      H2SO4    抑制Fe2+的水解

　　15、(1)二      H3PO3       H++H2PO3-          H2PO3-       H++H2PO32-   H-O-P-O-H

　　(2) H3PO3+I2+H2O=2HI+H3PO4

　　(3) 2H3PO3+AgNO3=NO↑+Ag↓+2H3PO4

　　16、（1）先有淡蓝色火焰，后来灭焰熄灭产生白雾

　　（2）有大量白色沉淀产生

　　（3）白色沉淀部分溶解

　　17、（1）容器B中的导管口有气泡冒出

　　（2）A容器的溶液流入B容器中，开始生成白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色

　　FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4      4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

　　（3）打开弹簧夹C，容器B中的导管口有气泡冒出，弹簧夹C关闭容器A中溶液进入B容器中，有白色沉淀生成。

　　18、（1）稀    a、c        (2) a、c      （3）b        Fe(OH)3      Cu(OH)2