高三化学028.doc

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期数： 0511 HXG3 028
学科：化学 年级：高三 编稿老师：张晓娟
审稿老师：曲宝琦

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复 习 篇

第六单元 化学实验方案的设计（七）
《性质实验方案的设计》
复习篇
【教材阅读提示】
性质实验的目的是验证和比较元素的金属性，非金属性；氧化性、还原性；化合物的稳定性、酸碱性；指定离子和一些有机官能团的特征反应等。
1、掌握性质实验方案设计的一般方法和要求
2、运用元素周期律、物质结构及化合物的知识以及元素周期律来分析、比较、综合、概括物质的化学性质，并能抓住物质的本质特征进行整体思考，设计适当的性质实验。
3、通过对有机物结构的分析，从具体情况出发、设计出合理的实验方案。

【学习方法导航】
性质实验方案设计的题目所涉及的物质、化学反应大多数都是我们较熟悉的，实验所用的仪器也是我们用过的。因此对这部分知识的学习将思维焦点集中在实验方案的设计上，注重整体操作过程的有序性、逻辑性、严密性、安全性和可操作性，同时要注意文字的表述。

【基础知识梳理】
（一）性质实验方案设计的分类
1、验证性实验方案的设计
验证性实验是中学理科教材的重要实验。要求熟悉各种物质的性质及验证反应，通过现象得出结论。如验证某有机物中含有醛基，可通过银镜反应来实验。
设计程序一般为：物质的性质推测→理论依据→设计实验方法→选择仪器→组装仪器→实验现象→得出结论。
2、探索性实验方案的设计
探索性实验是通过观察实验现象，分析实验现象发展变化的原因，透过现象把握本质，根据实验现象作出科学的判断、归纳和推理，得出正确的结论。如拉瓦锡测定空气成份的实验、米勒模拟生命起源的实验等。这类实验大多思考性、综合性较强，要求将学过的知识类比、迁移、重组，必须从实验的思想、原理和方法上进行透彻的分析，提高对这些实验原理的理解能力，从中学到严谨的科学精神，提高创新意识，提高探索能力。
设计程序一般为实验事实→分析推理→科学抽象→得出结论
（二）常见性质实验方案的设计
1、证明酸性及酸性的相对强弱。
①用pH试纸或酸碱指示剂，测量稀释前后的pH变化。
②证明存在电离平衡（对应盐溶液的酸碱性、同浓度时与较活泼金属反应的速率大小，较强酸制较弱酸等）
2、比较金属的活动性：①与水反应；②与酸反应；③置换反应；④原电池；⑤电解放电顺序；⑥最高价氧化物的水化物的碱性强弱；⑦对应盐溶液的酸碱性强弱。
3、比较非金属的活动性：①置换反应；②与氢气反应快慢；③气态氢化物的稳定性、还原性；④最高价氧化物的水化物的酸性强弱；⑤氧化性的强弱。
4、证明氧化性：与还原剂反应且有明显现象（如KI、SO2、H2S、Fe2+、CO、H2等）。
5、证明还原性：与氧化剂反应且有明显现象（如KMnO4、HNO3、Fe3+、ClO-、浓H2SO4、O2、O3、Cl2等）。
6、证明有碳碳双键（或叁键）：使溴水或酸化的KMnO4溶液褪色。
7、证明酚羟基：①与浓溴水反应产生白色沉淀；②与FeCl3溶液发生显色反应。
8、证明醛基：①与银氨溶液作用产生银镜反应；②与新制Cu(OH)2悬浊液作用产生砖红色沉淀。
9、证明醇羟基：与金属钠反应不与NaOH、Na2CO3反应的有机物，与酸发生酯化反应，其产物不溶于水，有果香味等。
10、证明某些反应后的产物（如CO2、SO2、H2O等）。

【疑难点悟】
性质实验方案设计的具体步骤
（一）验证性性质实验方案的设计
例1、设计一个简单的一次性完成实验的装置图，验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序是：CH3COOH＞H2CO3＞C6H5OH。
（1）利用下图所示仪器可以组装实验装置，则仪器的连接顺序为： 接 ，
接 ， 接 。

（2）写出实验步骤、现象和有关的化学方程式。
[解析]首先要明确反应原理即：酸A+盐B→酸C+盐D若能发生则酸性A＞C。
然后选择适当的试剂，如要验证CH3COOH酸性大于H2CO3的酸性，应选用Na2CO3和CO3COOH，由于生成的H2CO3不稳定，分解产生的CO2可以直接通入到苯酚钠溶液中，CO2和水反应生成的H2CO3与苯酚钠反应生在苯酚。
答案：（1）A接D ，E接B，C接F。
（2）步骤：按（1）要求连接好仪器装置，分别装入相应的药品，然后打开分液漏斗的活塞进行实验。
现象：锥形瓶中有气泡产生，大试管中出现浑浊。
化学方程式：
2CH3COOH+NaCO32CH3COONa+H2O+CO2↑；

例2、设计实验验证甲酸既具有酸的性质，又具有醛的性质酸性比乙酸强。
[解析]从甲酸 分子结构分析，甲酸分子中含有—COOH和—CHO两种官能团，故应具有醛类和羟酸的性质。羧基的特征反应表现为酸性，醛基的特征反应为与银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液反应。
基于上述分析，实验方案设计如下：
（1）甲酸具有醛的性质
①配制银氨溶液：向一支洁净的试管中加入2%AgNO3溶液，然后用胶头滴管向2%的AgNO3溶液中逐滴滴入2%的氨水，边滴边振荡，直至生成沉淀恰好溶解为止。
②向试管中加入2～3滴甲酸溶液，然后将试管放在水浴中加热。
③观察现象：可看到甲酸与银氨溶液混合后在水浴加热的条件下，试管内壁会形成光亮的银镜。
④结论：；甲酸具有醛类的性质，甲酸分子中含有醛基。
（2）甲酸的酸性
甲酸的酸性：向盛有少量Na2CO3粉末的试管里加入甲酸溶液，观察现象，可看到有无色无味气体产生。
结论：甲酸具有酸性。
（3）甲酸的酸性大于乙酸的酸性：
分别用玻璃棒蘸取同物质的量浓度（0.01mol/L）的甲酸和乙酸溶液点在pH试纸上，并与标准比色卡对照：pH（甲酸）＜pH（乙酸）。
结论：同浓度的甲酸溶液中C（H+）大于乙酸溶液中C（H+），说明甲酸的电离程度大于乙酸的电离程度，故酸性 甲酸＞乙酸（或加入锌粒观察产生气体的速率）。
（二）探索性实验方案的设计
例3、为探究乙炔与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验，先取一定量的工业用电石与水反应，将生成的气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙炔与溴水发生了加成反应。乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液有少许黄色浑浊，推测在制得的乙炔中，还可能含有少量还原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反应。请你回答下列问题：
（1）写出甲同学实验中两个主要的化学方程式：
_________________________________________________________________
（2）甲同学设计的实验____________（填能或不能）验证乙炔与溴发生加成反应，其理由是_____________________（多选扣分）。
A．使溴水褪色的反应，未必是加成反应
B．使溴水褪色的反应，就是加成反应
C．使溴水褪色的物质，未必是乙炔
D．使溴水褪色的物质，就是乙炔
（3）乙同学推测此乙炔中必定含有一种杂质气体是____________，它与溴水反应的化学方程式是____________________________________________；在验证过程中必须全部除去。
（4）请你选用下列四个装置（可重复使用）来检验乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。

(a) (b) (c) (d)
b
b

(电石、水) （ ） （ ） （溴水）
（5）为验证这一反应是加成而不是取代，丙同学提出可以用PH试纸来检验反应后的溶液的酸性，理由是_____________________________________。
答案：（1）CaC2+2H2OC2H2↑+Ca(OH)2
HC CH+Br2CHBr2CHBr2
（2）不能 a、c （3）H2S Br2+H2SS↓+2HBr
b
c
（4）

(CuSO4溶液) (CuSO4溶液)
（5）如若发生取代反应，必定生成HBr，溶液酸性将会明显增强，故可用PH试纸验证。
[解析]溴水除可与某些有机物发生加成反应，也可发生取代反应，同时也具有氧化性，反应发生后均可使溴水褪色，因此不能说使溴水褪色的物质一定是乙炔。要除去具有还原性的H2S气体，须将含H2S的乙炔进行第一次洗气，除去H2S，第二次通过洗气验证已除去H2S，再通入溴水中才能排除H2S的干扰。最后再测定反应后溶液的酸碱性，推断该反应是取代反应还是加成反应。

【高考真题演练】
（2004、上海）航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示：
（1）Ⅱ是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式
（2）从装置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航员每天消耗28mol O2，呼出23mol CO2，则宇航员每天呼出的气体中含H2O mol。
（3）以下是另一种将CO2转化为O2的实验设想

其中，由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置（铁架台、酒精灯已略）如下：

①上图中，装置a由 、 、双孔塞和导管组成
②循环物质甲的名称是
③制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是
④装置b中填充的物质可能是 （填入编号）
e．硅胶 f．碱石灰 g．无水氯化钙 h．浓硫酸
⑤设计d装置要注意防止倒吸，请在方框中画出d装置的简图，并要求与装置c的出口处相连（铁架台不必画出）。
答案：（1）2H2＋CO2→2H2O＋C
（2）10
（3）①分液漏斗 烧瓶 ②盐酸 ③防止水解 ④e g ⑤
（2004、北京）资料显示：“氨气可在纯氧中安静燃烧……”。某校化学小组学生设计如下装置（图中铁夹等夹持装置已略去）进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验。

（1）用装置A制取纯净、干燥的氨气，大试管内碳酸盐的化学式是 ；碱石灰的作用是 。
（2）将产生的氨气与过量的氧气通到装置B（催化剂为铂石棉）中，用酒精喷灯加热：
①氨催化氧化的化学方程式是 ；试管内气体变为红棕色，该反应的化学方程式是 ；
②停止反应后，立即关闭B中两个活塞。一段时间后，将试管浸入冰水中，试管内气体颜色变浅，请结合化学方程式说明原因
（3）将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中，并在b管上端点燃氨气：
①两气体通入的先后顺序是 。
其理由是 。
②氨气燃烧的化学方程式是 。
答案：（1）①(NH4)2CO3[或NH4HCO3] ②吸收水和二氧化碳
（2）①4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2＝2NO2
②2NO2(气)N2O4(气)＋热量，降低温度使平衡正向移动，部分红棕色NO2转化为无色N2O4。
（3）①先通入O2，后通入NH3。若先通氨气，氨在空气中不能点燃，逸出造成污染。
②4NH3＋3O22N2＋6H2O

[教材习题参考答案]
教材84页参考答案
在500mL或1000mL的烧杯中，加入少量冰醋酸，刚好使电极浸没为止，用电极、导线连接电流表。启开电源，观察电流表指针摆动的情况。然后用蒸馏水逐滴地进行稀释，边加蒸馏水边振荡或用玻璃棒搅动。在稀释前指针不动。随着稀释电流表指针摆动越来越大。如果不断稀释，电流表指针摆动又会逐渐减小。

【本周达标训练】
※如下图虚线框中的装置可用来检验浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应产生的所有气体产物，填写下列空白。

（1）如果将装置中①、②、③三部分仪器的连接顺序变为②、①、③，则可以检出的物质是
；不能检出的物质是 。
（2）如果将仪器的连接顺序变为①、③、②，则可以检出的物质是 ；不能检出的物质是 。
（3）如果将仪器的连接顺序变为②、③、①，则可以检出的物质是 ；不能检出的物质是 。
[解析]浓H2SO4与木炭粉在加热条件下反应生成SO2、CO2和水蒸气。用无水CuSO4变蓝检验水蒸气，品红褪色检验SO2，石灰水变浑浊检验CO2。试题设计不同的实验方案，要求考生对实验结果作出判断，考查思维的严密性和有序性。要检验水蒸气，一定要在检验CO2、SO2之前，否则，无法得出正确结论，因为，当气体通过溶液时会带出水蒸气。SO2应在CO2之前检验，并在检验CO2之前除去SO2，因为SO2也能使澄清石灰水变浑浊。
[答案] （1）SO2、CO2；H2O （2）H2O；CO2、SO2 （3）SO2，CO2；H2O
[注意]本题考查CO2、SO2、H2O的检验顺序，不同的设计顺序会得出不同的结果，试题有一定的开放生，有利于培养思维的严密性和有序性。
※※用下列仪器、药品验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含NO（仪器从图所示中选用，N2和O2的用量可自由控制）。

已知：①NO+NO2+2OH-→2NO2-+H2O
②气体液化温度：NO2 -21℃， NO -152℃
试回答：
（1）仪器的连接顺序（按左→右连接，填各接口的编号）为 ；
（2）反应前先通入N2，目的是 ；
（3）确认气体中含NO的现象是 ；
（4）装置F的作用是 ；
（5）如果O2过量则装置B中发生反应的化学方程式为： 。
[解析]实验的目的是验证铜与适量浓HNO3反应产生的气体中含NO。铜与浓HNO3反应可能产生：NO2、NO、水蒸气，要检验是否有NO存在，应除去NO2和水蒸气。有两个方案：
方案一：NO2、NO、H2O NO2、NO NO；
方案二：NO2、NO、H2O NO、H2O NO。显然，
方案一合理，因方案二会使NO2和H2O 反应，生成新的NO。如何检验NO的存在？可用：NO NO2(红棕色)。最后还应注意，因NO极易和空气中的O2反应生成NO2，由于连接装置的导管中均有空气，会在混合气体未到达装置D前将NO氧化，使实验失败，故应先通入N2。
[答案] （1）1 5 4 10 11 6 7 2（10和11可颠倒）。
（2）驱赶装置中的空气，防止反应产生的NO被氧化。
（3）通入O2后，装置D中有红棕色气体生成。
（4）分离NO和NO2（或使NO2液化）。
（5）4NO2+O2+4NaOH4NaNO3+2H2O
※※为了检验Pb（NO3）2热分解的产物，有人用示意图中的装置进行实验。（图中铁架台、铁夹和加热设备均略去）
实验时在试管中放入研细的Pb（NO3）2晶体；实验结束后，试管中得到黄色粉末（PbO），U型管下部有少量液体X，集气瓶中收集到无色气体Y。（如图）

回答下面问题：
（1）在装置中试管和U型管上的橡皮塞最好用锡箔包住，用橡皮管连接的两玻璃管口要相互紧靠，原因是 。
（2）液体X可能是 ；气体Y可能是 。
（3）导管口不再有气泡冒出时，停止反应，这时在操作上应注意
，理由是 。
（4）用简单的实验证实（2）中的判断
①对X的判断
②对Y的判断（要求：怎样从水槽中取出集气瓶、实验方法、现象、结论）
答案：（1）NO2气体会损坏橡胶
（2）N2O4（答液态的NO2同样给分）；O2
（3）先把导气管移出水面，然后熄灭火焰；防止水槽中的水反吸到U型管中。
（4）①在通风橱中取下U型管放置，观察到U型管中液体迅速消失，管中充满红棕色气体，证明X是液态N2O4。（其他合理答案同样给分）
②在水槽，用玻璃片盖住集气瓶口，按住玻璃片，小心把集气瓶移出水面，正放在桌上，用带火星的木条插入瓶口，木条迅速燃烧，证明Y是O2。

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