高三化學講座之化學實驗方案的設計

　　【學習指導】

　　一、制備實驗方案的設計

　　1、制備實驗方案設計的基本步驟

　　（1）實驗方案的選擇  首先根據原料和產品之間的轉化關系，設計各種不同的實驗方案，然后根據原料的用量、原料的價格、反應的條件、設備的要求、操作的可行性、對環境的污染等因素進行多方面、多角度的綜合分析，選擇較為合理的實驗方案。

　　（2）實驗方案的設計  根據選定的實驗方案，確定實驗名稱、目的、原理、用品、步驟，必要的實驗現象的記錄或對實驗結果的處理等，來完成制備實驗的設計。

　　2、某些有機物制備實驗方案設計的注意事項

　　由于大多數有機反應，副反應較多，且為可逆反應，因此設計有機物制備實驗方案時，盡可能選擇步驟少、副產物少的反應的有機反應。若兩種有機物參加的可逆反應，應考慮多加一些價廉的有機物，以提高另一種有機物的轉化率和產率，另外有機物的制備實驗，控制反應條件尤為重要。

　　如實驗室欲制備苯甲酸甲酯，在設計實驗方案時，可這樣考慮：用甲醇與苯甲酸進行酯化反應，以濃H2SO4作催化劑。因為酯化反應是可逆的。根據化學平衡移動原理，增大反應物如甲醇的濃度，可以使平衡向有利苯甲酸甲酯生成的方向移動。

　　二、性質實驗方案的設計

　　在設計性質實驗方案時，要充分了解物質的結構、性質、用途與制法之間的相互關系，要根據物質的結構特點來設計實驗方案，探究或驗證物質所具有的一些性質。推測物質的性質基本思路是：根據物質的結構，推出該物質所屬類別，推測其基本的化學性質（共性）；然后進一步分析該物質的特殊性，推測其獨有的化學性質（個性）。

　　【典型例題分析】

　　例1、實驗室現有：（1）未知濃度的燒堿溶液100mL；（2）能隨時提供CO2的發生裝置；（3）50mL量筒；（4）200mL燒杯。請僅利用上述藥品和儀器制備純堿溶液。

　　解析：CO2氣體和NaOH溶液反應可生成Na2CO3或NaHCO3要制備純堿溶液。CO2的量不易控制。可根據NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O的反應原理，將100mLNaOH溶液分成兩等份，一份中通入過量的CO2后再和另一份混合即可。

　　答：（1）用500mL量筒50mL的NaOH溶液；（2）將量筒里的NaOH溶液倒入200mL燒杯中，通入過量CO2；（3）將剩余的NaOH溶液倒入燒杯中混合。

　　例2、苯酚具有弱酸性，但苯酚卻不能使石蕊試液變紅、Fe3+易與C6H5OH反應生成穩定的離子，反應的化學方程式為：Fe3++6C6H5OH        [Fe(C6H5O)6]3-+6H+

　　1、試預測在苯酚鈉溶液中逐滴加入FeCl3溶液，可依次出現哪些現象：

　　（1）現象：紅褐色沉淀，離子方程式為                ；

　　（2）現象：                                        ；

　　（3）現象：                                        。

　　2、若在FeCl3與C6H5OH的混合溶液中分別加入

　　（1）過量Fe粉，其現象是                        ，

　　（2）足量NaOH溶液，現象是                  。

　　解析：解答此題須掌握以下知識點：（1）離子的水解反應（2）Fe3+的性質（3）苯酚的性質（4）化學平衡移動原理。回答1中有關問題，可根據題意所給信息知道，苯酚鈉是強堿弱酸鹽，而FeCl3溶液是強酸弱堿鹽。兩者混合時，  -O- 和Fe3+都發生水解且相互促進，從而生成Fe(OH)3和      ，接著和FeCl3溶液生成紫色溶液，但隨著反應的不斷進行，混合液中酸性增強，使Fe(OH)3沉淀逐漸溶解。對于2中有關問題根據平衡移動原理來解答。

　　答：1、（1）Fe3++3   -O-+3H2O→Fe(OH)3↓+3

　　（2）溶液變成紫色

　　（3）紅褐色沉淀逐漸溶解

　　2、（1）溶液由紫色變成淺綠色

　　（2）有紅褐色沉淀產生，紫色褪去。

　　【同步練習】

　　一、選擇題：

　　1、對所需氯化鈉無需嚴格控制其重金屬離子含量和細菌存在的是（    ）

　　A、用焰色反應檢驗Na+    B、靜脈注射用鹽

　　C、用電解法制Cl2     D、熔鹽用于金屬零件熱處理

　　2、利用啟普發生器制備CO2時，所選用的試劑比較合理的是（    ）

　　A、CaCO3粉末和稀鹽酸    B、石灰石與稀硝酸

　　C、石灰漿與稀鹽酸     D、純堿與鹽酸

　　3、制備1，2-二溴乙烷的合理反應是（    ）

　　A、乙烷光照下與Br2反應   B、乙烯加成HBr

　　C、乙炔與過量Br2反應    D、乙烯加成Br2

　　4、下列事實中，能證明氯化氫是共價化合物的是（    ）

　　A、氯化氫易溶于水     B、氯化氫的水溶液能導電

　　C、液態氯化氫不導電    D、氯化氫不易分解

　　5、在實驗中手不慎被玻璃劃破，可用FeCl3溶液緊急止血，其主要原因是（    ）

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

　　C、FeCl3溶液能產生Fe(OH)3沉淀堵住傷口  D、FeCl3溶液能使血液發生化學變化

　　6、人們在日常生活中，為了使苯變得味香可口，炒菜時加酒又加醋，使菜變得香味可口的原因是（    ）

　　A、有酯類物質生成     B、有鹽類物質生成

　　C、有酸類物質生成     D、有醇類物質生成

　　7、下列實驗中，能驗證乙二酸比乙酸酸性強的是（    ）

　　A、分別將未知濃度的兩種酸滴在Na2CO3粉末上

　　B、同溫時取等物質的量的濃度的兩種酸分別滴定0.1mol·L-1的NaOH溶液

　　C、相同溫度時取等物質的量的濃度的兩種酸分別滴在pH試紙上

　　D、分別將乙二酸晶體和冰醋酸置于pH試紙上

　　8、向盛有Na2CO3粉末的試管里滴加乙二酸溶液立即產生了能使澄清石灰水變渾濁的氣體。這一現象說明了乙二酸的下列何種性質（    ）

　　A、使Na2CO3發生復分解反應   B、比H2CO3酸性強

　　C、比H2CO3酸性弱      D、使Na2CO3分解

　　9、驗證乙酸乙酯密度，溶解性和水解三項性質的合理實驗是（    ）

　　A、將其滴入水中，隨即滴加堿液并迅速加熱至沸騰

　　B、將其滴入沸騰的堿液中觀察

　　C、將其滴入水中觀察片刻，再滴加含有酚酞的堿液并緩緩加熱

　　D、將其滴入沸騰的水中觀察

　　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，在適當條件下都能被羥基（-OH）取代（均可稱為水解反應），所得產物能跟NaHCO3溶液反應的是（    ）

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

　　11、將(NH4)2SO4溶于水得到無色溶液，為使溶液中NH4+和SO42-的物質的量的濃度之比為2，采取的下列措施正確的是（    ）

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

　　C、加入適量的NaOH，使溶液的pH等于7  D、加入適量的NH4Cl

　　12、一定質量的銅與足量的濃硝酸或稍硝酸完全反應，在相同條件下用排水法收集反應產生的氣體。下列敘述正確的是（    ）

　　A、硝酸濃度越大，消耗的硝酸越少

　　B、硝酸濃度不同，生成Cu(NO3)2的物質的量相同

　　C、硝酸濃度越大，產生的氣體體積越少

　　D、兩者用排水法收集到的氣體體積相等

　　13、已知金屬鈉能溶解在無水液氨中形成藍色的液氨溶液。若小心地蒸去氨，可得到白色固體NaNH2，反應是：2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑。據此判斷下列敘述中不正確的是（    ）

　　A、鈉的液氨溶液有強還原性     B、液氨不能電離

　　C、液氨能發生電離，可表示為：2NH3      NH4++NH2-

　　D、蒸發鈉的液氨溶液時，藍色會逐漸褪去

　　二、填空題：

　　14、（1）實驗室制備乙烯時，加熱乙醇和濃硫酸的混合物應先放一些               以防暴沸；且溫度應           到        ℃。若加熱溫度偏低會產生       ；溫度過高會產生       和     （化學式）等酸性氣體，且混合液中會有       色難溶的      生成。這一事實說明實驗中控制        的重要性。

　　（2）在用廢鐵釘制備FeSO4溶液時，可向溶液中加入少許      以防止Fe2+的氧化，滴加幾滴    溶液以達到             的目的。

　　15、亞磷酸（H3PO3）是一種無色晶體，有大蒜氣味的強吸濕性。

　　（1）在亞磷酸溶液中加入過量的NaOH溶液，生成的主要產物是Na2HPO3，這一實驗事實說明亞磷酸是         元酸，它的電離方程式為                        ，亞磷酸結構式為           。

　　（2）亞磷酸具有強還原性，當它與碘水混合后，可以看到碘水褪去，并有H3PO4生成，其化學方程式為                              。

　　（3）在亞磷酸溶液中加入AgNO3溶液后，有黑色沉淀生成并且生成無色氣體，試管口有紅棕色氣體產生，則反應的化學化程式為：                          。

　　16、在帶鐵銹的燃燒中盛裝少許硫磺粉，用酒精燈加熱引燃后迅速插入空集氣瓶中，并用玻片蓋住。

　　（1）可觀察到集氣瓶中的現象是                              ；

　　（2）在上述小實驗后的集氣瓶中加入少許Ba(OH)2溶液，蓋上玻片，振蕩后可觀察到的現象是                    。

　　（3）在實驗（2）后的集氣瓶中加入少許稀鹽酸，振蕩后可觀察到的現象是               。

　　17、在右圖的裝置中，當容器A中的反應開始后，再分別進行下列操作：

　　（1）若彈簧夾C打開，B容器中有何現象？

　　（2）若彈簧夾C關閉一會兒，容器A中的反應還在進行時，B容器中有何現象？

　　其反應的化學方程式為

　　（3）若先打開彈簧夾C一段時間，容器A中的反應還在進行時，再關閉彈簧C一會兒，B容器中有何現象？

　　18、某試劑廠用銀（含雜銅）和硝酸（含雜質Fe3+）反應制取硝酸銀。步驟如下：

　　根據上述步驟，完全下列填空：

　　（1）溶解銀的硝酸應該用       硝酸（填濃或稀），原因是           。

　　a、減少過程中產生NOx的量

　　b、減少原料銀的消耗量

　　c、節省硝酸物質的量

　　（2）步驟B加熱保溫的作用是          。

　　a、有利于加快反應速率

　　b、有利于未反應的硝酸揮發

　　c、有利硝酸充分反應，降低溶液中的C(H+)

　　（3）步驟C是為了除去Fe3+、Cu2+等雜質，沖稀靜置時發生的化學反應是           。

　　a、置換反應  b、水解反應  c、氧化還原反應

　　產生沉淀的化學式是            、                。

　　【練習答案】

　　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   溫度

　　(2)鐵粉      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）先有淡藍色火焰，后來滅焰熄滅產生白霧

　　（2）有大量白色沉淀產生

　　（3）白色沉淀部分溶解

　　17、（1）容器B中的導管口有氣泡冒出

　　（2）A容器的溶液流入B容器中，開始生成白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色

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

　　（3）打開彈簧夾C，容器B中的導管口有氣泡冒出，彈簧夾C關閉容器A中溶液進入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