2025年贵州省中考化学一轮复习考点探究第17讲：物质的检验与鉴别、分离与提纯及实验的设计与评价

单元五　科学探究与化学实验 第17讲　物质的检验与鉴别、分离与提纯 及实验的设计与评价 1 学业要求:根据《义务教育化学课程标准(2022年版)》描述编写 ❶能利用化学反应及绿色环保理念设计实验方案,完成常见物质的制备、检验等任务; ❷能基于必做实验形成的探究思路与方法,结合物质的组成及变化等相关知识,分析解决真实情境中的简单实验问题; ❸能结合具体探究活动说明科学探究的要素及各要素之间的关系; ❹能独立或经过启发发现和表述有探究价值的问题,提出猜想与假设; ❺能设计简单的实验方案或实践活动方案; ❻能独立或与他人合作开展化学实验,收集证据; ❼能基于事实,分析证据与假设的关系,形成结论; ❽能撰写简单的实验报告,并与他人交流和评价探究过程及结果; ❾能基于必做实验形成的探究思路与方法,结合物质的组成及变化等相关知识,分析解决真实情境中的简单实验问题; 能通过小组合作,有意识地应用化学、技术、工程及其他学科知识,完成实验探究及跨学科实践活动,能体现创新意识和勇于克服困难的品质。 物质的检验与鉴别 1.物质检验和鉴别的原则 (1)操作简便:能用物理方法的不用化学方法,能用一种试剂的不用多种试剂。 (2)现象明显:使待检物质的现象对比明显。 (3)防止干扰:鉴别Cl-和S时,只能用Ba(NO3)2溶液,不能用AgNO3溶液(因为硫酸银微溶于水,也会产生浑浊现象)。 2.物质检验和鉴别的方法 (1)物理方法 ①根据颜色鉴别:含Cu2+的溶液显蓝色;含Fe3+的溶液显黄色;含Fe2+的溶液显浅绿色。 ②根据气味鉴别:有刺激性气味的气体有SO2、NH3等。 ③根据溶解时伴有的热量变化鉴别:NaOH、浓硫酸溶于水时放热;NH4NO3溶于水时吸热。 ④根据能否被磁铁吸引鉴别:可以用磁铁鉴别铁和铝。 (2)化学方法 ①不加任何试剂鉴别型 a.观察颜色(或闻气味)法:先通过观察(或闻)找出有特殊颜色(或气味)的物质,然后利用它与其他物质混合,根据所产生的现象鉴别出第二种物质,再以第二种物质为已知试剂,采用与其他物质混合观察现象的方法鉴别出第三种物质,重复利用上述方法即可。 b.两两混合法:将其中任意一种未知液与其他几种未知液混合,分析所产生的不同现象得出结论。 ②加水鉴别型(根据不同物质与水混合所产生的现象鉴别) a.有些物质溶于水会放热:如CaO、浓H2SO4、NaOH等。 b.有些物质难溶于水而呈浑浊状:如BaSO4、AgCl、BaCO3、CaCO3等。 c.有些物质溶于水显特殊颜色:如白色的硫酸铜粉末遇水变成蓝色;FeCl3溶于水呈黄色;KMnO4 溶液呈紫红色。 ③一种试剂鉴别型(选择一种与其他物质混合后能够产生不同现象的试剂) a.若几种物质在溶液中的酸碱性不同,可用指示剂或pH试纸鉴别。 b.如碳酸盐、活泼金属与酸混合会产生气体;金属氧化物、难溶性碱能被稀酸溶解(可能伴有溶液颜色的变化等);Fe3+、Cu2+、Mg2+等与可溶性的碱溶液会产生沉淀;铵盐与碱混合研磨(或与碱溶液混合加热)会产生刺激性气味的氨气;S、Cl-分别可用Ba2+、Ag+鉴别等。 ④多种试剂鉴别型 当一种试剂无法鉴别时,可选择多种试剂,依据每次加入一种试剂后所产生的明显现象依次进行鉴别。 3.几种常见离子的鉴别 离子 加入的试剂和方法 实验现象 H+ 滴加紫色石蕊溶液 紫色石蕊溶液变红 用pH试纸测其pH pH小于7 加入少量锌粒 有气泡产生 OH- 滴加紫色石蕊溶液 紫色石蕊溶液变蓝 滴加无色酚酞溶液 无色酚酞溶液变红 用pH试纸测其pH pH大于7 CuSO4溶液 生成蓝色沉淀 FeCl3溶液 生成红褐色沉淀 S 滴稀盐酸酸化,再滴入BaCl2溶液 产生白色沉淀 滴入Ba(NO3)2溶液和稀硝酸 产生白色沉淀 Cl- 滴入AgNO3溶液和稀硝酸 产生白色沉淀 C 滴加盐酸,产生的气体通入澄清石灰水中 有无色、无味的气体产生,澄清石灰水变浑浊 N 加入强碱溶液加热,用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体 有刺激性气味气体产生,试纸变蓝 (续表) 离子 加入的试剂和方法 实验现象 Cu2+ 可溶性碱(如NaOH溶液) 生成蓝色沉淀 插入铁丝(片) 铁丝(片)表面附有红色固体,溶液由蓝色变为浅绿色 Fe3+ 可溶性碱(如NaOH溶液) 生成红褐色沉淀 　4.几种常见气体的鉴别 气体 检验方法 现象 O2 把带火星(或燃着)的木条伸入集气瓶中 木条复燃(或燃烧得更旺) H2 点燃后,在火焰上方罩一个干冷的烧杯 火焰呈淡蓝色,烧杯内壁上有水珠 CO2 把气体通入澄清石灰水中 澄清石灰水变浑浊 CO 点燃后在火焰上方罩一个用澄清石灰水浸润过的烧杯 火焰呈蓝色,用澄清石灰水浸润过的烧杯内壁变浑浊 CH4 点燃后用干冷的和内壁涂有澄清石灰水的烧杯分别罩在火焰的上方 火焰呈蓝色,干冷的烧杯内壁上出现水珠,用澄清石灰水浸润过的烧杯内壁变浑浊 H2O 通过白色硫酸铜粉末 白色粉末变蓝 NH3 湿润的红色石蕊试纸 红色石蕊试纸变蓝 HCl 通入硝酸银溶液中 生成白色沉淀,加稀硝酸,沉淀不溶解 　5.其他几种常见物质的鉴别 (1)纤维的鉴别:分别把纤维点燃,有烧焦羽毛气味的是含蛋白质的丝(如蚕丝)或羊毛;有焦糊气味、残留物易捏碎的是棉、麻纤维;有刺激性气味,残留物是黑色硬球的是合成纤维。 (2)硬水和软水的鉴别:加入肥皂水搅拌,有较多泡沫产生的是软水,产生泡沫较少并有浮渣产生的是硬水。 (3)常见化肥的简易鉴别。 ①看外观:氮肥和钾肥都是白色晶体,磷肥是灰白色粉末。 ②加水:氮肥和钾肥都易溶于水,磷肥大多难溶或微溶于水。 ③加熟石灰研磨:能产生刺激性气味气体的是铵态氮肥。 物质的分离与除杂 1.除杂的原则 (1)不增:提纯或分离实验结束时,不能增加新的杂质。 (2)不减:不能损失提纯或分离的物质,即不能让其发生化学反应转化为其他物质。 (3)易分:被提纯或分离的物质在反应后易分离出来。 (4)复原:如果在分离或提纯操作过程中,被分离的物质转化为其他物质,应采用适当的方法将其恢复为原物质。 (5)顺序:需要用多种试剂和多种除杂的分离方法,要注意合理安排顺序(后面加入的试剂要能除去前面过量的试剂),使除杂分离效果好,操作简单。 注意:(1)应尽量选择既可除去杂质,又可增加主体物质的量的除杂方法。   (2)先考虑物理方法(如过滤、蒸发、蒸馏等操作),其次选用化学方法(如吸收法、转化法等)。 　　2.除杂常用方法 方法 适用范围或原理 举例 物理 方法 过滤法 ①固体与液体混合物的分离;②可溶性固体与不溶性固体混合物的分离 粗盐的提纯 结晶 法 蒸发 ①分离溶质与溶剂;②除去易挥发的杂质 从含有HCl的NaCl溶液中分离出固体NaCl 降温 可溶性固体物质的溶解度大小受温度影响 分离KNO3与NaCl的混合物 化学 方法 转化法 将固、液、气体中的杂质转化为被提纯物质 除去CO2中的CO,可将气体通过灼热的CuO 沉淀法 将杂质转化为沉淀而除去 除去NaCl中的Na2SO4,可加适量的BaCl2 气化法 将固、液体中的杂质转化为气体而除去 除去Na2SO4中的Na2CO3,可加适量稀H2SO4 加热法 杂质受热易分解,通过加热将杂质除去 除去Na2CO3中的NaHCO3 化学 方法 加酸溶 解法 将固体中的杂质转变为可溶物而除去 除去炭粉中的CuO,可加适量的稀H2SO4后,再过滤 置换法 类似于转化法,选用合适的试剂将杂质置换出来而除去 除去FeSO4中的CuSO4,可加适量的Fe粉后,再过滤 吸收法 适用于除去气体杂质,用一种溶液将气体中的杂质气体吸收 除去CO中的CO2气体,可将混合气通过足量氢氧化钠溶液 　3.常见物质的除杂归纳 物质(杂质) 除杂方法 CO2(CO) 把气体通过灼热的氧化铜 CO2(HCl) 通过饱和的NaHCO3溶液,干燥 CO2(H2O) 通过浓硫酸 CO(CO2) 通过足量的氢氧化钠溶液,干燥 H2(HCl、H2O) 通过盛有足量生石灰和氢氧化钠固体混合物的干燥管 H2(HCl) 通过足量的NaOH溶液,干燥 O2(HCl) 通过足量的NaOH溶液,干燥 O2(CO2) 通过足量的NaOH溶液,再通过浓硫酸 O2(H2O) 通过浓硫酸 N2(O2、H2O) 通过浓硫酸,再通过灼热的铜网 Cu(Fe或CuO) 加入足量的稀硫酸,过滤 CuO(C或Cu) 在空气(或氧气)流中灼烧混合物 CaO(CaCO3) 高温灼烧 CaCO3(CaO) 加大量水,过滤 FeSO4(CuSO4) 加入足量的铁粉,过滤 NaCl(Na2CO3) 加入适量的稀盐酸 NaCl(Na2SO4) 加入适量的氯化钡溶液,过滤 NaCl(CuSO4) 加入适量的氢氧化钡溶液,过滤 (续表) 物质(杂质) 除杂方法 NaCl(KNO3) 蒸发结晶 NaCl(NaOH) 加入适量的盐酸,蒸发 CaCl2(HCl) 加入碳酸钙粉末充分反应后过滤 KCl(K2CO3) 加入适量的盐酸,蒸发 NaOH(Na2CO3) 加入适量的澄清石灰水充分反应后过滤 KNO3(NaCl) 冷却热的饱和溶液 NaOH[Ca(OH)2] 加入适量的Na2CO3溶液,过滤 实验方案的设计与评价 一、变质问题的实验 以反应“A+B→C+D(假设起始物质是A,引起A变质的是物质B)”为例: 1.变质后物质成分的猜想 物质由于发生化学反应而变质,提出猜想时可从没有变质、部分变质和完全变质三种情况入手。 主要有①完全变质,物质的成分为 C、D(注意:固体成分中不包含生成的气体和液体;溶液成分中不包含生成的气体和沉淀;若生成物中有水,一般把水看作溶剂)。②没有变质,物质的成分仍然为 A。③部分变质,物质的成分为 A、C、D(注意:引起变质的物质B不会存在于变质后的物质中)。 2.变质后物质成分的检验 ①检验生成物的存在;②检验反应物的存在。 注意:生成物如果对反应物的检验造成干扰,则需要先检验并除去生成物,再检验反应物。 如检验氢氧化钠溶液是否完全变质时,需要向变质后的溶液中加入足量的氯化钡(或氯化钙等)溶液除去碳酸钠,然后用无色酚酞溶液检验氢氧化钠是否存在。 二、物质成分的实验(以 A+B→C+D 为例) 1.物质成分的猜想 反应后物质的成分存在两种情况:只有生成物或生成物和一种过量的反应物(因为两种反应物会发生反应,所以不可能同时存在)。 即①恰好完全反应,反应后物质的成分为 C、D。 ②A 过量,反应后物质的成分为 C、D、A。 ③B 过量,反应后物质的成分为 C、D、B。 2.物质成分的检验 ①生成物 C 和 D 一定存在,无须检验。 ②A 的检验,滴加一种试剂,产生现象 Ⅰ,推知 A 是否存在;B 的检验,滴加另一种试剂,产生现象 Ⅱ,推知 B 是否存在。 注意:①生成物如果对过量的反应物的检验造成干扰,则需要先除去生成物,再进行检验。 ②探究“溶液”成分时,生成物中的水常被看作溶剂,沉淀和气体不用探究;探究固体成分时,气体和溶液(包括水)不用探究。 三、探究性实验的设计 1.基本设计原则:科学性、可信性、安全性、简约性。 2.组装仪器原则:从左到右,自下而上。 一般顺序为气体制取→除杂→干燥→主体实验→实验产物的验证与尾气的处理。 3.仪器接口顺序:若为洗气瓶,则气体应长进短出;若为球形干燥管,则气体应大进小出;若利用多功能瓶,采用排水法收集气体,则气体应从短导管进入,水从长导管排出。 4.探究性实验设计的注意事项 (1)水的处理 ①作为杂质而除去:要先除去其他杂质,后干燥除水。 ②作为产物检验:要先检验水,再检验其他产物。 ③水的定量测量:测量前后都要排除外来水的干扰。 (2)避免意外事故发生 ①点燃可燃性气体(如 H2 、CO、CH4 等)之前,或用 H2 、CO还原 CuO、Fe2O3 加热之前,要先检验气体的纯度,并排尽装置内的空气,以防发生爆炸事故。 ②进行有毒气体(如 CO、SO2 、NO2 等)的性质实验时,要在通风橱中进行,并要注意尾气处理——CO点燃或用气囊收集起来等,SO2 、NO2 用碱液吸收。 ③用加热法制取某气体,并用排水法收集完毕时,要注意先把导管从水槽中取出,然后熄灭酒精灯,以免水倒吸,使仪器炸裂。 (3)探究燃烧的条件、铁生锈的条件、影响化学反应速率的因素时,常采用控制变量法。 提示:控制变量法在研究化学反应与外界因素之间的关系时,对影响物质变化的因素加以人为控制,使其他因素不变,集中研究其中一个因素的变化所产生的影响,以便于在研究过程中迅速找到物质变化的规律。 四、探究性实验的评价 探究性试题的评价包括评价实验原理是否科学合理、实验方案是否可行、实验装置的优劣对比、实验操作的正误判断、实验现象的描述、实验结论及实验成败的原因分析等。 扎实雄厚的“双基”、规范精准的语言表达是评价的前提,新颖独到的见解、深刻缜密的思维是评价的保障。 　 1.题型难度:各种题型均有涉及;难度为中等或偏难。 2.考查内容:探究性实验题是近几年贵州中考的热点题型,其中对氢氧化钠变质问题的探究、物质成分的探究、实验方案的设计与评价等属于高频考点。 3.核心素养:学科核心素养以证据推理与模型认知为主。 4.命题趋势:预计 2024 年中考仍将延续往年的命题规律,以氢氧化钠是否完全变质、中和反应、粗盐提纯等基本实验为抓手,结合微型实验装置,命制出变异类试题。 同时还要关注实验误差原因的分析、控制变量之类的对比实验的考查。 5.备考建议:掌握实验基本原理与方法,理解实验目的及设计思路等是解题的关键。 重难点一、物质的检验与鉴别 下列各组物质的溶液,不用其他试剂,无法将其一一鉴别的是 ( ) A.HCl、Ba(NO3)2、KCl、Na2CO3 B.H2SO4、NaOH、Ba(OH)2、CuCl2 C.BaCl2、Na2SO4、K2CO3、KNO3 D.HCl、H2SO4、BaCl2、K2CO3 C A.组内四种物质的溶液两两混合时,其中有一种溶液与其他三种溶液混合时出现一次白色沉淀和一次放出气体,该溶液为碳酸钠溶液,与碳酸钠溶液产生气体的溶液为盐酸,产生白色沉淀的为Ba(NO3)2,与碳酸钠溶液混合无明显现象的为KCl溶液,故不加其他试剂可以鉴别;B.CuCl2溶液是蓝色的,首先鉴别出蓝色的CuCl2溶液,能与CuCl2溶液反应产生蓝色沉淀的是NaOH、Ba(OH)2溶液,无明显变化的是H2SO4溶液,能与H2SO4反应产生 沉淀的是Ba(OH)2,故不加其他试剂可以鉴别;C.BaCl2溶液与Na2SO4、K2CO3溶液反应均能产生白色沉淀,但其余两两混合均没有明显现象,故不加其他试剂无法鉴别;D.组内四种物质的溶液两两混合时,其中有一种溶液与其他三种溶液混合时出现一次白色沉淀和两次放出气体,该溶液为K2CO3溶液,与K2CO3溶液产生气体的溶液为HCl、H2SO4,产生白色沉淀的为氯化钡,与氯化钡溶液混合产生白色沉淀的为稀硫酸,无明显现象的为稀盐酸,故不加其他试剂可以鉴别。 解答鉴别题的基本思路 ①根据各物质性质的差异寻找不同的现象(包括颜色、状态、气味、反应现象等); ②方法简单易行(先物理方法后化学方法)。 下列物质鉴别方案正确的是 ( ) C 选项 鉴别物质 实验方案 A N2、CO2、H2 用燃着的木条 B 尿素、氯化铵、硝酸铵 加熟石灰研磨闻气味 C 稀盐酸、碳酸钠溶液、氯化钠溶液 用pH试纸 D Fe2(SO4)3、NaOH、 NaNO3、KCl四种溶液 仅用组内物质鉴别 【解析】 A.氢气能燃烧发出淡蓝色火焰,氮气和二氧化碳都不可燃也不助燃,用燃着的木条不能鉴别氮气和二氧化碳,不正确;B.氯化铵和硝酸铵中都含有铵根离子,加熟石灰研磨都能闻到有刺激性气味的气体,不能鉴别,不正确;C.稀盐酸显酸性、碳酸钠溶液显碱性、氯化钠溶液显中性,pH试纸测出的数值都不相同,正确;D.四种溶液中硫酸铁溶液呈黄色,其他都是无色的,能和硫酸铁反应生成红褐色氢氧化铁沉淀的是氢 氧化钠,但硝酸钠、氯化钾和硫酸铁、氢氧化钠都不反应,不加试剂不能鉴别出硝酸钠和氯化钾,不正确。 重难点二、物质的分离与除杂 除去下列物质中所含的杂质,所用的试剂和方法正确的是 ( ) C 选项 物质 杂质 试剂和方法 A CO2 水蒸气 通过碱石灰 B KOH溶液 Ca(OH)2 加入过量K2CO3 溶液,过滤 C CaO CaCO3 高温煅烧 D CuO Cu 加入适量稀硫酸,过滤 碱石灰的主要成分是氧化钙和氢氧化钠,氧化钙能和水反应生成氢氧化钙,二氧化碳能与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,除去水蒸气的同时也把二氧化碳除去了;氢氧化钙能与碳酸钾反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钾,能除去氢氧化钙但引入了新杂质(过量的)碳酸钾;碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳,能除去杂质且不引入新杂质;氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和水,铜与稀硫酸不反应,不但不能除去杂质铜,反而把主体物质氧化铜除去了。 除杂的必备条件 　除杂至少要满足两个条件:①一般加入的试剂只能与杂质反应,不能与原物质反应;②反应后不能引入新的杂质。   除去下列物质中的少量杂质(括号内为杂质),所选用的试剂及操作方法正确的是 ( ) A.MnO2(C)——加水,过滤 B.CO2(HCl)——通过盛有足量NaOH溶液的洗气瓶,再通过盛有浓硫酸的洗气瓶 C.KCl溶液(K2CO3)——滴加适量稀硫酸 D.CuSO4溶液(H2SO4)——加过量的CuO,过滤 D 【解析】 A.碳、二氧化锰均难溶于水,不能用加水、过滤的方法进行分离,故选项所采取的方法错误;B.CO2和HCl气体均能与NaOH溶液反应,不但会把杂质除去,也会把原物质除去,不符合除杂原则,故选项所采取的方法错误;C.K2CO3能与适量稀硫酸反应生成硫酸钾、水和二氧化碳,能除去杂质但引入了新的杂质硫酸钾,不符合除杂原则,故选项所采取的方法错误;D.H2SO4能与过量的CuO反应生成硫酸铜和水,再过滤,能除去杂质且没有引入新的杂质,符合除杂原则,故选项所采取的方法正确。 重难点三、实验方案的评价 区分是利用物质形式的不同对物质区分的一种方法,下列实验方案不合理的是 ( ) D 选项 目的 实验方案 A 区分软水与硬水 取等量硬水、软水,分别滴加等量的肥皂水,振荡 B 区分稀硫酸与氢氧化钠溶液 分别用玻璃棒蘸取溶液,滴在pH试纸上 C 区分羊毛与涤纶 分别取样,灼烧,闻气味 D 区分CO2和N2两种气体 分别向盛有气体的集气瓶中伸入燃着的木条 区分软水和硬水可以选用等量的肥皂水;pH试纸可以检测试剂的酸碱性,从而可以区分酸碱性不同的物质;天然纤维和合成纤维可以用灼烧闻气味的方法进行区分;二氧化碳与氮气都不能燃烧也不支持燃烧,不能用燃着的木条区分。 评价实验方案时的一般思路 (1)方案在理论上是否科学合理,是否具有严密性; (2)在满足安全性的前提下,操作上是否简单易行; (3)从经济角度评价,是否节约药品、降低成本和提高产品产量; (4)从环保角度考虑,是否会给环境造成污染等。 化学是一门以实验为基础的科学。下列实验方法能达到实验目的的是 ( ) C 选项 实验目的 实验方法 A 配制质量分数为5%的KNO3溶液 向盛有5.0 g KNO3固体的烧杯中,加入100 g水,搅拌 B 验证Al、Cu、Ag的金属活动性顺序 向CuSO4溶液和AgNO3溶液中各放入大小、形状相同的铝丝 (续表) 选项 实验目的 实验方法 C 检验氢气的纯度 用拇指堵住集满氢气的试管口,管口向下靠近火焰,移开拇指点火 D 鉴别CuSO4、BaSO4和CaCO3三种白色固体 分别取少量固体样品,加适量水,搅拌 【解析】 A.向盛有5.0 g KNO3固体的烧杯中,加入100 g水,搅拌,得到的溶液的质量分数为4.8%,该选项不能达到实验目的;B.铝能和硝酸银、硫酸铜反应,说明铝最活泼,不能比较银和铜的活动性,该选项不能达到实验目的;C.用拇指堵住集满氢气的试管口,管口向下靠近火焰,移开拇指点火,如果发出尖锐的爆鸣声,说明氢气不纯,如果发出“噗噗”声,说明氢气纯净,该选项能够达到实验目的;D.硫酸铜溶于水形成蓝色溶液, 硫酸钡和碳酸钙都是难溶于水的白色固体,不能区分硫酸钡和碳酸钙,该选项不能达到实验目的。 物质的检验与鉴别、分离与提纯及实验的设计与评价 1.(2023·贵州)某同学对下列四个实验都分别设计了两种方案,其中两种方案均能达到实验目的的是 ( ) C 选项 实验 方案一 方案二 A 除去CO2中的CO 点燃 通过灼热的炭层 B 除去CaO中的CaCO3 高温煅烧 加足量的稀盐酸 C 鉴别NaCl 和NH4NO3 固体 取等量的固体,加入等量同温的水,溶解,测温度变化 取样,加熟石灰混合研磨,闻气味 D 鉴别CuO 粉末和 木炭粉 取样,观察颜色 取样,加入足量稀盐酸 2.(2022·贵阳)下列实验目的与实验操作不相符的是 ( ) C 选项 实验目的 实验操作 A 区别软水和硬水 取样,各加入适量肥皂水,振荡 B 防止集气瓶中硫燃烧的产物污染空气 集气瓶中加一定量水 C 除去粗盐中混有的泥沙 加水、溶解、蒸发 D 鉴别化肥NH4Cl和KNO3 取样,分别加入熟石灰,研磨,闻气味 $$