01 摭谈化学实验方案设计与评价试题的考查及解答-《中学生数理化》高考理化2025年2月刊

摭谈化学实验方案设计与评价试题的考查及解答 ■宁夏育才中学 王开山 ■宁夏大学附属中学 黑学军 纵观近年全国各地高考真题和模拟题, 和化学实验方案设计与评价有关的问题成为 高频考点,由于其综合性强,同时也成为考生 的痛点和失分点。现节选并梳理近年高考试 题与模拟试题中的相关实验方案设计与评价 问题,并给出解答要点,供考生参考。 类型一:分离提纯类 考点分析:对混合物进行分离提纯是化 学基本实验操作。明确混合物中各成分的物 理性质和化学性质是进行分离提纯方案设计 的关键,根据提纯方法选择合适的仪器和试 剂,最终形成正确的提纯方案。主要考查仪 器和试剂的选择和具体的实验操作。 解答要点:分析性质(物理性质和化学性 质)→确定方法(化学方法还是物理方法)→ 选取试剂与仪器→操作(溶解、过滤、蒸发、结 晶、洗涤、干燥等)。 方案设计:向 中加入 试剂,使其 充分反应,待 时, 。 例 1 某科研小组采用如下方案回收 一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他 金属含量过低,对实验的影响可忽略)。 已 知:①AgCl可 溶 于 氨 水:AgCl+ 2NH3·H2O􀜩􀜨􀜑 Ag(NH3)+2 +Cl-+2H2O。 ②常温时 N2H4·H2O(水合肼)在碱性 条件下能还原 Ag(NH3)+2 :4Ag(NH3)+2 + N2H4·H2O 􀪅􀪅4Ag↓+N2↑+4NH+4 + 4NH3↑+H2O。 请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag 的实验方案: (实验中须使用的试剂有: 2 mol·L-1 水合肼溶液,1 mol·L-1H2SO4)。 解析:“过滤Ⅱ”后滤液含有银氨配离 子,常温时 N2H4·H2O(水合肼)在碱性条 件下 能 还 原 Ag(NH3)+2 :4Ag(NH3)+2 + N2H4·H2O􀪅􀪅4Ag↓+N2↑+4NH+4 + 4NH3↑+H2O ,所以首先向该滤液中加入 水合肼把银氨配离子充分还原,由于该反应 所产生气体中含有NH3,NH3 有强烈的刺激 性气味会污染空气,所以要设计尾气处理措 施,可 以 用 题 中 提 供 的、要 求 必 须 使 用 的 H2SO4 作尾气吸收剂把 NH3 吸收。最后把 反应混合物静置、过滤、洗涤、干燥即可得到 回收的Ag。 答案:向滤液中滴加2 mol·L-1 水合肼 溶液,搅拌使其充分反应,同时用1 mol·L-1 H2SO4 溶液吸收反应中放出的NH3,待溶液中 无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥 类型二:成分检验类 考点分析:化学物质常以混合物的形式 存在,设计实验方案检验混合物中的成分要 考虑混合物中可能成分的性质(物理性质和 化学性质)。主要考查方案设计的操作是否 简便、现象是否明显、结论是否可信等。 解答要点:获取样品→分析原理→添加 试剂→观察现象→得出结论。 方案设计:取少量样品于一支干燥洁净 的试管中,滴加 试剂,若出现 现象, 则说明存在 ,反之不存在 。 例 2 已知:5SO2-3 +2IO-3 +2H+􀪅􀪅I2 +5SO2-4 +H2O。某含碘废水(pH约为8)中 一定存在I2,可能存在I-、IO-3 中的一种或两 种。请补充完整检验含碘废水中是否含有I-、 IO-3 的实验方案:取适量含碘废水用CCl4 多 次萃取、分液,直到水层用淀粉溶液检验不出 I2 存在; 。实验中可供选择的试剂:稀盐 酸、淀粉溶液、FeCl3 溶液、Na2SO3 溶液。 解析:检验I-、IO-3 的主要方法是将I- 氧化为I2,IO-3 还原为I2,再通过淀粉溶液检 验I2。氧化I- 可选择FeCl3 溶液,还原IO-3 可选择Na2SO3 溶液。 答案:从水层取少量溶液,加入2~3滴 淀粉溶液,加盐酸酸化,滴加FeCl3 溶液,若 溶液变蓝,说明废水中含有I-,若溶液不变 蓝,说明不含I-;另从水层取少量溶液,加入 2~3 滴 淀 粉 溶 液,加 盐 酸 酸 化,再 滴 加 3 知识篇 科学备考与策略 高考理化 2025年2月 Na2SO3 溶液,若溶液变蓝,说明废水中含有 IO-3,若溶液不变蓝,说明不含IO-3 类型三:物质制备类 考点分析:物质制备实验涉及药品、装 置、原理等各方面,综合性强,能力要求较高。 主要考查对实验原理的理解、关键信息的获 取、加工以及方案设计的逻辑严密性。 解答要点:分析原理→设计方案→核心 转化→尾气处理→产品分离与提纯 方案设计:在 中滴加 试剂,进 行 操作,当 时,停止 。 例 3 以 Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿 素)和SO2 为原料可制备N2H4·H2O(水合 肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下: 已知:N2H4·H2O沸点约118 ℃,具有 强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。 步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品 Na2CO3 制备无水Na2SO3(水溶液中 H2SO3、HSO-3、 SO2-3 随pH 的分布如图1所示,Na2SO3 的 溶解度曲线如图2所示)。 图1 图2 边搅拌边向Na2CO3 溶液中通入SO2 制 备NaHSO3 溶液。当pH约为4时,停止通 SO2。请补充完整由NaHSO3 溶液制备无水 Na2SO3 的实验方案: ,用少量无水乙醇 洗涤,干燥,密封包装。 解 析:由 NaHSO3 溶 液 制 备 无 水 Na2SO3,首先要加入 NaOH 将 NaHSO3 转 化为Na2SO3,根据含硫微粒与pH 的关系, 加入NaOH应调节溶液的pH约为10;根据 Na2SO3 的溶解度曲线,温度高于34 ℃析出 Na2SO3,低于34 ℃析出Na2SO3·7H2O,所 以从Na2SO3 溶液中获得无水 Na2SO3 应控 制温度高于34 ℃。 答案:边搅拌边向NaHSO3 溶液中滴加 NaOH溶液,测量溶液pH,pH 约为10时, 停止滴加NaOH溶液,加热浓缩溶液至有大 量晶体析出,在高于34 ℃条件下趁热过滤 类型四:方案评价类 考点分析:试题给出现有方案,需要考生 根据实验目的和其他具体要求对方案进行评 价,给出方案设计的优缺点等,试题综合性 较强。 解答要点:分析方案→找出优点和不足 →补充完善方案。 方案评价:优点主要考虑价廉、原料易 得、可循环使用等;缺点主要考虑环保、价格、 步骤等。 例 4 半水煤气是工业合成氨的原料气, 其主要成分是H2、CO、CO2、N2 和H2O(g)。半 水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。 碱液吸收法是脱除 CO2 的方法之一。 已知: 碱液 Na2CO3 K2CO3 20 ℃碱液最高浓度 (mol·L-1) 2.0 8.0 碱的价格(元/kg) 1.25 9.80 若选择 Na2CO3 碱液作吸收液,其优点 是 ;缺点是 。如果选择K2CO3 碱液 作吸收液,其优点是 。 解析:根 据 表 格 中 数 据 可 知,若 选 择 Na2CO3 溶液作为吸收液,其优点是价格便 宜,而缺点是由于20 ℃时饱和浓度较低,吸 收CO2 能力差;如果选择K2CO3 碱液作吸收 液,其优点是吸收CO2 能力强,并且生成的 KHCO3 受热易分解产生 K2CO3,可以降低 成本,循环使用。 答案:价格便宜 吸收CO2 能力差 吸 收CO2 能力强,生成的KHCO3 受热易分解 产生K2CO3,可以循环使用,降低成本 (责任编辑 谢启刚) 4 知识篇 科学备考与策略 高考理化 2025年2月