專題十六 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

張海洋

高考動(dòng)向

在全國(guó)高考新課標(biāo)化學(xué)大綱中，對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的要求是“能根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要求，做到設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案”?？v觀當(dāng)前的高考化學(xué)試題，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的考查越來(lái)越關(guān)注，逐漸在呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

能根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題繪制和識(shí)別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖。

考點(diǎn)分析

考點(diǎn)1. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品以及裝置、實(shí)驗(yàn)操作及規(guī)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理、實(shí)驗(yàn)程序等六個(gè)要素，這些要素之間存在緊密的邏輯關(guān)系。

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)?zāi)康囊笫菍?shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的要求相當(dāng)明確。

（2）實(shí)驗(yàn)原理。只有明確實(shí)驗(yàn)原理和方法，才能對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作出合理的規(guī)劃。在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上，綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)類比、遷移、分析，從而確定（選擇或擬出）實(shí)驗(yàn)原理。

（3）實(shí)驗(yàn)用品。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和原理，以及實(shí)驗(yàn)需要控制的條件等，合理選擇實(shí)驗(yàn)所需要的儀器和藥品。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置與步驟。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，以及選用的實(shí)驗(yàn)儀器和用品，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟，能繪制或識(shí)別相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。

（5）預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和過(guò)程，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)將觀察到的現(xiàn)象，以及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶⒁涗浤切?shù)據(jù)等。

（6）預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。預(yù)測(cè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，通過(guò)分析、計(jì)算、圖表、推理等處理，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

考點(diǎn)2. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本思路

化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)是在準(zhǔn)確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅炀氄莆粘Ｒ?jiàn)實(shí)驗(yàn)儀器使用，融會(huì)貫通各部分化學(xué)知識(shí)，敏銳把握實(shí)驗(yàn)手段優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，按照一定的實(shí)驗(yàn)思路對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、儀器、裝置、步驟和方法等進(jìn)行合理安排與規(guī)劃。一般的思路是：

（1）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，一定要知道解決的是什么問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)要達(dá)到什么樣的目的，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明確清晰的方向。

（2）提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，結(jié)合已有的化學(xué)知識(shí)與技能，尊重當(dāng)前已有的實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)提出初步的設(shè)想。

（3）確定實(shí)驗(yàn)原理。根據(jù)前面提出的實(shí)驗(yàn)假設(shè)，遵循有關(guān)實(shí)驗(yàn)要求和基本原則，結(jié)合已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，確定合適的實(shí)驗(yàn)原理。

（4）控制實(shí)驗(yàn)變量。圍繞實(shí)驗(yàn)假設(shè)和實(shí)驗(yàn)原理確定被試和變量，通過(guò)分析影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的各種變量，對(duì)其中的有關(guān)變量進(jìn)行合理控制和安排，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

（5）選擇實(shí)驗(yàn)方法。要對(duì)實(shí)驗(yàn)變量進(jìn)行合理的控制，就需要利用最基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，選擇本實(shí)驗(yàn)最合適的實(shí)驗(yàn)方法。

（6）制訂實(shí)驗(yàn)步驟。按照實(shí)驗(yàn)變量的控制和安排，依據(jù)所選擇的實(shí)驗(yàn)原理和方法，遵循一定的實(shí)驗(yàn)邏輯順序，依次制訂實(shí)驗(yàn)步驟。

（7）選擇用品和設(shè)計(jì)裝置。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟的要求選擇適合的實(shí)驗(yàn)用品，并按照實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)裝置。

（8）評(píng)價(jià)與修正實(shí)驗(yàn)方案?；仡檶?shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程，修正檢驗(yàn)假設(shè)，對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)。

考點(diǎn)3. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本類型

從實(shí)驗(yàn)研究的側(cè)重點(diǎn)和中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)際來(lái)看，化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的類型主要包括：

（1）定性實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：①制取某種物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)；②物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)；③物質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)；④分離混合物或從混合物中提取某物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)；⑤驗(yàn)證化學(xué)原理、化學(xué)概念或化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

（2）定量實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：①測(cè)定某些中學(xué)化學(xué)常用計(jì)量（某元素的相對(duì)原子質(zhì)量、阿伏加德羅常數(shù)）的實(shí)驗(yàn)；②確定物質(zhì)組成（混合物各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、某化合物的定量組成）的實(shí)驗(yàn)；③測(cè)定化學(xué)反應(yīng)中能量變化（如反應(yīng)熱、中和熱）的實(shí)驗(yàn)。

（3）結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：用以測(cè)定物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，包含測(cè)定分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)等。

考點(diǎn)突破

綜合分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考查的高考題型，可從設(shè)問(wèn)的形式將題型分為三類，包括實(shí)驗(yàn)步驟型方案設(shè)計(jì)題、實(shí)驗(yàn)裝置型方案設(shè)計(jì)題和實(shí)驗(yàn)變量型方案設(shè)計(jì)題。盡管它們?cè)O(shè)問(wèn)的形式不同，但解題的思路是一樣的。

1. 實(shí)驗(yàn)步驟型方案設(shè)計(jì)題。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題型多以實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行考查，以前高考只要求學(xué)生完成部分實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在比較多地要求學(xué)生完成全部實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，說(shuō)明考查的要求在不斷地提高。

【例1】（2015·上海）甲醛和新制氫氧化銅的反應(yīng)顯示了甲醛的還原性，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式通常表示如下：

若向足量新制氫氧化銅中加入少量甲醛，充分反應(yīng)，甲醛的氧化產(chǎn)物不是甲酸或甲酸鹽，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一判斷。

①主要儀器：試管、酒精燈。

②可供選用的試劑：硫酸銅溶液、甲醛、甲酸、氫氧化鈉溶液

【解析】按照化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本思路進(jìn)行解題。

（1）確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)證明醛的氧化產(chǎn)物不是甲酸或甲酸鹽。

（2）提出初步假設(shè)：甲酸和甲酸鹽都含有醛基，通過(guò)檢驗(yàn)是否存在醛基進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）確定實(shí)驗(yàn)原理：檢驗(yàn)醛基的存在常用銀氨溶液或新制氫氧化銅等試劑，根據(jù)本題所給條件，應(yīng)選擇新制氫氧化銅。

（4）控制實(shí)驗(yàn)變量：對(duì)醛基進(jìn)行檢驗(yàn)。

（5）選擇實(shí)驗(yàn)方法：采用物質(zhì)檢驗(yàn)的方法，通過(guò)判斷是否有磚紅色沉淀產(chǎn)生進(jìn)行判斷。

（6）制訂實(shí)驗(yàn)步驟：第一步要新制氫氧化銅懸濁液，第二步是將反應(yīng)后的溶液與新制氫氧化銅反應(yīng)。

……

【答案】向試管中加入2ml10%的NaOH溶液，然后向其中滴加2%的硫酸銅溶液CuSO4溶液4-6滴，產(chǎn)生Cu（OH）2藍(lán)色絮狀沉淀；取少量反應(yīng)后的溶液，加入到新制Cu（OH）2懸濁液中，加熱煮沸，觀察有無(wú)磚紅色沉淀產(chǎn)生，若有證明含有甲酸或甲酸鹽，否則不含有甲酸或甲酸鹽。

2. 實(shí)驗(yàn)裝置型方案設(shè)計(jì)題。

實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)也是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)考查的常見(jiàn)形式，有時(shí)候是考查一組儀器或裝置的鏈接，有時(shí)候是考查部分裝置的作圖，都比較有利于考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的能力。

【例2】（2015·北京）研究CO2在海洋中的轉(zhuǎn)移和歸宿，是當(dāng)今海洋科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。海水中溶解無(wú)機(jī)碳占海水總碳的95%以上，其準(zhǔn)確測(cè)量是研究海洋碳循環(huán)的基礎(chǔ)。測(cè)量溶解無(wú)機(jī)碳，可采用如下方法：

①氣提、吸收CO2。用N2從酸化后的海水中吹出CO2并用堿液吸收（裝置示意圖如下）。將虛線框中的裝置補(bǔ)充完整并標(biāo)出所用試劑。

②滴定。將吸收液吸收后的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為NaHCO3，再用x mol/L HCl溶液滴定，消耗y mL HCl 溶液，海水中溶解無(wú)機(jī)碳的濃度= mol/L。

【解析】按照化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本思路進(jìn)行解題——

（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定海水中溶解無(wú)機(jī)碳的含量。

（2）提出初步假設(shè)：將海水中的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2，將CO2用NaOH吸收，并轉(zhuǎn)化為NaHCO3，最后用鹽酸滴定來(lái)計(jì)算溶解無(wú)機(jī)碳的濃度。

（3）確定實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)海水中HCO3-與酸反應(yīng)、CO2與NaOH反應(yīng)、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)等三個(gè)反應(yīng)來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

（4）控制實(shí)驗(yàn)變量：海水中HCO3-的轉(zhuǎn)化情況，CO2的吸收情況，NaHCO3滴定消耗鹽酸的情況。

（5）選擇實(shí)驗(yàn)方法：采用物質(zhì)轉(zhuǎn)化和分離、滴定等實(shí)驗(yàn)方法。

（6）制訂實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化裝置和CO2吸收裝置；②檢驗(yàn)氣密性；③添加藥品；④開(kāi)始無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)；⑤滴定（略）；⑥計(jì)算。

（7）選擇實(shí)驗(yàn)用品和裝置：要用硫酸來(lái)酸化海水，不能用鹽酸等揮發(fā)性的酸，否則會(huì)影響后續(xù)的滴定；無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化裝置中的導(dǎo)管要“長(zhǎng)進(jìn)短出”，還需要添加硫酸的分液漏斗。（其它略）

……

【答案】①見(jiàn)右圖。②xy/z。

3. 實(shí)驗(yàn)變量型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題。

構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量控制，也能整體反映實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。以實(shí)驗(yàn)變量控制的形式命題，已經(jīng)成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的新方向。

【例5】（2015·廣東）NH3及其鹽都是重要的化工原料。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究某一種因素對(duì)溶液中NH4Cl水解程度的影響。

限制試劑與儀器：固體NH4Cl，蒸餾水、100mL容量瓶、燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、藥匙、天平、PH計(jì)、溫度計(jì)、恒溫水浴槽（可控制溫度）。

①實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄?對(duì)溶液中NH4Cl水解程度的影響。

②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)表格，完整體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案（列出能直接讀取數(shù)據(jù)的相關(guān)物理量及需擬定的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)用字母表示；表中V（溶液）表示所配制溶液的體積）。

③按實(shí)驗(yàn)序號(hào)I所擬數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若讀取的待測(cè)物理量的數(shù)值為Y，則NH4Cl水解反應(yīng)得平衡轉(zhuǎn)化率為 （只列出算式，忽略水自身電離的影響）。

（本題只選取了高考原題的一部分）

【解析】按照化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本思路進(jìn)行解題。

（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繙囟龋ɑ驖舛龋?duì)溶液中NH4Cl水解程度的影響。

（2）提出初步假設(shè)：鹽類水解程度外部影響因素主要是溫度、濃度及外加物質(zhì)等。根據(jù)題目已給條件，可以選擇從改變溫度或改變濃度的角度進(jìn)行探究，“外加物質(zhì)”不作為研究變量。

（3）確定實(shí)驗(yàn)原理：溫度會(huì)影響鹽類的水解平衡常數(shù)，改變溫度必然會(huì)影響鹽的水解程度；濃度盡管不影響鹽類的水解平衡常數(shù)，但改變濃度會(huì)引起平衡移動(dòng)，故最后影響鹽的水解程度。

（4）控制實(shí)驗(yàn)變量：實(shí)驗(yàn)變量包括濃度、溫度和溶液pH（反應(yīng)水解程度的變量），其中濃度和溫度為控制變量，溶液pH為待測(cè)物理量。當(dāng)研究溫度的影響時(shí)，則要控制NH4Cl的濃度不變，通過(guò)改變溫度來(lái)研究對(duì)NH4Cl水解程度的影響；當(dāng)研究濃度的影響時(shí)，則要控制溫度不變，通過(guò)改變NH4Cl的濃度來(lái)研究對(duì)自身水解程度的影響。

填寫(xiě)表格時(shí)，字母相同表示對(duì)應(yīng)條件一樣，字母不同表示對(duì)應(yīng)條件不一樣；本表沒(méi)有直接表示濃度變量，但溶液體積V都是100mL，那么溶液中NH4Cl的質(zhì)量情況即可反映濃度。

……

【答案】①溫度或濃度（只選一種情況進(jìn)行研究）。②見(jiàn)下表。

決勝高考

1.（2015·安徽）某研究小組將純凈的SO2氣體通入0.1 mol/L的Ba（NO3）2溶液中，得到了BaSO4沉淀，為探究上述溶液中何種微粒能氧化通入的SO2，該小組突出了如下假設(shè)：

假設(shè)一：溶液中的NO3-；假設(shè)二：溶液中溶解的O2。

（1）驗(yàn)證假設(shè)一

該小組涉及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了假設(shè)一，請(qǐng)?jiān)谙卤砜瞻滋幪顚?xiě)相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)2：在盛有不含O2的25mL 0.1 mol/L的Ba（NO3）2溶液的燒杯中，緩慢通入純凈的SO2氣體

（2）為深入研究該反應(yīng)，該小組還測(cè)得上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中溶液的pH隨通入SO2體積的變化曲線入下圖。

實(shí)驗(yàn)1中溶液pH變小的原因是

；

V1時(shí)，實(shí)驗(yàn)2中溶液pH小于實(shí)驗(yàn)1的原因是（用離子方程式表示

。

（3）驗(yàn)證假設(shè)二

請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)二，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。

（4）若假設(shè)二成立，請(qǐng)預(yù)測(cè)：在相同條件下，分別用足量的O2和KNO3，氧化相同的H2SO3溶液（溶液體積變化忽略不計(jì)），充分反應(yīng)后兩溶液的pH前者 （填大于或小于）后者，理由是 。

2.（2015·全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ卷）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體（H2C2O4·2H2O）無(wú)色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解?；卮鹣铝袉?wèn)題：

（1）甲組同學(xué)按照如圖4所示的裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)草酸晶體的分解產(chǎn)物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是 ，由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有 。裝置B的主要作用是 。

（2）乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解的產(chǎn)物中含有CO，為進(jìn)行驗(yàn)證，選用甲組實(shí)驗(yàn)中的裝置A、B和圖5所示的部分裝置（可以重復(fù)選用）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中，依次連接的合理順序?yàn)锳、B、 。裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是 。②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是 。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：①草酸的酸性比碳酸的強(qiáng)

；②草酸為二元酸

。

3.（2015·福建）某化學(xué)興趣小組制取氯酸鉀和氯水并進(jìn)行有關(guān)探究實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：制取氯酸鉀和氯水

利用圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）制取實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出B中試管冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌。該實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程需要的玻璃儀器有

。

（2）若對(duì)調(diào)B和C裝置的位置， （填“能”或 “不能”）提高B中氯酸鉀的產(chǎn)率。

實(shí)驗(yàn)二 氯酸鉀與碘化鉀反應(yīng)的探究

（3）在不同條件下KClO3可將KI氧化為I2或KIO3。該小組設(shè)計(jì)了系列實(shí)驗(yàn)研究反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響，其中系列a實(shí)驗(yàn)的記錄表如下（實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行）：

①系列a實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?。

②設(shè)計(jì)1號(hào)試管實(shí)驗(yàn)的作用是 。

③若2號(hào)試管實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為“黃色溶液”，取少量該溶液加入淀粉溶液顯藍(lán)色；假設(shè)氧化產(chǎn)物唯一，還原產(chǎn)物為KCl，則此反應(yīng)的離子方程式為

。

實(shí)驗(yàn)三 測(cè)定飽和氯水中氯元素的總量

（4）該小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為：使用圖7裝置，加熱15.0ml飽和氯水試樣，測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積。此方案不可行的主要原因是

。（不考慮實(shí)驗(yàn)裝置及操作失誤導(dǎo)致不可行的原因）

（5）根據(jù)下列資料，為該小組設(shè)計(jì)一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)方案（不必描述操作過(guò)程的細(xì)節(jié)）：

。

資料：ⅰ.次氯酸會(huì)破壞酸堿指示劑；

ⅱ.次氯酸或氯水可被SO2、H2O2、FeCl2等物質(zhì)還原成Cl-。

4.（2014·廣東）H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。

（1）某小組擬在同濃度Fe3+的催化下，探究H2O2濃度對(duì)H2O2分解反應(yīng)速率的影響。

限選試劑與儀器：30% H2O2、0.1mol·L-1Fe2（SO4）3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導(dǎo)管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器

①寫(xiě)出本實(shí)驗(yàn)H2O2分解反應(yīng)方程式并標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：

。

②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：在不同H2O2濃度下，測(cè)定

（要求所測(cè)得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大?。?。

③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，完成圖8的裝置示意圖。

④參照下表格式，擬定實(shí)驗(yàn)表格，完整體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案（列出所選試劑體積、需記錄的待測(cè)物理量和所擬定的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)用字母表示）。

（2）利用下圖（a）和（b）中的信息，按（c）裝置（連能的A、B瓶中已充有NO2氣體）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？捎^察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的 （填“深”或“淺”），其原因是

。

答案點(diǎn)撥

1.（1）實(shí)驗(yàn)1：無(wú)現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)2：生產(chǎn)白色沉淀。（2）SO2溶于水后生成H2SO3；3SO2+2H2O+2NO3-=2NO+4H++3SO42-。（3）實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)下表。

（4）小于；反應(yīng)的離子方程式表明，足量的O2和NO3-分別氧化相同的H2SO3，生成的H+的物質(zhì)的量前者大于后者反應(yīng)的離子方程式表明，足量的O2和NO3-分別氧化相同的H2SO3，生成的H+的物質(zhì)的量前者大于后者。

解析：（1）根據(jù)強(qiáng)酸制取弱酸的原理，二氧化硫溶于水后生成H2SO3，亞硫酸是弱酸不能制備鹽酸，故實(shí)驗(yàn)1無(wú)現(xiàn)象；二氧化硫溶于水后生成H2SO3，亞硫酸電離出氫離子（H2SO3·2H++SO32-），NO3-在酸性條件下具有強(qiáng)的氧化性，將SO32-氧化成SO42+，從而與Ba2+反應(yīng)生成BaSO4白色沉淀。（2）實(shí)驗(yàn)1中，二氧化硫溶于水后生成H2SO3，H2SO3是一種弱酸，所以溶液的pH減??；實(shí)驗(yàn)2中，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后生成H2SO4，H2SO4是一種強(qiáng)酸，與H2SO3相同濃度時(shí)，H2SO4溶液酸性更強(qiáng)，所以pH更小。（3）要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)二，同樣要設(shè)計(jì)一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即在有O2和無(wú)O2兩種條件下，將SO2通入到BaCl2溶液中，若有白色沉淀生成，則假設(shè)二成立。（4）H2SO3分別與O2、KNO3反應(yīng)的離子方程式為：2H2SO3+O2=4H++2SO42-和3H2SO3+2NO3-=2NO↑+4H++H2O+3SO42-，根據(jù)兩個(gè)離子方程式可以判斷，當(dāng)參加反應(yīng)的H2SO3相同時(shí)，與O2反應(yīng)生成的H+要多，故溶液的pH要小。

2.（1）有氣泡逸出、澄清石灰水變混濁；CO2；冷凝（水蒸氣、草酸等），防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗(yàn)。（2）①F、D、G、H、D、I； CuO（氧化銅）；②H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁。（3）① 向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生；②用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量為草酸的2倍。

解析：（1）根據(jù)草酸晶體分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合碳元素化合價(jià)，并綜合分析實(shí)驗(yàn)裝置圖設(shè)計(jì)意圖，可以推斷草酸受熱分解會(huì)產(chǎn)生CO2，從而使燒杯中澄清石灰水變渾濁；由于草酸易升華，且其鈣鹽難溶于水，B裝置溫度較低，有冷凝作用，防止升華的草酸干擾C裝置實(shí)驗(yàn)。（2）①要檢驗(yàn)生成CO，在A、B裝置之后，“用濃氫氧化鈉除去CO2→用澄清石灰水檢驗(yàn)CO2的除去情況→用堿石灰干燥CO→CO還原CuO得到CO2→再利用澄清石灰水檢驗(yàn)生成的CO2→用排水法收集剩余的CO”，這樣就有了裝置連接的順序了，H裝置中盛放的物質(zhì)就是CuO；②常用CuO來(lái)檢驗(yàn)CO，現(xiàn)象就是黑色CuO變成紅色的Cu，生成的氣體能使澄清石灰水變渾濁。（3）①要證明草酸酸性大于碳酸，可以利用強(qiáng)酸制取弱酸；②利用酸堿中和滴定酸堿物質(zhì)的量比確定草酸是二元酸。

3.（1）燒杯、漏斗、玻璃棒、膠頭滴管。（2）能。（3）① 研究反應(yīng)體系中硫酸濃度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響；② 硫酸濃度為0的對(duì)照實(shí)驗(yàn)；③ ClO3+6I-+6H+=Cl+3I2+3H2O。（4）因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案無(wú)法測(cè)算試樣含氯總量（或其他合理答案）。（5）量取一定量的試樣，加入足量的H2O2溶液，加熱除去過(guò)量的H2O2，冷卻，再加入足量的硝酸銀溶液，稱量沉淀質(zhì)量（或其他合理答案）。

解析：（1）進(jìn)行冷卻結(jié)晶操作需要燒杯，進(jìn)行過(guò)濾操作需要燒杯、漏斗和玻璃棒，進(jìn)行洗滌操作需要膠頭滴管，故答案為燒杯、漏斗、玻璃棒、膠頭滴管。（2）二氧化錳與濃鹽酸來(lái)制取氯氣，制得的氯氣常含有氯化氫，氯化氫能與KOH反應(yīng)而降低B中的氯酸鉀產(chǎn)率，若對(duì)調(diào)B和C裝置，水能吸收氯化氫，從而除去氯化氫的影響，提高B中氯酸鉀的產(chǎn)率。（3）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，對(duì)比試管1、2、3、4中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，KI和KClO3的量是系統(tǒng)的，混合后溶液的體積是相同的，但不同的是H2SO4的用量，所以H2SO4的濃度時(shí)要控制的變量，實(shí)驗(yàn)的目的就是研究反應(yīng)體系中硫酸濃度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響；②1號(hào)試管中沒(méi)有H2SO4，其作用就是當(dāng)硫酸濃度為0的對(duì)照實(shí)驗(yàn)；③知道反應(yīng)物和生成物即可寫(xiě)出離子反應(yīng)方程式，本反應(yīng)中的反應(yīng)物是KI、KClO3和H2SO4，產(chǎn)物為I2、KCl，還有H2O。（4）氯水中存在Cl2、HClO和HCl，而且中間又會(huì)發(fā)生HClO分解和Cl2的再溶解，所以其中氯主要會(huì)以Cl2和HCl形式存在，此方案無(wú)法測(cè)算試樣含氯總量。（5）根據(jù)題目所給信息，要測(cè)算氯的含量的思路就是，將氯全部轉(zhuǎn)化為Cl，然后用AgNO3將Cl-轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀，再通過(guò)稱取沉淀的質(zhì)量來(lái)求算氯的含量。但在將氯全部轉(zhuǎn)化為Cl-，如果選SO2，要考慮生成SO42-對(duì)后面轉(zhuǎn)化為沉淀的干擾，如果選FeCl2又會(huì)引進(jìn)Cl-而產(chǎn)生影響，故最好選擇H2O2。

4.（1）① 。②同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時(shí)間的多少。③ 。④見(jiàn)下表：

（2）深；2NO2（紅棕色）？葑N2O4（無(wú)色）；△H<0，是放熱反應(yīng)，且雙氧水的分解反應(yīng)也是放熱反應(yīng).當(dāng)右邊雙氧水分解時(shí)放出的熱量會(huì)使B瓶升溫，使瓶中反應(yīng)朝逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成NO2移動(dòng)，故B瓶顏色更深。

解析：（1）①在過(guò)氧化氫分解反應(yīng)中，過(guò)氧化氫既作氧化劑又做還原劑，發(fā)生化合價(jià)變化的只有氧元素，可以用“雙線橋”法或“單線橋”法標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目。②可以通過(guò)氧氣產(chǎn)生的速率來(lái)反映過(guò)氧化氫反應(yīng)的速率，因此需要測(cè)定相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時(shí)間的多少。③測(cè)量氣體的體積情況，常用測(cè)量排出液體體積的法，根據(jù)題目已給出的儀器，可用盛滿水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用導(dǎo)管與氣體發(fā)生裝置連接。④實(shí)驗(yàn)探究的是H2O2濃度對(duì)H2O2分解反應(yīng)速率的影響，控制的變量是H2O2的濃度，其它的變量要控制不變，不變的量包括Fe2（SO4）3的用量和混合后溶液的體積，混合后溶液的體積不變要通過(guò)加蒸餾水的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)就包括Fe2（SO4）3的用量、H2O2的用量、蒸餾水的用量、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和氧氣體積。（2）由圖a和b可知，H2O2的分解反應(yīng)和NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，所以c裝置中右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度，2NO2（紅棕色）？葑N2O4（無(wú)色）； △H<0向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故B瓶顏色更深。

（作者單位：佛山市教育局教研室）

責(zé)任編校 李平安