2018届一轮复习人教版化学实验原理的探究及反应条件的控制教案 19页

第三单元　化学实验原理的探究及反应条件的控制 浙江考试标准 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素 ‎(1)硫代硫酸钠和强酸反应的原理及实验现象 b ‎(2)浓度、温度对硫代硫酸钠与酸反应速率的影响 c ‎2.催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 ‎3.反应条件对化学平衡的影响 ‎(1)不同的催化剂对同一反应的催化效果 c ‎(2)变量控制在实验研究中的应用 c ‎(1)氯化钴溶液的变色原理 b ‎(2)浓度、温度变化对氯化钴溶液平衡体系的影响 b ‎(3)不同条件下(酸、碱性)乙酸乙酯水解的速率和程度 b ‎[实验过程透析]‎ 实验1　硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素 ‎【思路解读】　‎ ‎【实验用品】　‎ 仪器：50 mL锥形瓶(3个)、烧杯、试管、温度计、白纸、计时器。‎ 试剂：0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液、蒸馏水、热水。‎ ‎【实验方案】　‎ ‎1．探究浓度对化学反应速率的影响 ‎2.探究温度对化学反应速率的影响 实验2　催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 ‎【实验用品】　‎ 仪器：托盘天平、药匙、锥形瓶、双孔橡胶塞、导管、螺旋夹、水槽、量筒、计时器、分液漏斗。‎ 试剂：6% H2O2溶液、MnO2、Fe2O3、蒸馏水、其他可作催化剂的物质(自选)。‎ ‎【实验方案】　‎ ‎1．实验步骤 ‎(1)按图装配装置，检查气密性。‎ ‎(2)在锥形瓶中加入‎0.1 g MnO2粉末，在分液漏斗中加5 mL 6%的H2O2。将H2O2滴入锥形瓶中，反应完毕后，记录各时间段收集到的氧气的体积。‎ ‎(3)按上述操作，分别换Fe2O3、CuO(或其他自选催化剂)作催化剂，重复操作，记录各时间段收集到的氧气的体积。‎ ‎2．数据处理 催化剂(‎0.1 g)‎ MnO2‎ Fe2O3(‎ CuO或其他)‎ 实验结论 前15 s产生氧气的量/mL 前30 s产生氧气的量/mL 前45 s产生氧气的量/mL 前60 s产生氧气的量/mL 实验3　反应条件对化学平衡的影响 ‎【思路解读】　‎ ‎1．CoCl2溶液颜色的变化 ‎(1)稀释酸性溶液：‎ ‎(2)稀释、加热CoCl2·6H2O的乙醇溶液：‎ ‎ ‎ ‎2．不同条件下乙酸乙酯的水解 ‎【实验用品】　‎ 仪器：试管、酒精灯、烧杯、三脚架、石棉网、药匙、试管夹、火柴、温度计。‎ 试剂：0.5 mol·L－1 CoCl2溶液、浓盐酸、蒸馏水、95%乙醇溶液、CoCl2·6H2O晶体、2 mol·L－1 H2SO4溶液、4 mol·L－1‎ ‎ NaOH溶液、甲基橙指示剂、石蕊溶液、乙酸乙酯。‎ ‎【实验方案】　‎ ‎1．稀释酸性氯化钴溶液时的颜色变化 实验步骤 实验现象 结论与解释 慢慢滴入浓盐酸时，溶液由粉红色→紫色→蓝紫色→蓝色 滴入浓盐酸时，Cl－浓度逐渐增大，平衡向生成[CoCl4]2－的方向移动 加水稀释时，溶液颜色由蓝色→蓝紫色→紫色→粉红色 加蒸馏水时，平衡向生成[Co(H2O)6]2＋的方向移动 ‎2.稀释、加热CoCl2·6H2O溶液时的颜色变化 ‎3.不同条件下乙酸乙酯的水解 续表 实验现象 三支试管都产生分层现象。下层是水溶液，分别显橙、红和蓝色 试管1无明显变化，试管2、3中油层减小，试管3中油层减小幅度较大 结论与解释 乙酸乙酯不溶于水，密度比水小，浮于水面。甲基橙在水和酸中分别呈现橙色和红色，石蕊在碱溶液中呈蓝色 无酸、碱作催化剂时，乙酸乙酯的水解很慢，酸、碱性条件可促进水解平衡朝正反应方向移动 ‎【知识秒记】　氯化钴溶液的变色原理 ‎ ‎ ‎[核心要点提升]‎ ‎1．外界条件对化学反应速率的影响 ‎(1)内因 反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。‎ ‎(2)外因(只改变一个条件，其他条件不变)‎ ‎ (3)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 ‎2.外界因素对化学平衡的影响 勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。‎ ‎3．化学反应速率的测定 ‎(1)测定步骤 ‎(2)测定方法 化学反应速率的测定依据是与反应体系中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质的变化，常见的方法有：‎ ‎①根据颜色变化 在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，人们常利用颜色深浅和显色物质的浓度的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。‎ ‎②依据释放出的气体的体积 安装如图所示的两套装置A、B(锌粒大小相同)通过分液漏斗分别加入40‎ ‎ mL 1 mol·L－1和40 mL 4 mol·L－1的硫酸后都立即产生气泡，我们可以根据产生相同体积的氢气所需要的时间长短来判断A、B两套装置的反应速率大小。‎ ‎4.气体的收集与气体体积的测量 ‎(1)气体的收集 ‎(2)气体体积的测量方法 ‎①间接测量法 注意事项：实验前广口瓶要充满水；短管进气，长管(插入到瓶底)出水；气体与水不反应且难溶。‎ ‎②直接测量法 ‎(3)气体体积的规范读数 ‎①视线：指出视线、刻度线和凹液面要在同一水平线上。‎ ‎②读数：读取与凹液面最低点相切的刻度线的数据。‎ ‎[典型例题讲解]‎ ‎　碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L－1KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L－1K2S2O8、0.10 mol·L－1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。‎ 已知：S2O＋2I－===2SO＋I2　(慢)‎ I2＋2S2O===2I－＋S4O　(快)‎ ‎(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观察到蓝色，S2O与S2O初始的物质的量需满足的关系为n(S2O)∶n(S2O)________。‎ ‎(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：‎ 其中Vx＝________mL，理由是___________________________________。‎ ‎(3)已知某条件下，浓度c(S2O)～反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。‎ ‎【解析】　(1)淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3消耗尽。由题给离子反应可得关系式：S2O～I2～2S2O，则有n(S2O)∶n(S2O)＜2∶1时，能观察到蓝色。‎ ‎(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。‎ ‎(3)降低温度时，化学反应速率减慢，c(S2O)变化减慢；加入催化剂时，化学反应速率加快，c(S2O)变化加快；c(S2O)～t的变化曲线如图所示。‎ ‎【答案】　(1)Na2S2O3　＜2　(2)2.0　保证反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质的浓度不变 ‎(3)‎ ‎1．变量探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意：选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。‎ 思路总结 ‎2．规律探究实验题的解题策略 物质性质递变规律的探究也是中学化学实验探究的一个重要内容。研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应(如置换反应)规律，物质的酸(碱)性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。‎ 解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：‎ ‎(1)同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。‎ ‎(2)物质的酸(碱)性强弱的判断。‎ ‎(3)钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气体变化等角度设计实验，找出规律。‎ ‎　工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。 ‎ ‎【导学号：81640211】‎ ‎(1)上述反应的平衡常数表达式：K＝________。‎ ‎(2)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO4转化率较大，理由是 ‎________________________________________________。‎ ‎(3)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4‎ ‎)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：‎ 假设一：全部为PbCO3；‎ 假设二：________________________________________________；‎ 假设三：________________________________________________。‎ ‎(4)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。‎ ‎①定性研究：请你完成下表中内容。‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期的实验现象和结论 取一定量样品充分干燥，________‎ ‎②定量研究：取26.7 mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：____________________________________。‎ ‎【解析】　(1)根据PbSO4(s) ＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)知，化学平衡常数表达式为K＝。(2)Na2CO3溶液中c(CO)较大，根据平衡移动原理，可知Na2CO3溶液中PbSO4转化率较大。(3)根据题中信息，提出另外两种假设。假设二：全部为碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]；假设三：为PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2的混合物。(4)①因为PbCO3受热分解不产生水，而2PbCO3·Pb(OH)2受热分解产生水，所以可利用此不同设计实验方案。②因为PbCO3PbO＋CO2↑，所以可以利用固体加热前后质量的改变量来确定结论。‎ ‎【答案】　(1) ‎(2) Na2CO3　Na2CO3溶液中的c(CO)大 ‎(3)全部为2PbCO3·Pb(OH)2　为PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2的混合物 ‎(4)①‎ 实验步骤(不要求写出具体操作过程)‎ 预期的实验现象和结论 充分加热样品，将产生的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管 若无水硫酸铜不变蓝，则假设一成立；‎ 若无水硫酸铜变蓝，则假设一不成立 ‎②同意，若全部为PbCO3时，26.7 mg完全分解后最终固体质量应为22.3 mg(或：不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的)(本题属于开放性试题，合理答案均可)‎ 猜想型实验题的思维流程 ‎[题组对点训练]‎ ‎1．漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。‎ 实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。‎ ‎(1)提出合理假设。‎ 假设1：该漂白粉未变质，只含有________；‎ 假设2：该漂白粉全部变质，只含有________；‎ 假设3：该漂白粉部分变质，既含有________，又含________。‎ ‎(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L ‎－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－)‎ 实验步骤 预期现象和结论 ‎①‎ 取少量上述漂白粉于试管中，________‎ ‎②‎ ‎【答案】　(1)Ca(ClO)2　CaCO3　Ca(ClO)2　CaCO3‎ ‎(2)‎ ‎①‎ 加入适量1 mol·L－1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中 若澄清石灰水未变浑浊，则假设1成立；‎ 若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立 ‎②‎ 向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)‎ 若品红溶液褪色，则假设1或假设3成立；若品红溶液不褪色，则假设2成立 ‎2.某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：‎ 假设一：溶液中的NO 假设二：溶液中溶解的O2‎ ‎(1)验证假设一 该小组设计实验验证假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。‎ ‎(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图。‎ 实验1中溶液pH变小的原因是_____________________________；‎ V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)________。‎ ‎(3)验证假设二 请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：‎ ‎(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者________(填“大于”或“小于”)后者，理由是___________________。‎ ‎【解析】　(1)实验1中溶液和实验2中溶液的唯一区别就是一个含有Cl－，一个含有NO，故可通过实验1未生成白色沉淀，而实验2生成白色沉淀来证明假设一正确。‎ ‎(2)SO2溶于水得到中强酸H2SO3，故使得溶液的pH减小。在实验2中，NO将SO2氧化成SO，自身被还原为NO，同时有H＋生成，故溶液pH减小。‎ ‎(3)在验证假设二时，应使用不含NO的钡盐，如BaCl2，可以向含有O2的BaCl2溶液中缓慢通入SO2，若有白色沉淀生成，则证明假设二成立。‎ ‎(4)O2和KNO3分别与H2SO3反应的离子方程式为O2＋2H2SO3===4H＋＋2SO、3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O，故被O2氧化后溶液的pH小。‎ ‎【答案】　(1)无明显现象　有白色沉淀　(2)SO2溶于水生成H2SO3　3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO＋4H＋(或3H2SO3＋2NO===3SO＋4H＋＋2NO↑＋H2O)‎ ‎(3)实验1作为参照实验 实验3：将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L ‎－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立 ‎(4)小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者(本题部分小题属于开放性题，答案合理即可)‎ ‎3．已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸盐。‎ Ⅰ.甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。 ‎ ‎【导学号：81640212】‎ 方案一：取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。‎ 方案二：取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。‎ 请你对两方案作出评价：‎ 方案一：________(填“合理”或“不合理”)，理由是______________。‎ 方案二：________(填“合理”或“不合理”)，理由是____________。‎ Ⅱ.乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0 mol·L－1Na2SO3溶液的实际浓度。‎ ‎(1)分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？________(填字母)。‎ a．浓硝酸　 b．65%硫酸　　　c．浓盐酸 ‎(2)实验前后测得C装置增重‎3.2 g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为__。‎ ‎(3)该实验装置还存在一个明显的缺陷是________________________。‎ ‎【解析】　Ⅰ.加入稀盐酸有气泡生成，证明溶液中含有亚硫酸钠，Na2SO3可能没有变质，也可能有部分变质。亚硫酸钠、硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀，故亚硫酸钠溶液未变质、部分变质、全部变质时的现象相同，都会生成白色沉淀。Ⅱ.制备二氧化硫气体选用硫酸。C装置增重‎3.2 g，产生的n(SO2)＝0.05 mol，所以n(Na2SO3)＝0.05 mol，c(Na2SO3)＝0.05 mol÷‎0.06 L≈0.83 mol·L－1‎ ‎。该实验装置中一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置。‎ ‎【答案】　Ⅰ.不合理　亚硫酸钠部分变质时加入稀盐酸也会产生气泡　不合理　亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀，亚硫酸钠未变质或部分变质时也会产生白色沉淀 Ⅱ.(1)b　(2)0.83 mol·L－1 ‎ ‎(3)缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置(或其他合理答案)‎ ‎4．某化学兴趣小组欲证明氧化铜也能加快氯酸钾的分解，并与二氧化锰的催化效果进行比较，用如图装置进行实验，实验时均以生成25 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略。相关数据见下表。‎ 实验编号 KClO3质量 其他物质质量 待测数据 A ‎1.2 g 无其他物质 B ‎1.2 g CuO ‎‎0.5 g 回答下列问题：‎ ‎(1)上述实验中的“待测数据”指____________________________；‎ ‎(2)根据实验目的，还需增加一个实验C，请在下表空格中填入相关内容。‎ 实验编号 KClO3质量 其他物质质量 待测数据 C——‎ ‎(3)该小组学生在连接好实验装置后，进行装置的气密性检查，先往b处加适量水，使a、b两边液面相平，然后在试管处用酒精灯加热，发现b处液面上升，移开酒精灯后冷却到原温度，发现两边液面又相平，由此断定，该装置的气密性良好。‎ 认为他们的操作可行吗？请说明理由________________________。‎ 如何操作可检验该装置的气密性？_________________________。‎ ‎【解析】　(1)已知在不同条件下生成25 mL气体，若判断反应速率的大小，还需测定的数据显然是时间。‎ ‎(2)为比较CuO、MnO2的催化效果，应在B组实验的基础上，将‎0.5 g ‎ CuO换为‎0.5 g MnO2，KClO3仍为‎1.2 g。‎ ‎(3)只有确保装置内气压不等于大气压并保持稳定一段时间，才能说明装置气密性良好。‎ ‎【答案】　(1)时间 ‎(2)‎ 实验编号 KClO3质量 其他物质质量 待测数据 C ‎1.2 g MnO2 ‎‎0.5 g ‎—‎ ‎ (3)不可行，若装置的气密性不好时也会产生同样的现象　连好装置，通过量气管右侧向里加水至两侧形成液面差，若液面差长时间保持不变，可说明该装置气密性良好