1、第五单元 化学实验方案的设计和评价,一 化学实验方案的设计,二 化学实验方案的评价,教材研读,三 反应条件对反应速率的影响,四 反应条件对化学平衡的影响,突破一 实验方案的设计方法和原则,突破二 化学实验评价的策略和方法,重难突破,一、化学实验方案的设计 1.一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有: 实验名称 、 实验目的 、 实验原理 、实验用品和实验步骤、实验 现象记录及结果处理、问题和讨论等。,教材研读,2.实验方案设计的基本要求是: 科学性 、 安全性 、可行 性、简约性。 对同一化学实验,可设计出多种实验方案,选择采用的实验方案应具有 效果明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤
2、少、时间短等优点。,3.制备实验方案的设计 从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品, 设计合理的实验装置和实验操作步骤。,4.性质实验方案的设计 (1)探索性性质实验方案的设计 分析物质结构特点或从其所属类型的典型代表物去推测物质可能具有 的一系列性质,而后据此设计出合理的实验方案,去探索它可能具有的 性质。 (2)验证性性质实验方案的设计 证明物质具备的性质,关键是设计出简捷的实验方案,该方案操作简 单、简便易行、现象明显且安全可行。,二、化学实验方案的评价 常常是根据化学原理和实验操作原理,通过比较、分析和综合的方法对 化学实验原理、试剂与仪器的选用、实验基本操作及其
3、顺序等的优劣 进行科学论证和评判,并能在必要时提出合理的改进意见。 例如,排水法和排空气法是两种常用的收集气体的方法,从收集到的气 体的纯度和干燥性看,排水法的优点是 比较纯净 ,缺点是 不 干燥 ;排空气法的优点是 比较干燥 ,缺点是 不纯净 。 实验评价试题的几种常见类型有:评价实验原理、 评价实验方法 、 评价药品和仪器 、 评价实验现象和结论 。,三、反应条件对反应速率的影响 (一)硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素 【实验原理】Na2S2O3+2HCl(稀) SO2+S+2NaCl+H2O 反应缓慢生成不溶于水的硫,使溶液出现淡黄色浑浊,通过观察溶液出 现浑浊的快慢来估测反应速率。改变
4、硫代硫酸钠的浓度而保持盐酸的 浓度不变,通过观察溶液达到同等浑浊程度所需的时间来比较反应物浓 度对反应速率的影响。,【实验步骤及现象】 将8 g硫代硫酸钠溶解在200 mL蒸馏水中配制成溶液。如下图所示,取5 0 mL配好的硫代硫酸钠溶液倒入100 mL烧杯中,将烧杯放在画有黑色 十字的白纸上,向烧杯中加入5 mL 2 mol/L的盐酸,立即开始计时,从溶 液上方观察,透过浑浊的硫,当看不见黑色十字时,记录时间。 分别将30 mL、20 mL、10 mL配制好的硫代硫酸钠溶液用 蒸馏水稀释至50 mL,保持盐酸浓度不变,重复以上操作,随 着硫代硫酸钠溶液稀释程度的加大,看不到黑色十字所需 的时
5、间变长,这表明反应物的浓度越小,反应所需时间越长 (反应速率越小)。,1.催化剂和催化作用 能改变化学反应速率而本身的 化学性质 和 质量 在反应前 后保持不变,这样的物质叫做催化剂。催化剂在反应中所起的作用叫催 化作用。 催化剂多指能加快化学反应速率的试剂,多数反应用催化剂比不用催化 剂反应速率要快得多(以下所讲的催化剂专指这种催化剂)。事实上,如 果没有催化剂,大多数化工生产都难以进行。而减小化学反应速率的试 剂叫阻化剂(过去叫负催化剂),如橡胶、塑料制品中的防老化剂;在食用油中加入没食子酸正丙酯,能防止酸败,这也是阻化剂的一个应用实例。,(二)催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响,【总结提
6、升】催化剂的特性 (1)催化剂只能加快反应的速率,不能使原来不能发生的反应得以进 行。在可逆反应中,催化剂只能缩短反应达到平衡的时间,而不能使化 学平衡发生移动。 (2)催化剂有专一性,不同的化学反应要选用不同的催化剂。同样的反 应物选用不同的催化剂,可以发生不同的反应,从而得到不同的产物。,(3)催化剂有一定的活化温度,在这个温度范围内使用,催化剂的活性最高。 (4)使用催化剂能增大化学反应速率的机理主要是形成中间产物,或在催化剂表面的活性中心发生反应,从而改变反应的途径,使反应的活化能降低。,2.催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 虽然本实验只是通过选择不同的催化剂来比较它们对过氧化氢分解
7、速 率的影响,然而,影响该反应中氧气产生速率的因素除了过氧化氢的浓 度、催化剂的用量外,还有一些易被忽视的重要因素,如MnO2的状态(粉 末状或颗粒状)。若MnO2是粉末状的,用量就要相应减少,否则反应会过 于剧烈。,四、反应条件对化学平衡的影响 1.氯化钴溶液的颜色变化 CoCl2的水合物在加热逐步失去结晶水的过程中会呈现不同的颜色: CoCl26H2O(粉红色) CoCl22H2O(紫色) CoCl2H2O(蓝 紫色) CoCl2(蓝色) 蓝色 的CoCl2在潮湿的空气中会变为 粉红色 ,因此氯化钴 可在变色硅胶中作指示剂,也可制显隐墨水,还可以根据其颜色随温度 变化的性质制成温度计。,常
8、温下把氯化钴晶体溶于95%乙醇中,可得到蓝色溶液,向该蓝色溶液 中逐滴加入水,蓝色溶液会逐渐变为紫色、粉红色。到刚刚变为粉红色 时停止加水,再加热该粉红色溶液时,溶液随温度上升其颜色又逐渐变 为紫色、蓝色。冷却该溶液,蓝色溶液又会逐渐变为紫色、粉红色。 一般钴盐都是以Co2+的形式存在于水溶液中,因为Co2+是钴的最稳定氧化态。 水溶液中的六水合钴()配离子与四氯合钴()配离子间存在如下平衡: Co(H2O)62+4Cl- CoCl42-+6H2O,(粉红色) (蓝色),2.乙酸乙酯水解条件的探究 乙酸乙酯的水解是一个 可逆反应 ,在纯水中即使加热,反应也很 慢。而酸和碱对它的水解都有催化作用
9、,酸可加速其水解达到 平衡 ,而碱除了起催化作用外还能和水解产物中的酸起反应,使该反应的 平衡向水解方向移动。所以等量的乙酸乙酯在其他条件一致的情况下, 用酸或碱作催化剂,水解的效果是不同的。 乙酸乙酯为无色透明液体,实验时我们较难将其与下层的水加以辨别。 因此可加些油溶性染料或水溶性染料,使两液层产生明显的色差而便于,区分。大部分漆均可溶于乙酸乙酯,为方便,可选一些干的漆膜进行染 色,如把一支红漆面的铅笔浸于乙酸乙酯中片刻,即能把液体染成红色, 也可以将红蜡部分溶解于乙酸乙酯而使之变为红色,这一类颜料均不溶 于水。当然也可以对水层进行染色。,1.某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中
10、铜的质量分数, 设计了如下实验方案: 方案:铜铝混合物 测定生成气体的体积 方案:铜铝混合物 测定剩余固体的质量 下列有关判断中不正确的是 ( B ) A.溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液 B.溶液A和B均可以选用稀硝酸 C.若溶液B选用浓硝酸,则测得铜的质量分数偏小 D.实验室中方案更便于实施,2.实验是化学研究的基础,下列是在实验室中完成的不同的化学实验,其 中能达到实验目的的是 ( C ),A.装置甲用于过滤 B.装置乙用于检验火柴头燃烧可产生SO2 C.装置丙可用于干燥、收集氨气,并吸收多余的氨气 D.装置丁两电极上发生的电极反应:a极为Cu2+2e- Cu;b极为Fe-2e-Fe
11、2+,则该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能,3.下列图中的实验方案,能达到实验目的的是 ( B ),4.碳酸镧咀嚼片可用于慢性肾衰患者高磷血症的治疗,不含钙和铝。碳 酸镧可由LaCl3为原料来制备,整个反应在较低的pH条件下进行,避免生 成碱式碳酸镧La(OH)CO3。 (1)化学兴趣小组利用下列装置在实验室中用碳酸氢铵制备碳酸镧。,仪器X的名称为 ;检验装置甲气密性良好的方法是 。 实验中K1、K2打开的先后顺序为 ;为 保证碳酸镧的纯度,实验过程中需要注意的问题有 。 (2)碳酸钠或碳酸氢钠与氯化镧反应均可生成碳酸镧。 为了高磷血症患者的安全,通常选用碳酸氢钠溶液,过程中会发生两 个
12、平行反应,其离子方程式为 和 。,选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是 (任写一条)。 (3)碳酸镧(摩尔质量为458 gmol-1)质量分数的测定:准确称取15.0 g产品 试样,溶于10.0 mL稀盐酸中,加入10 mL NH3-NH4Cl缓冲溶液,加入0.2 g 紫脲酸铵混合指示剂,用0.5 molL-1EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至呈蓝 紫色(La3+H2 LaY-+2H+),消耗EDTA溶液60.00 mL。则产品中碳 酸镧的质量分数w= 。,答案 (1)球形干燥管 关闭活塞K1,向球形漏斗中加水至漏斗内外 形成液面差,一段时间后,液面差保持不变,说明气密性良好 先打开K2,再
13、打开K1 控制氨气(或CO2)通入量 (2)2La3+3HC La2(CO3)3+3H+ H+HC CO2+H2O 碳酸氢钠碱性相对较弱,可防止生成碱式碳酸镧 (3)45.8%,突破一 实验方案的设计方法和原则化学实验设计应当遵循科学性、可行性、安全性、简约性等基本原则。 1.科学性 (1)当制备具有还原性的物质时,不能用强氧化性酸,如: 制氢气不能用HNO3、浓H2SO4,宜用稀H2SO4。另外,宜用粗锌(利用原 电池原理加快反应速率),不宜用纯锌(反应速率慢)。,重难突破,同理,制H2S、HBr、HI等气体时,皆不宜用浓H2SO4。制H2S宜用稀盐 酸,制HBr、HI要用浓磷酸。 (2)与
14、反应进行、停滞有关的问题 制CO2,不宜用H2SO4。因为生成的微溶物CaSO4覆盖在CaCO3表面,阻止 反应进一步进行。 (3)H2和Cl2混合气体(H2、Cl2体积比11)爆炸的演示实验,其成功关键 是H2、Cl2两种气体的纯度要高,尤其Cl2含水蒸气越少越好。,MnO2和浓盐酸在加热条件下反应,制备的Cl2中含易挥发的HCl气体和 水蒸气较多;若用KMnO4代替MnO2进行反应,由于反应不需加热,使制得 的Cl2中含HCl气体和水蒸气极少,从而可提高H2、Cl2混合气体爆炸实验 的成功率。 (4)酸性废气可用碱石灰或强碱溶液吸收,一般不用石灰水,因为Ca(OH)2 属微溶性物质,石灰水
15、中Ca(OH)2的含量少。 (5)检查多个连续装置的气密性,一般不用手捂法,因为手掌热量有限。 (6)排水法测量气体体积时,一定要注意装置内外压强应相同。,(8)装置顺序中,应先除杂后干燥。如实验室制取Cl2的实验中,应先用饱 和食盐水除去HCl气体,后用浓H2SO4吸收水蒸气。,(7)实验室制备Al(OH)3的反应原理有两个:由Al3+制Al(OH)3需加氨水; 由Al 制Al(OH)3需通CO2气体。注意 氨水是Mg2+、Al3+、Fe3+的沉淀剂,这个知识点,不但可以用在Mg2+、Al3+、Fe3+对应氢氧化物的制备上,还可以用于Mg2+、Al3+、Fe3+的鉴 别实验中。,2.可行性
16、(1)在制备Fe(OH)2时,首先,将NaOH溶液煮沸,以除去NaOH溶液中溶解 的O2;其次,在新制的FeSO4溶液上加一层苯,隔离空气中的O2,防止生成 的Fe(OH)2被氧化。 (2)实验室一般不宜采用高压、低压和低温(低于0 )等条件。 (3)在急用时:如宜将浓氨水滴入生石灰中制取NH3,不宜用NH4Cl与Ca(OH)2反应制取NH3;又如,宜将浓盐酸滴入固体KMnO4中制备Cl2;还有将 H2O2滴入少量MnO2中制备O2,或将H2O滴入固体Na2O2中制备O2等。,(4)收集气体的方法可因气体性质和所提供的装置而异,如右图所示装 置,既可用于收集密度比空气小的气体(B进A出),又可
17、用于收集密度比 空气大的气体(A进B出)。 (5)尾气处理可采用多种防倒吸的装置,如下图所示。,总之,实验设计应切实可行,所选用的药品、仪器和方法等,要在中学现 有条件下能够满足。值得一提的是,实验仪器、试剂及方法不一定拘泥 于课本上介绍的,重在实效。,3.安全性 实验设计应尽量避免使用有毒的药品和一些有危险性的实验操作,如必 须使用,应注意有毒物品的回收处理,以及详细说明操作中应注意的事 项,以防造成环境污染和人身伤害。 (1)制备可燃性气体,在点燃前务必认真验纯,以防爆炸! (2)易溶于水的气体,用溶液吸收时应使用防倒吸装置。 (3)对强氧化剂(如KClO3等)及它与强还原剂的混合物,千万
18、不能随意研 磨,以防发生剧烈的氧化还原反应,造成人身伤害等事故。,(4)剧毒气体的制备或性质实验,均应在通风橱或密闭系统中进行,尾气 一般采用尾气吸收或燃烧处理的方法。 (5)混合或稀释时,应将密度大的液体缓慢加到密度小的液体中,以防飞 溅,如浓H2SO4的稀释实验。 (6)用Cu制CuSO4,可先将Cu在空气中灼烧成CuO,再加稀H2SO4,不宜用 Cu和浓H2SO4反应,以防产生有毒气体SO2。,4.简约性 实验设计尽可能简单易行,应采用装置简单、实验步骤少、所需药品 少,并能在短时间内完成的实验。,典例1 焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小 组进行如下实验:
19、实验一 焦亚硫酸钠的制取 采用如图1装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。装置中 有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为Na2SO3+SO2 Na2S2O5。,图1 (1)a仪器的名称为 ,实验前要进行 ,装置中产生气 体的化学方程式为 。 (2)浓硫酸 (填“能”或“不能”)用稀硫酸代替,原因是 。,(3)要从装置中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是 。 (4)装置用于处理尾气,可选用如图2的最合理装置是(夹持仪器已略 去) (填序号)。图2,实验二 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定 (5)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留 量(以游离SO2计算)的
20、方案如下:,(已知:滴定时反应的化学方程式为SO2+I2+2H2O H2SO4+2HI),按上述方案实验,消耗标准I2溶液25.00 mL,该次实验测得样品中抗氧 化剂的残留量(以游离SO2计算)为 gL-1。 在上述实验过程中,若有部分HI被空气中的氧气氧化,则测定结果 (填“偏高”“偏低”或“不变”)。,答案 (1)分液漏斗 气密性检查 Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2+H2O (2)不能 二氧化硫易溶于水 (3)过滤 (4)d (5)0.16 偏低,解析 (1)a仪器的名称为分液漏斗,实验前首先要进行气密性检查;装置 中浓硫酸与亚硫酸钠反应产生二氧化硫气体,同时生成硫酸钠和
21、水, 反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2+H2O。(2)因为 二氧化硫易溶于水,故不能用稀硫酸代替浓硫酸。(3)装置中析出 Na2S2O5晶体,通过过滤操作得到该晶体。(4)a项,导管未伸入液面下且瓶口 封闭,错误;b项,食盐水不能将大量的SO2尾气吸收,错误;c项,浓硫酸不能 吸收SO2,错误;d项,氢氧化钠溶液可吸收SO2尾气,同时能防倒吸,正确。,(5)由题给方程式可知:n(SO2)=n(I2)=0.025 L0.010 00 molL-1=2.5 10-4mol,抗氧化剂的残留量为 =0.16 gL-1。若部分HI被空气中的氧气氧化,则等量的SO2消耗标准
22、I2溶液减少, 测定结果偏低。,1-1 工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂 质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的 质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。 (1)实验原理 Al4C3与硫酸反应可生成CH4; AlN溶于强酸产生铵盐,溶于强碱生成氨气,请写出AlN与NaOH溶液 反应的化学方程式 。,(3)实验过程 连接实验装置,检验装置的气密性。称得D装置的质量为y g,滴定管 的读数为a mL。,(2)实验装置(如图所示),称取x g AlN样品置于锥形瓶中;塞好胶塞,关闭活塞K2、K3,打开活塞 ,通过分液漏斗
23、加入稀硫酸,与烧瓶内物质充分反应。 待反应进行完全后,关闭活塞K1,打开活塞K3,通过分液漏斗加入过量 (填化学式),与烧瓶内物质充分反应。 (填入该步应进行的操作)。 记录滴定管的读数为b mL,称得D装置的质量为z g。,(4)数据分析 AlN的质量分数为 。 若读取滴定管中气体的体积时,液面左高右低,则所测气体的体积 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 Al4C3的质量分数为 。(该实验条件下的气 体摩尔体积为Vm)。,答案 (1)AlN+NaOH+H2O NaAlO2+NH3 (3)K1 NaOH 打开K2,通入空气一段时间 (4) 100% 偏小 100%,解析 AlN与强酸或强碱
24、的反应实质上是AlN先与水发生反应生成 Al(OH)3和NH3,然后上述生成物分别与强酸或强碱反应。从实验装置和 实验步骤上看,本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al4C3完全反应,量 取生成的甲烷气体,从而可测得Al4C3的百分含量;用足量NaOH溶液与 样品中AlN完全反应,充分吸收生成的氨气,并称量其质量,从而求得AlN 的质量分数。为了保证生成的氨气全部被吸收,实验装置设计了K2,目 的就是反应后从此处通入惰性气体将氨气排出被充分吸收。根据氮原 子守恒,氨气的物质的量等于AlN的物质的量,可求得AlN的质量分数;根据碳原子守恒,Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一,可求 得A
25、l4C3的质量分数。,1-2 资料显示:O2的氧化性随溶液pH的增大逐渐减弱。室温下,某学习 小组利用下图装置探究不同条件下KI与O2的反应,实验记录如下。,回答下列问题: (1)实验的目的是 。 (2)实验中发生反应的离子方程式是 。 (3)实验比实验溶液颜色深的原因是 。 为进一步探究KI与O2的反应,用上述装置继续进行实验:,对于实验的现象,甲同学猜想“pH=10时O2不能氧化I-”,他设计 了下列装置进行实验以验证猜想。(4)烧杯a中的溶液为 。,(5)实验结果表明此猜想不成立。支持该结论的实验现象是:通入O2后,。 (6)乙同学向pH=10的“KOH-淀粉溶液”中滴加碘水,溶液先变蓝
26、后迅 速褪色,经检测,褪色后的溶液中含有I ,用离子方程式表示褪色的原 因: 。 (7)该小组同学对实验过程进行了反思,推测实验和实验的现象产 生的原因分别可能是 。,答案 (1)验证Cl-是否影响KI与O2的反应 (2)4I-+O2+4H+ 2I2+2H2O (3)HCl是强电解质,其溶液中c(H+)比相同浓度的醋酸溶液中的大,O2的 氧化性较强 (4)pH=10的KOH溶液 (5)电流表指针偏转,烧杯b中的溶液逐渐变成蓝色 (6)3I2+6OH- I +5I-+3H2O (7)中性条件下,O2的氧化性比较弱,短时间内难以生成“一定量”碘单,质使溶液颜色发生变化;pH=10的KOH溶液中I-
27、被O2氧化生成I2,I2迅速发 生歧化反应变为I 和I-,解析 (1)对比实验可知,实验中溶液变蓝肯定是加入了HCl溶液引 起的,但HCl溶液中含有Cl-和H+,无法确定是H+的影响还是Cl-的影响,因 此设计了实验,加入含Cl-而不含H+的溶液,以验证Cl-是否影响KI与O2 的反应。 (3)由实验和实验不难看出,二者的不同之处是所加的酸不同,一个 是强酸,一个是弱酸,而两种酸溶液的浓度相同,所以两溶液中的c(H+)不 同,则实验现象的差别必然是c(H+)不同引起的,且c(H+)越大,溶液蓝色越 深,说明O2的氧化性随c(H+)的增大而增强。,(4)甲同学设计的是原电池装置,可通过电流表指针
28、是否发生偏转来判 断反应是否发生,因此烧杯a中的溶液应是pH=10的KOH溶液。 (5)实验结果表明猜想不成立,说明pH=10时O2能氧化I-,其中负极上的反 应为4I-4e- 2I2,正极上的反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,因此可看到 电流表指针偏转,烧杯b中的溶液逐渐变蓝色。 (6)由题中信息可知,I2在KOH溶液中发生了歧化反应,除生成I 外,还应 生成I-,故反应的离子方程式是3I2+6OH- I +5I-+3H2O。,突破二 化学实验评价的策略和方法对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做 出判断,要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环 境有无
29、污染等。,1.从可行性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则,任何实验方案都必须 科学可行。因此,在对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学 可行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求,在实际操作时能否 做到可控易行。评价时,从以下4个方面分析: (1)实验原理是否正确、可行; (2)实验操作是否安全、合理; (3)实验步骤是否简单、方便; (4)实验效果是否明显等。,2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 “绿色化学”要求设计更安全的、对环境友好的合成线路,降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。根据“绿色化学”理念,对化学实
30、验过程或方案从以下4个方面进行综合评价: (1)反应原料是否易得、安全、无毒; (2)反应速率是否较快; (3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;,(4)合成过程是否造成环境污染。,3.从“安全性”方面对实验方案做出评价 化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下: (1)净化气体、吸收气体及熄灭酒精灯时要防倒吸; (2)进行某些易燃、易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2,气体 点燃前先验纯等); (3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等); (4)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、 防泄漏等角度考虑); (5)其他(如实
31、验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。,典例2 1-溴丁烷(密度1.275 8 g/mL)是重要的有机合成中间体及有机 溶剂,可以在实验室里用溴化钠、浓硫酸和1-丁醇为原料,经过如图六 步制得。完成下列填空: (1)通过步骤获得粗产品,反应的化学方程式是 。此时产品往往呈红棕 色,原因是 。,实验室里有下列常用试剂,请根据实验需要完成与步骤相关操作(2) (3)所需试剂(并用试剂编号填空): a.NaOH溶液 b.NaHCO3溶液 c.NaHSO3溶液 d.NaBr溶液 (2)产品的红棕色可用 除去(填写试剂编号),相应的离子方 程式为 。 (3)选用浓硫酸洗去未反应的1-丁醇和有机
32、副产物,然后除酸。最适宜的除酸试剂是 (填写试剂编号)。,(4)用浓硫酸(密度1.84 g/mL)洗涤时,采用 (填写仪器名称) 分离出 (填“上”或“下”)层产物。 (5)检验产物中含有溴元素的实验方法是 。,答案 (1)NaBr+H2SO4(浓)+CH3CH2CH2CH2OH NaHSO4+CH3CH2 CH2CH2Br+H2O 浓硫酸有强氧化性,溴离子有还原性,部分溴化物被氧 化成溴 (2)c Br2+HS +H2O 3H+S +2Br- (3)b (4)分液漏斗 上 (5)取少量产品样品,加入NaOH溶液并加热,用稀硝酸调至酸性,加入硝 酸银溶液,产生淡黄色沉淀,解析 (1)溴化钠、浓
33、硫酸、1-丁醇发生反应的化学方程式为:NaBr+H2 SO4(浓)+CH3CH2CH2CH2OH NaHSO4+CH3CH2CH2CH2Br+H2O;浓硫 酸有强氧化性,溴离子有还原性,部分溴化物被氧化成溴,导致产品呈红 棕色。 (2)强碱容易使1-溴丁烷水解;溴具有强氧化性,可以用还原性的NaHSO3 溶液除去,反应的离子方程式为:Br2+HS +H2O 3H+S +2Br-。,(3)碳酸氢钠溶液呈弱碱性,最适宜除去剩余的硫酸,氢氧化钠溶液碱性 太强,亚硫酸氢钠溶液与硫酸反应会生成二氧化硫气体,溴化钠溶液与 硫酸不反应。 (4)浓硫酸与有机物不互溶,采用分液方法分离,需要用分液漏斗;浓硫酸
34、的密度比1-溴丁烷大,有机层在上层。 (5)检验产物中含有溴元素的实验方法是:取少量产品样品,加入NaOH 溶液并加热,用稀硝酸调至酸性,加入硝酸银溶液,产生淡黄色沉淀。,2-1 地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。 文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程,利用Fe粉和KNO3溶液反应,探 究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。 (1)实验前:先用0.1 molL-1H2SO4溶液洗涤Fe粉,其目的是 ,然后用蒸馏水洗涤至中性;将KNO3溶液 的pH调至2.5;为防止空气中的O2对脱氮的影响,应向KNO3溶液中通 入 (写化学式)。,(2)下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过
35、程中,测出的溶液中相关离 子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图 中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式: 。t1时刻后,该反应仍在进行,溶液中N 的浓度继续增 大,Fe2+的浓度却没有增大,可能的原因是 。,(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设,请你完成假设二 和假设三: 假设一:溶液的pH;,假设二: ; 假设三: 。 (4)请你设计实验验证上述假设一,写出实验步骤及结论。 (已知:溶液中的N 浓度可用离子色谱仪测定) 实验步骤及结论:,答案 (1)除去铁粉表面的氧化物 N2 (2)4Fe+N +10H+ 4Fe2+N +3H2O 生成的Fe2+水解(
36、或和溶液中 的OH-结合) (3)温度 铁粉颗粒大小 (4) 实验步骤及结论: 分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中;调节溶液呈 酸性且pH各不相同,并通入N2;,分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe粉; 用离子色谱仪测定相同反应时间内各溶液中N 的浓度。若pH不同 的KNO3溶液中,测出的N 浓度不同,表明pH对脱氮速率有影响,否则无 影响。 (本题属于开放性试题,合理答案均可),解析 (1)用稀硫酸洗涤铁粉目的是除去铁粉表面的铁锈。为防止空气 中的O2对脱氮的影响,首先要通入N2以除去KNO3溶液中的溶解氧。(2) 观察题图知,t1时刻前反应主要生成Fe2+和N ,故可写出
37、反应的离子方 程式:4Fe+N +10H+ 4Fe2+N +3H2O。t1时刻后,N 的浓度继续 增大,说明反应仍在进行,Fe2+的浓度也应继续增大,但Fe2+的浓度实际不 再增大,说明存在消耗Fe2+的反应,观察题图发现t1时刻后溶液的pH几乎 不变,综上分析,可能是随着Fe2+浓度的增大,Fe2+的水解程度增大,Fe2+不 断消耗。(3)根据影响反应速率的外界条件,结合本题实际,可确定影响,脱氮速率的外界因素还有温度和铁粉颗粒的大小。(4)要探究溶液的 pH对脱氮速率的影响,设计实验时要注意控制变量,只能改变溶液的pH, KNO3溶液的浓度、KNO3溶液的温度、铁粉颗粒的大小都应完全相同,
38、 反应速率的快慢可通过测定N 的浓度变化来确定,具体步骤及结论见 答案。,2-2 某化学课外活动小组通过实验制备并研究NO2的性质。已知:2NO2+ 2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O 利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹,夹持固定 装置已略去)。,(1)E装置中制取NO2的化学方程式是 。 (2)若NO2能够被NH3还原,预期观察到C装置中的现象是 。 (3)实验过程中,未能观察到C装置中的预期现象。该小组同学从反应原 理的角度分析了原因,认为可能是: NH3的还原性较弱,不能将NO2还原; 在此条件下,NO2的转化率极低;, 。 (4)此实验装置存在的一个明显缺陷是 。,答案 (1)Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O (2)混合气体的颜色变浅(合理均可) (3)在此条件下,该反应的化学反应速率极慢 (4)缺少尾气处理装置,解析 根据NO2和NH3中氮元素的化合价,推测二者可发生归中反应生成N2,故预期现象应为C装置中气体的颜色变浅。对于没有观察到预期的实验现象,可从反应能否发生、是否为可逆反应、转化率是否太低以及反应速率等方面考虑。此外,凡涉及有毒气体的实验均需要对尾气进行处理。,
