高考化學一輪復習教案 第10章 第4講《實驗作圖題》

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第4講　實驗作圖題 熱點一　化學實驗裝置圖繪制方法 一、化學實驗裝置圖繪制的基本要求 1．儀器造型科學規(guī)范，比例合適 常用儀器造型要科學，畫法要形象、規(guī)范。整個化學實驗裝置圖中所繪制的各種儀器大小比例要合適，同一儀器各部分的大小比例亦要合適。 2．組合正確，畫面整潔 在繪制化學實驗裝置圖時，要能體現所有的各種儀器和連接部件組裝正確，布局合理，使用科學。在同一圖形中，各種儀器的繪制線條粗細應一致，畫面要潔凈，并能清楚地反映出各種儀器的特征形象。 二、圖形的基本畫法 1．常用儀器圖的畫法 (1)標準畫法。實驗室中所用的儀器種類眾多，大小各異，但平面直視每個單儀器，它們都具有比較統(tǒng)一的比例形體。如果要獲得比較標準滿意的圖形，就必須掌握各種儀器的體形比例，防止繪畫過程中的高矮胖瘦現象。在繪制時往往要借助直尺、圓規(guī)等繪圖工具。 圖1　幾種常見玻璃儀器的繪制比例 (2)習慣畫法。習慣畫法的要點是“畫中線、點兩邊、校比例、再連線”。很多儀器是對稱結構，因此，首先畫出一條輔助中線，然后根據儀器的體形在中線的兩邊點出圖形的隱視輪廓，再輕筆連接輪廓點，正視圖形，校正比例，直至令人滿意，再用實線修飾描成，最后擦去多余的部分。 圖2　儀器的習慣畫法舉例 方法要點 儀器 畫中線 點兩邊 校比例 再連線 廣口瓶 錐形瓶 (3)簡筆畫法。簡筆畫法的要點是“直線畫、曲線點、成草圖、描實線”。即把正視儀器的直線部分直接畫出，曲線部分用點“點”的方法畫出，輕筆勾畫出圖形的草圖后再用實線修飾描成，最后擦去多余的部分。 圖3　儀器的簡筆畫法舉例 方法要點 儀器 直線畫 曲線點 成草圖 描實線 圓底燒瓶 分液漏斗 2. 實驗裝置圖的繪制 許多實驗都是由多種儀器組裝串連而成的，這類圖形較單儀器繪制難度大，但只要掌握了繪制方法程序，畫起來還是得心應手的。實驗裝置圖繪制的方法程序是“一定位置二繪圖，三畫連接四修補”。 (1)整體圖形的布局。在畫圖之前，必須對實驗裝置實物造型心中有數，繪制時，以水平線為基準，畫出確定上下左右儀器位置的輔助線。儀器位置直接影響著圖形的美觀，各儀器離得太遠，圖形顯得松散，離得太近又顯得擁擠，所以定位置是繪制的關鍵。 (2)繪分儀器圖。采取上述任意一種畫法，畫出各儀器的圖形，繪制時應注意同一圖面上各儀器間的大小配套與協調統(tǒng)一。 (3)畫連接部分。最基本的連接儀器有帶導管的塞子，玻璃導管、乳膠管等，通過連接使整個裝置圖渾然一體。 (4)修飾補正。草圖框架輪廓成形后，進行藥品填充，現象標明，線條描實等細節(jié)繪制，使整個圖形盡量達到完美無缺。 3．實驗裝置圖的畫法舉例——氯氣的實驗室制法 三、畫制備氣體裝置圖的易錯點 易錯點1　選擇試劑不合理、導管位置出錯 【例1】　研究性學習小組進行SO2的制備及性質探究實驗。根據反應Na2SO3(s)＋H2SO4(濃)===Na2SO4＋SO2↑＋H2O制SO2氣體。用下列簡圖，畫出制備并收集SO2的實驗裝置(含試劑)示意圖。 錯解：如圖甲，收集氣體的方法錯誤，應長導管進，短導管出；二氧化硫在水中溶解度不是很大(1∶40)，應用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫；氫氧化鈉與二氧化硫反應較慢，不用防倒吸裝置。 正解：裝置如圖乙 易錯點2　氣體凈化順序、尾氣處理等錯誤 【例2】　設計實驗用二氧化錳與濃鹽酸制備純凈、干燥的氯氣，其他藥品和試劑任選。在下面虛線框中，有分液漏斗和圓底燒瓶組成的氣體發(fā)生器，請在虛線框內的發(fā)生裝置之后完成該反應的實驗裝置示意圖(夾持裝置、連接膠管不必畫出，需要加熱的儀器下方用△標出)，其他可選用的儀器(數量不限)簡易表示如下： 錯解1：如圖A碳酸氫鈉溶液呈堿性，能吸收氯氣；沒有尾氣處理裝置。 錯解2：如圖B先干燥，后除氯化氫，收集氣體帶有水蒸氣；集氣瓶密閉，空氣無法排出，易發(fā)生危險。 正解：裝置如圖C。 【例3】　請設計CO2在高溫下與木炭反應生成CO的實驗。 (1)在下面方框中，A表示由長頸漏斗和錐形瓶組成的氣體發(fā)生器，請在A后完成該反應的實驗裝置示意圖(夾持裝置，連接膠管及尾氣處理部分不必畫出，需要加熱的儀器下方用△標出)，按氣流方向在每件儀器下方標出字母B、C……；其他可選用的儀器(數量不限)簡易表示如下： 導管： 試管： 反應管： 膠塞：(插入導管表示已開孔) (2)根據方框中的裝置圖，填寫下表 儀器標號 儀器中所加物質 作用 A 石灰石、稀鹽酸 石灰石與鹽酸作用產生CO2 (3)有人對氣體發(fā)生器作如下改進：在錐形瓶中放入一小試管，將長頸漏斗下端插入小試管中。改進后的優(yōu)點是_________________________________________________________。 (4)驗證CO的方法是__________________________________________________________。 1．[2011天津理綜，9(2)]某研究性學習小組用下圖裝置制備CO，制備原理：HCOOHCO↑＋H2O。 若用以上裝置制備干燥純凈的CO，裝置中a和b的作用分別是________，________；c和d中盛裝的試劑分別是________，________。若用以上裝置制備H2，氣體發(fā)生裝置中必需的玻璃儀器名稱是________________；在虛線框內畫出收集干燥H2的裝置圖。 2．Ⅰ.化學實驗室制取氯化氫氣體的方法之一是將濃硫酸滴入濃鹽酸中。請從圖中挑選所需儀器，在方框內畫出用該方法制備、收集、干燥氯化氫氣體的裝置簡圖，并在圖中標明所用試劑。(儀器可重復使用，固定裝置不必畫出) Ⅱ.實驗室制備少量硫酸亞鐵晶體的實驗步驟如下：取過量潔凈的鐵屑，加入20%～30%的稀硫酸溶液，在50～80 ℃水浴中加熱至不再產生氣泡。將溶液趁熱過濾，濾液移至試管中，用橡膠塞塞住試管口，靜置、冷卻一段時間后收集產品。 (1)寫出該實驗制備硫酸亞鐵的化學方程式：______________________________________。 (2)硫酸溶液過稀會導致_______________________________________________________。 (3)采用水浴加熱的原因是_____________________________________________________。 (4)反應時鐵屑過量的目的是(用離子方程式表示)__________________________________。 (5)溶液趁熱過濾的原因是_____________________________________________________。 (6)靜置冷卻一段時間后，在試管中觀察到的現象是________________________________。 熱點二　化學曲線型繪圖題 化學曲線型圖像題，指基于某種化學量隨時間或條件的改變而產生連續(xù)性變化的曲線圖像并依此而設計問題的試題。曲線型圖像試題所基于的化學基礎知識主要有以下幾類：溶解度曲線類、化學反應速率與化學平衡類、反應體系中某種物質或某種離子的量的變化類、定量推定化學反應等4類。 1．解決此類基于曲線圖像的化學問題必須通過對圖形、圖表的觀察，去粗存精以獲取有用的信息，這能充分考查學生的觀察能力；而基于曲線圖的問題必須進行辨析或將化學信息進行歸納而總結出一定的規(guī)律并運用此規(guī)律，進行推理或抽象成數學規(guī)律而解決問題；在解決曲線型試題時常需將試題所給的新信息，與課內已學過的有關知識結合起來，從而形成解決問題所需的新的知識或方法；曲線圖也是化學實驗中處理實驗數據的一種典型方式，這也考查了實驗能力。 2．解此類圖像題一般需注意以下幾點，第一需清楚每條或每段曲線所代表的物質，第二需清楚在指定條件范圍內生成物的種類，第三需計算在該條件下各生成物的量或量之比。從定量角度分析化學反應，要打破對化學反應只從定性角度思考的思維定勢，近年來這類圖像題從競賽的常客變成了高考的?？汀? 【例4】　超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層?？茖W家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，化學方程式如下： 2NO＋2CO 2CO2＋N2 為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如下表： 時間/s 0 1 2 3 4 5 c(NO)/ molL－1 1.0010－3 4.5010－4 2.5010－4 1.5010－4 1.0010－ 1.0010－4 c(CO)/ molL－1 3.6010－3 3.0510－3 2.8510－3 2.7510－3 2.7010－3 2.7010－3 請回答下列各題(均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響)： (1)在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的ΔH______0(填寫“>”、“<”或“＝”)。 (2)前2 s內的平均反應速率v(N2)＝______________________________________________。 (3)在該溫度下，反應的平衡常數K＝_____________________________________________。 (4)假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時采取下列措施能提高NO轉化率的是________。 A．選用更有效的催化劑 B．升高反應體系的溫度 C．降低反應體系的溫度 D．縮小容器的體積 (5)研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率。為了 分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗， 部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中。 實驗編號 T/℃ NO初始濃度/molL－1 CO初始濃度/molL－1 催化劑的比表面積/m2g－1 Ⅰ 280 1.2010－3 5.8010－3 82 Ⅱ 124 Ⅲ 350 124 ①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據。 ②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標明各條曲線的實驗編號。 【例5】　若含有1 mol Mg2＋和1 mol Al3＋的混合溶液，現按橫坐標依次加入NaOH溶液、鹽酸，通入CO2氣體，縱坐標為混合沉淀物的物質的量。請畫出沉淀的量隨反應的變化曲線，并寫出各步反應的離子方程式。 3．[2011天津理綜，7(5)改編]向含4 mol的HNO3稀 溶液中，逐漸加入鐵粉至過量。假設生成的氣體只有一種，請在坐標系中畫出n(Fe2+)隨n(Fe)變化的示意圖，并標出n(Fe2+)的最大值。 4．反應aA(g)＋bB(g)催化劑,cC(g) (ΔH<0)在等容條件下進行。改變其他反應條件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如下圖所示： 回答問題： (1)反應的化學方程式中，a∶b∶c為　　　　　??； (2)A的平均反應速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)從大到小排列次序為____________________； (3)B的平衡轉化率αⅠ(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是　　　　，其值是　　　　。 (4)由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向是　　　　　　　　　，采取的措施是________________________________________________________________________； (5)比較第Ⅱ階段反應溫度(T2)和第Ⅲ階段反應溫度(T3)的高低：T2　　　　T3(填“>”、“<”或“=”)，判斷的理由是______________________________________________________； (6)達到第三次平衡后，將容器的體積擴大一倍，假定10 min后達到新的平衡，請在下圖中用曲線表示第Ⅳ階段體系中各物質的濃度隨時間變化的趨勢(曲線上必須標出A、B、C)。 思維推理要嚴謹 考生答卷案例——找錯糾錯 失分原因分析 第一：在第(4)問中，判斷平衡移動的方向必須看那一瞬間的變化趨勢：A、B的濃度均是在原來的基礎上逐漸減少，而C的濃度突然降到零，然后在平衡移動的過程中逐漸增大，顯然是從反應體系中移出產物C，該生推理錯誤，導致分析結果恰好相反。 第二：在第(5)問中，由于反應熱和平衡移動的方向之間的關系沒掌握牢固，導致結果判斷錯誤。 第三：在第(6)問畫圖中只考慮到體積擴大一倍后，各物質的濃度在那一瞬間變?yōu)樵瓉淼?，平衡左移，A、B的濃度開始逐漸增大，C的濃度逐漸減小，A、B增大到最后結果要小于未改變條件前的濃度，A、B、C濃度的變化還要符合各系數的比例關系。 解決方案與規(guī)范指導：第一，要理解外界條件對平衡移動的影響，不要盲目記憶。 第二，結合圖像，能夠畫出外界條件改變時，各物質的濃度變化趨勢是怎樣的，在變化的一瞬間和變化過程要區(qū)別開來。 第4講　實驗作圖題 1．甲酸(HCOOH)是一種有刺激性氣味的無色液體，有很強的腐蝕性。熔點8.4 ℃，沸點100.7 ℃，能與水、乙醇互溶，加熱至160 ℃即分解成二氧化碳和氫氣。 (1)實驗室可用甲酸與濃硫酸共熱制備一氧化碳：HCOOHH2O＋CO↑，實驗的部分裝置如下圖所示。制備時先加熱濃硫酸至80～90 ℃，再逐滴滴入甲酸。 ①從下圖挑選所需的儀器，在方框中畫出Ⅰ中所缺的氣體發(fā)生裝置(添加必要的塞子、玻璃管、膠皮管，固定裝置不用畫)，并標明容器中的試劑。 ②裝置Ⅱ的作用是____________________________________________________________。 (2)實驗室可用甲酸制備甲酸銅。其方法是先用硫酸銅和碳酸氫鈉作用制得堿式碳酸銅，然后再與甲酸制得四水甲酸銅[Cu(HCOO)24H2O]晶體。相關的化學方程式是： 2CuSO4+4NaHCO3===Cu(OH)2CuCO3↓+3CO2↑+2Na2SO4+H2O Cu(OH)2CuCO3+4HCOOH+5H2O===2Cu(HCOO)24H2O+CO2↑ 實驗步驟如下： 堿式碳酸銅的制備： ①步驟ⅰ是將一定量CuSO45H2O晶體和NaHCO3固體一起放到研缽中研磨，其目的是 ________________________________________________________________________。 ②步驟ⅱ是在攪拌下將固體混合物分多次緩慢加入熱水中，反應溫度控制在70～80 ℃，如果看到__________________(填寫實驗現象)，說明溫度過高。 2．如圖是某研究性學習小組利用實驗室制氯氣的裝置設計制取氯水并 進行相關實驗。 (1)A裝置中發(fā)生化學反應的離子方程式為_____________________。 (2)氯氣能使?jié)駶櫟募t色布條褪色。對于使紅色布條褪色的物質，同 學們的看法不一致，認為氯水中存在的幾種成分都有可能。請你設 計實驗，得出正確結論。 ①提出假設 假設一：H2O使布條褪色； 假設二：_____________________________________________________________________； 假設三：_____________________________________________________________________； 假設四：鹽酸使布條褪色。 ②設計實驗方案 基于提出的假設，設計出實驗方案(不需要作答) ③實驗過程： 實驗Ⅰ：______________________________________________________________________； 實驗Ⅱ：______________________________________________________________________； 實驗Ⅲ：把紅色布條放在水里，布條不褪色。 ④得出結論：_________________________________________________________________。 (3)用量筒量取20 mL氯水，倒入已檢查完好的分液漏斗中，然后再注入10 mL CCl4，蓋好玻璃塞，充分振蕩，靜置于鐵架臺上(如下圖)，等分層后取上層液和下層液，呈黃綠色的是　　　　(填“上層液”或“下層液”)，再裝入如圖所示的燒杯中，能使有色布條褪色的是　　　　(填“上層液”或“下層液”)。 (4)這套制取氯水裝置的缺點是_________________________________________________， 請在上面的方框中畫出改進部分的實驗裝置圖。 3．(1)某科研小組發(fā)現某不銹鋼材料在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現象明顯。請從稀硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu中選擇兩種試劑，設計最佳實驗方案，驗證該鋼材易在鹽溶液中被腐蝕。有關化學方程式是__________________________________________， 實驗現象是_________________________________________________________________。 (2)在(1)答案中選擇一個反應設計成原電池。畫出該原電池裝置圖，標出正、負極材料名稱并寫出正極的電極反應式。 正極反應式為_______________________________________________________________。 (3)為確認上述原電池反應的氧化產物，取少量反應后的溶液于一支試管中，若出現下列情況通過分析加以說明。 A．若先滴入幾滴KSCN溶液，無明顯現象，再滴入幾滴氯水，溶液立即顯血紅色，說明________________________________________________________________________。 B．若滴入幾滴KSCN溶液，溶液立即變成血紅色，說明____________________________。 C．若先滴入幾滴KSCN溶液，無明顯現象，再滴入幾滴氯水，也無明顯現象，說明________________________________________________________________________。 4．A～G為中學常見的化合物，它們之間有如圖所示的轉化關系(反應條件及部分產物已略去)。A是綠色固體，含H、C、O、Cu四種元素。常溫下D為無色無味氣體，B為黑色粉末，E能發(fā)生銀鏡反應。 請回答： (1)D跟G反應的化學方程式為_________________________________________________。 (2)F中一定含有的官能團的名稱為______________________________________________。 (3)某課外小組同學設計了下列實驗裝置，通過測定某些裝置中試劑的質量變化，探究A中各元素的質量關系。 ①為使數據準確，還需補充裝置，請你在方框內繪出裝置圖并寫出試劑名稱； ②向裝置中鼓入空氣的目的是__________________________________________________； 丙裝置中藥品的名稱為____________，實驗時，該藥品未見明顯變化，證明________________________________________________________________________； ③如何判斷A已完全分解？ ________________________________________________________________________。 ④更精確的測定得出如下數據：A受熱后完全分解，固體由8.0 g變?yōu)?.0 g，裝置乙增重0.90 g。寫出A的化學式(表示為堿式鹽)：_______________________________________。 5．超細氧化鋁是一種重要的功能陶瓷原料。 (1)實驗室常以NH4Al(SO4)2和NH4HCO3為原料，在一定條件下先反應生成沉淀NH4AlO(OH)HCO3，該沉淀高溫分解即得超細Al2O3。NH4AlO(OH)HCO3熱分解的化學反應方程式為_________________________________________________________________。 (2)NH4Al(SO4)212H2O的相對分子質量為453。欲配制100 mL pH為2、濃度約為0.1 molL－1的NH4Al(SO4)2溶液，配制過程為： ①用托盤天平稱量NH4Al(SO4)212H2O固體_____________________________________g； ②將上述固體置于燒杯中，____________________________________________________。 (3)在0.1 molL－1 NH4Al(SO4)2溶液中，鋁各形態(tài)的濃度(以Al3＋計)的對數(lgc)隨溶液pH變化的關系見下圖： ①用NaOH溶液調節(jié)(2)中溶液pH至7，該過程中發(fā)生反應的離子方程式有 ________________________________________________________________________。 ②請在框圖中，畫出0.01 molL－1 NH4Al(SO4)2溶液中鋁各形態(tài)的濃度的對數lgc隨溶液pH變化的關系圖，并進行必要的標注。 答案 典例剖析 【例3】　(1)如下圖所示 (2) 儀器標號 儀器中所加物質 作用 B 飽和碳酸氫鈉溶液 除去CO2中的HCl氣體 C 濃硫酸 除去CO2中的水蒸氣 D 干燥木炭粉 與CO2反應產生CO E 氫氧化鈉溶液 吸收未反應的CO2 (3)可以通過控制加酸的量，來控制氣體產生的快慢；同時小試管中充滿鹽酸，可以起到液封的作用，防止反應激烈時氣體經漏斗沖出 (4)點燃氣體，火焰呈藍色，再用一個內壁附著有澄清石灰水的燒杯罩在火焰上，燒杯內壁的石灰水變渾濁 【例4】　(1)< (2)1.8810－4 molL－1s－1 (3)5.00103　(4)CD (5)①Ⅱ.280　1.2010－3　5.8010－3 Ⅲ.1.2010－3　5.8010－3 ② 【例5】　圖像如圖： 反應的離子方程式分階段書寫為 OA段：Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ Al3++3OH-===Al(OH)3↓ AB段：Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O CD段：H++OH-===H2O DE段：2AlO+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO2-3 EF段：CO2-3+CO2+H2O===2HCO 熱點精練 1．恒壓　防倒吸　NaOH溶液　濃H2SO4　分液漏斗、蒸餾燒瓶 2．Ⅰ. Ⅱ.(1)Fe＋H2SO4(稀)FeSO4＋H2↑ (2)反應速率慢，不利于晶體析出 (3)容易控制溫度 (4)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ (5)減少FeSO4的損失；防止空氣進入試管將Fe2＋氧化為Fe3＋ (6)有淺綠色晶體析出 3. 4．(1)1∶3∶2 (2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A) (3)αⅢ(B)　19%(或0.19) (4)正反應方向　從反應體系中移出產物C (5)>　此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動 (6) (注：只要曲線表示出平衡向逆反應方向移動及各物質濃度的相對變化比例即可) 課時規(guī)范訓練 1．(1)①如圖所示　②防止水槽中的水因倒吸流入蒸餾燒瓶中 (2)①研細并混合均勻?、诔霈F黑色固體 2．(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (2)①氯氣使布條褪色　HClO使布條褪色 ③把紅色干布條放入充滿干燥氯氣的集氣瓶中，布條不褪色 把紅色布條伸入稀鹽酸中，紅色布條不褪色 ④次氯酸使布條褪色 (3)下層液　上層液 (4)沒有處理尾氣，會造成環(huán)境污染　改進部分如下圖所示(或其他合理方案) 3．(1)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　不銹鋼表面有紫紅色物質析出 (2)原電池裝置如圖所示(電極材料名稱、正負極符號未標或標錯不 給分。其他合理答案均給分)　Cu2++2e-===Cu (3)A.鋼鐵的氧化產物是Fe2+　B．溶液中部分Fe2+被空氣中的氧氣氧化成Fe3+　C．氯水久置失效 4．(1)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 (2)羥基 (3) ②將A分解產生的水蒸氣送入盛有濃硫酸的洗氣瓶中　無水硫酸銅　A分解產生的水蒸氣全部被濃硫酸吸收 ③連續(xù)兩次加熱、鼓氣、冷卻、稱量甲裝置的質量，質量差不超過0.1 g ④CuCO32Cu(OH)2或Cu3(OH)4CO3 5．(1)2NH4AlO(OH)HCO3Al2O3＋2NH3↑＋3H2O＋2CO2↑ (2)①4.5?、诜Q量→溶解→移液→洗滌→定容 (3)①NH＋4＋OH－NH3H2O；Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ ② - 16 -