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化学实验设计题,有实验操作顺序的设计,有确认某混合物成分的实验设计,有验证化学原理和反应规律的设计,也有物质纯度的设计.

一、验证化学原理和反应规律的设计

例1（2013年广东高考题） 化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养.

（1） 在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验.

①下列收集Cl2的正确装置是.②将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是 . ③设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象是：取少量新制氯水和CCl4于试管中

图1（2）能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能.设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率.

限选材料：ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq)；铜片,铁片,锌片和导线.①完成原电池的装置示意图（见图1）,并作相应标注.要求：在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素.②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 .

图2③有盐桥的原电池（图2）和在同一CuSO4溶液中的Zn-Cu电池,哪个转化电能更有效 ,原因 .

（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在（2）的材料中应选 作阳极.

解析（1）Cl2是有刺激性气味、密度比空气大、有毒的黄绿色气体,在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置.Ａ没有排气管不能用于收集气体；Ｂ用于收集密度比空气小的气体；C用以收集密度比空气大的气体,且有尾气吸收装置；Ｄ不能收集氯气.氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸为弱酸部分电离,所以有氧化性的含氯粒子是Cl2、HClO和ClO-.比较Cl2和Br2的氧化性,可以利用置换反应.所以其具体操作是：取少量新制氯水和CCl4于试管中,用胶头滴管向试管中滴加NaRr溶液,振荡静置,溶液下层呈橙色. （2）由题给试剂,结合原电池的形成条件可知可以组合的原电池可以是：锌铜、锌铁、铁铜原电池.由图示所给电子移动方向可知左边为负极（活泼金属）、右边为正极（不活泼金属）,则组装的原电池可以如下：

由所给的电极材料可知,当铜片做电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属（失电子发生氧化反应）,反应的现象是电极逐渐溶解.以Zn和Cu做电极为例,如果不用盐桥则Zn与CuSO4反应,置换出的Cu附着在Zn表面,阻碍了Zn与CuSO4的接触,不能提供稳定电流.（3）根据牺牲阳极的阴极保护法,可知被保护的金属作阴极,即Zn作为阳极.

图3答案:（1）C；HClO和ClO-；取少量新制氯水和CCl4于试管中,用胶头滴管向试管中滴加NaRr溶液,振荡静置,溶液下层呈橙色（2）(装置如图3)；电极逐渐溶解；图2电池；可以避免活泼金属如Zn和CuSO4的接触,从而提供稳定电流（3）Zn

二、实验操作顺序的设计

例2 （2009宁夏卷 ）碱式碳酸铜可表示为：xCuCO3yCu(OH)2zH2O,测定碱式碳酸铜组成的方法有多种.

（1）现采用氢气还原法,请回答如下问题：①xCuCO3yCu(OH)2zH2O与氢气反应的化学方程式 ；② 试验装置用下列所有仪器连接而成,按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）：

（a）→（ ）→（）→（ ）→（ ）→（ ）→（l）

③称取23.9 g某碱式碳酸铜样品,充分反应后得到12.7 g残留物,生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水.该样品的结晶水质量为 g,化学式为；

（2）某同学以氮气代替氢气,并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成,你认为是否可行?请说明理由.

解析（1）只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反应,第①问便可以解决；对于②要分析出测定反应后CO2和H2O质量.因此,对于氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气,防止对后续测定影响就可以了,因为测定H2O和CO2分别用浓硫酸和碱石灰是固定的.③ 根据生成CO2和H2O的质量计算,可知结晶水的质量为1.8 g,化学式为：CuCO3Cu(OH)2H2O

（2）其实在分析（1）①方程式的书写,便得到了碱式碳酸铜受热分解的方程式： xCuCO3yCu(OH)2zH2O等于(x+y)CuO+xCO2↑+(y+z)H2O↑,稍加分析可知,依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量）,可计算其组成.

答案:（1）①xCuCO3yCu(OH)2zH2O+(x+y)H2等于(x+y)Cu+xCO2↑+(x+2y+z)H2O↑,② a→kj→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l,③ 1.8, CuCO3Cu(OH)2H2O

（2）可行 根据反应xCuCO3yCu(OH)2zH2O ＝ (x+y)CuO + xCO2↑+ (y+z)H2O↑,依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量）,即可计算出其组成.

三、确认混合物成分及提纯的实验设计

例3（2011年安徽高考题）MnO2是一种重要的无机功能材料,粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节.某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）样品转化为纯MnO2的实验,其流程如下：

（1）第①步加稀H2SO4时,粗MnO2样品中的（写化学式）转化为可溶性物质

（2）写出第②步反应的离子方程式并配平

+ClO-3+MnO2↓+Cl2↑+

（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、、、, 已知蒸发得到固体中有NaClO3和NaOH,则一定还含有（写化学式）.

（3） 若粗MnO2样品的质量为12.69 g,第①步反应后,经过滤得到8.7 g MnO2,并收集到0.224 L CO2（标准状况下）,则在第②步反应中至少需要_______mol NaClO3.

解析样品中含有MnO和MnCO3的质量为12.69 g-8.7 g等于3.99 g,其中MnCO3物质的量为0.01 mol即质量为1.15 g,MnO的质量为3.99 g-1.15 g等于2.84 g(即0.04 mol).所以经第 ①步过滤后的滤液中含有0.05 mol Mn2+,根据得失电子守恒,则有：5n(NaClO3)等于2×0.05 mol等于0.10 mol,n(NaClO3)等于0.02 mol.答案:（1）MnO和MnCO3（2）5Mn2+24H2O518H+（3）蒸发皿酒精灯玻璃棒NaCl（4）0.02

四、有关物质制备的实验设计

例4（2013年天津高考题）FeCl3在现代工业生产中应用广泛.某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S.

Ⅰ.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华.他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图如图4（加热及夹持装置略去）及操作步骤如下：

图4①检查装置的气密性；②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气；③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成,④等,⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封.

请回答下列问题：（1） 装置A中反应的化学方程式为,（2）第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A的右端.要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是,（3） 操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有（填步骤序号）,（4） 装置B中的冷水作用为；装置C的名称为；装置D中FeCl2全部反应完后,因为失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂：（5）虚线框内画出尾气吸收装置E并注明试剂,

Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫；过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液.（6） FeCl3与H2S反应的离子方程式为,（7） 电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应为,（8） 综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点：①H2S的原子利用率100%；②,

解析（1）A中反应的化学方程式：2Fe+3Cl2△2FeCl3

（2）要使沉积的FeCl3进入收集器,根据FeCl3加热易升华的性质,第④的操作应该是：在沉积的FeCl3固体下方加热.

（3）为防止FeCl3潮解所采取的措施有②通入干燥的Cl2,⑤用干燥的N2赶尽Cl2,

（4）B 中的冷水作用是冷却FeCl3使其沉积,便于收集产品；装置C的名称为干燥管,装置D中FeCl2全部反应完后,因为失去吸收Cl2的作用而失效,检验FeCl2是否失效就是检验二价铁离子,最好用K3［Fe(CN)6］溶液,也可以用酸性高锰酸钾溶液检验.

（5）吸收的是氯气,不用考虑防倒吸

（6）2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+

（7）阳极的电极反应： Fe2+-e-Fe3+

（8）该实验的另一个优点是FeCl3可以循环利用.(收稿日期：2013-12-14)等于1 mol)