实验综合应用高考定位

刘海燕

实验方案的设计与评价

实验方案的设计与评价能力是进行实验的基本能力，是高考考查的重点。在高考中主要以物质的制备或性质实验为载体，结合实验操作、物质性质探究等命题。通常是针对综合实验中的某一环节或某一步骤进行方案的设计与评价，解题的关键是根据实验目的和实验原理设计多种实验方案并对多种方案进行分析评价选出最佳方案。

例1 某研

究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。

（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）：

（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了

（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。

假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；

假设二： 。

（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。

解析 （1）根据控制变量法可知，在探究影响铁粉腐蚀的因素时，需控制其他条件不变，只改变某一个条件，再探究这一条件对铁粉腐蚀的影响。实验②探究醋酸浓度的影响时，要控制碳粉、铁粉的质量与参照实验①相同，故铁粉质量为2 g。实验③中碳粉的质量与参照实验①不同，而其他条件相同，故实验③的目的为探究碳粉质量的影响。

（2）根据图2知，0～t1压强增大，则发生析氢腐蚀，t1后压强减小，则发生吸氧腐蚀。发生电化学腐蚀时，Fe失去电子，电子沿导体由Fe流向C，碳作正极，碳粉表面发生还原反应，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-。

（3）使密闭容器内气压增大的原因有：一是通过化学反应生成了气体；二是化学反应过程中放出了热量，使容器内温度升高，气体膨胀，压强增大。

（4）略

化学实验综合探究

探究类综合实验题是一类思维开放性试题，能够综合考查大家发现问题和解决问题的能力，命题角度灵活、涵盖知识面广，该类试题是近几年高考命题的热点。特别是有机化学综合实验题，它通常以有机化合物的制备为载体考查常见化学实验仪器的使用方法，物质的分离、提纯等基本实验操作和注意事项，以及实验条件的控制、产率计算等。

例2 为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。

Ⅰ. AgNO3的氧化性

将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag+除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3[Fe（CN）6]溶液、氯水。

（1）请完成下表：

【实验结论】 Fe的氧化产物为Fe2+和Fe3+。

Ⅱ. AgNO3的热稳定性

用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。

A B C D

（2）装置B的作用是 。

（3）【查阅资料】 Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。

【提出设想】 试管中残留的黑色固体可能是：i.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。

【实验验证】 该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。

[实验编号＼&操作＼&现象＼&a＼&加入足量氨水，振荡＼&黑色固体不溶解＼&b＼&加入足量稀硝酸，振荡＼&黑色固体溶解，并有气体产生＼&]

【实验评价】 根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是 （填实验编号）。

【实验结论】 根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体受热分解的产物有 。

解析 （1）Fe3+遇KSCN显血红色；铁氰化钾与Fe2+生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀。

（2）AgNO3加热分解生成的红棕色气体为NO2，易溶于水，所以装置B的作用为安全瓶，由于两侧的导管较短，故不可能倒吸到装置A中。

（3）根据信息，Ag2O可溶于氨水，由实验a知，黑色固体不溶，则黑色固体为ⅰ（Ag），而不是ⅱ和ⅲ。由实验b知，有气体生成，则一定含有Ag，故不能判断出黑色固体成分。综上，AgNO3热分解的产物有NO2、O2和Ag。

工艺流程型综合实验题

工艺流程型综合实验题是以工业生产流程为命题背景，融合元素化合物知识、化学反应原理和化学实验等内容为一体的综合性试题，与实际联系密切，是近几年高考的热点题型，应引起足够的重视。

例3 LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：

已知：HCl的沸点是-85.0 ℃，HF的沸点是19.5 ℃。

（1）第①步反应中无水HF的作用是 、 。反应设备不能用玻璃材质的原因是 （用化学方程式表示）。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的 溶液冲洗。

（2）该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式 。

（3）第④步分离采用的方法是 ；第⑤步分离尾气中的HF、HCl采用的方法是 。

（4）LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为 mol（用含w、n的代数式表示）。

解析 （1）LiF（s）+HF（l）=LiHF2（aq），即生成的LiHF2溶于无水液态HF中得饱和LiHF2溶液，故无水HF的作用是作反应物和溶剂。由于玻璃材质的主要成分是SiO2，SiO2能和HF反应，故反应设备不能用玻璃材质。由于NaHCO3溶液呈碱性能中和HF，且对皮肤腐蚀性小，故可用2%的NaHCO3溶液冲洗。

（2）PF5中P、F元素的化合价分别为+5价和-1价，故水解产物分别为H3PO4、HF，其水解反应为PF5+4H2O=H3PO4+5HF。

（3）第④步分离的是固态LiPF6和液态HF，则采用的方法是过滤。由于HCl和HF的沸点差别较大，故分离尾气中HF和HCl应采用冷凝液化的方法（HF冷凝为液体时，HCl仍为气体）。

（4）设w g样品中含有LiPF6、LiF的物质的量分别为x、y，则有：x+y=n，152x+26y=w，解得：x=[w-26n126]mol。