桑建强：2012年高考总复习化学必读(38)

化学实验基础

(一)物质的检验

1．最常见的特征反应

（1）离子

Na⁺（K⁺）：将铂丝用盐酸洗涤后在酒精灯的火焰上灼烧至无色，然后蘸取固体样品（或溶液）在酒精灯火焰上灼烧，若观察到（透过蓝色钴玻璃观察到）火焰呈黄色（紫色），说明样品中含有钠（钾）元素。

Al³⁺：取待检验的溶液少量于试管中，加入过量NaOH溶液，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，说明原溶液中含有Al³⁺。

Fe²⁺：①取待检验的溶液少量于试管中，加入NaOH溶液（或氨水），生成白色沉淀，立即变成灰绿色，最后得到红褐色沉淀，说明原溶液中含有Fe²⁺。②取待检验的溶液少量于试管中，加入几滴KSCN溶液，没有明显变化，再滴加少量氯水或双氧水，溶液变为红色，说明原溶液中含有Fe²⁺。

Fe³⁺：取待检验的溶液少量于试管中，加入NaOH溶液（或氨水），立即生成红褐色沉淀，说明原溶液中含有Fe³⁺。②取待检验的溶液少量于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液变为红色，说明原溶液中含有Fe³⁺。

NH₄⁺：①取待检验的溶液少量于试管中，加入浓NaOH溶液并加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，说明原溶液中含有NH₄⁺。

Cl^―（Br^―、I^―）：取待检验的溶液少量于试管中，加入过量稀硝酸，再加入几滴硝酸银溶液，若产生白色（淡黄、黄）沉淀，说明原溶液中含有Cl^-（Br^―、I^―）。

SO₄^2-：取待检验的溶液少量于试管中，加入过量稀盐酸，再加入几滴氯化钡溶液，若产生白色沉淀，说明原溶液中含有Cl^-。

CO₃^2-：取待检验的溶液少量于试管中，加入过量稀盐酸，将产生的气体通入澄清的石灰水中，若生成白色沉淀，说明原溶液中含有CO₃^2-（或HCO₃^-）。

SO₃^2-：取待检验的溶液少量于试管中，加入过量稀盐酸，将产生的气体通入品红溶液中，若品红溶液褪色，说明原溶液中含有SO₃^2-（或HSO₃^-）。

I^-：取待检验的溶液少量于试管中，加入少量氯水后再加入几滴淀粉溶液，若溶液变蓝色，说明原溶液中含有I^-。

（2）气体

Cl₂：①使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，Cl₂+2KI==2KCl+I₂

②使湿润的蓝色石蕊试纸先变红色后褪色

NH₃：①使湿润的红色石蕊试纸先变蓝色：NH₃·H₂O NH₄⁺+OH^-

②靠近蘸有浓盐酸的玻璃棒产生白烟：NH₃+HCl==NH₄Cl

SO₂：①使品红溶液褪色，加热褪色后的溶液又恢复红色

②使澄清的石灰水变浑浊：SO₂+Ca(OH)₂==CaSO₃↓+H₂O

③使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色：SO₂+Br₂+2H₂O==2HBr+H₂SO₄

（3）重要的金属

Fe：①被磁铁吸引；②取固体少量于试管中，加入稀盐酸，反应后的溶液中滴加氯水，再加入几滴KSCN溶液，若生成红色溶液，说明原固体为单质铁。

Al：取固体少量于试管中，加入NaOH溶液并加热，用向下排空气法收集反应产生的气体，靠近酒精灯火焰，若产生爆鸣声，说明原固体为单质铝。

（4）碘盐中碘元素的检验：成分碘酸钾（KIO₃），选取合适的还原剂与食盐反应，然后用淀粉检验生成的单质碘。

（5）重要的有机物

葡萄糖：①取少量固体于试管中，加水配成溶液，然后加入银氨溶液，水浴加热，若产生光亮的银镜，说明原固体是葡萄糖。

蛋白质：取固体样品灼烧，若有烧焦羽毛的气味，说明样品中含蛋白质。

淀粉：取少量样品于试管中，加水配成溶液，然后滴入几滴碘水，若溶液变蓝色，说明原样品是淀粉。

2．一般解题思路

（1）对于固体，首先考虑加热，看是否有效；若不能达到要求，则应加水配成溶液后检验离子。

（2）①若为易溶于水的固体，通常要配成溶液；②若为溶液，取出后可直接检验；若是很稀的溶液，首先要蒸发浓缩后进行检验；③对于气体：一般是通入溶液中或使用试纸进行检验。

（3）若试题要求检验固体成分，则既要检验阳离子，又要检验阴离子。

（4）回答问题的模式：按照“各取少许于试管中→溶解→加入试剂→描述现象→得出结论”模式进行规范作答（特别注意“试剂——现象——结论”顺序不可颠倒）。

【例1】下列有关实验的叙述中，正确的是（    ）

A．在进行物质检验时，一般先对试样进行外观观察，确定其状态、颜色、气味等。

B．取1mL 20%蔗糖溶液，加入适量稀硫酸，水浴加热约5min后，再加入少量新制的Cu(OH)₂，加热，可检验蔗糖是否发生水解。

C．检验某固体样品中是否含有氯化钠和氯化钾，将铂丝用稀盐酸洗涤后放在酒精灯火焰上灼烧至无色，直接蘸取固体样品在酒精灯火焰上继续灼烧，观察到火焰呈黄色，证明样品中只含有氯化钠，不含有氯化钾。

D．某同学为检验某溶液中同时含有Cl^-和SO₄^2-，实验方案是：先向溶液中加入足量氯化钡溶液产生白色沉淀，说明溶液中含有SO₄^2-，过滤后向滤液中滴加少量硝酸银溶液，又产生白色沉淀，证明含有Cl^-。

【答案】A

【例2】侯氏制碱法所得纯碱样品中往往含有少许NaCl，现欲测定其中Na₂CO₃的质量分数，分别设计了如下实验方案。

方案一  沉淀分析法

（1）把一定量的样品溶解后加入过量CaCl₂，将所得沉淀         （填操作）、洗涤、烘干、称量。确定CaCl₂溶液是否过量的方法是___________，洗涤沉淀的操作是________________。

方案二  气体分析法

（2）把一定量的混合物与足量盐酸反应后，用如图装置测定产生的CO₂ 气体的体积，为减小CO₂的溶解，B中溶液为_________________，但选用该溶液后实验结果仍然还是不准确，其原因是____________________。

（3）请你设计一个新的方案，测定纯碱样品中Na₂CO₃的含量。

【答案】（1）过滤；静置，向上层清液中继续滴加CaCl₂溶液，若无沉淀说明CaCl₂已过量；沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至浸没沉淀，使水自然流下，重复2～3次；

（2）饱和NaHCO₃溶液；CO₂中混有HCl（或其他合理答案）

（3）取一定质量的混合物，向其中加入足量的HCl，将所得溶液蒸干，称量所得固体，用所得固体的质量、样品的质量计算样品中Na₂CO₃的质量（答滴定分析法也对）。

（二）物质的分离与提纯

1．物质分离提纯的基本原则

不能引入新杂质（通常生成沉淀或气体）；不减少被提纯物质的质量（所加试剂只与杂质反应）；实验操作简单易行（先简单后复杂，先物理后化学）；恢复到原状态。

2．物质的分离提纯解题思路

通常根据样品的性质和状态来确定，具体如下：

（1）固体样品：加热（灼烧、升华、热分解）；溶解——过滤——洗涤沉淀——干燥；溶解——加热蒸发结晶（或加热蒸发——冷却结晶——过滤）。

（2）液体样品：分液（互不相溶的两种液体）；蒸馏（互相溶解但沸点不同的液体）；萃取（从溶液中提取溶质）——分液。

3．常见混合物的分离与提纯方法

（1）粗盐的提纯：溶解——加过量BaCl₂(除SO₄^2―)、过量Na₂CO₃（除Ca^2＋、Ba^2＋）、过量NaOH溶液（除Mg²⁺）——过滤——滤液中加入适量稀盐酸（调pH=7）——加热蒸发结晶（当有较大量晶体析出时，停止加热，用余热蒸干）。

（2）海带（紫菜）中提取碘：海带（紫菜）烧成灰——加水溶解——过滤——滤液中通入氯气——加入四氯化碳，振荡（萃取）——分液——下层溶液进行蒸馏得到单质碘。

（3）皂化反应后的混合物（硬脂酸钠、甘油、水）：加入食盐搅拌——过滤得硬脂酸钠（肥皂）——滤液进行蒸馏得甘油。

（4）乙酸乙酯中含有乙酸和乙醇：加入饱和碳酸钠溶液，振荡，分液。

（5）分离氯化镁和氯化铝的混合物：样品溶解——加入过量NaOH溶液，过滤——①沉淀——洗涤后加盐酸至恰好溶解——边通HCl边加热蒸发浓缩——冷却结晶得氯化镁晶体；②——滤液通入过量CO₂——过滤——沉淀加盐酸至恰好溶解——边通HCl边加热蒸发浓缩——冷却结晶得氯化铝晶体。

（6）FeCl₃溶液中有FeCl₂：通入过量氯气或加入过量双氧水

（7）FeCl₂溶液中有FeCl₃：加入过量铁粉，充分反应后过滤

4．物质的分离与提纯答题注意的问题

（1）对于过滤操作：若试题中保留沉淀，一般应“过滤、洗涤、干燥得纯净固体”，若试题中需要知道沉淀质量，必须“过滤、洗涤、干燥、称量”。

（2）对于结晶操作：溶解度随温度升高而增大的物质、受热易分解的物质以及结晶水合物，通常采用冷却结晶法，具体操作是“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤”；溶解度随温度升高变化不大的物质、通常采用蒸发结晶法，具体操作是“加热蒸发，当出现大量晶体时停止加热用余热蒸干”。

（3）对于蒸馏实验，烧瓶中应加碎瓷片防止暴沸，温度计水银球应在蒸馏烧瓶的支管处。

（4）对于萃取分液实验：①萃取剂必须具备的条件，②分液应注意的4点。

【例3】下列除去杂质的方法正确的是（   ）

A．除去CO₂中少量的SO₂：气体通过盛饱和碳酸钠溶液的洗气瓶；

B．除去乙醇中少量的乙酸：直接蒸馏

C．除去乙酸乙酯中少量的乙酸：加入乙醇和浓硫酸加热，使乙酸转化为乙酸乙酯

D．除去铁粉中混有的少量铝粉，可加入过量的氢氧化钠溶液，完全反应后过滤

【答案】D

（四）实验方案设计与评价原则

1．实验原理是否合理。是否适合实验室制备（原料易得，操作简便，无污染等）；是否是工业制备方法（适合于大规模生产，无污染）。

2．实验装置是否合理。发生装置是否合理；净化、干燥装置是否合理；尾气处理装置是否合理；等等。

3．是否有安全考虑。防污染（尾气吸收）、防氧化（避免空气进入）、防倒吸、防爆炸等问题。

4．最佳实验方案的选择。几个实验方案都能达到目的，选出其中最佳的一个并能分析各种方案的优劣。所谓最佳，即装置最简单、药品易得、现象明显、无污染等。

5．实验室中的安全操作

（1）防暴沸的实验：利用液体物质为反应物，在较高温度（加热）下进行反应或分离的实验，需加碎瓷片，防止液体剧烈沸腾而飞溅。如：石油的分馏，乙烯、乙酸乙酯的实验室制取等。

（2）防飞溅的实验：浓硫酸的稀释或与其他液体的混合（必须将浓硫酸沿着容器壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌），蒸发结晶（当有较大量晶体析出时停止加热，利用余热蒸干）。

（3）防爆炸的实验：点燃可燃气体（如H₂、CO、CH₄、C₂H₂、C₂H₄）或用H₂、CO还原Fe₂O₃、CuO之前，要检验气体纯度。

（4）防中毒、防污染的实验：制取有毒气体（如：Cl₂、CO、SO₂、H₂S、NO₂、NO）等有毒气体应在通风橱中进行，实验中多余气体应吸收，以免污染环境。

①酸性气体（Cl₂、SO₂、H₂S）用碱液（NaOH溶液吸收）

②碱性气体（NH₃）用稀硫酸吸收

③CO：点燃

（5）防倒吸的实验：加热法制取气体后，①用排水法收集气体，②将气体通入溶液中进行性质验证，③吸收溶解度较大气体，要注意熄灯顺序或加装安全瓶。

（6）常见意外事故的处理

①酸洒在皮肤上，立即用较多的水冲洗（皮肤上不慎洒上浓H₂SO₄，不得先用水冲洗而要根据情况迅速用布擦去，再用水冲洗），再涂上3%~5%的NaHCO₃溶液。

②苯酚洒在皮肤上，用酒精擦洗。

③水银洒在桌面上，洒上硫粉覆盖。

④酸液溅到眼中立即用水冲洗，边洗边眨眼睛。

⑤误食重金属盐应立即服用生鸡蛋或生牛奶。

【例7】[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是分析化学中常见的还原剂。某研究性学习小组设计了下面的实验装置来制备[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]。实验步骤：

①把30%NaOH溶液和废铁屑混合、煮沸、冷却，将洗涤铁屑后的NaOH溶液装入F中。

②在E中用处理过的Fe屑和稀H₂SO₄反应制取FeSO₄。

 

 

 

 

③将硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液混合，结晶得[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]。

试回答下列问题：

（1）用Fe屑和稀H₂SO₄反应产生的氢气赶走装置中的氧气及(NH₄)₂SO₄溶液中的溶解氧，其目的是                    ；操作时应先关闭活塞          ，并同时打开活塞      ；请写出Fe屑和稀H₂SO₄反应产生的氢气的另外一个作用                   。

（2）使[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]结晶的实验操作是：将硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液的混合液转移至蒸发皿中，                                    ，得到[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]晶体。

（3）原料利用率高，副产品少，产生的有害废物少，保护环境是“绿色化学”的主要内涵。请写出此实验中能体现“绿色化学”的具体做法（至少写出两点）：

                           、                             。

【答案】（1）防止亚铁盐被氧化；   A；  B、C；将E中的产生的硫酸亚铁溶液压入D中

（2）缓缓加热，浓缩至表面出现结晶薄膜为止，放置冷却，过滤

（3）用氢氧化钠溶液除去混在氢气中的酸性气体；氢氧化钠溶液重复使用；用氢气驱赶氧气，防止亚铁盐被氧化；等其它合理答案。