模拟实验化学

2024-06-09

模拟实验化学（共12篇）

模拟实验化学篇1

一、基本实验操作和仪器的选择

实验室常用仪器的主要用途和使用方法是化学实验的基础, 也是历年高考实验题的命题切入点。考查的层次及范围主要有:①以多种仪器、药品为依托, 考查药品的存放、仪器的洗涤、试纸的使用和实验安全知识;②以装置分类为依托, 考查装置类型、选择依据、药品的状态及反应条件;③以微型实验为依托, 考查实验设计中的因果关系。

例1. (启东中学模拟) 今有①浓硫酸、②硝酸铵、③氰化钾、④苯、⑤浓硝酸、⑥双氧水、⑦氨水、⑧汞等8种化学品, 下列有关在瓶上应贴的危险化学品标志正确的是 ( )

A.贴标签a的可以是②④⑥

B.贴标签b的可以是②⑥⑦

C.贴标签c的可以是③⑧

D.贴标签d的只有①⑤

错解再现:不清楚爆炸性与可燃性的关系易错选A, 不清楚可燃性与助燃性关系或氨水的性质易错选B, 不熟悉过氧化氢的性质易错选D。

解析:从常见几种标志考虑:①浓硫酸具有腐蚀性和氧化性, ②硝酸铵受热或撞击具有爆炸性, ③氰化钾是剧毒的固体, ④苯是一种易燃易挥发的液体, ⑤浓硝酸具有氧化性和腐蚀性, ⑥过氧化氢具有氧化性和不稳定性, ⑦氨水具有挥发性和腐蚀性, ⑧汞是易挥发的有毒液体。

答案:C

误区警示:爆炸品是指由于外因作用发生剧烈反应而产生大量热和气体的物质, 常见的有NaN3、氯酸盐、硝酸盐等;酸、碱均有腐蚀性;氰化钾、汞、可溶性钡盐都是剧毒品;苯、汽油、酒精等有机物易燃;常见的氧化剂有浓硫酸、硝酸、氯化铁、过氧化氢、氯气等。

例2. (南师附中模拟) 下列盛放试剂的方法正确的是 ( )

A.氢氟酸或浓硝酸存放在带橡皮塞的棕色玻璃瓶中

B.汽油或煤油存放在带橡皮塞的棕色玻璃瓶中

C.碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中

D.氯水或硝酸银溶液存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中

错解再现:由于考生没有掌握好各类物质的存放原则, 即“双基”知识不扎实, 而乱选一气。

解析:氢氟酸能腐蚀玻璃, 不能用玻璃瓶存放;浓硝酸、氯水是强氧化剂, 汽油、煤油属于有机溶剂, 它们都对橡胶有强烈的腐蚀作用, 存放时应配以磨口玻璃塞;Na2CO3、Ca (OH) 2溶液显碱性, 应用配有橡皮塞的试剂瓶存放。

答案:D

误区警示:大多数化学试剂都有腐蚀性或毒性, 平时都应注意妥善密封保存于试剂瓶中。对于易变质或具危险性的化学试剂, 还应有特殊的保存方法:①见光易分解或变质的试剂, 如HNO3、AgNO3、氯水、AgBr、AgI、H2O2等, 一般应放于棕色试剂瓶, 或用黑纸包裹, 于冷暗处密封保存;②液溴易挥发、有剧毒, 应盛放在细口试剂瓶中, 液面上加水 (水比液溴轻, 可浮于液溴之上形成“水封”) , 瓶口用蜡封好, 置冷暗处, 取用时配戴乳胶手套, 并有必要的防护措施 (取用时宜用长胶头滴管吸取底层纯溴) ;③强碱、水玻璃及某些显较强碱性的溶液不用磨口玻璃瓶, 浓HNO3、浓H2SO4、溴水、大部分有机物不能用橡胶塞瓶, 易风化的物质应密封存放。

例3. (哈师大附中模拟) 某学生做完实验以后, 采取以下方法分别清洗所用仪器:①用浓氨水清洗做过银镜反应的试管, ②用酒精清洗做过碘升华的烧杯, ③用浓盐酸清洗做过KMnO4分解实验的试管, ④用盐酸清洗长期存放过FeCl3溶液的试剂瓶, ⑤用NaOH溶液清洗盛过苯酚的试管。你认为他的操作 ( )

A.①不对 B.③④不对

C.④⑤不对 D.全部正确

错解再现:题面虽是考查清洗仪器的方法, 若是不了解仪器中残留物的成分及其性质, 必将导致错选。如银不能溶于氨水, 因此①操作是错误的。

解析:①中Ag为残留物, 它不溶于氨水, 常用稀HNO3除去;②中残留物为I2, 它易溶于酒精而洗去;③中残留物为K2MnO4和MnO2, 其中K2MnO4用水即可洗去, 但MnO2难溶于水, 可利用其与浓盐酸反应生成易溶于水的MnCl2而洗去;④中残留物主要为Fe (OH) 3, 能被盐酸洗去;⑤中利用苯酚的酸性, 使其转化为易溶于水的苯酚钠而洗去。

答案:A

误区警示:洁净的玻璃仪器是做好实验的前提, 特别是对于离子鉴别及一些定量实验更为重要。对于用水洗不掉的污物, 可根据不同污物的性质用药剂处理:①玻璃器皿里如附有不溶于水的碱、碳酸盐、碱性氧化物及MnO2等物质, 可以用盐酸 (必要时可加热) 清洗;②附有油脂的仪器, 用热纯碱液 (或NaOH溶液) 清洗, 苯酚可用NaOH溶液洗涤;③黏附有硫磺的仪器, 用CS2溶解后除去;④准备做滴定实验用的滴定管, 要用特殊配制的“洗液”来洗, 洗净内部后, 冲净洗液, 再用蒸馏水洗2～3次;⑤洗去苯酚或酚醛树脂一般用酒精浸泡;⑥氨水可洗去AgCl、AgBr固体 (AgI不溶于氨水) 。

例4. (盐城中学) 下列有关实验原理或操作正确的是 ( )

A.用广泛pH试纸测pH的方法鉴别pH=3.11和3.12的盐酸和氯化铵溶液

B.称量0.4000gNaOH, 经过溶解、转移、洗涤、定容等步骤配制0.1000mol·L-1NaOH溶液

C.用图1装置制取少量干燥的HCl气体

D.用图2装置除去CO2中少量SO2杂质

错解再现:若对广泛pH试纸使用范围不清易错选A, 未考虑到NaOH固体易潮解和易与CO2反应等性质易误选B, 不细分析试剂的性质和滴加顺序易错选C。

解析:A不正确, 广泛pH试纸只能精确到整数, 故无法鉴别。B不正确, 由于NaOH极易吸湿和吸收CO2, 无法称量这么准确的NaOH固体、达到如此精确的NaOH浓度, 化学上通常用滴定的方法。C不正确, 这种方法虽能制得HCl气体, 但并不干燥, 正确的操作应将浓盐酸通过毛细管流进足量的浓硫酸中。D正确, 先发生反应 $S Ο_{2} + Ν a Η C Ο_{3} =_{}^{} Ν a Η S Ο_{3} + C Ο$ 2, 再干燥, 即得纯净的CO2气体。

答案:D

误区警示:使用广泛pH试纸定量测定溶液pH时要注意:①试纸必须是干燥的;②测定值只能是整数;③用湿润的pH试纸测定溶液pH时, 除中性溶液外都会产生误差, 可能偏大也可能偏小。

例5. (原创) 下列选项中的陈述正确的是 ( )

①用甲装置电解精炼镁 ②用乙装置检验溶液中是否含有Na+ ③用丙装置从食盐水中提取NaCl ④用丁装置对二次电池进行充电

A.①②正确 B.③④正确

C.均正确 D.均错误

错解再现:若不清楚溶液中离子放电规律, 会误认为甲图正确;对二次电池的充放电原理不清, 误认为丁图正确。

解析:Mg2+在溶液中不放电, 甲错;焰色反应实验时应用铂丝 (或无锈铁丝) , 乙错;从食盐水中提取NaCl晶体时应用蒸发皿而不是坩埚, 丙错;当二次电池使用完后进行充电时, 电池的正极应与外电源的正极相连, 丁错。

答案:D

误区警示:解答本题应注意以下两点:①活泼金属的阳离子在溶液中不放电, 如Mg2+和Al3+;②由于原电池工作时正极发生还原反应, 其逆过程是氧化过程, 因此充电时原电池的正极必与外电源的正极相连。

例6. (原创) 下列实验步骤与事实的相应结论解释正确的是 ( )

错解再现:若不能理解Ksp的意义, 则无法判断选项A和B;对元素及其化合物的性质不明确, 则无法判断C和D。

解析:A中沉淀溶解与Ksp的大小无关, 只能说明Al (OH) 3具有两性, A错。C中NH3的作用是使溶液显碱性, 从而增大CO $_{3}^{2 -}$ 的浓度, 生成BaCO3沉淀。选项D中前后没有因果关系。

答案:B

误区警示:高考对此类问题的考查主要有以下两点:①以性质实验为基础, 探究实验事实与结论是否一致;②以制备实验为基础, 探究实验操作和实验目的是否一致。由于题干都是串联式设置, 问题跨度较大, 能否快速调动元素化合物知识、基本理论知识是熟练求解的关键。

二、物质的制备、分离、提纯和鉴别

物质的制备、分离、提纯和鉴别等内容, 主要是以离子的检验、气体的制备和检验、元素化合物的性质等为知识基础, 考查学生的实验基本操作能力、对材料的组织水平和语言表达能力等。相关试题的特点主要有四个:一是直接考查常见物质的制备;二是选取适当的试剂及其分离方法, 除去被提纯物中指定的杂质;三是确定除杂时所加试剂的先后顺序;四是将分离、提纯、物质制备及混合物成分的确定等内容融为一体, 形成综合实验题。

例1. (北京市东城区) 某课外实验小组设计的下列实验合理的是 ( )

错解再现:忘记NO2易溶于水的性质会误选C, 不了解Na2O2的物理性质和这种装置的设计目的易错选D。

解析:A不正确, 容量瓶不能用于溶解物质。C不正确, NO2易与水发生反应, 不能用排水法收集。D不正确, Na2O2是粉末状固体, 不能达到随开随制、随关随停的目的。

答案:B

误区警示: (1) 实验装置的选择主要根据反应物的状态和反应条件, 概括起来有三类:①固+固 $\overset{△}{\to}$ 气体, 如制取O2、NH3等;②固+液 $\overset{}{\to}$ 气体, 如制取H2、CO2、SO2、H2S、NO2、NO、C2H2等;③固 (或液) +液 $\overset{△}{\to}$ 气体, 如制取Cl2、HCl、C2H4等。 (2) 气体的收集:①密度比空气大的气体可用向上排空气法收集, 导气管应“长进短出”, 密度比空气小的气体则用向下排空气法收集;②易溶于水或与水反应的气体, 如NH3、HCl、NO2等, 只能用排空气法收集;③常温下与O2反应的气体 (如NO) , 密度跟空气相近的气体 (如N2、CO、C2H4、C2H6等) , 都不能用排空气法收集;④能溶于水但溶解度不大的气体, 可以用排某些饱和溶液的方法收集 (常被遗忘) , 如CO2—排饱和NaHCO3溶液、SO2—排饱和NaHSO3溶液、H2S—排饱和NaHS溶液、Cl2—排饱和NaCl溶液。 (3) 气体的吸收:吸收气体的方法主要取决于气体的性质。溶解度很大的NH3、HCl、HBr、HI气体可以用水吸收, 但要严防倒吸。

例2. (原创) 某研究性学习小组欲探究用Na2O2与浓盐酸制备氯气, 装置如右图。

(1) 写出用Na2O2与浓盐酸制备氯气的离子方程式:______。可能发生的副反应的方程式是______。

(2) 装置B盛放的是______, D中盛放的可能是______。

(3) 你是否同意将Na2O2与浓盐酸的反应作为实验室制备氯气的方法之一?______ (填“是”或“否”) , 理由是______。

(4) 该小组的同学用右图装置在通风橱中制备少量饱和氯水, 采用将烧瓶倾斜固定, 其原因是。

错解再现:部分学生没有掌握离子方程式书写技巧, 误将离子方程式写成 $Ο_{2}^{2 -} + 2 C l^{-} =_{}^{} C l_{2} + 2 Ο^{2 -}$ ;不熟悉对流原理, 导致 (4) 中误答为增大氯气的溶解度。

解析:根据题意知, 过氧化钠既可氧化氯离子生成氯气, 又可发生自身氧化还原反应产生氧气, 因此制得的氯气中含有氯化氢、水蒸气及氧气, 但在本实验装置中O2无法除尽。

答案: $(1) Ν a_{2} Ο_{2} + 4 Η^{+} + 2 C l^{-} =_{}^{} 2 Ν a^{+} + C l$ $_{2} ↑ + 2 Η_{2} Ο 2 Ν a_{2} Ο_{2} + 2 Η_{2} Ο =_{}^{} 4 Ν a Ο Η + Ο_{2} ↑$ (或 $2 Ν a_{2} Ο_{2} + 4 Η C l =_{}^{} 4 Ν a C l + 2 Η_{2} Ο + Ο_{2} ↑) (2)$ 饱和食盐水氢氧化钠溶液 (3) 否产物不纯且难以分离 (4) 倾斜可防止对流, 没有溶解的氯气会聚集在水面上, 摇动烧瓶, 使聚集在水面上的氯气尽量溶解, 减少损失

误区警示:依据反应原理设计物质制备方案, 必须考虑其可行性, 包括反应原理、反应条件、副反应及产物性质、实验装置的确定、净化措施、收集方法、尾气处理, 最后应反思实验中可能遇到的相关问题。

例3. (长沙一中模拟) 下列分离混合物的方法正确的是 ( )

①用盐析法可以提纯蛋白质 ②用渗析法可以除去淀粉溶液中的NaCl ③用加热法可除去Na2CO3中混有的少量NaHCO3 ④用直接加热法可分离碘和NH4Cl ⑤用重结晶法除去硝酸钾中混有的少量氯化钠 ⑥除去苯中混有的少量甲苯, 可加入适量高锰酸钾酸性溶液, 充分反应后, 再加碱分液

A.①②③⑤⑥ B.①②③⑥

C.①②④⑤⑥ D.全部

错解再现:忘记盐析和渗析的原理, 导致无法判断①和②是否正确;不了解苯的同系物性质, 无法判断⑥是否正确。

解析:由盐析的原理可知, 采用多次盐析可以分离和提纯蛋白质, ①正确;半透膜可允许Na+、Cl-、H2O等透过, 而淀粉等大分子不能透过, 用渗析法可除去淀粉中的NaCl, ②正确;NaHCO3不稳定, 受热易分解生成Na2CO3、CO2和水, 故③正确;碘易升华, NH4Cl易分解, 加热时它们都变为蒸汽, 但冷却时又都变回固体, 不能分离, ④不正确;KNO3的溶解度受温度的影响大, 而NaCl的溶解度受温度影响小, 故可用重结晶法分离提纯硝酸钾, ⑤正确;苯不与KMnO4溶液反应, 而甲苯可被KMnO4氧化成为苯甲酸, 苯甲酸在碱性条件下转化为盐, 易溶于水, 难溶于有机溶剂, ⑥正确。

答案:A

误区警示:能根据物质性质的差异选择分离提纯的方法。例如, 不溶性固体与液体, 用过滤的方法分离;可溶性固体与液体, 用蒸发结晶的方法分离;密度不同彼此不相溶的液体, 用分液的方法分离;沸点不同彼此相溶的液体, 用蒸馏的方法分离。物质的分离也可以利用物质不同的化学特性, 将其中的一种组分转变为难溶的沉淀或易溶于水的物质, 以进行分离。无论采用何种方法分离, 都要把各物质恢复到原来的状态。

例4. (原创) 结晶分离的依据是物质溶解性的关系, 今有a、b、c三种物质的溶解度曲线如右图, 下列说法正确的是 ( )

A.冷却t2℃三种饱和溶液到t1℃, 均有晶体生成

B.在t1℃时, 三种物质的饱和溶液a的物质的量浓度最大

C.b中混有少量的杂质a, 经溶解、蒸发, 再冷却结晶可得到较纯净的b

D.c中混有少量a时, 需经溶解、蒸发、趁热过滤得到较纯净的c

错解再现:未掌握溶液中溶质质量分数与物质的物质的量浓度之间的关系, 易误选B;未掌握溶解度曲线在分离提纯实验中的应用, 会误选C。

解析:A不正确, 只有a、b有晶体析出, c仍饱和。B不正确, 因为不知道他们的摩尔质量和溶液密度。C不正确, a的量很少, 应该用蒸发结晶并趁热过滤分离出b。D正确, 温度高时, c的溶解度很小, 随着水的蒸发大量的c都将析出。

答案:D

误区警示:解答本题应注意以下两点:①只有知道溶液的密度和溶质的摩尔质量, 才能进行质量分数与物质的量浓度之间的换算;②溶解度曲线的交点只表示该温度下溶解度相同。根据物质的溶解度受温度影响的程度, 能确定物质结晶或混合物分离提纯的方法。

例5. (深圳中学模拟) 下列各组气体或溶液用括号内试剂加以鉴别, 其中不合理的是 ( )

A.二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳 (品红试液)

B.氯化钠、碳酸氢钠、碳酸钠 (稀盐酸)

C.酒精、醋酸、醋酸钠 (石蕊试液)

D.硫酸、硝酸钡、氯化钾 (碳酸钠溶液)

错解再现:没有掌握元素化合物的性质, 导致无法判断选项B和C是否正确。

解析:A选项, 二氧化碳和一氧化碳分别通入品红试液时, 品红试液均无明显变化, 二氧化硫通入品红试液时, 品红褪色, 无法鉴别。B选项, 将稀盐酸分别滴入三种溶液时, 氯化钠溶液无明显变化, 碳酸氢钠溶液中立即产生大量气泡, 碳酸钠溶液中开始时无气泡产生, 后产生大量气泡, 可以鉴别。C选项, 酒精遇石蕊无明显变化, 醋酸能使紫色石蕊变红色, 醋酸钠属强碱弱酸盐, 在水溶液中发生水解而显碱性, 能使紫色石蕊变蓝色, 可以鉴别。D选项, 硫酸与碳酸钠反应产生CO2气体, 硝酸钡与碳酸钠反应产生BaCO3沉淀, 氯化钾与碳酸钠不反应, 可以鉴别。

答案:A

误区警示:解答此类题目的关键, 是熟练掌握物质的化学性质、特征反应及其物理特征。通过本题的分析解答, 进一步明确物质鉴别题目的主要类型, 掌握解题的方法思路。

例6. (华南师大附中模拟) 有A、B、C、D、E、F六种溶液, 它们是氨水、硫酸镁、碳酸氢钠、碳酸钠、稀硝酸、氯化钡溶液中的某一种。各取少量, 将其两两混合, 现象如右图所示。其中, “↓”表示难溶物或微溶物, “↑”表示气体, “—”表示无明显现象, 空格表示实验未做, 试推断其中F是 ( )

A.碳酸钠溶液 B.氯化钡溶液

C.硫酸镁溶液 D.碳酸氢钠溶液

错解再现:对硫酸镁和碳酸钠之间的反应不熟悉, 导致无法推断。

解析:解题时一般先找现象较全面的一种如D或A (分别做了三次实验) , 依次假设D为六种溶液中的某一种, 如假设D是氨水或是硫酸镁等, 分析它与其他五种溶液分别混合时的现象, 若能出现三次沉淀, 则假设成立, 由此可确定D是硫酸镁。依照上述方式可推出A是碳酸钠、F是碳酸氢钠。

答案:D

误区警示:解答本类试题时要注意三点:一是要熟悉教材所提供的溶解度表中常见物质的溶解性情况, 如常见的微溶物有Ca (OH) 2、Ag2SO4、MgCO3等;二要注意所提供的试剂本身是否有颜色, 再利用有色试剂作为起始物质进行鉴别;三要注意滴加顺序不同现象也不同的几类物质, 如铝盐和强碱、偏铝酸盐与强酸、氨水和硝酸银、磷酸和石灰水等。

例7. (广州模拟) Na2SO3是抗氧剂, 现向烧碱和Na2SO3混合溶液中加入少许溴水, 振荡后溶液变为无色。

(1) 写出碱性溶液中Br2氧化Na2SO3的离子方程式:______。

(2) 反应后的溶液中含有SO $_{3}^{2 -}$ 、SO $_{4}^{2 -}$ 、Br-、OH-等阴离子, 请填写鉴定其中SO $_{4}^{2 -}$ 和Br-的实验报告 (步骤可增减) 。

限选试剂:2mol·L-1HCl、1mol·L-1H2SO4、1mol·L-1BaCl2、1mol·L-1Ba (NO3) 2、0.1mol·L-1AgNO3、CCl4、新制饱和氯水。

错解再现:未注意溶液的酸碱性, 导致 (1) 中离子方程式书写错误;未考虑到离子检验的先后顺序, 导致 (2) 中设计步骤错误。

解析: (1) 由于该反应是在强碱性条件下进行的氧化还原反应, 故离子方程式应写成 $S Ο_{3}^{2 -} + B r_{2} + 2 Ο Η^{-} =_{}^{} Η_{2} Ο + S Ο$ $_{4}^{2 -}$ +2Br-, 而不是 $S Ο_{3}^{2 -} + B r_{2} + Η_{2} Ο =_{}^{} S Ο_{4}^{2 -} + 2 B r^{-} + 2 Η^{+}$ 。 (2) 由于检验Br-时需用到新制的饱和氯水, 而氯水又能将SO $_{3}^{2 -}$ 氧化生成SO $_{4}^{2 -}$ , 故步骤①应先检验SO $_{4}^{2 -}$ , 但检验时同样需排除SO $_{3}^{2 -}$ 的干扰, 因此必须先将溶液酸化, 显然应使用盐酸酸化而不能用硫酸酸化, 然后再加钡试剂确定有无SO $_{4}^{2 -}$ , 由于溶液中可能还存在少量SO2, 因此选用BaCl2比Ba (NO3) 2更好。

答案: $(1) S Ο_{3}^{2 -} + B r_{2} + 2 Ο Η^{-} =_{}^{} S Ο_{4}^{2 -} + 2 B r^{-} + Η_{2} Ο$

(2)

误区警示:在新课标地区以离子的检验和离子反应为背景的综合探究题高频出现, 要引起重视。解题时注意两个环节, 一是分析离子检验的先后顺序, 二是如何排除干扰离子的影响。

例8. (原创) 下列说法中正确的是 ( )

A.氯气通入澄清石灰水中, 制取漂粉精

B.可用化合反应的方法制取Fe (OH) 3

C.选择合适的试剂, 用图一所示装置可分别制取少量CO2、NO和O2

D.用图二所示装置制取少量溴苯

错解再现:未考虑产物的状态, 而误认为A正确;忘记制溴苯的实验条件, 误认为D正确。

解析:Cl2和石灰乳反应可得漂粉精, A错。Fe (OH) 3可用如下反应制取, 4Fe $(Ο Η)_{2} + Ο_{2} + 2 Η_{2} Ο =_{}^{} 4 F e (Ο Η)_{3} ‚ B$ 正确。由于NO能与空气中O2反应, 不能用排空气法收集, C错。制备溴苯无需加热装置, D错。

答案:B

误区警示:考前应明确下列化学常识:水玻璃制硅胶;SiO2制光导纤维;SiC制砂轮的磨料;硅制光电池板;用浓盐酸和“84消毒液”制备少量Cl2;用钠、钾合金作原子反应堆的热交换剂;将二氧化硫通入过氧化氢溶液, 获得硫酸;纯碱可用于生产普通玻璃, 硝酸可用于制化肥和炸药等;用秸秆可以制得葡萄糖和酒精;分离煤焦油获得苯、甲苯和二甲苯;石油裂解获得乙烯;甲醛是合成树脂的常见原料之一;将煤进行干馏, 获得焦炭、煤焦油等化工原料。

例9. (石景山模拟改编) 我国制碱工业的先驱——侯德榜先生, 1939年发明了著名的侯氏制碱法。

(1) 侯氏制碱法工业流程如上图:有关说法不正确的是______。

A.该工艺中原料是食盐、氨、二氧化碳及水, 最终产品是纯碱和氯化铵

B.工艺中MⅠ处吸氨与MⅡ处吸氨的目的完全相同

C.该工艺中CO2再利用, 可以减少温室气体排放

D.该过程中涉及的主要反应有: $Ν Η_{3} + Η_{2} Ο + C Ο_{2} =_{}^{} Ν Η_{4} Η C Ο_{3} ‚ Ν Η_{4} Η C Ο_{3} + Ν a C l$ $=_{}^{} Ν Η_{4} C l + Ν a Η C Ο_{3} ↓ ‚ 2 Ν a Η C Ο_{3} =_{}^{△} Ν a_{2} C Ο_{3} + Η_{2} Ο + C Ο_{2} ↑$

(2) 依据工业原理, 欲制得碳酸氢钠晶体, 某校学生设计了如下实验装置, 其中B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的溶液, 且二者均已达到饱和。

①A装置中发生反应的离子方程式为_____ ,

C装置中稀硫酸的作用为_____ 。

②下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据 (g/100g水) :

参照表中数据, 请分析B装置中使用冰水的目的:______。

③该校学生在检查完此套装置气密性后进行实验, 结果没有得到碳酸氢钠晶体, 指导教师指出应在______装置之间 (填写字母) 连接一个盛有______的洗气装置, 其作用是______。

④若该校学生进行实验时, 所用饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g, 实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g, 则NaHCO3的产率为______。

错解再现: (1) 不清楚两处循环吸氨的目的原理, 无法确定B。 (2) 不了解氨易挥发, 而二氧化碳可以直接排放, 无法确定稀硫酸的作用;未考虑到CO2中混有杂质HCl, 无法判断用NaHCO3洗涤或洗涤装置的位置。

解析: (1) MⅠ处吸氨是增大NH $_{4}^{+}$ 浓度, 加入食盐的目的之一是增大Cl-, 同时冷却的目的是有利于氯化铵析出;MⅡ处吸氨目的是使溶液氨化, 有利于CO2的吸收, 同时将溶解在溶液中的碳酸氢钠转化为溶解度大的碳酸钠溶液, 防止与氯化铵共析出。 (2) 由原料可确定A是制取CO2的装置;考虑到氨易挥发, 故用稀硫酸吸收逸出的氨。由于碳酸氢钠的溶解度随温度的降低而减小, 故在低温条件下可析出更多的碳酸氢钠。该实验中制备的CO2混有HCl, HCl能与碳酸氢钠或氨反应, 故必须洗涤除去, 否则产生的碳酸氢钠的量太少, 会导致没有晶体析出。5.85gNaCl理论上可获得NaHCO38.4g, 故产率为:5.04g/8.4g×100%=60%。

答案: $(1) B (2) ① C a C Ο_{3} + 2 Η^{+} =_{}^{} C a^{2 +} + C Ο$ 2↑+H2O 吸收从B装置中的试管内逸出的氨气, 减少对环境的污染 ②温度越低, 碳酸氢钠的溶解度越小, 便于析出 ③A与B 饱和NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl气体 ④60%

误区警示:对于模拟工业法制备物质, 首先要了解工业原理。如本题中, 考虑氨极易溶于水, 而CO2溶解度很小, 碱化后的溶液可吸收大量二氧化碳, 才能保证有足够大的HCO $_{3}^{-}$ , 才会析出NaHCO3, 而又通过加入食盐来提高c (Cl-) 使NH4Cl析出。在制备物质时, 同样要防止杂质干扰物质的制备。

例10. (原创) 硫代硫酸钠 (Na2S2O3·5H2O) 是一种脱氯剂, 它易溶于水, 不溶于乙醇, 40～45℃熔化, 48℃分解, 由硫化钠和亚硫酸钠制备, 涉及的反应原理为: $2 Ν a_{2} S + 3 S Ο_{2} =_{}^{} 2 Ν a_{2} S Ο_{3} + 3 S ↓ ‚ S Ο_{2} + Ν a_{2} C Ο_{3} =_{}^{} Ν a_{2} S Ο_{3} + C Ο$ $_{2} ‚ Ν a_{2} S Ο_{3} + S =_{}^{} Ν a_{2} S_{2} Ο_{3} ‚ S_{2} Ο_{3}^{2 -} + 2 Η^{+} =_{}^{} S ↓ + S Ο$ 2↑+H2O。其反应装置为:

①开启分液漏斗, 使硫酸慢慢滴下, 适当调节螺旋夹, 使反应产生的SO2气体较均匀地通入Na2S和Na2CO3的混合溶液中, 同时开启电磁搅拌器搅动。②至析出的硫不再消失, 控制溶液的pH, 停止通入SO2气体。③过滤所得滤液, 转移至蒸发皿中, 水浴加热浓缩, 直到溶液呈稀粥状时。④_____ 。

⑤将晶体放入烘箱中, 在40～45℃左右干燥50～60min, 称量。

(1) 步骤②中, 溶液的pH应控制的范围是______。

(2) 装置图中氢氧化钠溶液的作用是_____ 。

(3) 步骤③中为什么不能将溶液蒸发至干:______。

(4) 步骤④的操作是______。

(5) 过滤时所需的硅酸盐质仪器有_____ 。

(6) 将无水Na2S2O3在隔绝空气的条件下加热可完全分解, 甲认为分解生成SO2和Na2SO4, 乙认为生成Na2SO4、Na2S和S。

①甲是否可能:______ (“可能”或“不可能”) , 若可能写出化学方程式:______。

②乙是否可能:______ (“可能”或“不可能”) , 若可能写出化学方程式:______。

错解再现:问题 (1) 部分学生没有注意到题给信息, 误认为pH<7;问题 (6) , 学生没有从氧化还原反应的角度分析, 误答为甲可能或无法写出乙的反应方程式。

解析:问题 (1) 从硫代硫酸钠在酸性条件下易分解的性质得出答案。问题 (2) 考虑尾气处理。问题 (3) 涉及Na2S2O3·5H2O的分解问题。 (4) 从基本实验操作过滤所需的仪器考虑。问题 (6) 从氧化还原反应电子得失守恒角度考虑。

答案: (1) 大于7 (2) 吸收未反应的SO2、H2S等酸性气体 (3) 蒸发至干, 会使硫代硫酸钠失去结晶水并发生分解 (4) 冷却结晶、过滤、用酒精洗涤 (5) 漏斗、烧杯、玻璃棒 (6) ①不可能 ②可能 $4 Ν a_{2} S_{2} Ο_{3} =_{}^{隔绝空气 ‚ 加热} 3 Ν a_{2} S Ο_{4} + Ν a$ 2S+4S

误区警示:本题在仔细探究实验的基本操作及原理问题上还要注意:①用好条件中的已知方程式, 硫代硫酸钠在酸性条件下分解。②蒸发结晶时, 溶液一定不能蒸干, 是基本操作常识。③洗涤晶体时, 一般是水洗, 也常有冷水洗、乙醇洗、丙酮洗、乙醚洗等。④判断分解产物, 对于氧化还原反应一定要从得失电子是否守恒和是否符合歧化反应、归中反应等氧化还原反应规律着手, 最后写出的方程式必须要配平。

例11. (原创) 羟醛缩合反应在有机合成中颇为重要, 如何在绿色环境中用来保护羰基已经成为研究热点。铌酸作为绿色催化剂的固体酸, 因具有易制备、易回收等特点而备受研究者关注。反应原理如下:

(1) 首先考察不同催化剂对苯甲醛和甲醇缩合反应的影响。固定甲醇10mL、苯甲醛0.5mL、催化剂为0.05mol。

①反应中甲醇过量, 其原因是_____ 。

②回流反应2h, 反应较长时间的目的是______, 回流的目的是______。

③用浓硫酸作催化剂其转化率比浓盐酸大, 其主要原因是______。

④从表中可知, 铌酸作催化剂的优点是______。

(2) 在25mL烧瓶中加入铌酸、10mL甲醇和0.5mL苯甲醛, 在回流状态下反应2h, 反应的产率和转化率可达94.2%、98.0%。产品由倾析法即可分离, 催化剂不经过处理即可重复使用。

①不同铌酸用量对产率和转化率影响如下表:

苯甲醛与甲醇缩合, 上述实验中催化剂的最佳用量为______。

②用①中得出的铌酸催化剂的最佳量, 取相同物质的量的6种醛与甲醇的缩合反应, 结果如下表:

从表中得出, 不同的醛与甲醇缩合影响转化率和产率的规律是______。

错解再现: (1) ③由于没有结合化学反应原理分析, 易答成酸性强; (2) ②没有仔细比较, 只能肤浅地说出邻羟基苯甲醛的转化率和产率均最高, 间硝基苯甲醛的均最低。

解析: (1) 在化学平衡中, 增大一种反应物的量可提高另一种产物的转化率, 提高甲醇的量有利于平衡向正反应方向移动。有机化学反应通常很慢, 且大多需要在体系沸腾条件下反应较长时间, 为了不使反应物和溶剂的蒸汽逸出损失, 需让反应在回流装置中进行。由于生成缩醛的反应有水生成, 故减少生成物水的量有利于平衡向正反应方向移动。从表中还可看出, 在相同条件下铌酸作为催化剂的转化率和产率以及选择性均比其他两种酸高得多。 (2) 找出产率和转化率处于最大值时, 所对应的催化剂的用量;从6个醛的取代基的位置、类型分析归纳。

答案: (1) ①提高苯甲醛的转化率 ②该反应较慢, 需在沸腾条件下反应较长时间为了不使甲醇和苯甲醛的蒸汽逸出损失 ③浓硫酸具有吸水性, 有利平衡向生成缩醛的方向移动 ④选择性、转化率和产率均高 (2) ①0.05mol ②相同取代基时, 产率或转化率:邻位>对位>间位;不同取代基时, 产率或转化率:羟基、烷基>硝基、卤素

误区警示:解读图表时, 需要用到控制变量法, 控制变量法也叫单因子法, 是指为了研究某个量同影响它的多个因素中的一个因素的关系, 可将除了这个因素以外的其他因素人为地控制起来, 使其保持不变, 再比较、研究该某个量与该因素之间的关系, 得出结论, 然后再综合起来得出规律的方法。本题控制相同物质的量的甲醇、催化剂及不同的醛, 实验变量是不同位置的同种取代基与同种位置的不同取代基, 这里的产率和转化率都是因变量。

三、综合实验探究

例1. (丰台模拟) 为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO, 设计如图实验 (实验过程中活塞2为打开状态) , 下列说法中不正确的是 ( )

A.关闭活塞1, 加入稀硝酸至液面a处

B.在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率

C.通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行

D.反应开始后, 胶塞下方有无色气体生成, 还不能证明该气体为NO

错解再现:忽略了装置中或稀硝酸中溶有少量空气, 和预先生成的NO在有氧气条件下转变为硝酸, 剩下N2, 而误选D。

解析:开始时, 为将装置中的空气排出, 加到液面a处对位时, 此时必须先打开活塞1, 否则无法加到a处, 故A不正确。加热可提高反应速率, 故B正确。打开活塞1, 稀硝酸可跟铜丝接触并反应, 再关闭时, 慢慢通过反应再逐渐脱离液面, 故C正确。由于少量空气的存在, 开始时, 生成的NO发生反应 $4 Ν Ο + 3 Ο_{2} + 2 Η_{2} Ο =_{}^{} 4 Η Ν Ο_{3}$ , 故一开始的无色气体可能是N2, D正确。

答案:A

误区警示:涉及气体制取的装置必须要事先检查装置的气密性, 其次需弄清新装置中的实验过程和现象, 这样才能作出准确判断。本实验要验证有无色气体NO生成, 还要注意:①装置中必须不含空气, 否则开始时会有红棕色气体产生;②加硝酸时, 必须打开活塞1, 让液面直至与橡皮塞接触, 否则不能达到实验目的。

例2. (盐城模拟) CaO2·8H2O可用于污水处理和应急供氧等, CaO2350℃左右开始分解放出氧气, 能与酸反应生成H2O2。实验室可用大理石 (含MgCO3、FeCO3等杂质) 、过氧化氢等原料制取。实验流程如下:

(1) 写出CaO2的电子式:______。

(2) 反应①能否用盐酸代替硝酸:_____ ,

理由是______。

(3) 图示步骤②, 加入浓氨水至弱碱性的目的是______。

(4) 步骤③用冰水冷却的可能原因有_____ 。

(5) 加入磷酸钙和乙醇的作用可能是_____ 。

(6) 每次准确称取0.1000gCaO2产品于锥形瓶中, 加入30mL蒸馏水和10mL2mol·L-1HCl, 完全溶解后, 加入几滴MnSO4溶液, 用0.02000mol·L-1KMnO4标准溶液滴定到终点, 平行三次, 结果如下:

则所制的过氧化钙的质量分数为______。

错解再现: (2) 没有考虑杂质和溶液中二价铁的去除方法, 易答为能。 (4) 冰水冷却, 易漏掉氨易挥发或过氧化氢易分解的性质。

解析: (1) 依据Na2O2的电子式联想写出CaO2的电子式。 (2) 硝酸不仅起酸性作用, 还需将Fe2+氧化为Fe3+, 便于在下一步中除去。 (4) 从反应物氨水、过氧化氢的化学性质考虑使用冰水的目的。 (5) 可从产物稳定性角度考虑添加剂的作用。 (6) 依据化学方程式 $(5 Η_{2} Ο_{2} + 6 Η^{+} + 2 Μ n Ο_{4}^{-} =_{}^{} Μ n^{2 +} + 5 Ο_{2} ↑ + 8 Η_{2} Ο)$ 计算CaO2的质量分数。

答案: $(1) C a^{2 +} [∶ Ο_{\cdot \cdot}^{\cdot \cdot} ∶ Ο_{\cdot \cdot}^{\cdot \cdot} ∶]^{2 -} (2)$ 不能硝酸可将Fe2+氧化为Fe3+, 便于加碱除去 (3) 使其中Mg2+、Fe3+等杂质离子形成沉淀除去 (4) ①温度低可减少过氧化氢和氨水的分解, 提高原料利用率;②反应 $C a C l_{2} + Η_{2} Ο_{2} + 2 Ν Η_{3} \cdot Η_{2} Ο + 6 Η_{2} Ο \overset{}{\to} C a Ο_{2} \cdot 8 Η_{2} Ο + 2 Ν Η_{4}$ Cl可能是放热反应, 温度低有利于提高CaO2·8H2O产率 (5) 作稳定剂, 提高过氧化钙的产率 (6) 80.49%

误区警示:①制备或配制易失效的物质或溶液时, 常常需加入稳定剂, 如制备NaHSO3时常加入对苯二胺, 制备过碳酸钠时常加入三乙醇胺、硅酸钠, 制过氧化氢时常加入少量的酸, 做题判断时只要确认这些物质不与产品反应就有可能;②用冰水冷却, 通常要考虑这个反应的热效应与平衡移动、反应物或生成物是否易挥发等。

例3. (南通模拟) 蛋白质是有机态氮的表现形式之一, 蛋白质样品 (或其他含氮杂质) 与硫酸和催化剂一同加热消化, 使含氮物质分解, 分解成的氨与硫酸结合生成硫酸铵, 然后碱化蒸馏使氨游离, 用硼酸吸收后再用盐酸标准溶液滴定, 根据酸的消耗量求得氮的质量分数, 乘以换算系数 (奶粉中为6.25) , 即得蛋白质含量。

$\begin{array}{l} 已知 ∶ 2 Η_{2} Ν (C Η_{2})_{2} C Ο Ο Η + 13 Η_{2} S Ο_{4} \overset{}{\to} (Ν Η_{4})_{2} S Ο_{4} + 6 C Ο_{2} ↑ + 12 S Ο_{2} ↑ + 16 Η_{2} Ο \\ (Ν Η_{4})_{2} S Ο_{4} + 2 Ν a Ο Η \overset{}{\to} 2 Ν Η_{3} ↑ + Ν a_{2} S Ο_{4} + 2 Η_{2} Ο \end{array}$

$\begin{array}{l} 2 Ν Η_{3} + 4 Η_{3} B Ο_{3} \overset{}{\to} (Ν Η_{4})_{2} B_{4} Ο_{7} + 5 Η_{2} Ο \\ (Ν Η_{4})_{2} B_{4} Ο_{7} + 2 Η C l + 5 Η_{2} Ο \overset{}{\to} 2 Ν Η_{4} C l + 4 Η_{3} B Ο_{3} \end{array}$

实验步骤:

1.称取婴幼儿奶粉2.000g, 移入干燥的消化管中, 加入0.2g硫酸铜、3g硫酸钾及20mL硫酸, 充分加热冷却后移入100mL容量瓶中, 用水定容至100mL (消化液) 。

2.碱化蒸馏。在锥形瓶中加入10mL2%硼酸、2滴混合指示剂, 并吸取10.0mL样品消化液从样品入口注入凯氏定氮仪。用10mL蒸馏水冲洗样品入口, 再加10mL50%氢氧化钠溶液, 打开水蒸气发生器与反应器之间的夹子, 蒸气通入反应器使氨气全部被蒸发出来, 并通过冷凝管而进入锥形瓶内。加热蒸气发生器5min, 取下锥形瓶。

3.滴定。用酸式滴定管, 以0.0500mol·L-1盐酸标准溶液进行滴定至终点。重复上述实验三次, 所用盐酸平均体积为5.00mL。试回答下列问题:

(1) 加入K2SO4是为了升高溶液的沸点, 加入CuSO4的作用可能是______。

(2) 蒸气发生器中长直导管的作用是_____ 。

(3) 如何确定氨全部被水蒸出并进入锥形瓶:______。

(4) 本次测定中, 该奶粉中蛋白质的质量分数为______。

(5) 奶粉中含下列杂质或实验操作中, 会使计算结果中蛋白质含量值“增加”的是______。

B.样品入口未用蒸馏水冲洗

C.定容消化液时俯视刻度线

D.滴定开始时仰视读数, 滴定终点时俯视读数

错解再现: (1) 未注意题中信息, 误认为添加CuSO4是为了使蛋白质变性; (2) 由于思维定式, 认为蒸气发生器中长直导管起冷凝回流作用; (4) 部分学生最后算出氮的质量分数未换算成蛋白质的质量分数。

解析:问题 (1) , 由题目叙述部分所提供的信息知CuSO4只能作为催化剂。 (2) 长直导管可起安全管作用, 防止烧瓶内压力过大, 起平衡和缓冲作用, 另一方面也可防止液体暴沸。问题 (3) , 因为氨气的水溶液显碱性, 可用红色石蕊试纸或pH试纸来检验馏出液。由题目提供的方程式知:n (N) =n (NH3) =n (HCl) =0.0500mol·L-1×5×10-3L=2.5×10-4mol, m (N) =2.5×10-4mol×14g/mol=3.5×10-3g, ω (N) =3.5×10-3g÷ (2.000g×10/100) ×100%=1.75%, 蛋白质的质量分数为1.75%×6.25≈10.94%。问题 (5) , 因三聚氰胺中氮的质量分数高达66.7%, 在凯氏法中全部转变成氨等, 最终使“蛋白质”含量增大的非常明显;B偏小, 因为样品口不用水冲洗, 不能使其中的氨全部进入凯氏定氮仪;C偏大, 因为定容时俯视刻度线, 水加的不足, 使浓度偏大;D偏小, 先仰视后俯视使盐酸读数偏小, 从而在计算时也偏小。

答案: (1) 催化剂 (2) 安全管 (3) 取最后一滴冷凝流出液, 用红色石蕊试纸 (或pH试纸) 检验不变蓝 (显中性) (4) 10.94% (5) AC

误区警示:①对于新情景实验题必须充分挖掘题目信息;②中和滴定是中学化学实验重要的定量实验, 其中的误差分析应熟练掌握。

例4. (原创) 叠氮化钠是一种无色晶体, 易溶于水, 不溶于甲醇, 广泛用于汽车安全气囊和药物合成等。一种生产叠氮化钠的主要工艺流程如下:

(1) 反应Ⅰ中液氨必须适当过量, 其原因是______。

(2) 反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为______。

(3) 所得的叠氮化钠仍含有少量杂质, 需精制, 精制的方法是______。

(4) 市售的叠氮化钠中常含有少量的碳酸钠, 某合作学习小组的同学设计了下图所示装置来测定其中NaN3的质量分数。请补充实验步骤 (已知稀硫酸与叠氮化钠生成叠氮酸, 叠氮酸沸点37℃) 。

①放入药品并连接好装置。

②检查该装置的气密性。

③向瓶中注入水, 并______, 记下读数。

④____________________ 。

⑤______, 并使其充分反应。

⑥冷却到室温后, 正确读出量气管读数。

⑦ _________________________。

⑧计算NaN3样品纯度。

错解再现:没有从整个流程图角度分析, 误把 (2) 的方程式写成 $Ν a Ν Η_{2} + Ν_{2} Ο =_{}^{} Ν a Ν_{3} + Η_{2} Ο$ ;问题 (3) , 没有认真阅读题干信息, 遗漏了重结晶后用甲醇进行洗涤干燥;问题 (4) ③部分, 学生没有指出两者液面高度应相同。

解析: (1) 从化学反应速率与化学平衡角度分析。 (2) 先确定反应物是NaNH2和N2O, 由后续反应知产物是NaN3、NH3和NaOH。 (3) 盐中的杂质首先考虑用重结晶的方法提纯, 然后结合题中信息用甲醇进行洗涤干燥。 (4) 通过用量气法测定杂质碳酸钠的含量, 然后再换算成叠氮化钠的纯度, 其中准确量气是关键。

答案: (1) 提高钠的利用率和反应速率 $(2) 2 Ν a Ν Η_{2} + Ν_{2} Ο =_{}^{} Ν a Ν_{3} + Ν a Ο Η + Ν Η$ 3 (3) 溶于适量的蒸馏水进行重结晶, 并用甲醇洗涤干燥 (4) ③使量气管中液面与右边瓶中液面高度相同 ④在冷凝管中通冷却水 ⑤使锥形瓶略微倾斜, 使样品与稀硫酸充分接触 ⑦测量实验时的温度 (或温度和压强)

误区警示:①只有准确把握实验流程图中的信息, 才能准确写出方程式;②书写实验步骤的前提条件, 是先弄清实验原理和实验中的注意事项。解题思路是:抓住实验目的, 明确实验原理, 理解各仪器与装置的作用, 联想化学原理与物质的有关性质。

例5. (安徽理综) 某研究性学习小组在网上收集到如下信息:Fe (NO3) 3溶液可以蚀刻银, 制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究:

【实验】

制作银镜, 并与Fe (NO3) 3溶液反应, 发现银镜溶解。

(1) 下列有关制备银镜过程的说法正确的是______。

a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管, 边滴入2%的氨水, 至最初的沉淀恰好溶解为止

b.将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中

c.制备银镜时, 用酒精灯的外焰给试管底部加热

d.银氨溶液具有较弱的氧化性

e.在银氨溶液配置过程中, 溶液的pH增大

【提出假设】

假设1:Fe3+具有氧化性, 能氧化Ag。

假设2:Fe (NO3) 3溶液显酸性, 在此酸性条件下NO $_{3}^{-}$ 能氧化Ag。

【设计实验方案验证假设】

(2) 甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+, 验证了假设1的成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式:______。

(3) 乙同学设计实验验证假设2, 请帮他完成下表中内容 (提示:NO $_{3}^{-}$ 在不同条件下的还原产物较复杂, 有时难以观察到气体产生) 。

【思考与交流】

(4) 甲同学验证了假设1成立, 若乙同学验证了假设2也成立, 则丙同学由此得出结论:Fe (NO3) 3溶液中的Fe3+和NO $_{3}^{-}$ 都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论, 并简述理由:______。

错解再现:对银镜反应的实验原理和操作注意事项不清楚, 导致不能正确判断 (1) 中选项正误。忽视了题中信息“NO $_{3}^{-}$ 在不同条件下的还原产物较复杂, 有时难以观察到气体产生”导致 (4) 答非所问。

解析: (1) b.应是在银氨溶液中加几滴乙醛;c.要水浴加热, 若用酒精灯直接加热, 液体翻滚, 不易沉积形成银镜;e.制银氨溶液时, Ag+→AgOH (弱碱) →Ag (NH3) 2OH (强碱) , 碱性增强, pH增大。 (3) NO $_{3}^{-}$ 在中性或碱性时的氧化性很弱, 在酸性条件下才有强氧化性, 所以用与Fe (NO3) 3同酸度的硝酸来验证。 (4) 假设1验证了产物Fe2+的存在, 理由充分。假设2中, 只有验证了NO $_{3}^{-}$ 的还原产物, 才能说明NO $_{3}^{-}$ 氧化了Ag。

答案: $(1) a d e (2) A g + F e^{3 +} =_{}^{} A g^{+} + F e$ 2+

(3)

(4) 不同意。甲同学检出了Fe2+, 可确定Fe3+一定氧化了Ag;乙同学虽然验证了在硝酸条件下NO $_{3}^{-}$ 能氧化Ag, 但在硝酸铁溶液氧化Ag时, 由于没有检验NO $_{3}^{-}$ 的还原产物, 因此不能确定NO $_{3}^{-}$ 是否氧化了Ag

误区警示:解答对实验方法加以评价、解释某步操作的目的、推测实验现象等这类题目的思路是:紧扣题意, 明确试题考查的意图, 要对题目所给的信息认真进行分析、理解, 并将其与已有的知识相结合, 形成相应的新知识网络, 然后用于对实验方案的分析、验证, 否则很难答全、答对。

模拟实验化学篇2

一、实验步骤

1、在编制记账凭证过程中，首先要根据经济业务写出会计分录。这是会计工作中最重要的环节，不能有半点差错。然后是根据会计分录填写记账凭证，了解掌握各种常见原始凭证的格式、记载内容以及填写方法。这个工作完成的好坏直接影响到登记总账。在此环节中，我意识到会计工作的完成质量的好坏在于日常工作中的细节把握是否严谨。

2、登记账簿的主要工作是登记总分类账、各种明细账以及现金、银行存款日记账。登记明细账、现金日记账和银行存款日记账的工作就是把记账凭证上的会计科目按照时间先后顺序一笔一笔的登记下来，会计科目相同的业务汇总在一起。在我们进行登记的时候最好不要满格，在书写文字和数字的时候上面要留适当的空格，书写一般占空格的1/2，以便错误后修改。

3、所谓结账，是在把一定时期内发生的全部经济业务登记入账的基础上，按规定的方法将各种账簿的记录进行小结，计算并记录本期发生额和期末发生额。在月末的时候都要在摘要栏填明“本月合计”的字样并在下面通栏画单横红线。在年末的时候，都要在摘要栏注明“本年合计”的字样并在下面通栏画双横红线。终了时，要在摘要栏内注明“结转下年”字样并将余额结出来。

4、会计工作的最后一个环节就是编制会计报表，会计报表包括资产负债表、利润表、现金流量表以及相关附表。其中资产负债表是根据“资产=负债+所有者权益”这一等式，按照一定的分类标准和顺序编制的。所以在计算出所有的数据后如果总后资产合计不等于负债所有者权益的合计，那么报表中就有数据错误，就要进行检验。

5、报表工作完成后最后的工作就是要对记账凭证和明细账进行装订。总的来说，会计工作是一环紧扣一环，环环相扣的，原始凭证的审核直接影响到记账凭证登记工作的完成，记账凭证的登记直接影响到登记总账工作的完成，会计工作的任何环节出现了问题都会影响到会计工作的顺利完成。

二、实验内容

手工模拟实验分为两部分，一部分是企业与外部职能机构的业务，使会计技能训练的“操作链”向前后延伸，包括与工商局、银行、税务机构的业务模拟；另一部分是企业内部各项业务的具体模拟。虽然只是模拟实验，但各个程序，各个步骤严格遵照现实情况进行，具有真实感。

三、实验中注意事项

1、记账凭证方面

（1）记账凭证填制完经济业务事项后，如有空行，应当在金额栏自最后一笔金额数字下空行处至合计数上的空行处划线注销。

（2）正确编制会计分录并保证借贷平衡。

（3）摘要应与原始凭证内容一致，能正确反映经济业务的主要内容，表述简单精炼。.（4）记账凭证应连续编号，并根据不同的情况采用不同的编号方法。

2、原始凭证方面

（1）必须真实和正确原始凭证中应填写的项目和内容必须真实、正确地反映经济业务的原貌。无论日期、内容、数量和金额都必须如实填写，不能以估算和匡算的数字填列，更不能弄虚作假，改变事实的真相。

（2）书写格式要规范原始凭证要用蓝色或黑色笔书写，字迹清楚、规范，填写支票必须使用碳素笔，合计的小写金额前应加注币值符号，如“￥”等。大写金额有分的，后面不加整字，其余一律在末尾加“整”字，大写金额前还应加注币值单位，注明“人民币”、“美元”、“港币”等字样，且币值单位与金额数字之间，以及各金额数字之间不得留有空隙。各种凭证不得随意涂改、刮擦、挖补，若填写错误，应采用规定方法予以更正。对于重要的原始凭证，如支票以及各种结算凭证，一律不得涂改。对于预先印有编号的各种凭证，在填写出现错误后，要加盖“作废”戳记，并单独保管。

阿拉伯数字应一个一个地写，不得连笔写。阿拉伯金额数字前面应写人民币符号“￥”。人民币符号“￥”与阿拉伯金额数字之间不得留有空白。凡阿拉伯数字前写有人民币符号“￥”的，数字后面不再写“元”字。所有以元为单位的阿拉伯数字，除表示单价等情况外，一律填写到角分。无角分的，角位和分位可写“00”或符号“-”；有角无分的，分位应写“0”，不得用符号“-”代替。

汉字大写金额数字，一律用正楷字或行书字书写，如壹、贰、叁、肆、伍、陆、柒、捌、玖、拾、佰、仟、万，不得用一、二（两）、三、四、五、六、七、八、九、十、毛、另（或0）等字样代替，不得任意自造简化字。

阿位伯金额数字中间有“0”时，汉字大写金额要写“零”字，如￥10150，汉字大写金额应写成人民币壹佰零壹圆伍角整。阿拉伯金额数字中间连续有几个“0”时，汉字大写金额中可以只写一个“零”字，如￥100456，汉字大写金额应写成人民币壹仟零肆圆伍角陆分。阿拉伯金额数字元位是“0”或数字中间连续有几个“0”，元位也是“0”，但角位不是“0”时，汉字大写金额可只写一个“零”字，也可不写“零”字，如￥132056，汉字大写金额应写成人民币壹仟叁佰贰拾圆零伍角陆分，或人民币壹仟叁佰贰拾圆伍角陆分。

3、登记账簿方面

（1）每一帐页登记完毕结转下页时，应当结出本页合计数及余额，写在本页最后一行和下页第一行有关栏内，并在摘要栏内注明“过次页”和“承前页”字样。

（2）各种帐簿按页次顺序连续登记，不得跳行、隔页。如果发生跳行、隔页，应当将空行、空页划线注销，或者注明“此行空白”、“此页空白”字样，并由记帐人员签名或者盖章。

（3）在这个环节中如果出现登记错误我们要运用划线更正的方法进行错误更正。

四、实验心得

1、通过这次会计模拟实验教学培养了我们的实际动手操作技能,增强职业意识,缩短上岗适应期。激发了我们对学习会计的兴趣,突出我们的主体作用,提升了我们的创新能力。

2、通过这次手工模拟实验使我熟悉了会计工作的流程，更重要的是深刻体会到手工做帐和电算化会计的不同.在实训中很充实，真的希望学校能够多给我们这样实训的机会，尤其是会计专业，毕竟会计吃的是经验饭，只有多做帐，才能熟能生巧，才能游刃有余。

3、经过这次的手工模拟实习，发现了自己还存在许多的问题：第一：书本上的知识掌握的不够扎实，以致不能够很熟练地运用到实践当中去。第二：没有足够的耐心，做事情也不够认真仔细，以致经常出现一些低级错误，比如写错数字，记错方向。虽然实习的时间并不是很长，但是却让我学到了很多在书本上学不到的知识，真正地把从书上学到的理论运用到实践当中，接触到了以后当一名会计要做的许多事情。虽然实习这段时间每天都很辛苦，但是我认为值得，也让我体会到了作为一名会计有多辛苦，相信每一个岗位只要你用心、认真地去做了，都会很累，但是你却可以从中收获到很多，正所谓有得必有失。我相信我可以改正自己的缺点，在以后的实际工作中努力地做好自己的本分工作，严格地要求自己，做一名好会计。

结束语虽然这次手工实验只是模拟企业业务情况进行的，但我依然感受到具有很强烈的现实感，感受到会计鲜明的职业特点。同时认识到自身的诸多不足，在今后的学习中应引以为鉴，在学习的过程中，不忘开发自己的动手能力、实际操作技能，努力把自己塑造为一名合格优秀的会计人员。

高中地理模拟小实验篇3

实验一：火山喷发

实验目的：模拟火山喷发，将宏观过程浓缩在小实验中，有效帮助同学摸清火山喷发的原因，更深入了解内力作用。

实验材料：酒精灯、铁架台、石棉网、烧杯、漏斗（开口小于烧杯口）、红墨水、黏土剪刀、火柴。

实验步骤：①把漏斗放在一个盛有水的烧杯里，滴入红墨水模拟岩浆（如图1）。②剪去漏斗管子，围绕漏斗小口用黏土做一个锥状模型。漏斗口不要堵死。③把石棉网放在铁架台上，然后放上烧杯。④用酒精灯在铁架台下方加热，直到水从漏斗开口中喷出（如图2）。

实验结论：通过本次实验，可以观察到水体因高温从广口漏斗中喷出，模拟火山喷发。火山喷发是地球内部能量长期积聚，最终因压力大，岩浆从火山口喷出的过程。

实验不足：本次实验不能模拟高压状态。

实验二：狭管效应

实验目的：模拟“狭管效应”。

实验材料：矿泉水瓶、轻质丝带、细铁丝、吹风机。

实验步骤：①先剪掉矿泉水瓶底再将矿泉水瓶沿线剪开，保证A、B两部分长度一致（如图3）。②在两个瓶口处粘上等长的铁丝钩，两条轻质丝带分别挂在钩子上。③分别用吹风机等距离、等大小对准瓶口吹风，对比观察轻质丝带飘动的幅度，揭示“狭管效应”（如图4）。

实验三：水库对泥沙的拦截作用

实验目的：通过对河流含沙量多少和河口三角洲面积大小的观察，探索修建大坝对河流下游的影响。

实验材料：楔形泡沫板、玻璃水箱、水沙混合物、铁片、适量沙子、墨水，清水滴管。

实验步骤：①搭建2个同样的模型，图5无大坝，图6中用小铁片挡住水库口，模拟大坝。②同时匀速将等量的水沙混合物慢慢地倒在水库中。③对比观察此时河流的含沙量多少，静置几分钟后对比河口三角洲的面积大小。

实验结论：说明大坝对泥沙有拦截作用，水库下游泥沙量减少，堆积作用减弱，从而造成三角洲面积缩小。

实验四：海平面上升对河水排污能力的影响

实验目的：探究海平面上升对河水排污能力的影响。

实验步骤：①拿掉2号水箱中铁片，在1号水箱中倒入更多量清水，模拟海平面上升。②在两个水箱的水库处同时匀速地倒入等量水，模拟河水。③在1号、2号水箱的河流中游同位置处，同时匀速地滴入等量的墨水，模拟水体污染。④观察入海口处墨水扩散状况。

实验现象：1号水箱入海口处扩散慢；2号水箱入海口处扩散快。

实验结论：全球变暖，海平面上升，导致河流入海口处排污能力下降。

模拟实验化学篇4

1 Flash模拟实验仪器装置组装

化学实验仪器组装历来是化学实验的重点, 不正确的实验仪器组装不仅可能导致实验的失败, 甚至会引起危险事故, 因此, 实验仪器的正确组装往往是实验教师重点强调的地方, 而学生却容易忽略, 利用Flash模拟真实实验仪器组装是解决该问题的一个有效的途径。

1.1 软件功能与特征

提供化学仪器库供教师与学生自由拖拽与组装, 教师可模拟演示正确的化学仪器组装, 较强的交互性, 化学实验的仿真模拟。

1.2 制作步骤

元件制作:将化学仪器的图形文件通过Flash导入到库中, 或从制作好的Flash源文件中把需要的化学仪器按住鼠标左键拖入新建Flash的库中。

场景制作:将库中的图形元件按住鼠标左键拖进场景中, 并通过鼠标右键菜单一一转化成按钮元件或影片剪辑元件。

时间轴设置:所有仪器都拖放在场景中第一个关键帧, 无需其他的帧设置。

代码设置:选中场景中的仪器按纽元件 (这点很重要) , 找到Flash下面的动作栏, 在动作栏中输入代码:

意思是当鼠标按下左键时, 仪器可以开始拖拽, 当松开鼠标时, 停止仪器拖拽。

1.3 使用方法与效果

经过前面的设计制作, 就可以导出.swf文件格式影片, 可以通过Flashplayer播放器或IE浏览器等媒体播放器播放, 也可以插入Powerpoint中播放, 各个化学仪器都可以利用鼠标按下或松开鼠标左键实现自由拖拽、组装。

2 Flash模拟实验仪器拖动并控制动画模拟实验

有些化学仪器不仅要实现自由拖动, 还要实现控制动画效果, 如酒精灯自由拖动并控制酒精灯火焰点燃和熄灭, 滴管的移动并控制滴液等, 下面以酒精灯为例来介绍模拟拖动并控制酒精灯火焰燃烧和熄灭的动画过程。

2.1 软件功能与特征

与前面的拖动仪器功能相比, 增加了控制动画功能, 交互性、控制性更强。

2.2 制作步骤

元件制作:在库中导入没有火焰的酒精灯图形文件。

场景制作:插入并创建一个影片剪辑元件, 将库中的酒精灯图形拖进影片剪辑图层1中, 选中酒精灯图形将其转换成按钮元件。

时间轴设置:在影片剪辑中插入一个图层2, 新增图层2的第一个帧设为空白关键帧, 第二帧到第十帧分别插入关键帧制作酒精灯火焰动画, 图层1补帧到第十帧。

代码设置:选中影片剪辑元件中的酒精灯按纽元件, 在动作栏中输入代码:

意思是按下鼠标时, 酒精灯实现拖拽, 松开鼠标时停止拖拽并播放酒精灯火焰动画, 再点击洒精灯时, 又会熄灭酒精灯火焰。选中第2图层的第一个空白关键帧, 输入动作代码:

stop () ;

让酒精灯开始时没有火焰动画。

选中图层2最后一个关键帧 (第十帧) , 输入动作代码:

goto And Play (2) ;

让酒精灯火焰动画循环播放。

场景制作:点击场景回到场景中, 把库中刚做好的影片剪辑拖入场景第一个关键帧中。

2.3 使用方法与效果

生成.swf文件, 酒精灯可以利用鼠标按下或松开左键实现自由拖拽, 松开鼠标时循环播放酒精灯火焰动画, 再点击洒精灯时可停止酒精灯火焰动画。

滴管移动与滴液动画与之类似。

3 Flash模拟控制实验溶液变色动画

3.1 软件功能与特征

较强的交互性, 化学实验的溶液变色仿真模拟。

3.2 制作步骤

元件制作:将装溶液的图形如烧杯图形导入到库中, 插入新建按钮元件, 在新建按钮元件中, 在“点击”上插入关键帧, 再在按钮内用矩形工具拉一个框, 制成隐形按钮。

场景制作:回到场景中, 插入图层2、图层3, 将图层1、图层2和图层3分别改名为:烧杯层、溶液层和按钮层。将库中的烧杯图形拖入烧杯层中第一关键帧, 在溶液层第一关键帧中, 用矩形工具绘制和烧杯容积大小合适的矩形, 用朔料桶工具填充相应的颜色, 再在第十帧插入关键帧, 填充另一种相应的颜色, 按钮层第一关键帧中拖入库中的隐形按钮。

时间轴设置:溶液层关键帧之间补间形状动画, 烧杯层、按钮层后面补齐十帧。如图1。

代码设置:选中场景中的隐形按纽元件, 在动作栏中输入代码:

在溶液层中, 第一和最后关键帧动作栏分别输入代码:

stop () ;

使用方法与效果:按钮元件因为是隐形的, 因此在运行时看不见, 可设置为满屏大小, 当点击屏幕时, 烧杯内溶液颜色慢慢渐变成另一种颜色, 点击隐形按钮可以重复模拟变色实验, 结合前面的滴管移动和控制动画, 可制作出滴管滴液使烧杯内溶液变色的动画效果。

参考文献

[1]张洪平.浅析多媒体在化学教学中的应用[J].科学大众 (科学教育) , 2011 (2) .

[2]张帆.谈多媒体技术在化学教学中的应用[J].黑龙江科技信息, 2008 (30) .

2014年化学模拟卷篇5

航华中学刘芳2014-1-

2（满分60分）

一、选择题（20分）

1、下列变化属于化学变化的是（）

A、用二氧化碳制干冰B、酒精挥发C、铜制品表面变绿D、海水晒盐

2、下列物质中，属于同素异形体的是（）

A、冰与干冰B、一氧化碳和二氧化碳C、氧气与臭氧D、烧碱与纯碱

3、某些人睡觉常常磨牙是因为缺锌，这里的“锌是指（）

A、元素B、分子C、原子D、单质

4、物质的俗名与化学式相对应正确的是（）

A.天然气：COB纯.碱：Na2CO3C.熟石灰：CaOD.烧碱：KOH5、“厦钨股份”正在研究和利用的白钨矿，其有效成分CaWO4中钨元素(w)的化合价为（）

A． +2B．+3C．+6D．+76、下列属于氧化物的是（）

A、KMnO4B、MnO2C、HClO3D、O37、下列有关二氧化碳的说法正确的是（）

A、二氧化碳是引发酸雨的“罪魁”B、二氧化碳固体用于人工降雨

C、二氧化碳可使紫色石蕊试液变蓝D、二氧化碳有毒不能制作碳酸饮料

8、向氨水中滴加几滴无色酚酞试液，充分振荡后溶液颜色变红，故氨水呈（）

A、酸性B、中性C、碱性D、无法确认

9、下列有关玻璃棒作用描述错误的是（）

A、过滤时：引流B、测溶液pH时：蘸取

C、捣碎固体时：研细D、加速固体溶解时：搅拌

10、生活中一些物质的pH如下表所示，其中显碱性的是（）

A、柠檬B、糖水C、牙膏D、牛奶

11、复合肥能提供几种养分，给农作物以“全面呵护”。下列属于复合肥的是（）

A、硫酸钾[K2SO4]B、磷酸二氢铵[NH4H2PO4]

C、尿素[CO(NH2)2]D、硝酸铵[NH4NO3]

12、规范操作是实验成功的必要条件。下列实验操作正确的是（）

13、化学方程式是世界通用的化学语言，正确的化学方程式是（）

2Fe3O4B、2KClO3A、3Fe+O22KCl+O2↑ MnO

C、2NaOH+SO2→Na2SO4+H2OD、BaCl2+Na2CO3→BaCO3↓+2NaCl14、PM2．5是指大气中直径不超过2.5μm的颗粒物，主要来源是化石燃料的燃烧和扬尘。它是造成雾霾天气的元凶之一，吸入人体后能直接进入支气管，因而对人体健康影响更大。下列措施能减少PM2．5污染的是（）

A、鼓励开私家车出行B、鼓励燃煤火力发电。

C、鼓动使用太阳能热水器D、鼓励焚烧秸秆节约能源

15、配制50 g溶质的质量分数为 6%的氯化钠溶液，不需要的仪器是（）

A、蒸发皿B、玻璃棒C、烧杯D、量筒

16、工业冶炼金属锰的原理是3MnO

2+4Al 3M+2Al2O3，该反应属于（）

A、置换反应B、化合反应C、分解反应D、复分解反应

17、野炊结束后，同学们及时用沙土盖灭火堆，其主要灭火原理是（）

A、将可燃物与氧气隔离B、撤离可燃物C、降低可燃物的着火点D、降低可燃物的温度

18、万金油的主要成分是薄荷脑（C10H10O），下列关于薄荷脑的说法错误的是（）．．

A、属于有机物B、由碳、氢、氧三种元素组成C、所含碳元素的质量分数为40％

D、1个分子由10个碳原子、10个氢原子和1个氧原子构成19、以下是一个化学反应的微观示意图，从示意图获取的信息正确的是（）

A、反应前后分子种类不发生改变B、反应前后原子的种类与数目发生改变

C、反应前两种分子的个数比是1:2D、该反应的基本类型是化合反应

20、下列物质质量置于空气中，一段时间后，质量减小的是（）

A、碳酸钙B、氯化钠C、浓盐酸D、氢氧化钠

二、填空题（29分）

21、化学与生活、生产关系密切，化学用语可准确、简洁地记录、表达和交流化学信息。请用化学用语填空：

（1）空气中体积分数最大的单质；（2）用来充飞艇的气体是；

（3）大理石的主要成分是；（4）用来作电极的材料是

（5）验水剂的成分是；（6）式量最小的氧化物22、2013年6月我国发射的神舟十号飞船，将全面完成载人航天工程相应阶段的各项工作。请回答下列问题：

（1）液氢液氧是运载火箭的推进剂，其中氧气的作用是。

（2）下列航天食品中，富含蛋白质的是（填标号）。

a．脱水蔬菜b．鱼肉罐头c．冻干水果d．脱水米饭

（3）铝合金是制作航天舱外服的材料之一，它属于（选填“金属”、“无机非

金属”）材料。

(4)宇航服可采用氢氧化锂（LiOH）去除二氧化碳气体。该反应的化学方程式为：

2LiOH+ CO2CO3 + X , 则X的化学式为。

23、2013年11月，山东圆通快递发生一起“夺命快递”事件，造成1死9伤的悲剧,涉事有毒液体是氟乙酸甲酯（C3H5FO2），氟乙酸甲酯由种元素组成，它的摩尔质量为。其中，碳原子和氢原子的物质的量之比___________，2摩尔氟乙酸甲酯中含有_____g氧元素，个氟原子。

24、水是最普通、最常见的物质之一。

（1）“水”有很多种。下列“水”属于纯净物的是（填字母序号）。

A．河水B．自来水C．矿泉水D．蒸馏水

（2）电解水可证明水由氢、氧两种元素组成，该反应的化学方程式为。

（3）水是重要的溶剂和化工原料。氯碱工业以饱和食盐水为原料获得烧碱等化工产品，反应原理为：。

①20℃时，NaCl 的溶解度是36 g/100g水。该温度下，饱和食盐水中溶质与溶剂的质量比为。

②烧碱可用于处理硫酸泄漏，反应的化学方程式为。

（4）水在化学实验中具有重要作用。将铁丝放在潮湿的空气中（如

右图所示），一段时间后，观察到导管内液面下降，导管口有

气泡冒出，关闭 K。请解释导管内液面上升和下降的原

因：。

25、甲、乙、丙三种物质的溶解度曲线如图所示．根据图中信息回答下列问题：

（1）50℃时，将 40 g乙物质加入到50 g水中充分溶解后，所得溶液的质量为。

（2）20℃时，甲、乙、丙三种物质溶解度由

大到小的顺序为．

（3）温度为℃时，甲、乙两物质溶

解度相同．

26、化学实验室要从含少量铜粉的银、锰（Mn）混合金属粉末中分离出贵金属，并获得一种盐晶体，将有关三种金属随意编号为：A、B、C，并设计了如下流程：

(1)A、B、C三种金属的活动性顺序为＞＞。

(2)金属C是a的名称是

（3）已知A的硫酸盐中A元素显+2价。

三、简答题（11分）

请根据下列装置图，回答有关问题：

（1）写出装置图中标号仪器的名称：a；b。

（2）写出实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳的化学方程

式，可选用的收集装置是(填字母)。某同学用碳酸钠粉末和稀盐酸反应来制取二氧化碳，为了较好地控制反应速率，可选用的发生装置是(填字母)。

（3）甲同学要用二氧化锰和氯酸钾固体来制取氧气，应选用图中装置（填字母），该反应的化学方程式是。欲制取0.6mol氧气，需氯酸钾多少克？

能级跃迁的模拟实验探究篇6

【关键词】能级跃迁模型模拟实验

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）05B-0098-02

能级轨道的思想和跃迁规律是学生接触近代物理学的第一站，因此让学生形成正确的概念、熟练掌握规律，并接受量子的思想显得尤为重要。但是能级轨道和跃迁规律描述的是远离日常生活经验的抽象的原子世界，甚至它的现象和规律与之前学习的经典物理学的某些规律是相互抵触的，学生难于接受，更难于理解。因此，对于看不见，也摸不着的微观世界，如何将它的现象在宏观世界简便地表现出来，让学生易于学习、乐于探索，又不太为难学生，是物理教育者需要研究的问题。

笔者正是为了解决上述的问题，精心设计了能级跃迁的模拟实验，以期能够对该知识点的教学做出有益的探索。

一、实验内容

（二）实验材料和装置

直径为2.5cm的钢球若干，约2米长的可弯曲的滑轨，滑轨的轨道宽度要适度，以使得钢球能自如地在滑轨上运动，木板、铁钉等作为制作支架的材料。

（二）实验设计

1.用木板作为支架，利用铁钉固定，将滑轨弯曲成如下图的形状。滑轨的左侧倾角要选择适当，使得放在上面的钢球有足够的动能将处于最低位置（基态）的“电子钢球”打出轨道之外。在弯曲轨道处，要特别注意能级梯度的设计，要直观地显现出“能级”的梯度。

2.把钢球放在任意的位置上，就代表相应的一个光子，高度越高钢球的重力势能越大，对应的“光子”能量就越大。

3.将一个钢球放在最低点的凹槽部位，代表氢原子内部的电子，处于基态，即处于最低点时。

二、实验设计的理论依据

（一）形成概念、掌握规律

在中学物理教学中，使学生形成清晰的物理概念，准确地掌握物理规律，是中学物理教学的核心问题。一般说来，必须从感觉和经验开始，即生动直观是形成概念掌握规律的基础。轨道量子化、能级、能级跃迁、光量子等是量子理论中最基础的概念，更重要的是它们是中学生初次接触量子思想的载体，它的教育意义不可轻视。但是这部分内容抽象而又深奥，课堂上单靠教师的口头讲授显得苍白无力，学生无法获取足够的知识信息。

鉴于此，笔者设计了该部分的模拟实验用于课堂教学，把能级跃迁的规律生动、形象地展现在学生面前，使学生获得精心设计的感性认识，更深刻地理解所学的新内容，激发学生的学习兴趣。

（二）模拟实验展示能级跃迁规律

本模型用阶梯代表能级、钢球代表光子、被撞击的钢球代表电子，这些都有极强的类比和关联性，它与弹性碰撞的过程具有相似性和可比性。因此基于此设计的模拟实验可以定性地给出能级跃迁及电离的五个规律。现分析如下：

1.光具有粒子性，能量是一份一份的，用钢球表示光子本身就具备了很好的说明性。但要注意说明是爱因斯坦的光粒子，而不是牛顿的光粒子，以免学生造成误解。

2.氢原子的状态不是连续的，而是分立的。模拟实验中，阶梯代表能级轨道。底部的钢球代表电子，被“激发”后处于某个阶梯上的钢球具有的重力势能是固定的，即代表电子处于固定的轨道上有固定的能量。

3.入射光子只有满足固定的频率（即具有一定的能量）才能被电子吸收。光子的频率太低或者过高都无法使电子发生跃迁。模拟实验中代表光子的钢球只有放在某个固定的位置上才能使“电子”跃迁到相应的“能级”。

4.当入射光子的能量足够大时，将使电子脱离原子核的束缚，发生电离。在模拟实验中“光子”在某一位置恰好使处于基态的“电子”发生电离；当“电子”处于激发态时，要使之恰好发生电离，“光子”也是处在另一相对较低的固定位置。

5.模拟实验中代表光子的钢球的位置越高，表示“光子”的能量越大，碰撞后越出轨道之外的“电子”的初速度越大，即初动能越大。所以，该实验模拟装置又可以作为光电效应的模拟实验。这个模型将波尔理论的能级思想和能级跃迁规律与光电效应联系在一起，整合为一个相对完整的知识体系，帮助学生将知识总结归纳合理化，形成系统。

三、实验要点

该实验设计以教师演示为主，帮助教师对知识规律进行讲解，通过观察帮助学生理解和掌握知识；以学生参与实验为辅。演示是教师引导式地向学生讲解知识理论，参与是为了学生自主探索，加深对概念的理解和对规律的掌握。实验的设计着重于学生类比、联系、推理、建模等思维活动，将知识巩固系统化。因此，要注意以下几点：

1.在设计装置时，教师应当提前将使“电子”跃迁到第一能级、第二能级的“光子”位置做标记，找出刚好能使“电子”电离的“光子”位置，做上标记。

2.只有一定频率的“光子”能使“电子”跃迁到“第一能级”。实验时，为了节省时间，要注意在先前标记的位置附近进行尝试实验，让学生发现恰好使“电子”跃迁到“第一能级”的“光子位置。

3.让学生自主实验，找出使处于基态的“电子”跃迁到“第二能级”的“光子”和刚好使“电子”电离的“光子”。

4.观察实验，“电子”离开轨道时的状态，比较不同“光子”入射，“电子”电离后的初速度大小。进行实验后，学生将会得出“光子”的能量越大，“电子”离开轨道时的初速度越大的结论。那么接着引导学生思考，使之与光电效应联系起来。问学生，该模拟装置能否用来模拟光电效应，它的道理如何，应该怎么样用它来解释光电效应，该怎么做。

5.让学生根据实验过程独立归纳总结实验规律，使之与能级跃迁规律类比。

6.完成实验后，可以让学生进行讨论，进行这样的模拟实验好不好，同学们是否想过微观世界的规律，我们可以通过宏观的实物进行模拟。教师所设计的这个实验模型是否帮助了你对量子现象的理解，让学生提出该模型还有哪些缺陷，或者还可以模拟哪些规律。集思广益，不断地完善模型。

该模型确实还存在一定的局限性，使用模型来模拟规律进行教学也是不得已而为之，至少它填补了学生对微观世界感性接触的空白。物理模型不是封闭的模型，而是开放的模型，教学中也可以让学生积极参与分析和思考，不断地完善我们的物理实验。

四、结束语

中学生学习物理，形成概念、掌握规律是一个十分复杂的认识过程。因此，我们就应该从物理实验着手，加强实验，特别是对于日常生活当中学生难于见到的、无法接触的内容，我们应当精心设计实验进行教学，使学生获得丰富的感性知识，形成鲜明的物理图景，为学生建立正确的概念、掌握规律奠定结实的基础。本模拟实验就是这样一个精心设计的实验。

这个模拟实验是笔者从美国高中物理教材中的光电效应的模拟实验中受到启发想到的，或者说是笔者对该模型的创新改进，然后用于能级跃迁理论的教学。在物理教育方面，国外的许多教学方法是值得我们借鉴的，特别是在现在进行课改的大背景下，更应值得探索学习。

【参考文献】

[1]保罗·齐策维茨（美），仲新元（译）.物理：原理与问题（第三册）[M].上海：上海科学技术出版社，2005

[2]许国梁，束柄如.中学物理教学法[M].北京：高等教育出版社，1996

[3]毕岚，陈娴.国外光电效应的模拟实验[J].物理实验，2005（10）

模拟实验化学篇7

1 构建主义学习理论的特点

构建主义学习理论起源于皮亚杰、布鲁纳维和果茨基等人的思想, 其前身是“知识加工理论”[1]。建构主义认为学习的过程是学生主动构建知识的过程, 学习不是简单的将知识转印到大脑, 而是以原有的经验为基础, 通过与外界环境相互作用, 在原有的经验和认知的基础上, 通过对新的信息的再处理, 构建为新的知识。既通过原有经验, 在教师的引导下, 进行知识的“再发现”。因此, 构建主义对知识的概念也进行了延伸, 知识不再是准确的定义, 详细的描述, 而是一种假设和理解, 标准答案不再存在。学生们对知识的理解并不存在唯一标准, 而是依据自己的经验背景, 以自己的方式建构对知识的理解, 对于世界的认知和赋予意义由每个人自己决定。如果说原有的教学是学生对书本知识的复制过程, 那么构建主义学习理论则是由教师提供材料, 学生利用材料, 自己建立起知识的概念。这种理论是对知识认知规律新的认识, 不再强调教师对学生输入完整而精确的概念, 而更重视学习者自身的主动的知识再组合和逻辑推理得出的新的多元化的结论[2]。构建主义的教育思想对改革落后的填鸭式教学模式, 培养复合型人才、开展素质教育无疑有着重要意义。建构主义学习理论认为学习具备五个基本特征:积极主动性、目标指引性、不断反思性、任务真实性和互动合作性[3]。而这五大特征在计算机模拟仿真教学过程中也有体现。构建主义学习理论的特征与计算机模拟仿真的特点是遥相呼应的。因此用构建主义理论去指导模拟仿真教学的设计, 将计算机模拟仿真与学生的自学能力的培养提高到一个高质量实践水平是可行的。模拟仿真实验教学模式在国内已实施多年, 模拟实验的技术本身比较成熟, 但是模拟实验的结构设计, 模拟实验教学对学生自主学习能力的促进的研究还不够充分。因此从2010年开始黑龙江中医药大学无机化学教研室开始尝试将模拟仿真技术应用到无机化学实验教学过程中, 并展开构建主义学习理论指导仿真实验结构设计的研究。

2 无机化学模拟仿真实验教学方案的设计

无机化学实验是黑龙江中医药大学药学院大一新生的必须课程, 每年有大约7个专业700余人参与无机化学实验的学习, 平均每次实验课一个教师要面对40个学生, 教学任务比较繁重。7个专业中有5个专业面对全国招生, 生源的动手能力, 实验能力参差不齐。在过去的教学过程中我们发现由于学生在高中阶段没有接受系统的实验训练, 多数学生面对大学的第一门化学实验时有一种生疏感和恐惧感。由此带来的结果是学生在实验过程中缺乏理性思考, 以完成实验为目的, 对实验的目的, 原理不甚理解, 对实验现象观察不够细致, 实验结果也多为抄袭教科书已有定义和结论。我们以调查问卷的方式对此进行了解, 发现引起这种现象的主要原因是学生在较短的实验课时内需要接触大量新的概念与定义, 学生又需要利用这些新的知识成实验。按照构建主义的观点这些新的概念与定义在学生的大脑中没有相关的基础经验, 学生很难将转化为新的“理解”。为了转变这种情况, 我们以建构主义的观点研究了无机化学模拟仿真辅助教学的实施方案, 并确定了设计原则: (1) 模拟仿真辅助教学应提供接近真实的物理情景:学习应发生于真实的学习任务之中, 提供多样的、情景性的信息, 提供有利的构建资源。保证仿真实验的真实性, 使学生接触到接下来的实验环境, 锻炼有关的基本技能。 (2) 模拟仿真辅助教学应该放宽实验教学的科目范围, 让学生选择与其专业、兴趣有关的实验项目自主学习并让学生参与这种选择。提供一个放松的学习环境, 便利的学习条件, 让学生在家, 寝室, 教室都可以获得相关的学习资源和辅助教学帮助。 (3) 保证与现行课程教学及评估手段的有机结合, 使学生学有所获。

3 构建主义在无机化学实验教学中的实践

我们以flash技术建立无机化学模拟仿真实验, 并以此为基础创建《无机化学教研网》网络教学系统 (http://www.zyywuji.com) , 将无机化学模拟教学活动转移到网络平台上, 充分利用校园网和Internet带来的便利条件, 方便学生随时随地的进行自主的模拟实验教学。由于《无机化学教研网》向学习者提供大量的专题学习资源和协作学习交流工具, 让学生自己选择题目、自行分析并选择信息资料, 应用知识, 去解决实际问题, 整个网络教研系统是作为一个素材的提供者而存在, 逐步的引导学生根据已知的资料进行意义构建, 从而降低学生的理解难度, 提高学生的应用能力、自主学习能力和创新能力。在无机化学实验网络教学系统内, 教师的身份被淡化。教师由传统教学模式中的关键变为新模式中的辅助角色, 为学生的知识构建提供目标和基础, 起到引导学生进行意义构建和为学生提供经验背景的作用。学生由原来的信息接收者变为意义主动构建的承担者, 学生根据教师向学生提供解决问题的相关线索, 锻炼了获取有关信息与资料的能力和利用、评价有关信息与资料的能力等等, 是促进学生自主学习能力的重要手段[4]。

模拟仿真系统可以根据实验的属性, 设定不同的反馈信息, 比较真实的再现实验的过程和现象, 创设有利于学习者建构意义的情境, 使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。真实、直观、形象的情景设计可以有效的让学生融入当前的实验环境中, 帮助学生联想起原有的相关基础知识, 成为构建新知识的组成原料。如在“碳酸钠溶液浓度的确定”实验中需要使用酸式滴定管对未知浓度的碳酸钠溶液进行滴定, 在模拟实验中, 加入指示剂与不加入指示剂进行滴定操作的实验现象截然不同, 加入指示剂后进行滴定操作, 当达到滴定终点的时候, 溶液颜色会发生改变, 若不加入指示剂, 则无论加入多少盐酸稀溶液都不会引起实验现象的变化。通过类似例子, 把实验真实和形象化, 让学生在真正操作实验之前对实验仪器和实验流程有个形象的认识, 降低学生对实验的生疏感和恐惧感, 帮助学生进行意义构建。

构建主义学习理论强调自我反思性学习。学生要判断和了解自身的情况以及与学习目标的差距, 根据学习的进展去决定采取哪一种帮助理解和学习的策略, 并对整个学习活动进行阶段性反思和整体反思。计算机模拟仿真系统的多媒体特性使网络学习系统的评价更加便利更加多样化, 我们将评价系统集成于模拟实验中, 模拟实验的过程本身就伴随着系统对学习效果的评价和奖励, 这种源于学习过程本身的评价有利于学生掌握学习状态, 改变学习策略, 又能使教师在教学中及时了解学生的进步, 针对不同的学生采取不同的教学策略。这样一种伴随在学习过程中的评价, 避免了原有的评价偏重学习结果的考察而忽视学习是累积性的特征, 更多起到助力学生能力培养的作用。

4 结论

将构建主义学习理论的思想与无机化学模拟仿真实验相结合, 是无机化学实验教学改革的有益的探索。这种学生为主体, 教师为辅助, 网络为平台的自主学习模式打破了传统教学思想和教学理念, 改变了原有的师生关系, 降低了教师的教学负担, 提高了教学效率, 克服了原有教学模式的种种弊端, 有利于学生的创新精神和能力培养, 是提升模拟仿真实验教学质量的方向。

参考文献

[1]赵宏燕.建构主义体验式教学模式[J].辽宁工程技术大学学报, 2011, 13 (2) .[1]赵宏燕.建构主义体验式教学模式[J].辽宁工程技术大学学报, 2011, 13 (2) .

[2]李诺娅.论建构主义教育理论对高职教学改革的意义[J].武汉电力职业技术学院学报, 2004 (3) .[2]李诺娅.论建构主义教育理论对高职教学改革的意义[J].武汉电力职业技术学院学报, 2004 (3) .

[3]Jonassen, D.Learning with Technology:A Constructive Perspective.NJ:Prentice Hall.1999.[3]Jonassen, D.Learning with Technology:A Constructive Perspective.NJ:Prentice Hall.1999.

模拟实验化学篇8

近年来,因煤矿井下H2S气体异常富集导致我国四川、新疆、河南、山东、内蒙古、陕西、宁夏、山西、湖南等十几个省、自治区的诸多煤矿发生了30 多起H2S气体异常涌出现象,并造成20 多起死伤事故［1］。另外,在煤热解过程中或在煤化工阶段,煤中挥发分绝大部分会释放并转移到煤气或焦油中,煤中硫、氮、碳等元素也相应地会以气相产物的形式释放［2］。目前,国内外对气藏和石油内H2S生成研究较多,理论和技术较成熟［3 － 5］,而对煤层中H2S气体成生的研究还处于探索阶段。刘明举对我国煤层中H2S的来源进行了分析和归类,提出了3 种成因模式: TSR、BSR和岩浆作用［1，6］。么秋香［7］对高硫煤中形态硫的热解迁移特性进行了研究,结果表明高硫煤中全硫随热解温度升高先减小后增大。孙庆雷［8］通过实验研究了煤岩显微组分热解过程中H2S的逸出特性,认为热解过程中H2S逸出行为与煤中硫的存在形态有关。但都较少关注煤加水反应体系中H2S的成生特征。本文使用自主设计的高温高压密闭反应装置对煤在加水条件下进行热化学还原反应实验模拟,探讨煤加水条件下H2S气体生成规律,有利于煤矿井下H2S气体的防治与煤的高效、清洁转化利用,对弄清煤层中H2S气体生成特征具有重要的意义。

1 实验部分

1. 1 试验煤样选取与分析

考虑到新疆西山煤矿是H2S气体异常富集区,特选取西山煤矿煤作为本次研究的试验用煤,编号为XS。从煤矿井下取样时,应用锡箔纸和塑料袋双层密封包装,以防止试验用煤被空气氧化。实验前,先将试验用煤破碎、筛分至粒径为0 ~ 0. 2mm,然后放在恒温干燥箱内烘4h,干燥温度设定为50℃,待其干燥完毕,把煤样装入瓶内密封保存。试验用煤的工业分析和元素分析数据见表1。

1. 2 实验装置介绍

实验装置分为高温高压反应釜( 容积4. 0L) 、气路和取样分析系统三大部分,其中高温高压反应釜为自主设计的高温高压密闭反应装置,配有温控仪和压力检测系统,控温精度为 ± 1℃,控压精度为 ±0. 5MPa; 取样分析系统为安捷伦科技( 上海) 有限公司的Agilent 7890B气相色谱,分析误差小于1% ,具体组成见图1。

1. 3 试验原理

考虑到H2S分子的极性特征［9］,为避免H2S与反应釜釜壁反应影响试验结果,对试验所用煤的质量进行分析对比,认为采用大质量煤样可以降低试验误差。为了便于回收反应物残渣,试验采用陶瓷杯盛放反应物。此外,由于煤加水与不加水反应后均有H2S气体生成,特选煤不加水反应体系作为对照组,以分析煤加水反应体系生成气组分变化特征。

1. 3. 1 煤加水实验

本次研究的煤加水反应体系选用200g试验煤样和500m L蒸馏水,即水煤比为1∶4。具体操作如下,先将盛有试验煤样和蒸馏水的陶瓷杯放置到釜内,然后通过螺栓和密封垫把釜盖、釜体连接压紧,达到密封的目的,之后对釜内抽真空,抽真空时间大于12h,真空度不大于20Pa,并且结束脱气的时间稳定在2h以上。鉴于该反应体系在温度不超过200℃ 时较难生成H2S气体,本次实验模拟温度设定在200 ~ 550℃,每隔50℃ 取一个测试点,升温速率为20℃ /h,并根据升温速率确定每个阶段反应时间为48h。由于H2S能与反应釜反应,为尽量减少H2S的不必要损失,待每个阶段反应结束及釜内温度降至室温后,立刻用泰德拉( Tedalr) 材质气体采样袋对釜内生成气进行采集,之后与气相色谱进样口连通分析生成气的成分,并选用外标法定量分析生成气组分含量。

1. 3. 2 不加水实验

不加水反应体系与煤加水反应体系的不同之处是反应釜内不加水,而实验方法都相同。

2 实验结果

煤热解生成气的组成可归纳为烃类和非烃类。本次研究测量的烃类主要为CH4,测量的非烃类主要为H2、CO2、N2和H2S。模拟实验使用双通道( 进样口1 和进样口2) 、双检测器( TCD和FPD) ,其中生成气经进样口1 进入到TCD检测器,可检测气体组分中的H2、CO2、N2和CH4; 生成气经进样口2 进入到FPD检测器,可检测气体组分中的H2S气体。表2、表3 分别列出了煤加水与不加水反应体系在200 ~ 550℃ 温度范围内气态产物数据。图2 是不同温度下煤加水与不加水反应后生成气组分体积分数变化图。

不同温度下煤加水与不加水反应后生成气组分体积百分数变化特征对比见图2,二者具有以下相似特征: 250℃时,H2S含量偏低,H2、N2、CH4含量较低,CO2含量最高; 随着温度升高,H2S、H2、CH4含量增大,CO2、N2含量减小; 300℃ 时,H2含量达最大值; 随温度继续升高,H2S含量大幅度增大,CH4含量明显增大,而CO2、H2、N2含量逐渐减小; 450℃时,H2S含量达最大值; 随着温度进一步地升高,H2S含量减小,CH4含量缓慢增大,CO2、H2、N2含量减小; 500℃ 时,H2含量达最小值,CH4含量超过CO2含量; 500 ~ 550℃ 时,随温度升高,H2S含量缓慢减小,CO2、H2、CH4含量增大,N2含量减小。但与不加水实验相比,加水实验中H2组分含量增幅较大,H2S、CO2组分含量相对增加,CH4组分含量相对减小。

依据表2、图2,可得煤加水反应体系在250 ~550℃ 温度范围内生成气组分含量变化规律: H2S气体生成量先增大后减小,在450℃ 达最大值; H2生成量呈波浪式变化; CO2和N2的生成量都呈线性减小; CH4生成量呈指数增长。

3 实验结果分析

3. 1 实验煤中硫析出规律分析

按存在形态划分,煤中硫可归纳为无机硫和有机硫两大类,其中有机硫又可分为脂肪族硫与芳香族硫; 无机硫也可分为黄铁矿硫与硫酸盐硫。在煤的热解过程中,煤中硫的迁移与反应环境有关。在惰性或真空环境下,煤中脂肪族硫因C—S键能小,热稳定性差,300℃ 左右便开始分解; 芳香族硫因结构稳定,400℃ 左右才开始分解,到900℃ 时分解量仍就较小; 煤中黄铁矿在500℃ 左右开始分解,而硫酸盐硫需要在大概900℃ 以后才能分解［10］。在H2气氛下,煤热解所生成的硫自由基与氢自由基反应,生成H2S气体,抑制了硫自由基与煤基碳结构反应生成更稳定的有机硫［11］。煤中黄铁矿与H2在250℃ 以上便可反应,生成H2S气体和硫化亚铁,而硫化亚铁因结构稳定与H2反应所需温度较高,则在低温条件下反应较难。在CH4气氛下,煤中活性自由基作用能催化CH4在较低温度下裂解释放氢自由基,与煤热解所生成的硫自由基反应,生成H2S气体,随着温度的升高,CH4裂解程度加强,能向煤热解提供更多的氢［11 － 12］。在温度超过500℃ 时,煤中黄铁矿能与CH4发生反应,生成H2S气体。

结合表1、表2、表3 和图2 对比分析可知,在250 ~ 450℃ 阶段,H2S气体中的硫主要来源于脂肪族有机硫的分解,少量来源于芳香族硫分解和黄铁矿硫与H2反应被还原的硫; 在450 ~ 550℃ 阶段,则主要来源于黄铁矿硫的分解。

3. 2 煤加水反应体系中H2S气体含量变化原因分析

在加水实验中,H2S气体是在水蒸气和煤热解形成的多组分气体环境下生成的,因此,鉴于上述原因,结合组分气体特征,并与不加水条件下H2S气体含量变化特征相比较,对加水实验中H2S气体含量变化进行分析。

在250 ~ 300℃ 阶段,因反应温度低,煤中有机硫可释放的硫自由基较少,C - H键断裂释放的氢与硫自由基结合生成H2S气体量偏少,煤中无机硫黄铁矿开始与H2反应生成H2S气体,导致气体组分中H2S含量偏低。在300 ~ 450℃ 阶段,随温度升高,反应演化程度加强,煤中有机硫裂解可释放硫自由基量增多,与煤中释放的氢结合生成H2S气体量增多,煤中无机硫黄铁矿也开始与H2反应生成H2S气体,煤中无机硫黄铁矿与H2反应加强,生成H2S气体量增多,造成这一阶段H2S气体含量大幅度攀升。在450℃,H2S气体含量达到最大值,说明250 ~ 450℃ 阶段内,煤中有机硫可提供的硫自由基绝大部分释放生成H2S气体。在450 ~ 550℃ 阶段内,随温度升高,煤中可供给的硫自由基减少,H2S的生成受硫自由基和氢的供给与消耗彼此消长,生成H2S气体量减少; 但煤中无机硫黄铁矿开始分解生成硫单质和硫化亚铁,部分硫单质和H2反应生成H2S气体,随着温度升高,无机硫黄铁矿分解产生硫单质量增多,硫单质与H2反应生成H2S气体量相应增多,导致这一阶段内H2S气体含量下降缓慢。

随着热演化的进行,非烃类气体H2含量波动比较大的原因: 在250 ~ 300℃ 阶段,煤中释放的氢大部分结合生成H2,造成这一阶段H2含量增大,在300℃ 达到最大值。300 ~ 500℃ 时,H2含量下降明显,其可能系煤炭中的硫自由基与产生的H2发生反应,生成H2S气体,从而使H2含量下降。在500℃ 之后则可能由于煤中的硫自由基消耗供给不足及煤中发生深度反应,如水分解生成H2、CO和水反应生成H2等,引起这一阶段H2含量又有所上升。从而形成总体呈波浪式的变化曲线。

非烃类气体CO2在热演化初期阶段生成量就较高,在250℃时CO2含量偏大,可能是原煤瓦斯组分中,二氧化碳含量本身就大,反应初期,随着温度的上升,煤样中吸附和游离的二氧化碳得到快速释放。300 ~ 500℃时随着热演化进行,煤中的氧消耗供给不足,引起CO2含量呈下趋势。在500 ~ 550℃时,煤中发生深度反应,如水分解提供氧、CO和水反应生成CO2气体,引起CO2含量下降趋缓。

非烃类气体N2在250℃ 之前,由于是升温初期,煤样中吸附和游离的N2得到快速释放; 其后,随着热演化的进行,非烃类气体N2都呈下降趋势。

CH4在250℃之前,主要是煤吸附的CH4进行了解吸,CH4含量较低。在250 ~ 550℃ 时,CH4产量随温度的升高而增加,这表明,煤的演化程度控制着CH4组分的生成量。在550℃时含量达最大值。

加水与不加水实验条件下生成气特征对比可知,H2组分含量增幅较大,H2S 、CO2组分含量相对增加,CH4组分含量相对减小,原因分为两个方面,一方面可能是水在反应釜内发生了以下反应:

增加了反应体系中H2、CO2组分含量,并为H2S气体的生成提供大量的氢,引起H2组分含量增幅较大,H2S 、CO2组分含量相对增加; 另一方面可能是水经加热变成水蒸气后增加了釜内压力,使CH4生成缓慢,引起CH4组分含量相对减小。

由以上分析可得不同温度条件下煤加水反应体系中H2S气体成生规律:

从气体反应产物的特征来看,在250 ~ 300℃ 阶段,煤主要是发生物理脱吸附作用,而化学还原作用还较微弱,煤中有机硫分解生成H2S气体量较少。在300 ~ 550℃ 阶段,热演化增强,为煤中硫、氮、碳的释放主要阶段,煤中生成H2S气体量大幅度增加,在450℃达到最大量。

在250 ~ 550℃温度范围内,煤中H2S气体的生成量主要受控于煤中有机硫分解释放的硫自由基量,也就是说,硫自由基量越高,H2S的生成量就越大,反之,H2S的生成量就越小。

4 结论

1) 煤加水反应结果表明,在反应温度不超过300℃ 时,该阶段主要是脱除煤中吸附的H2、CO2、N2和CH4,伴有较微弱的化学还原作用,H2S气体生成量较少; 在300 ~ 550℃,该阶段是煤中硫、氮、碳释放的主要阶段,H2S气体生成量大幅增加。总体来看,H2S气体生成量先增大后减小,在450℃ 达最大值。

2) 在250 ~ 550℃ 温度范围内,煤中H2S气体的生成量主要受控于煤中有机硫分解释放的硫自由基量,也就是说,硫自由基量越高,H2S的生成量就越大,反之,H2S的生成量就越小。

3) 从加水与不加水实验条件下生成气特征对比可知,实验模拟中加水与不加水,严重影响生成气组分含量。水在一定条件下能为反应体系提供氢,还能与碳、一氧化碳反应,因此,加水实验模拟更能反映实际情况。

4) 本文除了模拟H2S气体生成外,还对CH4、CO2等气体进行了模拟研究,并在此基础上,与不加水实验条件下生成气特征进行对比,全面地分析了H2S气体生成规律; 不足是只做了两组实验得出结果,与实际情况有偏差。

摘要：为研究煤在加水热模拟条件下H2S气体的生成规律,采用自主设计的高温高压封闭反应装置,在高温、真空条件下对煤加水反应体系进行H2S气体成生实验模拟研究。使用Agilent7890B气相色谱对热模拟温度(250~550℃)内的气相产物取样分析。结果显示:在温度不超过300℃时,该阶段主要是发生物理脱吸附作用,且化学还原作用还较微弱,H2S气体生成量较少;在300~550℃,该阶段为煤中有机硫分解释放硫自由基的主要阶段,H2S气体生成量急剧攀升,在450℃达到最大值。总体来说,煤中有机硫分解释放的硫自由基量对H2S气体的生成量有重要的影响,硫自由基量越高,H2S的生成量就越大。

2010年高考化学模拟试题篇9

第Ⅰ卷(选择题共48分)

一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,每小题只有一个选项符合题意)

1.化学与科技、社会、生产密切结合,下列有关说法不正确的是()

(A)“乙醇汽油”的广泛使用能减少有害气体的排放

(B)“无磷洗涤剂”的推广使用,能有效减少水体富营养化的发生

(C)“无氟冰箱”取代“含氟冰箱”,对人类的保护伞—臭氧层起到保护作用

(D)“海水淡化”可以解决“淡水供应危机”,向海水中加入明矾可以使海水淡化

2.下列不能用来鉴别乙烷和乙烯的方法是()

3.阿伏加德罗常数约为6.02×1023 mol-1,下列说话正确的是()

(A)在室温下,8 g甲烷含有的共价键数约为6.02×1023

(B) 3.2 g的Cu与足量的浓硝酸反应生成的气体分子数约为6.02×1022

(C)含有6.02×1023个中子的D2O的质量为2.0 g

(D) pH=2的硫酸氢钠溶液中的硫酸根离子数约为6.02×1021

4.由短周期元素构成的某离子化合物X中,一个阳离子和一个阴离子核外电子数之和为20.则有关X的下列说法中正确的是()

(A) X中阳离子和阴离子个数一定相等

(B) X中可能既含离子键,又含共价键

(C)若X只含两种元素,则两种元素可在同一周期也可在同一主族

(D) X中阳离子半径一定大于阴离子半径

5.下列反应的离子方程式中正确的是()

(A)次氯酸钙溶液中通入过量S02:

(B)向含0.1 mol Fel2的溶液中通入0.05mol Cl2:2Fe2++4I-+3Cl3=2Fe3++6Cl-+2I2

(D)小苏打与少量Ca(OH)2溶液混合:

6.已知:Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+.现把相同物质的量的CuSO4、FeCl3和Zn置于水中充分反应,反应所得混合物中除含有和Cl-外,还含有()

(A) Zn2+、Cu、Fe3+

(B) Zn、Cu2+、Fe3+

(D) Zn2+、Cu、Cu2+、Fe2+

7.元素X的单质及X与Y形成的化合物能按所示的关系发生转化.则下列说法不正确的是()

(A)X可能是碳(B)X可能是N2

(C)Y可能是氯(D)X可能是Fe

8.已知下列热化学方程式:

①Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);ΔH=-24.8 kJ/mol

②Fe203(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g);ΔH=-15.73 kJ/mol

③Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g);ΔH=+640.4 kJ/mol

则14 g CO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体时对应的ΔH为()

(A)-218 kJ/mol (B)-109 kJ/mol

(C)+218 kJ/mol (D)+109 kJ/mol

9.下列说法正确的是()

(A)用食醋去除水壶中的水垢时发生的反应是水解反应

(B)蛋白质、纤维素、蔗糖、淀粉都是高分子化合物

(C)分子式为C4 H10O并能与金属钠反应放出氢气的有机化合物有3种

(D)乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色,与乙烯分子含有碳碳双键有关

10.已知X、Y、Z、W四种短周期主族元素在周期表中的相对位置如图1所示,下列说法正确的是()

(A) W的原子序数可能是Y的原子序数的2倍

(B) Z元素的原子半径可能比Y元素的小

(D) Z的化学活泼性一定比X强

11.常温下,对下列四种溶液的叙述正确的是()

(A)②③两溶液相比,两者的Kw不相同

(B)四种溶液分别加水稀释10倍,pH变化量大的是①和④

(C)①、②、③中分别加入少量的醋酸铵固体后,三种溶液的pH均减小

(D)①④两溶液按一定体积比混合,所得溶液中离子浓度的关系一定为:

12.在一个容积固定的密闭容器中,发生反应:CO(g)+2H2(g)⇋CH3OH(g),ΔH<0.第2 min时只改变一个条件,反应情况如下表:

下列说法不正确的是()

(A)第4 min至第6 min该化学反应处于平衡状态

(B)第2 min时.如果只改变某一条件,则改变的条件可能是降低温度

(C)第2 min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是使用催化剂

(D)第6 min时,其他条件不变,如果升高温度,正反应速率增大

13.用惰性电极电解MCl2的水溶液,当阴极上增重a g时,在阳极上同时产生b L气体(标准状况),则M的相对原子质量为()

(A)(B)

(C)(D)

14.常温下,Ag2SO4、AgCl、AgI的溶度积常数依次为:Ksp (Ag2SO4)=7.7×10-5、Ksp(AgCl)=1.8×10-10、Ksp (AgI)=8.3×10-17.下列有关说法中,错误的是()

(A)常温下,Ag2SO4、AgCl、AgI在水中的溶解能力依次减弱

(B)在AgCl饱和溶液中加入NaI固体,有Agl沉淀生成

(D)在Ag2SO4饱和溶液中加入Na2SO4固体,有Ag2SO4沉淀析出

15.某溶液中存在的离子有:S2-、HS-、OH-、Na+、H+,则下列有关该溶液的叙述中不正确的是()

(A)离子浓度可能是c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)>c(H+)

(B)组成该溶液的溶质只能是NaS或NaHS或两者的混合物

(C)该溶液可能呈中性,或碱性,或酸性

(D)离子间物质的量的关系是2n(S2-)+n(HS-)+n(OH-)=n(Na+)+n(H+)

16.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等,根据如图2所示海水综合利用的工业流程,下列说法不正确的是()

(A)从能量转换角度来看,框图中的氯碱工业是一个将电能转化为化学能的过程

(B)过程②中结晶出的MgCl·6H2O要在HCl氛围中加热脱水制得无水MgCl2

(C)在过程③、⑤中溴元素均被氧化

(D)过程①中除去粗盐中的、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,加入药品的顺序为:Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸

第Ⅱ卷(非选择题共52分)

包括必考题和选考题两部分.第17～21为必考题,每个小题考生都必须做答.第22～24题为选考题.

17.有A、B、C、D、E、F、G、H、I九种常见物质,它们的转化关系(反应条件未注明)如图3所示.已知:B、C、F为单质,常温常压下,B为固态,C、F为气态;化合物中仅A、E为气态;常温下,D为淡黄色粉末,H的焰色反应为黄色.

(1)写出A与D反应的化学方程式:______.

(2)写出B与G反应的化学方程式:______.

(3)写出D中化学键的类型:______;A的结构式为______.

(4)写出A与I反应的离子方程式:______.

18.几种中学化学常见的单质及其化合物相互转化的关系如图4所示:

可供参考的信息有:①甲、乙、丙、丁为单质,其余为化合物.

②A由X和Y两种元素组成,其原子个数之比为1:2,元素质量之比为7:8.

③B气体是引起酸雨的主要物质,H在常温下为无色无味的液体,E常用作红色油漆和涂料.

试根据上述信息回答下列问题:

(1) A的化学式为______,每反应1 mol A转移的电子为______mol.

(2) F与丁单质也可以化合生成G,试写出该反应的离子方程式:______.

(3)少量F的饱和溶液分别滴加到下列物质中,得到三种分散系①、②、③(如图5所示).

试将①、②、③分别填入图6所示的方框中:

(4)化合物M与H组成元素相同,可以将G氧化为F,且不引进新的离子,试写出M在酸性环境下将G氧化为F的离子方程式:______.

(5)已知丙单质与D的浓溶液按物质的量之比为1:2恰好反应生成B气体的化学转化式为:丙+D(浓)B↑+丙的氧化产物+水,则丙在其氧化产物中的化合价为:______.

19.下列反应在一定温度下达到平衡:

①PCl5(g)⇋PCl3(g)+Cl2(g);ΔH1>0,K=1

②CO(g)+Cl2 (g)⇋COCl2 (g);ΔH2<0,K=5×104

③COCl2(g)⇋CO(g)+Cl2(g);ΔH3>0

④CO(g)+H2Og)⇋CO2(g)+H2(g);ΔH4>0,K=9

请回答下列问题:

(1)根据反应①的平衡常数K的表达式,下列等式必定成立的是______.

(A) c(PCl5)=c(PCl3)=c(Cl2)=1

(B) c(PCl5)=c(PCl3)·c(Cl2)=1

反应②和反应③的平衡常数K的表达式______(填“相同”或“不同”).

(2)降低Cl2浓度,反应③的K值______(填“增大”“减小”或“不变”).

(3)要使反应①和反应②的K值相等,应采取的措施是______.

(A)反应①、②同时升温

(B)反应①、②同时降温

(C)反应①降温反应,反应②维持原来温度

(4)若反应④开始时,一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02 mol·L-1,二氧化碳和氢气都不存在,则在此条件下达平衡时CO的转化率是______.

20.21世纪是钛的世纪.图7是利用钛白粉(TiO2)生产海绵钛(Ti)的一种工艺流程:

已知:①Mg(s)+Cl2(g)=MgCl2(s);ΔH=-641kJ·mol-1

②Cl2 (g)+1/2Ti(s)=1/2TiCl4 (l);ΔH=-385 kJ·mol-1

(1)钛白粉是利用TiO2+发生水解生成钛酸(H2TiO)沉淀,再煅烧沉淀制得的.TiO2+发生水解的离子方程式为______.

(2)反应Ⅰ在800～900℃下进行,还生成一种可燃性的无色气体,该反应的化学方程式为______;反应Ⅱ的热化学方程式为______.

(3)该工艺流程中,可以循环使用的物质有______.

(4)在800～1000℃时电解TiO2也可制海绵钛,装置如图8所示.图中b是电源的______极,阴极的电极反应式为___。

21.某校课外活动小组的同学设计了如图9所示的铁与水蒸气反应的装置图,并探究反应后生成物的一系列性质.

(1)简述对图9实线框内装置进行气密性检查的方法:______.

(2)图9(Ⅰ)为产生水蒸气的装置.其中仪器A的名称为______.仪器A中除蒸馏水外,还需加入某种固体,其作用是______.

(3)图9(Ⅱ)为铁与水蒸气反应的装置,写出硬质试管B内所发生反应的化学方程式:______.图中(Ⅰ)、(Ⅱ)两处均需加热,应先对______加热[填“(Ⅰ)”或“(Ⅱ)”].

(4)为验证反应后的气体产物为H2,该兴趣小组的同学从图10中选择必要的仪器和药品,在虚线框内设计了一套装置,其连接顺序为:a连______,______连______,______连______(装置不可重复选用)

(5)反应后,取图9(Ⅱ)装置中硬质试管B内全部固体于试管中,加入80 mL 1 mol/L的稀盐酸,固体恰好完全溶解,再滴加KSCN溶液,发现溶液不显血红色.试计算出反应前往硬质试管B中加入的铁粉的质量为______g.

下列题目为选考题,请考生从3道化学题中任选一题做答.

[有机化学基础]

22.目前世界各国都在抗击甲型H1N1流感,达菲(Tamiflu)被世界卫生组织推荐作为治疗和预防甲型H1N1流感的有效药物之一,它是以我国特有中药材八角的提取物—莽草酸(shikimicacid)为原料经过十多步反应合成的.已知莽草酸和达菲的结构简式如下:

提示:环丁烷可简写成.

请完成下列问题:

(1)写出莽草酸的分子式______.

(2)写出莽草酸分子中官能团的名称______;

(3)达菲可能发生的反应类型有______

(A)氧化反应(B)水解反应

(C)加成反应(D)消去反应

(4)1 mol莽草酸最多能与______mol金属钠反应,最多可与______mol碳酸氢钠反应.

(5)请写出莽草酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的化学方程式(有机物用结构简式表示):______.

(6)莽草酸通过消去反应可以得到B(B的结构简式为:,B在浓硫酸加热作用下可得到缩聚物C,C的结构简式是______;水杨酸是一种与B具有相同官能团的同分异构体,且苯环上的取代基相邻,请写出水杨酸与乙酸酐合成阿司匹林(乙酰水杨酸)的化学方程式(有机物用结构简式表示):______;B的同分异构体中既含有酚羟基又含有酯基的共有三种,写出其中一种同分异构体的结构简式______.

23.[物质结构与性质]

现有A、B、C、D四种前四周期元素的性质或原子结构如下表:

(1) B单质分子中,含有______个σ键和______个π键,元素B的气态氢化物的空间构型为______.

(2)C单质的熔点______A单质的熔点(填“高于”或“低于”),其原因是:______.

(3)写出元素D基态原子的电子排布式:______。

24.[化学与技术]

镁及其合金是一种用途很广的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的.某学校课外兴趣小组从水晒盐后的盐卤(主要含Na+、Mg2+、Cl-、Br-等)中模拟工业生产来提取镁,主要过程如图11所示:

回答下列问题:

(1)从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2,除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入到盛有______溶液的烧杯中,充分搅拌后经______,______(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2.

(2)如图12是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图.其中装置A的作用是______.

(3)写出过程④中发生反应的化学方程式______.

参考答案及解析:

1.(D).解析:向海水中加入净水剂明矾,只能使海水净化,除去其中的难溶性杂质,而不能使海水淡化,(D)错.

2.(C).解析:点燃乙烷和乙烯时,火焰明亮者为乙烯;能使酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液褪色为乙烯;乙烷、乙烯都难溶于水.

3.(C).解析:本题考查阿伏加德罗常数.8 g甲烷为0.5 mol,1 mol甲烷含有4mol共价键,故8 g甲烷含有的共价键数约为2×6.02×1023,(A)选项错误;3.2 g的Cu完全反应时,转移电子为0.1 mol,则根据电子得失守恒可知,产生的NO2气体为0.1 mol.但存在2NO2⇋N2O4,故(B)选项错误;1个D2O分子中有10个中子,则含有6.02×1023个中子的D2O的物质的量为0.1 mol,质量为2.0 g,(C)选项正确;(D)选项中溶液的体积未知,所以无法求算离子的数目,(D)选项错误.

4.(B).解析:常见的10电子微粒,如N3-、O2-、F-以及OH-等阴离子,Na+、Mg2+、Al3+以及等阳离子.故符合题意的微粒很多,如Na3N、Mg3 N2、NaF、MgF2、AlF3、Na2O、MgO、Al2O3、NH4F、NaOH等均符合条件.故X中阳离子和阴离子个数不一定相等,(A)错误;NaOH、NH4F既含离子键,又含共价健,故(B)正确;一个阳离子和一个阴离子电子数之和为20,且两元素在同一主族的物质有KH,但K不是短周期元素,(C)错误;等电子离子的半径,随核电荷数增大而减小,故阳离子半径小于阴离子半径,(D)错误.

5.(C).解析:在酸性条件下,ClO-具有强氧化性,能将氧化,(A)项错误;(B)项中,氯气不足,只能氧化部分碘离子,二价铁离子不参加反应,错误;小苏打与少量Ca(OH)2溶液混合,正确的离子方程式为:,(D)项错误.

6.(D).解析:(A)项,Cu、Fe3+不能大量共存;(B)项,Zn与Cu2+、Fe3+不能大量共存;(C)项,Fe与Cu2+不能大量共存,故不正确.

7.(B).解析:当n=1时,图中所示物质分别为碳、一氧化碳和二氧化碳;当n=2时,图中所示物质分别为铁、氯化亚铁和氯化铁.

8.(B).解析:CO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体的反应为FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2 (g),根据盖斯定律,该反应可以通过得到,其反应热.则14gCO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体时,对应的ΔH为-109kJ/mol.

9.(D).解析:用食醋去除水壶中的水垢时所发生的反应为:

属于复分解反应,(A)错;蔗糖属于二糖,不是高分子化合物,(B)错;分子式为C4H10O并能与金属钠反应放出氢气的有机化合物只能是醇,去掉—OH,剩余部分为—C4H9,共有4种结构,因此共有4种有机化合物,(C)错;乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色,是因为乙烯与溴发生了加成反应,(D)正确.

10.(A).解析:(A)项,若Y为O,W为S,则符合;(B)项,Z元素的原子半径一定比Y元素的大,故不正确;(C)项,W的气态氢化物的稳定性一定比Y的弱,故不正确;(D)项,若X、Z是非金属元素,则X的化学活泼性比X弱,故不正确.

11.(D).解析:只要温度不变,任何水溶液中水的离子积常数Kw不变,(A)项错误;氨水和醋酸中的溶质是弱电解质,稀释时因存在电离平衡的移动,pH变化不久,(B)项错误;醋酸中加入醋酸铵固体,醋酸铵电离出的CH3COO-结合H+生成CH3COOH,使溶液的pH增大,(C)项错误;氨水和盐酸按一定体积比混合,根据溶液的电中性,(D)项正确.

12.(B).解析:根据表中数据得,第4 min后体系中各物质的浓度保持不变,即反应达到平衡状态,(A)对;该反应在2～4 min内的反应速率大于1～2 min内的反应速率,即第2min时反应速率增大,因此改变的条件不可能为降低温度,可能为使用催化剂,(B)错、(C)对;6 min时,升高温度,正逆反应速率均增大,(D)对.

13.(A).解析:根据电子守恒:

可得

解得:Ar=22.4 a/b,故选(A).

14.(C).解析:本题考查溶解平衡.由数据可知(A)选项正确:Ksp(Agl)

15.(B).解析:下列5种溶液中都存在S2-、HS-、OH-、H+、Na+:硫化钠溶液、硫氢化钠溶液、硫化钠与氢氧化钠的混合溶液、硫氢化钠和硫化钠的混合溶液、硫氢化钠与硫化氢的混合溶液.

16.(D).解析:(A)正确;为防止水解,MgCl2·6H2O要在HCl氛围中加热脱水,(B)正确;由溴元素化合价变化可知(C)正确;过程①中除去粗盐中的、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,Na2CO3溶液的加入顺序应在BaCl2溶液后面,这样才能将过量的Ba2+除去,(D)不正确.

17.解析:淡黄色化合物D为Na2O2,与之反应的气体A为CO2,由反应2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,可进一步推知C为O2,H为Na2CO3,I为NaOH.接下来推断物质G,能与Na2O2反应的物质除了CO2还有H2O,所以G为H2O.由反应④知O2与气体单质F反应生成H2O,则F为H2.联想水煤气的制备可推知固态单质B为碳,所以E为CO.

答案:(1)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2

(2)

(3)离子键和共价键(或非极性键)O=C=O

(4)

18.解析:本题的解题突破口是“B气体是引起酸雨的主要物质”,确定B为SO2.“H在常温下是无色无味的液体”,则H是H2O.“E常作红色油漆或涂料”,则E为Fe2O3.化合物A与单质甲反应生成SO2和Fe2O3,则单质甲必为O2,A中含有Fe和S,由X和Y原予数之比为1:2,元素质量之比为7:8可知,X和Y分别为Fe和S.A为FeS2,1 mol FeS2与氧气反应生成Fe2O3和SO2时.共转移电子为1 mol+2×5 mol=11 mol.C是SO3,D是H2SO4,F是Fe2(SO4)3,G是FeSO4.Fe2(SO4)3饱和溶液滴入冷水中得到的是Fe2(SO4)3溶液,Fe2(SO4)3与氢氧化钠溶液反应生成Fe(OH)3沉淀,Fe2(SO4)3饱和溶液滴入沸水中形成胶体.M与H组成元素相同,则M为H2O2,其可将Fe2+氧化为Fe3+.丙单质与浓硫酸按物质的量之比为1:2反应生成SO2,根据电子得失守恒,丙若为金属则可能生成+2价的铜;若为非金属则可能生成+4价的碳.

答案:(1) FeS2、11

(2)2Fe3++Fe=3Fe2+

(3)①、③、②

(4)H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O

(5)+2或+4

19.解析:(1)一定温度下,可逆反应达到化学平衡,生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积之比为一常数.对于反应①来说:,故选(C).反应②和反应③的反应物、生成物恰好颠倒,平衡常数表达式是不同的.(2)平衡常数与物质浓度无关,降低Cl2浓度,反应③的K值不变.(3)反应①正反应吸热,温度升高,K值增大,反应②正反应放热,温度升高,K值减小,所以选(A).

(4)已知,该温度时,K=9;起始时c(CO)=c(H2O)=0.02 mol·L-1.

设平衡时转化了xmol·L-1CO.

解得:x=0.015 mol·L-1

所以,CO的转化率为

答案:(1)(C)、不同;(2)不变;(3)(A);(4)75%.

20.解析:(2)反应Ⅰ中利用元素守恒可知,无色气体中肯定含有C和O,所以可以推断出无色气体为CO;反应Ⅱ的化学方程式为:

根据盖斯定律:ΔH=(-641kJ·mol-1×2)-(-385kJ·mol-1×2)=-512 kJ·mol-1

(3)从工艺流程可以发现Mg、Cl2在副产物中出现,所以Mg、Cl2可以循环使用.

(4)由于TiO2→Ti,发生还原反应,所以该电极为阴极,发生的反应为:TiO2+4e-=Ti+2O2-,则b为电源的正极.

答案:(1)TiO2++2H2O=H2TiO3↓+2H+

(2)

(3)Mg、Cl2

(4)正TiO2+4e-=Ti+2O2-

21.解析:(1)有气体参与的反应都要进行气密性检查,然后装药品.该题操作要注意,冷却后必须有水柱上升才能说明气密性良好.

(2)对液体加热时要防止暴沸.需在液体中加入沸石.

(3)因反应开始时整个装置中含有氧气,所以要先点燃(Ⅰ)处酒精灯,使整个装置充满水蒸气,然后点燃(Ⅱ)处酒精灯,以防止铁被氧化.

(4)检验反应后有氢气生成,要先干燥,防止水蒸气的干扰,利用氢气还原氧化铜生成水,然后检验水的存在,从而确定有氢气生成.

(5)由题意可知,反应后溶液中铁元素以亚铁离子的形式存在,即所得溶液中溶质为FeCl2,根据原子守恒,氯元素为0.08 mol,则铁元素为0.04 mol.硬质试管B中加入的铁粉的质量为0.04mol×56 g/mol=2.24 g.

答案:(1)在a处连接导管并插入水中,用酒精灯对仪器A进行微热.若导管口有气泡产生,停止加热后,导管中形成一段水柱.则装置气密性良好

(2)圆底烧瓶,防暴沸

(3)(Ⅰ)

(4)fjbch或fjcbh

(5)2.24

22.解析:由已知的莽草酸的结构简式可知其分子式为C7H10 O5.莽草酸共有羧基、羟基、碳碳双键三种官能团.达菲分子中的碳碳双键可发生氧化反应和加成反应,酯基和肽键可以发生水解反应.莽草酸中3个羟基和1个羧基均能与金属钠反应,所以1 mol莽草酸最多消耗4 mol金属钠.因为醇羟基不与碳酸氢钠溶液反应,只有羧基与碳酸氢钠溶液反应,所以1mol莽草酸最多与1 mol碳酸氢钠反应.莽草酸中的羧基与乙醇中的羟基发生酯化反应,很容易写出其反应的化学方程式.B发生缩聚反应生成高分子.水杨酸是与B具有相同官能团的B的同分异构体,且两个官能团为邻位,即为.B的同分异构体中既含有酚羟基又含有酯基的共有三种:.

答案:(Ⅰ)C7H10O5.

(2)羧基、羟基、碳碳双键.

(3)(A)、(B)、(C).

(4)4 1

(5)

(6)

23.解析:本题考查物质结构与性质.从表格的信息可知.A为硅元素,B的电子排布式为1s22s22p3,B为氮元素,C为氯元素,D基态原子的电子排布中,未成对电子数最多,则价电子排布满足3d54s1.氮气分子中存在1个σ键和2个π键,氨分子的空间构型为三角锥形.

答案:(1)1 2三角锥型

(2)低于Cl2晶体属于分子晶体,Si晶体属于原子晶体,原子晶体的熔点比分子晶体的熔点高.

(3)1s22s22p63s23p63d34s1

24.解析:(1)氢氧化镁是难溶物,氢氧化钙是微溶物,故氢氧化钙可转化为氢氧化镁沉淀,即将沉淀加入到氯化镁溶液中,充分搅拌后,过滤、洗涤即可得到纯净的Mg(OH)2.(2)装置A的作用是制备干燥的氯化氢气体,抑制MgCl2的水解.(3)反应过程④是采用电解熔融的氯化镁制取金属镁:.

水电模拟实验方法研究篇10

近年来,由于多分支多底井、鱼骨刺井、蛇曲井等新井型的出现,其渗流机理非常复杂。仅仅依靠解析法或数模法难以准确描述流体的渗流规律,需要借助物理模拟方法。水电模拟实验是根据水电相似原理而设计的一种物理模拟实验,它可以很直观的反应流体的渗流规律,还能够检验解析方法和数值模拟方法的准确性。但是,国内外有关水电模拟实验的介绍很少[1,2,3,4],而且由于相关的水电模拟实验大都采用定位丝杠等手动设备,造成实验效率低下、精度较差,这在一定程度上限制了水电模拟实验的发展。为此,笔者专门对水电模拟展开研究,现将相关知识进行系统介绍。

1 实验原理

水电模拟实验原理以相似三定理为基础,分为相似原理、相似系数和相似准则三个部分。

1.1 相似原理

水电模拟实验相似原理的理论基础是水电相似原理。水电相似原理:不可压缩的地下流体通过多孔介质流动的微分方程与电荷通过导体材料流动的微分方程之间具有相似性[5]。由于电流场可以在瞬间达到稳定,因而水电模拟实验模拟的是单相流体的稳定渗流过程。

1.2 相似系数

物理模型模拟各参数与原型相应参数之间存在着比例关系[6],称为相似系数。水电模拟各相似系数的定义如下:

模型的几何参数与油藏的相应几何参数的比值称为几何相似系数, $C_{l} = \frac{X_{m}}{X_{r}} = \frac{Y_{m}}{Y_{r}} = \frac{Ζ_{m}}{Ζ_{r}} = \frac{L_{m}}{L_{r}} =$ 常数(等比例模型[7]);模型中两点之间的电位差与地层中两相应点之间的压差的比值称为压力相似系数, $C_{p} = \frac{(Δ U)_{m}}{(Δ Ρ)_{r}}$ ;模型中的电阻与油藏中相应位置渗流阻力的比值称为阻力相似系数, $C_{r} = \frac{(R)_{m}}{(R_{f})_{r}}$ ;模型中电解质溶液的电导率与油藏流体流度的比值称为流动相似系数, $C_{ρ} = \frac{ρ}{\frac{Κ}{μ}} = \frac{ρ μ}{Κ}$ ;电流与生产井产量(或注水井注入量)的比值称为流量相似系数, $C_{q} = \frac{Ι}{Q}$ 。

式中:下标m表示模型,下标r表示油藏。L:油藏、模型或井的几何尺寸;ΔU:电压差;ΔP:压力差;Rm:电解质溶液的电阻;Rf:地层流体的渗流阻力;ρ:溶液的电导率;K:油藏的渗透率;μ:原油黏度;I:电流;Q:井产量(或注入量)。

1.3 相似准则

各相似系数之间满足一定的约束条件,称为相似准则。根据欧姆定律 $Ι = \frac{Δ U}{R_{m}}$ 和达西定律 $Q = \frac{Δ Ρ}{R_{f}}$ ,参照上述各相似系数和渗流阻力的定义,可以得到如下相似准则的关系式:Cp=Cq·Cr, $C_{r} = \frac{1}{C_{ρ} C_{l}}$ 。

电流场和渗流场的模拟对应关系如表1所示。

2 实验装置

水电模拟实验装置主要由以下四个部分组成:油藏模拟系统、低压电路系统、测点定位系统、数据采集系统。在油藏模拟系统中,有机玻璃板电解槽的规格为800 mm×800 mm×200 mm。以一定浓度、一定深度的CuSO4电解质溶液模拟油藏介质,电解槽边界模拟封闭边界条件,紫铜带模拟供给边界情况,细铜丝模拟井筒。在低压电路系统中,交流稳压电源提供在满足安全条件下的实验所需电压,并将电压输出给边界和井筒。水电模拟实验的误差主要来源于电解质溶液在通电后产生的极化现象,人为地造成了油藏介质的各向异性,相关实验研究表明,600 Hz的交流稳压电源可以有效解决极化问题。在测点定位系统中,通过计算机运行相关程序并输出给机器人控制器,控制器在接收指令后将其转化为信号并传递给机械手臂,机械手臂上的探针随即产生移动,即通过程序控制机械手臂来实现探针的智能化定位。在数据采集系统中,通过使用相关软件和接口等可以在多功能电压表和计算机间实现无缝链接,通过与机械手的有效配合能够实现实验数据的实时记录与保存。

水电模拟实验装置实物图如图1所示。

3 实验步骤

为了便于实验的顺利进行,需要掌握水电模拟实验的基本操作流程。水电模拟实验的具体步骤如下:

(1)实验模型的制作。实验所用材料为直径1 mm的细铜丝,根据实验相关要求,制作所需井模型,各类井模型的示意图如图2所示。

(2)供给边界和电解质溶液的准备。供给边界所用材料为紫铜带,根据水槽实际规格,制作大小合适的紫铜带作为供给边界;根据实验所需电导率的要求,参照CuSO4溶液浓度与电导率的关系曲线图,配置相应的CuSO4溶液。

(3)将实验井模型固定在电解质溶液中的合适位置。

(4)按照图3(a)所示的电路图连接电路,接通电路并测量通过井的总电流。

(5)按照图3(b)所示的电路图连接电路,接通电路。

(6)根据测点数目和位置等相关要求,设置机械手控制器程序的测试步长、测试距离、测试时间间隔等相关参数,运行程序,测试不同测点的电压。

(7)通过相关软件和接口等在多功能电压表和计算机间实现无缝链接,实时记录实验所测电压。

(8)保存实验所测数据,退出程序,实验测试过程结束。

(9)进行相关的数据处理工作,作出等势线分布图等。

(10)根据相似原理,利用相关公式将测试的电流值转换为实际油藏的产量,对比理论结果。

(11)改变井的各种参数以及井型等,重复上述实验步骤,进行产能影响因素的敏感性分析,优选设计方案,为油田生产提供指导。

4 实验精度研究

进行水电模拟实验精度研究实验时,将紫铜带固定在电解槽的四边边界,模拟井的细铜丝长度为60 mm、直径为1 mm,电解槽中的CuSO4电解质溶液深120 mm、电导率为488 μs/cm。将直井安装在电解槽的中部,模拟均质油藏中心一口直井定压边界生产时的情况。

在研究水电模拟实验的精度问题时,采用实验测量数据和理论公式计算结果进行对比的方法,通过分析两者间的误差,可以确定水电模拟实验的精度[8,9]。定压边界油藏中心一口直井生产时产量的理论公式为 $Q_{o} = \frac{2 π k h Δ Ρ}{μ \ln (\frac{R_{e}}{R_{w}})}$ ,其对应于水电模拟实验的理论公式为 $Ι_{m} = \frac{2 π ρ h_{m} Δ U}{\ln (\frac{R_{e m}}{R_{w m}})}$ 。

根据上述理论公式计算得到的结果和实验实测数据结果的对比见表2所示,根据表2中的数据,绘制水电模拟实验精度误差图,见图4所示。

通过对上述结果进行对比分析可知,在整个实验过程中,水电模拟实验的实验值和理论值的相对误差均在5%的范围内,完全能够满足工程上的相关误差要求,因此水电模拟实验精度很高,实验结果可靠。

5 实验结果

依据前面介绍的实验原理和实验步骤等,就可以开展相关的水电模拟实验研究。现以图1中所示的四类井模型为例,分别进行水电模拟实验研究。具体实验条件为:各类井模型的水平段投影长度均为400 mm,各分支长度为133 mm;电解槽中的CuSO4溶液深120 mm,电导率为488 μs/cm,井位于电解槽的中间位置;定压供给边界的电压为4 V;机械手的测试步长为5 mm。根据上述实验步骤进行实验,得到了各类井模型的等势线分布图,如图5所示。为了便于单独分析各类井模型的等势线分布规律,将图5中各图的标尺暂不做统一化处理。从图中可以看出,不同井型的等势线分布存在着显著的差别,但总体上呈现出这样的规律:靠近井筒的等势线分布密集,等势线形状接近于井型;远离井筒的等势线分布比较疏松,逐渐接近于椭圆形或圆形。这就表明,近井地带的压力损失较为严重。此外,对比不同井型的等值等势线可知,各类井型所控制的泄油面积差别巨大,这也提供了一种对比各种井型优劣的新方法。

除等势线分布图外,水电模拟实验所得数据经过相关的处理,还具有很广泛的应用空间,如模拟实际油藏的生产情况、对比不同井型开发油藏时的产能情况、模拟油藏在不同供给边界条件下的生产情况等,通过这些分析,可以对油井产能的影响因素进行敏感性分析。除单井的情况外,还可以利用水电模拟实验来研究油藏在不同井型所组成的注采井网条件下的产能情况,优化生产井网。通过上述分析,可以研究复杂结构井的渗流机理,优选出合适的井型和井网,为油田开发提供指导。

6 结论

通过对水电模拟实验的系统研究,可以得出以下相关结论:

(1)随着复杂结构井等新井型的出现,为了研究其渗流机理,水电模拟实验将会再次得到发展,应用更加广泛。

(2)通过机器人控制器来操控机械手在三维空间内的自由移动,可以实现探针的快速准确定位,大大缩短实验时间,减少工作量,提高实验效率。

(3)多功能电压表的使用可以实现数据的自动采集和保存,在减少工作量的同时,保证数据计量准确,减小读数误差,提高实验精度。

(4)水电模拟实验的精度很高,完全能够满足工程要求,使用水电模拟实验来研究油藏的渗流机理是一种可靠的方法。

摘要：随着各种复杂结构井的出现和发展,流体渗流机理的研究面临着很大的困难,而水电模拟实验可以提供有效的帮助。从实验原理、实验装置、实验步骤、实验精度验证等方面,对水电模拟实验进行了全面系统的介绍。实验研究表明,机械手可以实现对测点的精确定位,数据自动计量系统可以减小读数误差,两者都可以大幅度提高实验效率。水电模拟实验精度完全能够满足工程要求,因此可以为复杂结构井渗流机理的研究和油田现场生产提供指导。

关键词：水电模拟,实验,方法,研究

参考文献

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[8]谭巧.常规稠油油藏分支井冷采产能预测.硕士论文.东营:中国石油大学(华东),2008

模拟工业制备纯碱的实验设计篇11

关键词：模拟实验；工业制备纯碱；实验方案；侯氏制碱法

文章编号：1005–6629（2014）1–0052–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

纯碱具有广泛的用途，是重要的化工原料之一。上海高三拓展型教材第106～108页是氨碱法（索尔维制碱法）和联合制碱法（侯德榜制碱法）的内容，在《上海市中学化学课程标准（试行稿）》[1]中，对“制碱原理”规定的学习水平是“理解”，对“侯氏与索氏法的比较”的规定是“掌握”，属学习水平中的最高要求。这一内容也是历年高考的热点，从学生的答题情况看，也是学生掌握的难点。然而教材中却没有安排相应的实验，为提高学生的学习兴趣，加深对工业制碱原理的理解，笔者期望能在课堂上模拟工业制碱。为此，笔者按资料[2]上的方法进行实验，发现一些方法因耗时过长、步骤太繁等并不适合课堂演示或学生实验。笔者又进行了多次的探索和改进，最终达到了比较好的效果。现介绍如下。

1 实验方案一

1.1 实验原理

NH3+CO2+H2O+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl

向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后通入二氧化碳，得到溶解度较小的碳酸氢钠[3]。

1.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、量筒、圆底烧瓶3个、分液漏斗2个、铁架台3个、烧杯、漏斗、玻璃管、试管、酒精灯、玻璃棒、药匙、导管和橡皮塞若干。

（2）试剂：27%浓氨水（ρ=0.9 g/cm3）、氢氧化钠固体、冰水、5 mol/L稀硫酸、碳酸钙粉末、熟石灰粉末、蒸馏水、饱和粗食盐水、澄清石灰水、红色石蕊试纸、滤纸等。

1.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图1和图2。

1.4 实验步骤

（1）准备：搭好装置，检验气密性。量取20 mL的饱和食盐水于中间的烧瓶中；称取40 g氢氧化钠固体于制氨气的烧瓶中，量取50 mL浓氨水于制氨气的分液漏斗中；再称取70 g碳酸钙粉末于制二氧化碳的烧瓶中，量取150 mL稀硫酸（分几次加入）于制二氧化碳的分液漏斗中。将装有饱和粗食盐水的烧瓶浸入冰水中。如图1所示。

（2）制备：将装有浓氨水的分液漏斗打开，产生氨气通入饱和粗食盐水中，20分钟左右时，观察到饱和食盐水上方有大量的白雾产生。再打开装有稀硫酸的分液漏斗，产生的二氧化碳通入饱和的氨化粗食盐水中。约5分钟即有浑浊出现，约15分钟能看到大量的白色固体析出。

1.5 母液处理

1.6 实验注意事项

（1）食盐水用粗盐（杂质可做为晶核，若无粗食盐，可在饱和食盐水中加几粒食盐晶体）配制，效果明显，析出碳酸氢钠更快；

（2）制备实验中先通入氨气达饱和后再通二氧化碳，插入食盐水中的导管用尖嘴且导管口靠近烧瓶底部，这样产生气泡多而小有利于碳酸氢钠的生成，效果好。

1.7 实验的优缺点

本实验现象明显，产生的碳酸氢钠固体较多；母液的处理能很好地说明侯氏法的优点。实验的缺点是装置庞大、耗时长，仅制备实验就需近35分钟，母液的处理需要约20分钟，因此不宜作为课堂实验。本实验涉及到的知识及操作较多，如：气体的制备，气体的性质，尾气的处理、过滤等，若作为课外学生实验，是提高学生综合能力的良好载体。

2 实验方案二

2.1 实验原理

实验原理同实验一。

2.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管、药匙、圆底烧瓶、分液漏斗、铁架台、烧杯。

（2）试剂：粗盐颗粒、饱和氨水、冰水、5 mol/L稀硫酸、碳酸钙粉末。

2.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图5和图6。

2.4 实验步骤

（1）准备：称取8 g粗盐，加入到30 mL的饱和氨水中，配制饱和氨化粗盐水于大试管中。如图5搭好装置并检验气密性。称取50 g碳酸钙粉末于圆底烧瓶中，再量取100 mL稀硫酸于分液漏斗中。

（2）制备：将装有配制好的饱和氨化粗盐水的试管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳气体约5分钟看到沉淀，约十分钟时，产生大量白色沉淀（见图6）。

2.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

2.6 实验的优缺点

此实验的优点是现象明显，产生的碳酸氢钠固体量多，耗时短，约十分钟，适合做演示实验。课前需准备好饱和氨化粗盐水，也适合作为课堂学生实验。

3 实验方案三

3.1 实验原理

NaCl+NH4HCO3→NaHCO3↓+NH4Cl

氯化钠饱和溶液与碳酸氢铵饱和溶液反应，得到溶解度较小的碳酸氢钠。

3.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管若干、烧杯、玻璃棒、药匙、酒精灯、铁架台。

（2）试剂：饱和粗食盐水、固体NH4HCO3、蒸馏水。

3.3 实验效果图

图7是静置约1分钟时的现象。

3.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

3.6 实验注意事项

（1）碳酸氢铵溶液不稳定、易分解，需现用现配或临上课前配好。

（2）20℃时，氯化钠溶解度是36 g/100 g水（质量分数26%，ρ=1.2 g/cm3），碳酸氢铵的溶解度是21.7 g/100 g水（质量分数是19%，ρ=1.1 g/cm3），则饱和食盐水的浓度是5.3 mol/L，而碳酸氢铵的浓度是2.5 mol/L，因此采取以下措施：①碳酸氢铵的体积是饱和食盐水体积的2倍多；②将饱和碳酸氢铵溶液倒入饱和粗食盐水中出现浑浊更快。

3.7 实验的优缺点

此实验操作简单、现象明显，可作为学生在课堂上完成的试管实验。但浑浊完全沉淀需要较长时间（用离心机可以加速沉降）。

总体来说，笔者设计的三个实验方案中，方案一是按照教材的叙述，也是化工生产的实际流程，要制备氨气和二氧化碳，为提高碳酸氢钠的产率，先在饱和食盐水中通氨气达到饱和，再通入过量的二氧化碳。因为涉及到两种气体的制备（若用盐酸制备二氧化碳还需要净化装置）、尾气的处理等，装置庞大，要得到大量的碳酸氢钠固体耗时也较长，不宜作为课堂演示，但该设计却是非常好的学生课外实验的题材。方案二是利用实验室现有的氨水，只需要制备二氧化碳一种气体，操作简单、耗时短，宜作为课堂实验。方案三是饱和碳酸氢铵溶液和饱和食盐水混合的试管实验，操作简单，现象明显，也能体现工业制备纯碱原理的本质，适合做课堂演示实验和学生实验。

参考文献：

[1]上海市教育委员会.上海市中学化学课程标准（试行稿）[S].上海：上海教育出版社，2005：89.

[2]王绪岩.联合制碱法反应原理的模拟实验设计[J].化学教学，2008，（5）：12～13.

[3]侯德榜著.制碱工业（下册）[M].北京：化学工业出版社，1960：646.

摘要：为弥补中学化学教材中无相关实验的缺陷，设计了三个模拟工业制备纯碱和一个模拟联合制碱法母液处理的实验方案，旨在为工业制备纯碱的实验教学提供可选择的参考素材和方法。

关键词：模拟实验；工业制备纯碱；实验方案；侯氏制碱法

文章编号：1005–6629（2014）1–0052–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 实验方案一

1.1 实验原理

NH3+CO2+H2O+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl

向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后通入二氧化碳，得到溶解度较小的碳酸氢钠[3]。

1.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、量筒、圆底烧瓶3个、分液漏斗2个、铁架台3个、烧杯、漏斗、玻璃管、试管、酒精灯、玻璃棒、药匙、导管和橡皮塞若干。

1.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图1和图2。

1.4 实验步骤

1.5 母液处理

1.6 实验注意事项

（1）食盐水用粗盐（杂质可做为晶核，若无粗食盐，可在饱和食盐水中加几粒食盐晶体）配制，效果明显，析出碳酸氢钠更快；

1.7 实验的优缺点

2 实验方案二

2.1 实验原理

实验原理同实验一。

2.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管、药匙、圆底烧瓶、分液漏斗、铁架台、烧杯。

（2）试剂：粗盐颗粒、饱和氨水、冰水、5 mol/L稀硫酸、碳酸钙粉末。

2.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图5和图6。

2.4 实验步骤

（2）制备：将装有配制好的饱和氨化粗盐水的试管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳气体约5分钟看到沉淀，约十分钟时，产生大量白色沉淀（见图6）。

2.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

2.6 实验的优缺点

3 实验方案三

3.1 实验原理

NaCl+NH4HCO3→NaHCO3↓+NH4Cl

氯化钠饱和溶液与碳酸氢铵饱和溶液反应，得到溶解度较小的碳酸氢钠。

3.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管若干、烧杯、玻璃棒、药匙、酒精灯、铁架台。

（2）试剂：饱和粗食盐水、固体NH4HCO3、蒸馏水。

3.3 实验效果图

图7是静置约1分钟时的现象。

3.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

3.6 实验注意事项

（1）碳酸氢铵溶液不稳定、易分解，需现用现配或临上课前配好。

3.7 实验的优缺点

此实验操作简单、现象明显，可作为学生在课堂上完成的试管实验。但浑浊完全沉淀需要较长时间（用离心机可以加速沉降）。

参考文献：

[1]上海市教育委员会.上海市中学化学课程标准（试行稿）[S].上海：上海教育出版社，2005：89.

[2]王绪岩.联合制碱法反应原理的模拟实验设计[J].化学教学，2008，（5）：12～13.

[3]侯德榜著.制碱工业（下册）[M].北京：化学工业出版社，1960：646.

关键词：模拟实验；工业制备纯碱；实验方案；侯氏制碱法

文章编号：1005–6629（2014）1–0052–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 实验方案一

1.1 实验原理

NH3+CO2+H2O+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl

向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后通入二氧化碳，得到溶解度较小的碳酸氢钠[3]。

1.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、量筒、圆底烧瓶3个、分液漏斗2个、铁架台3个、烧杯、漏斗、玻璃管、试管、酒精灯、玻璃棒、药匙、导管和橡皮塞若干。

1.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图1和图2。

1.4 实验步骤

1.5 母液处理

1.6 实验注意事项

（1）食盐水用粗盐（杂质可做为晶核，若无粗食盐，可在饱和食盐水中加几粒食盐晶体）配制，效果明显，析出碳酸氢钠更快；

1.7 实验的优缺点

2 实验方案二

2.1 实验原理

实验原理同实验一。

2.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管、药匙、圆底烧瓶、分液漏斗、铁架台、烧杯。

（2）试剂：粗盐颗粒、饱和氨水、冰水、5 mol/L稀硫酸、碳酸钙粉末。

2.3 实验装置和实验效果图

实验装置和实验效果图分别见图5和图6。

2.4 实验步骤

（2）制备：将装有配制好的饱和氨化粗盐水的试管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳气体约5分钟看到沉淀，约十分钟时，产生大量白色沉淀（见图6）。

2.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

2.6 实验的优缺点

3 实验方案三

3.1 实验原理

NaCl+NH4HCO3→NaHCO3↓+NH4Cl

氯化钠饱和溶液与碳酸氢铵饱和溶液反应，得到溶解度较小的碳酸氢钠。

3.2 实验仪器和试剂

（1）仪器：天平、试管若干、烧杯、玻璃棒、药匙、酒精灯、铁架台。

（2）试剂：饱和粗食盐水、固体NH4HCO3、蒸馏水。

3.3 实验效果图

图7是静置约1分钟时的现象。

3.5 母液处理

母液处理方法同方案一。

3.6 实验注意事项

（1）碳酸氢铵溶液不稳定、易分解，需现用现配或临上课前配好。

3.7 实验的优缺点

此实验操作简单、现象明显，可作为学生在课堂上完成的试管实验。但浑浊完全沉淀需要较长时间（用离心机可以加速沉降）。

参考文献：

[1]上海市教育委员会.上海市中学化学课程标准（试行稿）[S].上海：上海教育出版社，2005：89.

[2]王绪岩.联合制碱法反应原理的模拟实验设计[J].化学教学，2008，（5）：12～13.

基于计算工具模拟抛硬币实验篇12

在处于信息时代的当今社会, 通过抛硬币这种古老的方法进行决定的情景依然广泛存在。对于这种方法公平性的研究, 一代代数学家不懈探索, 进行了大量实验并为我们留下了宝贵的实验数据。随着科学技术的发展, 科学计算器、MATLAB和Visual C++平台卓越的计算能力为我们在不耗费大量时间的情况下进行大量抛硬币模拟和结论的验证提供了可能。通过科学计算器上自带的线性同余数生成器, 以及在MATLAB和Visual C++经过优化的随机数生成函数得到相应数量的数据, 相比于历史上抛硬币实验, 排除了其他因素的干扰, 保证了数据的准确性和结论的可靠性。

注:上述表格内容部分数据来源于参考文献[1]

2 科学计算器模拟抛硬币实验

2.1 随机数生成原理

本次模拟使用的是Casio公司的fx-991ES PLUS科学计算器, 生成随机数采用线性同余方法 (LCG) [2], 递推公式如下:

其中A, B, M是产生器设定的常数。

LCG的周期最大为M, 但大部分情况都会少于M。要令LCG达到最大周期, 应符合以下条件:

⑴B, M互质;

⑵M的所有质因子的积都能整除;⑶若M是4的倍数, A-1也是;

⑷A, B, M0都比M小;⑸M是正整数。

2.2 数据汇总

利用计算器Ran#功能生成500个介于0和1之间的随机数汇总成数表, 并在这些随机数中, 将大于0.5的数记为“正面”, 小于0.5的数记为“背面”[3], 统计后的结果如下:

3 基于Visual C++模拟抛硬币实验

3.1 编程环境及思路

本程序基于Microsoft Visual C++6.0编写, 利用time函数和srand函数构成srand (time (NULL) ) , 使随机数种子随时间的变化而变化, 进而每次得到不同的随机数[4], 以此优化随机数生成方法, 保证随机数的质量。再用for循环语句[5], 通过判断随机数能否被2整除来区分硬币的正反面, 最终得到相应结果。

3.2 程序、注释及结果

从1000到100000000次对实验进行模拟, 每轮模拟进行十次, 结果如下:

4 基于MATLAB模拟抛硬币实验

4.1 编程环境及思路

本程序基于MATLAB R2012a模拟, 利用zeros函数和rand函数[6]产生矩阵并得到介于0和1之间的随机数, 以所得随机数是否比0.5大作为标准进行正反面区分。MATLAB高效的运算速率和计算能力可使数据直接得出。

4.2 程序、注释及结果

head=0;%将朝上的次数初始化为0

n=input ('timesn') ;%输入模拟次数n p=zeros (1, n) ;%产生1*n的矩阵

for i=1:n%进入循环, 产生随机数

p (i) =rand;%产生一个0到1的均匀随机数if (p (i) >=0.5) %如果数值大于0.5, 记为正面head=head+1;%正面朝上的次数累加

5结论

在排除其他因素干扰的条件下, 经过计算工具的大量模拟, 抛硬币正面朝上的概率随着模拟次数的增加而逐渐趋于定值, 并且模拟的次数越多, 结果的稳定性越好, 进而验证了抛硬币的结果, 即正面朝上和背面朝上的概率是相等的, 均为0.5。

本文以抛硬币实验的模拟为例, 为历史上相关数学实验的验证提供了思路。计算器和计算机作为有效的计算工具, 在当今社会科学发展中正扮演着了越来越重要的地位。利用计算工具去验证和发展前人的实验, 既能一定程度上地保证结果和结论的准确性, 又能节约大量的人力和物力。而计算机的普及, 使得无论是科研人员、教师还是学生都能有机会学习到相关知识并利用创新思维进行研究, 对于科学技术的传承和发展将起到不可忽视的作用。

摘要：本文对抛硬币实验的模拟进行研究。利用计算工具的高效和算法的合理性, 给出模拟抛硬币实验的方法, 分别在Casio fx-991ESPLUS科学计算器、Microsoft Visual C++6.0以及MATLAB R2012a三种环境下进行数据的获取和总结, 并优化了随机数的生成方法, 验证了抛硬币正反面朝上概率相同的结论。该模拟方法不仅适用于概率论教学过程中的演示, 也可为历史上其他相关数学实验的模拟和验证提供思路。

关键词：抛硬币,MATLAB,线性同余法,随机数

参考文献

[1]盛骤, 谢式千, 潘承毅.概率论与数理统计[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]张广强.均匀随机数发生器的研究和统计检验[D].大连:大连理工大学, 2005.

[3]邹来智, 吴强.基于Excel的掷硬币实验[J].电脑知识与技术, 2010, (4) :930-931.

[4]李柯景.浅析C语言中的随机数问题[J].长春大学学报, 2008, 18 (6) :6468.

[5]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.

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