（北京專用）2019版高考化學一輪復習 第40講 化學實驗方案的設(shè)計與評價課件.ppt

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1、第40講化學實驗方案的設(shè)計與評價,一、制備實驗方案的設(shè)計與評價 1.一個相對完整的化學實驗方案一般應包括的內(nèi)容有:實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗用品和實驗步驟、 實驗現(xiàn)象記錄及結(jié)果處理、問題和討論等。 2.實驗方案設(shè)計的基本要求 (1)科學性:科學性是指實驗原理、實驗操作程序和方法必須正確。 (2)安全性:實驗設(shè)計時應盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。 (3)可行性:實驗設(shè)計應切實可行,所選用的化學藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學現(xiàn)有的實驗條件下能夠得到滿足。,教材研讀,(4)簡約性:實驗設(shè)計應盡可能簡單易行,應采用簡單的實驗裝置,用較少的實驗步驟和實驗藥品,并能在較短的時

2、間內(nèi)完成實驗。 3.制備實驗方案的設(shè)計 制備實驗方案的設(shè)計,對鞏固元素及其化合物知識和掌握好各類物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,全面訓練實驗技能,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力是有益的。 制備實驗方案的設(shè)計,應遵循以下原則: a.條件合適,操作方便; b.原理正確,步驟簡單; c.原料豐富,價格低廉; d.產(chǎn)物純凈,污染物少。 即從多種路線中選出一種最佳的制備途徑,合理地選擇化學儀器與藥品,設(shè)計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。,4.制備實驗方案的評價 (1)從實驗方案可行性角度評價 只有合理且切實可行的實驗方案才有意義?？尚行允欠桨傅牡谝灰?評價方案時應注意從實驗原理和操作兩個方面分析:理論上要科學合理

3、;操作上要簡單可行。 (2)從經(jīng)濟效益角度評價 評價一種實驗方案,不僅要從科學性上判斷是否可行,還要從經(jīng)濟效益上考慮是否切合實際。 (3)從環(huán)保角度評價 防止污染的根本途徑在于控制“三廢”的排放,在對實驗方案進行評價時,不可忽視環(huán)境保護的重要性。,(4)從安全性方面對實驗方案作出評價 化學實驗安全通常要考慮氣密性檢查、氣體純度檢驗、加熱的順序、防倒吸、有毒氣體的吸收處理等問題。 自測1納米碳酸鈣廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、化學建材、油墨、涂料、密封膠與膠黏劑等行業(yè)。在濃CaCl2溶液中通入NH3和CO2可以制得納米級碳酸鈣。某校學生實驗小組設(shè)計如圖所示裝置制取該產(chǎn)品。D中裝有蘸稀硫酸的脫脂棉,

4、圖中夾持裝置已略去。,,(1)A中制備氣體時,所需的藥品是 ac (填字母)。 a.石灰石b.飽和氯化鈣溶液c.6 molL-1鹽酸 d.氯化銨固體e.氫氧化鈣固體 (2)B中盛有飽和NaHCO3溶液,其作用是除去CO2中的HCl 。 (3)寫出制取氨氣的化學方程式: 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3 。 (4)在實驗過程中,向C中通入氣體是有先后順序的,應先通入的氣體是 NH3 (寫化學式)。 (5)檢驗D出口處是否有氨氣逸出的方法是將濕潤的紅色石蕊試紙放在D出口處,若試紙變藍,則證明有氨氣逸出;若試紙不變藍,則證明沒有氨氣逸出(合理即可) 。,(6)寫出制納米級

5、碳酸鈣的化學方程式: CaCl2+CO2+H2O+2NH3 == 2NH4Cl+CaCO3 。,解析(1)A中制備的氣體為CO2,所需的藥品為石灰石和6 molL-1鹽酸; (2)制得的CO2中含有HCl,應該用飽和NaHCO3溶液除去; (4)NH3的溶解度大于CO2,所以先通入NH3使溶液呈堿性,CO2才能被充分吸收; (5)檢驗NH3時可將濕潤的紅色石蕊試紙放在D出口處,若試紙變藍,則證明有氨氣逸出;如果試紙不變藍,則證明沒有氨氣逸出。,自測2硝基苯是重要的精細化工原料,是醫(yī)藥和染料的中間體,還可作有機溶劑。制備硝基苯的過程如下: 配制混酸,組裝如圖所示的反應裝置。取100 mL燒杯,用

6、20 mL濃硫酸與 18 mL濃硝酸配制混合酸,加入恒壓滴液漏斗中。把18 mL苯加入三頸燒瓶中。,向室溫下的苯中逐滴加入混酸,邊滴邊攪拌,混合均勻。 在5060 下發(fā)生反應,直至反應結(jié)束。 除去混合酸后,粗產(chǎn)品依次用蒸餾水和10%Na2CO3溶液洗滌,最后再用蒸餾水洗滌得到粗產(chǎn)品。 已知:(1)+HNO3(濃)+H2O +HNO3(濃)++,(2)可能用到的有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下:,請回答下列問題: (1)配制混酸應先在燒杯中加入濃硝酸。 (2)恒壓滴液漏斗的優(yōu)點是 可以保持漏斗內(nèi)壓強與發(fā)生器內(nèi)壓強相等,使漏斗內(nèi)液體能順利流下 。 (3)實驗裝置中長玻璃導管可用 冷凝管 代替(填儀器名稱)。 (4

7、)反應溫度控制在5060 的原因是 防止副反應發(fā)生(答案合理即可) 。 (5)反應結(jié)束后產(chǎn)品在液體的上層(填“上”或者“下”),分離混酸和產(chǎn)品的操作方法為分液。 (6)用10% Na2CO3溶液洗滌之后再用蒸餾水洗滌時,怎樣驗證液體已洗凈?取最后一次洗滌液,加入氯化鈣溶液,無沉淀生成,說明已洗凈。 (7)為了得到更純凈的硝基苯,還須先向液體中加入氯化鈣除去水,然后蒸餾。,解析(5)由表格中相關(guān)物質(zhì)的密度可知,反應結(jié)束后產(chǎn)品在液體的上層;分離互不相溶的液體混合物采用的方法是分液。(6)粗產(chǎn)品依次用蒸餾水和 10%Na2CO3溶液洗滌,最后再用蒸餾水洗滌,如果洗滌干凈,則洗滌液中不含有C,所以驗證

8、已經(jīng)洗干凈的方法是取最后一次洗滌液,加入氯化鈣溶液,若無沉淀生成,說明已經(jīng)洗干凈。(7)為了得到更純凈的硝基苯,須先向液體中加入無水CaCl2除去水,然后蒸餾。,二、探究實驗方案的設(shè)計與評價 1.探究實驗方案的設(shè)計程序 觀察外觀性質(zhì)預測物質(zhì)性質(zhì)實驗和觀察解釋及結(jié)論。圖示如下:,(1)驗證性實驗方案的設(shè)計 物質(zhì)性質(zhì)推測實驗驗證結(jié)論。圖示如下: (2)探究性實驗方案的設(shè)計 探究性實驗方案的設(shè)計,可以按照以下步驟進行:,2.探究實驗方案的評價 (1)對實驗用品選擇的評價 包括儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇包括發(fā)生裝置(幾種基本類型)、凈化裝置(除雜質(zhì)的試劑與順序)、反應裝置、收

9、集裝置、尾氣處理裝置等的選擇;藥品的選擇包括種類、濃度、物質(zhì)狀態(tài)等的選擇;連接方式的選擇包括儀器的先后順序、導管接口的連接方式等的選擇。 (2)對不同實驗方案的評價 對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確作出判斷。要考慮是否合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。,(3)最佳方案的選用 幾個實驗方案都能達到目的,應分析各方案的優(yōu)劣并選出其中最佳的一個。所謂最佳,無非是裝置最簡單、藥品容易取得且價格低廉、原料利用率高、現(xiàn)象明顯、無干擾物質(zhì)以及無污染等。,自測3漂白粉是生產(chǎn)生活中常用的消毒劑和殺菌劑。實驗室有一瓶密封不嚴的漂白粉樣品,其中肯定存在CaCl2,請設(shè)計實驗

10、,探究該樣品中可能存在的其他固體物質(zhì)。 (1)提出合理假設(shè)。 假設(shè)1:該漂白粉未變質(zhì),只含有 Ca(ClO)2; 假設(shè)2:該漂白粉全部變質(zhì),只含有 CaCO3 ; 假設(shè)3:該漂白粉部分變質(zhì),既含有Ca(ClO)2,又含有CaCO3。 (2)設(shè)計實驗方案,進行實驗。請寫出實驗步驟、預期現(xiàn)象和結(jié)論。 限選用的儀器和藥品:試管、膠頭滴管、帶導管的單孔塞、蒸餾水、自來水、1 mol/L鹽酸、品紅溶液、新制澄清石灰水。(提示:不必檢驗Ca2+和Cl-),自測4某化學興趣小組的同學學習了同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律后,設(shè)計了一套實驗方案進行實驗探究,并記錄了有關(guān)實驗現(xiàn)象如下表:,請你幫助該同學整理并完成實驗報告

11、。,(1)實驗目的: 探究同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律 。 (2)實驗用品:儀器試管、燒杯、酒精燈、試管夾、鑷子、小刀、玻璃片、砂紙、膠頭滴管等。 藥品:鈉、鎂帶、鋁條、2 molL-1的鹽酸、新制的氯水、新制的H2S飽和溶液、AlCl3溶液、NaOH溶液等。 (3)請你寫出上述的實驗操作與對應的現(xiàn)象: B、F、A、D、C、E。 (用AF表示) 寫出實驗操作、的離子反應方程式: 實驗操作 Cl2+H2S== 2H++2Cl-+S ; 實驗操作 Al3++3OH- ==Al(OH)3、Al(OH)3+OH- ==Al- 2+2H2O 。 (4)實驗結(jié)論: 金屬性:NaMgAl,非金屬性:ClS 。,

12、考點突破,考點一實驗綜合題的解題策略,考點二化學實驗方案的設(shè)計思路及步驟,一個化學實驗,必須依據(jù)一定的實驗原理,使用一定的儀器組裝成一套實驗裝置,按一定順序操作,才能順利完成。因此,對于一道綜合實驗題,我們總是可以把它分解成幾個既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)的小實驗、小操作來解答。由各個小實驗確定各步操作,再由各個小實驗之間的關(guān)系確定操作的先后順序?；舅悸啡缦? 綜合實驗小實驗確定基本操作及其先 后順序,考點一實驗綜合題的解題策略,典例1以下實驗設(shè)計能達到實驗目的的是(),D,答案DNaHCO3固體受熱易分解,A不正確;Al與稀鹽酸反應生成AlCl3 和H2,蒸發(fā)AlCl3溶液最終得到Al(OH)3固

13、體,B不正確;重結(jié)晶法提純苯甲酸是將粗品溶于少量熱水中,然后趁熱過濾,冷卻結(jié)晶,C不正確; 2NaBr+Cl2 2NaCl+Br2,2KI+Cl2 2KCl+I2,用CCl4萃取后,CCl4層顯 橙色的原溶液為NaBr溶液,CCl4層顯紫色的原溶液為KI溶液,D正確。,1-1工業(yè)上,向500600 的鐵屑中通入氯氣生產(chǎn)無水氯化鐵;向熾熱鐵屑中通入氯化氫生產(chǎn)無水氯化亞鐵?，F(xiàn)用如圖所示的裝置模擬上述過程進行實驗。 回答下列問題:,(1)制取無水氯化鐵的實驗中,A中反應的化學方程式為 MnO2+4HCl(濃) MnCl2+Cl2+2H2O,裝置B中加入的試劑是濃硫酸。 (2)制取無水氯化亞鐵的實驗

14、中,裝置A用來制取 HCl 。尾氣的成分是HCl和H2 。若仍用D裝置進行尾氣處理,存在的問題是發(fā)生倒吸、 沒有處理氫氣。 (3)若操作不當,制得的FeCl2中會含有少量FeCl3,檢驗FeCl3常用的試劑是 KSCN溶液。欲制得純凈的FeCl2,在實驗操作中應先點燃A處的酒精燈(趕盡裝置內(nèi)的空氣) ,再點燃C處的酒精燈。,解析(1)制取無水氯化鐵的實驗中,裝置A為制取氯氣的實驗裝置,反應的化學方程式為MnO2+4HCl(濃) MnCl2+Cl2+2H2O;裝置B的作 用是除去混在氯氣中的水蒸氣,故B中加入的試劑為濃硫酸。 (2)在制取無水氯化亞鐵的實驗中,裝置A用于制取HCl氣體;經(jīng)濃H2S

15、O4干燥后,在硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應:Fe+2HCl(g) FeCl2+H2,則尾氣的 成分是氯化氫和氫氣;若仍用D裝置進行尾氣處理,則因氯化氫易溶于水,會產(chǎn)生倒吸,同時氫氣不能被吸收。 (3)檢驗氯化鐵溶液常用的試劑是KSCN溶液;欲制得純凈的氯化亞鐵,在實驗過程中應先點燃A處的酒精燈,利用產(chǎn)生的氯化氫氣體排出裝置中的空氣后,再點燃C處的酒精燈。,1-2某學生對SO2與漂粉精的反應進行實驗探究:,(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化學方程式是 2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 。 (2)pH試紙顏色的變化說明漂粉精溶液具有的性質(zhì)是 堿性、漂白性 。,(

16、3)向水中持續(xù)通入SO2,未觀察到白霧。推測現(xiàn)象的白霧由HCl小液滴形成,進行如下實驗: a.用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗白霧,無變化; b.用酸化的AgNO3溶液檢驗白霧,產(chǎn)生白色沉淀。 實驗a的目的是檢驗白霧中是否含有Cl2,排除Cl2干擾。 由實驗a、b不能判斷白霧中含有HCl,理由是白霧中混有SO2,SO2可與酸化的AgNO3反應產(chǎn)生白色沉淀。 (4)現(xiàn)象中溶液變?yōu)辄S綠色的可能原因:隨溶液酸性的增強,漂粉精的有效成分和Cl-發(fā)生反應。通過進一步實驗確認了這種可能性,其實驗方案是向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸,觀察溶液是否變?yōu)辄S綠色 。,(5)將A瓶中混合物過濾、洗滌,得到沉淀X。 向沉淀X中

17、加入稀鹽酸,無明顯變化。取上層清液,加入BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀。則沉淀X中含有的物質(zhì)是 CaSO4 。 用離子方程式解釋現(xiàn)象中黃綠色褪去的原因: SO2+Cl2+2H2O == SO2- 4+2Cl-+4H+ 。,解析(2)由pH試紙變藍(pH約為12)可推知漂粉精溶液呈堿性,由pH試紙褪色可推知漂粉精溶液有漂白性。 (3)由實驗a可確定白霧中沒有Cl2,排除Cl2的干擾;酸化的AgNO3溶液可與HCl反應生成AgCl白色沉淀,也可與SO2反應生成Ag2SO4白色沉淀,故通過實驗a、b無法判斷白霧中含有HCl。 (4)由題干信息知可能會發(fā)生反應Cl-+ClO-+2H+==Cl2+H2O。

18、要確認實驗過程中發(fā)生了這個反應,設(shè)計實驗時可向漂粉精溶液中加入H2SO4,觀察是否產(chǎn)生黃綠色氣體(Cl2)。 (5)分析可知,沉淀X應為CaSO3、CaSO4中的一種或兩種,因加入稀鹽酸后無明顯變化,所以沉淀X為CaSO4;實驗過程中持續(xù)通入SO2,黃綠色褪去應該是SO2與Cl2發(fā)生了反應,依據(jù)氧化還原反應中得失電子守恒可正確寫出 Cl2、SO2在水中反應的離子方程式。,考點二化學實驗方案的設(shè)計思路及步驟,1.化學實驗方案的設(shè)計思路,2.化學實驗方案設(shè)計的基本步驟 (1)明確目的、原理,(2)選擇儀器、藥品 (3)設(shè)計裝置、步驟:根據(jù)實驗目的和原理,以及所選用的實驗儀器和藥品,設(shè)計出合理的實驗

19、裝置和實驗操作步驟。學生應具備識別和繪制典型的實驗儀器及裝置圖的能力,實驗步驟應完整而又簡明。,(4)記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù):根據(jù)觀察全面、準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 (5)分析得出結(jié)論:根據(jù)實驗中觀察到的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù),通過分析、計算、推理等,得出正確的結(jié)論。 3.實驗方案的設(shè)計與評價的注意事項 (1)實驗裝置的組合順序一般為:氣體生成除雜質(zhì)干燥主體實驗尾氣處理。 (2)接口的連接順序:總體上遵循裝置的排列順序,但對于吸收裝置應“長”進“短”出(或“深”入“淺”出);量氣裝置應“短”進“長”出;洗氣裝置應“長”進“短”出;干燥管應“粗”進“細”出。,(3)實驗操作順序 有氣體參與的反應一般

20、按:儀器選擇與連接氣密性檢驗裝固體藥品加液體藥品開始實驗拆卸儀器其他處理等。 (4)加熱操作注意事項 主體實驗加熱前一般應先通原料氣趕走空氣后再點燃酒精燈,其目的一是防止爆炸,如H2還原CuO、CO還原Fe2O3;二是保證產(chǎn)品純度,如制備Mg3N2、CuCl2等。反應結(jié)束時,應先熄滅酒精燈,繼續(xù)通原料氣直到冷卻為止。 (5)尾氣處理:有毒氣體常采用溶液(或固體)吸收或?qū)⑵潼c燃,無毒氣體直接排放。 (6)氣體的純度:點燃或加熱通有可燃性氣體(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的裝置前,必須檢查氣體的純度。,(7)倒吸問題。實驗過程用到加熱操作的要防倒吸;氣體易溶于水的要防倒吸。 (8)冷

21、凝回流問題。有易揮發(fā)的液體反應物時,為了避免反應物損耗和充分利用原料,要在發(fā)生裝置中設(shè)計冷凝回流裝置或在發(fā)生裝置中安裝長玻璃管等。 (9)拆卸時的安全性和科學性。實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性,有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”,應考慮何時移走酒精燈。如有尾氣吸收裝置的實驗,必須將導管提出液面后才能熄滅酒精燈,以免造成溶液倒吸;拆卸用排水法收集且需要加熱制取氣體的裝置時,需先把導管從水槽中取出,再熄滅酒精燈,以防止水倒吸。拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。,典例2(2017北京朝陽一模,12)某學生探究0.25 mol/L Al2(SO4)3溶液與0.5 mol/L Na2CO3溶液的反應,實驗

22、如下。,下列分析不正確的是() A.實驗1中,白色沉淀a是Al(OH)3 B.實驗2中,白色沉淀b中含有C C.實驗1、2中,白色沉淀成分不同與混合后溶液的pH無關(guān) D.檢驗白色沉淀a、b是否洗滌干凈,均可用鹽酸酸化的BaCl2溶液,答案CA項,白色沉淀a中加入稀H2SO4,沉淀溶解,無氣泡產(chǎn)生,說明沉淀中不含碳酸根離子,故為氫氧化鋁;B項,實驗2中,加入稀H2SO4后有氣泡產(chǎn) 生,說明沉淀b中含有碳酸根離子;C項,實驗1混合后的溶液呈酸性,實驗2混合后的溶液呈堿性,得到了不同的生成物,說明白色沉淀成分不同與混合后溶液pH有關(guān);D項,實驗1和2中得到的沉淀上都會吸附硫酸根離子,故可用鹽酸酸化的

23、氯化鋇溶液檢驗沉淀是否洗滌干凈。,C,2-1某研究性學習小組用下列裝置(鐵架臺等夾持儀器略)探究氧化鐵與乙醇的反應,并檢驗反應產(chǎn)物。 (1)用2%的CuSO4溶液和10%的NaOH溶液配制Cu(OH)2懸濁液的注意事項是在過量NaOH溶液中滴加數(shù)滴CuSO4溶液(或NaOH過量) 。 (2)為快速得到乙醇氣體,可采用的方法是在燒杯中加入熱水(或?qū)訜? 。,若實驗時小試管中的溶液已經(jīng)開始發(fā)生倒吸,可采取的措施是c(填字母)。 a.取下小試管 b.移去酒精燈 c.將導管從橡膠管中取下 d.以上都可以 (3)如圖實驗,觀察到紅色的Fe2O3全部變?yōu)楹谏腆wM,充分反應后停止加 熱。取下試管加熱

24、,有紅色沉淀生成。 為了檢驗M的組成,進行下列實驗。 M能被磁鐵吸引;加入足量稀硫酸,振蕩,固體全部溶解,未觀察到有氣體生成;,經(jīng)檢驗溶液中有鐵離子和亞鐵離子,檢驗Fe3+的方法是取少量溶液于試管中,加入KSCN溶液,溶液變成紅色,則有Fe3+ ;證明溶液中含有Fe2+的方法是取少量溶液滴入適量酸性高錳酸鉀溶液中,高錳酸鉀溶液褪色,則有Fe2+ 。 能得出的結(jié)論是 a (填字母)。 a.M中一定有+3價和+2價鐵,不能確定是否有0價鐵 b.M中一定有+3價和0價鐵,無+2價鐵 c.M中一定有+3價鐵,0價和+2價鐵至少有一種 d.M中一定有+3價、+2價和0價鐵 (4)若M的成分可表示為Fex

25、Oy,用CO還原法定量測定其化學組成。稱取m g M樣品進行定量測定,實驗裝置(夾持裝置略去)和步驟如下:,組裝儀器;點燃酒精燈;加入試劑;打開分液漏斗活塞;檢查氣密性;停止加熱;關(guān)閉分液漏斗活塞; 正確的操作順序是 b (填字母)。 a.b. c.d. 若M完全被還原后堿石灰增重n g,則為 (用含m、n的代數(shù)式表示)。,2-2H2O2是一種綠色氧化還原試劑,在化學研究中應用廣泛。 (1)某小組擬在同濃度Fe3+的催化下,探究H2O2溶液濃度對H2O2分解反應速率的影響。限選試劑與儀器:30%H2O2溶液、0.1 molL-1 Fe2(SO4)3溶液、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、橡膠

26、管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。 寫出本實驗中H2O2分解反應的化學方程式并標明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù) 目:。 設(shè)計實驗方案:在不同H2O2濃度下,測定 單位時間內(nèi)生成氣體的體積 (要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應速率大小)。 設(shè)計實驗裝置,完成下圖的裝置示意圖。,參照下表格式,擬定實驗表格,完整體現(xiàn)實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)用字母表示)。,,(2)利用圖(a)和圖(b)中的信息,按圖(c)裝置(連通的A、B瓶中已充有NO2氣體)進行實驗?？捎^察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的深(填“深”或“淺”),其原因是 H2O2分解放熱,使B中2NO2 N2O4平衡逆向移動。,