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1、2022年高考化學大串講 專題13 化學實驗設計與評價教案
一. 基本要求
1.科學性:實驗原理、實驗方法和操作程序必須科學合理。
2.安全性:實驗操作要盡量防止帶有危險性的操作,盡量避免與有毒物質接觸,若無法避免則應采取安全措施。
3.環(huán)保性:有毒物質必須處理,以防污染環(huán)境。
4.可行性:設計的實驗方案要切實可行,所選用的藥品、儀器、設備和方法在現(xiàn)有的條件下能得到滿足。
5.簡約性:實驗設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,能在較短的時間內(nèi)完成實驗,且效果明顯。
6.經(jīng)濟性:綜合考慮原料的用量、價格。
7.創(chuàng)新性:創(chuàng)新性是設計的靈魂。近幾年的高考化學實
2、驗題,最顯著的特點就是由基礎知識、基本實驗或常見題型創(chuàng)新而成的。通常化學實驗設計方案的創(chuàng)新性可從以下兩個方面考慮;一是反應原理的創(chuàng)新設計,凡是物質間滿足“反應容易發(fā)生”、“速度快慢適當”、“產(chǎn)物較純且易分離”的反應均可用于制備所需產(chǎn)物;二是實驗裝置的創(chuàng)新設計,根據(jù)現(xiàn)有儀器,考慮題給藥品的狀態(tài),是否需要加熱等反應條件,所給儀器還有哪些靈活的用途等,可大膽改進制備裝置、凈化裝置、收集裝置、除雜裝置,體現(xiàn)創(chuàng)新精神。在設計實驗時,應在各種所設計的方案中,通過對比和歸納選擇出具有安全性好、藥品易得、操作簡便、裝置簡單而且現(xiàn)象明顯的最佳方案。
例1氧化鉛( PbO)是黃色固體。實驗室用草酸在濃硫酸作用下
3、分解制備CO,其原理為:H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O。某課題組同學設計實驗探究CO 還原氧化鉛并檢驗氧化產(chǎn)物(已知CO能使銀氨溶液產(chǎn)生黑色沉錠)的裝置如圖所示。下列說法正確的是
A. 裝置②④⑤中的試劑依次為堿石灰、銀氨溶液、澄清石灰水
B. 實驗時,先點燃裝置①處酒精燈,當裝置⑤中產(chǎn)生連續(xù)氣泡且有明顯現(xiàn)象后再點燃裝置③處酒精燈
C. 實驗完畢時,先熄滅裝置①處酒精燈,再熄滅裝置③處酒精燈
D. 尾氣處理可選用點燃、氣袋收集、NaOH 溶液吸收等方法
【答案】B
例2某化學興趣小組為探究草酸分解的產(chǎn)物,設計的實驗裝置如圖所示,下列說法正確的是
A. 實驗開始時,先
4、點燃A裝置處的酒精燈,后點燃F裝置處的酒精燈
B. B 裝置中的現(xiàn)象為藍色粉末變白,說明分解產(chǎn)物中有水生成
C. G裝置中澄清石灰水變渾濁,說明分解產(chǎn)物中有CO生成
D. C、D、E裝置中分別盛放澄清石灰水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液
【答案】A
【解析】A. 實驗開始時,先點燃A裝置處的酒精燈,排出裝置中的空氣,一段時間后點燃F裝置處的酒精燈,故正確;B. B 裝置中的現(xiàn)象應為白色粉末變藍,說明分解產(chǎn)物中有水生成,故錯誤;C. G裝置中澄清石灰水變渾濁,可知F中一氧化碳還原氧化銅生成二氧化碳,說明分解產(chǎn)物中有CO生成,故正確;D. 根據(jù)以上分析可知C、D、E裝置中分別盛放澄清石灰水、濃硫
5、酸、氫氧化鈉溶液,故正確。
例3實驗室用 H 2 還原 WO3 制備金屬 W 的裝置如下圖所示(Zn 粒中往往含有硫等雜質,焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣),下列說法錯誤的是
A. 反應開始時,先加熱管式爐,再打開活塞 K
B. 往鹽酸中加入少量 CuCl2,可加快產(chǎn)生 H2 的速率
C. ①、②、③中依次盛裝 KMnO4 溶液、焦性沒食子酸溶液、濃 H2SO4
D. 裝置 Q(啟普發(fā)生器)也可用于石灰石與鹽酸反應制二氧化碳
【答案】A
二. 實驗設計思路
1.設計思路:實驗目的→實驗原理→反應的儀器裝置→操作步驟→數(shù)據(jù)處理方法→形成方案
2.實驗操作的順序
(1
6、)連接儀器。按氣體發(fā)生→除雜質→干燥→主體實驗→尾氣處理順序連接好實驗儀器。
(2)檢查氣密性。
(3)裝藥品,進行實驗操作。
【拓展提升】
實驗方案設計應注意的幾個問題
1.藥品和儀器是部分或剛好給出還是有剩余。 若藥品和儀器只部分給出,則應作必要的補充,若有剩余,則應進行篩選和淘汰。
2.題目條件有無特殊要求。如采用最簡單或最合理的實驗步驟,這些要求對我們考慮反應原理,選擇藥品和裝置,確定操作步驟都作了限定,必須高度重視。
3.實驗過程中的隱蔽性操作。如某些必要的干燥、除雜、冷凝等,這些都是實驗中必不可少的,但容易被忽略。
4.藥品的規(guī)格。有些題目要求指出藥品的名稱,這類問
7、題學生最難答準確,如有些藥品的準確描述為:硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也應注意某些儀器的規(guī)格。
5.會畫簡單的實驗裝置圖??季V要求能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖,可用“示意裝置圖”表示。
6.其他應注意的問題
(1)冷凝回流的問題。
(2)冷卻問題。
(3)防止倒吸問題。
(4)具有特殊作用的實驗改進裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出,用橡皮管連接成連通
裝置;為防止氣體從長頸漏斗中逸出,可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住一支小試管等。
三. 化學實驗方案的評價
對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密
8、、準確與不準確做出判斷。要考慮是否安全合理、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。
1.從可行性方面對實驗方案做出評價
科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則,在對實驗方案進行評價時,要分析實驗方案是否科學可行,實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求,在實際操作時能否做到可控易行。評價時,從以下4個方面分析:
(1)實驗原理是否正確、可行;
(2)實驗操作是否安全、合理;
(3)實驗步驟是否簡單、方便;
(4)實驗效果是否明顯等。
2.從“綠色化學”視角對實驗方案做出評價
“綠色化學”要求設計安全的、對環(huán)境友好的合成線路,降低化學工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)
9、境的危害,減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此,對化學實驗過程或方案從以下4個方面進行綜合評價:
(1)反應原料是否易得、安全、無毒;
(2)反應速率是否較快;
(3)原料利用率以及合成物質的產(chǎn)率是否較高;
(4)合成過程中是否造成環(huán)境污染。
3.從“安全性”方面對實驗方案做出評價
化學實驗從安全角度??紤]的主要因素如下:
(1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸;
(2)進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原 CuO應先通H2,氣體點燃先驗純等);
(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”,白磷切割宜在水中等);
(4)防吸水(如實驗取用、制取易吸
10、水、潮解、水解的物質時宜采取必要措施,以保證達到實驗目的);
(5)冷凝回流(有些反應中,為減少易揮發(fā)液體反應 物的損耗和充分利用原料,需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置,如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等);
(6)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導出時可為蒸氣)的及時冷卻;
(7)儀器拆卸的科學性與安全性(也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮);
(8)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。
例4由下列實驗和現(xiàn)象能推出相應結論的是
實驗操作
實驗現(xiàn)象
結論
A
加熱盛有少置NH4HCO3固體的試管,并在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙
石蕊試紙變藍
11、
NH4HCO3顯堿性
B
向某無色溶液中滴加稀鹽酸,將產(chǎn)生的無色氣體通入品紅溶液
品紅溶液褪色
原溶液中一定含有SO32-
C
向2支各盛有2mL相同濃度銀氨溶液的試管中分別加入2滴相同濃度的NaCl和NaI溶液
一只試管中產(chǎn)生黃色沉淀,另一支中無明顯變化
相同溫度下,AgCl?在水中的溶解度大于AgI的溶解度
D
在以鎂、鋁為電極,氫氧化鈉溶液為電解質溶液的原電池裝置中
鎂表面有氣泡產(chǎn)生
金屬活動性:Al?>Mg
【答案】C
沉淀,所以Ksp(AgI)
12、示裝置進行下列實驗:將①中溶液滴入②中,預測的現(xiàn)象與實際相符的是( )
選項
①中物質
②中物質
預測②中的現(xiàn)象
A
稀鹽酸
碳酸鈉與氫氧化鈉的混合溶液
立即產(chǎn)生氣泡
B
濃硝酸
用砂紙打磨過的鋁條
產(chǎn)生紅棕色氣體
C
氯化鋁溶液
濃氫氧化鈉溶液
產(chǎn)生大量白色沉淀
D
草酸溶液
高錳酸鉀酸性溶液
溶液逐漸褪色
【答案】D
例6下列實驗能達到相應目的是(?。?
選項
A
B
C
D
實驗
過程
實驗
目的
將乙二醇(HOCH2CH2OH)轉化為乙二酸(H2C2O4)
比較氯化鐵和二氧化錳對 H2O2
13、分解反應的催化效果
證明稀硝酸與銅反應時表現(xiàn)出氧化性
用 SO2 與 Ba(NO3)2 反 應獲得 BaSO3沉淀
【答案】C
例7下列裝置或操作能達到實驗目的的是
① ②
③ ④
A. 用圖①所示裝置分離Na2CO3溶液和CH3COOC2H5的混合物
B. 裝置②可用于除去Cl2中的HCl
C. 裝置③可用于氯化氫氣體溶于水
D. 裝置④:酸性KMnO4溶液中有氣泡出現(xiàn),且溶液顏色會逐漸變淺直至褪去
【答案】D
【解析】A.碳酸鈉溶液和乙酸乙酯的混合物分層,應選分液漏斗
14、分離,且圖中蒸餾時溫度計水銀球位置不合理,故錯誤;B.二者都與氫氧化鈉反應,不能分離,可選飽和食鹽水洗氣,故錯誤;C.苯不能隔絕氯化氫與水,將苯改為四氯化碳可用于吸收氯化氫,且防止倒吸,故錯誤;D.濃硫酸使蔗糖脫水后,C與濃硫酸反應生成二氧化硫,二氧化硫使品紅、高錳酸鉀溶液都褪色,則酸性高錳酸鉀溶液中有氣泡出現(xiàn),且溶液顏色會逐漸變淺直至褪去,故正確。
例8由下列實驗及現(xiàn)象不能得出相應結論的是
選項
實驗
現(xiàn)象
結論
A
向2 mL 0.01mol/L的 FeCl3溶液中加入1滴KSCN溶液,再加入足量鐵粉,充分振蕩
溶液變?yōu)榧t色,加入鐵粉后紅色褪去,變?yōu)闇\綠色
Fe3+比Fe2+的氧化性強
B
加熱盛有少量NH4HCO3固體的試管,并在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙
濕潤的紅色石蕊試紙逐漸變藍
NH4HCO3分解產(chǎn)生氨氣
C
將一小塊金屬鈉放置在空氣中,一段時間后,將其放置在坩堝中加熱
鈉表面變暗,加熱時,鈉燃燒,發(fā)出黃色火焰
鈉易與氧氣反應,加熱時生成Na2O的速率加快
D
向2支盛有2 mL相同濃度銀氨溶液的試管中,分別加入2滴相同濃度的NaCl和NaI溶液
一支無明顯現(xiàn)象,另一支產(chǎn)生黃色沉淀
相同條件下,AgI比AgCl的溶解度小
【答案】C