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课题三综合实验设计(选学),1.鼓励学生在实验设计中从实验原理、装置组合、实验步骤等方面对实验进行创新设计。2.培养学生在实验操作中,合理巧妙地组织和改进实验操作顺序和方法。3.培养学生对实验现象进行化学用语化、表格化、线图化处理,并对其进行合理的理论说明,发现新问题。4.在实验创新过程中使学生体验创新的乐趣。,一,二,一、启普发生器1.启普发生器由球形漏斗、容器、导气管三部分组成。2.工作原理(以稀硫酸和锌粒制H2为例):打开活塞,容器内压强与外界大气压相同,球形漏斗内的稀硫酸流到容器内,与锌粒接触,产生氢气;关上活塞后,氢气继续生成,此时容器内的压强大于外界大气压,压力将酸液压回球形漏斗,使酸液与锌粒脱离接触,氢气不再产生。3.适用范围:块状固体与液体试剂在常温条件下制取气体。如氢气、二氧化碳、硫化氢等气体。4.使用前应先检查装置的气密性,方法是:打开活塞,向球形漏斗中加水,当水充满容器下部的半球体时关闭活塞,继续加水,使水上升到球形漏斗中;静置片刻,观察水面是否下降,如下降说明漏气,反之不漏气。,一,二,二、化学实验中气压差的应用1.喷泉实验喷泉原理,一,二,2.气球“自胀”如图所示,准备好装置和试剂,确信烧瓶塞紧后,将滴管内水滴入烧瓶,观察到的现象是烧瓶内的气球膨胀,原因是滴入水后,大量气体溶解于水,使烧瓶内压强减小,小于大气压,利用大气压使气球在烧瓶内膨胀。,一,二,3.U形气压计用玻璃管弯制成的U形管、T形管、软胶管、弹簧夹等连接成如图所示装置,U形管中加入适量红色溶液,即得简易U形气压计。将此装置用于以下实验:(1)溶解热效应、反应热效应实验。实验时,先按图示将实验装置连接好。在U形管内加入少量品红溶液(或红墨水)。打开T形管上的弹簧夹,使U形管内两边的液面处于同一水平面,再夹紧弹簧夹。然后将A逐滴滴入B中,观察现象。,一,二,用上图所示装置实施放热、吸热反应的方法及现象如下表所示:,一,二,一,二,(2)证明、测定空气中的氧气参与氧化还原反应实验。将铁钉放在如下图所示的试剂瓶中,用饱和食盐水浸泡,过一段时间观察,U形管中液面左高右低,说明发生的是吸氧腐蚀,相关的电极反应式为负极:2Fe-4e-2Fe2+;正极:O2+2H2O+4e-4OH-。可见,此装置的应用可以归纳为两类:有气体量的变化(增加或减少)的实验,如上述实验(2)(填序号,下同);有温度变化从而使气体体积发生变化的实验,如上述实验(1)。,一,二,一、化学实验设计的要求设计一个实验应从以下几方面入手:根据实验目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品;根据实验的特点,设计实验装置,画出装置图;根据实验的要求,设计可行的操作步骤和观察重点,分析实验中应注意的事项;实验结束后应写出完整的实验报告。在设计实验时,应在各种所设计的方案中,通过对比和归纳,选择出具有安全性好、药品易得、操作简便、装置简单而现象明显的最佳方案。一个实验目的的达到,往往有多个可以选择的方案,但我们总是选择最优的实验方案。实验方案的选择要遵循以下原则:,一,二,1.科学性科学性是化学实验方案设计的首要原则。所谓科学性是指实验原理、实验操作程序和方法必须正确。例如,鉴别Na2SO3和NaI,在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有氧化性的酸,在操作程序的设计上,应取少量固体先溶解,然后再取少量配成的溶液,接着再加入试剂,而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂。(1)实验原理的科学性。例如检验SO2中是否含有CO2,如果把气体直接通入澄清石灰水中检验,由于SO2也会使澄清石灰水变浑浊,因此无法判断气体中是否含有CO2。正确的实验方案图示为:,一,二,以上实验中,如果在品红溶液不褪色的情况下,澄清石灰水变浑浊,可以判断气体中含有CO2,否则没有CO2。,一,二,(2)操作程序和方法的科学性。请看下列除杂方法:a.用点燃法除去CO2中混有的少量CO;b.用加入乙醇、浓硫酸加热的方法除去乙酸乙酯中的少量乙酸。如果单从化学原理方面去看,以上两个实验方案是没有问题的,因此许多同学在实验设计上对于这种思路也是乐此不疲,其实这些实验方案是根本无法实施的。方案a中,在大量CO2氛围下的少量CO是不可能被点燃的;同时点燃必然还引入空气或O2等杂质;方案b中,自然要引入乙醇和浓硫酸,同时由于反应可逆,此法也不可能除尽乙酸。,一,二,方案a正确的方法是:方案b正确的实验方法是用饱和Na2CO3溶液洗涤后进行分液操作。2.安全性实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。如果必须使用,应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项,以防造成环境污染和人身伤害。,一,二,3.可行性实验设计要符合实际,药品、仪器等应是中学实验室能提供的。当然,实验是否可行,关键还是在于设计。例如,乙烷气体中含有少量乙烯杂质,如何除去?有同学设计用加入H2的方法让乙烯转化为乙烷,反应原理:但H2的量难以控制,且所采用的催化剂条件在当前的中学化学实验室是难以达到的。因此我们通常采用比较简单的用溴水洗气、浓硫酸干燥的方法。大多数气体中的杂质一般都是通过液体或固体吸收来除去的。,一,二,4.简约性实验设计应尽可能简单易行,应采用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验药品,并能在较短的时间内完成实验。对同一个化学实验,可以设计出多种实验方案,并对它们进行选择。选择采用的实验设计方案,应具有效果明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点。例如,欲鉴别0.5molL-1的KCl溶液、(NH4)2SO4溶液、H2SO4溶液、氨水四瓶无色溶液。尽管有多种实验方案,但用pH试纸鉴别无疑是最简单的。,一,二,二、具有特殊作用的实验改进装置1.为使分液漏斗中的液体能顺利流出,可用橡皮管连接成连通装置:,一,二,2.为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管:,一,二,3.下图中的装置使用方便,可以随时使反应发生或停止:,一,二,4.下图装置可测量气体体积:,知识点1,知识点2,知识点1实验中的气压差【例题1】为探究CO2与NaOH确实发生了化学反应,某实验小组的同学设计了下列4种实验装置,请回答下列问题:,知识点1,知识点2,(1)选择实验装置,简述出现的实验现象以及产生该实验现象的原因:。(2)某同学质疑上述所有实验设计,该同学质疑的依据是。(3)在原实验的基础上,请你设计实验证明CO2和NaOH肯定发生了化学反应。解析:本题考查了CO2的性质,CO2能与NaOH反应,且CO2能溶于水。CO2与NaOH反应生成Na2CO3,可用CaCl2溶液检验生成物。答案:(1)气球变大;CO2与NaOH反应,使锥形瓶内压强减小(2)上述四种装置只能说明CO2减少(也可能是CO2溶解于水所致),并不能说明CO2一定与NaOH发生了反应(3)取上述实验后的液体,滴加CaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明原实验中生成了,知识点1,知识点2,点拨装置内温度升高、气体物质的量增多都会使气体压强增大。,知识点1,知识点2,知识点2综合实验设计【例题2】在一定条件下用普通铁粉与水蒸气反应,可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应,生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称“引火铁”。请分别用图中示意的两套仪器装置,制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6molL-1的盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。,知识点1,知识点2,知识点1,知识点2,填写下列空白:(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是;实验时先加热B一段时间,再对A进行加热。分析下列装置的作用:烧瓶B的作用是;烧瓶C的作用是;在试管D中收集得到的主要是。(2)实验时,U形管G中应加入的试剂是;长颈漏斗H中应加入。(3)第二套装置中,在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母)。(4)试管E中发生反应的化学方程式是。,知识点1,知识点2,(5)为了安全,在E管中的反应发生前,在F出口处必须;E管中的反应开始后,在F出口处应。解析:从第一套装置来看,用排水法收集的气体应是难溶性气体,可推知是H2,所以B是水蒸气发生器,A中发生:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。C是安全瓶,防止停止加热时,水槽中的水倒吸入A中使A试管炸裂。第二套装置是H2与铁的氧化物反应制取“引火铁”的装置,I是H2发生器,用锌粒与6molL-1盐酸反应。,知识点1,知识点2,在E试管加热之前必须检验H2的纯度,若H2中混有空气,当达到爆炸极限时,则会发生爆炸。检验H2纯度时,用试管在F口处收集H2,再进行检验。制得的H2必须干燥,否则还原出来的铁又会与水蒸气反应,生成铁的氧化物。因此在H2发生装置与还原铁的氧化物装置之间加一个干燥装置U形管,U形管内可盛碱石灰、氧化钙或固体NaOH等碱性固体干燥剂,它既可干燥H2,又可除去混在H2中的氯化氢气体。纯净的H2在E管内还原Fe3O4,未参加反应的H2从F口排出,并被点燃。,知识点1,知识点2,答案:(1)普通铁粉(或铁粉)作为水蒸气发生器(或用来产生水蒸气)防止水倒吸(或用作安全瓶)氢气(2)固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性干燥剂)6molL-1盐酸(3)E(4)Fe3O4+4H23Fe+4H2O(5)检验氢气的纯度点燃氢气点拨本题是一道基于Fe与水蒸气高温下产生H2和Fe3O4,及H2还原Fe3O4生成Fe和H2O两原理而设计的实验题。符合课程标准强调实验探究及树立实验安全意识的要求。本题给出的实验装置不完整,也未指明仪器中所加的试剂,这就为本题的解答增大了难度。因此需要利用信息观察、全面分析,整体思维,逻辑推理,得出合理的结论。,1234,1如图的装置中,干燥的烧瓶内盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压滴管的胶头,下列与实验事实不相符的是()A.CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉B.NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉C.H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉D.HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉解析:CO2在NaHCO3溶液中的溶解度很小(比在水中更小),不能形成喷泉;NH3溶于水形成氨水,使酚酞变红;H2S与CuSO4反应生成黑色沉淀CuS;HCl与AgNO3反应生成白色沉淀AgCl,B、C、D项均正确。答案:A,1234,2下列实验方案不合理的是()A.制硫酸和氢氧化钠:可用如图所示装置C.检验Fe(NO3)2试样是否变质:取少量试样加水溶解,用稀硫酸酸化,滴加KSCN溶液D.乙醛的氧化:在试管里加入10%的NaOH溶液2mL,滴入2%的CuSO4溶液46滴,振荡后加入乙醛溶液0.5mL,加热至沸腾,1234,答案:C,1234,3下图为实验室制氢气的简易装置。若在加稀硫酸时,发现锌粒与稀硫酸没有接触,而稀硫酸准备的又不够了,为使该反应顺利进行,则可以从长颈漏斗中加入的试剂是()食盐水KNO3溶液适量硫酸铜稀溶液Na2CO3溶液CCl4浓氨水A.B.C.D.,1234,解析:原装置是锌粒与稀硫酸反应制氢气,从长颈漏斗中加入的试剂不能消耗硫酸,不能引发产生其他气体的副反应。Na2CO3溶液、浓氨水会消耗稀硫酸,KNO3溶液会与锌粒、稀硫酸共同反应产生一氧化氮气体。可以选用的是食盐水、适量硫酸铜稀溶液、CCl4,适量硫酸铜稀溶液还会加快反应生成氢气的速率。答案:A,1234,4某化学课外兴趣小组为探究铜与浓硫酸的反应情况,用下图所示装置进行有关实验。请回答:(1)装置A中发生反应的化学方程式为。(2)装置D中试管口放置的棉花中应浸一种液体,这种液体是,其作用是。,1234,(3)装置B的作用是贮存多余的气体。当D处有明显的现象后,关闭旋塞K,移去酒精灯,但由于余热的作用,A处仍有气体产生,此时B中现象是。B中应放置的液体是(填入正确选项前的字母)。A.水B.酸性KMnO4溶液C.浓溴水D.饱和NaHSO3溶液(4)实验中,取一定质量的铜片和一定体积18molL-1的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热,直到反应完毕,发现烧瓶中还有铜片剩余,该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解,其原因是。下列药品中能用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是(填入正确选项前的字母)。A.铁粉B.BaCl2溶液C.银粉D.Na2CO3溶液,1234,解析:(3)由于装置B的作用是贮存多余的气体,故该液体不宜溶解SO2,也不能与SO2反应,故选D(饱和NaHSO3溶液)。(4)证明有余酸,加铁粉有氢气产生,加入Na2CO3有CO2产生,而加BaCl2溶液,只能证明答案:(1)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O(2)NaOH溶液吸收多余的二氧化硫,防止污染空气(3)试剂瓶中液面下降,而长颈漏斗中液面上升D(4)反应过程中浓硫酸被消耗,逐渐变稀,而铜不与稀硫酸反应AD,
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