化学实验方案设计和评价.ppt

实验方案的设计和评价 化学实验设计时应遵循 科学性 安全性 可行性 简约性 化学实验方案设计的内容 1 实验名称2 实验目的3 实验原理4 实验用品 仪器 药品及规格 5 实验步骤 包括实验仪器的装配和操作 6 实验现象的记录和结果处理7 问题和讨论 例 Fe OH 3胶体制取实验名称 Fe OH 3胶体制取实验目的 制取Fe OH 3胶体实验原理 FeCl3 3H2O 沸水 Fe OH 3 胶体 3HCl实验用品 烧杯 铁架台 酒精灯 水 饱和FeCl3溶液实验步骤 1用烧杯取20ml蒸馏水 加热至沸腾2向沸水中滴加饱和FeCl3溶液1 2ml3继续煮沸 待溶液呈红褐色 停止加热实验现象记录及结果处理 得到的红褐色液体 置于暗处 用一束光照射液体 新制的液体中有一条光亮的通路 例乙酸乙酯的制取实验名称 实验目的 实验原理 实验用品 试管 酒精灯 带导管的橡皮塞 长导管 铁架台 乙醇 浓硫酸 冰醋酸 饱和碳酸钠溶液实验步骤 1试管加3ml乙醇 边摇动边加2ml浓硫酸和2ml冰醋酸2连接好装置 用酒精灯小火加热3min 5min 3产生的蒸汽通到饱和碳酸钠溶液液面上实验现象记录及结果处理 在液面上可看到透明的油状液体 并可闻到香味 化学实验方案设计的类型 制备实验方案的设计性质实验方案的设计物质检验实验方案的设计实验探索方案的设计 由于条件所限 仅有一大一小两种试管和稀硫酸及锌片 请设计出一种制取氢气的装置 收集一试管较纯净的氢气 例题1 两种设计方案哪种好 套管试验 的优点是 简化实验操作 提高实验效果 节约药品 Fe OH 2的制备操作装置的设计 练习 实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁 该化合物呈棕红色 易潮解 100 左右时升华 下图是两个学生设计的实验装置 左边的反应装置相同 而右边的产品收集装置则不同 分别如 和 所示 试回答 1 2 1 2 1 D中的反应开始前 需排除装置中的空气 应采取的方法是 B中的反应进行一段时间后 看到黄绿色气体充满装置D 开始加热 1 2 2 装置 的主要缺点是 装置 的主要缺点是 导管易被产品堵塞 尾气排入空气 易造成环境污染 产品易潮解 1 2 2 如果选用装置 这个装置来完成实验 则必须采取的改进措施是 在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置 验证铜与稀硝酸反应生成的气体是NO 例题2 性质实验设计 方案一 方案二 方案三 方案四 方案5 某化学兴趣小组 为验证Fe Cu Ag三种金属的活动性顺序 设计了如图所示的4种实验方案 其中不能达到目的的是 C 各种装置的设计 防倒吸 测量气体的体积装置的设计 启普发生器装置的设计 喷泉实验装置的设计 例1 如何用金属钠与水反应产生H2的反应设计一个喷泉装置 例2 在锥形瓶中分别加入足量如下物质 反应后可能产生喷泉的是 A NaHSO4与NaOH溶液B NH4HCO3和稀盐酸C MnO2固体与浓盐酸D 稀NH4Cl溶液与稀NaOH溶液 B 喷泉实验浓度的计算 巩固练习 1实验室制备Al2S3 下列方案可行的是 A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合 B将H2S气体通入Al2 SO4 3溶液中 C将Al NO3 3固体与K2S固体混合 D将金属铝与硫磺混合加热 D 定量实验的设计 例 候氏制碱法所得纯碱中常含有少量NaCl 现有该工业纯碱样品 试测定该样品中碳酸钠的质量分数 方案一 配制标准酸溶液 取一定量的样品溶于水 用标准酸溶液进行滴定 测定消耗的酸溶液的体积 计算碳酸钠的质量分数 方案二 取一定量的样品 在样品中加入足量的强酸溶液 使CO2全部逸出 用吸收剂吸收CO2 根据吸收剂的质量增加量 计算碳酸钠的质量分数 方案三 取一定量的样品溶于水 加入足量的BaCl2溶液 过滤 洗涤沉淀 将沉淀干燥后称量 计算碳酸钠的质量分数 例析方案二 取一定量的样品 在样品中加入足量的强酸溶液 使CO2全部逸出 用吸收剂吸收CO2 根据吸收剂的质量增加量 计算碳酸钠的质量分数 1 某学生设计如图装置 1 准确称取盛有碱石灰的干燥管的质量 设为W1 100 2 准确称取一定量纯碱样品 设为W0 并放入烧瓶中 从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸 待不再发生气体后 称干燥管的总质量 设为W2 设学生导出的计算公式为 Na2CO3的质量分数 如果不计称量误差 该生的实验结果有无明显误差 如有 是偏大还是偏小 请简要说明根据并提出补救措施 1 烧瓶中的CO2不能都被碱石灰吸收 2 CO2气体混有的水蒸气和空气中的水蒸气被碱石灰吸收 使实验值偏低 使实验值偏高 两个因素综合考虑 CO2的影响是主要的 所以实验值偏低 将蒸馏烧瓶改为集气瓶 利于排出CO2 向集气瓶中通入 已除去CO2 空气 用空气将烧瓶中CO2尽量排出去 在干燥管前连接盛有浓H2SO4的试管 以除去水蒸气 在U型管中装有碱石灰 以吸收空气中的CO2气体 经过这些补救措施 实验误差可以降低 2 补救的办法 维生素含量实验测定方案 维生素C是一种水溶性维生素 其水溶液呈酸性 它的分子式是C6H806 人体缺乏这种维生素易得坏血症 所以维生素C又称抗坏血酸 维生素C易被空气中的氧气氧化 在新鲜的水果 蔬菜 乳制品中都富含维生素C 如新鲜橙汁中维生素C的含量在500mg L左右 校课外活动小组测定了某晶牌的软包装橙汁中维生素C的含量 下面是测定实验分析报告 请填写有关空白 1 测定目的 测定XX牌软包装橙汁维生素C含量 2 测定原理 C6H806 I2 C6H606 2HI 3 实验用品及试剂 仪器和用品 自选 略 试剂 指示剂 填名称 浓度为7 5 10 3mol L标准碘溶液 蒸馏水等 淀粉溶液 4 实验过程 洗涤仪器 检查滴定管是否漏液 润洗后装好标准碘溶液待用 打开橙汁包装 目测 颜色橙黄色 澄清度好 用 填仪器名称 向锥形瓶中移人20 00mL待测橙汁 滴人2滴指示剂 用左手控制滴定管的 填部位 右手摇动锥形瓶 眼睛注视 直到滴定终点 滴定至终点的现象是 5 数据记录与处理 若经数据处理 滴定中消耗标准碘溶液的体积是重5 00mL 则此橙汁中维生素C的含量是 mg L 溶液变蓝色且在半分钟内不褪色 酸式滴定管 活塞 锥形瓶中溶液颜色的变化 990mg L 6 问题讨论 滴定时能否剧烈摇动锥形瓶 为什么答不能剧烈摇动锥形瓶 因为若摇动会增大溶液与空气的接触面积 使之被氧化响测定结果 从分析数据看 此软包装橙汁是否是纯天然橙汁 填编号 A 是B 可能是C不是制造商可能采取的做法是 A 加水稀释天然橙汁B 橙汁已被浓缩C 将维生素C作为添加剂对于上述做法 你的意见是 A 同意B 不同意C 调查后再作结论 C C C 探索性实验 例1 根据甲酸分子的结构 预测甲酸可能具有的三种化学性质 并设计实验方案 证实你的预测 简要写出实验方案 化学性质 1 实验方案 化学性质 2 实验方案 化学性质 3 实验方案 具有酸性用玻璃棒蘸甲酸溶液点在pH试纸上 并与标准比色卡对比 或答 向盛有少量碳酸钠粉末的试管里 加入约3mL甲酸溶液 观察现象 具有还原性在试管里加入约2mL新制的浊液 振荡后加入少量甲酸溶液 加热至沸腾 观察现象 或答 在洁净的试管里加入2 3mL的银氨溶液 再滴入几滴甲酸 振荡后把试管放在热水浴中温热 观察现象 能与醇发生酯化反应在试管中加入碎瓷片 3mL乙醇 2mL浓硫酸和2mL甲酸进行反应 观察现象 例2 为探究乙炔与溴的反应 甲同学设计了如下实验 先取一定量电石与水反应 将生成的气体通入溴水中 发现溶液褪色 即证明乙炔与溴水发生了加成反应 乙同学发现在甲同学的实验中 褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊 推测在制得的乙炔中还可能含有少量还原性的杂质气体 由此他提出必须先除去之 再与溴水反应 请回答下列问题 1 甲同学设计的实验 填能或不能 验证乙炔与溴发生加成反应 其理由是 a 使溴水褪色的反应 未必是加成反应 b 使溴水褪色的反应 就是加成反应 c 使溴水褪色的物质 未必是乙炔 d 使溴水褪色的物质 就是乙炔 2 乙同学推测此乙炔中必定含有的一种杂质气体是 它与溴水反应的化学方程式是 在验证过程中必须全部除去 3 请你选用下列四个装置 可重复使用 来实现乙同学的实验方案 4 为验证这一反应是加成而不是取代 丙同学提出可用pH试纸来测试反应后溶液的酸性 理由是 3 有一同学在做乙醇催化氧化的实验过程中 把灼热螺旋状的铜丝伸进装有乙醇的试管里 如此反复几次 当其闻生成的乙醛气味时 他描述为 有刺激性气味且伴有醋味 立即引起同学们的哄堂大笑 且有人讥讽说 破鼻子 他很不服气 立即向溶液中滴加石蕊试液 溶液奇迹般地变红了 同学们 CuO有氧化乙醛使之生成乙酸的可能 乙醛的还原性强于乙醇 铜可能作为乙醛氧化生成乙酸的催化剂 催化历程如下 2Cu O2 2CuOCH3CHO CuO CH3COOH Cu 4在做学生分组实验 氢氧化铜氧化乙醛时 有位同学向10 NaOH溶液中加入2 CuSO4溶液 稍不注意CuSO4溶液加多了 当他继续加入乙醛溶液 并加热至沸腾 却发现溶液的颜色发生了由 蓝色 黑色 红色 的变化 加热时发生了由Cu OH 2 蓝色 CuO 黑色 Cu2O 红色 的反应 探究性实验 提出假设 实验探究 得出结论 例1 著名的化学家波义耳在一次实验中 不小心将盐酸溅到紫罗兰花瓣上 过一会儿 他惊奇地发现 紫色的花瓣上出现了红点 波义耳对这意外的发现 作出了各种假设 经过多次实验验证 探究普遍规律 终于获得成功 根据提示请将你各种假设以及验证假设的实验方案填写在下表中 2 碱溶液也能使花瓣变色吗 将NaOH Ca OH 2等碱液分别滴到花瓣上 观察现象 将稀硫酸 稀硝酸等酸滴到花瓣上 观察现象 3 盐酸能使其它种类的花瓣变色吗 将盐酸滴到其它种类的花瓣上 观察现象 波义耳没有放过这个奇异的现象 立即和他的助手一起 采集各种不同颜色的植物的花 叶 分别捣醉 放在酸 碱中试验 从而发现了许多奇异的变色现象 其中 从石蕊地衣中提取的紫色素对酸 碱的反应最有意思 因为 这种色素和酸反应能变成红色 和碱作用能变成蓝色 为了方便 他用石蕊的紫色液体 浸泡吸水纸 然后凉干 备用 事实证明 这种晾干的用石蕊浸泡的吸水纸 试验酸碱十分方便 后来 人们就把这种试纸称为 波义耳石蕊试纸 简称 石蕊试纸 这种试纸在化学界一直传用至今 2020 1 27 例2Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后 产生蓝色沉淀 请你推测可能有哪些产物 并设计试验来验证 提示 经查资料得知 CuCO3和Cu OH 2均不带结晶水 假设一 假设二 假设三 Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后直接发生沉淀反应 生成CuCO3沉淀 Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后发生双水解反应 生成Cu OH 2沉淀 Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后既发生沉淀反应 又发生双水解反应 生成CuCO3和Cu OH 2两种沉淀的混合物 探究方案 将洗涤干净并低温烘干的沉淀直接加热灼烧 将生成的气体依次通过无水硫酸铜 澄清石灰水 检验生成的水或二氧化碳 证明生成物中含Cu OH 2或CuCO3或两者兼有 例3 某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理 做了如下四组实验 1 将镁粉投入冷水中 未见任何现象 2 将镁粉放入溴水中 观察到只是开始时产生极少量的气泡 但溴水的颜色逐渐褪去 3 将镁粉放入液溴中 未观察到任何明显现象 4 向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水 观察到溴的红棕色很快褪去 则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是 A镁粉只能直接与溴水中的溴反应B水是镁粉与溴发生反应的催化剂C 2 中产生的极少量气泡是由于镁粉与水反应得到D镁粉与溴水中的H 发生反应 导致平衡移动使溴水褪色 B 变式 在溴水中加入镁粉 溴水褪色 对于褪色的原因 甲认为是溴溶于水后 溴和水发生了可逆反应 Br2 H2OHBr HBrO当向溴水中加入镁粉之后 则发生以下两种反应 Mg 2HBr MgBr2 H2 Mg 2HBrO Mg BrO 2 H2 由于上述反应的发生 使溴水中的平衡向正反应方向移动 从而使溴水褪色 乙认为 镁是活泼金属 在溴水中存在大量的溴 应该是溴与镁粉直接反应 Mg Br2 MgBr2 而使溴水褪色 如何设计方案探究甲和乙的解释是否正确 探究方案 在溴水中加入镁粉 立即观察现象 若短时间内有有大量气体产生 则甲的解释正确 若短时间内没有大量气体产生 则乙的解释正确 例1 某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分 设计了如图装置 倾斜A使稀硫酸 足量 与固体M充分反应 待反应停止后 B装置增重 C装置中溶液无变化 反应后进入量气管气体的体积为VmL 已折算成标准状况 由上述实验事实可知 1 未知产物的探究 1 固体M中一定有的物质是 填化学式 理由是 其中一种物质的质量可以确定为g 用代数式表示 2 B装置的名称是 写出B装置中反应的离子方程式 3 C装置的作用是 如果实验中没有B装置 则C装置中产生的现象是 生成黑色沉淀 FeS Fe B装置增重 量气管有气体 V 400 洗气瓶 2OH H2S 2H2O S2 证明H2S已被完全吸收 4 稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体 该固体是 要分离出该固体 在实验操作中 除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是 5 通过进一步实验 测得固体M中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质量之和 产生这种现象的原因可能是 a M中有未反应的铁和硫b 测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面c A中留有反应生成的气体d 气体进入D装置前未用浓硫酸干燥 硫 漏斗 玻璃棒 b C 例 某学生按图示 设计如下实验 请帮助完成实验报告 2 物质性质的探究 一 实验目的 研究铁与浓硫酸的反应 二 实验药品 铁钉 浓硫酸 酸性高锰酸钾溶液 品红溶液 氧化铜 硫酸铜溶液 三 实验步骤 铁遇冷的浓硫酸发生钝化 铁表面的氧化物被破坏并发生反应 溶液有Fe3 生成 并伴随有SO2气体产生 四 问题探究 该学生在实验过程中 观察到D装置中溶液颜色逐渐变浅 E装置中溶液颜色未见明显变化 再过一段时间后 G装置中氧化铜粉末由黑色转变为红色 气球H逐渐鼓起 此时E装置中溶液颜色仍未明显变化 G装置中氧化铜由黑变红 请结合化学方程式说明原因是 A装置中浓硫酸在加热的条件下与铁反应逐渐变为稀硫酸 生成的H2经过G装置中发生反应 为证明铁钉与浓硫酸在不加热时是否发生反应 可采用的方法是 取两根无锈铁钉 一根放置在冷的浓硫酸浸泡一段时间后 一根不做任何处理 然后将两根铁钉分别置于等浓度的硫酸铜溶液中 观察铁钉表面是否有红色物质析出 若在冷的浓硫酸中浸泡过的铁钉上没有红色物质析出 则表明在不加热时 铁钉与浓硫酸发生反应 否则铁钉与浓硫酸不发生反应 反思 在探究过程中往往可以通过对比实验 即设置几组平行实验来对照 比较 从而研究和揭示某种规律 解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理 1用脱脂棉包住的0 2g过氧化钠粉末 置于石棉网上 向脱脂棉上滴水 可以观察到脱脂棉剧烈燃烧起来 1 由该实验现象可得到的有关Na2O2和H2O反应的结论是 有氧气生成 2 某研究性学习小组拟用如图所示的装置进行实验 以证明上述结论 则用以验证结论 的实验方法及现象是 用以验证结论 的实验方法及现象是 该反应是放热反应 将带火星的木条靠近导管口P处 木条复燃 将导管q放入水中 反应过程中导管口由气泡冒出 2某校化学兴趣小组经查阅资料得知 铝是重要的轻金属 广泛应用于航空 电讯和建筑等领域 铝亦有其特殊的性质 铝的熔点是660 氧化铝的熔点高达2054 铝虽比锌活泼 但是将铝片和锌粒分别投入稀硫酸中 铝比锌反应慢得多 尽管铝表面致密的氧化膜能使铝与其周围的介质 空气 水等 隔绝 但 奇怪 的是铝制容器仍不能用来盛放和腌制咸菜 为此该小组进行了 铝表面氧化膜 的实验 其过程如下 并请完成填空 1 用坩埚钳夹住一块擦去氧化膜的铝片 放在酒精灯火焰上灼烧 铝片表面接触火焰的部分变暗 片刻后变软 轻轻摇动 会左右摇晃 却不像蜡烛那样滴落 这是因为铝表面氧化膜的内层的铝并将其裹住 所以不易发生熔滴现象 试写出灼烧铝的化学方程式 2 取2条未用砂纸打磨过的铝片 一片浸入CuCl2稀溶液中其表面产生许多无色气泡 很快析出较多红色粉末状固体 而另一片浸入CuSO4稀溶液中现象一直不明显 试猜测产生这种现象差异的因素是 熔点高于 4Al 2O2 2Al2O3 当有氯离子存在时 铝表面的氧化膜易被破坏 3 用砂纸打磨一铝片使其表面较粗糙 再将其放入CuSO4稀溶液中 2 3min后 铝片表面有气泡 并有少量红色固体附着 试写出铝片表面附着红色固体的离子方程式为 4 再取2条铝片 用砂纸擦去氧化膜 都浸入浓硝酸中 无显著变化 5min后取出 用水洗净 其后将两铝片分别浸入CuCl2 CuSO4两种稀溶液中 现象同 2 铝片浸入浓硝酸中无显著变化的原因是 2Al 3Cu2 2Al3 3Cu 浓硝酸使铝钝化 5 另取2条未用砂纸打磨过的铝片 都浸入氢氧化钠溶液中 片刻后其表面产生无色气泡 5min后取出 用水洗净 其后将两铝片分别浸入CuCl2 CuSO4两种稀溶液中 现象与 2 相似 试写出铝的氧化膜与碱液反应的离子方程式 6 向步骤 2 4 和 5 中的CuSO4稀溶液中滴入3 5滴NaCl稀溶液 铝片表面逐渐产生气泡 且有红色固体析出 因此据步骤 2 4 5 和 6 的现象可以得出的结论是 2Al2O3 4OH 4AlO2 2H2O 溶液中的硫酸根离子抑制铝与铜离子的反应