2019-2020年高中化学 综合实验的设计与评价（第11、12课时）实验学案.doc

2019-2020年高中化学 综合实验的设计与评价（第11、12课时）实验学案课标解读课标要求学习目标1、制备实验装置的选择与仪器连接、装置气密性的检验、实验现象描述、尾气处理。2、给定实验情景或性质实验目的，要求选择实验仪器装置、药品、确定实验程序，评价实验方案。3、对教材演示实验进行重组、优化和创新。1、 重视对有关实验基础知识和基本操作的学习和训练。2、 抓住本质，总结规律。3、 训练信息迁移水平，增强实验设计能力。4、 重视发散思维训练，增强实验评价能力。实验设计和评价的题型主要有以下几种：（1）利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器，叙述现象说明理由。（2）利用给出的实验的装置和反应条件，要求根据实验现象和物质的性质判断物质和化学反应。（3）利用限定的仪器、药品、融气体制备、除杂、集气及设计操作程度、仪器连接、定量计算于一体。考查学生设计实验、基本操作和数据处理的能力。（4）给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。（5）据实验目的，实验进行的条件，选取适当药品、仪器（或应用所指定的药品、仪器）完全某次指定的实验操作。（6）对给出的实验方案，做出科学的评估，依据“仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”选择出最佳方案。（7）新情境实验题，运用已有知识解决新情境中的新问题，考查学生灵活运用知识的迁移能力、自学能力、观察能力、实验能力和思维能力。实验设计的一般规律1、 实验方案设计的一般原则。一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：（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）实验现象和记录及结果处理；（7）问题和讨论。实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行，对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和原理后，就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验，即进行实验装置的设计，一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的，如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置（或气体反应装置）、气体的洗涤装置、气体的收集装置、尾气的吸收装置等部分，要熟悉各基本装置的功能，并注意各基本装置连接顺序的合理性。2、 设计方案时思考实验顺序的选择。（1）思考问题的顺序：围绕主要问题思考，例如：选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如：制取在空气中易水解的物质（如AL2S3、ALCL3、Mg3N2等）及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与课本实验比较、联系。例如涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生除杂质干燥主体实验尾气处理。（2）仪器连接的顺序： 所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。 仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。 安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应先干燥，后又经过水溶液洗气。 仪器间连接顺序是否正确。例如：洗气时“进气管长，出所气管短“；干燥管除杂质时”大进小出“等。（3）实验操作的顺序： 连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理顺序连接好实验仪器。 检查气密性，在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。 装药品，进行实验操作。3、 设计方案时需注意的问题。（1）检查气体的纯度，点燃或加热通有可燃性（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的装置前，必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。（2）加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸（如氢气还原氧化铜）；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2的氧化，并防止石灰水倒吸。（3）冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物质损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置。发在发生装置中安装长玻璃管等。（4）冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需要冷凝管可用冷水或冷水冷凝气体（物质蒸气），使物质蒸气冷凝为液态便于收集。（5）防止倒吸问题。实验过程用到加热操作的，要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。（6）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；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住一支小试管等。（7）拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才停止通氢，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成易爆气体；拆卸用排水法收集需要的加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆下的仪器要清洗、干燥、归位。知识再现知识点1：实验设计和综合实验明确实验目的，弄清实验原理实验设计总体思路根据要求正确选择仪器和药品设计实验装置和实验步骤（装置简单合理、步骤简捷清楚）思考问题的顺序三个顺序仪器连接的顺序实验操作的顺序综合制气装置的选择实验反应装置的选择知识除杂装置的选择体系综合实验中实干燥装置的选择验装置的选择冷凝装置的选择集气装置的选择 尾气处理装置的选择酒精灯同一仪器在不 干燥管同位置的作用 洗气管1、综合实验中实验装置的选择（1）制气装置的选择根据反应物的状态、溶解性和反应性确定制气装置的类型。（2）反应装置的选择 气液（用洗气瓶） 气固（用干燥管或U形管） 气固（用硬质玻璃管） 固液（液液）（用烧瓶） 固固（用试管）（3）除杂、干燥装置的选择主要有洗气瓶、干燥管和U形管等。（4）冷凝装置的选择连接冷凝水的冷凝管、放置在冷水中的U形管及连接单孔塞的长玻璃导管等。（5）集气装置的选择集气瓶、烧瓶、试管等。（6）尾气处理装置的选择对有污染、有危险且易燃的，可在尾气出口加一燃着的酒精灯。对有污染的酸性气体用碱液吸收，对水溶性有大的可直接将导管插入吸收剂中吸收。对极易溶于水的，可在导的气管出口连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触进行吸收（参考清单一，2）2、仪器连接的顺序对于有气体参加的实验，仪器连接的顺序一般为：气体发生装置除杂质装置干燥装置主体实验装置尾气处理装置仪器连接时一般遵循的原则是：自下而上、自左而右（仪器连接的顺序），先除后干（在使用液体除杂剂时），先干后热（需加热进行除杂的或吸热反应），长进短出（深入浅出）（洗气瓶用于洗气时），短进长出（由浅入深）（洗气瓶用于排水量气时），先大后小（干燥管用于干燥气体时）。4、 综合实验中同一仪器在不同位置的作用（1）酒精灯首部：制气装置的热源。中部：需加热进行的反应的热源。尾部：除去一氧化碳等易燃的气体。（2）干燥管中部：用于干燥气体、除去酸性气体，检验水气的存在等。尾部：除去尾气中的有害气体防止污染环境，防止空气中的水气等成分进入反应器而影响实验。（3）洗气瓶根据洗气瓶的位置和所盛试剂，其作用分为除杂、干燥、检验，一般来讲，除杂在前，干燥在后。4、药品和仪器装置题目提供的药品和仪器装置，就是题设的限定条件，往往蕴涵了解决问题的突破口，是解题重要支撑点。知识点二：创新实验装置1、气体的量取对难溶于水且不与水反应的气体，往往借助其排出水的体积，用量筒或滴定管测定，从而确定气体的体积，如下图所示。 2、气体安全装置防倒吸安全装置防堵塞安全装置防污染安全装置3、 启普发生器原理式反应器(如下图)4、液封装置典题解悟例1实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色，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)B中反应的化学方程式为：_。(2)D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是：_。(3)D中反应化学方程式是：_。(4)装置()的主要缺点是：_。(5)装置()的主要缺点是：_。如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：_。答案(1)4HCL+MnO2=MnCL2+2H2O+CL2或16HCL+2KMnO4=2KCL+2MnCL2+8H2O+5CL2(2)B中的反应进行一段时间后，看到黄绿色的气体充满装置，再开始加热D；(3)2Fe+3CL2=2FeCL3；(4)导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染；(5) 产品易受潮解；在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置。 解析由题设“制备三氯化铁”可知D管中是铁丝或铁粉，并推知A、B、C应该是发生氯气的装置，A中加入浓盐酸，B中应该让浓盐酸跟氧化剂作用(常用的是MnO2或KMnO4)。要使D管中空气排出，最方便的方法就是首先让刚发生的氯气去驱除它，此时D管中不要加热。等到空气驱净、氯气充满D管时才在D管下加热，以保证铁和纯氯气反应。由于氯化铁易升华，因此D管中FeCL3容易升华而出，却又特别容易重新冷凝，在装置中D管出口可能被堵塞，多余的氯气并不能被浓H2SO4吸收，排放尾气时将导致污染。而装置的D管出口是广口瓶，可免受堵塞，尾气排放前有碱液吸收，这都是好的。但FeCL3容易被潮解，碱液不足以抵挡湿气，应在E、F之间加入干燥装置。例2、航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示： 空气、CO2、H2O座舱 CO2 C 空气 H2 H2O O2 H2O (1)是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式_。(2)从装置、可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航中每天消耗28molO2，呼出23molCO2，则宇航员生天呼出的气体中含H2O_mol.（3）以下是另一种将CO2转化为O2的实验设想： CL2 稀盐酸 H2O HCL+O2 MgO 氯化氢 电解 Mg MgCL26H2O MgCL2 Mg+CL2CO2 点燃 C 其中，由MgCL26H2O制取无水MgCL2的部分装置(铁架台、酒精灯已略)如下： 上图中，装置a由_、_、双孔塞和导管组成。 循环物质的名称是_ 制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是_ 装置b是填充的物质可能是_(填入编号)e硅胶f、碱石灰 g、无水氯化钙 h、浓硫酸 设计d中装置要注意防止倒吸，请在方框中画出d装置的简略图，并要求与装置c的出口处相连(铁架台不必画出)。答案(1)2H2+CO2 2H2O+C (2)10 (3)防止水解 (4)e、g(5) 解析(1)中反应物是CO2和H2，生成物是C和H2O，配平后得：2H2O+CO2 2H2O+C (2)消耗28molO2呼出23molCO2，依质量守恒定律，呼出的气体中含H2O10mol时，氧原子守恒。(3)由MgCL26H2O制取无水MgCL2时需在酸性条件下进行，在b处干燥时用中性或酸性固体干燥剂，硅胶或无水氯化钙，由于氯化氢极易溶于水，在d处为防止倒吸，用一倒扣的漏斗。高考聚集：1、某化学课外小组研究乙醇氧化的实验并验证其产物，设计了甲、乙、丙三套装置（图中的支撑仪器均未画出，“”表示酒精灯热源），每套装置又划分为、三部分。仪器中盛放的试剂为：a、无水乙醇（沸点：78）b、铜丝；c、无水硫酸铜；d、新制氢氧化铜悬浊液。（1）简述三套方案各自的优点。甲：_乙：_丙：_(2)集中三套方案的优点，组成一套比较合理完善的实验装置，可按气流由左到右的顺序表示为_(例如：甲，乙，丙)(3)若要保证此实验有较高的效率，还需补充的仪器有_；理由是_。2、甲同学想通过下图所示装置(夹持装置已略去)进行实验，研究推断SO2与Na2O2反应的产物。回答下列问题：(1)装置B的作用_。 装置D的作用_。(2)如何检验反应中是否有O2生成_。(3)假如Na2O2已反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲设计如下实验：沉淀不溶解C中的固体配成溶液 加Ba(NO3)2溶液 加足量稀HNO3白色沉淀 得出结论：产物是Na2SO4.该方案是否合理_(填是或否)，理由是_-。(4)若上述不合理，请设计一个能确定产物成分的实验方案，填写下表(可不填满)操作步骤(加入试剂)实验现象结论12343、实验：将硫酸亚铁晶体(FeSO47H2O)加入如图1中所示的干燥试管A里，隔绝空气加强热充分反应后，试管A中得残留固体甲，在试管B内得到无色液体乙。取出甲放在图2中的石英管C中，连接好其他部分的仪器后，开启旋塞K，逐滴滴加乙醇使C左部石棉绒(一种纤维状硅酸盐材料，很稳定，不燃烧)浸润吸足，关闭K，然后加热，几分钟左右(加热过程中还可以较快地开启、关闭旋塞K来补充乙醇并使之通入石棉绒里)，可观察到甲的颜色由红棕色逐渐变为黑色。反应停止后，取试管E中的液体0.5ml，逐滴加入到含新配制的银氨溶液的试管F中，振荡后，把试管放在水浴中温热，不久会观看到试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银。回答下列问题：(1)写出如图1所示的干燥试管A中发生反应的化学方程式：_。(2)根据反应原理请你评价图1实验装置的主要缺点_。(3)试管C中反应的化学方程式为：_。(4)简述如何检验图2所示装置气密性：_。(5)试管D安装在此的作用是：_。(6)写出E试管中反应的化学方程式：_。4、某校开展课外研究性学习活动、第一小组对市场上的碘盐进行了研究。在碘盐里，碘以KLO3形式存在。请回答下列问题：（1） 正确食用碘盐才能起到补碘的作用，该小组对油炸食品时是否适宜放碘进行了课题研究。请你协助拟定课题名称：_。其研究成果的最终形式是：_。(2)怎样检验碘盐中含有碘？(可供选择的试剂有：稀硝酸、稀盐酸、KCL、KL、淀粉溶液、石蕊试液)用离子反应方程式表示_。、第二小组利用废铜制取CuSO4：(1)甲学生进行了下列实验：取含6.4g铜的废铜和10ml18mlL1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，起到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余。他根据自己所学的化学知识，认为烧瓶中还有较多的硫酸剩余。你认为他的判断是否正确_(填是或否)，其理由是：_。(2)乙同学认为甲设计的实验方案不好，他自己设计的思路是：2Cu+O2 =2CuO；CuO+H2SO4=CuSO4+H2O。对比甲的方案，乙同学的优点是：_。(3)某地有丰富的电力源。为了同学具备乙同学的优点，你能不能根据该地的资源优势也设计一个用铜和硫酸制取CuSO4的方案？(其他材料任选)_。5、实验室用浓盐酸、MnO2共热制取O2，并用CL2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉。已知反应2CL2+2Ca(OH)2=CaCL2+Ca(CLO)2+2H2O在温度稍高时即发生副反应6CL2+6Ca(OH)2=5CaCL2+6H2O。现有三个同学分别设计的三套实验装置如下图所示：(1) 按下列几项优缺点，请你对三套装置的优缺点做出评析，选择符合题目要求的选项填在下表空格内。a.不容易控制反应速率；b容易控制反应速率；c有副反应发生；d可防止副反应发生；e污染环境；f可防止污染环境。优点缺点甲装置乙装置丙装置(2) 图示装置中，甲由A、B两部分组成；乙由C、D、E三部分组成；丙由F、G两部分组成。请从图AG各部分装置中选取合理的组成部分，组装成一套较完整的实验装置，该装置各部分的连接顺序(按气流从左到右的方向是)_。(3) 实验中若用10ml、12molL-1的浓盐酸与足量的MnO2反应，最终生成Ca(CLO)2的物质的量总是小于0.015mol，其原因是(假定各步反应均无反应物的损耗，且无副反应发生)_。答案与解析1、答案(1)甲：(2)中用热水浴加热，可形成较平稳的乙醇气流，使反应更充分； 中的斜、长导管起到冷凝回流乙醇的作用。 乙：与中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应，避免干扰对生成物的验证。 丙：中氧气发生装置中无水生成，且装置简单。丙；甲；乙温度计；控制水浴温度在78或略高于78，使乙醇蒸气平稳流出，减少挥发，提高反应效率。 (4)C处无水硫酸铜变蓝；d处生成红色沉淀解析(1)甲的优点在于，水浴加热能较好地控制温度，使气流平稳、反应充分。乙的优点在于两干燥管考虑了溶液中水气对产物H2O检验的干扰，丙的优点在，无水生成，且装置简单。(2)将三套方案的优点组合：取丙、甲、乙可组成一套完善的装置。(3)水浴加热中使用温度能更好控制温度，温度范围应在乙醇的沸点附近。无水CuSO4变蓝证有水产生，生成砖红色沉淀说明产生CH3CHO2、答案(1)B：干燥SO2气体，防止较多的水蒸气与Na2O2反应。D：防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置与Na2O2反应；同时吸收过量的SO2，以免污染空气。(2)用带有余烬的木条靠近干燥管口a，观察其是否燃烧。(3)否；HNO3有氧化性，据此不能确定产物是NaSO3还是Na2SO4或者二者兼有。(4)操作步骤(加入试剂)实验现象1、将C中的固体配成溶液2、加入适量盐酸()若有气泡生成(2)若无明显现象有Na2SO3无Na2SO33、再加入BaCL2溶液(1) 若生成白色沉淀(2) 若无明显现象有Na2SO4无Na2SO43、答案(1)2FeSO47H2O=Fe2O3+SO2 +SO3+14H2O(2)SO2为大气污染物，缺少尾气处理装置(3)3CH3CH2OH+Fe2O3 2Fe+3CH3CHO+3H2O(4)关闭活塞K，将E的导气管插入水中，微热C管，E中有气泡产生，停止加热后，E管出现一段水柱，说明装置下漏气。(5)防止倒吸(6)CH3CHO+2Ag(NH3)2OH CH3COONH4+2Ag+3NH3+H2O4、答案(1)课题名称：温度对KLO3稳定性的影响(或油炸食品时是否适宜放碘盐？等其他合理答案)。研究成果的最终形式：研究报告、实验报告、论文等。(2)IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O(1)是，理由是：随反应的进行硫酸的浓度减小，而稀硫酸不与铜反应。 (2)硫酸的用量少，且没污染物SO2产生。 (3)用废铜作阳极，碳棒作阴极，稀硫酸作电解质溶液进行电解。解析联想炸油条的方法，温度是关键，所在课题名称应包含温度因素。 甲方案的原理：Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2O，与乙方案对比可得乙方案的优点：省H2SO4，无污染。根据提示“电力资源”丰富，结合电解原理，可得电解法方案。注意，阴极虽然不参加电极反应，但仍然是惰性电极材料好，因通电结束时，金属电极(如Fe)会和CuSO4反应。5、答案(1) 甲装置：d装置：d，ae；乙装置：f，ac；丙装置：b，ce；(2) F B E(3) 浓盐酸逐渐变稀后不能再与MnO2反应，所以生成Ca(CLO)2就少于0.015mol.