高考化学 专题二十三 化学实验方案的设计与评价课件.ppt

常见气体的实验室制法 1 实验室制取氧气 液 固 气型 排水 2 实验室制取二氧化碳 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O 向上排空气法或排饱和NaHCO3溶液 饱和NaHCO3溶液 液 固 块状 气 3 实验室制取氢气的方法 液 固 块状 气 向下排空气法或排水法 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 4 实验室制取氯气的方法 向上排空气法或排饱和NaCl溶液法 NaOH溶液 2H2O 5 实验室制取氨气的方法 2NH3 2H2O 碱石灰 向下排空气法 湿润的红色石蕊试纸 蘸有浓盐酸的玻璃棒 实验室制取O2 NH3 Cl2方法的归纳 化学实验方案的设计 1 基础要求 实验原理 有毒药品 2 基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容 实验名称 实验 实验 实验用品 药品 仪器 装置 设备 及规格 实验装置图 实验步骤和操作方法 实验注意事项 的记录及 处理 问题与讨论 目的 原理 实验现象 实验结果 3 基本步骤 1 认真审题 明确实验 确定实验原理 2 根据实验原理选择 并设计出合理的 3 准确地记录实验过程中的 并运用 计算 图表 推理等方法处理有关实验 得出正确的 目的 仪器和药品 实验装置和 操作步骤 现象和数据 分析 现象和数据 结论 实验方案的评价 1 基本原则 1 科学合理 2 操作和装置简单可行 3 符合 理念 4 药品和操作安全可靠 5 实验现象明显 2 评价类型 1 评价 2 实验方案评价 3 评价 4 实验现象和结论评价 实验原理 绿色化学 实验原理 药品和仪器 要点一气体的制备 1 制备气体反应原理的选择依据 1 反应物容易获得且较廉价 如制备CO2 用CaCO3而不用Na2CO3或NaHCO3 2 反应条件容易达到 如制NH3 用Ca OH 2和NH4Cl反应 而不选用N2和H2反应 是因为前者用酒精灯加热就可得到NH3 而后者需要高温高压等条件 3 反应容易控制 反应不能过慢 也不能过快 如制乙炔用电石与饱和食盐水反应 而不直接用水与电石反应 4 生成的气体容易分离 如HCl极易溶于水 所以要选用固态物质 如NaCl 与浓硫酸反应制取 而不能用它们的浓溶液 2 常见气体的发生装置 3 气体的干燥 4 气体的常用收集方法 5 常见的尾气处理尾气处理装置有四种 如下图所示 1 甲是易溶于水的气体的吸收装置 如用水吸收HCl NH3 用氨水吸收SO2等 2 乙是能溶于溶液的气体的吸收装置或有毒气体的尾气处理装置 如用NaOH溶液吸收Cl2等 3 丙是用在空气中点燃的方法处理尾气 防止污染大气 如CO气体 4 对于一些不便于用甲 乙 丙方法处理的少量尾气 可采用气球收集法处理 如图丁所示 典例示范1 2015 山东东营模拟 可用如图所示装置制取 净化 收集的气体是 A 铜和稀硝酸制一氧化氮B 亚硫酸钠与浓硫酸制二氧化硫C 锌和稀硫酸制氢气D 浓氨水和生石灰制取氨气 解析NO不能用排气法收集 A错 亚硫酸钠与浓硫酸反应不需加热即可制取二氧化硫 可以用浓硫酸除去水蒸气 并且二氧化硫的密度大于空气的 可以用该装置制取 净化 收集 B对 氢气密度小于空气的 应该采用 短管进气 长管出气 的方法收集 C错 氨气是碱性气体 不能用浓硫酸干燥 且氨气的密度小于空气的 应该采用 短管进气 长管出气 的方法收集 D错 答案B 借题发挥 有关气体制备实验装置的思维建模 要点二化学实验方案的设计 1 设计思路 2 设计方法 1 明确目的 原理 首先必须认真审题 明确实验目的及要求 弄清题目有哪些新的信息 综合已学过的知识 通过类比 迁移 分析 从而明确实验原理 2 选择仪器 药品 根据实验的目的和原理 以及反应物和生成物的性质 反应条件 如反应物和生成物的状态 能否腐蚀仪器和其他药品 反应是否加热及温度是否控制在一定的范围内等 从而选择合理的化学仪器和药品 3 设计装置步骤 根据上述实验目的和原理 以及所选用的仪器和药品 设计合理的实验装置和实验操作步骤 学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力 实验步骤应完整 简明 4 记录现象 数据 根据观察 全面而准确地记录实验过程中的现象和数据 5 分析得出结论 根据实验观察的现象和记录的数据 通过分析 计算 列图表 推理等处理 得出正确的结论 3 实验仪器的选用和连接 典例示范2 2015 湖南四校联考 某学习小组在通过反应Na2S2O3 H2SO4 Na2SO4 S SO2 H2O研究反应速率的影响因素后 对Na2S2O3产生了兴趣 查资料知Na2S2O3的名称为硫代硫酸钠 俗称海波 可视为一个S原子取代了Na2SO4中的一个O原子 该实验小组运用类比学习的思想预测了Na2S2O3的某些性质 并通过实验验证自己的预测 提出假设 1 部分学生认为Na2S2O3与Na2SO4结构相似 化学性质也相似 因此室温时Na2S2O3溶液的pH 7 填 或 2 部分学生由S元素化合价推测Na2S2O3与SO2性质相似 均具有较强的 实验探究 取适量Na2S2O3晶体 溶于水中制成Na2S2O3溶液 进行如下探究 填写表中空格 实验结论 6 探究 7 探究 问题讨论 8 甲同学向 探究 反应后的溶液中滴加硝酸银溶液 观察到有白色沉淀产生 并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化 你认为该方案是否正确并说明理由 9 请你重新设计一个实验方案 证明Na2S2O3被氯水氧化 你的方案是 解析 1 由学生认为Na2S2O3的化学性质与Na2SO4的性质 强酸强碱盐 溶液呈中性 相似 可推知室温时Na2S2O3溶液呈中性 则pH 7 2 由SO2具有还原性可知Na2S2O3 S为 2价 也有较强的还原性 3 由实验现象可知探究 是为了探究溶液的酸碱性 验证假设 1 故其操作是利用pH试纸来检验Na2S2O3溶液的酸碱性 4 由实验现象可知Na2S2O3溶液呈碱性 说明其是强碱弱酸盐 其原因应是S2O水解 5 向氯水 具有强氧化性 中滴加Na2S2O3溶液 目的是验证Na2S2O3是否具有还原性 由实验现象可知Cl2被还原 说明Na2S2O3具有还原性 利用得失电子守恒可知反应的离子方程式为S2O 4Cl2 5H2O 2SO 8Cl 10H 8 甲同学是通过观察有无AgCl沉淀生成来判断Na2S2O3是否被氯水氧化 有则说明Cl2被还原为Cl 从而证明氯水将Na2S2O3氧化 该方案不正确 因为即使不发生氧化还原反应 过量的氯水中也含有Cl Cl 会与AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀 9 可通过验证Na2S2O3溶液与氯水反应后的溶液中是否含有SO来说明Na2S2O3是否被氯水氧化 答案 1 2 还原性 3 用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液点在一小块pH试纸中部 待变色后 将试纸颜色与标准比色卡对照 4 S2O H2O HS2O OH 5 S2O 4Cl2 5H2O 2SO 8Cl 10H 6 Na2S2O3水溶液呈碱性 7 Na2S2O3具有还原性 8 不正确 因氯水过量 氯水中含有Cl 会生成AgCl沉淀 9 取少量反应后的溶液 向其中滴入氯化钡溶液 若观察到有白色沉淀产生 则说明Na2S2O3能被氯水氧化 借题发挥 三种常见实验方案设计的基本流程 1 物质制备实验方案的设计 根据目标产物 确定可能原理 设计可能实验方案 优化实验方案 选择原料 设计反应装置 方法 仪器等 实施实验 步骤 操作要点 控制反应条件等 分离提纯产品 2 性质探究性实验方案的设计 根据物质的组成 结构和类型 提出性质猜想 设计实验逐个验证 记录现象和数据 归纳分析 合理推断得出结论 3 性质验证实验方案的设计 根据物质的性质 设计可能实验方案 优化实验方案 实施实验 原理 方法 步骤 仪器 药品 操作要点等 观察现象记录数据 综合分析得出结论 要点三化学实验方案的评价 1 可行性方面 1 分析实验方案是否科学可行 2 实验操作是否安全合理 3 实验步骤是否简单方便 4 实验效果是否明显 2 绿色化学方面 1 实验过程中是否造成环境污染 2 原料是否无毒 安全 易得 3 原料利用率及反应速率是否较高 4 反应速率是否较快 3 从安全性方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下 1 净化 吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸 2 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸 如H2还原CuO应先通H2 气体点燃前先验纯等 3 防氧化 如H2还原CuO后要 先灭灯再停氢 白磷切割宜在水中进行等 4 污染性的气体要进行尾气处理 有粉末状物质参加的反应 要注意防止导气管堵塞 5 防吸水 如实验取用 制取易吸水 潮解 水解的物质时宜采取必要措施 以保证达到实验目的 4 从规范性方面 1 冷凝回流 有些反应中 为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料 需在反应装置上加装冷凝回流装置 如长玻璃管 竖装的干燥管及冷凝管等 2 易挥发液体产物 导出时可为蒸气 的及时冷却 3 仪器拆卸与组装顺序相反 按照从右向左 从高到低的顺序 4 其他 如实验操作顺序 试剂加入顺序 实验方法使用顺序等 5 最佳方案的选择几个实验方案都能达到目的 选出一个最佳方案 所谓最佳 就是装置最简单 药品容易取得 价格低廉 现象明显 干扰小 无污染 典例示范3 2014 河南开封统考 资料表明 在加热条件下SO3具有比较强的氧化性 某研究性学习小组的同学对绿矾 FeSO4 7H2O 受热分解的情况进行探究 1 甲同学认为 绿矾受热分解的产物是FeO SO3 H2O 你支持该观点吗 说明理由 2 乙同学设计如图装置通过实验来探究绿矾受热分解的情况 部分夹持装置未画出 C装置的水槽中加冰盐水 请填写下列表格 3 本实验设计明显不足之处是 4 实验结束后 要检验绿矾是否分解完全 请简述实验方法 5 若绿矾分解完全 C装置中U形管内有无色晶体出现 请写出绿矾受热分解的化学方程式 解析 1 因题目中已知 在加热条件下SO3具有比较强的氧化性 而FeO具有还原性 二者受热时会发生氧化还原反应而不能共存 故不支持该观点 2 FeSO4 7H2O受热分解的产物一定有Fe2O3 根据化合价升降可知一定有SO2 还一定有H2O 故A中应残留红棕色固体 B中试剂用于检验产物水 无水CuSO4变蓝 D中试剂用于检验SO2 品红或酸性高锰酸钾溶液或溴水褪色 3 实验设计的不足之处一般从有没有防止倒吸的装置以及尾气处理装置等方面考虑 本实验设计明显没有尾气吸收装置 4 要检验绿矾是否分解完全 只需检验有无Fe2 即可 取A中残留固体少许溶于足量稀硫酸 再取溶解液少许于试管中 滴入酸性KMnO4溶液 振荡 若溶液不褪色 证明分解完全 否则分解不完全 5 U形管内的无色晶体是SO3 可写出化学方程式为 答案 1 不支持 FeO有还原性 SO3有氧化性 二者受热时会发生氧化还原反应而不能共存 2 3 没有尾气吸收装置 4 取A中残留固体少许溶于足量稀硫酸 再取溶解液少许于试管中 滴入酸性KMnO4溶液 振荡 若KMnO4溶液不褪色 证明分解完全 否则分解不完全 借题发挥 所谓实验方案的评价就是通过对所给出的实验方案的分析 对方案的正确与错误 严密与不严密 准确与不准确做出判断 主要考虑的问题有 是否完全合理 有无干扰现象 经济上是否合算和对环境有无污染等