山东省高密市第三中学2015届高考化学一轮复习学案专题四化学实验设计与评价.doc

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山东省高密市第三中学高三化学一轮复习专题四化学实验设计与评价学案【考纲要求】1.掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。2.根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。3.根据实验试题的要求，设计或评价简单实验方案的能力。【课前预习案】一、考纲要求必须依据反应原理、条件及相应反应物，选择合适的方法、顺序、连接仪器等，并会对方案实施评价。近年综合题有回归课本、联系生产、生活及新材料的趋势。预测制备实验的设计创新题是高考命题的方向。1、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（药品、仪器、装置、设备）及规格（5）实验装置图、实验步骤和操作方法（6）实验现象及结论记录表（7）问题与讨论。2、化学实验设计的要求(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并再加入试剂，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。(2)安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒的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。(3)可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。(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：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。3、化学实验设计的一般思路①接受信息。接受、分析、筛选信息，明确实验设计的课题、条件和要求。②实验设计原理。通过对新旧信息的加工，实现制定的实验设计。从设计的要求及解决问题的顺序分析，大致有以下两个层次：一是实验方案的选定。二是实验装置与实验操作的设计。③设计实验内容。Ⅰ.设计思想、规律和方法（1）思考问题的顺序：①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。②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、FeCl3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。③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、联靠。例如涉及到气体的制取和处理。（2）仪器连接的顺序：①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。②仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验应有尾气的吸收装置。③安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，从左到右”；气体净化装置中不能先经干燥，后又经过水溶液洗气。④仪器间连接顺序是否正确。例如：洗气时“进气管长，出气管短”；干燥管除杂质时“大进小出”等。（3）实验操作的顺序：①仪器连接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②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。③装药品进行实验操作。Ⅱ.设计时，应全方位思考的问题（1）检查气体的纯度，点燃或加热通有可燃性气体（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，将装置内的空气排干净后，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它物质反应。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，再点燃加热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，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置设计冷凝回流装置。如在发生装置安装长玻璃管等。（4）冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体（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。（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只小试管等。（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的顺序，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气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成可爆气；拆卸用排水法收集需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；拆后的仪器要清洗、干燥、归位。二、综合实验中实验装置的选择1、（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（2）气＋液（用洗气瓶）（3）气＋固（用干燥管或U形管）（4）气＋固（用硬质玻璃管）（5）固＋液（液＋液）（用烧瓶）（6）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。2、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。三、创新实验方案的设计与评价通常化学实验方案的创新性可从以下两个方面考虑：一是反应原理的创新设计，凡是物质间满足“反应容易发生”“速率快慢适当”“产物较纯且易分离”的反应均可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，根据现有仪器，考虑题给的药品状态、反应条件及仪器用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。1.在设计尾气处理装置时，要充分考虑装置是否符合以下几点：能充分吸收气体、不能倒吸、尾气处理装置应与大气相通。如：下列吸收氨气的装置(未标出的液体为水)能防止倒吸。2.防污染安全装置设计如：下列尾气处理装置装置可吸收溶解度较小的尾气（如Cl2、SO2等），装置吸收溶解度较大的尾气（如HCl、HBr、NH3等），可用于除去CO等可燃性气体，可用于收集所有气体。3.量气装置的设计与评价如：下列装置不能测量气体体积的是。4.启普发生器具有随开随用、随关随停的特点，是气体制备的常用装置。实验室中没有启普发生器时，我们可以根据启普发生器的原理设计，如我们比较熟悉的如下图装置A，还可以设计成如下图装置B、C、D等。【课堂探究案】一、实验方案的设计与评价（一）物质制备实验方案的设计与评价制备实验方案设计的程序与评价1.选择最佳反应途径【例1】以铜、硝酸、硝酸银、水、空气等为原料，可用多种方法制取Cu(NO3)2。（1）试设计四种制取Cu(NO3)2的途径（用化学方程式表示）。①②③④（2）从“绿色化学”角度（环境保护和经济效益）考虑，大量制取Cu(NO3)2最宜采用上述哪种方法？说明原因。2.选择最佳原料：如：实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝，应选用氨水，而不能选用强碱氢氧化钠溶液；3.选择适宜操作方法【例2】实验室制备氢氧化亚铁时，将NaOH溶液滴入FeCl2溶液中，现象：内因：外因：【思考】下列实验装置是如何防氧化的？4.选择适宜收集分离方法如实验室制备的乙酸乙酯，由于其沸点较低，通常用加热的方法使其汽化与反应混合物分离。如将乙酸乙酯蒸气通入饱和碳酸钠溶液中，既可除去同时挥发的乙醇、乙酸蒸气，又可分层，上层为乙酸乙酯。（二）性质实验方案的设计1.研究物质性质的基本方法和程序研究物质性质的基本方法：观察法、实验法、分类法、比较法等。研究物质性质的基本程序：观察外观性质，对物质分类推测物质性质实验观察解释及结论。2.性质实验方案设计的分类（1）性质探究性实验方案设计是根据实验现象及实验事实去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探究它可能具有的性质。（2）性质验证性实验方案设计，其程序为：物质—性质推测—实验验证—结论，即根据物质的组成、结构特征，结合已有知识及实验经验预测可能具有的性质，然后设计具体实验方案验证物质所具有的性质。【例3】（2010广东理综卷）某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2+2NaOH=．（2）反应Cl2+Na2SO3+2NaOH===2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为__．（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl、OH和SO．请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO2的影响）．①提出合理假设假设1：只存在SO32-；假设2：既不存在SO32-也不存在ClO；假设3：_____________．②设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3molL-1H2SO4、1molL-1NaOH、0.01molL-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液．实验步骤。