专题13 第4讲 实验方案的设计与评价.ppt
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1、1,第4讲 实验方案的设计与评价 基础盘点 一、实验方案的设计与评价 自我诊断 1.某兴趣小组设计出右图所示装 置来改进教材中“铜与硝酸的 反应”实验,以探究化学实验 的绿色化。,(固定装置略去),2,(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口, 塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是 。 (2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分 液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸,c中反应的化学方程式是 。 再由a向c中加2 mL蒸馏水,c中的实验现象是 。 (3)下表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理 念的最佳方案是 ,理由是 。,3,4,(4)该小组还用上述装置进行实验,证明
2、氧化性KMnO4 Cl2Br2。操作步骤为 , 实验现象为 。 但此实验的不足之处是 。,5,答案 (1)检查装置气密性 (2)Cu+4HNO3 (浓) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 反应变缓,气体颜色变淡 (3)丙 耗酸量最少,无污染 (4)向d中加入KBr溶液,c中加入固体KMnO4, 由a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生,d中溶 液变为黄棕色 没有处理尾气,6,基础回归 实验方案设计的基本要求 1.科学性:实验原理、实验方法和操作程序必须科 学合理。 2.安全性:实验操作要尽量防止带有危险性的操作, 尽量避免与有毒物质接触,若无法避免则应采取 安全措施。 3.环保性:有毒物
3、质必须处理,以防污染环境。 4.可行性:设计的实验方案要切实可行,所选用的 药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到 满足。,7,5.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,能在较短的 时间内完成实验,且效果明显。 6.经济性:综合考虑原料的用量、价格。 7.创新性:创新性是设计的灵魂。近几年的高考化 学实验题,最显著的特点就是由基础知识、基本 实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计 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”、“速度快慢适当”、“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
4、置的创新设计,,8,根据现有仪器,考虑题给药品的状态,是否需要加 热等反应条件,所给仪器还有哪些灵活的用途等, 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。,指点迷津 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、装置简单而且现象明显的最佳方案。,9,二、设计实验的思路 自我诊断 2.设计简单实验说明下列物质的氧化性由强到弱: Cl2FeCl3I2,可选用的药品有:氯水、FeCl3溶液、 碘水、KI溶液、NaOH溶液、稀硫酸、盐酸、KSCN 溶液、淀粉碘化钾溶液、FeCl2溶液、H2O2、水等。 所需仪器自由选择。简述实验
5、步骤、现象、结论: 。,答案 取FeCl2溶液少许,加入KSCN溶液,无明显 现象,加氯水少许,变为血红色溶液,说明氧化性 Cl2FeCl3;取少许淀粉碘化钾溶液,加入FeCl3溶液, 变蓝色,说明氧化性FeCl3I2,10,3.请设计一个简单的一次性完成的实验装置,验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序是:CH3COOHH2CO3C6H5OH。 (1)利用下图所示仪器可以组装实验装置,则仪 器的连接顺序为: 接 , 接 , 接 。,11,答案 (1)A D E B C F (2)连接好装置并检查气密性,在相应仪器内装 入所需药品,打开分液漏斗活塞,使醋酸溶液滴入 锥形瓶中,有气
6、体生成: 2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+H2O+CO2; 试管中苯酚钠溶液变浑浊;CO2+H2O+C6H5ONa C6H5OH+NaHCO3,(2)写出实验步骤、现象和有关的化学方程式:,12,基础回归 1.设计思路:实验目的实验原理反应的仪器装置 操作步骤数据处理方法形成方案 2.实验操作的顺序 (1)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。 (2)检查气密性。 (3)装药品,进行实验操作。,13,要点精讲 要点一 实验方案设计应注意的几个问题 1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。 若药品和仪器只部分给出,则应作必要的补充, 若有剩余,
7、则应进行筛选和淘汰。 2.题目条件有无特殊要求 如采用最简单或最合理的实验步骤,这些要求对 我们考虑反应原理,选择药品和装置,确定操作 步骤都作了限定,必须高度重视。 3.实验过程中的隐蔽性操作 如某些必要的干燥、除杂、冷凝等,这些都是实 验中必不可少的,但容易被忽略。,14,4.药品的规格 有些题目要求指出药品的名称,这类问题学生最 难答准确,如有些药品的准确描述为:硫酸铜粉 末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、 饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意 某些仪器的规格。 5.会画简单的实验装置图 考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图, 可用“示意装置图”表示。,15,
8、6.其他应注意的问题 (1)冷凝回流的问题。 (2)冷却问题。 (3)防止倒吸问题。 (4)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。,16,特别提醒 近年来许多高考试题都是通过对教材实 验进行重新设计或改进创新而成,其创新主要体现 在: (1)在仪器或装置上的创新,如多装置一用或一 装置多用。 (2)实验形式上的创新。 (3)实验方案或反应原理设计上的创新,如仪器、 用品的选择。,17,【典例导析1】 课题式课堂教学是研究性学习的一 种方式,其基本教学模式为: 如图是甲
9、同学设计的证明“CO具有还原性”的实验 装置。,18,(1)实验时应先点燃 处(填“A”或“B”)的酒精灯。 (2)硬质玻璃管中反应的化学方程式为 。 (3)乙同学认为甲装置有待优化,如 尾气可先储存在瓶内,然后再处理。 如图乙是他设计的贮气瓶,尾气应从 (填“a” 或“b”)口通入(其他 装置略)。 (4)丙同学质疑:CO能否使澄清石灰水变浑浊? 因此,他设计在CO通入CuO之前,应先通入澄清 石灰水,以比较排除CO与澄清石灰水反应,试对 此作出评价。你认为丙的设计是否有必要 ,理由是 。,19,(5)如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体, 则应如何设计才能达到实验目的? 。 解析 (1
10、)CO为污染性有毒气体,由于先通CO 排空气,故应先点燃B处的酒精灯。 (2)CO能还原CuO生成CO2。 (3)贮气瓶应从a口进气,水从b口排出。 (4)由于整个设计过程中CO开始通过了澄清石灰水,故没必要排除CO的干扰。 (5)应先除去CO2再通入装置。,20,答案 (1)B (2)CuO+CO Cu+CO2 (3)a (4)不必要 在酒精灯A点燃前,CO已通过了澄 清石灰水 (5)先通过碱石灰除去CO2后再通入装置,21,迁移应用1 二氯化二硫(S2Cl2)在工业上用于 橡胶的硫化。为在实验室合成S2Cl2,某化学研究 性学习小组查阅了有关资料,得到如下信息: 将干燥的氯气在110 14
11、0 与硫反应,即可 得S2Cl2粗品。 有关物质的部分性质如下表:,22,设计实验装置图如下:,(1)上图中气体发生和尾气处理装置不够完善,请 你提出改进意见 。,23,利用改进后的正确装置进行实验,请回答下列问题: (2)B中反应的离子方程式: ; E中反应的化学方程式: 。 (3)C、D中的试剂分别是 、 。 (4)仪器A、B的名称分别是 、 , F的作用是 。 (5)如果在加热E时温度过高,对实验结果的影响是 ,在F中可能出现的现象是 。 (6)S2Cl2粗品中可能混有的杂质是(填写两种) 、 ,为了提高S2Cl2的纯度,关键的操作是控制好温度和 。,24,解析 (1)A为带塞的分液漏斗
12、,液体流入B中,导 致A中上方压强小于B中上方压强,液体难以继续流 入B中。若用橡皮管将A的上口和B相连,则可解决 上述问题。制备S2Cl2温度在110140,S2Cl2成为 气体,在G中又冷却为液体,但S2Cl2易与水反应,故 应在G、H间加一个干燥装置。 (2)B中为实验室制Cl2的反应,E中为S和Cl2的反应。 (3)C为除去Cl2中HCl的装置,D为干燥氯气的装置。 (4)F为长导管,其作用为导气,冷凝S2Cl2。 (5)若温度过高,一部分S2Cl2又分解,导致产率降 低。F中若部分S2Cl2与水反应生成S,则有固体产生。,25,(6)S2Cl2在生成过程中,S与Cl2均过量;温度过
13、高S2Cl2又与Cl2反应生成SCl2,所以为了提高S2Cl2 的纯度,除控制好温度外,还要控制Cl2的产生速率。 答案 (1)用橡皮管将A的上口和B相连(或将A 换成恒压滴液漏斗),在G和H之间增加干燥装置 (2)MnO2+4H+2Cl- Mn2+Cl2+2H2O 2S+Cl2 S2Cl2 (3)饱和食盐水(或水) 浓硫酸 (4)分液漏斗 蒸馏烧瓶 导气、冷凝 (5)产率降低 有固体产生(或其他正确描述) (6)SCl2 Cl2 S(任写其中两种即可) 控制浓盐酸的滴速不要过快,26,要点二 化学实验方案的评价 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确 与不准确做出判断。要考虑是否安全
14、合理、有无干扰 现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。 1.从可行性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则,在 对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学可 行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求,在 实际操作时能否做到可控易行。评价时,从以下4个 方面分析:,27,(1)实验原理是否正确、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)实验效果是否明显等。 2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线 路,降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危 害,减少废弃物的产生和排放。据此,
15、对化学实验过 程或方案从以下4个方面进行综合评价: (1)反应原料是否易得、安全、无毒; (2)反应速率是否较快; (3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高; (4)合成过程中是否造成环境污染。,28,3.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”, 白磷切割宜在水中等); (4)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);
16、 (5)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);,29,(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却; (7)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧 化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑); (8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方 法使用顺序等)。 近几年高考中,有些省份对实验评价的考查 涉及到定量评价,即通过对所给化学实验数据的分析 处理,对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据 的含义,进行合理取舍,提炼出有效数据。一些数据 隐含着化学规律及化学原理,要找出数据的具体含义,
17、 分析比较数据之间的内在联系,建立题中的隐含数据 与题目解答之间的联系,继而得出正确结论。,特别提醒,30,【典例导析2】 某化学研究小组,通过网上查找资料发现,N2的制取有下列不同方案:a方案:加热条件下CuO氧化NH3制得纯净的N2和活性铜粉 b方案:加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2 c方案:将空气缓慢地通过灼热的铜粉制得较纯的N2 现实验室有供选择的如下几种仪器来制取N2:,31,(1)若按a方案制N2时需要的氨气用生石灰和浓氨水作 原料制取,则宜采用上述仪器中的 (填A、B、C)作NH3的发生器,该发生装置中发生的化学反应方程式为 , 要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸
18、气),还 须使用到上述仪器中的(按气流从左到右的流向顺序 列出) (填ABC)。 (2)若按c方案制N2,用E装置将空气缓慢通入(填A、 B、C)反应器,反应器内可观察到的现象是 该反应的化学方程式为 。 (3)上述制N2的三个方案中,a、c方案结合使用越来越 受到人们的关注,这种方法与b方案相比,其优越性在于 。,32,解析 (1)由题中所给信息可知,可适用于制备气体 的装置是B、E,而E装置的优点是能控制反应的进程, 而B装置只能一次性加入所需要的反应物,不能控制 反应的进程,所以选择E更好,其中发生的反应是CaO+NH3H2O Ca(OH)2+NH3,用此法制得的 N2中还会含有未反应的
19、NH3,因此还需要用试剂吸收 NH3,但由于NH3是一种极易溶于水的气体,所以用 排水法即可除去N2中含有的NH3,所以还需要使用的 装置是A、D;,33,(2)利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排入到A装置 中,在加热条件下将Cu氧化,从而除去O2,这样可得到 纯净的氮气,O2+2Cu 2CuO; (3)在a、c方案中可将Cu和CuO交替使用,进行循环,从而降低成本,而b方案中用到了有毒的NaNO2。 答案 (1)E CaO+NH3H2O Ca(OH)2+NH3 A、D (2)A 紫红色固体逐渐变黑 O2+2Cu 2CuO (3)CuO和Cu可循环利用,避免使用有毒物质NaNO2,34,35,
20、36,有,C试管的塞子换成双孔塞,另一孔插,入一根直导管或直接将C试管的塞子拿走;在A、B之 间加一个干燥管,37,浓氨水,生石灰(或固体氢氧化钠,或碱石灰),氧化铜,水,黑色氧化铜粉末变成红色粉末,试管内壁有水珠生成,38,无水乙醇,用水浴加热烧杯,氧化铁,银氨溶液,M处红棕色粉末变成黑色粉末,烧杯里有银镜产生,39,40,41,42,对点训练 题组一 实验方案的设计与评价 1.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜,有下列两种途径: (1)Fe H2 Cu (2)CuO CuSO4 Cu 若用这两种方法制得等量的铜,则下列有关说法 符合实际情况的是 ( ) A.消耗氧化铜的质量相同
21、B.消耗铁的质量相同 C.消耗硫酸的质量相同 D.生成硫酸亚铁的质量相同,H2SO4,CuO,H2SO4,Fe,43,解析 此题的关键问题在于实际操作中的注意事项。 制备1 mol Cu需1 mol CuO,而H2还原时由于排净装 置内空气、冷却,因此需要远大于1 mol H2的量, 即消耗的Fe、H2SO4及生成的FeSO4均多。 答案 A,44,2. 在实验室进行下列有关物质的制备流程中,理论上正确、操作上可行且经济上合理的是( ),45,解析 解题的关键是:准确判断在实验室进行的物 质的制备过程中,要理论上正确、操作上可行且经 济上合理。A项中实验室里用在空气中点燃单质碳 来制备CO的方
22、法,在操作上是不可行的;B项中用 硝酸银溶液与铜反应来制备Cu(NO3)2是不经济的; D项中用铁点燃燃烧制备氧化铁在理论上不正确、 操作上不可行;只有C符合要求。 答案 C,46,3.下列实验设计能够成功的是( ),47,48,解析 A项中亚硫酸钠变质应被氧化成硫酸钠,检验 时应使用氯化钡溶液和稀盐酸作检验试剂,而不应 该使用硝酸钡和稀硝酸,因为在酸性条件下硝酸根 (硝酸)能将亚硫酸盐(亚硫酸根)氧化成硫酸 盐,干扰实验现象,A错误;B项中由于乙酸能和碳 酸钠溶液反应生成可溶性的乙酸钠,且乙酸乙酯在 饱和碳酸钠溶液中的溶解度小,故可通过分液分 离,B正确;C项中后续操作用到了具有强氧化性 的
23、稀硝酸,稀硝酸也能将I-氧化成I2,干扰实验现 象,应改用稀盐酸,C错误;D项中并没有检验出 Fe2+,因为硝酸具有强氧化性,将Fe2+氧化成了Fe3+, D错误。 答案 B,49,4. 水蒸气通过灼热的焦炭后,流出气体的主要成分是CO和H2,还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器,选择必要的试剂,设计一个实验,证 明上述混合气中有CO和H2(加热装置和导管等 在图中略去)。,50,回答下列问题: (1)盛浓H2SO4的装置用途是 ,盛NaOH溶液的装置用途是 。 (2)仪器B中需加入试剂的名称(或化学式) 是 ,所发生反应的化学方程式是 。,51,(3)仪器C中需加入试剂的名称(或化学式
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- 专题13 第4讲 实验方案的设计与评价 专题 13 实验 方案 设计 评价
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