2020年高考化学一轮复习课件:模块4 第十单元 第4节 实验方案的设计与评价 .ppt
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1、第4节,实验方案的设计与评价,考纲点击:根据化学实验的目的和要求,能做到:设计 实验方案;正确选用实验装置;掌握控制实验条件的方法; 预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论; 评价或改进实验方案。,回归教材,一、实验方案设计,科学,简便,简短,1.实验方案设计的五项基本原则,2.实验方案设计的基本思路,根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器,设计合理的 实验方案,并且从几种方案中分析选择出最佳方案。,3.实验方案设计示例 设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。,(1)实验原理,(2)实验试剂:氯酸钾固体、_、_溶液、稀 硝酸。 (3)操作步骤 将氯酸钾和 MnO2 混合共热。 冷却至室
2、温,加水充分溶解后过滤。,AgNO3,MnO2,取少量滤液于一洁净试管中,加入几滴稀硝酸酸化的 _溶液,观察到有白色沉淀生成,证明氯酸钾中含有,氯元素。,AgNO3,4.实验方案设计中的安全问题,检验气体的纯度,(1)防爆炸:点燃可燃性气体(如 H2、CO、CH4、C2H4)或用 CO、H2 还原 Fe2O3、CuO 之前,要先_。 (2)防暴沸:配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时,要将 密度大的浓硫酸缓慢倒入水中或酒精中;加热液体混合物时要,加_或_。,沸石,碎瓷片,(3)防中毒:制取有毒气体(如 Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、 NO)时,应在通风橱中进行,且进行_。 (4)防倒吸:
3、加热法制取并用排水法收集气体或吸收在水中 溶解度较大的气体(如 NH3、HCl)时,要注意熄灯顺序或加装安,全瓶。,尾气处理,5.实验方案创新设计的几个方面 (1)尾气处理装置的设计 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、能防止倒吸、尾气处理装置应与大气相 通。,例如:下列吸收氨气的装置(未标出的液体为水)中,_,_装置均能防止倒吸。,A、C、,E、F、G,(2)防污染安全装置的设计,例如:下列尾气处理装置中,A 装置可吸收有毒的尾气(如 Cl2 等),B 和 C 装置可吸收_的尾气(如 HCl、NH3 等), D 装置可用于除去 CO 等可燃性气体,E 装置
4、可用于收集所有 气体。,易溶,(3)量气装置的设计,例如:下列装置中,A 装置是常规的量气装置,B、C、D 装置是改进后的装置,而 E 装置不能测量气体体积。,(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,可以根据启普发 生器的原理设计出简易制气装置,如下图所示的装置。,二、实验方案评价,对几个实验方案进行评价,主要看实验方案是否正确、严 密、准确、可行,另外,有无干扰、是否经济、是否安全、有 无污染等也是要考虑的。,1.化学实验方案的可行性方面,只有合理且切实可行的实验方案才有意义。,可行性是方案的第一要素,评价方案时应注意从实验原理 和操作
5、两个方面分析:理论上要科学合理;操作上要简单 可行。安全合理,实验效果明显。,2.化学实验方案的绿色化学方面,(1)实验过程中是否容易造成环境污染。 (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。,评价一种实验方案,不仅要从科学性上判断是否可行,还 要从经济效益上考虑是否切合实际:仪器药品是否价格低廉、 便宜易得;反应是否充分,原子经济性是否较强。,3.从安全性方面对实验方案做出评价,(1)净化、吸收气体,当熄灭酒精灯及左边有挥发性液体被 加热,气压不恒定时(如乙酸乙酯的制备)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
6、,点燃酒精灯前先检验导管中排出 H2 的纯度等)。 (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、易潮解、易水解的物 质时要采取必要措施防止吸水,以保证达到实验目的)。,4.化学实验方案的规范性,(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、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
7、低的,顺序。,(4)其他。如:实验操作顺序;试剂加入顺序;装置 连接顺序;加热的方式和时机;仪器的查漏、气密性检验; 温度计水银球的位置;实验数据的读取;等。,5.最佳实验方案的选择,几个实验方案都能达到目的,应选出最佳方案。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。,6.实验方案评价分类 (1)实验装置的评价,对比各方案所用装置,从装置选用的合理性、操作的简便,可行性等方面进行全面分析,优选最佳装置。,(2)实验原理的评价,紧扣实验目的,对各方案的原理综合考虑,从原理是否科 学正确、是否节省原料、涉及的操作是否简便易行、误差是否 较小等方面进行全面分析,
8、设计或优选出最佳方案。,基础测评 1.(2016 年新课标卷)下列实验操作能达到实验目的的是,(,)。,解析:NaOH 浓溶液滴加到饱和 FeCl3 溶液中得到的是 Fe(OH)3 沉淀,并非 Fe(OH)3 胶体,A 错误;加热能促进 MgCl2 水解和 HCl 逸出,最终 MgCl2 完全水解生成 Mg(OH)2,不能得 到无水 MgCl2,B 错误;加入稀硝酸,CuO 和 Cu 均溶解,C 错 误;根据 Na 分别与水、乙醇反应的剧烈程度或产生气泡的快 慢可比较水和乙醇中氢的活泼性,D 正确。,答案:D,2.下列实验装置或操作设计正确,且能达到实验目的的是,(,)。,A.实验:配制一定物
9、质的量浓度的稀硫酸 B.实验:用二氧化碳做喷泉实验 C.实验:进行中和热的测定,D.实验:验证酸性强弱 H2SO4H2CO3HClO,解析:一定物质的量浓度溶液的配制,应该先在烧杯中稀 释,待冷却后再转移到容量瓶内,故 A 错误;二氧化碳易溶于 氢氧化钠溶液,打开弹簧夹,挤压胶头滴管,可以产生喷泉现 象,故 B 正确;进行中和热的测定缺少环形玻璃搅拌棒,故 C 错误;二氧化碳通入 NaClO 溶液中会生成 HClO,但是该反应 没有现象,无法通过该实验看出是否有 HClO 生成,故 D 错误。,答案:B,3.某课外实验小组设计的下列实验不合理的是(,)。,A.制备并观察氢氧化亚铁,B.证明过氧
10、化钠与水反 应放热,. . .,C.制备并收集少量 NO2 气体,D.实验室制备少量氨气,解析:A 项,生成的 H2 能将体系中的 O2 排出,能观察到 Fe(OH)2 白色沉淀;B 项,脱脂棉燃烧能说明 Na2O2 与水反应放 热;C 项,NO2 与水发生反应,故不能用排水法收集 NO2 气体; D 项,NaOH 固体溶于水放热且提供 OH,抑制 NH3H2O 的电 离,促进 NH3 的挥发,能用于制备少量 NH3。 答案:C,)。,4.下列实验设计能够成功的是( A.检验亚硫酸钠试样是否变质:,试样,溶液,白色沉淀,沉淀不溶解,B.除去乙酸乙酯中混有的乙酸:,混合液,溶液分层,得到上层液体
11、,C.证明酸性条件下 H2O2 氧化性比 I2 强:,NaI 溶液,溶液变蓝色,D.鉴定盐 A 的成分是 FeBr3:,解析:Na2SO3 与 Ba(NO3)2 反应生成的 BaSO3 可被 HNO3 氧化生成 BaSO4,A 错误;乙酸能与 Na2CO3 反应,上层液体是 乙酸乙酯,B 正确;在 NaI 溶液中加 HNO3 酸化,HNO3 可氧化 I,C 错误;若盐 A 是 FeBr2,也会出现同样的现象,D 错误。,答案:B,5.某小组同学用下图装置进行实验研究(a、b、c 表示止水,夹)。请评价或完善其方案:,(1)将装置 A、C、E 相连接,用 MnO2 和浓盐酸制取氯气,,请回答:,
12、氯元素在周期表中的位置为_。,A 中反应的离子方程式为_。 E 中氢氧化钠溶液的作用是_。,在 C 中加入适量的水可制得氯水。将所得氯水分成两份进,行实验,其操作、现象和结论为:,实验推出的相应结论是否合理?_。 若不合理,说明理由(若合理,无需填写):_,_。,实验推出的相应结论是否合理?_。若不合理, 请说明理由(若合理,无需填写):_。 (2)将B、D、E 相连,在 B中装浓硝酸和铜片,可制得 NO2。 B 中反应的化学方程式为_。 解析:(1)氯水中有漂白作用的不是 Cl2,而是 HClO。A、 C、E 相连接,制得的 Cl2 中含有 HCl 气体,HCl 溶于水也能与 NaHCO3
13、粉末反应产生气泡。,MnO22Cl4H,Mn2 2H2OCl2,答案:(1)第三周期第A 族,吸收多余的 Cl2(尾气处理),不合理 不合理,没有事先证明干燥的氯气有无漂白性 制取的氯气中含 HCl 气体,其溶于水也能与,NaHCO3 粉末反应产生气泡 (2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O,考点一 考向 1,实验方案的设计 物质制备型实验方案的设计,典例1(2017 年江苏卷)1-溴丙烷是一种重要的有机合成中 溴丙烷的主要步骤如下: 步骤 1:在仪器 A 中加入搅拌磁子、12 g 正丙醇及 20 mL 水,冰水冷却下缓慢加入 28 mL 浓 H2SO4;冷却至室温,搅拌
14、 下加入 24 g NaBr。,间体,沸点为71 ,密度为1.36 gcm3。实验室制备少量1溴,步骤 2:如下图所示搭建实验装置, 缓慢加热,直到无油,状物馏出为止。,步骤 3:将馏出液转入分液漏斗,分出有机相。,步骤 4:将分出的有机相转入分液漏斗,依次用12 mL H2O、 12 mL 5% Na2CO3溶液和 12 mL H2O洗涤,分液,得粗产品, 进一步提纯得 1-溴丙烷。,(1)仪器 A 的名称是_;加入搅拌磁子的目的是,搅拌和_。,(2)反应时生成的主要有机副产物有 2-溴丙烷和_,_。,(3)步骤 2 中需向接收瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的,目的是_。,(4)步骤 2 中
15、需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行,目的是,_。,(5)步骤 4 中用 5% Na2CO3 溶液洗涤有机相的操作: 向分 液漏斗中小心加入 12 mL 5% Na2CO3 溶液,振荡,_ _,静置,分液。,解析:(1)仪器 A 的名称是蒸馏烧瓶;加入搅拌磁子的目的 是搅拌(加快反应速率)和防止暴沸。(2)反应时生成的主要有机 副产物有 2-溴丙烷、正丙醇发生消去反应产生的丙烯、正丙醇 分子间脱水生成的正丙醚。(3)步骤 2 中需向接收瓶内加入少量 冰水并置于冰水浴中的目的是降低接收瓶内的温度,减少 1-溴 丙烷的挥发。(4)步骤 2 中发生反应:NaBrH2SO4=NaHSO4,HBr,CH3CH
16、2CH2OHHBr,CH3CH2CH2BrH2O,需缓,慢加热使反应和蒸馏平稳进行,目的是减少 HBr 挥发。(5)萃取 的操作:装液,振荡,将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排 出气体,静置,分液。将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排 出气体的目的是使分液漏斗内外大气压强平衡,防止内部压强 过大,将活塞冲开,使液体漏出。注意放气时切勿对着人。,答案:(1)蒸馏烧瓶,防止暴沸,(2)丙烯、正丙醚 (3)减少 1-溴丙烷的挥发 (4)减少 HBr 挥发 (5)将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体,方法技巧,物质制备流程,考向2,物质性质验证型实验方案的设计,典例2(2015 年新课标卷)草酸(乙
17、二酸)存在于自然界的 植物中,其 K15.4102,K25.4105。草酸的钠盐和钾盐 易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色, 熔点为 101 ,易溶于水,受热脱水、升华,170 以上分解。,回答下列问题:,(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体 的分解产物。装置 C 中可观察到的现象是_, 由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置 B 的主 要作用是_。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有 CO,为进行验 证,选用甲组实验中的装置 A、B 和下图所示的部分装置(可以 重复选用)进行实验。,乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为 A、B、 _
18、。装置 H 反应管中盛有的物质是_。 能证明草酸晶体分解产物中有 CO 的现象是_。 (3)设计实验证明:,草酸的酸性比碳酸的强_。 草酸为二元酸_。,解析:(1)结合草酸晶体(H2C2O42H2O)的组成可知,澄清石 灰水应是用来检验其分解产物 CO2 的。因草酸晶体易升华,且 草酸钙难溶于水,若草酸进入 C 装置,会干扰 CO2 的检验,故 装置 B 中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。(2)要验证 草酸晶体分解产物中还有 CO,只能通过检验 CO 与 CuO 反应 的产物 CO2 来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含 有 CO2,会对 CO 的检验造成干扰,所以在检验 CO 前
19、应将分 解产物中的 CO2 除尽,可选用 F 装置来除去 CO2,D 装置用来 检验 CO2 是否除尽。将除去 CO2 的气体通过盛有无水氯化钙的 装置 G 干燥,然后通过盛有 CuO 的装置 H,CuO 将 CO 氧化为,CO2,再将气体通过盛有澄清石灰水的 D 装置,用来检验 CO2 的存在。因 CO 有毒,最后可将尾气通过排水法收集。若前 一个装置 D 中澄清石灰水不变浑浊,说明草酸晶体分解的产物 CO2 已除尽;H 中黑色 CuO 变红,同时其后的装置 D 中澄清石 灰水变浑浊,说明草酸晶体分解产物中含有 CO。(3)根据强 酸制弱酸的反应原理,可选择向 NaHCO3 中滴加草酸溶液的
20、实 验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。根据酸碱中和反应原 理,可采用中和滴定的方法用 NaOH 标准溶液来滴定一定物质 的量浓度的草酸溶液,根据反应的草酸与 NaOH 的物质的量的 比值为 12,证明草酸是二元酸。,答案:(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊,CO2,冷凝(水,蒸气、草酸等),防止草酸进入装置 C 反应生成沉淀,干扰 CO2 的检验,(2)F、D、G、H、D、I,CuO,H 中黑色粉末变为红,色,其后的 D 中澄清石灰水变浑浊 (3)向盛有少量 NaHCO3 的试管里滴加草酸溶液,有气泡,产生,用 NaOH 标准溶液滴定草酸溶液,消耗 NaOH 的物质,的量为草酸的 2 倍,思维
21、建模,(1)根据物质性质设计实验方案的思维流程,(2)探究物质性质的基本程序,考向3,猜想型实验方案的设计,向硝酸酸化的 0.05 molL1 硝酸银溶液(pH2)中加入过量 铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。 (1)检验产物 取出少量黑色固体,洗涤后,_ (填操作和现象),证明黑色固体中含有 Ag。 取上层清液,滴加 K3Fe(CN)6溶液,产生蓝色沉淀,说 明溶液中含有_。,(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有 Fe3,乙认为铁 粉过量时不可能有 Fe3,乙依据的原理是_ _(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验: 取上层清液,滴加 KSCN 溶液,溶液变红,证实了
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