小高考化学实验设计与评价.ppt

实验设计和评价,2014年2月,一、探究性实验方案的设计,题目特征 开放性 探究性 综合性,为探究Cl2和SO2同时通入H2O中发生的反应，某化学兴趣小组设计了如图所示的实验装置。,题型示例：,(1)小组同学采用Na2SO3粉末与70%的硫酸反应制取SO2气体，采用MnO2和浓盐酸加热制取Cl2。已知SO2的溶解度比Cl2大40倍，在此实验中，E仪器的作用是_；发生装置B应选择以下三种装置中的_(填序号)。,(2)资料显示等物质的量的Cl2和SO2同时通入H2O中恰好反应生成两种酸，请写出反应的离子方程式_。 (3)为了不影响产物的检验，小组成员认为上述整套装置有一处不合理，应在_装置之间(填代号)连接一装置。,【解析】二氧化硫在水中的溶解度大，易溶于水，干燥管E的作用是防倒吸，制备氯气时需要加热，选择。二氧化硫、氯气和水反应生成硫酸和盐酸，用二氧化锰和浓盐酸加热制氯气时，回带出氯化氢气体，应该除去。 答案：(1)防倒吸 (2)SO2+Cl2+2H2O=4H+2Cl-+SO42- (3)B、C,1.化学实验方案设计的基本要求,实验原理、实验流程科学合理。,保护人身安全、仪器、环境。,仪器、条件、试剂在中学现有条件 下能满足要求。,步骤少、仪器装置简单、节省药品、效果好。,一、探究性实验方案的设计,2.实验内容：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。实验目的。实验原理。 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。 实验现象的记录及结果处理。 问题与讨论。,一、探究性实验方案的设计,3.化学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，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。,一、探究性实验方案的设计,4.化学实验方案设计的注意事项 (1)实验操作顺序。 装置选择与连接气密性检查加固体药品加液体药品开始实验(按程序)拆卸仪器其他处理等。,一、探究性实验方案的设计,(2)加热操作先后顺序的选择。 若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。,(3)实验中试剂或产物防止变质或损失。 实验中反应物或产物若易吸水或与水反应等，要采取措施防止吸水； 易挥发的液体产物要及时冷却； 易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)； 注意防止倒吸的问题。,(4)选用仪器及连接顺序。,仪器,选择,顺序,是否恰当,是否齐全,安装顺序,连接顺序,所给仪器全用还是选用， 是否可重复使用,是否有除杂和尾气处理装置,自下而上，从左到右，先洗气后干燥,洗气时长进短出，干燥 管粗进细出,(5)仪器药品的准确描述。 实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液等。 仪器名称：如坩埚、100 mL容量瓶。 (6)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。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。,【特别提醒】 (1)实验方案的设计对细节要求较高，往往在细节上失分，如实验原理、仪器选择、操作步骤、实验现象的描述、实验安全等方面，不全面、不准确是失分的重要方面。 (2)实验设计不完整，也是实验题失分的重要原因。如制备一些在空气中易变质的物质时，在制备装置后还要连接一防变质装置。,判断下列说法的正确与否，在正确的后面画“”，在错误的后面画“”。 (1)氢气还原氧化铜实验中，要先加热CuO后再通入氢气 (2)加热制取且用排水法收集的气体的装置在拆卸时，应该先将导管从水槽中取出，后熄灭酒精灯,题型示例：,(3)将氯气的制备与性质实验联合进行以减少实验中的空气污染 (4)为测定熔融氢氧化钠的导电性，可在瓷坩埚中熔化氢氧化钠固体后进行测量 (5)某溶液中通入Cl2后，滴入KSCN溶液以检验原溶液中有无Fe2+,题型示例：,(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、不能倒吸、尾气处理装置应与大气相通。,题型示例几种简易实验装置设计,如：下列吸收氨气的装置(未标出的液体为水) 均能防止倒吸， 均不能。,(2)防污染安全装置设计： 如：下列尾气处理装置中， 可吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)， 装置吸收溶解度较大的尾气(如HCl、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： 如：下列装置中A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置，而装置E则不能测量气体体积。,题型示例几种简单实验方案设计,1如何除去NaCl固体中的MgCl2? 提示：加入稍过量的NaOH溶液后过滤，向滤液中再加适量的HCl溶液后蒸发结晶即可。,题型示例几种简单实验方案设计,3现有一工业纯碱样品(含少量氯化钠等不与酸反应的杂质)，用如图装置测定样品中碳酸钠的质量分数，其中正确的是,题型示例几种简单实验方案设计,4.设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。 (1)实验原理： ， 。,AgCl=AgCl,题型示例几种简单实验方案设计,(2)实验试剂：氯酸钾固体、 、 、稀硝酸。 (3)操作步骤： 将氯酸钾和MnO2混合共热； 冷却至室温，加水充分溶解后， ； 取少量滤液于一洁净试管中，加入几滴 ，观察到有白色沉淀生成，证明氯酸钾中含有氯元素。,MnO2,AgNO3溶液,过滤,硝酸酸化的,AgNO3溶液,题型示例几种简单实验方案设计,题型示例几种简单实验方案设计,(1)用如图装置制备干燥纯净的 CO，装置中 a 和 b 的作用分别是_，_；c 和 d 中盛装的试剂分别是_，_。该装置制备 H2，气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是_；在虚线框内画出收集干燥 H2 的装置图。 (2)实验室制得的丙烯中含有 SO2、CO2 及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是_(填序号)。 饱和 Na2SO3 溶液 酸性 KMnO4 溶液 石灰水 无水 CuSO4 品红溶液,解析：(1)因为a连接分液漏斗和烧瓶，故a具有恒压作用，能使漏斗内的液体顺利流下，由b装置导气管长短可知b装置是为了防止倒吸，因为甲酸易挥发，所以制备的CO中一定含有甲酸，用NaOH溶液除去，d中盛有浓硫酸，干燥CO；若用以上装置制备氢气，因为是液体与固体不加热制备气体的反应装置，所以必须用到的玻璃仪器是分液漏斗和蒸馏烧瓶；要收集干燥的氢气，不能用排水法收集，则应该用向下排空法收集氢气。,(2)注意检验的是4种气体，要先检验水的存在；因为SO2的存在会干扰CO2的检验，所以应该先检验SO2并除去SO2，再检验CO2，SO2与丙烯均与酸性KMnO4溶液反应，所以不能用酸性KMnO4溶液除SO2气体，只能用饱和Na2SO3溶液除去SO2，故正确的顺序应该是。 答案：(1)恒压 防倒吸 NaOH溶液 浓硫酸 分液漏斗、蒸馏烧瓶 (2),课题式学习是研究性学习的一种方式，其基本模式为：,题型示例几种简单实验方案设计,如图是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式学习中，甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置。,(1)实验时应先点燃_(填“A”或“B”)处的酒精灯。 (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。如图是他设计的贮气瓶，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_。 (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？ _。,【解题指南】解答本题要注意以下两点： (1)点燃A处酒精灯之前先检验装置内气体纯度，以防爆炸； (2)通入的如果是CO和CO2的混合气体，应先除去CO2以防干扰。,【解析】(1)应先点燃B处酒精灯，当导管口气体点燃后表示硬质玻璃管内已充满纯净的CO气体。再点燃A处酒精灯，使反应发生： (2) CuO+CO=Cu+CO2。 (3)a口通入 (4) (5)应先通过碱石灰(或NaOH溶液)，除去CO2，排除干扰。,【互动探究】(1)处理尾气还可以采取什么方法？ 提示：可以用充真空气囊(球)的方法。 (2)乙同学设计的装置改进后还可以作安全瓶，来调节气压，如何改进？ 提示：再在该装置的塞子打一孔，装一长颈漏斗，插到水面以下，导管都改为短导管并高于水面。当气压过高时，气体就将水压入漏斗中，使压强保持恒定。,二、实验方案的评价,题目特征： 该类试题一般给出一个或几个实验方案，让学生根据化学实验原理、元素化合物知识以及科学实验的手段等，通过分析与综合、比较与论证、归纳与筛选，从不同角度对指定实验方案的优劣做出综合评价。,化学实验方案的评价思路方法： 对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。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.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)吸收气体或熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。 (2)进行某些易燃气体实验时要防爆炸(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”)。 (4)污染性的气体要进行尾气处理； (5)防吸水(如实验取用、制取易吸水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)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。 (2)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序。 (3)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。,【提醒】 化学实验方案主要在以下几个方面容易出现失误： (1)规范方面，如操作、观察、读数等。 (2)安全方面，如安全瓶、气体点燃、防暴沸、防倒吸、防污染等。 (3)量化方面，如仪器规格的选择、数据记录与处理、误差分析等。 (4)创新方面，如装置的改进、方案的优化等。 (5)表达方面，如实验现象、实验操作的表述等。,提示：制取相同量的Cu(NO3)2，方案所用HNO3最少，节约试剂且方案不产生污染环境的氮的氧化物，故方案为最佳方案。,题型示例几种简单实验方案的判断,题型示例几种简单实验方案的判断,下列从原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的方案是哪个？,题型示例几种简单实验方案的判断,提示：方案1，C在空气中燃烧不能得纯净的CO。方案2，AgNO3溶液价格较高，不经济。方案4，Fe燃烧后的产物为Fe3O4，不是Fe2O3。因此，只有方案3合理。,某氯碱厂利用废铁皮制取净水剂FeCl3，最合理的生产途径是,题型示例几种简单实验方案的判断,解析：C、D项Cl2与H2光照时发生爆炸，不能用此法制HCl；B比A步骤多，原料利用率低；所以最合理的生产途径是A。 答案：A,某化学兴趣小组设计了下列四个实验装置，试图通过观察实验现象说明CO2与NaOH溶液发生了反应。其中无法达到实验目的的是,解析：D项中a瓶中的导气管应长进短出。,答案：D,题型示例几种简单实验方案的判断,设计四种制备气体的方案：加热稀硫酸和铜反应制二氧化硫；加热稀盐酸和MnO2，制备氯气；用稀硫酸和大理石制备二氧化碳；用浓硫酸和锌粒制备氢气，不宜采用的方案有 A只有和 B只有和 C只有和 D,答案：D,解析：用铜制二氧化硫应用浓硫酸；制Cl2应用浓盐酸；CaSO4微溶于水，会附着在大理石表面，使反应终止，故制CO2应用稀盐酸；浓硫酸有强氧化性，与Zn反应不产生H2。,A溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液 B实验室中方案更便于实施 C溶液A和B均可选用稀硝酸 D若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小,解析：盐酸或NaOH溶液均可溶解铜铝混合物中的金属铝，因此可测定反应放出H2的体积，也可测定剩余的金属铜的质量，A说法正确。称量剩余固体的质量比测定气体的体积更容易实施，B说法正确。溶液B若为稀硝酸，则Cu、Al均可溶解，没有固体剩余，C说法错误。若溶液B选用浓硝酸，则Cu可完全溶解，但铝在浓硝酸中钝化导致剩余固体质量增加，则使测定的铜的质量分数偏小，D说法正确。 答案：C,某无色混合气体中可能含有乙烯、二氧化碳、二氧化硫和氧气，为确定其中一定含有二氧化碳、二氧化硫，甲、乙、丙3位同学分别设计了下述实验方案，并都认为：如果观察到的现象与自己设计的方案一样，就可确认无色气体中一定含有二氧化碳和二氧化硫。,题型示例几种简单实验方案的判断,试用简要语言评价上述各实验方案是否严密？并说明原因。 (1)方案甲：_；,试用简要语言评价上述各实验方案是否严密？并说明原因。 (2)方案乙：_； (3)方案丙：_；,解析：因混合气体中可能含C2H4、CO2、SO2、O2，当混合气体通过酸性高锰酸钾溶液和溴水而分别使之褪色时，可能是C2H4，也可能是SO2反应引起的，不能确定一定含SO2，因此甲、乙的方案设计不严密。而上述混合气体中能使品红溶液褪色的只有SO2，且品红溶液颜色变浅而不是褪色，说明SO2完全被吸收，再使澄清的石灰水变浑浊，说明一定含有CO2。,答案：(1)不严密，有乙烯的干扰 (2)不严密，有乙烯的干扰 (3)不合理，上述气体中只有SO2能使品红溶液褪色，通过足量品红溶液后，除去二氧化硫，剩余气体能使澄清石灰水变浑浊，则一定有CO2存在,信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：,题型示例几种简单实验方案的判断,请回答下列问题： (1)第步Cu与酸反应的离子方程式为: _； 得到滤渣1的主要成分为_。 (2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的优点是_。 (3)用第步所得CuSO45H2O制备无水CuSO4的方法是_。,(4)由滤渣2制取Al2(SO4)318H2O，探究小组设计了三种方案：,上述三种方案中，_方案不可行，原因是_； 从原子利用率角度考虑，_方案更合理。,解析 (1)加热条件下铜、铝、铁均与混合酸反应，而铂和金都不与混酸反应，因此滤渣是铂与金； (2)双氧水只和二价铁离子反应，将二价铁离子氧化成三价铁离子； (3)由硫酸铜晶体制取硫酸铜只需要将晶体加热脱水就可以；,(4)滤渣2中含有氢氧化铁和氢氧化铝，制备硫酸铝晶体必须将铁元素分离出来，甲操作没有分离铁元素，所得的固体中一定含有硫酸铁，乙操作比丙操作少用了氢氧化钠试剂，同时还增加了产品的量。,某同学想利用图示装置(夹持装置已略去)实验，探究SO2与Na2O2反应的产物。 测得反应前C管的质量为m1 g，反应后C管的质量为m2 g，反应后装置D质量增加了n g。请分析：,题型示例几种简单实验方案的判断,.装置B的作用_， 装置D的作用_。 .如何检验反应中是否有O2生成_。 .对C中固体产物提出如下假设： 假设1：只有Na2SO3，假设2：只有Na2SO4 假设3：_。,(1)若Na2O2反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲同学设计如下实验：将C中的固体配成溶液，加Ba(NO3)2溶液，得到白色沉淀，加足量稀硝酸，沉淀不溶解。得出结论：产物是Na2SO4。 该方案是否合理_(填“是”或“否”)，理由是_。,(2)若假设1成立，某同学以反应前后C管的质量差(m2-m1) g为依据推断生成Na2SO3的质量为(m2-m1)126/64 g。老师提示推算不合理,请你分析其中的缘由:_ _。 (3)若假设2成立，则参加反应的Na2O2的物质的量为_mol(列计算式)。,【提示】解答本题时应注意以下三点： (1)明确该装置中各仪器的作用； (2)二氧化硫虽然类似二氧化碳，但二氧化硫还原性很强可被过氧化钠氧化； (3)评价实验方案的正误时，要考虑有无副反应。,【解析】：过氧化钠能与水蒸气反应，装置B的作用就是干燥二氧化硫；同时要防止空气进入。 ：检验氧气用带火星的木条，观察是否复燃。 ：假设3为Na2SO3和Na2SO4两者的混合物； (1)该方案不合理，因为硝酸有氧化性，即使产物为亚硫酸钠，生成的亚硫酸钡也被氧化成硫酸钡； (2)若假设1成立，则发生反应2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2，(m2-m1)不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理。 (3)若假设2成立，则发生反应Na2O2+SO2=Na2SO4，二氧化硫的质量为m2-m1，n(Na2O2)=(m2-m1)/64,答案： .干燥SO2气体，防止水蒸气与Na2O2反应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 .用带火星的木条靠近干燥管口a，观察其是否燃烧 .有Na2SO3和Na2SO4 (1)否 HNO3有氧化性，可将SO32-氧化为SO42-，据此不能确定产物是Na2SO3还是Na2SO4或二者兼有 (2)因为该反应中吸收SO2的同时有O2产生，所以(m2-m1 )不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理 (3)(m2-m1)/64,【技巧点拨】假设法判断某一实验方案能否达到目的 (1)先假设该实验能达到目的。 (2)根据该实验列出得出的结论。 (3)结合题目中的信息判断该结论是否符合事实。符合事实，则反应成立，反之，不成立。,某化学研究小组发现，N2的制取有下列不同方案： a方案：加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉 方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得 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图几种仪器来制取N2,题型示例几种简单实验方案的判断,（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，该发生装置中发生反应的化学方程式为 ， 要制取并收集纯净的N2（允许含有少量水蒸气），还须使用到的上述仪器中的（按气流从左到右的流向顺序列出） （填A、B、C）。 （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，这种方法与方案b相比，其优越性在于 。,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，用此法制得的气体中还会含有未反应的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、C；（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的方案中可将Cu和CuO交替使用，进行循环使用，从而降低成本，而b方案中用到了有毒的NaNO2。,黄铁矿是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料。某化学兴趣小组对某黄铁矿石(主要成分为FeS2)进行如下实验探究。 实验一 测定硫元素的含量 .将m1 g 该黄铁矿样品放入如图所示装置(夹持和加热装置省略)的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至反应完全，得到红棕色固体和一种刺激性气味的气体。写出石英管中发生反应的化学方程式_。,题型示例几种简单实验方案的判断,.反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理。,(1)中，甲瓶内所盛试剂是_溶液。乙瓶内发生反应的离子方程式有_、 _。 (2