化学实验方案设计.docx

化学实验方案设计化学实验方案设计 在化学实验教学中，指导学生学会化学实验方案的设 计与评价，是培养学生综合能力的重要的教学方法。以下 是小编为大家整理的化学实验方案设计谱，欢迎有兴趣的 朋友前来查阅。 化学实验方案设计 1 了解化学实验是科学探究过 程中的一种重要方法； 了解化学实验常用仪器的主要用途和使用方法； 掌握化学实验的基本操作。能识别化学品安全使用 标识，了解实验室一般事故的预防和处理方法； 掌握常见气体的实验室制法； 了解常见离子的检验方法，能对常见的物质进行检 验、分离和提纯； 能根据要求配制一定溶质质量分数、物质的量浓度 的溶液。了解测定溶液 pH 的方法。 能根据实验试题要求，做到： 设计、评价或改进实验方案； 了解控制实验条件的方法； 分析或处理实验数据，得出合理结论； 识别典型的实验仪器装置图 以上各部分知识与技能的综合运用。 、化学实验设计的基本要求 科学性：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，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。 安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进 行具有一定危险性的实验操作。 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。 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。 经济性：在能达到实验目的的前提下尽量选用常见、 容易得到的、低价格的仪器和药品。 、化学实验方案设计的基本思路 明确目的原理：首先必须认真审题，明确实验的目 的要求，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。 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、 能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一 定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。 设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所 选用的实验仪器和药品，设计出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，实验步骤应完整而又简明。 记录现象数据：认真观察实验现象，全面准确地记 录实验过程中的现象和数据。 分析得出结论：根据实验中观察到的现象和记录的 数据，通过分析、计算、图表、推理，得出正确的结论。 化学实验方案设计试题主要的类型有：实验设计，实 验方案的优劣评价，仪器和试剂的选择及仪器的组装，物 质的制备及性质验证，实验现象描述与数据结果处理等， 综合性强、立意高、隐蔽性强。 、实验方案设计的解题方法 1、中学化学常用见气体制备的三种基本装置： 固一固加热制气装置：制 O2、NH3 等。 固一液常温制气装置：制 H2、CO2、H2S 等。 固一液加热制气装置：制 Cl2、SO2 等。 根据反应物的状态以及反应条件是否需要加热来选择 制气装置，把气体制备的化学反应与气体制备的装置相联 系，有利于提高实验设计能力。 2、药品选择的知识 检验水蒸气的有无用无水硫酸铜粉末，除去气体中 的水蒸气常用浓硫酸，有时也用碱石灰或氯化钙。 检验二氧化碳气体用澄清的石灰水，除去二氧化碳 气体常用氢氧化钠溶液，除去二氧化碳中的氯化氢常用饱 和碳酸氢钠溶液。 检验氯化氢气体用硝酸银溶液，除氯化氢气体可用 硝酸银溶液，也可用碱溶液或水。 检验氢气和一氧化碳的混合物，因为它们的性质非 常相似，需要灼热的氧化铜把它们转化为水和二氧化碳， 通过生成物加以验证。 3、思考问题的顺序 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。 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，以防止空气中的水蒸 气进入。 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、联想。例如涉及气体的制取和处理，对 这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发 生除杂质干燥主体实验尾气处理。 4、仪器连接的顺序 所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。 仪器是否齐全。例如，制有毒气体及涉及有毒气体 的实验是否有尾气吸收装置。 安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上， 从左到右” ；气体净化装置中应先经过水溶液洗气，后干燥。 仪器连接顺序是否正确。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。 5、实验操作的顺序 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。 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。 装药品进行实验操作。 在通过水溶液之前，需先检验有无水蒸气，因为气 体通过水溶液时必然带出水蒸气，此时已经无法判断水蒸 气的准确来源。 验证气体时，应先排除相应杂质的干扰，当水蒸气 和其他气体杂质都需要除掉时，应先除其他杂质后干燥。 设计实验方案一般包括以下内容： 提出假设，求证假设。 假设：对观察到的现象提出的一种可检测的解释。 提出假设寻找证据 符合事实假设成立； 不符合事实假设不成立。 预期：即在检测一个假设之前，先提出实验的预期 结果。如果预期没有实现，则说明假设不成立；如果预期 得到实验，则假设成立。 实验：根据提出的假设确定实验的目的，具体设计 和实施实验的方法步骤。 观察记录和收集数据：在设计一个实验时一定要事 先考虑好如何观察和记录实验现象、如何收集数据。如： 采用多长的时间间隔观察或记录一次，采用哪些指标作为 变化的标志等。 设立对照： 空白对照：对照组不作任何处理。 条件对照：给对照组所作的处理与实验组相同，但不 是所要研究的处理。 相互对照：不单设对照组，而是几个实验组相互对照。 前后对照：观察记录实验材料在实验前后的变化情况。 考虑实验的可操作性、经济成本、危害等。 分析、推论。对实验观察记录下来的现象、数据进 行整理、分析，就可以得到实验结果。根据实验事实进行 推理，得出结论。 、化学实验方案设计 注意事项： 1、药品和装置是部分给出或刚好还是有多余。若药品 和装置只部分给出，则应需要作必要的补充，若有多余， 则应进行筛选和淘汰。 2、题设条件有无特殊要求。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 置及确定操作步骤都做了限定，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。 4、药品的规格。有些题目要求指出药品的名称，这类 问题最难答准确，如一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、浓硫酸等。 5、设计实验时还要考虑因素： 净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸； 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸； 防氧化； 防吸水。 、化学实验方案设计常见题型分析 化学实验方案设计题型主要分为两大类型： 1、识别与分析评价实验方案。即对实验法加以评价， 或解释某步操作的目的，或推测实验现象等。解这类题目 的思路是：紧扣题意，明确试题考查的意图，要对题目所 给的信息认真进行分析、理解，并将其与已有的知识相结 合，形成相应的新知识网络，然后用于对实验方案的分析、 验证。 2、设计化学实验方案。所谓设计实验，是用多种装置 和仪器按某种目的进行串联组合完成某项实验，其类型较 多，考查形式多样。解答这类题目，要求学生对所学过的 物质的性质、制备和净化，常用仪器和装置的作用及使用 时应注意的问题等知识融会贯通，要善于吸收新信息并且 能加以灵活运用，故这类题目难度较大，是高考的重点题 型。解这类题的思路是：抓住实验目的，明确实验原理， 理解各仪器与装置的作用，联想化学原理与物质的有关性 质。 、中学化学实验设计常用典例 1、气体物质的实验室制备 根据中学化学和高考要求，应掌握常见气体的实验室 制法： 原料的选择：以实验室常用药品为原料，方便、经 济、安全，尽量做到有适宜的反应速率，且所得气体惟一。 装置的选择：由反应物的状态、反应条件和所制备 气体的性质、量的多少决定。装置从左到右组装顺序为： 发生装置净化装置干燥装置收集装置尾气吸收装 置。 仪器的装配：在装配仪器时，应从下而上，从左到 右，先塞好后固定；加入试剂时，先固后液；实验开始时， 先检验仪器的气密性，后点燃酒精灯；在连接导管后，应 长进短出；量气装置的异管应短进长出；干燥管应大口进， 小口出。 气体的除杂：先除杂，后除水，加热除氧放末尾。 常用的除杂试剂有：硫酸铜溶液、碳酸氢钠溶液、加热氧 化铜粉末、浓 NaOH 溶液、加热铜网、浓 H2SO4 或无水氯化 钙。 尾气的处理：燃烧法；碱液吸收法；水溶解法。 化学实验方案设计 2 1、制备实验方案设计的基本 步骤 实验方案的选择 首先根据原料和产品之间的转化关 系，设计各种不同的实验方案，然后根据原料的用量、原 料的价格、反应的条件、设备的要求、操作的可行性、对 环境的污染等因素进行多方面、多角度的综合分析，选择 较为合理的实验方案。 实验方案的设计 根据选定的实验方案，确定实验名 称、目的、原理、用品、步骤，必要的实验现象的记录或 对实验结果的处理等，来完成制备实验的设计。 2、某些有机物制备实验方案设计的注意事项 由于大多数有机反应，副反应较多，且为可逆反应， 因此设计有机物制备实验方案时，尽可能选择步骤少、副 产物少的反应的有机反应。若两种有机物参加的可逆反应， 应考虑多加一些价廉的有机物，以提高另一种有机物的转 化率和产率，另外有机物的制备实验，控制反应条件尤为 重要。 如实验室欲制备苯甲酸甲酯，在设计实验方案时，可 这样考虑：用甲醇与苯甲酸进行酯化反应，以浓 H2SO4 作 催化剂。因为酯化反应是可逆的。根据化学平衡移动原理， 增大反应物如甲醇的浓度，可以使平衡向有利苯甲酸甲酯 生成的方向移动。 在设计性质实验方案时，要充分了解物质的结构、性 质、用途与制法之间的相互关系，要根据物质的结构特点 来设计实验方案，探究或验证物质所具有的一些性质。推 测物质的性质基本思路是：根据物质的结构，推出该物质 所属类别，推测其基本的化学性质；然后进一步分析该物 质的特殊性，推测其独有的化学性质。 【典型例题分析】 例 1、实验室现有：未知浓度的烧碱溶液 100mL；能随 时提供 CO2 的发生装置；50mL 量筒；200mL 烧杯。请仅利 用上述药品和仪器制备纯碱溶液。 解析：CO2 气体和 NaOH 溶液反应可生成 Na2CO3 或 NaHCO3 要制备纯碱溶液。CO2 的量不易控制。可根据 NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O 的反应原理，将 100mLNaOH 溶液 分成两等份，一份中通入过量的 CO2 后再和另一份混合即 可。 答：用 500mL 量筒 50mL 的 NaOH 溶液；将量筒里的 NaOH 溶液倒入 200mL 烧杯中，通入过量 CO2；将剩余的 NaOH 溶液倒入烧杯中混合。 例 2、苯酚具有弱酸性，但苯酚却不能使石蕊试液变红、 Fe3+易与 C6H5OH 反应生成稳定的离子，反应的化学方程式 为：Fe3+6C6H5OH 3-+6H+ 1、试预测在苯酚钠溶液中逐滴加入 FeCl3 溶液，可依 次出现哪些现象： 现象：红褐色沉淀，离子方程式为 ； 现象： ； 现象： 。 2、若在 FeCl3 与 C6H5OH 的混合溶液中分别加入 过量 Fe 粉，其现象是 ， 足量 NaOH 溶液，现象是 。 解析：解答此题须掌握以下知识点：离子的水解反应 Fe3+的性质苯酚的性质化学平衡移动原理。回答 1 中有关 问题，可根据题意所给信息知道，苯酚钠是强碱弱酸盐， 而 FeCl3 溶液是强酸弱碱盐。两者混合时， -O- 和 Fe3+ 都发生水解且相互促进，从而生成 Fe(OH)3 和 ， 接着和 FeCl3 溶液生成紫色溶液，但随着反应的不断进行， 混合液中酸性增强，使 Fe(OH)3 沉淀逐渐溶解。对于 2 中 有关问题根据平衡移动原理来解答。 答：1、Fe3+3 -O-+3H2OFe(OH)3+3 溶液变成紫色 红褐色沉淀逐渐溶解 2、溶液由紫色变成浅绿色 有红褐色沉淀产生，紫色褪去。 1、对所需氯化钠无需严格控制其重金属离子含量和细 菌存在的是 A、用焰色反应检验 Na+ B、静脉注射用盐 C、用电解法制 Cl2 D、熔盐用于金属零件热处 理 2、利用启普发生器制备 CO2 时，所选用的试剂比较合 理的是 A、CaCO3 粉末和稀盐酸 B、石灰石与稀硝酸 C、石灰浆与稀盐酸 D、纯碱与盐酸 3、制备 1，2-二溴乙烷的合理反应是 A、乙烷光照下与 Br2 反应 B、乙烯加成 HBr C、乙炔与过量 Br2 反应 D、乙烯加成 Br2 4、下列事实中，能证明氯化氢是共价化合物的是 A、氯化氢易溶于水 B、氯化氢的水溶液能导电 C、液态氯化氢不导电 D、氯化氢不易分解 5、在实验中手不慎被玻璃划破，可用 FeCl3 溶液紧急 止血，其主要原因是 A、FeCl3 溶液能使血凝聚 B、FeCl3 溶液具有 杀菌消毒作用 C、FeCl3 溶液能产生 Fe(OH)3 沉淀堵住伤口 D、FeCl3 溶液能使血液发生化学变化 6、人们在日常生活中，为了使苯变得味香可口，炒菜 时加酒又加醋，使菜变得香味可口的原因是 A、有酯类物质生成 B、有盐类物质生成 C、有酸类物质生成 D、有醇类物质生成 7、下列实验中，能验证乙二酸比乙酸酸性强的是 A、分别将未知浓度的两种酸滴在 Na2CO3 粉末上 B、同温时取等物质的量的浓度的两种酸分别滴定L- 1 的 NaOH 溶液 C、相同温度时取等物质的量的浓度的两种酸分别滴在 pH 试纸上 D、分别将乙二酸晶体和冰醋酸置于 pH 试纸上 8、向盛有 Na2CO3 粉末的试管里滴加乙二酸溶液立即 产生了能使澄清石灰水变浑浊的气体。这一现象说明了乙 二酸的下列何种性质 A、使 Na2CO3 发生复分解反应 B、比 H2CO3 酸性强 C、比 H2CO3 酸性弱 D、使 Na2CO3 分解 9、验证乙酸乙酯密度，溶解性和水解三项性质的合理 实验是 A、将其滴入水中，随即滴加碱液并迅速加热至沸腾 B、将其滴入沸腾的碱液中观察 C、将其滴入水中观察片刻，再滴加含有酚酞的碱液并 缓缓加热 D、将其滴入沸腾的水中观察 10、已知酸性大小：羧酸碳酸苯酚。下列含溴化合 物中的溴原子，在适当条件下都能被羟基取代，所得产物 能跟 NaHCO3 溶液反应的是 A、 -C-Br B、 -CH2Br C、 -Br D、 -Br 11、将(NH4)2SO4 溶于水得到无色溶液，为使溶液中 NH4+和 SO42-的物质的量的浓度之比为 2，采取的下列措施 正确的是 A、加入适量稀 H2SO4，抑制 NH4+水解 B、加入适 量的氨水，使溶液的 pH 等于 7 C、加入适量的 NaOH，使溶液的 pH 等于 7 D、加入 适量的 NH4Cl 12、一定质量的铜与足量的浓硝酸或稍硝酸完全反应， 在相同条件下用排水法收集反应产生的气体。下列叙述正 确的是 A、硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少 B、硝酸浓度不同，生成 Cu(NO3)2 的物质的量相同 C、硝酸浓度越大，产生的气体体积越少 D、两者用排水法收集到的气体体积相等 13、已知金属钠能溶解在无水液氨中形成蓝色的液氨 溶液。若小心地蒸去氨，可得到白色固体 NaNH2，反应是： 2Na+2NH3=2NaNH2+H2。据此判断下列叙述中不正确的是 A、钠的液氨溶液有强还原性 B、液氨不能电离 C、液氨能发生电离，可表示为：2NH3 NH4+NH2- D、蒸发钠的液氨溶液时，蓝色会逐渐褪去 14、实验室制备乙烯时，加热乙醇和浓硫酸的混合物 应先放一些 以防暴沸；且温度应 到 。若加热温度偏低会产生 ； 温度过高会产生 和 等酸性气体，且混合 液中会有 色难溶的 生成。这一事实说 明实验中控制 的重要性。 在用废铁钉制备 FeSO4 溶液时，可向溶液中加入少许 以防止 Fe2+的氧化，滴加几滴 溶液以达到 的目的。 15、亚磷酸是一种无色晶体，有大蒜气味的强吸湿性。 在亚磷酸溶液中加入过量的 NaOH 溶液，生成的主要产 物是 Na2HPO3，这一实验事实说明亚磷酸是 元酸，它的电离方程式为 ，亚磷酸结构式为 。 亚磷酸具有强还原性，当它与碘水混合后，可以看到 碘水褪去，并有 H3PO4 生成，其化学方程式为 。 在亚磷酸溶液中加入 AgNO3 溶液后，有黑色沉淀生成 并且生成无色气体，试管口有红棕色气体产生，则反应的 化学化程式为： 。 16、在带铁锈的燃烧中盛装少许硫磺粉，用酒精灯加 热引燃后迅速插入空集气瓶中，并用玻片盖住。 可观察到集气瓶中的现象是 ； 在上述小实验后的集气瓶中加入少许 Ba(OH)2 溶液， 盖上玻片，振荡后可观察到的现象是 。 在实验后的集气瓶中加入少许稀盐酸，振荡后可观察 到的现象是 。 17、在右图的装置中，当容器 A 中的反应开始后，再 分别进行下列操作： 若弹簧夹 C 打开，B 容器中有何现象？ 若弹簧夹 C 关闭一会儿，容器 A 中的反应还在