高考化学一轮复习 12.4化学实验方案的设计与评价课件.pptVIP

第4讲化学实验方案的设计与评价 一 实验方案的设计 1 实验方案设计的类型 1 根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分 2 根据化学实验内容划分 2 实验方案设计的内容 实验名称 实验目的 实验原理 实验用品 仪器 药品及规格 实验步骤 包括实验仪器装配和操作 实验现象记录及结果处理 问题讨论 物质性质实验方案的设计思路 特别提醒 答案 设计一个实验应从以下几方面入手 根据实验目的 阐明实验原理 选择合适的仪器和药品 根据实验的特点 设计实验装置 画出装置图 根据实验的要求 设计可行的操作步骤和观察重点 分析实验中应注意的事项 实验结束后应写出完整的实验报告 互动探究1如何设计一个实验 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 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 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 二 实验方案的评价 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 对环境友好的合成路线 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 对化学实验过程或方案应从以下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 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 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 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 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 6 其他 如实验操作顺序 试剂加入顺序 实验方法使用顺序等 实验评价问题是高考题经常考查的一类综合性实验试题 可以很好地考查学生分析问题和解决问题的能力 在比较几个实验方案及选择合理装置时 首先要明确实验原理和实验目的 分析各种方案设计是否合理 确定不合理方案的原因 认真对比各方案 各装置的异同 重点分析其中的不同之处 体会在不同之处哪个方案 装置更合理有效 经过对不同之处逐一分析 以得到最佳方案 特别提醒 答案 最佳方案的选用是指几个实验方案都能达到目的 选出其中最佳的一个并分析各方案的优劣 所谓最佳 无非是指装置最简单 药品容易取得并价格低廉 现象明显 无干扰物质以及无污染等 互动探究2什么叫做最佳方案 考点透析 考点1物质性质实验方案的设计 典例1甲 乙两同学为探究so2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色baso3沉淀 用下图所示装置进行实验 夹持装置和a中加热装置已略 气密性已检验 1 a中反应的化学方程式是 2 c中白色沉淀是 该沉淀的生成表明so2具有性 3 c中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是 4 分析b中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因 甲认为是空气参与反应 乙认为是白雾参与反应 为证实各自的观点 在原实验基础上 甲在原有操作之前增加一步操作 该操作是 乙在a b间增加洗气瓶d d中盛放的试剂是 进行实验 b中现象 检验白色沉淀 发现均不溶于稀盐酸 结合离子方程式解释实验现象异同的原因 5 合并 4 中两同学的方案进行实验 b中无沉淀生成 而c中产生白色沉淀 由此得出的结论是 解析 对于将二氧化硫通到盐溶液当中或者将二氧化碳通到盐溶液当中 或者一前一后通到盐溶液当中 或者混合气体通到盐溶液当中是否有沉淀的问题 第一 二氧化碳 二氧化硫通到强酸 强碱的盐溶液当中 尤其像氯化钡 氯化钙 如果想要出现沉淀必须得采用过量的碱 第二 除了过量碱以外 对二氧化硫还有一点特殊 如果通入一个盐溶液当中 它被氧化 比如硝酸根这混着氯气 二氧化氮等一些气体 有可能就被氧化成硫酸根 从而和钡离子产生硫酸钡沉淀 突破此难点 解此题就不难了 铜与浓硫酸反应 的方程式为 cu 2h2so4 浓 cuso4 so2 2h2o c中的沉淀应为baso4并说明so2有还原性 c中溶液上方有红棕色气体产生的化学方程式为 2no o22no2 甲同学的观点是空气参加了反应 故补充实验是给装置通一段时间的n2 排除装置中的空气 乙同学的观点是白雾参加了反应 故应补充一个实验装置 以除去白雾 故应在a b间添加一个d装置 装的试剂应为饱和nahso3溶液 反应方程式为 甲ba2 sbaso4 乙2ba2 2so2 2h2o o22baso4 4h 据沉淀量的不同 可判断白雾量远多于氧气的量 答案 1 cu 2h2so4cuso4 so2 2h2o 2 baso4 还原 3 2no o22no2 4 通n2一段时间 排除装置中的空气 饱和nahso3溶液 甲 s ba2 baso4 乙 2ba2 2so2 o2 2h2o2baso4 4h 白雾的量远多于装置中o2的量 5 so2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成baso3沉淀 1 性质实验方案的设计的分类 1 性质探究性实验方案设计 其程序为物质 实验事实 科学抽象 结论 即主要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 然后据此设计出合理的实验方案 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 技能归纳 2 常见验证物质性质的方法和试剂 1 证明酸性 ph试纸或酸碱指示剂 与na2co3溶液反应 与zn等反应 2 证明弱酸性 证明存在电离平衡 测定对应盐溶液的酸碱性 测量稀释前后ph的变化 3 证明氧化性 与还原剂 ki so2 h2s等 反应 产生明显的现象 4 证明还原性 与氧化剂 如kmno4 浓hno3等 反应 产生明显的现象 5 证明为胶体分散系 有丁达尔效应 6 证明有碳碳双键 或三键 使溴水或酸性kmno4溶液褪色 7 证明酚羟基 与浓溴水反应产生白色沉淀 与fecl3溶液发生显色反应 8 证明醛基 与银氨溶液作用产生光亮的银镜 与新制cu oh 2悬浊液作用产生砖红色沉淀cu2o 9 证明醇羟基 与羧酸发生酯化反应 其产物不溶于水 有水果香味 10 比较金属的活动性 与水反应的剧烈程度 与酸反应的快慢 与盐溶液反应 组成原电池 电解时形成的阳离子在阴极的放电顺序 最高价氧化物对应水化物的碱性强弱 11 比较非金属的活动性 置换反应 与h2反应的难易及形成的气态氢化物的稳定性 气态氢化物的还原性强弱 最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 12 比较酸 或碱 的酸 或碱 性强弱 较强的酸 或碱 能制得较弱的酸 或碱 学以致用 1 已知物质x的部分性质如下表 为了探究x的分解产物 需要对x进行加热 应选择的最佳加热装置是 加热所用部分仪器略去 解析 x的熔点为101 5 即常温下x是固体 且x分解时有水生成 故试管口应该向下 但由于x的熔点比分解温度低 所以d项装置为最佳加热装置 d项符合题意 答案 d 考点2定量实验与实验数据的处理 典例2三草酸合铁酸钾晶体 k3 fe c2o4 3 xh2o 是一种光敏材料 在110 可完全失去结晶水 为测定该晶体中铁的含量和结晶水的含量 某实验小组做了如下实验 1 铁含量的测定 步骤一 称量5 00g三草酸合铁酸钾晶体 配制成250 ml溶液 步骤二 取所配溶液25 00ml于锥形瓶中 加稀h2so4酸化 滴加kmno4溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳 同时 mn被还原成mn2 向反应后的溶液中加入一小匙锌粉 加热至黄色刚好消失 过滤 洗涤 将过滤及洗涤所得溶液收集到锥形瓶中 此时 溶液仍呈酸性 步骤三 用0 010mol l 1kmno4溶液滴定步骤二所得溶液至终点 消耗kmno4溶液20 02ml 滴定中mn被还原成mn2 重复步骤二 步骤三操作 滴定消耗0 010mol l 1kmno4溶液19 98ml 请回答下列问题 配制三草酸合铁酸钾溶液的操作步骤依次是 称量 转移 洗涤并转移 摇匀 加入锌粉的目的是 写出步骤三中发生反应的离子方程式 实验测得该晶体中铁的质量分数为 在步骤二中 若加入的kmno4溶液的量不够 则测得的铁含量 选填 偏低 偏高 不变 2 结晶水的测定 将坩埚洗净 烘干至恒重 记录质量 在坩埚中加入研细的三草酸合铁酸钾晶体 称量并记录质量 加热至110 恒温一段时间 置于空气中冷却 称量并记录质量 计算结晶水含量 请纠正实验过程中的两处错误 解析 1 在配制物质的量浓度的溶液时 要经过 计算 称量 溶解 移液 洗涤 振荡 定容 摇匀等步骤 加入锌粉的目的是将fe3 还原成fe2 在步骤三中发生的离子反应为 5fe2 mn 8h 5fe3 mn2 4h2o 根据步骤三中的离子反应可知 n fe 5n mn 5 0 01mol l 1 10 3 10 0 01mol m fe 56g mol 1 0 01mol 0 56g 晶体中铁的质量分数 100 11 20 若在步骤二中滴入酸性高锰酸钾溶液不足 则会有部分草酸根未被氧化 在步骤三中则会造成消耗酸性高锰酸钾溶液的量偏大 从而计算出的铁的量增多 含量偏高 2 加热后的晶体要在干燥器中冷却 防止重新吸收空气中的水分 另外在加热时至少要称量两次质量差 到两次称量质量差不超过0 1g 答案 1 溶解 定容 使溶液中的fe3 还原为fe2 mn 5fe2 8h mn2 5fe3 4h2o 11 20 或0 112 偏高 2 冷却应该在干燥器中冷却 多次加热 称量 至连续两次称量质量差不超过0 1g为止并记录质量 技能归纳 教材中讲解的定量实验有溶液的配制 中和滴定 中和热测定等 代表性的实验是中和热的测定 除了考查实验原理和实验操作注意事项外 更重要的是考查数据处理的能力 高考中定量实验的考查肯定不会局限于中学教材中的几个定量实验 更多的是教材实验的衍生和拓展 这就要求我们不但要掌握教材中的几个定量实 验的操作方法及注意事项 更重要的是挖掘教材中的实验内容 掌握定量实验技能 在仔细观察和正确操作的前提下 准确测定和计算 具备正确记录 分析或处理数据的能力 掌握定量实验的误差分析方法 学以致用 2 化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究 查得资料 该牙膏摩擦剂由碳酸钙 氢氧化铝组成 牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生 摩擦剂中氢氧化铝的定性检验 取适量牙膏样品 加水充分搅拌 过滤 1 往滤渣中加入过量naoh溶液 过滤 氢氧化铝与naoh溶液反应的离子方程式是 2 往 1 所得滤液中先通入过量二氧化碳 再加入过量稀盐酸 观察到的现象是 利用下图所示装置 图中夹持仪器略去 进行实验 充分反应后 测定c中生成的baco3沉淀质量 以确定碳酸钙的质量分数 3 实验过程中需持续缓缓通入空气 其作用除了可搅拌b c中的反应物外 还有 牙膏样品中碳酸钙的定量测定 4 c中反应生成baco3的化学方程式是 5 下列各项措施中 不能提高测定准确度的是 填标号 a 在加入盐酸之前 应排净装置内的co2气体 b 滴加盐酸不宜过快 c 在a b之间增添盛有浓硫酸的洗气装置 d 在b c之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置 6 实验中准确称取8 00g样品三份 进行三次测定 测得baco3平均质量为3 94g 则样品中碳酸钙的质量分数为 7 有人认为不必测定c中生成的baco3质量 只要测定装置c在吸收co2前后的质量差 一样可以确定碳酸钙的质量分数 实验证明按此方法测定的结果明显偏高 原因是 解析 1 al oh 3为两性氢氧化物 能溶于强碱 如naoh溶液 al oh 3 oh al 2h2o 2 通入过量co2时发生反应 al co2 2h2oal oh 3 hc 产生白色沉淀 再加过量盐酸时发生反应 al oh 3 3h al3 3h2o hc h h2o co2 现象是白色沉淀溶解 同时产生气体 3 从装置图分析可知 为保证实验的准确性 应将装置内的空气排尽 防止空气中co2的干扰 同时要将反应产生的co2尽可能的全部被ba oh 2溶液吸收 因此需要持续通空气 4 ba oh 2溶液过量 因此反应的化学方程式为co2 ba oh 2baco3 h2o 5 在加入盐酸之前 应排净装置内的co2气体 否则会影响测量的准确度 故a不选 滴加盐酸不宜过快 为保证生成的co2完全被吸收 故b不选 在a与b之间没有必要增添盛有浓硫酸的洗气装置 因为整个装置中不需要干燥 有水分不会影响co2吸收 c选 在b与c之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置 吸收co2中的hcl 但又生成了co2 影响了实验的准确度 d选 6 根据碳元素守恒得baco3 co2 caco3 m caco3 g 2 00g 故caco3的质量分数为 100 25 7 b中的水蒸气 氯化氢等气体进入装置c中 质量差要大于实际产生co2气体的质量 答案 1 al oh 3 oh al 2h2o 2 通入co2气体有白色沉淀生成 加入盐酸有气体产生 沉淀溶解 3 把生成的co2全部排入c中 使之完全被ba oh 2溶液吸收 4 ba oh 2 co2baco3 h2o 5 cd 6 25 7 b中的水蒸气 氯化氢气体等进入装置c中 或其他合理答案 典例3某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中 铜与硝酸反应 实验 以探究化学实验的绿色化 考点3实验方案的评价 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2ml浓硝酸 c中反应的化学方程式是 再由a向c中加2ml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 4 该小组还用上述装置进行实验证明氧化性kmno4 cl2 br2 操作步骤为 实验现象为 但此实验的不足之处是 解析 1 制气装置 在实验前必须检验装置气密性 2 铜与浓硝酸反应产生二氧化氮气体 二氧化氮溶于水生成无色的一氧化氮气体 3 体现绿色化学理念 该反应中不产生污染气体 原子利用率高 甲方案 cu 4hno3 浓 cu no3 2 2no2 2h2o 乙方案 3cu 8hno3 稀 3cu no3 2 2no 4h2o 丙方案 2cu o22cuo cuo 2hno3cu no3 2 h2o 列表比较三种方案 分别制取3molcu no3 2 原子利用率 100 综上所述 丙方案最优 4 在a中加入浓盐酸 c中装入固体高锰酸钾 d中装入溴化钠水溶液 可以证明高锰酸钾 氯气和溴的氧化性顺序 但是 多余氯气会排入空气中 污染环境 发生反应的化学方程式为2kmno4 16hcl2kcl 2mncl2 5cl2 8h2o cl2 2nabr2nacl br2 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nabr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 技能归纳 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时 要考虑是否完全合理 有无干扰 现象 经济上是否合算和对环境有无污染等 近几年高考中 有些省份对实验评价的考查涉及定量评价 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 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 3 今有某同学设计的用氨催化氧化法制取少量hno3溶液 并收集反应生成的纯净氮气的实验装置 如图所示 学以致用 气球的作用是 2 b装置中发生的最主要的反应的化学方程式是 d装置中一步生成硝酸的两个化合反应 用化学方程式表示 3 该套实验装置中有两处明显的缺陷 其一是 其 1 a装置中氨水的作用是 c装置中浓硫酸的作用是 二是 4 若采用上述的不完善装置进行实验 同时不考虑气体在装置中的残留 实验结束时 实际测得d中有1 0mol l 1的hno3溶液150ml 气球中收集的混合气体体积为1400ml 标准状况下 其中no2 o2与n2的体积比为2 2 1 则氧化成no的氨与被氧化的氨的体积比为 解析 本题实验目的为用氨催化氧化法制取少量hno3溶液并利用副反应收集反应生成的纯净氮气 a装置的作用为 使氨气与氧气混合均匀 控制氨气和氧气的气流速率 氨水的作用是降低氨气的溶解度 有利于氨气的逸出 气体经过装置b催化氧化 生成的气体中含有氨气 对制取硝酸有影响 所以用浓硫酸吸收氨气 水吸收生成的no no2 o2生成硝酸 该套装置明显的缺陷 a b装置之间缺少干燥装置 氨气和氧气的混合气体在进入装置b之前应干燥 气球中收集到的不一定是纯净的氮气 可能混有氧气等杂质 应除去 被氧化成no的氨包括hno3中的n以及气体中的no2 被氧化的氨除了这两部分以外还包括氧化成氮气的氨 n hno3 0 15mol n no2 0 025mol n n2 0 0125mol 被氧化为氮气的氨为0 025mol 故氧化成no的氨与被氧化的氨的体积比为 0 15 0 025 0 15 0 025 0 025 2 4nh3 5o24no 6h2o 4no 3o2 2h2o4hno3 4no2 o2 2h2o4hno3 3 氨气和氧气的混合气体在进入b装置之前应干燥 进入气球的气体中可能混有氧气等杂质 应除去 4 答案 1 使氨气与氧气混合均匀 控制氨气和氧气的气流速率 氨水降低氨气的溶解度 有利于氨气的逸出 除混合气体中的氨气和水蒸气 收集生成的氮气 学习的目的在于能够应用 利用所学化学知识解决生产生活的实际问题也是近些年来的热点问题 此类题型注重联系生产生活实际 通常将工业流程或者原理搬上试卷 探究流程或者原理的合理性和可操作性 需要较强的迁移能力 和对新问题的分析能力 示例 选择性催化还原 scr 是在有催化剂的条件下将nox转变为n2和h2o 这是目前国外硝酸厂进行尾气治理所普遍采用的一种方法 某校甲 乙两个化学兴趣小组拟验证no能被氨气还 实验探究实际化工生产中化学实验设计 原并测算其转化率 一 甲组拟制取活性亚铬酸铜催化剂 亚铬酸铜 adkin催化剂