《高考风向标》高考化学一轮复习 第五单元 第28讲　实验设计与评价课件.ppt

第28讲实验设计与评价 第五单元 化学实验 考点1化学实验方案的设计与评价1 实验设计遵循的原则和一般思路 1 实验设计遵循的原则 科学性 实验原理准确 实验流程合理 安全性 保护人身 保护环境 保护仪器 可行性 条件允许 效果明显 操作正确 简约性 做到步骤少 时间短 效果好等基本要求 2 实验设计的一般思路 理解实验目的 阐明实验原理 选择药品仪器 设计实验步骤 选择数据处理方法 形成设计方案 确定最佳方案 2 实验设计的步骤3 实验设计的注意事项 1 五防 防爆炸有气体生成或参与的装置都不可密闭 点燃或加热可燃性 气体 h2 co c2h4 c2h2等 应先 验纯 防水解 制取在空气中易水解的物质如al2s3 alcl3 mg3n2 fecl3等 要在此物质的前后连接 装置 吸收水蒸气 防氧化 如h2还原cuo后要 先灭灯再停氢 白磷切割宜在水 中 制备fe oh 2要隔绝空气等 防倒吸 处理极易溶于水的气体时 要注意防倒吸 防挥发 低沸点液体反应物 在受热时易挥发 为减少损耗 要添 加冷凝装置 如冷凝管等 2 对于有气体发生或参与的实验要特别注意以下问题 仪器连接问题 按气体发生 除杂质 净化 干燥 主体 实验 尾气处理顺序连接好实验仪器 干燥 接口连接问题 如洗气时 进气管 出气管 量气时 进气管 出气管 干燥管除杂质时 大口 小口 等 长 短 长 进 出 实验操作的顺序连接各部分装置 检查气密性 装药品进行实验操作 拆实验装置 3 其他易忽视的细节问题 加热操作先后顺序的选择 若气体的制取需加热 应先用酒精灯加热气体发生装置产生气体后 再给实验需要加热的固体物质加热 冷却问题 有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失 需用冷凝管冷凝气体 使物质由气态冷凝为液态便于收集 短 拆卸时的安全性和科学性 实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性 有些实验为防止 爆炸 或 氧化 应考虑停止加热或停止通气的顺序 4 实验方案的评价 对多个实验方案进行评价主要从以下几个方面着手 1 原理的科学性 对比分析实验方案的原理是否遵循已学化学原理和物理原理或者能否在题目已给信息中找到 2 方案的可行性 对比分析实验方案的操作步骤 现象 数据处理等是否合理 简单 3 绿色化学 对比分析实验方案的药品成本 利用率和对 环境的友好程度 4 方案的安全性 对比分析实验方案本身和对人身 设备 仪器以及动植物的安全性 5 解答综合化学实验设计题的方法 1 认真审题 明确目的原理 首先必须认真审题 分析 筛选信息 明确实验的目的 结合已学过的知识 通过类比 迁移 分析 明确实验原理 2 注意题型特点 明确题目要求 纵观综合实验题型 一般有两类 一是给出了目的和要求 设计实验方案 另一类是给出全部或部分实验方案 对方案分析 完善和评价 两种类型本质是相同的 但是 分析思考的方向有所不同 3 根据题型特点 确定解题方向 对于设计实验方案类型 要考虑选择适当的实验路线 方法简单 所用药品 仪器 要易得 实验过程简单 安全 实验现象明显 对于方案分析 完善和评价类型 要抓住方案的主线 分析方案中每个步骤目的 每个装置 的用途 及可能达成情况 进行综合评估 实验方案设计一般包括哪几方面 答 实验路线的优选 仪器和药剂的选择 实验装置的组合 操作程序的编排及条件的控制 数据的测量等 1 下列相关实验不能达到预期目的的是 2 该同学应选用的仪器有 填编号 2 现有高纯度锌粒 99 8 稀盐酸 稀硫酸 一大捆铜丝等物质 某同学想利用上述物质和下列仪器组装成一个随用随制 随关随停制h2的发生装置 支撑仪器 导管均未画出 f g两塞均为单孔塞 1 该同学应选用的化学试剂有 填名称 3 细铜丝在该实验中是否有用 如无用 说明理由 如有用 说明其作用 4 锌粒应如何放置 简述操作过程 2 性质实验设计 1 探索性性质实验方案的设计 分析其结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质 而后据此设计合理实验方案 探索可能具有的性质 探索性性质实验方案设计的基本思路 探索性性质实验方案分析 评价的基本思路 通过分析明确探索目的或物质的性质 将实验目的 物质的性质和实验操作步骤结合起来 判断运用这些步骤和装置 能否实现目的 2 验证性性质实验方案的设计 对物质具备的性质进行求证 关键是设计出简便快捷的实 验 操作简单安全 实验现象明显 验证性实验方案设计的基本思路 3 定量测量设计 定量测量实验设计是为了深入了解物质和现象的量的特征 揭露各因素之间的数量关系 从而确定某些因素的数值 它能够具体地从量上来测定对象所具有的某种性质或者他们的数量关系 它得到的结果是量和量之间的准确函数关系 因此所有影响此函数关系准确的因素都视为干扰因素 设计实验就是确定了具体某一方案后 排除此方案中所有干扰因素 干扰因素全部排除 此方案具体的实施程序就清晰且明确了 1 制备实验要注意什么问题 2 学习性质实验时要注意什么问题 3 学习定量实验时要注意什么问题 答 掌握中学常见的定量实验方案的基本原则和操作过程 能对实验结果进行定性和定量分析 掌握化学实验的记录方法 根据实验现象 观察记录 分析或处理数据 得出正确结论 能运用化学知识设计一些简单的定量实验 能根据误差分析的原理对实验数据进行分析 认识定量分析在化学研究中的重要性 c 用碱式滴定管量取25 00mlh2so4溶液d 用ph试纸测定hno3溶液的ph 3 7 答案 a a 硫酸铜晶体中含有不挥发的杂质b 实验前晶体表面有水c 加热时有晶体飞溅出去d 加热失水后露置在空气中冷却 热点1教材实验的拓展 典例1 发现问题 研究性学习小组的小张同学在学习中发现 通常检验co2用饱和石灰水 吸收co2用浓naoh溶液 实验探究 在体积相同盛满co2的两集气瓶中 分别加入等体积的饱和石灰水和浓naoh溶液 实验装置和现象如图5 28 2所示 请你一起参与 图5 28 2 现象结论 甲装置中产生该实验现象的化学方程式为 解释通常用石灰水而不用naoh溶液检验co2的原因 乙装置中的实验现象是 吸收co2较多的装置是 计算验证 另一位同学小李通过计算发现 等质量的ca oh 2和naoh吸收co2的质量 ca oh 2大于naoh 因此 他认为吸收co2应该用饱和石灰水 思考评价 请你对小李同学的结论进行评价 2cl2 2h2o 某学习小组利用此原理设计如图5 28 3所示装置制取氯气并探究其性质 1 氯气是一种重要的化工原料 1 实验室可用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气 反应的化学方程式是 图5 28 3 在该实验中 甲部分的装置是 填字母 指出a 中m仪器的名称 图5 28 4 乙装置中fecl2溶液cl2反应的离子方程式是 证明fecl2与cl2发生了氧化还原反应的实验方法是 填试剂的名称 至少填二种 丙装置中通入少量cl2 可制得某种生活中常用的漂白 消毒物质 已知碳酸的酸性强于次氯酸 则丙中反应的化学方程式是 3 为测定漂白粉中ca clo 2的质量分数 该小组将2 0g漂白粉配制成250ml溶液 取出25ml并向其中依次加入过量稀h2so4 过量ki溶液 完全反应后 再滴入0 1mol lna2s2o3溶液 2na2s2o3 i2 na2s4o6 2nai 共消耗20mlna2s2o3溶液 则漂白粉中ca clo 2的质量分数为 热点2教材中化学物质应用的探究 典例2 2010年福建理综 工业上常用铁质容器盛装冷浓酸 为研究铁质材料与热浓硫酸的反应 某学习小组进行了以下探究活动 探究二 分析上述实验中so2体积分数的结果 丙同学认为气体y中还可能含量有h2和q气体 为此设计了下列探究实验装置 图中夹持仪器省略 图5 28 5 3 装置b中试剂的作用是 4 认为气体y中还含有q的理由是 用化学方程式表示 5 为确认q的存在 需在装置中添加m于 选填序号 a a之前c b c间 b a b间d c d间 6 如果气体y中含有h2 预期实验现象应是 7 若要测定限定体积气体y中h2的含量 标准状况下约有28mlh2 除可用测量h2体积的方法外 可否选用质量称量的方法 做出判断并说明理由 2 某品牌消毒液包装说明的部分内容摘录如下 主要有效成分为次氯酸钠 有效氯含量8000mg l 10000mg l 可用于各类家居用品 餐具 棉织衣物等的消毒 对彩色织物可能有褪色作用 切勿用于丝绸 毛 尼龙 皮革 油漆表面 勿用于铝 铜 碳钢制品 本品须密封 置阴凉暗处保存 请完成以下实验探究过程 一 阅读材料 获取信息 1 推测该消毒液的酸碱性 原因是 用离子方程式表示 2 该消毒液还具有的化学性质是 性和 性 3 从该消毒液的保存要求分析 导致其失效的外界因素主要是 二 确定要研究的问题 该消毒液对碳钢制品是否有腐蚀作用 三 设计方案 实施探究 用烧杯取少量样品 将一颗光亮的铁钉放入烧杯 浸泡一 段时间 对可能产生的现象有如下假设 假设 有明显现象 假设 无明显现象 4 基于假设 结论是铁钉被腐蚀 预期的实验现象是 5 基于假设 结论是 请设计实验进一步验证该结论 叙述实验操作 热点3定量实验 物质组成的测定 典例3 为测试一铁片中铁元素的含量 某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验 以下数据为多次平行实验测定结果的平均值 方案一 将ag铁片完全溶解于过量稀硫酸中 测得生成氢气的体积为580ml 标准状况 3 碱式碳酸铜可表示为xcuco3 ycu oh 2 zh2o 测定碱式碳酸铜组成的方法有多种 1 现采用氢气还原法 请回答如下问题 写出xcuco3 ycu oh 2 zh2o与氢气反应的化学方程式 实验装置用下列所有仪器连接而成 按氢气流方向的连接顺序是 填入仪器接口字母编号 a l 图5 28 6 称取23 9g某碱式碳酸铜样品 充分反应后得到12 7g残留物 生成4 4g二氧化碳和7 2g水 该样品的结晶水质量为 g 化学式为 2 某同学以氮气代替氢气 并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成 你认为是否可行 说明理由 图5 28 7 图5 28 8 4 实验室制备h2和cl2通常采用下列反应 zn h2so4 znso4 h2 mno2 4hcl 浓 mncl2 cl2 2h2o 据此 从下列所给仪器装置中选择制备并收集h2的装置 填代号 和制备并收集干燥 纯净cl2的装置 填代号 可选用制备气体的装置 图5 28 9 4 2010年安徽理综 锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题 某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料 limn2o4 碳粉等涂覆在铝箔上 进行资源回收研究 设计实验流程如图5 28 10 图5 28 10 1 第 步反应得到的沉淀x的化学式为 2 第 步反应的离子方程式是 3 第 步反应后 过滤li2co3所需的玻璃仪器有 若过滤时发现滤液中有少量浑浊 从实验操作的角度给出两种可能的原因 典型实验装置的识别能力是基于对实验目的 化学反应原理 药剂性能以及反应条件的理解和掌握 这样就可以较容易地识别每个装置单元的功能和作用 并能从整体上把握实验装置原理 进而才可能提高识别其它类似实验 包括仪器和药剂的稍加改动 装置的迁移能力 实验的一般过程是设计方案 实际操作 处理数据 分析和解释结果 实验中应注意科学全面地观察 严格控制条件 正确操作 认真记录等 1 2010年广东佛山模拟 下列实验设计和结论相符的是 a 将碘水倒入分液漏斗 加适量乙醇 振荡后静置 可将碘萃取到乙醇中b 某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 该气体水溶液一定显碱性c 某无色溶液中加ba no3 2溶液 再加入稀盐酸 沉淀不 d 在含fecl2杂质的fecl3溶液中通足量cl2后 充分加热 除去过量的cl2 即可得到较纯净的fecl3溶液 3 2011年广东东莞联考 cocl2 6h2o是一种饲料营养强化剂 以含钴废料 含少量fe al等杂质 制取cocl2 6h2o的一种新工艺流程如图5 28 11所示 图5 28 11 已知 钴与盐酸反应的化学方程式 co 2hcl cocl2 h2 cocl2 6h2o熔点86 易溶于水 乙醚等 常温下稳定无毒 加热至110 120 时 失去结晶水变成有毒的无水氯化钴 部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的ph见下表 请回答下列问题 1 加入过氧化氢的作用是 用离子方程式表示 2 加入碳酸钠调节ph至a得到的滤渣可部分溶于氢氧化 钠溶液 a的范围是 3 操作 包含3个基本实验操作 它们是 4 制得的cocl2 6h2o需减压烘干的原因是 4 2008年广东化学 某种催化剂为铁的氧化物 化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究 将适量稀硝酸加入少许样品中 加热溶解 取少许溶液 滴加kscn溶液后出现红色 一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为 3的结论 1 请指出该结论是否合理并说明理由 2 请完成对铁元素价态的探究 提出合理假设 假设1 假设2 假设3 设计实验方案证明你的假设 实验过程 根据 的实验方案 进行实验 请按下表格式写出实验操 作步骤 预期现象与结论 图5 28 12 步骤i中过滤所得滤渣的主要成分是 步骤ii中加入铁粉的目的是 步骤 中可选用 填字母 试剂调节溶液的ph a 稀硝酸c 氨水 b 双氧水d 高锰酸钾溶液 写出在空气中煅烧feco3 制备高纯氧化铁的化学方程式 从滤液c中回收的主要物质的一种用途是 2 某研究性学习小组设计用如下方法测定某居室空气中甲 醛的含量 假设空气中无其它还原性气体 1 测定原理 kmno4 h 溶液为强氧化剂 可氧化甲醛和草酸 2 测定装置 部分装置如图5 28 24所示 a b为止水夹 图5 28 24 3 有如下实验步骤 检查装置气密性 气密性良好 打开a 关闭b 用注射器抽取100ml新装修的室内空气 关闭a 打开b 再缓缓推动注射器 将气体全部推入酸性高锰酸钾溶液中 使其充分反应 再如此重复4次 共5次 将广口瓶中的溶液转入锥形瓶中 洗涤广口瓶2 3次 并将洗涤液全部转入锥形瓶 用标准草酸溶液滴定锥形瓶中的溶液 记录滴定所消耗的草酸溶液体积 再重复实验2次 其中正确的实验顺序是 a c b d 解析 因为空气中甲醛能与高锰酸钾溶液反应 所以不能在空气中长时间存放 实验 完成后要马上滴定 让实验能连续完成 不能实验中途再去准备实验药品 所以a正确 答案 a 回答下列问题 1 步骤 的目的是 2 简述检查启普发生器气密性的方法 若要使启普发生器中的反应停止 方法是 3 根据步骤 的记录 你可得出的结论是 若用 应速率 用盐酸的浓度变化表示 设溶液的体积不变 4 有人也设计了如图5 28 25所示的装置来制取氯气 选用的试剂是mno2和浓盐酸 收集结束 还需要进行的必要操作是 该装置与教材中实验室制氯气装置相比 有何优点 图5 28 25 4 2010年全国卷 请设计co2在高温下与木炭反应生成 co的实验 1 在下面方框中 a表示有长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器 请在答题卡上的a后完成该反应的实验装置示意图 夹持装置 连接胶管及尾气处理部分不必画出 需要加热的仪器下方用 标出 按气流方向在每件仪器下方标出字母b c 其他可选用的