化学实验方案设计.ppt

第六单元 化学实验方案的设计 什么是化学实验方案设计 P76 是在实施化学实验之前 根据化学实验的目的和要求 运用相关的化学知识和技能 对实验的仪器 装置和方法所进行的一种规划 设计的意义 P76 直接关系到实验效率的高低 乃至实验的成败 在化学科学研究中科学 合理 周密 巧妙的实验设计 往往能导致化学科学的重大发现 第一节制备实验方案的设计第二节性质实验方案的设计第三节物质检验实验方案的设计第四节化学实验方案设计的基本要求 第一节制备实验方案的设计 物质制备的意义 科学的进步和社会的发展 都离不开物质特别是新物质的制备 因为物质的成功合成 不但可以弥补科学发展的空白 还可以丰富我们的物质生活 可以说生活中的所有东西都与物质的制备分不开的进行物质制备时 特别应注意的是严格控制反应条件 否则 就得不到我们想要的物质 示例一 以铝屑为原料制备Al OH 3的实验方案设计 一 无机物的制备 方案一 1 先与酸应 2Al 6H 2Al3 3H2 2 再与碱反应 Al3 3OH Al OH 3 思考 此时最好用什么碱 写出相应的离子方程式Al3 3NH3 H2O Al OH 3 3NH4 1 设计可能的实验方案 方案二 1 先与碱应 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 2 再与酸反应 AlO2 H H2O Al OH 3 思考 此时最好用什么酸 写出相应的离子方程式2AlO2 3H2O CO2 2Al OH 3 CO32 方案三 1 先将两份铝屑分别与酸 碱反应 2Al 6H 2Al3 3H2 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 2 然后 将份溶液混合 Al3 3AlO2 6H2O 4Al OH 3 2 进行优化选择 思考 1 应选择什么酸 2 应选择什么碱 3 酸碱的用量应如何控制 4 铝的用量应如何分配 3 设计具体详细的实验方案 实验名称实验目的实验原理实验用品实验步骤实验现象记录及结果处理问题讨论 无机 物质制备实验方案设计的一般思路 多种可行的方法 优化选择 具体详细实验方案 最佳实验方案应从反应物 反应条件和生成物三方面考虑 反应物 要尽可能价廉易得 无毒无腐蚀性 用量少反应条件 要易于控制 操作要安全 装置 设备简单 能耗要低 反应物转化率要高 生成物 尽可能纯 副产物要无毒无污染无腐蚀性且易于除去 详细的实验方案应包含多方面内容 关键是实验原理和步骤 二 有机物的制备 有机物A的性质 乙醇的消去反应 有机物B的制法 乙烯的实验室制法 1 有机物的转化关系 酯 卤代烃醇醛酸 烃 烯烃 炔烃 盐 2 设计制取苯甲酸甲酯的实验方案P81 相关资料 进行有机实验时 应特别注意以下问题 反应速率 减少损失 产品净化 环境保护 思考 1 进行酯化反应时 应如何加快反应的速率 2 如何减少有机物的损失 3 最后所得的粗产品中有什么杂质 如何对粗产品进行净化 C6H5COOCH3C6H5COOHCH3OHH2O H2SO4 水洗分液 C6H5COOCH3C6H5COOHH2O 少 C6H5COOCH3C6H5COONaH2O 很少 吸水剂蒸馏 C6H5COOCH3 参考实验方案 实验名称 合成苯甲酸甲酯 实验目的 合成苯甲酸甲酯 实验原理 C6H5COOH CH3OH C6H5COOCH3 H2O 实验用品 仪器 试剂 实验步骤 实验现象和结果处理 问题讨论 3 用乙醇制取乙醛 设计实验步骤P81 参考实验步骤 将铜丝绕成螺旋状 在酒精灯火焰上加热到变黑后迅速伸入盛乙醇的试管中 直到铜丝又变红 重复2 3次 闻管内液体的气味 三 常见气体的实验室制法 反应原理 发生装置 净化干燥 收集或反应 尾气处理 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O 1 几种常见气体的实验室制取原理 2KClO32KCl 3O2 2KMnO4K2MnO4 MnO2 O2 2H2O22H2O O2 2NH4Cl Ca OH 2CaCl2 2NH3 2H2O NH3 H2ONH3 H2O CH3COONa NaOHNa2CO3 CH4 FeS H2SO4 稀 FeSO4 H2S Na2SO3 H2SO4 浓 Na2SO4 SO2 H2O Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O CaC2 2H2O Ca OH 2 CH CH MnO2 4HCl 浓 MnCl2 Cl2 2H2O NaCl 固 H2SO4 浓 NaHSO4 HCl NaCl 固 NaHSO4Na2SO4 HCl C2H5OHCH2 CH2 H2O Zn H2SO4 稀 ZnSO4 H2 反应物的状态和反应条件 气体发生装置的基本类型 A S S 加热 C S l或l l 不加热 B S l或l l 加热 气体发生装置的选择原则 2 气体发生装置的选择 可用于制备O2 NH3和CH4 注意事项 1 试管口应略向下倾斜 2 试管夹夹在试管的中上部 3 药品应平铺于试管底部 4 导管不宜伸入试管过长 5 实验开始时先检验装置的气密性 6 加热时 先预热且应用外焰加热 试管导管酒精灯铁架台 1 S S 加热 2 S l或l l 加热 主要仪器 圆底烧瓶 分液漏斗 酒精灯 铁架台 石棉网 双孔塞 操作步骤 连接仪器检查气密性装入药品 先固体后液体 打开旋塞放下液体再加热 能制取 NO HCl Cl2 SO2 CO C2H4等 3 S l或l l 不加热 主要仪器 圆底烧瓶 分液漏斗 双孔塞 铁架台 能制取 CO2 H2S NO2 H2 C2H2等 替代装置 制取少量气体 替代装置 注意事项漏斗口浸入液面下不适用于剧烈的反应不能装挥发性液体 思考 如何检查装置的气密性 制取少量气体 启普发生器 思考 启普发生器优点是什么 原理是什么 这是一种什么类型的发生装置 对反应物和生成物的要求是什么 能够制取哪些气体 为什么不能用来制取乙炔 如何检查气密性 应如何装入反应物 如何取出剩余液体 下列装置能否起到启普发生器的随开随用 随关随停的作用 简易启普发生器 如何检查以上装置的气密性 设计简易启普发生器的要点是什么 3 气体的净化和干燥 1 选择净化试剂A 一般原则 只与杂质反应 不能与被提纯的物质反应 不能用气体来除去气体中的杂质 试剂与杂质反应时 不产生新的气体 最理想的方法是将杂质也转化成被提纯的物质 例如 CO2 SO2 CH3CH3 CH2 CH2 CO2 CO 一般思路 选择试剂 确定顺序 选择装置 B 选择净化试剂的思路 易溶于水的气体杂质可用水来吸收 如 Cl2 HCl CO2 HCl 酸性杂质可用碱性物质吸收 如 C2H2 H2S 碱性杂质可用酸性物质吸收 如 CO2 NH3 水分可用干燥剂来吸收 能与杂质反应生成非气体的也可用作吸收剂 如 C2H2 H2S 2 干燥剂的选择 a 酸性干燥剂 浓H2SO4 P2O5 可干燥酸性或中性气体 CO2 SO2 NO2 HCl H2 Cl2 O2 CH4 不能干燥碱性气体 浓硫酸不能干燥还原性气体 b 碱性干燥剂 生石灰 固体烧碱 碱石灰 可干燥碱性或中性气体 NH3 H2 O2 CH4 不能干燥酸性气体 c 中性干燥剂 固体CaCl2 硅胶 几乎可以干燥所有气体 但CaCl2不能干燥NH3 3 气体净化与干燥的顺序 若用溶液做净化试剂 应先净化后干燥如 Cl2 HCl H2O 若用固体在加热条件下作净化试剂 应先干燥后加热净化如 N2 O2 H2O 与净化试剂的状态和条件有关 看试剂的状态和反应条件 4 净化 干燥装置的选择 长进短出 大口进小口出 用棉花防堵塞 液体试剂 固体试剂 固体试剂加热 可用U形管 4 气体的收集 1 向上排气法 Cl2 HCl CO2 SO2 H2S NO2 O2 主要用于收集比空气重的气体 装置图 注意事项 导气管应尽可能伸入集气瓶底部 在瓶口放一块玻璃片或棉花 防止瓶外空气向瓶里扩散 防止形成对流 收集完毕后应缓缓撤出导管 再盖上玻璃片 将集气瓶正放在实验桌上保存时为防止漏气 可在瓶口外沿涂抹凡士林 2 向下排气法 H2 CH4 NH3 主要用于收集比空气轻的气体 装置图 注意事项 与向上排气法相同 3 排水法 H2 CH4 C2H2 C2H4 CO NO O2 N2 用于收集难溶于水的气体 装置图 注意事项 某些可溶性气体 不能用排水法但可以用排液法收集操作要点 何时开始收集气体 如何停止制取和收集气体 如何从水槽中取出集气瓶 问题讨论 1 NO C2H6 C2H4 CO N2等气体只能用排水法收集 为什么 2 NO2 HCl HBr SO2 NH3等气体只能用排气法收集 为什么 3 下面两套装置分别有哪些用途 5 尾气处理 1 燃烧法 2 吸收法 处理燃烧产物无毒的可燃性气体 CH4 C2H4 CO 如 Cl2 H2S CO2 SO2 NO2 等酸性气体 一般用碱液吸收而HCl NH3等极易溶的气体 则一般用水吸收 3 收集法 袋装法 常用于处理难被吸收的气体 CO NO 常见防倒吸装置 吸收极易溶 比空气重的气体 吸收充分 且可防倒吸 原理与B相似 注意导管的位置 E放在装置中间还可以起到防堵塞作用 只能吸收少量 极易溶的气体 A B C D E F 思考 下列装置能否起到防止倒吸的作用 巩固练习 1实验室制备Al2S3 下列方案可行的是 A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合 B将H2S气体通入Al2 SO4 3溶液中 C将Al NO3 3固体与K2S固体混合 D将金属铝与硫磺混合加热 D D 性质实验方案的设计 第二节 一 物质性质实验方案的设计 性质实验方案的设计内容 1 证明酸性 PH试纸或酸碱指示剂 与碳酸钠反应 与锌等反应 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 测量在稀释前后的PH变化 3 证明氧化性 与还原剂反应现象明显 4 证明还原性 与氧化剂反应现象明显 5 证明为胶体分散系 丁达尔现象 6 证明有碳碳双键 或三键 是溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色 7 证明酚羟基 与浓溴水产生白色沉淀 与氯化铁溶液发生显色反应 8 证明醛基 与银氨溶液作用 与新制氢氧化铜反应 9 证明醇羟基 酯化产物不溶与水有果香味 10 比较金属的活动性 水 酸 置换 原电池 电解 最高价氧化物水化物的碱性 对应盐的酸碱性 11 比较非金属性的强弱 置换 氢气 气态氢化物稳定性 最高价氧化物水化物的酸性 12 比较酸碱性 强酸或强碱制弱 一 性质实验方案设计 1 设计一个实验证明醋酸是弱酸 尽可能列出多种方案 参考方案 a 比较同浓度的醋酸和盐酸的导电性b 测量已知浓度 如0 1mol L 的醋酸的PH值c 测定醋酸钠溶液的PH值 或检验醋酸钠溶液的酸碱性 d 将醋酸溶液稀释100倍 测定稀释前后溶液的PH值e往加了石蕊的醋酸溶液中加入醋酸钠固体 观察溶液的颜色变化f 往稀盐酸溶液中加入醋酸钠固体 测定前后PH值的变化g 比较同浓度 同体积的醋酸和盐酸分别与镁粉反应的速率及生成气体的体积 示例 乙二酸性质实验方案的设计 一 性质实验方案设计的一般思路 1 根据结构和用途预测可能的性质 2 设计验证性实验 1 结构 结构式 HOOC COOH 二 乙二酸性质实验方案的设计 用途 去除衣服上的蓝墨水 2 预测性质 酸性 酯化反应 不稳定性 有还原性 使蓝墨水褪色 弱酸性 但比碳酸强 分解产物为 H2O CO CO2 晶体 C2H2O4 2H2O 验证乙二酸的酸性 3 设计验证实验 思考1 如何验证固体酸的酸性 将固体酸溶于水 再用紫色石蕊试液或蓝色石蕊试纸或pH试纸检验 思考2 如何检验难溶性固体酸或极弱酸的酸性 用红酚酞 思考3 如何证明草酸是弱酸 比较同浓度的草酸和硫酸的pH值或导电性 将pH相同的草酸和硫酸同等程度稀释后比较pH值 测量草酸钠溶液的pH值 向草酸中加入草酸钠固体 看pH有无变化 思考4 如何证明草酸的酸性比碳酸强 看草酸能否制得碳酸 2 验证乙二酸的酯化反应 思考 1 酯化反应的条件是什么 2 乙二酸酯化时 常选用乙二醇 为什么 3 如何向反应器中加入三种物质 4 进行酯化反应时应如何对装置进行加热 5 集中加热时 蒸馏出来的蒸汽中有哪些物质 6 如何对产品进行提纯 7 根据以上问题 设计实验步骤 P83 8 装置中 左边的试管为何要倾斜一定角度 9 右边试管上方的竖直长导管有何作用 10 导管出口为何要在液面上 11 通过什么现象证明乙二酸发生了酯化反应 在一只试管中依次加入乙二醇 浓硫酸和乙二酸 按右图连接好装置 用酒精灯小心均匀加热3 5min 再集中加热 将产生的蒸汽导入饱和碳酸钠溶液中 观察现象 3 验证乙二酸的不稳定性 1 加热 灼烧固体一般在什么仪器中进行 2 如何检验草酸分解产生的三种气体 3 画出能够连续完成该实验的装置图 4 用以上装置检验三种产物是否严密 请设计更严密的实验装置 4 验证乙二酸的还原性 如何验证草酸的还原性 加酸化的高锰酸钾溶液 看有无褪色 为了观察到酸性高锰酸钾明显的褪色现象 其用量应如何控制 草酸溶液用量要多 浓度要大 高锰酸钾用量相对要少一些 参考实验步骤P83 5 验证乙二酸使蓝墨水褪色 在两支试管中各放入一块粘有蓝墨水的布条 分别用高锰酸钾 做对比实验 溶液 乙二酸与乙二酸钾混合液浸泡 观察现象 参考实验步骤 见P83 相关知识 了解 蓝黑墨水是鞣酸亚铁和蓝色染料的水溶液 鞣酸亚铁是没有颜色的 因此刚用蓝黑墨水写的字是蓝色的 在纸上接触空气后逐渐氧化 变成了在水里不溶解的鞣酸铁 鞣酸铁是黑色的 所以字迹就逐渐地由篮变黑 遇水不化 永不褪色 草酸溶液电离出的草酸根离子可以与鞣酸铁中的铁离子结合成可溶于水的无色络离子溶解在水里而除去 若加入强电解质草酸钾 则草酸根离子浓度更大 故洗涤效果更好 要注意草酸对衣服有腐蚀性 应尽快漂洗干净 小结 性质实验方案设计的一般思路 1 根据物质的结构 用途预测可能的性质 2 设计验证性实验方案 实验五红砖中氧化铁成分的检验 思考 如何检验氧化铁 其实就是检验其中含有Fe3 如何检验Fe3 1 用KSCN溶液 看是否显血红色 2 加NaOH溶液 生成红褐色沉淀 上述方法哪一种更好 第一种更好 因其灵敏度更高 效果好 实验操作步骤 把约20克红砖碎块研成粉末 放入小烧杯中 加入20 30mL3mol L盐酸 放置约30min 从烧杯中取出2mL溶液于试管中 滴入0 1mol LKSCN溶液2 3滴 溶液立即显血红色 证明溶液中含有Fe3 注意事项 红砖与盐酸反应较慢 要给予足够的反应时间 可以用KSCN溶液检验 也可以用NaOH溶液检验 前者比后者灵敏度高 效果好 第三节 物质检验实验方案的设计 一 物质检验的一般步骤 1 先对试样进行外观观察 2 然后准备试样 3 进行检验 确定其颜色 状态 气味等 若样品是固体 则一般先取少量配成溶液 并注意观察试样的溶解情况 是否溶解 有无气体产生 有无明显的热效应 所得水溶液的颜色等 每次均应移取少量溶液进行检验 1 常见阳离子的检验方法 焰色反应 紫色 透过蓝色的钴玻璃 焰色反应 黄色 浓 NaOH 加热 生成刺激性气体 使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体 NaOH KSCN溶液 生成血红色溶液 NaOH溶液 先白色沉淀后溶解 NaOH溶液 二 离子的检验 2 常见阴离子的检验方法 AgNO3溶液 稀HNO3 AgNO3溶液 稀HNO3 AgNO3溶液 稀HNO3 产生不溶于稀硝酸的白色沉淀 产生不溶于稀硝酸的浅黄色沉淀 产生不溶于稀硝酸的黄色沉淀 盐酸 Ca OH 2溶液 加入盐酸后放出使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体 盐酸 BaCl2溶液 产生不溶于稀盐酸的白色沉淀 盐酸 品红溶液 产生的无色刺激性气体能使品红褪色 几个注意事项 1 碳酸根和酸式碳酸根的严格检验方法 2 亚硫酸根和酸式亚硫酸根的严格检验方法 3 三酸三碱以及阴阳离子相互检验方法 4 特效试剂的选择 3 对离子检验反应的要求 反应要有明显的现象 反应要有足够的灵敏度 反应的选择性要好 有一瓶失去标签的固体如图所示 设计实验证明它是硫酸亚铁铵晶体 NH4 2Fe SO4 2 6H20 示例1 三 物质的检验 一般通过离子的检验来实现 注意 要证明是 NH4 2Fe SO4 2 6H20晶体 也就是要检验其中的结晶水以及三种离子参考实验步骤见p85 p86以上实验只能确定物质含那些微粒 还不能确定物质的化学式 示例2 在某澄清 透明的浅黄色溶液中 可能含有下列离子 K NH4 Fe3 Ba2 Al3 SO42 HCO3 Cl 试设计实验 检验溶液中存在的离子 分析 根据题意 溶液是澄清 透明且为浅黄色的 可初步推知溶液中可能含有Fe3 不含HCO3 且Ba2 和SO42 不能同时存在 这两种离子只用检验出其中一种就可以了 其它离子必须一一进行检验 检验K 只能用焰色反应的方法 具体的实验步骤见P87 P88 检验NH4 可用热浓碱液和红色的石蕊试纸 同时还可以检验出Al3 或Fe3 如何操作 检验SO42 可用酸化的硝酸钡 检验Ba2 可用稀硫酸 可能不用进行 为什么 检验Cl 可用酸化的AgNO3 若溶液中有SO42 还得注意防止干扰 如何防止 提示 注意物质检验的描述方法 操作 取样 加试剂 现象 结论 原理 只能有现象得结论 不能有结论推现象 如 检验某溶液中是否含Fe3 取少量样品于试管中 加入适量KSCN溶液 若溶液变红 则说明含Fe3 不能说成 Fe3 使溶液变红 原理 方程式 四 物质的鉴别 物质检验 鉴别 鉴定 使用其它试剂的鉴别 不用其它试剂的鉴别 鉴别 是指用一定的方法把多种物质加以区别 鉴定 是指用化学方法来确定某物质的组成成分 鉴定所用的反应或现象必须是该物质或离子的特征反应或现象 即必须是独一无二的 如淀粉遇碘变蓝 Fe3 遇SCN 变红等 鉴别所用的反应或现象不一定要是特征的反应或现象 只要能根据现象的不同将物质加以区别即可 1 使用其它试剂的鉴别 示例 设计实验 鉴别NH4NO3 K2SO4 KNO3 NH4 2SO4四种白色固体 分析 物质的检验是通过离子的检验来实现的 鉴别物质也可以从离子的鉴别着手 阳离子分别是K NH4 可用OH 鉴别 阴离子分别是NO3 SO42 可用Ba2 鉴别 故可用Ba OH 2鉴别 现象互不相同 具体实验步骤见P88 P89 提示 注意描述方法 为了避免产生混淆 应先将未知液编号 示例 只用一种试剂鉴别 Na2CO3 Na2SO3 Na2S2O3 NaAlO2 Na2SiO3 NaCl六瓶白色固体 答案 用稀盐酸或稀硫酸 H 提示 限定用一种物质鉴别多钟物质时 所选的这一种物质与所有的未知液的反应现象 沉淀的颜色 气体的颜色 气味等 应各不相同 这样才能一一加以鉴别 但有时也可以用一种试剂先鉴别出部分未知物 再一这些物质为已知试剂去鉴别剩余的未知物 用一种试剂鉴别时 常用的试剂有 NaOH H2SO4 HCl FeCl3 Ba OH 2 NH4 2CO3等 提示 进行物质鉴别时 不一定要通过化学方法 例 用一种试剂鉴别下列各组物质 1 NaCl KNO3 NaOH三种白色固体 2 CH3CHO C6H6 CCl4三种液体 3 CH3CHO CH3CH2OH CH3COOH C6H6 CCl4五种液体 4 CH3CH2OH C6H5OH 己烯 C6H6 CCl4五种溶液或液体 5 CuSO4 Na2SO4两种白色固体 2 不用其它试剂的鉴别 1 观察法 先根据试样的外部特征 主要是颜色 鉴别出其中部分物质 再用这些物质鉴别出其它物质 示例 不用其它试剂鉴别FeCl3 MgCl2 AlCl3 NaOH NaCl五瓶溶液 分析 可先用观察法鉴别出FeCl3 再用它鉴别出NaOH 然后用NaOH鉴别出剩余三种溶液 提示 有色的离子主要有 Fe3 Fe2 Cu2 MnO4 2 互滴法 一般只限于两种试剂的鉴别 若两种试剂相互滴加时现象不同 则可用此法鉴别 示例 不用其它试剂鉴别AlCl3和NaOH溶液 分析 若向AlCl3中逐滴加入NaOH则先沉淀后溶解 若向NaOH中逐滴加入AlCl3则先溶解后沉淀 步骤 1 将两种溶液编号为A B2 取少量A与试管中 逐滴加入过量的B若先产生白色沉淀 后溶解 则A为AlCl3 B为NaOH若先无沉淀 后有白色沉淀 则A为NaOH B为AlCl3 实例 NaOH AlCl3 HCl NaAlO2 AgNO3 NH3 H2O Na2CO3 HCl H3PO4 Ca OH 2 Fe OH 3胶体 HCl H2SiO3胶体 NaOH 3 两两混合 示例 不用其它试剂鉴别NH4Cl NaOH KNO3 AgNO3四瓶无色溶液 分析 四种溶液只能通过两两混合的方法鉴别 即每一种溶液都与其它三种溶液进行混合 共要做6次实验 此时每种溶液所出现的现象互不相同 可以鉴别 步骤 1 将四种溶液编号为A B C D 2 取少量A于三支试管中 分别加入少量B C D 3 取少量B于两支试管中 分别加入少量C D 4 取少量C于一支试管中 加入少量D 5 列表记录实验现象并根据现象推导结论 现象 结论 A NH4ClB NaOHC AgNO3D KNO3 练习 有下列两组无色稀溶液 其中不用其它试剂 仅用两两混合的方法能鉴别的是 A 硫酸铝 氯化钡 碳酸钾 盐酸 B 氢氧化钠 酚酞 盐酸 氯化钠 A 思考 上述B组在不用其它试剂的条件下 不限定只用两两混合的方法 到底能不能鉴别 讨论 设计实验 不用其它试剂鉴别NaOH 酚酞 HCl NaCl四瓶无色稀溶液 分析 若将四种溶液进行两两混合 根据实验现象只能将溶液分成两组 HCl和NaOH的反应没有明显现象 但可用酚酞来指示 步骤 1 将溶液编号为A B C D2 将四种溶液进行两两混合 根据现象将溶液分为两组 混合时变红色的 A B 为 组 另外的 C D 为 组 3 向 组红色混合溶液中加入过量的C 若混合液不褪色 则C为NaCl 若褪色 则C为HCl 4 向3中褪色后的溶液中加入过量的A 若得红色溶液 则A是NaOH B是酚酞 若得无色溶液 则A为酚酞 B为NaOH 化学实验方案设计的基本要求 第四节 一 化学实验过程 1 实验准备阶段 2 实验实施阶段 3 实验结果的处理阶段 2 实验目的 3 实验原理 4 实验用品 仪器 试剂及规格 1 实验名称 5 实验步骤 包括仪器的装配及操作 6 实验现象记录及结果处理 7 问题和讨论 二 完整的实验方案包括 三 化学实验设计的基本要求 1 科学性 实验原理 实验操作程序和方法必须正确 例如 用Zn和稀HNO3反应制H2用乙醇与稀硫酸加热到140度制取乙烯制取乙烯时不使用温度计直接用Cu OH 2来检验淀粉的水解产物 都不具备科学性 2 安全性 尽量避免使用有毒 有腐蚀性的药品 避免进行危险性的操作 避免对环境造成污染 如 用Cu为原料制取硫酸铜 用氯碱工业副产盐酸 用氢气还原CuO的实验 排水集气停止收集气体时 加热液体 点燃可燃性气体 都要考虑安全性的问题若必须使用 应在所设计的实验方案中详细写明注意事项 并必须进行尾气处理 且实验应该在密闭系统或通风橱中进行 3 可行性 你的方案中所用的化学药品 仪器 设备 方法和条件等在中学实验室现有的实验条件下能够得到满足 如 煅烧石灰石制取二氧化碳用合成氨反应作为氨气的实验室制法实验室中分离空气制取氧气 都不具有可行性 4 简约性 即要简单节约 反应物要价廉易得且用量要少 反应过程要容易控制 速率适当 步骤少 装置简单 能耗低 生成物要尽量纯净 副产物要容易分离 例如 用铝为原料制取氢氧化铝测定碳酸钙和二氧化硅混合物中碳酸钙含量 对于定量实验 还得考虑减少实验误差的问题 提升实验设计的综合能力 1 实验原理的科学性 反应原理的正确性 实验方法的合理性 2 实验过程的安全性 注意实验过程中易燃 易爆 有毒气体 药品的处理 防止倒流 受热不均等意外事故的发生 3 实验装置 步骤的简易性 4 实验现象的直观性 现象明显 一般是 颜色变化 沉淀或气体的生成 物质的改变等 整体把握 局部认知 实验方案设计的一般思路 1 用Cu为原料制取硝酸铜 设计可能的实验方案 并对你的各种方案进行评价 四 化学实验方案的评价 2 下列制备Al2S3的方案可行的是 A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合 B将H2S气体通入Al2 SO4 3溶液中 C将Al NO3 3固体与K2S固体混合 D将金属铝与硫磺混合加热 D 例1 以还原铁粉为原料制备Fe OH 2并观察它在空气中的氧化过程 2 确定实验的具体步骤 1 分析实验的化学原理 示例 将还原铁粉氧化Fe2 的溶液 用Fe2 的溶液与碱溶液反应生成Fe OH 2沉淀 使Fe OH 2在空气中氧化成Fe OH 3 方案二比方案一更好些 后者比前者反应的时间短 加入过量的铁粉是为了防止Fe2 被氧化成Fe3 实验 Fe Fe2 方案一 将过量还原铁粉跟稀硫酸 或稀盐酸 反应 方案二 将过量还原铁粉跟FeCl3溶液反应 思考 在实际操作中 哪个方案更好些 为什么两个方案都要加入过量的铁粉 回答 实验 Fe2 Fe OH 2方案一 将胶头滴管插入Fe2 的溶液液面下 逐滴滴入NaOH溶液 方案二 将NaOH溶液直接滴入Fe2 的溶液中 思考 上述两个实验方案观察到的现象一样吗 哪一个实验方案更好 回答 方案一可以看到白色沉淀 方案二看不到白色沉淀 方案二要比一好 归纳 实验方案的设计中要注意操作方法的设计 它会直接影响到实验的成败 思考 为了在短时间内能够观察到Fe OH 2氧化过程中的颜色的变化可以采取几个方案 试加以比较 实验 Fe OH 2 Fe OH 3 归纳 条件的改变会影响实验结果 这是化学实验中的一个规律 关键是要寻找合适的方法和途径 方案一 给盛有Fe OH 2沉淀的试管微热 方案二 将试管倾斜 使白色沉淀贴在试管壁上 比较 方案二不需加热 而且可以细致地观察到颜色的变化过程 例2 传统的制取Fe OH 2的方法存在一定的局限性 制得的Fe OH 2往往不纯 看不到有白色沉淀生成 有人用两支具支试管 一支 T 型导管 一支直角导管 一个止水夹和橡皮管 另有铁粉 稀硫酸和氢氧化钠溶液 并运用下图装置制得较纯的Fe OH 2 请回答下列问题 1 A B两支试管中分别加入什么药品 2 写出简要的实验步骤 A中加铁粉和稀硫酸 B中加氢氧化钠溶液 加好药品 连接好装置后 先打开止水夹 让A中产生的H2排尽B中的空气后 关闭止水夹 产生的H2使A中的压强增大 将A中的溶液压入B中 生成Fe OH 2 可看到白色絮状沉淀 制备Fe OH 2的方法很多 有人用电解的方法也制得了Fe OH 2白色沉淀 现象很明显 你能吗 电极材料你选择什么 电解质溶液呢 本实验在烧杯中进行还是在 U 型管中进行好 还有哪些地方需要注意的 思考 铁作阳极 碳棒作阴极 饱和食盐水溶液作电解液 在U形管中好 因其密封性好 还要加热赶尽溶液中的空气 溶液表面覆盖一层苯以隔绝空气 练习1 欲制无水氯化铝并保存备用 现有仪器如下图所示 并有食盐晶体 水 固体烧碱 铝粉 二氧化锰 浓硫酸等六种试剂 设计的制取过程是 制氯气 净化和干燥氯气 制氯化铝请回答下列问题 1 从上列仪器中选取必须的几种 连接成一个制无水氯化铝的连续装置 按前后顺序填写图的编号 不一定填满 并写出各仪器里放入的试剂的化学式 仪器编号 放入试剂 2 写出实验过程中有关反应的化学方程式 NaCl MnO2 H2SO4 H2O 浓H2SO4 铝粉 固体烧碱 例2 研究某一化学反应的实验装置如下图所示 A F属于下列物质中的六种物质 浓硫酸 浓盐酸 浓氨水 稀硫酸 稀盐酸 稀氨水 水 锌粒 铜片 食盐 高锰酸钾 氯化钙 氧化钙 四氧化三铁 氧化铁 氧化铜 氢气 二氧化碳 二氧化氮 一氧化碳 氯气 氯化氢 氨气 氮气 氧气 实验现象 1 D物质由黑色变为红色 2 无水硫酸铜粉末放入无色透明的E中得到蓝色溶液 3 点燃的镁条伸入无色无味的F中 镁条表面生成一种灰黄色固体物质 将该发黄色物质放入水中 有气体放出 该气体具有刺激性气味 并能使润湿的红色石蕊试纸变蓝 通过分析回答 l 写出A F的物质名称 A B C D E F 2 写出有关的化学方程式 A与B C与D E与无水硫酸铜 F与Mg F与Mg的反应产物与水 浓氨水 氧化钙 氨气 氧化铜 氮气 水 例1 铜和HNO3反应实验装置的设计1 教材实验装置及评价分析 l NO的现象不明显 2 反应不易控制 3 防止氮氧化物污染环境操作要求熟练 拓展一 铜和稀HNO3反应实验装置改进方案之一 先在稀HNO3中加入少量的CaCO3 用产生的CO2排出反应容器中的空气 最后再挤压皮囊鼓人空气 看到无色NO气体变成红棕色的NO2气体 靠铜丝的上 下移动控制反应的停始 用NaOH溶液吸收尾气 拓展二 铜与浓硝酸反应实验装置改进联系前面学习的二氧化氮的性质 对实验进行了如图的改进评价改进后的方案 重视和开发课本的有关实验 培养创新能力 复习中 要重视课本中的演示实验和学生实验的复习 对于实验涉及的相关知识 原理 装置 操作 现象和结论等问题都要落实 不仅要知其然 还要知其所以然 同时应注意课本中的某些化学反应的结论在中学范围内通过实验可以验证 复习中注意开发 对课本实验的的探究性改进 典例 某化学探究性实验小组的同学对铜与硝酸反应的实验进行了下列几方面的研究 1 用铜与稀硝酸反应的实验反应速率较慢 为加快反应速率 可采取的措施是 或 2 铜与稀硝酸反应的离子反应方程式为 在做铜与稀硝酸反应的实验时 常看到生成的气体为浅红棕色 其原因是 为了能直接观察到生成气体的颜色 可在往稀硝酸中加入铜的同时 加入少量碳酸盐即可达到目的 那么加入碳酸盐的作用是 3 在做铜与浓硝酸反应的实验时 为了减少污染 设计了以下四种装置 希望既能观察到反应现象 又能不拆除 不增加仪器的情况下使二氧化氮被吸收 氢氧化钠可吸收 设计的装置能达目的的是 填序号 探究性实验 典例 4 实验小组利用上图中的 装置 填序号 可以在不拆卸 不增加仪器的情况下 用同一个装置前后连贯完成铜与浓 稀硝酸反应 达此目的 棉球a蘸的是 液体b为 2 3 图 一 15 1 改用铜粉或微热或加热 2 3Cu 8H 2NO3 3Cu2 2NO 4H2O试管内有空气存在 将生成的NO氧化为NO2 或2NO O2 2NO2 由于碳酸盐与硝酸反应速率快 生成的CO2排走了试管内的空气 3 4 蒸馏水 NaOH溶液 以氢氧化亚铁的制备为切入点进行探究与装置设计 载体高二P89 例1 木炭与浓硫酸加热反应的产物验证 根据下图回答问题 根据图回答问题 1 上述装置中 在反应前用手掌紧贴烧瓶外壁检查装置的气密性 如观察不到明显的现象 还可以用什么简单的方法证明该装置不漏气 2 写出浓硫酸和木炭粉在加热条件下发生反应的化学方程式 3 根据图回答问题 如果用图中的装置检验上述反应的全部产物 写出下面标号所表示的仪器中应加入的试剂的名称及其作用 A中加入的试剂是 作用是 B中加入的试剂是 作用是 C中加入的试剂是 作用是除尽气体 D中加入的试剂是 作用是 4 实验时 C中应观察到的现象是 例2 验证锌与浓硫酸反应的产物 某课外活动小组的同学 在实验室做锌与浓硫酸反应的实验时 甲同学认为产生的气体是二氧化硫 而乙同学认为除二氧