选修6人教版4.3 综合实验设计教案.doc

课题三综合实验设计(选学)(教师用书独具)课标要求1能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化。2能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。3能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。课标解读1熟悉各类实验的仪器使用，学会综合实验设计，培养综合实验设计创新思想。2能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。3能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。教学地位本课题是选修6中最后一节，为选学内容，但本节课涉及到的内容也比较重要，如启普发生器的使用，创新实验的设计等在近年全国高考的理综测试卷中，每年都至少有一道化学实验试题具有开放性的特征，所以本节课也不能忽视。(教师用书独具)新课导入建议美国“阿波罗登月计划”总指挥韦伯在“阿波罗”登月成功后曾说：“阿波罗计划中没有一项新发明的技术，都是现成的技术，关键在于综合。”综合也是创新，实验设计创新是建立在课本的基础实验之上，没有基本实验方法与技能就谈不上实验设计的创新，实验的创新是实验的生命，它包括新实验的设计和旧实验的改进，实验设计的创新往往体现在以下方面，即：一个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种仪器的多种用途，一个用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法等。这对培养我们的发散思维具有重要的作用和意义。在本课题中，我们将综合利用现已掌握的各种知识和技能，进行实验设计上的“创新”尝试。教学流程设计师生互动完成探究1启普发生器的组成工作原理、应用，互动方式可利用问题导思，教师通过例1，对探究1进行总结，指导学生完成变式训练1及当堂双基达标1、2、3检验学生对探究点的理解掌握情况师生互动完成探究2实验方案的设计与评价，互动方式可利用问题导思，教师通过例2对探究2进行总结指导学生完成变式训练2及当堂双基达标4、5、6、7检验学生对探究点的理解掌握情况课标解读重点难点1.能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价、优化。2.综合运用已有知识、技能，充分调动潜能，培养创新思维，体验创新乐趣。1.综合实验设计的创新。(重点)2.综合实验设计实践。(难点)装置的改进与创新1.启普发生器(1)组成：启普发生器由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。(2)工作原理：(以稀硫酸和锌粒制h2为例)打开活塞，容器内压强与外界大气压相同，球形漏斗内的稀硫酸在重力作用下流到容器内，与锌粒接触，产生氢气；关上活塞后，氢气继续生成，此时容器内的压强大于外界大气压，压力将酸液压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，氢气不再产生。(3)使用范围启普发生器适用于块状固体与液体试剂在常温条件下制取气体。如氢气、二氧化碳等气体。(4)气密性的检验使用前应先检查装置的气密性，方法是开启旋塞，向球形漏斗中加水，当水充满容器下部的半球体时关闭旋塞，继续加水，使水上升到球形漏斗中。静置片刻，观察水面是否下降，如果下降说明漏气，反之不漏气。2如右图所示，准备好装置和试剂，确信烧瓶塞紧后，将滴管内水滴入烧瓶，观察到的现象是烧瓶内的气球膨胀，原因是：滴入水后，大量气体溶解于水，使烧瓶内压强减小，小于大气压，利用大气压使气球在烧瓶内膨胀。此实验的原理与喷泉实验原理相似。1图中两个气体发生装置有什么异同？各有什么特点？气体发生装置【提示】仪器不同、装置不同，但所依据的原理相同，都适用于块状固体跟液体的反应，不需要加热。3用玻璃管弯制成的u形管、t形管、软胶管、弹簧夹等连接成如右图所示装置。u形管中加入适量红色水溶液，即得简易u形气压计。将此装置用于以下实验：溶解热效应、反应热效应实验实验时，先按图示将实验装置连接好。在u形管内加入少量品红溶液(或红墨水)。打开t形管上的弹簧夹，使u形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧弹簧夹。然后将a中液体逐滴滴入b中，观察现象。用此装置实施放热、吸热过程的方法及现象如下表所示：反应物u形管中的现象实验结论ab浓硫酸水u形管中液面左低右高浓硫酸与水混合放热水硝酸铵u形管中液面右低左高硝酸铵与水混合吸热水过氧化钠u形管中液面左低右高na2o2与水反应放热证明、测定空气中的氧气参与氧化还原反应实验将铁钉放在如下图所示的试剂瓶中，用饱和食盐水浸泡，过一段时间观察，u形管中液面右低左高，说明发生的是吸氧腐蚀，相关的电极反应式为负极：2fe4e2fe2；正极：o22h2o4e4oh。可见，此装置的应用可以归纳为两类：有气体量变化(增加或减少)的实验，如上述实验；有温度变化从而使气体体积发生变化的实验，如上述实验。综合实验设计程序1.确定实验设计项目。2前期准备工作针对所选项目相关的知识、仪器、技术等问题查阅资料，做好理论、技术和装置上的准备。3提出设计方案初稿。4检验设计实验的效果。5写出实验设计报告。报告中应包括实验名称、实验目的、实验原理、实验用品、实验安全、实验装置图、实验步骤和实验现象记录，对记录的整理分析及实验结论等。2化学实验方案设计的一般思路是什么？【提示】实验设计的创新【问题导思】实验设计的创新包括哪些方面？【提示】包括实验原理、实验装置、实验效果、实验步骤与程序、实验安全等方面的创新。实验装置、仪器的创新指哪些方面？【提示】主要包括仪器的新用途、替代物、重新组合、装置的改进等方面。实验设计的创新包括以下几个方面：(1)实验原理的创新，如与其他学科的综合、新反应的应用、新的检测手段的应用等。(2)实验装置、仪器的创新，如仪器的新用途、替代物、重新组合、装置的改进等。(3)实验效果的创新，如视觉效果实验现象明显(如颜色变化、能量变化、气体的产生等)、应用多媒体手段放大或模拟、现代实验技术(数字化采集器、光谱分析法)的应用等。(4)实验步骤与程序的创新，如简化、快速、安全等。(5)实验安全的创新，如有毒药品的替换、消除实验污染安全装置的设计等。(2012上海高考)碱式碳酸铜cu2(oh)2co3是一种用途广泛的化工原料，实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下：步骤一：废铜屑制硝酸铜如图，用胶头滴管吸取浓hno3缓慢加到锥形瓶内的废铜屑中(废铜屑过量)，充分反应后过滤，得到硝酸铜溶液。步骤二：碱式碳酸铜的制备向大试管中加入碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热至70左右，用0.4 mol/l的naoh溶液调节ph至8.5，振荡，静置，过滤，用热水洗涤，烘干，得到碱式碳酸铜产品。完成下列填空：(1)写出浓硝酸与铜反应的离子方程式_。(2)上图装置中naoh溶液的作用是_。反应结束后，广口瓶内的溶液中，除了含有naoh外，还有_(填写化学式)。(3)步骤二中，水浴加热所需仪器有_、_(加热、夹持仪器、石棉网除外)；洗涤的目的是_。(4)步骤二的滤液中可能含有co，写出检验co的方法。_。(5)影响产品产量的主要因素有_。(6)若实验得到2.42 g样品(只含cuo杂质)，取此样品加热至分解完全后，得到1.80 g固体，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是_。【解析】(2)广口瓶内铜与浓硝酸反应生成大气污染气体nox，naoh溶液可用来吸收nox，利用no22naohnano2nano3h2o可知，反应结束后，广口瓶的溶液中，除了剩余的naoh外，还含有新生成的nano2与nano3。(3)因反应器为大试管，故水浴加热中用来盛放水的仪器可以选用烧杯，温度计(测定水温)；洗涤可除去碱式碳酸铜表面吸附的硝酸钠。(5)由步骤2可知实验成功的关键是控制溶液ph和反应温度，故影响产品质量的主要因素为温度、ph。(6)碱式碳酸铜完全分解得到cuo，设样品中碱式碳酸铜的质量分数为x，依据碱式碳酸铜受热分解的方程式，利用“差量法”可得：222622.42x(2.421.80)，解得x0.92。【答案】(1)cu4h2nocu22no22h2o(2)吸收氮氧化物(合理即可)nano3 、nano2 (3)烧杯温度计除去产品表面吸附的硝酸钠(4)取样，加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，说明有co(5)温度、ph (6)0.921下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是()a大理石和稀硫酸制取二氧化碳b锌粒和稀硫酸制氢气c浓硫酸和亚硫酸钠制取二氧化硫d电石和水制取乙炔【答案】b实验方案的设计与评价【问题导思】实验方案设计的一般思路是什么？【提示】明确目的和原理选仪器药品设计步骤和装置评价确定方案。化学实验方案评价的原则是什么？【提示】化学实验方案的评价原则a安全无险b装置最简c药品价格低廉d环保无污染e操作方便f原理简单、正确g现象最明显。1实验方案设计的一般思路2实验设计的注意事项(1)药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。(2)题目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、确定操作步骤都作了限定，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)药品的描述有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有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、饱和nahco3溶液、naoh溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。(5)会画简单的实验装置图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。(6)其他应注意的问题冷凝回流的问题。冷却问题。防止倒吸问题。具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。3实验方案的评价(1)从科学性和可行性对方案评价(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、对环境友好的合成线路，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从以下4个方面综合评价：反应原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否较快；原料利用率以及合成物的产率是否较高；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常考虑的主要因素如下：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(如h2还原cuo应先通h2，气体点燃先验纯等)；防氧化(如h2还原cuo后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等)；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)；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)；易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。某学习小组针对如何测定镀锌铁皮锌镀层厚度提出如下一些方案：方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。方案2.将一定质量的镀锌铁皮(w1)投入到足量的feso4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量(w2)，计算铁皮上的锌的质量。方案3.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的naoh溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。(1)方案2的主要缺点是_。方案3的主要缺点是_。(2)方案1中用到测量气体体积的装置，如图装置中不能用于测量气体体积的装置是_。学习小组拟选用c装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：_。【答案】(1)锌与铁的活动性差异不大，反应几乎难以进行反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高(2)b等到冷却到室温再进行读数，上下移动右边管使左右两边的液面相平2下列实验不能达到预期目的的是()序号实验内容实验目的acl2、br2分别与h2反应比较cl2、br2的非金属性强弱bcl2、s分别与fe反应比较cl2、s的氧化性强弱c测定相同浓度的na2co3、na2so4两溶液的ph比较碳酸、硫酸的稳定性强弱d测定相同浓度的盐酸、醋酸两溶液的导电性比较盐酸、醋酸的酸性强弱【解析】含氧酸的稳定性与其盐溶液ph间不存在关系，不能通过测盐的ph来比较不同盐对应含氧酸的稳定性强弱。【答案】c【教师备课资源】实验内容设计参考1自制气体发生装置和贮存装置为探究氯气的性质，用如图所示装置进行有关实验。a中烧瓶内装有mno2，通过分液漏斗加入的是浓盐酸；d中装有氢氧化钠溶液。装置b可用来贮存多余的气体。实验中k、l处于开启状态，若c、d装置出现堵塞，b可以起到安全瓶的作用。当c中收集满氯气后，关闭k，移去酒精灯，但由于余热的作用，a处仍有气体产生，此时b中瓶内液面下降，长颈漏斗内液面上升，起到贮存、收集气体的作用。2气体扩散性质实验(如图所示)3铜锌原电池为门铃供电音乐卡所需电压较低，但声音较小，可购买市售门铃，为使实验效果明显，须将3个以上的铜锌原电池串联。4利用有颜色变化的反应，设计可用于魔术表演的化学实验。实验原理：fecl3溶液遇到硫氰化钾(kscn)溶液显血红色，遇到亚铁氰化钾k4fe(cn)6溶液显蓝色，遇到铁氰化钾k3fe(cn)6溶液显绿色，遇苯酚显紫色，fecl3溶液喷在白纸上显黄色。实验用品：白纸、毛笔、喷雾器、木架、摁钉、fecl3溶液、硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液。实验步骤：用毛笔分别蘸取硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液在白纸上绘画。把纸晾干，钉在木架上。用喷雾器在绘有图画的白纸上喷上fecl3溶液。1下列实验中没有涉及气体压强原理的是()【解析】苯和水不相溶是产生分层的原因，与压强无关。【答案】d2(2013海宁高二检测)如图的装置中，干燥烧瓶中盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压胶管的胶头，下列与实验事实不相符的是()aco2(nahco3溶液)无色喷泉bnh3(h2o含酚酞)红色喷泉ch2s(cuso4溶液)黑色喷泉dhcl(agno3溶液)白色喷泉【解析】选项a中nahco3与co2不反应，烧瓶内的压强不变，不能形成喷泉；选项b中nh3易溶于水，形成nh3h2o，nh3h2onhoh，溶液呈碱性，能形成红色喷泉；选项c中h2scuso4h2so4cus，cus为黑色沉淀，能形成黑色喷泉；选项d中hclagno3hno3agcl，agcl为白色沉淀，能形成白色喷泉。【答案】a3(2013昆山高二检测)比较mno2和cuo对h2o2分解反应的催化能力大小的实验中，若催化剂的质量均控制在0.1 g，6%的h2o2溶液(密度按1 gcm3计算)均取2 ml，可选择的实验装置是()【解析】a、b两装置中使用的长颈漏斗没有形成液封，无法收集气体；根据双氧水分解反应的化学方程式进行粗略计算可知，2 ml 6%的h2o2溶液完全分解产生的氧气在标准状况下的体积约为39.5 ml，故答案选d。【答案】d4某校课外活动小组的同学设计了如图所示的实验装置，用来验证一氧化碳具有还原性。回答下列问题：(1)装置b中最适宜的试剂是_，其作用是_。(2)装置c的作用是_，若实验中没有装置c，则不可以证明co具有还原性，原因是：_。(3)装置d中黑色固体为_，反应的化学方程式为_。(4)根据实验中的_现象，可证明co具有还原性，有关反应的化学方程式是_。(5)若要根据装置f中出现的现象确认一氧化碳具有还原性，应在上图装置_与_之间连接下图中的_装置(填序号)。【解析】本实验的目的是验证一氧化碳的还原性。a是co2的发生装置，b是除去co2中混有的hcl气体的除杂装置，故b中最好加入饱和碳酸氢钠溶液。c是co2的干燥装置，目的是除去水蒸气，因为碳和水蒸气在加热条件下会反应生成h2，从而影响co性质的验证。这样从c中出来的是干燥的co2气体，在d中与碳反应生成co。co在e装置中与cuo反应生成co2和红色的cu。若要根据装置f中出现的现象确认一氧化碳具有还原性，就必须除去d中未完全反应的co2，故在d、e之间连接一个盛有碱石灰的干燥管。【答案】(1)饱和碳酸氢钠溶液除去co2中混有的hcl气体(2)干燥co2碳和h2o反应生成的h2也能还原氧化铜(3)碳co2c2co(4)e中黑色固体变为红色固体cocuocuco2(5)de1下列实验的设计不可行的是()a在浓氨水中加入生石灰可以制取少量的nh3b用水就能一次性鉴别溴苯、苯、乙酸三种物质c用如图所示的装置测定黄铜(cu、zn合金)中zn的含量d除去粗盐中的ca2、mg2、so，依次加入的物质是h2o、ba(oh)2、na2co3、hclwww-2-1-cnjy-com【解析】本题主要考查学生对课本实验的掌握以及气体体积的测量方法。c项，不能用稀硝酸，应该用盐酸，装置中集气瓶应该短管进气，长管出水。【答案】c2如图所示装置有洗气、除气等多种功能。下列关于该装置的用途的说法中正确的是()a除去o2中混有的水蒸气，瓶内装浓硫酸(瓶的容积的一半)，气体从b端进b用排水法收集氮气，将瓶内装满水，气体从a端进c用于病人输氧，瓶内装水(瓶的容积的一半)，b端接供氧钢瓶d测量不溶于水的气体的体积，将瓶内装满水，气体从b端进，a端接量筒【答案】d3下图为实验室制氢气的简易装置。若在加稀硫酸时，发现锌粒与稀硫酸没有接触而稀硫酸又不够了，为使该反应顺利进行，则可以从长颈漏斗中加入的试剂是()食盐水kno3溶液适量稀硫酸铜溶液na2co3溶液ccl4浓氨水abc d【答案】a4(2013广东六校联考)某校化学兴趣小组为探究铁与浓硫酸反应，设计了图1、图2所示装置进行实验。21cnjy(1)比较两实验装置，图2所示装置的优点是：能更好地吸收有毒气体so2，防止其污染环境；_。(2)能说明有so2气体产生的实验现象是_。【出处：21教育名师】(3)反应一段时间后，用滴管吸取a试管中的溶液滴入适量水中为试样，试样中所含金属离子的成分有以下三种可能：只含有fe3；：只含有fe2；：既有fe3又有fe2。为验证、的可能性，选用如下试剂，填写下列空白：a稀盐酸溶液 b稀硫酸溶液ckscn溶液 dkmno4溶液enaoh溶液 f淀粉ki溶液gh2o2溶液验证：取试样，先滴加少量的_(填试剂序号，下同)，振荡，再滴加少量的_，根据溶液颜色的变化可确定假设是否正确。验证：步骤1.取试样，滴加少量的_(填试剂序号)，溶液的颜色变_色则试样中含有fe3，发生反应的离子方程式为_。步骤2.再取适量的试样滴加到少量的_(填试剂序号)，溶液的颜色变为_色，则试样中含有fe2。【解析】(1)比较两个装置的不同点，发现发生装置设计不同，可抽动的铁丝可以随时控制反应的发生与停止，而铁片却不具有这样的优势。(3)检验溶液中仅含fe2需事先确定溶液中是否含fe3(用kscn溶液)，再利用氧化剂(不要有很深的颜色，以免影响血红色的观察)把fe2氧化成fe3，观察有无血红色现象出现；检验溶液中既有fe2又有fe3，首先可用kscn溶液检验fe3的存在，因为fe3的存在必然会影响fe2的检验，故只能选择kmno4溶液与fe2反应，观察kmno4溶液颜色的变化情况。【答案】(1)便于控制反应的发生和停止(2)品红溶液褪色(3)验证：cg验证：步骤1：c(或f)红(或蓝)fe33scnfe(scn)3(或2fe32i2fe2i2)步骤2：d浅红或变浅5(2013深圳高二质检)硫酸工业尾气中二氧化硫的含量超过0.05%(体积分数)时需经处理后才能排放。某校兴趣小组欲测定硫酸工业尾气中二氧化硫的含量，采用以下方案：甲方案：如图所示，图中气体流量计b用于准确测量通过尾气的体积。将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定so2的含量。当洗气瓶c中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞a。(1)洗气瓶c中导管末端连接一个多孔球泡d，可以提高实验的准确度，其理由是：_。(2)洗气瓶c中的溶液可以用其他试剂替代，请你举出一种：_。(3)洗气瓶c中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞a，测得的so2含量_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。乙方案：实验步骤如下面流程图所示：(4)写出步骤中反应的化学方程式_。(5)步骤中洗涤沉淀的方法是_。(6)通过的尾气体积为v l(已换算成标准状况)时，该尾气中二氧化硫的含量(体积分数)为_(用含有v、m的代数式表示)。丙方案：将乙方案中步骤省略，直接将尾气通入过量ba(oh)2溶液中，其余步骤与乙方案相同。(7)你认为丙方案是否合理，说明理由：_。【解析】(1)甲方案利用的原理为：so2i22h2oh2so42hi。洗气瓶c中导管末端连接一个多孔球泡