高三化学实验方案的设计

第第 43 讲讲 实验方案的设计和气体的制备实验方案的设计和气体的制备 建议 建议 2 课时完成 课时完成 考试目标考试目标 1 掌握见气体的实验室制法 包括所用试剂 仪器 反应原理和收集方法 2 设计 评价或改进实验方案 3 了解控制实验条件的方法 4 分析或处理实验数据 得出合理结论 5 绘制和识别典型的实验仪器装置图 6 以上各部分知识与技能的综合应用 要点精析要点精析 一 气体的制备一 气体的制备 1 气体发生装置的类型气体发生装置的类型 1 设计原则 根据反应原理 反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置 2 装置基本类型 装 置 类 型 固体反应物 加热 固液反应物 不加热 固液反应物 加热 装 置 示 意 图 典 型 气 体 O2 NH3 CH 4 H2 CO2 H2S H2 CO2 H2 S SO2 NO NO2 C2H2 O2 NH3 Cl2 H Cl C O CH2 CH2 2 几种气体制备的反应原理 几种气体制备的反应原理 1 O2 2KClO3 2KCl 3O2 2KMnO4K2MnO4 MnO2 O2 2H2O22H2O O2 2 NH3 2NH4Cl Ca OH 2CaCl2 2NH3 2H2O NH3 H2ONH3 H2O 3 CH4 CH3COONa NaOHNa2CO3 CH4 4 H2 Zn H2SO4 稀 ZnSO4 H2 5 CO2 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O 6 SO2 Na2SO4 H2SO4 浓 Na2SO4 SO2 H2O 7 NO2 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 8 NO 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O 9 C2H2 CaC2 2H2O Ca OH 2 CH CH 10 Cl2 MnO2 4HCl 浓 MnCl2 Cl2 2H2O 11 C2H4 C2H5OHCH2 CH2 H2O 12 H2 S FeS H H2S Fe2 3 收集装置 收集装置 1 设计原则 根据氧化的溶解性或密度 注 以上三种方法 所得气体均不纯净 排气法所得气体中 含有空气 排水法所 得气体中含有水蒸 气 故要得到纯净 的气体可以用球胆 或塑料袋或注射器 收集 2 装置基本类 型 4 净化 净化与干燥装与干燥装 置置 1 设计原则 根据净化药品的状态及条件 2 装置基本类型 装置类 型 液体除杂剂 不加热 也可以装固体吸收剂 固体除杂剂 不加热 固体除杂剂 加热 装 置 示意图 3 气体的净化剂的选择 选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定 所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质 而不 能与被提纯的气体反应 一般情况下 易溶于水的气体杂质可用水来吸收 酸性杂质可用碱性物质 吸收 碱性杂质可用酸性物质吸收 水分可用干燥剂来吸收 能与杂质反应生成沉淀 或可溶物 的物质也可作为吸收剂 4 气体干燥剂的类型及选择 常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类 酸性干燥剂 如浓硫酸 五氧化二磷 硅胶 酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体 如 装置类 型 排水 液 集气法向上排空气集气法向下排空气集气法 装 置 示意图 适用范 围 不溶于水 液 的气 体 密度大于空气的气 体 密度小于空气的气体 典型气 体 H2 O2 NO CO CH4 CH2 CH2 CH CH Cl2 HCl CO2 S O2 H2S H2 NH3 CH4 CO2 SO2 NO2 HCI H2 Cl2 O2 CH4等气体 碱性干燥剂 如生石灰 碱石灰 固体 NaOH 碱性干燥剂可以用来干燥显碱性或中性的气体 如 NH3 H2 O2 CH4等气体 中性干燥剂 如无水氯化钙等 可以干燥中性 酸性 碱性气体 如 O2 H2 CH4等 在选用干燥剂时 显碱性的气体不能选用酸性干燥剂 显酸性的气体不能选用碱性干燥剂 有还原性的 气体不能选用有氧化性的干燥剂 能与气体反应的物质不能选作干燥剂 如不能用 CaCI2来干燥 NH3 因 生成 CaCl2 8NH3 不能用浓 H2SO4干燥 NH3 H2S HBr HI 等 5 气体净化与干燥注意事项 一般情况下 若采用溶液作除杂试剂 则是先除杂后干燥 若采用加热除去杂质 则是先干燥后加热 对于有毒 有害的气体尾气必须用适当的溶液加以吸收 或点燃 使它们变为无毒 无害 无污染的 物质 如尾气 Cl2 SO2 Br2 蒸气 等可用 NaOH 溶液吸收 尾气 H2S 可用 CuSO4或 NaOH 溶液吸收 尾气 CO 可用点燃法 将它转化为 CO2气体 对于易爆的气体应点燃尾气 不能排放在实验室中 5 气体实验装置的设计 气体实验装置的设计 1 装置顺序 制气装置 净化装置 反应或收集装置 除尾气装置 2 安装顺序 由下向上 由左向右 3 操作顺序 装配仪器 检验气密性 加入药品 二 实验方案的设计二 实验方案的设计 1 性质实验方案设计 性质实验方案设计 1 在进行性质实验方案的设计时 要充分了解物质的结构 性质 用途与制法之间的相互联系 2 性质实验的设计一般包括反应原理 实验仪器与操作 反应现象和实验结论几个方面 3 化学性质实验方案的设计 首先要求抓住物质本质特征进行整理和思考 然后进行分析 比较 综合和概括 需要在元素周期律等化学理论知识的指导下 将元素及其化合物的知识进行整理 使 之系统化 网络化 在提取知识时能够准确 全面 并能注重知识间的内在联系 2 制备实验方案设计 制备实验方案设计 1 物质制备方案的设计 首先要弄清物质制备的原理 从原理为切入点设计方案 方案一般已包括实验 名称 目的 原理 用品 步骤 现象记录及结果处理 2 针对一个实验 可以设计出多种方案 要会得对每个方案进行科学的评价 评价可从以下几个方面进 行 理论上要科学 操作上要简单可行 原料用量要节约 要环保 符合绿色化学原则 例题例题 3 下图表示某种盐的制备步骤 已知 水合盐 B 含有 45 3 的水 无水盐 C 焙烧分解 放出两种无色刺激性气体 E 和 F 并生成红 棕色固体 D 请写出物质的化学式或名称 A B C D E F 分析分析 红棕色固体是一个特征信息 可联想到氧化铁等显红棕色的物质 逆向推测无水盐可能含铁 的硫酸盐 再根据反应条件可推断出 C 是硫酸亚铁 根据 B 中含水的质量分数可得出 B 是 稀硫酸 金属屑 A 80 过滤 除杂质 滤液 结晶 水合盐 B 300 氮气保护 无水盐 C FeSO4 7H2O 答案答案 A Fe B FeSO4 7H2O C FeSO4 D Fe2O3 E SO2 F SO3 E SO3 F SO2 3 检验实验方案设计 检验实验方案设计 1 熟练掌握各类物质的物理性质 顔色 气味 熔 沸点 水溶性 化学性质及相互反应的现象 尤其是一些选择性反应与特征反应 2 物质鉴定的关键在于通过分析 推理设计出合理的鉴定过程 3 鉴定的基本原则 被鉴定的物质是固体 则一般需要用蒸馏水溶解 待鉴定物质在实验时应取少量 要检 验多种成份 应进行平行实验 防止一只试管进行到底 造成前后干扰 由现象定结论 由特定 条件下的特定现象 证明其含有特定的微粒 例 5 仅用一种试剂鉴别如下物质 苯 CCl4 NaI 溶液 NaCl 溶液 Na2SO3溶液 下列试剂中不能 选用的是 A 溴水 B FeCl3溶液 C 酸性 KMnO4 D AgNO3溶液 答案 D 分析讲解 苯 CCl4都是一种非极性溶剂 但前者的密度比水小 后者的密度比水大 溴水滴入苯中振荡后 水中的 Br2转移到到苯层中 苯层浮在上层 溴水滴入到 CCl4中振荡后 水 的 Br2转移到 CCl4层中 CCl4层沉在下层 溴水滴入 NaI 溶液中 会置换出 I2 溶液颜色变深 溴水滴 入亚硫酸钠溶液中时 Br2跟亚硫酸钠反应 颜色褪去 溴水滴入氯化钠溶液中 不发生化学反应 溴水 稀释 所以溴水能将五种溶液检别开来 FeCl3溶液滴入苯 CCl4中 可根据分层现象区分 FeCl3溶液滴入 NaCl 溶液中 不会产生明显现象 FeCl3溶液 NaI 溶液中会生成 I2 FeCl3溶液滴入 Na2SO3溶液中会发生如下反应 2Fe3 SO32 H2O 2Fe2 SO42 2H 能产生褪色 气泡等多种现象 所以氯化铁溶液能用于检别五种溶液 酸性 KMnO4滴入苯和 CCl4中 也可根据分层现象区分 酸性 KMnO4滴入氯化钠溶液中无明显现象 酸性 KMnO4滴入碘化钠溶液中会生成 I2 滴入亚硫酸钠溶液中会生成硫酸钠 都会产生明显的实验现象 差异 所以酸性 KMnO4能用于检别五种溶液 注意点 从思维角度看 解答指定试剂检验题主要用到的是定向思维 只要分析给定试剂跟待检物质 能发生什么反应 反应中有什么现象 各种待检物质跟试剂反应时的现象是否有明显差异等等 有些反 应的原理虽然相近 但实验现象有明显差异 也可以用于检别 有些反应的原理有很大不同 但不能产 生明显差异的实验现象 也不能用于检别 例 6 某学生根据高中课本中硝酸钾受热分解的实验操作来判断硝酸铅的分解产物之一是氧气 将试管中 的硝酸铅加热到熔融 把带有火星的细木条伸进试管口 检验放出的气体 当发现木条复燃时该学生即 断言 硝酸铅受热分解有氧气放出 请你对上述实验及结论的合理性作出评价 如有必要 可提出改进 的实验方案 4 综合实验方案设计 综合实验方案设计 1 化学实验方案设计的基本要求 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 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的范围等 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 根据观察 全面而准确地记录实验过程中的现象和数据 分析得出结论 根据实验观察的现象和记录的数据 通过分析 计算 图表 推理等处理 得出正确的结论 以上只是解答综合实验设计题的一般思考方法 在解答过程中 应根据实验设计题的具体情况和要 求 作出正确的回答 3 化学实验方案设计的注意事项 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