化学实验方案的设计和评价

精品文档 1欢迎下载 八 化学实验方案的设计和评价八 化学实验方案的设计和评价 1 1 实验方案设计的基本要求 实验方案设计的基本要求 1 1 科学性 科学性 2 2 安全性 安全性 3 3 环保性 环保性 4 4 可行性 可行性 5 5 简约性 简约性 6 6 经济性 经济性 2 2 化学实验方案设计的基本思路 化学实验方案设计的基本思路 I I I I I I 3 3 化学实验方案设计的分类 化学实验方案设计的分类 1 物质制备实验方案 发生装置发生装置 净化装置净化装置 干燥装置干燥装置 收集装置收集装置 尾气处理装置尾气处理装置 制备实验的典型案例 硫酸亚铁铵制备实验的典型案例 硫酸亚铁铵 摩尔盐摩尔盐 的制备 阿司匹林的合成的制备 阿司匹林的合成 2 物质性质实验方案 I 性质实验方案设计的思路 II 探索性实验与验证性实验 性质探索性实验方案 根据物质的结构特点或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 而后据此分别设计出合理的实验方案 去探究该物质可能具有的性质 程序 物质物质 实验事实实验事实 科学抽象科学抽象 结论结论 性质验证性实验方案 对物质具备的性质去求证 关键在于设计出简捷的实验方案 操 作简单 现象明显 且安全可行 程序 物质物质 性质推测性质推测 实验事实实验事实 科学抽象科学抽象 结论结论 III 中学常见物质性质实验方案的设计 证明金属 非金属性大小 证明氧化 还原性大小 证明酸性强弱 证明醇 酚羟基 证明醛基 证明碳碳双键 叁键 证明胶体 探索性实验方案 铝及其化合物的性质探索性实验方案 铝及其化合物的性质 A1F63 A1 OH 4 精品文档 2欢迎下载 验证性实验方案 乙醇和苯酚的性质验证性实验方案 乙醇和苯酚的性质 4 4 化学实验方案的评价 化学实验方案的评价 1 从可行性评价 原理是否正确 可行 操作是否安全 合理 步骤是否简单 方便 原理是否正确 可行 操作是否安全 合理 步骤是否简单 方便 效果是否明显等 效果是否明显等 2 从 绿色化 评价 原料是否易得 安全 无毒 反应速率是否较快 原料利用率 原料是否易得 安全 无毒 反应速率是否较快 原料利用率 产物产率是否较高 合成过程是否有环境污染 产物产率是否较高 合成过程是否有环境污染 3 从安全性评价 防倒吸 防爆炸 防氧化 防吸水 防挥发等 防倒吸 防爆炸 防氧化 防吸水 防挥发等 5 5 注重对实验基础知识的整理和归纳 注重对实验基础知识的整理和归纳 这部分内容较为琐碎 学习时可以依据以下思路 在理解的前提下加以掌握 典型例子典型例子 气体实验装置的连接顺序设计 1 一般原则 1 气体发生装置除杂干燥主要实验尾气处理等顺序 考虑干燥与除杂的顺 序时 若采用溶液除杂 则应该先净化后干燥 若采用加热除杂 干燥在前 若用固体吸 收剂常温除杂 则根据题意而顶 2 尾气处理 有毒气体常采用溶液 或固体 吸收或将之点燃 无毒气体直接排空 若 制备的物质极易水解 如 SnCl4 AlCl3等 则在尾部加装干燥管 以防空气中的水蒸气进 入造成水解 3 接口的连接 总体上遵循装置的排列顺序 但对于吸收装置应 长 进 短 出 干 燥管应 大 进 小 出 4 气体发生 一般按 装置选择与连接气密性检查装固体药品加液体药品 开始实验 按程序 拆卸仪器其它处理等 制气体的实验 在实验前均应进行气 密性检查 气体在点燃之前一般应进行纯度的检验 5 加热操作 主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯 其目的是 一是防止爆炸 如氢气还原氧化铜 CO 还原 Fe2O3等 二是保证产品纯度 如制备 Mg2N3 CuCl2等 熄灭酒精灯时 一般是 先点后灭 的原则 2 设计实验时还应该考虑以下因素 1 净化 熄灭酒精灯时要防止液体倒吸 2 进行某些摩尔写易爆 易燃实验时要防止爆炸 如氢气还原氧化铜应该下通氢气 气 体点燃前应该先验纯等 3 防氧化 如 H2还原 CuO 后要 先灭灯 再停氢 白磷的切割要在水中进行等 4 防吸水 如实验取用制取易吸水 潮解的物质必须采取有效措施 5 冷凝回流 6 易挥发的液体产物要及时冷却 并注意冷却剂的选择 物质的性质 药品的变质 保存 物质的鉴别 检验 物质的制备 物质的分离 提纯 化学实验仪器实验装置 决定决定 选择选择组合组合 使用方法和操作要领 精品文档 3欢迎下载 经典案例 经典案例 1 98 全国 27 11 分 测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积 可以 求得合金中铝和锌的质量分数 现有下列实验用品 中学化学实验常用仪器 800mL 烧杯 100mL 量筒 短颈玻璃漏斗 铜网 铝锌合金样品 浓盐酸 密度 1 19g cm 3 水 按图 示装置进行实验 回答下列问题 设合金样品完全反应 产生的气体体积不超过 100mL 1 补充下列实验步骤 直到反应开始进行 铁架台和铁夹的安装可省略 将称量后的合金样品用铜网小心包裹好 放在 800 mL 烧杯底部 把短颈漏斗倒扣 在样品上面 2 合金样品用铜网包裹的目的是 精品文档 4欢迎下载 解析 本题是考查实验操作的设计题 实验原理 H2的制取 H2的收集 H2体积的测量 答案 1 往烧杯中注入水 直至水面没过漏斗颈 没答水面没过漏斗颈不给分 3 分 在 100mL量筒中装满水量筒中装满水 倒置在盛水的烧杯中倒置在盛水的烧杯中 量筒中不应留有气泡 使漏斗颈插使漏斗颈插 入量筒中入量筒中 烧杯中水面到杯口至少保留约 100mL 空间 只要黑斜体中的要点全部答对 给 3 分 装满水的量筒怎样倒置在杯中可不作要求 答或不答不加分也不扣分 3 分 将长颈漏斗 或答玻璃棒 插入烧杯并接近烧杯底部 通过它慢慢加入浓盐酸 至 有气体产生 3 分 注 实验步骤顺序写错 或者步骤 中加入盐酸 则不论其它步骤回答是否正确 小题 1 均为 0 分 2 使样品在反应时能保持在烧杯底适当的位置 或答避免反应时样品漂浮 2 分 2 10 台州二次 27 16 分 硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料 可通过多种途径制 取硫酸铜晶体 铜不能与稀硫酸直接反应 本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀 硫酸的混合物中 加热使之反应完全 通过蒸发 结晶得到硫酸铜晶体 装置如图 1 2 所 示 请回答相关问题 1 图 1 分液漏斗中装的液体是 烧瓶中发生反应的离子方程式为 2 本实验中若硝酸过量 造成的结果是 3 图 2 是图 1 的改进装置 其优点是 4 为符合绿色化学的要求 某研究性学习小组进行如下设计 第一组 以空气为氧化剂 方案 1 将铜粉在某仪器中反复灼烧 使铜粉与空气充分反应生成氧化铜 再将氧化铜 与稀硫酸反应 方案 2 将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中 发现在常温下几乎不反应 向混合物中加入 Fe2 SO4 3 即发生反应 反应完全后向其中加物质甲调节 pH 到 3 4 产 生 Fe OH 3沉淀 过滤 蒸发 结晶 得到硫酸铜晶体 滤渣循环使用 已知 Fe OH 3和 Cu OH 2完全沉淀时的 pH 分别为 3 7 6 4 方案 1 中用于灼烧的仪器名称是 方案 2 中甲物质可以是 填字母序号 a CuO b CuCO3 c CaCO3 d NaOH 方案 2 中发生反应的总化学方程式为 注明反应条件 精品文档 5欢迎下载 第二组 过氧化氢为氧化剂法 将 3 2g 铜丝放到 45 mL 1 5mol L 1的稀硫酸中 控温在 50 加入 18mL 10 的 H2O2 反应 0 5h 后 升温到 60 持续反应 1 h 后 过滤 蒸发浓缩 减压抽滤等 用少量 95 的酒精淋洗后晾干 得 CuSO4 5H2O 10 5g 请回答下列问题 ww 加热时温度不宜过高的原因是 写出组装减压抽滤装置的注意点 至少二点 晶体采用酒精淋洗的优点是 本实验 CuSO4 5H2O 的产率为 上述两种氧化法中 更符合绿色化学理念的是 填 第一组 或 第二组 理由是 答案 1 浓硝酸 1 分 2 制得的硫酸铜晶体不纯 1 分 3 有利于氮氧化合物的吸收 1 分 防止倒吸 1 分 4 坩埚 1 分 a b 2 分 答对 1 个 1 分 多选 错选均为 0 分 2Cu O2 2H2SO4 2CuSO4 2H2O 3 分 其中反应条件 1 分 CuSO4也可 写成 CuSO4 5H2O 防止双氧水分解 1 分 滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔 橡皮塞插入部分 不超过三分之二 布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对 安全瓶中导管与吸滤 瓶相连短与抽滤泵相连长 四点中任答二点共 2 分 酒精与水互溶且极挥发 减少晶体溶解 84 2 分 第二组 1 分 第一组方案 1 需要灼烧 多消耗能源 1 分 第一组方案 2 所得产品含有铁 元素杂质 1 分 而第二组方案几乎不产生有害气体 且所得产品纯度较高 1 分 3 10 广东 33 16 分 某科研小组用 MnO2和浓盐酸制备 Cl2时 利用刚吸收过少量 SO2 的 NaOH 溶液对其尾气进行吸收处理 1 请完成 SO2与过量 NaOH 溶液反应的化学方程式 SO2 2NaOH 2 反应 Cl2 Na2SO3 2 NaOH 2NaCl Na2SO4 H2O 中的还原剂为 3 吸收尾气一段时间后 吸收液 强碱性 中肯定存在 Cl OH 和 SO42 请设计实 验 探究该吸收液中可能存在的其他阴离子 不考虑空气的 CO2的影响 提出合理假设 假设 1 假设 2 假设 3 设计实验方案 进行实验 请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论 限选实 验试剂 3moL L 1H2SO4 1moL L 1NaOH 0 01mol L 1KMnO4 淀粉 KI 溶液 紫色石蕊 试液 实验步骤预期现象和结论 步骤 1 取少量吸收液于试管中 滴加 3 moL L 1 H2SO4至溶液呈酸性 然后将所得溶 液分置于 A B 试管中 步骤 2 步骤 3 精品文档 6欢迎下载 解题模式解题模式 提出假设提出假设 实验步骤实验步骤 结论结论 SO2 2NaOH Na2SO3 H2O Na2SO3 只存在 SO32 既不存在 SO32 也不存在 ClO 只存在 ClO 步骤 2 在 A 试管中滴加 0 01mol L 1KMnO4溶液 1 2 滴 振荡 预期现象和结论 如果溶液颜色褪去 说明有 SO32 则假设 1 成立 反之则说明没有 SO32 则假设 1 不成立 步骤 3 在 B 试管中滴加淀粉 KI 溶液 1 2 滴 振荡 预期现象和结论 如果溶液颜色变蓝色 说明有 ClO 则假设 3 成立 反之则说明没有 ClO 则假设 3 不成立 典型例子典型例子 气体实验装置的连接顺序设计 1 一般原则 1 气体发生装置除杂干燥主要实验尾气处理等顺序 考虑干燥与除杂的顺 序时 若采用溶液除杂 则应该先净化后干燥 若采用加热除杂 干燥在前 若用固体吸 收剂常温除杂 则根据题意而顶 2 尾气处理 有毒气体常采用溶液 或固体 吸收或将之点燃 无毒气体直接排空 若 制备的物质极易水解 如 SnCl4 AlCl3等 则在尾部加装干燥管 以防空气中的水蒸气进 入造成水解 3 接口的连接 总体上遵循装置的排列顺序 但对于吸收装置应 长 进 短 出 干 燥管应 大 进 小 出 4 气体发生 一般按 装置选择与连接气密性检查装固体药品加液体药品 开始实验 按程序 拆卸仪器其它处理等 制气体的实验 在实验前均应进行气 密性检查 气体在点燃之前一般应进行纯度的检验 5 加热操作 主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯 其目的是 一是防止爆炸 如氢气还原氧化铜 CO 还原 Fe2O3等 二是保证产品纯度 如制备 Mg2N3 CuCl2等 熄灭酒精灯时 一般是 先点后灭 的原则 2 设计实验时还应该考虑以下因素 1 净化 熄灭酒精灯时要防止液体倒吸 2 进行某些摩尔写易爆 易燃实验时要防止爆炸 如氢气还原氧化铜应该下通氢气 气 体点燃前应该先验纯等 3 防氧化 如 H2还原 CuO 后要 先灭灯 再停氢 白磷的切割要在水中进行等 4 防吸水 如实验取用制取易吸水 潮解的物质必须采取有效措施 5 冷凝回流 6 易挥发的液体产物要及时冷却 并注意冷却剂的选择 例例 1 1 设计一个粗略测定锌 二价金属 的相对原子质量的实验 实验室环境条件 25 1 01 105Pa 仪器及材料 大试管一支 容量约 50mL 500mL 锥形瓶一只 500mL 量筒一只 玻璃导管 橡皮管 橡皮塞 铁架台 附铁夹 w g 锌粒 w 1g 足量稀硫酸 水 画出实验装置示意图 欲保证不漏出氢气 应如何操作 若实验测出的氢气的体积为 V mL 写出计算锌的相对原子质量的计算式 例例 2 2 根据乙醇的分子式和各元素的化合价 乙醇分子可能有两种结构 I CH3 O CH3 II CH3CH2 OH 为了确定乙醇究竟是哪一种结构 设计一实验验证 在一 定条件下 将一定量的无水乙醇与足量的钠反应 根据所产生的氢气的体积 可以推测乙 醇分子的结构 进行此实验 可供选用的仪器如下 精品文档 7欢迎下载 a b 水 乙醇 钠 c d e 1 请选用适当的仪器 组装实验装置 装置的连接顺序是 填仪器接口的字母 2 乙醇与钠反应的化学方程式是 3 比起水跟钠的反应来 乙醇跟钠的反应要 填 缓和 或 剧烈 得多 4 测得实验数据如下 n C2H6O 0 100mol L V H2 1 12L 标况下 由此得出乙 醇的结构式为 例例 3 3 某光卤石样品中含有不跟氢氧化钠溶液 盐酸反应的杂质 学校化学课外活动研究 小组欲测定此样品中