新人教版高中化学实验方案的设计第一节《制备实验方案》设计

1 新人教版高中化学实验方案的设计第一节新人教版高中化学实验方案的设计第一节 制备实验方案制备实验方案 设计设计 考纲要求 掌握常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 教材导读 制备实验方案的设计 对巩固元素化合物知识和掌握好各类有机物之间的相互转化关系 全面训练 实验技能 培养分析问题和解决问题的能力是有益的 制备实验方案的设计 应遵循以下原则 条件合适 操作方便 原理正确 步骤简单 原料丰富 价格低廉 产物纯净 污染物少 即从多种路线中优选出一种最佳的制备途径 合理地选择化学食品与药品 设计合理的实验装置和 实验操作步骤 要点解读 对于常见气体的制备应注意以下几个问题 1 检查气体的纯度 点燃或加热通有可燃性气体 H2 CO CH4 C2H4 C2H2等 的装置前 必 须检查气体的纯度 例如用 H2 CO 等气体还原金属氧化物时 需要加热金属氧化物 在操作中 不能 先加热 后通气 应当先通入气体 将装置内的空气排干净后 检查气体是否纯净 验纯 待气体纯 净后 再点燃酒精灯加热金属氧化物 2 加热操作先后顺序选择 若气体产生需加热 应先用酒精灯加热产生气体的装置 等产生气体 后 再给实验需要加热的固体物质加热 例如用浓硫酸和甲酸共热产生 CO 再用 CO 还原 Fe2O3 实验 时应首先点燃 CO 发生装置的酒精灯 生成的 CO 赶走空气后 再点燃 Fe2O3的酒精灯 而熄灭酒精灯 的顺序则相反 原因是 在还原性气体中冷却 Fe 可防止灼热的 Fe 再被空气中的 O2氧化 并防止石灰 水倒吸 3 冷凝回流的问题 有的易挥发的液体反应物 为了避免反应物损耗和充分利用原料 要在发生 装置设计冷凝回流装置 如在发生装置安装长玻璃管等 4 冷却问题 有的实验为防止气体冷凝不充分而损失 需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体 物 2 质蒸气 使物质蒸气冷凝为液态便于收集 5 防止倒吸问题 在某些实验中 由于吸收液的倒吸 会对实验产生不良的影响 如玻璃仪器的 炸裂 反应试剂的污染等 因此 在有关实验中必须采取一定的措施防止吸收液的倒吸 防止倒吸一般 采用下列措施 1 切断装置 将有可能产生液体倒吸的密闭装置系统切断 以防止液体倒吸 如实验室中制取 氧气 甲烷时 通常用排水法收集气体 当实验结束时 必须先从水槽中将导管拿出来 然后熄灭酒精 灯 2 设置防护装置 倒立漏斗式 如图 2 甲所示 这种装置可以增大气体与吸收液的接触面积 有利于吸收液对气体 的吸收 当易溶性气体被吸收液吸收时 导管内压强减少 吸收液上升到漏斗中 由于漏斗容积较大 导致烧杯中液面下降 使漏斗口脱离液面 漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回烧瓶内 从而防止 吸收液的倒吸 肚容式 如图 2 乙所示 当易溶于吸收液的气体由干燥管末端进入吸收液被吸收后 导气管内压 强减少 使吸收液倒吸进入干燥管的吸收液本身质量大于干燥管内外压强差 吸收液受自身重量的作用 又流回烧杯内 从而防止吸收液的倒吸 这种装置与倒置漏斗很类似 蓄液式 如图 2 丙所示 当吸收液发生倒吸时 倒吸进来的吸收液被预先设置的蓄液装置贮存起 来 以防止吸收液进入受热仪器或反应容器 这种装置又称安全瓶 平衡压强式 如图 2 丁所示 为防止反应体系中压强减少 引起吸收液的倒吸 可以在密闭装置 系统中连接一个能与外界相通的装置 起着自动调节系统内外压强差的作用 防止溶液的倒吸 6 具有特殊作用的实验改进装置 防堵塞安全装置 如图 3 所示 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 见恒压式 为防止粉末或糊状物堵塞导气管 可将棉花团置于导管口处 见防阻式 I II 液封装置 如图 3 所示 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只小 试管 见液封式 防污染安全装置 如图 4 所示 灼烧式可用于除尾气 CO 吸收式可用于除 Cl2 H2S 等 收集式 可用于防止有毒气体进入空气中 3 7 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 应考虑停止加热或通气的顺序 如对有尾气吸收装置的实验 必须将尾气导管提出液面后 才能熄灭酒精灯 以免造成溶液倒吸 用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯 同时继 续通氢气 待加热区冷却后才能停止通氢气 这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化 或形成可爆气 拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时 需先把导气管从水槽中取出 才能熄灭酒精灯 以防止水 倒吸 拆卸后的仪器要清洗 干燥 归位 名题导思 例 1 在没有现成的 CO2气体发生器的情况下 请你选用下图中的部分仪器 装配成一个简易的 能随开随用 随关随停的 CO2气体发生装置 2 若用上述装置发生 CO2气体 而实验室只有稀硫酸 浓硝酸 水 块状纯碱 块状大理石 比较 合理的方案 应选用的药品是 解析 这是一个典型的设计实验装置习题 题目要求装配成一个能随开随用 随关随停的装置 自然想到启普发生器符合该要求 再分析启普发生器的三个组成部分是球形漏斗 容器和导气管 附开 关 和启普发生器随关随停的原理是 关闭活塞后使反应生成的气体把反应液压回球形漏斗使两反应物 脱离接触从而停止反应 由此可从题设仪器中选择 c d e 组装成与启普发生器相同原理的如图装置 再用铁架台 铁夹把 e 固定即可 选用试剂时要注意 硫酸会与大理石反应生成 CaSO4沉淀 附着在 CaCO3表面阻止 CaCO3继续和酸作 用产生 CO2 块状 Na2CO3遇酸会溶解 使制气装置起不到随关随停的作用 因此在本题中只能选用大 4 理石 浓硝酸和水 答案 1 用 a c d e 2 大理石 浓硝酸和水 例 2 实验室临时需要用 NaOH 溶液和 CO2来制取纯 Na2CO3溶液 已知 CO2气体在通入 NaOH 溶 液时极易因其过量而生成 NaHCO3 且无明显现象 实验时可供选择的试剂有 未知浓度的 NaOH 溶液 37 盐酸 40 硫酸 14 盐酸 大理 石 K2CO3固体 Cu2 OH 2CO3粉末 实验室现有如下仪器 铁架台 启普发生器 量筒 烧杯 乳胶管 玻璃导管 分液漏斗 下表所列为有关物质在常温时的溶解度 g 100g 水 1 本实验应选用的仪器 除启普发生器 乳胶管 玻璃导管外 还应有 2 为保证制得的 Na2CO3溶液尽量纯 应选用的药品除 外 还应需要 3 简要叙述实验步骤 直到制得纯 Na2CO3溶液 仪器安装不必叙述 量取两份相同体积的 NaOH 溶液 4 根据给出的溶解度数据 若保证在配制过程中不析出晶体 所用 NaOH 溶液中含 NaOH 的质量分 数的最大值是多少 写出计算步骤和必要的文字说明 解析 本题为创新实验设计 同时考查学生的基本实验技能和基本计算技能 这类题首先分析实 验目的 制取纯净 Na2CO3 根据实验原理 2NaOH CO2 Na2CO3 H2O 和 NaOH CO2 NaHCO3 两反应 均无明显现象 其中所隐含的是 Na2CO3与 NaHCO3 NaOH 的关系 NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O 因 而只要有等物质的量的 NaOH 和 NaHCO3 即可制得纯净的 Na2CO