刘政权实验方案的设计与评价

实验专题 实验方案的设计与评价 汉寿二中高三化学组 考试说明要求的实验能力 1 用正确的化学实验基本操作 完成规定的 学生实验 的能力 2 观察记录实验现象 分析实验结果和处理实验数据 得出正确结论的能力 3 初步处理实验过程中的有关安全问题的能力 4 能识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力 5 根据实验试题的要求 设计简单实验方案的能力 包括 原理的设计 试剂 仪器的选择 装置的设计和优化等 Na2CO3 如何设计实验收集数据从而得到m Na2CO3 例 2005年全国 工业上生产的纯碱中往往含有少量的杂质 NaCl 我们可以怎样设计实验来测定样品中纯碱的质量分数呢 原理 Ba2 CO32 BaCO3 或Ca2 CO32 CaCO3 原理 2H CO32 H2O CO2 思路2 从生成沉淀角度设计 思路3 从滴定反应角度设计 思路1 从生成气体的角度设计 原理 2H CO32 H2O CO2 方案一 气体分析法 称CO2的质量 方案三 沉淀分析法 称沉淀的质量 方案四 滴定法 测消耗标准酸液的体积 形成方案 方案二 气体分析法 量CO2的体积 原理 H2SO4 Na2CO3 Na2SO4 H2O CO2 思考 某同学设计了如下的实验装置 该同学的设计是否严谨 若不严谨可如何改进 a 被CO2带出来的水蒸气被碱石灰吸收 b 外界空气中的CO2和水蒸气可能进入装置 C 产生的CO2气体还有部分留在了装置中 方案一 称CO2的质量 改进后的装置 该实验中两次向装置中鼓入空气 两次的作用分别是 第一次 第二次 排除装置中原有的CO2气体 将反应产生的CO2全部从装置中排出 小结 实验设计的基本思路 明确目的 要求 分析实验原理 确定实验方案 优化设计方案 分析实验数据得出结论 某同学想用下面的装置来测定工业纯碱中Na2CO3 含少量NaCl 的纯度 装置的连接顺序是 a b c d 原理 H2SO4 Na2CO3 Na2SO4 H2O CO2 方案二 量CO2的体积 甲 由于设计上的缺陷或操作上的失误都会对实验结果造成误差 其中能引起实验结果偏大的可能原因是 A 反应放热 没有恢复到室温就开始读数B 稀硫酸占据了烧瓶的部分体积C 部分水留在了导管中 没有进入量筒D 部分CO2气体溶在了水中 AB 水 a 滴定管的精确度比量筒高 测量的结果更准确 b 用导管将分液漏斗上下连通 可以避免稀硫酸占据烧瓶体积问题 一定量的样品溶液 碳酸盐沉淀 洗涤 过滤干燥 加入足量某试剂 称量沉淀质量 方案三 沉淀法 方案四 滴定法 读取标准液的体积 滴入指示剂 甲基橙 标准液 盐酸或硫酸 溶液 一定量的样品溶液 小结 最佳方案的标准 1 原理恰当2 效果明显3 装置简单4 仪器药品易得5 实验误差更少6 环境污染更少7 更安全可靠 例2 硫酸亚铁 FeSO4 7H2O 是一种重要的食品和饲料添加剂 实验室通过如下实验由废铁屑制备FeSO4 7H2O晶体 请完善有关步骤 1 除油污 将5 的Na2CO3溶液加入到盛有一定量废铁屑的烧杯中 加热数分钟 用倾析法除去Na2CO3溶液 然后 2 生成FeSO4 向废铁屑中加入适量的稀硫酸 小心加热 控制温度在50 80 之间 使反应进行到为止 此时 溶液显色 3 过滤 此步目的是 具体操作是先然后 趁热过滤 返回目录 返回目录 4 结晶 将滤液转移到中 静置 冷却结晶 5 待结晶完毕后 滤出晶体 此处操作必须标明 冷 或 热 的要点 再用滤纸将晶体吸干 6 将制得的FeSO4 7H2O晶体放在保存 7 经查阅资料后发现 硫酸亚铁在不同温度下结晶可分别得到FeSO4 7H2O FeSO4 4H2O和FeSO4 H2O 硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和该温度下析出晶体的组成如下表所示 仅在57 6 64 温度下可同时析出两种晶体 返回目录 返回目录 硫酸亚铁的溶解度和析出晶体的组成 返回目录 返回目录 解析 为了避免Fe2 水解 所以 制备FeSO4时硫酸要过量 为了防止Fe2 被氧化 所以 Fe粉要过量 在实际操作中 方法是使铁屑稍过量 当硫酸浓度降低到一定程度时反应就自动停止 此时 烧杯中既有过量的铁粉又有多余的硫酸 从而达到Fe2 不被氧化又不水解的目的 若需从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO4 4H2O 应控制的结晶温度 t 的范围为 题型二 综合题型例3 氢氧化铜是一种常用试剂 例如 利用新制氢氧化铜验证醛类物质的还原性 实验室制取氢氧化铜悬浊液的操作方法 在试管里加入10 的氢氧化钠溶液2mL 滴入2 的硫酸铜溶液4 6滴 振荡即成 这样操作的目的是 返回目录 返回目录 答案 1 将废铁屑用水洗涤2 3遍 2 只有极少量的气泡冒出 还有少量铁屑剩余 浅绿 3 除去铁屑 将少量热水通过过滤器 预热过滤器 4 密闭容器 如试管中立即加塞 5 用少量冰水洗涤2 3次 6 一个小广口瓶中 密闭 7 56 7 t 64 下面是三个研究性学习小组分别从不同层面开展的研究性学习活动 1 研究性学习小组甲 对教材实验结论 乙醛与新制氢氧化铜反应生成的红色沉淀是Cu2O 提出质疑 他们认为红色沉淀不一定是氧化亚铜 为了确定红色沉淀的成分 开展了如下研究 提出猜想 查阅资料 氧化亚铜属于碱性氧化物 1价的铜离子在酸性条件下易发生自身氧化还原反应 在空气中灼烧氧化亚铜生成氧化铜 设计方案 方案1 取该红色沉淀溶于足量的稀硝酸中 观察溶液颜色变化方案2 取该红色沉淀溶于足量的稀硫酸中 观察是否有残渣 返回目录 返回目录 方案3 称取红色沉淀ag 在空气中充分灼烧至完全变黑 并在干燥器里冷却 再称重 反复多次至固体恒重 称得质量为bg 比较a b关系方案4 取红色固体沉淀装入试管里 加入酸化的硝酸银溶液 观察是否有银白色银析出 你认为合理的方案是 2 研究性学习小组乙针对小组甲的质疑 设计新的探究方案 装置如下图所示 你认为要测定上述红色沉淀成分必须测定下列哪些物理量 只填序号 通入氢气体积 反应前 红色沉淀 硬质玻璃管的总质量 完全反应后红色固体 硬质玻璃管的总质量 实验前 干燥管质 返回目录 返回目录 量 硬质玻璃管质量 锌粒质量 稀硫酸中含溶质的量 实验后 干燥管质量 返回目录 返回目录 3 研究性学习小组丙上网查阅新闻得知 2005年诺贝尔化学奖授予了三位研究绿色化学的科学家 绿色化学强调对环境友好 实现零排放 变废为宝 符合绿色化学要求 他们收集上述红色沉淀制 返回目录 返回目录 解析 本题再现了确定一个实验方案的 猜想 设计 评价 再设计再评价 的完整过程 新制Cu OH 2或银氨溶液时必须保证溶液显碱性 1 因为Cu2O和Cu与硝酸反应后溶液都是显蓝色 所以 方案1不妥 方案2中因为Cu2O在酸性条件下也会生成Cu 所以 也不妥 方案3合理 方案4中无论哪种情况都不会出现银 因为银本身可溶于硝酸 2 这是本题难点 因为氢气不可能全部参加反应 所以 数据无用 同理 也无用 因为H2中含有H2O气也被干燥管中CuSO4吸收 所以 干燥管质量变化并不能表示H2还原 备化学试剂 蓝矾 请你帮助他们设计一个简单且符合绿色化学要求的实验方案 练2 实验使用浓盐酸 MnO2共热制Cl2 并用Cl2和Ca OH 2反应制少量漂白粉 现已知反应 2Cl2 2Ca OH 2 Ca ClO 2 CaCl2 2H2O Q 温度稍高即发生副反应 6Cl2 6Ca OH 2 Ca ClO3 2 5CaCl2 6H2O现有三个同学分别设计的三套实验装置如下 消石灰 冷水 石灰乳 NaOH溶液 消石灰 ABCDEFG 甲乙丙 a 不易控制反应速率 b 容易控制反应速率 c