高考化学 第9单元第37讲简单化学实验设计、分析与评价课件 苏教版.ppt

第37讲简单化学实验设计 分析与评价 一 化学实验方案的设计1 实验方案应包括的内容 1 实验名称 2 实验目的 3 实验原理 4 实验用品 5 实验步骤 包括实验仪器装配和操作 6 实验现象记录及结果处理 7 问题和讨论 误差分析 2 具体要求 1 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 是否腐蚀仪器和橡胶 反应是否加热及温度是否控制在一定范围等 从而选择化学仪器和药品 2 设计实验步骤 根据上述实验目的和原理以及所选用的实验仪器和药品 设计出合理的实验装置和实验操作步骤 3 记录现象数据 根据观察 全面准确地记录实验过程中的现象和数据 4 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 推理等处理 得出正确的结论 3 实验方案的 四性 1 科学性 2 安全性 3 可行性 4 简约性 制备实验方案的设计 有利于巩固元素化合物知识和掌握好各类物质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 制备实验方案的设计 应遵循以下原则 1 条件合适 操作方便 2 原理正确 步骤简单 3 原料丰富 价格低廉 4 产物纯净 污染物少 二 制备实验方案的设计 对实验方案的评价 是指为达到一定的实验目的而对实验方案进行的价值判断 这种评价基于对实验原理的理解 对元素化合物知识的融会贯通 对实验手段优劣的辨析 通过分析和综合 比较和论证 选择解决问题的最佳方案 对实验方案的评价和考查 突出对实验方案的全面理解和判断 其中主要是对方案的简便性 可行性作评价 三 制备实验方案的评价 1 对实验方案可行性的评价只有合理且切实可行的方案才有意义 可行性是方案的第一要素 评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析方案是否可行 1 理论上要科学合理 2 操作上要简单可行 2 从经济效益角度评价评价一种实验方案 不仅要从科学性上判断是否可行 还要从经济效益上考虑是否切合实际 3 从环保角度评价防止污染的根本途径在于控制 三废 的排放 在对实验方案进行评价时 不可忽视了环境保护的重要性 最佳方案的选用是指 几个实验方案都能达到目的 选出其中最佳的一个并分析各方案的优劣 所谓最佳 无非是装置最简单 药品容易取得并价格低廉 现象明显 无干扰物质以及无污染等 2 验证性质实验方案的设计对物质具备的性质进行求证 关键是设计出简洁的实验方案 操作简单 现象明显 且安全可行 四 性质实验方案的设计 1 性质实验方案的设计分析其结构特点或从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 验证可能具有的性质 实验方案的设计原则是方法简便 现象明显 操作易行 确定了实验所选用的方法和原理后 就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验 即进行实验装置的设计 一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的 如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置 气体的净化装置 气体的收集装置 尾气的吸收装置等部分 要熟悉各基本装置的功能 并注意各基本装置连接顺序的合理性 五 实验方案设计的一般原则 1 明确实验目的 弄清实验原理 2 根据要求正确选择仪器和药品 要尽量选择无毒无污染的药品 3 设计实验装置和实验步骤 装置要简单合理 步骤应简洁清楚 六 实验设计的总体思路 1 连接仪器 按气体发生 除杂质 干燥 主体实验 尾气处理顺序连接好实验仪器 2 检查气密性 在整套仪器连接完毕后 应先检查装置的气密性 然后装入药品 检查气密性的方法要依装置而定3 装药品 进行实验操作 七 实验操作的顺序 1 制气装置的选择根据反应物的状态 溶解性和反应条件确定制气装置的类型 2 反应装置的选择 1 固 液 液 液 用烧瓶 2 固 固用试管3 除杂 干燥装置的选择主要有洗气瓶 干燥管和u形管等 八 综合实验中实验装置的选择 4 冷凝装置的选择连接冷凝水的冷凝管 放置在冷水中的u形管及连接单孔塞的长玻璃导管等 5 集气装置的选择排水法集气 向上排空气法 向下排空气法 6 尾气处理装置的选择对有污染且易燃的尾气 可在尾气出口处加一燃着的酒精灯 对有污染的酸性气体用碱液吸收 对水溶性不大的可直接将导管插入吸收剂中吸收 对极易溶于水的 可在导气管出口连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触进行吸收 1 检查气体的纯度 点燃气体或加热通有可燃性气体 h2 co 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 九 实验时注意的问题 2 加热操作与冷却操作的先后顺序选择 若气体发生需加热 应先用酒精灯加热发生气体的装置 等产生气体后 再给实验需要加热的固体物质加热 目的是 一则防止爆炸 如氢气还原氧化铜 二则保证产品的纯度 防止反应物或生成物与空气中其他物质反应 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 再点燃加热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 要在发生装置中设计冷凝回流装置 如在发生装置中安装长玻璃导管等 4 冷却问题 有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失 需要用冷凝管 可以用冷水或冰水冷凝气体 物质蒸气 使物质蒸气冷凝为液态便于收集 为达到更好的冷凝效果要注意冷凝水进水和出水的方向 典例1 江苏高考命题研究专家原创卷三 现有一瓶实验室放置已久的可能变质的na2o2固体 为了研究它的组成 请你参与同学们进行的如下探究活动 可选用的试剂 浓硫酸 浓硝酸 稀盐酸 澄清石灰水 蒸馏水 品红溶液 火柴 仪器自选 1 提出假设假设一 固体全部是na2o2 假设二 固体全部是na2co3 假设三 2 设计实验方案 略 从绿色化学的角度 最好选用下列中的 填序号 进行实验 3 进行实验 请在下表中用简要文字写出实验步骤 预期现象和结论 1 na2o2吸收空气中的二氧化碳转变为白色的na2co3固体 第三种假设是部分变质 即既有na2o2又有na2co3 2 本题的设计方案较多 但结合题给药品和绿色化学的要求 应进行微型化设计 避免大量的废弃药品污染环境 故选择d装置 3 本题要根据所给药品进行合理的步骤设计 既要检测有没有产物二氧化碳 又要检测有没有产物氧气 从而确定哪一种假设是正确的 解析 3 如下表格 答案 1 固体中既有na2o2 又有na2co3 2 d 迁移训练1 江苏高考命题研究专家原创五 实验室中有两瓶失去标签的中学常见药品 一瓶是固体 单一成分 另一瓶是无色液体 某同学取少量两种药品在试管中混合 立即产生一种无色气体 该同学对药品的成分进行探究时发现 固体药品的焰色反应为黄色 而振荡液体药品时在瓶口可闻到刺激性气味 1 该同学对无色气体及相关药品的成分提出多种猜测 其中部分猜测如下 请协助完成下表 碳酸钠或碳酸氢钠 氢氧化钠 浓 盐酸 浓 氨水 2 若气体成分为co2 进一步确定固体药品的实验方案可以是 取固体药品适量 加热 若分解产生气体则为碳酸氢钠 难以分解则为碳酸钠 或取固体药品适量溶于水 加氯化钙溶液 若出现白色沉淀则为碳酸钠 不出现沉淀则为碳酸氢钠 若利用图2装置收集氨气 气体由 填 a 或 b 端通入 氢氧化钠溶于水 溶液中c oh 增大 平衡向左移动 且氢氧化钠溶于水放热 促使氨气逸出 b d b 1 固体药品的焰色反应为黄色 则为含钠元素的化合物 常见的易挥发出刺激性气味的无色液体为浓盐酸或浓氨水 固体药品和液体药品混合立即反应产生无色气体 可考虑实验室常温下固液混合生成气体的反应 碳酸 氢 盐 亚硫酸 氢 盐与强酸的反应或含铵根离子的溶液与强碱的反应等 2 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别可采用沉淀法 钙 钡的碳酸盐难溶而碳酸氢盐易溶 也可采用热分解法 碳酸氢钠受热易分解 而碳酸钠热稳定性很好 典例2 江苏高考名校联考信息卷十一 确定有机物的组成化学上常用燃烧法 如图所示装置是用燃烧法确定烃的含氧衍生物分子式的常用装置 这种方法是在电炉加热条件下用纯氧氧化燃烧管c内样品 根据产物的质量确定有机物的组成 不考虑空气进入装置 回答下列问题 1 a中发生反应的化学方程式为 2 b装置的作用是 燃烧管c中cuo的作用是 3 产生氧气按从左到右流向 燃烧管c与装置d e连接 现甲 乙两位同学提出了两种连接方案 方案1甲同学认为连接顺序是 c e d 方案2乙同学认为连接顺序是 c d e 请你评价两种连接方案 判断哪种方案正确并说明理由 4 准确称取1 8g烃的含氧衍生物x的样品 经充分燃烧后 d管质量增加2 64g e管质量增加1 08g 实验测得x的蒸气密度是同温同压下氢气密度的45倍 则x的分子式为 1 由题意可知 a装置是用来制取氧气的 该装置的特点是 固体与液体反应 且不需要加热 故可用双氧水和二氧化锰反应 也可以用过氧化钠与水反应 2 b装置的作用是吸收氧气中的水蒸气 燃烧管c中cuo的作用是使有机物不完全燃烧的产物 如c co等 再次氧化 使其产物全部为co2和h2o 解析 3 由于碱石灰既能吸收co2 又能吸收h2o 而无水cacl2只能吸收h2o 故先要用无水cacl2吸收h2o 再用碱石灰吸收co2 4 d管质量增加2 64g 即m co2 2 64g n co2 0 06mol e管质量增加1 08g 即m h2o 1 08g n h2o 0 06mol 依据元素守恒可知1 8g有机物中的n c n co2 0 06mol n h 2n h2o 0 12mol n o 1 8 m c m h 16 0 06 mol n c n h n o 1 2 1 该有机物的实验式是ch2o 实验测得x的蒸气密度是同温同压下氢气密度的45倍 则mr x 90 设x的分子式为 ch2o n 可得 30n 90 n 3 则x的分子式为c3h6o3 1 2h2o22h2o o2 2na2o2 2h2o 4naoh o2 2 吸收氧气中的水蒸气 或干燥氧气 使有机物不完全燃烧的产物氧化 使产物全部为co2和h2o 3 方案1正确 碱石灰既可吸收co2又可吸收水 故先要用无水cacl2吸收h2o 再用碱石灰吸收co2 4 c3h6o3 答案 迁移训练2 江苏高考名校联考卷八 某一研究性学习小组做了以下实验 在溴水中加入足量乙醛溶液 观察到溴水褪色现象 提出问题 产生上述现象的原因是什么 提出猜想 溴水可能与乙醛发生取代反应 溴水可能与乙醛发生加成反应 溴水可能与乙醛发生氧化反应 设计方案 方案一 检验褪色后溶液的酸碱性方案二 测定反应前溴水中的br2的物质的量和反应后br 的物质的量 实验探究 按物质的量之比为1 5配制1000mlkbro3 kbr溶液 该溶液在酸性条件下完全反应可生成0 5molbr2 取该溶液10ml 加入足量乙醛溶液使其褪色 然后将所得溶液稀释为100ml 准确量取其中的10ml 加入过量agno3溶液 过滤 洗涤 干燥后称量得到固体0 188g 解释与结论 1 假设测得反应前溴水中br2的物质的量为amol 若测得反应后溶液中的n br 0mol 则说明溴水与乙醛发生了 反应 若测得反应后溶液中的n br amol 则说明溴水与乙醛发生了 反应 若测得反应后溶液中的n br 2amol 则说明溴水使乙醛发生了 反应 加成 取代 氧化 由实验数据计算得参加反应的n br2 0 005mol 生成n br 10 n agbr 0 01mol 即n br 2n br2 说明溴水与乙醛发生了氧化反应ch3cho br2 h2o ch3cooh 2hbr 氧化反应 反思与评价 方案一是否可行 理由是 不可行 取代反应 氧化反应都会使溶液的酸性增强 解析 本题以探究的形式考查溴水和乙醛的性质 提出猜想 中溴水与乙醛可能发生的反应有取代反应 加成反应 氧化反应 解释与结论 1 根据反应后溶液中的n br 来判断反应的类型 2 由实验数据计算得参加反应的n br2 0 005mol 反应生成的n br n agbr 10 0 001 10 0 01 mol 即n br 2n br2 说明溴水与乙醛发生了氧化反应 其反应方程式为ch3cho br2 h2o ch3cooh 2hbr 典例3 为测定碳酸钙纯度 设含杂质sio2 学生设计了如下几个实验方案 请回答每个方案中的问题 方案 1 称取碳酸钙样品mg 2 加入过量盐酸 3 收集并测定生成的气体体积vml 问题 如果称量样品时 砝码底部有一处未被人发现的残缺 那么测得的碳酸钙纯度会 填 偏高 偏低 或 无影响 方案 1 称取碳酸钙样品mg 2 用cmol l盐酸vml 过量 溶解样品 3 取溶解后的溶液v 10ml 用c mol lnaoh溶液滴定 恰用去v ml 问题 列出本实验中所用到的仪器名称 除铁架台 烧杯 铁架台附件外 问题 加盐酸后是否需要滤出sio2后再用naoh滴定 填选项编号 a 需要b 不需要c 均可问题 碳酸钙纯度计算公式 方案 1 称取碳酸钙样品mg 2 高温煅烧至1000 直至质量不再改变 冷却后称量 质量为m g 问题 为什么要煅烧至1000 且 直至质量不再改变 问题 本方案中的 冷却 应如何操作 为什么 方案 1 称量碳酸钙样品mg 2 加入足量cmol l盐酸vml使之完全溶解 3 过滤并取滤液 4 在滤液中加入过量c mol lna2co3溶液v ml 5 将步骤 4 中的沉淀滤出 洗涤 干燥 称量为m g 问题 此方案中不需要的数据是 填选项编号 a c vb c v c m d m问题 为减少实验误差 必要的操作是 填选项编号 a 精确测定na2co3溶液体积v mlb 精确配制浓度c mol lna2co3溶液c 将步骤 3 所得沉淀洗涤 洗液也应并入 4 中d 将步骤 3 所得沉淀洗涤 干燥 称量其质量m g备用问题 步骤 5 中要将沉淀进行洗涤 如果未经洗涤 就测定结果 碳酸钙纯度将 填 偏高 偏低 或 无影响 解析 方案 中 砝码底部有残缺 会使称量的碳酸钙样品的质量比实际的质量小 这样测量出的co2比实际小 从而计算出的纯碳酸钙的质量偏小 则纯度的计算中分子偏小 分母不变 仍为mg 使结论偏低 方案 据实验步骤来确定实验仪器 第一步 称量仪器有托盘天平 药匙 第二步 盐酸与碳酸钙反应 仪器有烧杯 第三步 中和滴定 naoh溶液滴定过量的盐酸 仪器有碱式滴定管 酸式滴定管 可用来取v 10ml的反应液 锥形瓶 因为naoh在滴定时不会过量也不可能与sio2反应 故无需过滤 因为n hcl 2n caco3 10n naoh n caco3 molm caco3 m caco3 n caco3 100g mol mol 0 05 cv 10c v g纯度 100 方案 保证caco3充分分解 应在干燥器中冷却防止生成的cao与空气中co2 h2o反应 造成质量改变而产生误差 方案 纯度 100 所以与步骤 2 4 中的数据无关 a b数据不需要 c 未洗涤称得纯caco3的质量m g偏大 故结果偏高 答案 方案 a b c 偏高 方案 气体体积难以测量准确