高考化学总复习（JS版）《10.4 化学实验方案的设计与评价》课件.ppt

一 化学实验方案设计的思路 二 化学实验设计时遵循的原则1 科学性 实验原理 实验操作程序和方法应该正确 2 安全性 实验设计时 应尽量避免使用和进行具有一定危险性的实验操作 3 环保性 有毒物质必须处理 以防污染环境 4 可行性 设计的实验方案要切实可行 所选用的化学药品 仪器 设备和方法等在现有的下能够得到满足 5 简约性 实验设计应尽可能简单易行 应采用简单的实验装置 用较少的实验步骤和实验药品 并能在较短的时间内完成实验 且效果明显 6 经济性 综合考虑原料的用量 价格 有毒药品 实验条件 三 实验设计的方法1 明确实验目的 2 选择 3 设计实验装置及操作步骤 4 记录 5 分析得出结论 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 实验原理 反应物 实验现象 实验数据 四 化学实验方案设计的类型 1 广州2011届高三调研 下列实验设计能够达到目的的是 解析 除去co2中少量的so2 应将混合气体通过饱和nahco3溶液 nahco3 so2 nahso3 co2 a错 除去cu粉中混有的cuo 应向混合物中滴加适量非氧化性酸 如稀硫酸 稀盐酸等 b错 检验溶液中是否含有fe2 应向溶液中先滴加kscn溶液颜色无变化 再滴入氯水溶液变红色 c错 答案 d 2 2010年北京抽样 下述实验不能达到预期目的的是 解析 若溶液中含有hco3 或so32 hso3 等 也会出现同样的现象 故c错误 答案 c 3 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 请在表中用简要文字写出实验步骤 预期现象和结论 解析 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 答案 1 固体中既有na2o2 又有na2co3 2 d 3 要点1实验方案的设计1 设计实验方案有关顺序的选择 1 仪器连接的顺序 所用仪器是否恰当 所给仪器是全用还是选用 仪器是否齐全 例如制有毒气体或涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置 安装顺序是否合理 例如是否遵循 自下而上 从左到右 的原则 气体净化装置中不应干燥后再经水溶液洗气 仪器间连接顺序是否正确 例如洗气时 进气管长 出气管短 干燥管除杂质时 大口进 小口出 等 2 实验操作的顺序 连接仪器 按气体发生装置 除杂质装置 干燥装置 主体实验装置 尾气处理装置顺序连接好实验仪器 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 2 设计实验方案时应注意的问题 1 实验方面 净化 吸收气体及熄灭酒精灯时要防止倒吸 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸 如h2还原cuo应先通h2 气体点燃前先验纯等 防氧化 如h2还原cuo后要 先灭灯再停氢 白磷切割宜在水中进行等 防吸水 如实验中取用 制取易吸水 易潮解 易水解的物质时 需采取必要措施防止其吸水 以保证达到实验目的 冷凝回流 有些反应中 为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料 需在反应装置上加装冷凝回流装置 如长玻璃管 竖装的干燥管及冷凝管等 易挥发液体产物 导出时为蒸气 的及时冷却 仪器拆卸的科学性与安全性 从防污染 防氧化 防倒吸 防爆炸 防泄漏等角度考虑 2 细节方面 药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余若药品和仪器只部分给出 则应作必要的补充 若有剩余 则应进行筛选和淘汰 题目条件有无特殊要求如采用最简单或最合理的实验步骤 这些要求对我们考虑反应原理 选择药品和装置 确定操作步骤都作了限定 必须高度重视 实验过程中的隐蔽性操作如某些必要的干燥 除杂 冷凝等 这些都是实验中必不可少的 但容易被忽略 药品的规格有些题目要求指出药品的名称 这类问题学生最难答准确 如有些药品的准确描述为 硫酸铜粉末 澄清石灰水 酸性高锰酸钾溶液 浓硫酸 饱和nahco3溶液 naoh溶液等 此外也应注意某些仪器的规格 会画简单的实验装置图考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图 可用 示意装置图 表示 例1 2010年广东高考 某研究小组用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 2naoh 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 不考虑空气中co2的影响 提出合理假设 假设1 只存在so32 假设2 既不存在so32 也不存在clo 假设3 设计实验方案 进行实验 请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 解析 本题主要是对实验方案设计的考查 2 由元素化合价的变化可知na2so3是还原剂 3 由 2 小题中化学反应方程式可知 当cl2少量时 溶液中还可能有so32 当cl2与na2so3恰好完全反应时 溶液中既无so32 与无clo 当cl2过量时 溶液中可能有clo 故假设3是只存在clo 探究so32 clo 是否存在时 可利用so2的还原性及hclo的氧化性进行实验检验 答案 1 na2so3 h2o 2 na2so3 3 只存在clo 迁移应用 即时迁移小试牛刀 1 2010年天津高考 下列实验设计及其对应的离子方程式均正确的是 a 用fecl3溶液腐蚀铜线路板 cu 2fe3 cu2 2fe2 b na2o2与h2o反应制备o2 na2o2 h2o 2na 2oh o2 c 将氯气溶于水制备次氯酸 cl2 h2o 2h cl clo d 用浓盐酸酸化的kmno4溶液与h2o2反应 证明h2o2具有还原性 2mno4 6h 5h2o2 2mn2 5o2 8h2o 解析 b项 离子方程式没有配平 c项 hclo是弱酸 不能拆成离子形式 d项 常温下浓盐酸与kmno4反应生成cl2 答案 a 要点2实验方案的评价1 选择 包括仪器的选择 药品的选择 连接方式的选择等 仪器的选择包括发生装置 几种基本类型 净化装置 除杂质的试剂和顺序 反应装置 收集装置 尾气处理装置等 药品的选择 包括种类 浓度 物质聚集状态等 连接方式的选择 包括仪器的先后顺序 导管接口的连接等 2 评价 对几个实验方案的正确与错误 严密与不严密 准确与不准确作出判断 要考虑是否合理 有无干扰现象 经济上是否合算和对环境有无污染等 3 最佳方案的选择 所谓最佳 无非是装置最简单 药品容易取得且价格低廉 现象明显 无干扰物质以及无污染等 名师解惑 实验方案设计与评价的常见题型 1 利用给出的一些装好药品的单个实验装置 要求根据实验目的连接仪器 叙述现象并说明理由 2 利用给出的实验装置和反应条件 要求根据实验现象和物质的性质判断物质并书写化学反应方程式 3 利用限定的仪器装置 药品 融气体制备 除杂 集气及设计操作程序 仪器连接 定量计算于一体 考查学生实验设计 实验操作和数据处理的能力 4 给出部分实验环节 根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤 5 根据实验目的 实验进行的条件 选取适当药品 仪器 或应用所指定的药品 仪器 完成某次指定的实验操作 6 对给出的实验方案做出科学的评估 依据 仪器简单 操作方便 药品易得 节省试剂 现象明显 安全防污 选择最佳方案 7 新情境实验题 运用已有知识解决新情境中的新问题 考查学生灵活运用知识的迁移能力 自学能力 观察能力 实验能力和思维能力 例2 苏北四市2011届高三调研 氯化铜晶体 cucl2 xh2o 是重要的化工原料 可用作反应的催化剂 消毒剂等 用孔雀石 主要含cu2 oh 2co3 还含少量fe si的化合物 制备氯化铜晶体 方案如下 已知 i cu oh 2 cuo开始分解的温度分别为80 和900 有关金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的ph如下表所示 1 若溶液a含有的金属离子有cu2 fe2 fe3 则试剂 最好为 填字母 a nh4 2sb h2o2c naclod cl2 2 加试剂 的目的是 由溶液c获得cucl2 xh2o 需要经过加热浓缩 过滤等操作 3 为了测定制得的氯化铜晶体 cucl2 xh2o 中x值 有如下两种实验方案 方案一 称取ag晶体灼烧至质量不再减轻为止 冷却 称量所得无水cucl2的质量为bg 方案二 称取ag晶体 加入足量氢氧化钠溶液 过滤 洗涤 加热沉淀 控制温度约为120 至质量不再减轻为止 称量所得固体的质量为bg 则上述两种实验方案中 不合理的是 原因是 依据合理方案计算得x 用含a b的代数式表示 解析 根据已知信息 提供的金属离子沉淀时的溶液ph 要将cu2 从溶液a中分离出来 需要将fe2 氧化成fe3 并控制溶液的ph在3 7 5 2 1 试剂 为将fe2 氧化成fe3 的试剂 可以选择h2o2 cl2 因为二者的还原产物分别为h2o cl 均不会引入杂质 2 试剂 的目的是调节溶液的ph 使fe3 沉淀出来 从而得到cucl2溶液 由cucl2溶液获得cucl2 xh2o 需要经过加热浓缩 冷却结晶 过滤等操作 3 方案一不合理 因为cucl2晶体加热时会部分水解 得到的不是纯净的cucl2 根据方案二的原理 agcucl2 xh2o经过系列反应最终得到bgcuo 则cucl2的物质的量为 答案 1 bd 2 调节溶液的ph在3 7 5 2 使fe3 全部转化为fe oh 3沉淀冷却结晶 迁移应用 即时迁移小试牛刀 2 某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案 方案1 将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中 使其完全溶解 通过测量氢气的体积 计算铁皮上的锌的质量 方案2 将一定质量 w1 的镀锌铁皮投入到足量的feso4溶液中 一段时间后 取出铁片 洗净 烘干 称量其质量为w2 计算铁皮上的锌的质量方案3 将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中 使其完全溶解 再在所得溶液中加入过量的naoh溶液 过滤 洗涤 烘干 灼烧沉淀 最后称量 1 方案2的主要缺点是 方案3的主要缺点是 2 方案1中用到测量气体体积的装置 下列装置中不能用于测量气体体积的装置是 学习小组拟选用c装置作量气装置 则气体收集完毕 准备读数时 应注意 解析 理解每种方案的实验原理是关键 1 方案2锌与铁的活动性差异不大 反应难以进行 方案3反应时间长 沉淀的获取和称量较为困难 精确度不高 2 b装置不能排出液体 c装置要等到冷却到室温再进行读数 并且要上下移动右边管使左右两边的液面相平 答案 1 锌与铁的活动性差异不大 反应几乎难以进行反应时间长 沉淀的获取和称量较为困难 精确度不高 2 b等到冷却到室温再进行读数 上下移动右边管使左右两边的液面相平 要点3定量实验的设计1 设计定量实验的基本思路 2 中学化学实验测定可测量的基本方法 3 以 中和热的测定 为例具体运用 名师解惑 1 在选择仪器和试剂时 一定要考虑实验室中常见的试剂和仪器 2 测定 可测量 的方法一定要常规 可行 3 误差分析时先分析 可测量 偏大还是偏小 再根据实验原理分析目的量的偏差结果 例3 2010年上海高考 caco3广泛存在于自然界 是一种重要的化工原料 大理石主要成分为caco3 另外有少量的含硫化合物 实验室用大理石和稀盐酸反应制备co2气体 下列装置可用于co2气体的提纯和干燥 完成下列填空 1 用浓盐酸配制1 1 体积比 的稀盐酸 约6mol l 1 应选用的仪器是 a 烧杯b 玻璃棒c 量筒d 容量瓶 2 上述装置中 a是 溶液 nahco3溶液可以吸收 3 上述装置中 b物质是 用这个实验得到的气体测定co2的分子量 如果b物质失效 测定结果 填 偏高 偏低 或 不受影响 4 一次性饭盒中石蜡 高级烷烃 和caco3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一 测定溶出量的主要实验步骤设计如下 剪碎 称重 浸泡溶解 过滤 残渣烘干 冷却 称重 恒重为了将石蜡和碳酸钙溶出 应选用的试剂是 a 氯化钠溶液b 稀醋酸c 稀硫酸d 正己烷 5 在溶出量测定实验中 为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量 应先溶出 后溶出 6 上述测定实验中 连续 说明样品已经恒重 解析 1 因配制的稀盐酸为体积比浓度 所以应用量筒量取浓盐酸体积 配制过程中必然用到烧杯 玻璃棒 2 因b中nahco3溶液除去co2中的hcl杂质 所以a中盛装的是除去h2s的除杂剂 3 若cacl2失效 不能完全吸收水蒸气 则co2 分子量44 中混有较轻的水蒸气 分子量18 测定结果偏低 5 若先用稀酸溶出caco3 过滤时石蜡会混在滤渣中 滤渣烘干时 石蜡会燃烧 影响最大溶出量 答案 1 abc 2 cuso4溶液或酸性kmno4溶液hcl气体或酸性气体 3 无水cacl2偏低 4 bd 5 石蜡caco3 6 两次称量的结果相差不超过 或小于 0 001g 易错点对实验方案的评价原理理解不清导致错误例n2在化工生产 农业 医疗 航天航空等领域用途广泛 某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净的n2 进行了认真准备 请你参与交流与讨论 查阅资料 有下列三个方案制备n2 方案1 加热条件下 以nh3还原cuo可制得n2 同时获得活性铜粉 方案2 加热nano2和nh4cl的浓溶液制得n2 方案3 将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的n2 实验准备 利用实验室常见仪器 药品 等设计的部分装置如下图所示 有的夹持仪器和加热仪器未画出 分析交流 1 若按方案1制得干燥 纯净的n2 且需要的nh3以生石灰和浓氨水为原料制得 整套制气装置按气流方向从左到右的顺序连接的是 填序号 下同 获得n2的反应原理是 写化学方程式 2 若用排水法收集n2 其中会混入水蒸气 但也不宜用排空气法收集n2 其原因是 你提出的收集方法是 3 若以方案2制得n2 应选择的发生装置是 为保证实验安全进行 操作时应 填两点 4 上述三个方案中 制得的n2纯度最差的是 在对n2的纯度要求不严格的情况下 建议将方案1和方案3结合使用 你认为其优点是 错因分析 对化学实验方案的评价原则不明确 以及对中学化学实验操作不熟练 这是解答此类试题无从下手的主要原因 2 由于n2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相近 故不能用排空气法收集 将制取的干燥nh3直接用气囊或塑料袋收集 3 方案2是利用加热液体制取气体的反应 故用装置a 为保证实验安全进行 操作时应 将分液漏斗上部活塞的凹槽与口部小孔相对或直接取下分液漏斗上部的活塞 检查装置的气密性 向烧瓶内加少许碎瓷片 防止液体暴沸 4 方案3制取的n2中含有co2 水蒸气等杂质 故方案3中n2的纯度最差 将方案1和方案3结合使用 优点是cuo和cu可循环利用 节省药品 2 n2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相近用塑料袋直接收集 3 a将分液漏斗上部活塞的凹槽与口部小孔相对或直接取下分液漏斗上部的活塞 检查装置的气密性 向烧瓶内加少许碎瓷片 任填两点 4 方案3cuo和cu可循环利用 节省药品 1 要求设计实验证明盐的水解是吸热的 有四位同学的回答 其中不正确的是 a 甲同学 将硝酸铵晶体溶于水 若水温下降 说明硝酸铵水解是吸热的b 乙同学 用加热的方法可除去kno3溶液中混有的fe3 说明fe3 水解是吸热的c 丙同学 通过实验发现同浓度的热纯碱溶液比冷纯碱溶液去油污效果好d 丁同学 向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液 加热 不考虑水蒸发 后若红色加深 说明醋酸钠的水解是吸热的 解析 硝酸铵溶解于水时吸热 其水解也是吸热 水温下降主要是溶解时吸热造成的 答案 a 2 江苏镇江2011届高三模拟 将几滴kscn scn 是 类卤离子 溶液加入到含有fe3 的酸性溶液中 溶液变成红色 将该红色溶液分为两份 向一份中加入适量kmno4溶液 红色褪去 向另一份中通入so2 红色也褪去 下列推测肯定不正确的是 a 中红色褪去的原因是kmno4将scn 氧化b 中红色褪去的原因是so2将fe3 还原为fe2 c 中红色褪去的原因是so2将scn 还原d scn 在适当条件下可失去电子被氧化为 scn 2 解析 高锰酸钾具有强氧化性 能氧化氯离子 也应能氧化scn so2具有还原性 能被fe3 氧化 而scn 具有还原性 在适当条件下能被氧化 答案 c 3 上海浦东2011届高三模拟 下列有关物质检验的实验结论正确的是 解析 检验硫酸根离子时 应先加盐酸 再加氯化钡 a项错误 氯气溶于水 形成次氯酸 也能使品红溶液褪色 c项错误 醛类 葡萄糖等含有醛基的化合物都能发生银镜反应 d项错误 答案 c 4 2010年山东邹城模拟 做完铜与浓硝酸反应的实验后 同学们发现圆底烧瓶中溶液呈绿色 而不显示蓝色 甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高导致的 而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体 同学们分