广东省惠东县高考化学一轮复习第十章实验化学实验方案的设计与评价课件.ppt

一 制备实验方案的设计 二 性质实验方案的设计 四 定量实验的方案设计 专题 化学实验方案的设计与评价 三 检验实验方案的设计 五 实验方案设计的评价 物质制备方案常见的类型 有关气体的制备 固体和溶液制备 发生装置 净化装置 干燥装置 收集装置 吸收装置 一 设计思路 一 有关气体的制取 二 操作顺序 排除干扰因素 开始制备实验 安全拆装置 检查气密性 连接好装置 例一 已知AlCl3易水解 它在180 时升华 现选用铝 浓盐酸 MnO2 饱和NaCl溶液 NaOH溶液 碱石灰 浓H2SO4等药品 设计实验制备AlCl3 除杂干燥 反应生成AlCl3 收集AlCl3 防止空气中水气进入和尾气吸收 制氯气 2 实验室常用下列反应制氮气NaNO2 NH4Cl NaCl N2 2H2O如果再用制得的氮气跟氢气化合制取氨气 实验装置如图 1 装置a的作用是 A 防止试剂的蒸发B 使漏斗中的液体顺利流下C 使装置不漏气 2 装置C的三种主要作用是 3 实验开始前必须进行的操作步骤是 D加热前必须进行的操作是 4 在E中检验生成物最好的方法是 B 1 干燥2 除去氮气中的氨气3 气体混合均匀 并控制气流速度 检查装置气密性 先通气体排出装置中的空气 无色酚酞溶液变红色 二 固体和溶液制备 设计思路 分析可能的途径 选择最佳的方案 拟定周密实验步骤 设计具体实验方案 例1 以铝屑为原料制备Al OH 3的实验方案设计 1 铝屑先和稀硫酸反应 后加碱溶液反应生成氢氧化铝沉淀 2 铝屑先和氢氧化钠溶液反应 后加酸溶液反应生成氢氧化铝沉淀 3 铝屑部分和稀硫酸反应 部分和氢氧化钠溶液反应 再将两种溶液混合生成氢氧化铝沉淀 4Al OH 3 3H 3OH OH 3OH 3H H 3 3 1 1 3 4 3 4 拟定周密实验步骤 1 用碱液清洗铝屑表面的油污 再水洗干燥称重 分为四份备用 3 在烧杯2中放入3份铝屑 加入适量的浓NaOH溶液 使铝屑反应完全 2 在烧杯1中放入1份铝屑 加入适量的稀硫酸 使铝屑反应完全 4 将1 2烧杯中的溶液混合 过滤沉淀 5 沉淀洗涤 过滤 干燥得到固体Al OH 3 6 称量Al OH 3 计算产率 练习1 某校化学小组学生利用下图所列装置进行 铁与水反应 的实验 并利用产物进一步制取FeCl3 6H2O晶体 图中夹持及尾气处理装置均已略去 1 装置B中发生反应的化学方程式是 2 装置E中的现象是 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 高温 黑色固体变红 管壁有水珠 3 停止反应 待B管冷却后 取其中的固体 加入过量稀盐酸充分反应 过滤 简述检验滤液中Fe3 的操作方法 取少量滤液 滴入几滴KSCN溶液 观察溶液是否变红色 4 该小组学生利用上述滤液制取FeCl3 6H2O晶体 设计流程如下 步骤I滤液通入Cl2 步骤II所得FeCl3溶液 FeCl3 6H2O晶体 步骤I中通入Cl2的作用是 步骤II从FeCl3溶液中得到FeCl3 6H2O晶体的主要操作包括 将Fe2 氧化成Fe3 加热浓缩 冷却结晶 过滤 该流程中需保持盐酸过量 主要原因是 结合离子方程式简要说明 3Fe3 3H2OFe OH 3 3H 加过量盐酸提供了H 根据平衡移动原理 可以抑制FeCl3的水解 如何用CO2和NaOH溶液制备纯净的Na2CO3溶液 想一想 将NaOH溶液两等份 NaOH溶液 NaOH溶液 通入足量的CO2 再加热 NaHCO3溶液 Na2CO3溶液 性质实验方案的设计 先在试管中加入少量的CaCO3 用它和稀HNO3反应产生的CO2排出容器中的空气 靠铜丝的上 下移动控制反应的进行 后挤压皮囊鼓入空气 看到无色NO气体变成红棕色的NO2气体 同时用NaOH溶液吸收尾气 右图实验装置及评价分析 l NO的现象不明显 2 反应不易控制 1 铜和稀HNO3反应实验装置改进 例一 铜和HNO3反应实验装置的设计 2 铜与浓硝酸反应实验装置改进 甲 因为氯气与NaOH溶液反应 使溶液碱性减弱甚至呈酸性 所以溶液红色褪去 乙 因为氯气溶于水与水反应生成HClO 由于HClO的氧化漂白作用而使溶液褪色 例2 某研究性学习小组在做氯气的喷泉实验时 装置如图 发现含有酚酞的NaOH溶液喷入烧瓶后 溶液的红色褪去 甲 乙两位同学对此现象分别做了如下推测 验证甲 乙同学的推测是否正确的实验方法是 取烧瓶中的无色溶液加入NaOH溶液 如果溶液恢复红色 则可证明甲同学的推测是正确的 如果溶液不能恢复红色 则说明乙同学的推测是正确的 类似的 褪色喷泉实验 还可以有多种设计 请你再设计2个不同的 褪色喷泉实验 填写下列表格 NaOH 酚酞 H2O HCl KMnO4溶液 H2O SO2 检验实验方案的设计 例1 有两个实验小组的同学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应 都用如下图所示的装置进行实验 通入SO2气体 将带余烬的木条插入试管C中 木条复燃 请回答下列问题 1 第1小组同学认为Na2O2与SO2反应生成了Na2SO3和O2 该反应的化学方程式是 2 请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3 2Na2O2 2SO2 2Na2SO3 O2 取白色固体 加稀硫酸 产生能使品红溶液褪色的气体 3 第2小组同学认为Na2O2与SO2反应除了生成Na2SO3和O2外 还有Na2SO4生成 为检验是否有Na2SO4生成 他们设计了如下方案 将B中反应后的固体溶解于水 仍有部分白色沉淀不溶解 证明有Na2SO4生成 白色沉淀 BaCl2溶液 稀硝酸 上述方案是否合理 不合理 请简要说明两点理由 稀硝酸能将亚硫酸钡氧化为硫酸钡 如果反应后的固体中还残留Na2O2 它溶于水后能将亚硫酸根氧化成硫酸根 练习1 向溴水中加入足量乙醛溶液 可以看到溴水褪色 对产生该现象的原因有如下三种猜想 由于乙醛分子中甲基上的氢原子比较活泼 溴水与其发生取代反应 由于乙醛分子中有不饱和键 溴水与其发生加成反应 两个溴原子直接加到碳氧双键上 由于乙醛分子中醛基有还原性 溴水将其氧化为乙酸 为了探究哪一种猜想正确 提出了如下两种实验方案 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Br2的物质的量和反应后Br 的物质的量 1 方案一是否可行 答 理由是 不行 溴水与乙醛发生取代反应和乙醛被溴水氧化都有HBr生成 溶液均呈酸性 2 假设测得反应前溴水中n Br2 amol 若测得反应后n Br mol 则说明溴水与乙醛发生取代反应 若测得反应后n Br mol 则说明溴水与乙醛发生加成反应 若测得反应后n Br mol 则说明溴水将乙醛氧化为乙酸 a 0 2a 定量实验的方案设计 常见的定量实验 教材内容1 配制一定物质的量浓度的溶液2 酸或碱溶液准确浓度的测定3 中和热的测定 教材内容拓展 一般需要装置设计 1 质量 体积 分数的测定2 物质式量或气体摩尔体积的测定3 分子式中原子数目的测定 范例一 现有一个0 53g的工业纯碱样品 含少量氯化钠 需测定样品中Na2CO3的质量分数 请设计初步方案 实验原理 气体分析法 沉淀分析法 中和滴定法 称质量 量体积 称质量 设计方案测定样品中Na2CO3的质量分数 2 加强酸收集CO2气体并测量体积 3 加氯化钙溶液并将沉淀过滤 洗涤 烘干称量 4 加过量盐酸 加热蒸干 冷却称量 反复加热冷却称量至恒重 5 将样品配成溶液用甲基橙作指示剂 标准盐酸滴定 1 加强酸吸收CO2气体并称质量 方案一 测量反应中逸出的二氧化碳的质量 1 如何选择仪器和试剂 方案一 测量反应中逸出的二氧化碳的质量 1 选择仪器和试剂为 实验操作顺序是 1 检查装置的气密性 2 取n 样品装入烧瓶中 3 在干燥管和U型管内填满碱石灰 4 称量U型管质量 m1 5 打开止水夹a 缓缓鼓入空气数分钟 6 关a 缓缓加入稀硫酸至不再产生气体为止 7 打开止水夹a 缓缓鼓入空气数分钟 8 关闭止水夹a 称量U型管质量 m2 2 测CO2质量的实验步骤有哪些 正确的操作顺序是什么 方案二 测量反应中逸出的二氧化碳的体积 选择仪器和试剂为 稀硫酸 饱和NaHCO3 方案三 中和滴定法 1 如何配制标准酸溶液 仪器和试剂如何选择 计算 量取 溶解 冷却 移液 洗涤 定容 摇匀 甲基橙 生成CO2 酚酞 生成NaHCO3 耗酸少 误差大 化学试剂和实验装置 方案二气体分析法 方案一中和滴定法 方案三沉淀分析法 例2 某种胃药片的制酸剂为碳酸钙 其中所含的碳酸钙质量的测定步骤如下 需配制0 1mol L 1的盐酸和0 1mol L 1的氢氧化钠溶液 每次取一粒 药片质量均相同 0 2g的此胃药片 磨碎后加入20 00mL蒸馏水 以酚酞为指示剂 用0 1mol L 1的氢氧化钠溶液滴定 需用去VmL达滴定终点 加入25 00mL0 1mol L 1的盐酸溶液 1 写出实验过程的步骤顺序 写编号 2 下图所示的仪器中配制0 1mol L 1盐酸溶液和0 1mol L 1氢氧化钠溶液肯定不需要的仪器是 填序号 配制上述溶液还需要的玻璃仪器是 填仪器名称 A C 玻璃棒 烧杯 3 配制上述溶液应选用的容量瓶的规格是 填字母 A 50mL 50mLB 100mL 100mLC 100mL 150mLD 250mL 250mL 4 写出有关的化学方程式 B CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O HCl NaOH NaCl H2O 练习1 为了测定乙醇的分子结构 有人设计了下图所示的用无水乙醇与钠反应的实验装置和测定氢气体积的测量装置 可供选用的实验装置如下 1 测量气体体积的正确装置是 填编号 2 装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶间连接的导管所起的作用是 填写编号 A 防止无水酒精挥发 B 保证实验装置不漏气 C 使无水酒精容易滴下 B C 3 实验前先将小块钠在二甲苯中熔化成钠珠 冷却后倒入烧瓶中 其目的是 4 已知无水酒精的密度为0 789gcm 3 又2 0ml酒精反应完全后 钠过量 收集气体390ml 则乙醇分子中能被钠取代出的氢原子为 由此可确定乙醇的结构式为 增大无水乙醇与钠接触面 充分反应 1 而不是 5 实验所测定的结果偏高 可能引起的原因是 填写编号 A 本实验在室温下进行 B 无水酒精中混有微量甲醇C 无水酒精与钠的反应不够完全 AB 练习2 下图是实验室测定黄铁矿中硫的质量分数的装置 实验时有如下操作 A 将瓷管中黄铁矿样品加热到800 850 B 称取研细的黄铁矿样品 C 连接全部仪器 并检查装置的气密性 D 将样品小心地放入瓷管中部 E 以每分钟1L的速度鼓入空气 F 用标准碘液滴定含淀粉的SO2水溶液 1 正确的实验步骤 其操作编号是 C B D E A F 除去空气中的CO2和还原性气体 净化空气 装置 的作用是 2 装置 的作用是 吸收水蒸气 干燥空气 3 根据现象 判断滴定已达到的终点而停止鼓入空气 向吸收SO2的液体中滴加碘液后溶液刚好变蓝 且半分钟不变色 4 碘液跟SO2水溶液发生反应的化学方程式是 5 假定矿石样品的硫全部转化为二氧化硫 并全部被水吸收 若称得矿样的质量是0 12g 滴定中共消耗浓度为0 05mol L的标准碘液25 50mL 则黄铁矿样品中的含硫量是 I2 SO2 2H2O 2HI H2SO4 34 实验方案设计的评价 例1 为研究乙醇氧化的实验并验证其产物 设计了下图所示的甲 乙 丙三套装置 仪器中盛放的试剂为 a 无水乙醇 沸点 78 b 铜丝 c 无水硫酸铜 d 新制氢氧化铜悬浊液 1 简述三套方案各自的优点 1 简述三套方案各自的优点 甲 乙 丙 中用水浴加热 可形成平稳的乙醇气流 使反应更充分 与 中的干燥管可防止溶液中的水与无水硫酸铜反应 避免干扰生成物 水 的检验 中反应无水生成 且装置简单 2 集中三套方案的优点 组成一套比较合理完善的实验装置 可按气流由左至右的顺序表示为 例如甲 乙 丙 3 若要保证此实验有较高的效率 还需要补充的仪器有 理由是 丙 甲 乙 温度计 控制水浴温度在78 使乙醇蒸气平稳流出 减少损失 提高反应效率 4 实验中能验证乙醇氧化产物的实验现象是 c处无水硫酸铜变蓝 d处有砖红色沉淀生成 Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后 生成的沉淀物质可能是什么 思考 生成物中含Cu OH 2或CuCO3或两者兼有 化学实验方案设计综合应用 提示 经查资料得知 CuCO3和Cu OH 2均不带结晶水 方案一 向洗涤干净并低温烘干的沉淀中加入稀硫酸 产生的气体通入澄清石灰水 证明是否含CuCO3 另取沉淀加热灼烧 检验生成的水 证明是否含Cu OH 2 讨论一 如何设计实验方案来验证上述假设哪个正确 思考 为什么沉淀要先洗涤并低温烘干 如何证明沉淀洗涤干净了 取最后的洗涤液少许 加入BaCl2溶液 观察有无沉淀 若无白色沉淀 则说明沉淀洗涤干净 若仍有白色沉淀 则说明沉淀没有洗涤干净 装置B C能否调换位置 方案二 将洗涤干净并低温烘干的沉淀直接加热灼烧 将生成的气体依次通过无水硫酸铜 澄清石灰水 检验生成的水或二氧化碳 证明生成物中含Cu OH 2或CuCO3或两者兼有 已知 常温下 Cu OH 2的溶解度为1 73 10 5g CuCO3的溶解度为1 46 10 4g 思考 如何从理论上说明Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后 产物为xCuCO3 yCu OH 2 即碱式碳酸铜 讨论二 如何设计实验定量确认沉淀的组成 即x与y的比值 方案一 取一定质量沉淀与足量稀硫酸反应 测定反应产生的气体体积 简称为 量气法 方案二 取一定质量沉淀充分加热 分别用浓硫酸和碱石灰吸收生成的水蒸汽和CO2来计算沉淀的组成 简称为 气体质量分析法 方案三 取一定质量沉淀充分加热灼烧 冷却后 称残留固体的质量 简称为 加热减重法 实验设计中应遵循几个原则 1 原理正确2 原料价廉3 设备可行4 操作简单 量气法 方案一 取一定质量沉淀与足量稀硫酸反应 测定反应产生的气体体积 例 某学生实验兴趣小组 根据方案一拟用下图装置完成该实验 本实验使用稀硫酸 1 本实验广口瓶中盛放的是什么液体 为什么 2 本实验分液漏斗中改用稀盐酸好不好 为什么 3 读数时需要注意什么问题 1 B C两边液面必须保持同一水平高度 等压原理 2 读数时眼睛视线与量筒中凹液面最低处保持水平 分析讨论 该装置的不足之处 如何改进 1 广口瓶和量筒之间导管事先无液体 后来充满液体而产生误差 2 加入的酸本身有体积 会造成烧瓶中的气体排出更多而产生误差 改进装置 问题讨论 若反应结束后 量气管液面高度比左边液面高 此时立即读数 则X Y的值是偏大还是偏小 正确应如何操作 气体质量分析法 如何改进 方案二 取一定质量沉淀充分加热 分别用浓硫酸和碱石灰吸收生成的水蒸汽和CO2来计算沉淀的组成 改进后的装置如下 思考 1 K2支口有什么作用 2 请说明在连接好装置 装好药品之后的操作步骤 打开K1 K2 关闭K3 持续通入空气 关闭K2 打开K3 加热至样品分解完全后 冷却 停止通空气 关闭K1 K3 若采用方案三 请写出完整的实验步骤 方案三中需用哪些仪器 方案三中称量次数至少几次 托盘天平 坩埚 坩埚钳 三脚架 泥三角 玻璃棒 干燥器 酒精灯 加热减重法 方案三 取一定质量沉淀充分加热灼烧 冷却后 称残留固体的质量 1 称量 2 加热 3 称量 4 再加热称量 5 计算 课后巩固 1 实验室用铜和硫酸制取CuSO4 有几种方法 甲学生进行了下列实验 取6 4g铜片和10mL18mol L 1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热 直到反应完毕 最后发现烧瓶中还有铜片剩余 他根据自己所学的化学知识 认为烧瓶中还有较多的硫酸剩余 他这样认为的理由是 随着反应的进行 浓硫酸的浓度逐渐变小 不能再与铜发生反应 乙同学认为甲设计的实验方案不好 他自己设计的思路是 2Cu O2 2CuO CuO H2SO4 CuSO4 H2O 对比甲的方案 乙同学的优点是 乙消耗的