化学实验设计综合实验的分析与评价.doc

【同步教育信息】一. 本周教学内容： （1）化学实验设计 （2）综合实验的分析与评价二. 重点、难点： 1. 化学实验设计 化学实验的设计是高考命题中较高层次的能力要求。它不仅考查学生化学知识和化学实验技能的掌握，还考查了学生根据试题情景，能灵活地、创造性地解决化学问题的能力，在一定程度上也能考查出学生思维严谨，全面的科学态度和勇于创新的科学精神。 从试题内容上来看，有实验操作顺序的设计；有确认某混合物成分的实验设计；有验证化学原理和反应规律的设计；也有物质纯度的设计。其中有定性的，也有定量的，虽然试题涉及的实验都比较简单，但都有较强的综合性、灵活性和创造性。 （1）实验设计的一般思路 根据命题要求，分析实验原理、选择适宜试剂。 根据化学反应原理，化学基础理论及反应特点确定必要的实验仪器和装置及其连接顺序。 制定化学反应实验步骤顺序和观察重点及明确实验中注意事项。 记录观察现象、分析实验结果得出正确结论、完成实验课题。 （2）实验设计的原则 科学性。即要符合一定的化学原理，不能出现科学性的错误，如实验室制取CO2。原料只有石灰石、硫酸和硝酸，设计实验方案只能选用硝酸。因为H2SO4和CaCO3反应生成微溶性的CaSO4，它覆盖在石灰石表面，阻碍反应继续发生。 程序合理。多步骤实验有哪步先做、哪步后做的问题。实验程序反映思维的有序性和整体性，没有整体的思考就不可能设计出合理的实验程序。如制取气体，要先经干燥剂处理然后收集。又如证明CO2和水蒸气的存在，混和气体应先通过无水CuSO4，检验有无水蒸气的存在，再通过石灰水检验CO2的存在。 装置连接合理。实验方案的设计，要求实验仪器的连接必须合理、正确。如气体实验中一般有以下几部分组成：气体发生装置气体净化装置性质、制备实验装置尾气吸收装置。又如洗气瓶的使用，长管应连接进气，短管连接出气。使用干燥管粗口连接进气，细口连接出气。 安全第一。实验设计中安全意识要放在第一位，要防止有毒物质的污染的毒害。在气体制备的实验中，要注意防止气体倒吸，要注意尾气的处理，杜绝一切实验事故。 2. 综合实验的分析与评价 这是近年来高考考查化学实验的新题型。试题往往是把中学化学教材中各部分实验进行分解与综合、迁移，创设出一种新情景的实验，用以考查学生运用化学知识和实验技能，解决化学新情景实验的能力。这里，主要包括以下两大方面问题。 （1）综合实验的评价。试题常设计出几种实验方案。要求考生根据题目的要求和实验目的，从化学原理，元素及其化合物的性质，化学实验的基本操作技能等方面，对实验方案进行科学分析、评价优劣，这里能充分展示考生化学实验技能和化学理论知识的功底和分析问题、解决问题能力。 （2）综合实验的分析。主要包括对实验现象进行本质的分析，能透过实验现象，认识到物质的性质和作用，并能进行知识的重组和归纳，也包括综合实验中某一装置和化学试剂的作用的分析。 近年来，高考试卷中的实验试题。每年都有情景创新性的题目，都能让人耳目一新。由于这些试题情景新，设问角度变化多端，能较成功的反映学生化学双基知识和技能的掌握情况，能激发学生的创新意识和思维能力。为高考的选拔功能和突出化学学科特征发挥了明显的作用。【典型例题】 例题. 1，2-二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂，常温下它是无色液体，密度2.18 gcm-3，沸点131.4，熔点9.79，不溶于水，易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。在实验室中可以用下图所示装置制备1，2-二溴乙烷。其中分液漏斗和烧瓶a中装有乙醇和浓硫酸的混合液，试管d中装有液溴（表面覆盖少量水）。 填写下列空白： （1）写出本题中制备1，2-二溴乙烷的两个化学反应方程式。_ （2）安全瓶b可以防止倒吸，并可以检查实验进行时试管d是否发生堵塞。请写出发生堵塞时瓶b中的现象_。 （3）容器c中NaOH溶液的作用是_。 （4）某学生在做此实验时，使用一定量的液溴，当溴全部褪色时，所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下超过许多。如果装置的气密性没有问题，试分析其可能的原因_。 分析：通过观察实验装置和所盛的药品，可以很快确定烧瓶a是乙烯的发生装置；试管d（内盛液溴）是乙烯与溴反应的装置。锥形瓶C所盛NaOH溶液为的是吸收乙烯中混有的酸性气体（CO2、SO2）。而锥形瓶e中的NaOH溶液应是吸收逸出的溴蒸气，以防污染。 对装置b来说，题中明确是安全瓶。当试管d有堵塞时，气体流动不畅，会使b中气压增大，导致b的水被压进玻璃管内，甚至会溢出。而实验时所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下多的原因，可从乙烯气流过快，难使液溴全部吸收和加热温度控制不当造成部分乙醇挥发或发生其它副反应等去考虑。 答案： （2）瓶b玻璃管内液面会升高，甚至溢出。 （3）吸收乙烯中的酸性气体。 （4）乙烯气体产生的速率过快，使通入试管d中的乙烯不能完全与Br2反应而逸出；烧瓶a中反应温度控制不当，没有迅速升温至170而使部分乙醇挥发。【模拟试题】 1. 设计一个简单的一次完成实验的装置，验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液的 （1）利用上图所示仪器组装实验装置，则仪器的连接顺序为_接_接_接_。 （2）写出实验步骤、现象和有关的化学方程式： _ _ 2. 往一铝易拉罐内充满CO2，然后往罐内注入足量的NaOH溶液，立即用胶布严封罐口。过一段时间后，罐壁内凹。再过一段时间后，罐壁又重新鼓起。解释上述变化的实验现象。配以有关化学方程式。 （1）罐壁内凹的原因：_。反应的化学方程式是_。 （2）罐再鼓起的原因_。反应的化学方程式是_。 3. 分别设计化学实验，用最佳方法证明明矾溶于水时发生的下列变化： 供选用的药品和仪器：明矾溶液、甲基橙试液、石蕊试液、酚酞试液、pH试纸、氢氧化钠溶液、酒精灯、半透膜、电泳仪、聚光束仪。 （1）证明明矾发生了水解反应_。 （2）证明其水解反应是一个吸热反应_。 （3）证明生成了胶体溶液_。 4. 实验室里临时需要用氢氧化钠溶液和二氧化碳来制取纯净Na2CO3溶液。已知二氧化碳气体在通入氢氧化钠溶液的过程中极易过量生成NaHCO3，且无明显现象。 实验室有下列试剂：未知浓度的NaOH溶液 37%盐酸 37%硫酸 14%盐酸 大理石 K2CO3固体 实验室有下列仪器：铁架台、启普发生器、烧杯、量筒、橡胶管、玻璃导管、分液漏斗。 （1）本实验选用的仪器除烧杯、橡胶管、玻璃导管外，还需要_。 （2）为保证制得纯净Na2CO3溶液，选用的试剂除之外还应用（请用编号回答）_。 （3）简要叙述制得纯净Na2CO3溶液的实验步骤（仪器的安装、使用都略去）_。 5. 温下反应可得氮化镁，氮化镁遇水反应生成Mg(OH)2和NH3，下面是甲、乙两位学生提出的制备氮化镁的两种实验方案示意图（实验前系统内的空气已排除，下图中箭头表示气体的流向）。 填空和回答问题： （1）甲、乙两学生提出的实验方案是否能制得氮化镁？（填“能”或“不能”）甲_乙_。 （2）具体说明不能制得氮化镁的原因（如两个方案都能制得氮化镁，此小题不用回答）。_。 6. 工业生产的纯碱Na2CO3中常含有少量NaCl等杂质。下面的装置图是测定纯碱中Na2CO3百分含量的实验方法之一。操作步骤是：检查装置的气密性。在干燥管内填满颗粒状碱石灰，称总量（设为W1）。称取一定量的纯碱（设W2），并把它放进广口瓶B中。把分液漏斗中的稀硫酸缓缓加入，至不再产生气体为止。打开开关a，缓缓鼓入空气。约5分钟后，再称干燥管的总重（设为W3）。回答下列问题： （1）鼓入空气的目的是_。 （2）装置（A）的作用是_。 （3）装置（C）的作用是_。 （4）Na2CO3百分含量的计算式为_。 （5）如去掉装置A，测定结果将（偏大，偏小，不影响）_。 （6）如去掉装置C，测定结果将（偏大，偏小，不影响）_。 7. 将Cl2通入浓热的KOH溶液中，可以制得氯酸钾。制备过程中浓KOH溶液需用水浴加热。实验所需的仪器如下图所示。 （1）组装氯气发生器时，应选用的仪器导管（填编号）是_； （2）在实验中，按气流方向从左到右的顺序，气流流经的仪器及导管的编号依次是_； （3）仪器试管的橡皮塞上应有_个孔，原因是_； （4）仪器中将试管悬挂在烧杯中而不直接放入烧杯是因为_； （5）仪器试管中需用50 g 30%的KOH溶液，称取固体KOH以及配制溶液的方法是_； （6）欲将制得的氯酸钾从溶液中分离出来制成晶体，应采取的方法是_。 8. 用下图中的简易装置进行气体的发生和收集。 在试管a中加入10 mL 6 molL-1的稀硝酸和1 g铜片，立即将带有导管的橡皮塞塞紧试管口。反应开始时速度缓慢，逐渐加快。 （1）从反应开始到反应结束，预期在试管a中可以观察到哪些现象，请依次逐一写出。 答：_ （2）在反应开始时，可观察到导管b中的水面先沿导管b慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有气泡从管口冒出。试说明反应开始时，导管中水面先上升的原因。 答：_ （3）试管c收集满气体后，用拇指堵住管口取出水槽。将管口向上，松开拇指，片刻后，再次堵住管口，将试管又再倒置于水槽中，松开拇指，此时可观察到什么现象？ 答：_ 9. 下图为实验室验证某铜银合金完全溶解于一定量浓硝酸，生成的NO2气体中含有NO的实验装置图。 常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0时，几乎只有无色N2O4晶体存在。 （1）反应前先打开A部分的活塞K1，持续通一段时间N2，其理由是_。 （2）若装置中缺B部分，其后果是_。 （3）反应结束后，打开D部分的活塞K2，并通入氧气，D瓶内气体由无色变为红棕色；若通入的是热的氧气，则瓶内气体的颜色比前者更深，其原因是_。 （4）E部分中a仪器所起的作用是_。 （5）已知，该铜银合金的质量为15 g，加入40 mL 13.5 molL-1的浓硝酸。实验结束后，A部分烧瓶内溶液的H+为1 molL-1（反应中，硝酸既无挥发也无分解），体积仍为40 mL。 参加反应的硝酸的物质的量为_。 为测定铜银合金中铜的质量分数，还须进行的主要实验操作是：_。 10. 为了测人体新陈代谢呼出气体中CO2的体积分数，某学生课外小组设计了如下图的实验装置。实验中用过量NaOH溶液吸收气体中的CO2，准确测量瓶I中溶液吸收CO2后的增量及剩余气体的体积（实验时只用嘴吸气和呼气），请填空。 （1）图中瓶II的作用是_ （2）对实验装置尚有以下A、B、C、D四种建议，你认为合理的是（填代号）_。 A. 在E处增加CaCl2干燥管 B. 在F处增加CaCl2干燥管 C. 在E和F两处增加CaCl2干燥管 D. 不必增加干燥管 （3）将插入溶液的管子下端做成具有多孔的球泡（图中的II），有利于提高实验的准确度，其理由是_。 （4）实验时先缓缓吸气，再缓缓呼气，反复若干次，得如下数据：瓶I溶液增重a克，收集到的气体体积（标准状况）为b升，该呼出气体中CO2的体积分数是（列出算式）：_ （5）实验中猛吸猛呼，会造成不安全后果，猛吸时_，猛呼时会_。【疑难解析】 例题. 在一定条件下用铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，俗称“引火铁”。请分别用下图中示意的两套仪器装置，制取上述铁的中必要的铁架台、铁夹、石棉网、加热设备等在图中均已略去。填写下列空白： （1）实验进行时试管A中应加入的试剂是_。烧瓶B的作用是_。烧瓶C的作用是_。在试管D中收集得到的是_。 （2）实验时，U型管G中应加入的试剂是_；长颈漏斗H中应加入_。 （3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应的字母）_。 （4）烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是_。 （5）试管E中发生反应的化学方程式是_。 （6）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口必须_。E管中的反应开始后，在F出口处应_。 分析：本题以中学化学中H2还原CuO和Fe与高温水蒸气为素材，改造编写成高考试题，试题设置了两套外形非常相似的装置。要求学生判断各是哪一反应的装置，本题考查选择适宜实验装置的能力。试题通过气体制备原理、仪器作用和操作细节的提问，也考查了学生对基本实验的掌握程度。 试题两个相反方向的反应中，有一个是氢气还原铁的氧化物生成“引火铁”的反应，由于需要产生氢气，可判断出图中带长颈漏斗和圆底烧瓶的气体发生装置是用于此反应的。a图是用来完成铁粉与水蒸气反应的装置。这一步的分析是解答本题的突破口。中完成此反应。可推知A中放有铁粉，烧瓶B是产生水蒸气的装置。在b图中，由I和H中产生的氢气中往往含有水蒸气和少量HCl（因用盐酸与锌粒反应生成的氢气），则U型管G中应装有碱性干燥剂。 答案：（1）普通铁粉。作为水蒸气发生器（或用来产生水蒸气）。防止水倒吸（或B、E。（4）加快氢气产生的速度（或通过锌表面置换出铜，形成微电池，加快氢气产【试题答案】 1. （1）A接DE接BC接F （2） 2. 3. （1）用pH试纸测试明矾溶液，pH7，证明明矾水解呈酸性。 （2）加热上述明矾溶液，再用pH试纸测试，pH减少，则水解吸热。 （3）利用丁达尔现象检验。 4. （1）启普发生器或简易气体发生装置。 （2） （3）量取一定量的NaOH溶液分成两等份，向其中一份NaOH溶液中通入CO2直至过量，微热，使多余的CO2逸出，将上述两份溶液混合均匀。 5. 分析：这是一道新情境的实验题。分析本题首先要抓住制取氨气氨与氧化铜反应生成氮气氮气与镁反应生成氮化镁这一主线考查两实验方案是否合理。其次对实验过程中的处理方案，判断是否合理，最终做出正确的评价。 综观两实验方案示意图，都是按上面提到的主线程序安排的。细致分析实验方案，学生甲将制取的氨先经碱石灰吸收水气，再通入浓H2SO4处理，由于氨能与硫酸反应生成(NH4)2SO4，很显然，用浓H2SO4处理氨是极不合理的，这样后续的一系列反应无法完成。学生乙先将制取的氨与氧化铜反应，使生成的氮气通入水中，这样可使未反应完的氨气被水吸收，达到提纯氮气的目的。最后将氮气通过浓H2SO4干燥，与加热的镁粉共热，可制得氮化镁（Mg3N2），学生乙的实验方案是合理的、正确的。 答案：（1）不能；能。（2）学生甲的实验方案中，因反应生成的NH3能全部被浓H2SO4吸收，不能进行后续反应。 6. （1）赶尽装置中残留的CO2使CO2完全被碱石灰吸收 （2）除去空气里的CO2 （3）除去H2O，以保证CO2干燥 （5）偏大 （6）偏大 7. （1）3 1 4 （2）1 4 6 5 2 （3）2 使试管内外压强相等 （4）试管与烧杯底部接触时，温度会偏高。 （5）先称量一个100 mL烧杯质量，再把KOH固体放入烧杯中称取15.0 g KOH，然后加水35 mL，用玻璃棒搅拌溶解均匀。 （6）将溶液倒入烧杯内冷却，有晶体析出，滤出母液即得KClO3晶体。 8. 分析：该试题涉及到知识比较简单，主要反应有： 对该反应所发生现象的观察与描述，既要注意到试管中气体的生成、气体的转化和溶液颜色的改变，又要注意到速率大小的变化以及根据试题中提供的数据决定了铜反应完全等定量描述。只有这样，才能做到观察的全面、准确与深刻。试题中还要求结合化学反应原理，依据反应装置内压强的改变而对给出的现象作出科学的解释。 答案：（1）铜和稀硝酸反应，有无色气泡产生，反应速率开始缓慢，逐渐加快。试管a上部空间由无色变为浅棕色，又变为无色。试管a中的溶液由无色变为浅蓝色。反应结束时铜片全部反应。（2）由于反应开始时产生的NO和试管a上部空气上的O2作用生成NO2；NO2易溶于水