高考化学总复习 第八章 第五节化学实验方案的设计与评价精讲课件 .ppt

第八章化学实验基础,第五节化学实验方案的设计与评价,化学实验方案的设计,1实验方案的设计中仪器的选用及连接顺序归纳。,2实验设计的“四注意”。(1)注意药品和仪器是部分给出还是有剩余。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。(2)注意题目条件有无特殊要求。如有采用最简单或最合理的实验步骤等要求时，我们要考虑到反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都有限定。类似于这样的问题必须要高度重视。(3)注意实验过程中的一些隐蔽性操作。如实验中必不可少的干燥、除杂、冷凝等操作，容易被忽略，设计时需仔细分析，避免遗漏。,(4)注意药品规格的叙述。有些题目要求指出药品的名称，但考生回答时往往不太准确，如硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和nahco3溶液等。,【例1】(1)实验：证明na2sio3具有防火性能。取两个相同的小木条，分别放入蒸馏水和饱和na2sio3溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察到的现象如下表：,设计实验的目的是_。,(2)实验：测定锌与稀硫酸反应制取h2的速率。测定该反应速率的方法有多种，不同的方法需要测定不同的数据，请根据你设计的测定方法，填写需要记录的数据及其单位：_，单位_；_，单位_。根据你测定的实验数据，处理后可求得_(填化学式)的反应速率，单位是_。,思维点拨：本题考查学生对实验的设计能力。在证明na2sio3的防火作用时要排除水的干扰；测定锌与稀硫酸反应的速率时要抓住速率的概念，可以有多种方案。解析：实验中，实验为对照实验，证明起防火作用的是na2sio3而不是水；测定反应速率可以记录产生相同气体体积需要的时间或相同时间内产生的气体体积。答案：(1)与实验作对照，证明起防火作用的是na2sio3而不是水(2)反应时间min(或s)生成氢气的体积l(或ml)h2lmin1,针对训练,1某同学进行实验研究时，欲配制1.0moll1ba(oh)2溶液，但只找到在空气中暴露已久的ba(oh)28h2o试剂(化学式量：315)。在室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。为探究其原因，该同学查得ba(oh)28h2o在283k、293k和303k时的溶解度(g/100gh2o)分别为2.5、3.9和5.6。(1)烧杯中未溶物可能仅为baco3的理由是_。,(2)假设试剂由大量ba(oh)28h2o和少量baco3组成。设计实验方案，进行成分检验。写出实验步骤、预期现象和结论(不考虑结晶水的检验；室温时baco3饱和溶液的ph9.6)。限选试剂及仪器：稀盐酸、稀硫酸、naoh溶液、澄清石灰水、ph计、烧杯、试管、带塞导气管、滴管。,(3)将试剂初步提纯后，准确测定其中ba(oh)28h2o的含量。实验如下：配制250ml约0.1moll1ba(oh)2溶液：准确称取w克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，_，将溶液转入_中，洗涤，定容，摇匀。滴定：准确量取25.00ml所配ba(oh)2溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将(填“0.020”、“0.05”、“0.1980”或“1.5”)moll1盐酸装入50ml酸式滴定管，滴定至终点，记录数据。重复滴定2次。平均消耗盐酸vml。,计算：ba(oh)28h2o的质量分数_(只列出算式，不做运算)。室温下，(填“能”或“不能”)配制1.0moll1ba(oh)2溶液。,解析：(1)ba(oh)28h2o吸收空气中的co2生成的baco3难溶于水，而ba(oh)2溶于水，因此未溶物可能仅为baco3。(2)在成分检验中，要检验滤液中含有ba2、oh，固体中含有baco3。步骤2中的现象为产生白色沉淀，则有ba2；步骤3中，应再加入稀盐酸，将生成的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊则为baco3；步骤4中则可以利用测定ph的方法确定含有oh。(3)中和滴定时，根据n(oh)n(h)进行计算，当盐酸的浓度为0.050mol/l或0.020mol/l时，需要盐酸的体积大于50ml，所给的滴定管不能满足要求；若盐酸浓度为1.5mol/l时，求得的盐酸体积很小，误差较大。(4)室温(293k)下，ba(oh)28h2o的溶解度为3.9g，则100g水中最多能溶解ba(oh)28h2o的物质的,(2),化学实验方案的评价,1从可行性方面对实验方案做出评价。科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个方面分析：(1)实验原理是否正确、可行。(2)实验操作是否安全、合理。(3)实验步骤是否简单、方便。(4)实验效果是否明显等。,2从“绿色化学”视角对实验方案做出评价。“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：(1)反应原料是否易得、安全、无毒。(2)反应速率是否较快。(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高。(4)合成过程中是否造成环境污染。,3从安全性方面对实验方案做出评价。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。(2)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)。(3)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)。(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)。,(5)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)。(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。(7)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。,【例2】下图是学生设计的实验室用二氧化锰与浓盐酸制备纯净、干燥氯气的实验装置图，试对三个实验装置图给出评价。,图a_图b_图c_,思维点拨：对装置的评价主要从根据原理仪器选择是否正确、仪器连接是否合理正确、是否满足题目的特殊要求(防止空气中某物质反应、冷凝、水浴加热)、是否有防污染、防倒吸等安全装置等方面去思考。,答案：a碳酸氢钠溶液呈碱性，能吸收氯气；没有尾气处理装置b先干燥后除氯化氢，顺序颠倒了，收集的气体会带有水蒸气；集气瓶密闭，空气无法排出，易发生危险c正确,针对训练,2已知某纯碱样品中含有nacl杂质，为测定样品中纯碱的质量分数，甲同学用下图装置及试剂进行实验(夹持仪器略)。,(1)仪器a、b的名称分别是_、_。(2)甲同学按实验正常操作的主要步骤如下：_；将ag试样放入仪器b中，加适量蒸馏水溶解，得到样品溶液；称量盛有碱石灰的干燥管的质量为bg；从仪器a中滴入浓盐酸，直到不再产生气体时为止；再次称量盛有碱石灰的干燥管的质量为cg。(3)甲同学根据以上实验求得的样品中na2co3的质量分数是_(用含a、b、c的式子表示)。,(4)乙同学认为甲同学在实验装置设计和使用药品上都有缺陷，会导致测得的na2co3的质量分数偏高，而丙同学则认为甲同学的实验装置会使测得的结果偏低，丙同学认为结果偏低的原因可能是_。(5)若要解决乙、丙同学指出的甲同学实验中的问题，可对甲同学的实验装置和实验药品进行适当的改动，请按合理顺序选择仪器并完成下表：(用大写字母代表仪器，仪器可重复使用，夹持仪器略),解析：(1)a为分液漏斗，b为锥形瓶，c为球型干燥管。(2)气体实验都需要检查装置气密性。(3)根据干燥管质量差求出二氧化碳质量。(4)偏高的原因是二氧化碳未干燥，水蒸气被碱石灰吸收，空气中二氧化碳和水蒸气进入干燥管；盐酸挥发出氯化氢进入干燥管等。偏低的原因是：锥形瓶里残留有二氧化碳没有被吸收。(5)选c提供没有二氧化碳的空气，c中装氢氧化钠溶液；选d作气体发生装置，用稀硫酸与碳酸钠,反应；通入除去二氧化碳的空气可以排出锥形瓶里残留的二氧化碳；再选c干燥二氧化碳，装浓硫酸；选b吸收二氧化碳，装碱石灰或氢氧化钠固体，接触时间长，吸收充分；选择a装碱石灰，吸收空气中二氧化碳和水蒸气。,实验综合题的解题策略方法,1解题思路、方法。(1)巧审题，明确实验目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情境(或题首所给实验目的)，结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循正确性、可靠性、简捷性、精确性和安全性的原则，确定符合实验目的。要求的方案。(2)想过程，理清实验操作的先后顺序。根据由实验原理所确定的实验方案，确定实验操作步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。,(3)看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。(4)细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键，以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。,2解题技巧。一个化学实验，必须依据一定的实验原理，使用一定的仪器组装成一套实验装置，按一定顺序操作，才能顺利完成。因此，一道综合实验题，我们总是可以把它分解成几个既相互独立又互相关联的小实验、小操作来解答。由各个小实验确定各步操作，再由各个小实验之间的关联确定操作的先后顺序。基本思路如下：,【例3】(2014惠州调研二)某小组设计如图装置(部分夹持装置已略去)，以探究潮湿的cl2与na2co3反应得到固体物质的成分。,(1)试剂x的化学式_。a中制取cl2的离子方程式_。(2)试剂y的名称为_。(3)通入一定量潮湿的cl2反应后，经检测，d中只有cl2o一种气体，c中只含一种氯盐外，同时含有nahco3等，某同学对c中所得固体残渣的成分进行探究。提出合理假设。假设一：存在两种成分：nahco3和_；假设二：存在三种成分：nahco3和_。,设计方案，进行实验。写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀hno3、bacl2溶液、澄清石灰水、agno3溶液、试管、小烧杯。,(4)已知，cl2o与水反应生成次氯酸，则d中cl2o进入e反应的化学方程式为：_。,(4)cl2o2naoh=2nacloh2o,针对训练,3(2013重庆卷)某研究小组利用下图装置探究温度对co还原fe2o3的影响(固定装置略)。,(1)mgco3的分解产物为_。(2)装置c的作用是_，处理尾气的方法为_。(3)将研究小组分为两组，按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置d加热，反应产物均为黑色粉末(纯净物)，两组分别用产物进行以下实验。,乙组得到的黑色粉末是_。甲组步骤1中反应的离子方程式为_。乙组步骤4中，溶液变红的原因为_；溶液褪色可能的原因及其验证方法为_。从实验安全考虑，上图装置还可采取的改进措施是_。,答案：(1)mgo、co2(2)除co2点燃(3)fefe3o48h=2fe3fe24h2ofe2被氧化成fe3，fe3遇scn显红色假设scn被cl2氧化，向溶液中加入kscn溶液，若出现红色，则假设成立(其它合理答案均可)在装置bc之间添加装置e防倒吸(其它合理答案均可),开放探究型实验,开放探究型实验是指具有明确的实验目的，但答案具有不确定性或者条件不惟一或者解题方法多样的试题。这样的试题通常以基础知识为背景设计而成，要求学生自己选取相关的知识或方法来解答，主要考查学生基础知识的掌握程度、归纳推理能力和逆向思维能力。,1题目特点。,2.解题策略。(1)挖掘题目中的隐含条件是解题的关键。(2)根据题目的提示提出大胆、合理的猜想，并设计实验进行验证。(3)对实验数据及实验现象的分析处理过程中，要注意思维的有序性和条理性，对有关结论的概括，要用规范的学科语言来表达。,【例4】书中记载：在强碱性条件下，加热银氨溶液可能析出银镜。某同学进行如下验证和对比实验。,该同学欲分析实验和实验的差异，查阅资料：aag(nh3)2h2oag2nh3h2obagoh不稳定，极易分解为黑色ag2o(1)配制银氨溶液所需的药品是_。(2)经检验，实验的气体中有nh3，黑色物质中有ag2o。用湿润的红色石蕊试纸检验nh3，产生的现象是_。产生ag2o的原因是_。,(3)该同学对产生银镜的原因提出假设：可能是naoh还原ag2o。实验及现象：向agno3溶液中加入_，出现黑色沉淀；水浴加热，未出现银镜。(4)重新假设：在naoh存在下，可能是nh3还原ag2o。用下图所示装置进行实验。现象：出现银镜。在虚线框内画出用生石灰和浓氨水制取nh3的装置简图(夹持仪器略)。,(5)该同学认为在(4)的实验中会有ag(nh3)2oh生成。由此又提出假设：在naoh存在下，可能是ag(nh3)2oh也参与了nh3还原ag2o的反应。进行如下实验：,有部分ag2o溶解在氨水中，该反应的化学方程式是_。实验结果证实假设成立，依据的现象是_。(6)用hno3清洗试管壁上的ag，该反应的化学方程式是_。,解析：本题通过实验探究意在考查考生的实验能力。(1)配制银氨溶液需要的试剂为agno3溶液和氨水，方法是将氨水滴入agno3溶液中至开始时生成的沉淀恰好溶解为止，即可得到银氨溶液。(2)nh3溶于水生成弱碱一水合氨，故用红色石蕊试纸检验氨气时会看到试纸变蓝；加入naoh可促进nh3h2o分解放出氨气，使ag(nh3)2h2oag2nh3h2o平衡正向移动，c(ag)增大，利用查阅资料b可知ag与oh反应生成不稳定的agoh又立即分解为黑色ag2o。(3)为验证假设，结合(2)中分析可知naoh溶液可与银氨溶液作用产生ag2o，若要证明ag2o可被naoh溶液还原，只需起始时加入过量的naoh溶液即可。(4)用生石灰与浓,氨水制取nh3是固液混合不需加热制取气体，因此可用烧瓶与分液漏斗组成气体发生装置，烧瓶内放置生石灰、分液漏斗中盛浓氨水。(5)ag2o溶解在氨水中是因生成银氨溶液，反应的方程式为：ag2o4nh3h2o=2ag(nh3)2oh3h2o；若假设成立则说明ag2o被还原为ag，因此可看到现象为：与溶液接触的试管壁上析出银镜。(6)浓硝酸溶解银镜，是浓硝酸与ag发生氧化还原反应生成硝酸银，同时hno3被还原为no2，故反应方程式为：ag2hno3(浓)=agno3no2h2o。,(4),针对训练,4(2013福建卷)固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以mg(no3)2为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：甲：mg(no3)2、no2、o2乙：mgo、no2、o2丙：mg3n2、o2丁：mgo、no2、n2,(1)实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是_。查阅资料得知：2no22naoh=nano3nano2h2o针对甲、乙、丙猜想，设计如下图所示的实验装置(图中加热、夹持仪器等均省略)：,(2)实验过程。仪器连接后，放入固体试剂之前，关闭k，微热硬质玻璃管(a)，观察到e中有气泡连续放出，表明_。称取mg(no3)2固体3.7g置于a中，加热前通入n2以驱尽装置内的空气，其目的是_；关闭k，用酒精灯加热时，正确操作是先_，然