2013届高三化学总复习化学实验方案的设计与评价.ppt

高三化学总复习,化学实验,化学实验方案的设计与评价,考纲要求,1、掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验2、根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论3、根据实验试题的要求，设计、评价或改进实验方案。4、根据实验试题的要求，设计简单实验方案的能力。包括：某个实验操作顺序的设计，确认某混合物组分实验的设计，验证化学原理的设计，测定物质纯度的设计,权威解读,综合实验命题的几个方向，一是根据要求，设计实验方案，分析相关问题；二是结合相关知识，联系题给信息并联系实际的实验设计；三是近几年出现的源于教材的实验重组题，这种题的立意往往具有创新性。,什么是化学实验方案设计？,是在实施化学实验之前,根据化学实验的目的和要求,运用相关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。,设计的意义,直接关系到实验效率的高低，乃至实验的成败。在化学科学研究中科学、合理、周密、巧妙的实验设计，往往能导致化学科学的重大发现,设计一个实验，你首先从入手？A实验目的B.实验原理C.实验步骤D.实验装置,A,一、化学实验方案设计的思路,依据目的阐明,二、综合实验方案设计的一般方法,明确实验目的、要求构思实验方法、步骤选择实验仪器、药品观察现象、记录数据分析、得出结论,三、化学实验设计的基本要求,1、科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须正确。例如：用Zn和稀HNO3反应制H2用乙醇与稀硫酸加热到140度制取乙烯制取乙烯时不使用温度计直接用Cu(OH)2来检验淀粉的水解产物都不具备科学性,2、安全性：尽量避免使用有毒、有腐蚀性的药品，避免进行危险性的操作，避免对环境造成污染。如：用Cu为原料制取硫酸铜、用氯碱工业副产盐酸、用氢气还原CuO的实验、排水集气停止收集气体时、加热液体、点燃可燃性气体都要考虑安全性的问题若必须使用，应在所设计的实验方案中详细写明注意事项，并必须进行尾气处理，且实验应该在密闭系统或通风橱中进行。除此还需遵循环保性、经济性,3、可行性：你的方案中所用的化学药品、仪器、设备、方法和条件等在中学实验室现有的实验条件下能够得到满足。如：煅烧石灰石制取二氧化碳用合成氨反应作为氨气的实验室制法实验室中分离空气制取氧气都不具有可行性,4、简约性：即要简单节约：反应物要价廉易得且用量要少；反应过程要容易控制（速率适当、步骤少、装置简单、能耗低）；生成物要尽量纯净、副产物要容易分离。例如：用铝为原料制取氢氧化铝测定碳酸钙和二氧化硅混合物中碳酸钙含量*对于定量实验，还得考虑减少实验误差的问题,四、化学实验设计应注意的问题,1.供选用药品和装置是部分、刚好或有剩余。2题目条件有无特殊要求。如采用最简单、最合理的实验步骤。3实验过程中的隐蔽性操作，如必要的干燥、除杂、冷凝、静置、振荡、等不能忽略4、所需药品应准确描述，如粉末、固体、溶液、饱和、澄清、酸性、浓、稀、浓度值。仪器要注明规格。5.防倒吸、防爆炸、防潮解、防氧化、防污染等,1、制备实验方案的设计2、性质实验方案的设计3、物质检验实验方案的设计4、综合实验方案的设计,五、化学实验方案设计的类型,1、制备实验方案的设计,物质制备的意义：科学的进步和社会的发展，都离不开物质特别是新物质的制备；因为物质的成功合成，不但可以弥补科学发展的空白，还可以丰富我们的物质生活。可以说生活中的所有东西都与物质的制备分不开的进行物质制备时，特别应注意的是严格控制反应条件，否则，就得不到我们想要的物质。,物质制备实验方案设计的一般思路：,多种可行的方法,优化选择,具体详细实验方案,最佳实验方案应从反应物、反应条件和生成物三方面考虑：反应物：要尽可能价廉易得；无毒无腐蚀性；用量少反应条件：要易于控制；操作要安全；装置/设备简单；能耗要低；反应物转化率要高。生成物：尽可能纯；副产物要无毒无污染无腐蚀性且易于除去,详细的实验方案应包含多方面内容，关键是实验原理和步骤,如以铝屑为原料制备Al（OH）3的实验方案设计,方案一：1、先与酸应：2Al+6H+=2Al3+3H22、再与碱反应:Al3+3OH-=Al(OH)3思考：此时最好用什么碱？写出相应的离子方程式Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+,A、设计可能的实验方案,方案二：1、先与碱应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H22、再与酸反应:AlO2-+H+H2O=Al（OH）3思考：此时最好用什么酸？写出相应的离子方程式2AlO2-+3H2O+CO2=2Al（OH）3+CO32-,方案三：1、先将两份铝屑分别与酸、碱反应：2Al+6H+=2Al3+3H22Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H22.然后，将份溶液混合：Al3+3AlO2-+6H2O=4Al（OH）3,B、进行优化选择,思考：1、应选择什么酸？2、应选择什么碱？3、酸碱的用量应如何控制？4、铝的用量应如何分配？,C、设计具体详细的实验方案-,实验名称实验目的实验原理实验用品实验步骤实验现象记录及结果处理问题讨论,小结：制备实验方案设计要点,基本思路：列出可能的几种制备方法和途径，从方法是否可行，装置和操作是否简单、是否经济与安全等方面进行分析和比较，从中选取最佳的实验方法，在制定具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格有效的控制。制备实验应注意防污染、防倒吸、防氧化、防潮解、防爆炸、防挥发，同时要求产率高、易分离、易收集、杂质少、步骤少。,2、物质性质检验实验方案的设计,（1）证明酸性：PH试纸或酸碱指示剂与碳酸钠反应与锌等反应（2）证明弱酸性：证明存在电离平衡测定对应盐溶液的酸碱性测量在稀释前后的PH变化。,性质实验方案设计的内容,(4)比较非金属的活动性,(3)比较金属的活动性,对应盐的酸碱性强弱,与水反应,与酸反应,置换反应,原电池,最高价氧化物的水化物的碱性强弱,电解放电顺序,置换反应,与氢气反应快慢,气态氢化物的稳定性、还原性,最高价氧化物的水化物的酸性强弱,；,（5）证明氧化性：与还原剂（如KI、SO2、H2S等）反应，产生明显的现象。如酸性高锰酸钾紫色褪去；三价铁离子的黄色褪去（变为浅绿色等）单质碘遇淀粉变蓝色（6）证明还原性：与氧化剂（如KMnO4,浓HNO3等）反应，产生明显的现象（7）证明为胶体分散系；丁达尔现象（8）证明有碳碳双键（或三键）：使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色,（9）证明酚羟基：与浓溴水产生白色沉淀与氯化铁溶液发生显色反应（10）证明醛基；与银氨溶液作用与新制氢氧化铜反应（11）证明醇羟基；酯化产物不溶与水有果香味（12）比较酸碱性；强酸或强碱制弱,如：,设计一个实验证明醋酸是弱酸（尽可能列出多种方案）,参考方案：,a比较同浓度的醋酸和盐酸的导电性b.测量已知浓度（如0.1mol/L）的醋酸的PH值c.测定醋酸钠溶液的PH值，或检验醋酸钠溶液的酸碱性。d.将醋酸溶液稀释100倍，测定稀释前后溶液的PH值e往加了石蕊的醋酸溶液中加入醋酸钠固体，观察溶液的颜色变化f往稀盐酸溶液中加入醋酸钠固体，测定前后PH值的变化g.比较同浓度、同体积的醋酸和盐酸分别与镁粉反应的速率及生成气体的体积。,1、结构,结构式：HOOC-COOH,乙二酸性质实验方案的设计,用途,去除衣服上的蓝墨水,2、预测性质,酸性,酯化反应,不稳定性,有还原性,使蓝墨水褪色,(弱酸性、但比碳酸强)、,(分解产物为：H2O、CO、CO2),晶体：C2H2O42H2O,如：,验证乙二酸的酸性,3、设计验证实验,思考1：如何验证固体酸的酸性？,将固体酸溶于水，再用紫色石蕊试液或蓝色石蕊试纸或pH试纸检验,思考2：如何证明草酸是弱酸？,比较同浓度的草酸和硫酸的pH值或导电性；将pH相同的草酸和硫酸同等程度稀释后比较pH值；测量草酸钠溶液的pH值；向草酸中加入草酸钠固体，看pH有无变化。,思考3：如何证明草酸的酸性比碳酸强？,看草酸能否制得碳酸,（2）验证乙二酸的酯化反应,思考：1、酯化反应的条件是什么？2、乙二酸酯化时，常选用乙二醇，为什么？3、如何向反应器中加入三种物质？4、进行酯化反应时应如何对装置进行加热？5、集中加热时，蒸馏出来的蒸汽中有哪些物质？6、如何对产品进行提纯？,7、根据以上问题，设计实验步骤。,8、装置中、左边的试管为何要倾斜一定角度？9、右边试管上方的竖直长导管有何作用？10、导管出口为何要在液面上？11、通过什么现象证明乙二酸发生了酯化反应？,在一只试管中依次加入乙二醇、浓硫酸和乙二酸，按右图连接好装置，用酒精灯小心均匀加热3-5min，再集中加热，将产生的蒸汽导入饱和碳酸钠溶液中，观察现象。,（3）验证乙二酸的不稳定性,1、加热、灼烧固体一般在什么仪器中进行？2、如何检验草酸分解产生的三种气体？3、画出能够连续完成该实验的装置图：,4、用以上装置检验三种产物是否严密？请设计更严密的实验装置。,草酸晶体,无水硫酸铜,石灰水,氧化铜,水,浓硫酸,（4）验证乙二酸的还原性,如何验证草酸的还原性？,加酸化的高锰酸钾溶液，看有无褪色。,为了观察到酸性高锰酸钾明显的褪色现象，其用量应如何控制？,草酸溶液用量要多，浓度要大；高锰酸钾用量相对要少一些。,（5）验证乙二酸使蓝墨水褪色,在两支试管中各放入一块粘有蓝墨水的布条，分别用高锰酸钾（做对比实验）溶液、乙二酸与乙二酸钾混合液浸泡，观察现象。,相关知识（了解）：蓝黑墨水是鞣酸亚铁和蓝色染料的水溶液，鞣酸亚铁是没有颜色的，因此刚用蓝黑墨水写的字是蓝色的，在纸上接触空气后逐渐氧化，变成了在水里不溶解的鞣酸铁。鞣酸铁是黑色的，所以字迹就逐渐地由篮变黑，遇水不化，永不褪色。草酸溶液电离出的草酸根离子可以与鞣酸铁中的铁离子结合成可溶于水的无色络离子溶解在水里而除去。若加入强电解质草酸钾，则草酸根离子浓度更大，故洗涤效果更好。要注意草酸对衣服有腐蚀性，应尽快漂洗干净。,练.1.下列装置及实验设计中合理的是（）,B,A.B.C.D.,2.用如图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m（H）m（O）18。下列对导致这一结果的原因的分析中，一定错误的是（）A.、装置之间缺少干燥装置B.装置后缺少干燥装置C.装置中玻璃管内有水冷凝D.CuO没有全部被还原,D,小结,性质实验方案设计的一般思路,1、根据物质的结构、用途预测可能的性质,2、设计验证性实验方案。,3、物质检验实验方案的设计的一般步骤,有一瓶失去标签的固体如图所示，设计实验证明它是硫酸亚铁铵晶体：(NH4)2Fe(SO4)26H20,如1：,物质的检验,一般通过离子的检验来实现,注意：要证明(NH4)2Fe(SO4)26H20晶体，也就是要检验其中的结晶水以及三种离子以上实验只能确定物质含那些微粒，还不能确定物质的化学式,物质检验实验方案设计要点,物质检验尽可能利用特征反应，注意检验顺序、排除干扰。,小结,4、定量测定实验设计要点,实验项目包括：一定温度下硝酸钾溶解度的测定、硫酸铜晶体中结晶水含量的测定、质量百分比浓度溶液的配制、物质的量浓度溶液的配制、酸碱中和滴定、中和热测定。保证测定结果具有较高准确度和精确度对于实验结果的分析，一般是要求考生分析实验的关键、细节以及产生误差的因素等。,4、碱式碳酸镁有多种不同的组成，如Mg2(OH)2CO3、Mg4(OH)2(CO3)3、Mg5(OH)2(CO3)4等，请你设计一个测定碱式碳酸镁组成的实验方案，包括：（1）测定原理（2）测定实验的装置图（3）简要的操作步骤。可选用的仪器、试剂和用品如下：主要仪器：天平（附砝码）、大试管、酒精灯、洗气瓶、球形干燥管、角匙（固定及连接仪器自选）试剂：碱式碳酸镁（粉状）、浓硫酸、石灰水、无水氯化钙、碱石灰,（3）简要操作步骤：,将装置连接好后，检查装置的气密性称取一定量（W1）样品放于大试管底部，称量洗气瓶和干燥管C的质量加热至样品完全分解实验结束后称量洗气瓶和干燥管的增重（设为W2、W3)计算：MgO、CO2、H2O的物质的量之比为(W1W2W3)/40:W3/44:W2/18然后确定组成。,1、用Cu为原料制取硝酸铜，设计可能的实验方案，并对你的各种方案进行评价。,5、化学实验方案的评价,2、下列制备Al2S3的方案可行的是()A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合。B将H2S气体通入Al2（SO4）3溶液中。C将Al（NO3）3固体与K2S固体混合。D将金属铝与硫磺混合加热。,D,3、某学生要做检验碳酸钠粉末中含有少量的氢氧化钠和氯化钠的实验。他的实验设计了7个步骤，其中5个步骤所用试剂及实验操作均已写明，实验步骤如下：a.取少量样品放入试管甲中b.再向溶液里滴加几滴硝酸银溶液c.过滤，取少量滤液盛在试管乙里d.向试管里加入适量蒸馏水，振荡e.滴入几滴酚酞试剂f.g.试将上面尚缺的两个步骤所用的试剂（自选）及实验操作补写完整，然后按实验操作的顺序排列。（注意排除CO32-对OH-和Cl-的干扰）,滴加硝酸钡（或硝酸钙）溶液至沉淀不增加,滴加稀硝酸至酚酞褪至无色,adfcegb,假设:红色沉淀成分为Cu,假设：红色沉淀成分为Cu2O；假设：红色,沉淀成分为Cu与Cu2O的混合物,步骤三：设计方案、实验。A.取该红色沉淀溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化B.取该红色沉淀溶于足量的稀硫酸中，观察是否有残渣C.取该红色沉淀ag，在空气中充分灼烧至完全变黑，放在干燥器里冷却，再称重，反复多次至固体恒重，称得质量为bg，比较a、b的关系D.取该红色沉淀装入试管里，加入酸化的硝酸银溶液，观察是否有银白色沉淀析出你认为合理的方案是（填字母）。,C,（2）乙小组对甲小组的假设，另设计如图所示装置进行验证。,若按乙组装置定性检验上述红色沉淀成分，可根据现象的发生与否即可判断。,硬质玻璃管有水或干燥管内白色粉末变蓝,若按乙组装置测定上述红色沉淀的成分，你认为理论上应该测定下列哪些物理量（填序号）。通入氢气的体积；反应前红色沉淀和硬质玻璃管的总质量；完全反应后红色固体和硬质玻璃管的总质量；实验前干燥管质量；硬质玻璃管质量；锌粒质量；稀硫酸中含溶质的量；实验后干燥管质量。该实验装置中距实际可行性方面存在的缺陷：（请写出两点）。,发生,装置产生的氢气中含有水、硬质玻璃管内水分很难全部被氢气赶尽、外界空气中的水蒸气也会被无水硫酸铜吸收等（任选两项）,5.下图甲、乙、丙是验证铜和浓HNO3反应的装置图。,（1）甲、乙、丙三个装置中共同发生的离子反应方程式是。（2）和甲装置相比,乙装置的优点是；。（3）用丙装置可进一步验证NO2和水的反应，实验时先关闭弹簧夹，再打开弹簧夹，才能使NO2气体充满试管。（4）当气体充满试管后，将铜丝提起与溶液脱离，欲使烧杯中的水进入试管应如何操作？先。（5）当试管中的NO2和水充分反应后，所得溶液的物质的量浓度的最大值是（不考虑NO2与N2O4的转化且该实验条件下气体摩尔体积设为VmL/mol）。,Cu+4H+2NOCu2+2NO2+2H2O,可以控制反应,吸收NO2气体，防止污染环境,a、b,c,关闭b,再关闭a,然后打开c,用手捂住（或用热水、热毛巾捂或加热）试管,1/Vmmol/L,实验甲：干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应。在干燥的试管中装入Na2O2，在通入CO2之前，关闭K1和K2。在试管内装入试剂X后，打开K1和K2，通入CO2，几分钟后将带火星的木条插入试管的液面上，观察到木条不复燃，且试管中的淡黄色没有变化。实验乙：潮湿的二氧化碳和过氧化钠的反应。在试管内装入试剂Y，其他操作同实验甲。观察到木条复燃，且试管中的淡黄色变为白色。,6.为了探究“二氧化碳是否是在有水存在时才能和过氧化钠反应”，某课题研究小组的同学们设计了如下图的实验装置，分别进行了甲、乙两次实验。,试回答下列问题：(1)在装入Na2O2后，通入CO2前，关闭K1和K2的目的是。(2)在实验甲中，试剂X是浓硫酸；在实验乙中，试剂Y是。(3)根据上述两个实验现象，得到的结论是。(4)为了确保实验现象的准确性，制备CO2所用的反应物最好选用。A.大理石B.小苏灯C.烧碱D.盐酸E.稀硫酸F.稀硝酸(5)CO2和Na2O2的反应机理可用示踪原子法加以证明，请完成下列反应方程式：Na2O2+C18O2+HO。,防止Na2O2受潮,NaHCO3的饱和溶液（或水）,二氧化碳只有在水存在时才能和过氧化钠反应,BE,2,2,2,2Na2C18O3+O2+2H2O,7.硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。铜不能与稀硫酸直接反应，本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之完全反应，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体（装置如图1、2如示）,（1）图1烧瓶中发生反应的离子方程式为、。（2）图2是图1的改进装置，其优点有；。（3）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行了如下设计：第一组：以空气为氧化剂法方案1：以空气为氧化剂，将铜粉在仪器B中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应。,Cu+4H+2NO3-Cu2+2NO2+2H2O,3Cu+8H+2NO3-3Cu2+2NO+4H2O,防止倒吸,有害气体能被完全吸收,方案2：将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应，向反应液中加FeSO4或Fe2(SO4)3，即发生反应。反应完全后向其中加物质甲调节pH到34，产生Fe(OH)3沉淀，过滤、蒸发、结晶,滤渣作催化剂循环使用。已知Fe(OH)3和Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为3.7、6.4请回答下列问题：方案1中的B仪器名称是。方案2中甲物质是（填字母序号）。a.CaOb.CuCO3c.CaCO3,坩埚,b,第二组：过氧化氢为氧化剂法将3.2g铜丝放到45mL1.5mol/L的稀硫酸中，控温在50，加入18mL10%的H2O2，反应0.5h后，升温到60，持续反应1h后，过滤、蒸发结晶、减压抽滤等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO45H2O10.6g。请回答下列问题：加热时温度不宜过高的原因是，晶体采用酒精淋洗的优点是。上述两种氧化法中，更符合绿色化学理念的是第二组（填“第一组”或“第二组”），理由是,防止双氧水分解,酒精与水互溶且极易挥,发，减少晶体溶解,第一组方案1需要灼烧，需要消耗很多能源；第一组方案2所得产品含有铁元素杂质；而第二组方案几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高,解析(1)反应过程中实际上参加反应的为Cu、NO、H+，虽然加入的是浓硝酸，但随着反应的进行，硝酸的浓度会降低，故也可能发生稀硝酸与Cu的反应。（2）很明显，图2既可以防止倒吸又可以把有毒的气体NO、NO2完全吸收。（3）灼烧用的仪器应为坩埚。为了不引入新的杂质，故应用CuCO3来调节pH。因为用H2O2作为氧化剂，故加热温度不可过高以防止H2O2分解；酒精与水互溶且易挥发，用酒精淋洗既可以除去晶体表面的杂质又可以减少晶体的溶解。第二组更符合绿色化学理念，这是因为第一组方案1中需灼烧，要消耗很多能源；第一组方案2中产品含有铁元素的杂质；而第二组方案几乎不产生有害气体，且产品的纯度较高。,8.某研究性学习小组的一个课题是“NO2能否支持木条的燃烧”。由于实验室中没有现成的NO2气体，该小组的同学设计了两个方案来制取NO2并完成研究性课题。（忽略N2O4的存在，图中铁架台、石棉网等仪器均已略去）,图1图2,4NO2+O2+2H2O,4HNO3(浓),(2)实验开始后木条上的火星逐渐熄灭，有的同学得出“NO2不能支持木条的燃烧”的结论。你认为这一结论是否正确