高考化學 專題二十三 化學實驗方案的設(shè)計與評價課件.ppt

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常見氣體的實驗室制法,1．實驗室制取氧氣,液+固→氣型,排水,2.實驗室制取二氧化碳,CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O,向上排空氣法或排飽和NaHCO3溶液,飽和NaHCO3溶液,液+固（塊狀）→氣,3.實驗室制取氫氣的方法,液+固（塊狀）→氣,向下排空氣法或排水法,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2 ↑,4.實驗室制取氯氣的方法,向上排空氣法或排飽和NaCl溶液法,NaOH溶液,+2H2O,5.實驗室制取氨氣的方法,2NH3↑+2H2O,堿石灰,向下排空氣法,濕潤的紅色石蕊試紙,蘸有濃鹽酸的玻璃棒,實驗室制取O2、NH3、Cl2方法的歸納,化學實驗方案的設(shè)計,1.基礎(chǔ)要求,實驗原理,有毒藥品,2.基本內(nèi)容 一個相對完整的化學實驗方案一般包括下述內(nèi)容： ①實驗名稱；②實驗_______； ③實驗_______； ④實驗用品(藥品、儀器、裝置、設(shè)備)及規(guī)格； ⑤實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法； ⑥實驗注意事項； ⑦________的記錄及_________處理；⑧問題與討論。,目的,原理,實驗現(xiàn)象,實驗結(jié)果,3.基本步驟 (1)認真審題，明確實驗______，確定實驗原理 (2)根據(jù)實驗原理選擇__________，并設(shè)計出合理的___________ _________。 (3)準確地記錄實驗過程中的___________，并運用______、計算、圖表、推理等方法處理有關(guān)實驗___________，得出正確的____。,目的,儀器和藥品,實驗裝置和,操作步驟,現(xiàn)象和數(shù)據(jù),分析,現(xiàn)象和數(shù)據(jù),結(jié)論,實驗方案的評價,1.基本原則 (1)_________科學合理； (2)操作和裝置簡單可行； (3)符合_________理念； (4)藥品和操作安全可靠； (5)實驗現(xiàn)象明顯。 2.評價類型 (1)_________評價；(2)實驗方案評價； (3)___________評價；(4)實驗現(xiàn)象和結(jié)論評價。,實驗原理,綠色化學,實驗原理,藥品和儀器,要點一 氣體的制備,1.制備氣體反應(yīng)原理的選擇依據(jù) (1)反應(yīng)物容易獲得且較廉價。如制備CO2，用CaCO3而不用Na2CO3或NaHCO3。 (2)反應(yīng)條件容易達到。如制NH3，用Ca(OH)2和NH4Cl反應(yīng)，而不選用N2和H2反應(yīng)，是因為前者用酒精燈加熱就可得到NH3，而后者需要高溫高壓等條件。,(3)反應(yīng)容易控制。反應(yīng)不能過慢，也不能過快。如制乙炔用電石與飽和食鹽水反應(yīng)，而不直接用水與電石反應(yīng)。 (4)生成的氣體容易分離。如HCl極易溶于水，所以要選用固態(tài)物質(zhì)(如NaCl)與濃硫酸反應(yīng)制取，而不能用它們的濃溶液。,2.常見氣體的發(fā)生裝置,3.氣體的干燥,4.氣體的常用收集方法,5.常見的尾氣處理 尾氣處理裝置有四種，如下圖所示。,(1)甲是易溶于水的氣體的吸收裝置。如用水吸收HCl、NH3，用氨水吸收SO2等。 (2)乙是能溶于溶液的氣體的吸收裝置或有毒氣體的尾氣處理裝置。如用NaOH溶液吸收Cl2等。 (3)丙是用在空氣中點燃的方法處理尾氣，防止污染大氣，如CO氣體。 (4)對于一些不便于用甲、乙、丙方法處理的少量尾氣，可采用氣球收集法處理(如圖丁所示)。,【典例示范1】 (2015山東東營模擬)可用如圖所示裝置制取、凈化、收集的氣體是( ) A.銅和稀硝酸制一氧化氮 B.亞硫酸鈉與濃硫酸制二氧化硫 C.鋅和稀硫酸制氫氣 D.濃氨水和生石灰制取氨氣,解析 NO不能用排氣法收集，A錯；亞硫酸鈉與濃硫酸反應(yīng)不需加熱即可制取二氧化硫，可以用濃硫酸除去水蒸氣，并且二氧化硫的密度大于空氣的，可以用該裝置制取、凈化、收集，B對；氫氣密度小于空氣的，應(yīng)該采用“短管進氣，長管出氣”的方法收集，C錯；氨氣是堿性氣體，不能用濃硫酸干燥，且氨氣的密度小于空氣的，應(yīng)該采用“短管進氣，長管出氣”的方法收集，D錯。 答案 B,【借題發(fā)揮】 有關(guān)氣體制備實驗裝置的思維建模,要點二 化學實驗方案的設(shè)計,1.設(shè)計思路,2.設(shè)計方法 (1)明確目的、原理：首先必須認真審題，明確實驗?zāi)康募耙?，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。 (2)選擇儀器、藥品：根據(jù)實驗的目的和原理，以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和其他藥品、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定的范圍內(nèi)等，從而選擇合理的化學儀器和藥品。,(3)設(shè)計裝置步驟：根據(jù)上述實驗?zāi)康暮驮?，以及所選用的儀器和藥品，設(shè)計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。學生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應(yīng)完整、簡明。 (4)記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察，全面而準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 (5)分析得出結(jié)論：根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、列圖表、推理等處理，得出正確的結(jié)論。,3.實驗儀器的選用和連接,【典例示范2】 (2015湖南四校聯(lián)考)某學習小組在通過反應(yīng)Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O研究反應(yīng)速率的影響因素后，對Na2S2O3產(chǎn)生了興趣，查資料知Na2S2O3的名稱為硫代硫酸鈉，俗稱海波，可視為一個S原子取代了Na2SO4中的一個O原子。該實驗小組運用類比學習的思想預(yù)測了Na2S2O3的某些性質(zhì)，并通過實驗驗證自己的預(yù)測。,[提出假設(shè)] (1)部分學生認為Na2S2O3與Na2SO4結(jié)構(gòu)相似，化學性質(zhì)也相似，因此室溫時Na2S2O3溶液的pH________7(填“”、“”或“＝”)。 (2)部分學生由S元素化合價推測Na2S2O3與SO2性質(zhì)相似，均具有較強的________。,[實驗探究] 取適量Na2S2O3晶體，溶于水中制成Na2S2O3溶液，進行如下探究(填寫表中空格)。,[實驗結(jié)論] (6)探究①：___________________________________________ ________________。 (7)探究②：___________________________________________ ________________。,[問題討論] (8)甲同學向“探究②”反應(yīng)后的溶液中滴加硝酸銀溶液，觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，并據(jù)此認為氯水可將Na2S2O3氧化。你認為該方案是否正確并說明理由_______________________________ _______________________________________。 (9)請你重新設(shè)計一個實驗方案，證明Na2S2O3被氯水氧化。你的方案是_________________________________________________ _____________________。,解析 (1)由學生認為Na2S2O3的化學性質(zhì)與Na2SO4的性質(zhì)(強酸強堿鹽，溶液呈中性)相似，可推知室溫時Na2S2O3溶液呈中性，則pH＝7。 (2)由SO2具有還原性可知Na2S2O3(S為＋2價)也有較強的還原性。 (3)由實驗現(xiàn)象可知探究①是為了探究溶液的酸堿性，驗證假設(shè)(1)，故其操作是利用pH試紙來檢驗Na2S2O3溶液的酸堿性。 (4)由實驗現(xiàn)象可知Na2S2O3溶液呈堿性(說明其是強堿弱酸鹽)，其原因應(yīng)是S2O水解。,(5)向氯水(具有強氧化性)中滴加Na2S2O3溶液，目的是驗證Na2S2O3是否具有還原性，由實驗現(xiàn)象可知Cl2被還原，說明Na2S2O3具有還原性，利用得失電子守恒可知反應(yīng)的離子方程式為S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋。 (8)甲同學是通過觀察有無AgCl沉淀生成來判斷Na2S2O3是否被氯水氧化，有則說明Cl2被還原為Cl－，從而證明氯水將Na2S2O3氧化。該方案不正確，因為即使不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，過量的氯水中也含有Cl－，Cl－會與AgNO3溶液反應(yīng)生成AgCl沉淀。 (9)可通過驗證Na2S2O3溶液與氯水反應(yīng)后的溶液中是否含有SO來說明Na2S2O3是否被氯水氧化。,答案 (1)＝ (2)還原性 (3)用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液點在一小塊pH試紙中部，待變色后，將試紙顏色與標準比色卡對照 (4)S2O＋H2OHS2O＋OH－ (5)S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋ (6)Na2S2O3水溶液呈堿性 (7)Na2S2O3具有還原性 (8)不正確，因氯水過量，氯水中含有Cl－，會生成AgCl沉淀 (9)取少量反應(yīng)后的溶液，向其中滴入氯化鋇溶液，若觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，則說明Na2S2O3能被氯水氧化,【借題發(fā)揮】 三種常見實驗方案設(shè)計的基本流程 (1)物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計：根據(jù)目標產(chǎn)物→確定可能原理→設(shè)計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→選擇原料→設(shè)計反應(yīng)裝置 (方法、儀器等) →實施實驗(步驟、操作要點、控制反應(yīng)條件等)→分離提純產(chǎn)品。,(2)性質(zhì)探究性實驗方案的設(shè)計：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和類型→提出性質(zhì)猜想→設(shè)計實驗逐個驗證→記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)→歸納分析→合理推斷得出結(jié)論。 (3)性質(zhì)驗證實驗方案的設(shè)計：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)→設(shè)計可能實驗方案→優(yōu)化實驗方案→實施實驗(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點等) →觀察現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結(jié)論。,要點三 化學實驗方案的評價,1.可行性方面 (1)分析實驗方案是否科學可行； (2)實驗操作是否安全合理； (3)實驗步驟是否簡單方便； (4)實驗效果是否明顯。 2.綠色化學方面 (1)實驗過程中是否造成環(huán)境污染； (2)原料是否無毒、安全、易得； (3)原料利用率及反應(yīng)速率是否較高； (4)反應(yīng)速率是否較快。,3.從安全性方面對實驗方案做出評價 化學實驗從安全角度常考慮的主要因素如下： (1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防止液體倒吸； (2)進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點燃前先驗純等)； (3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中進行等)； (4)污染性的氣體要進行尾氣處理；有粉末狀物質(zhì)參加的反應(yīng)，要注意防止導(dǎo)氣管堵塞；,(5)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施，以保證達到實驗?zāi)康?。 4.從規(guī)范性方面 (1)冷凝回流(有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料，需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)； (2)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻； (3)儀器拆卸與組裝順序相反，按照從右向左，從高到低的順序； (4)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。,5.最佳方案的選擇 幾個實驗方案都能達到目的，選出一個最佳方案。所謂最佳，就是裝置最簡單，藥品容易取得、價格低廉，現(xiàn)象明顯，干擾小，無污染。,【典例示范3】 (2014河南開封統(tǒng)考)資料表明，在加熱條件下SO3具有比較強的氧化性。某研究性學習小組的同學對綠礬(FeSO47H2O)受熱分解的情況進行探究。 (1)甲同學認為，綠礬受熱分解的產(chǎn)物是FeO、SO3、H2O。你支持該觀點嗎？說明理由。_________________________________ ______________________________________________________________________。,(2)乙同學設(shè)計如圖裝置通過實驗來探究綠礬受熱分解的情況(部分夾持裝置未畫出，C裝置的水槽中加冰鹽水)。請?zhí)顚懴铝斜砀瘛?(3)本實驗設(shè)計明顯不足之處是____________________________ ______________。 (4)實驗結(jié)束后，要檢驗綠礬是否分解完全，請簡述實驗方法。____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)若綠礬分解完全，C裝置中U形管內(nèi)有無色晶體出現(xiàn)，請寫出綠礬受熱分解的化學方程式_______________________________ __________________________。,解析 (1)因題目中已知“在加熱條件下SO3具有比較強的氧化性”，而FeO具有還原性，二者受熱時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能共存，故不支持該觀點。 (2)FeSO47H2O受熱分解的產(chǎn)物一定有Fe2O3，根據(jù)化合價升降可知一定有SO2，還一定有H2O，故A中應(yīng)殘留紅棕色固體；B中試劑用于檢驗產(chǎn)物水，無水CuSO4變藍；D中試劑用于檢驗SO2，品紅或酸性高錳酸鉀溶液或溴水褪色。,(3)實驗設(shè)計的不足之處一般從有沒有防止倒吸的裝置以及尾氣處理裝置等方面考慮。本實驗設(shè)計明顯沒有尾氣吸收裝置。 (4)“要檢驗綠礬是否分解完全”，只需檢驗有無Fe2＋即可：取A中殘留固體少許溶于足量稀硫酸，再取溶解液少許于試管中，滴入酸性KMnO4溶液，振蕩，若溶液不褪色，證明分解完全；否則分解不完全。 (5)U形管內(nèi)的無色晶體是SO3，可寫出化學方程式為：,答案 (1)不支持，F(xiàn)eO有還原性，SO3有氧化性，二者受熱時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能共存 (2),(3)沒有尾氣吸收裝置 (4)取A中殘留固體少許溶于足量稀硫酸，再取溶解液少許于試管中，滴入酸性KMnO4溶液，振蕩，若KMnO4溶液不褪色，證明分解完全；否則分解不完全,【借題發(fā)揮】 所謂實驗方案的評價就是通過對所給出的實驗方案的分析，對方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密，準確與不準確做出判斷。主要考慮的問題有：是否完全合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。,