高考化學總復習 10.4化學實驗方案的設計與評價課件.ppt

第四節(jié) 化學實驗方案的設計與評價,考綱要求 1.設計、評價或改進實驗方案。2.了解控制實驗條件的方法。3.分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理的結論。4.繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。5.以上各部分知識與技能的綜合應用。,1基本原則,考點一 化學實驗方案的設計,2基本內容 一個相對完整的化學實驗方案一般包括下述內容： (1)實驗名稱；(2)實驗目的；(3)實驗原理；(4)實驗用品(藥品、儀器、裝置、設備)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)實驗現(xiàn)象的記錄及結果處理；(8)問題與討論。,1氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應用廣泛。硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索。以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量FeCO3)為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：,物質制備型實驗方案的設計,D中收集的氣體是_(填化學式)。 B中盛放的溶液可以是_(填字母)。 aNaOH溶液 bNa2CO3溶液 c稀硝酸 dKMnO4溶液 A中得到的淡黃色固體能與熱的NaOH溶液反應，產物中元素的最高價態(tài)為4，寫出該反應的離子方程式：_。,2(2014年高考浙江卷)葡萄糖酸鈣是一種可促進骨骼生長的營養(yǎng)物質。葡萄糖酸鈣可通過以下反應制得： C6H12O6(葡萄糖)Br2H2OC6H12O7(葡萄糖酸)2HBr 2C6H12O7CaCO3Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸鈣)H2OCO2 相關物質的溶解性見下表：,請回答下列問題： (1)第步中溴水氧化葡萄糖時，下列裝置中最適合的是_。,制備葡萄糖酸鈣的過程中，葡萄糖的氧化也可用其他試劑，下列物質中最適合的是_。 A新制Cu(OH)2懸濁液 B酸性KMnO4溶液 CO2/葡萄糖氧化酶 DAg(NH3)2OH溶液 (2)第步充分反應后CaCO3固體需有剩余，其目的是_；本實驗中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是_。 (3)第步需趁熱過濾，其原因是_。 (4)第步加入乙醇的作用是_。 (5)第步中，下列洗滌劑最合適的是_。 A冷水 B熱水 C乙醇 D乙醇水混合溶液,解析：(1)水浴加熱只要控制水的溫度即可，所以溫度計插入水中。恒壓漏斗使反應物容易流出，故選用B裝置。A、D的氧化性較弱，反應速率較慢；B的氧化能力很強，會將葡萄糖氧化成其他物質；因酶是一種高效的催化劑，所以O2/葡萄糖氧化酶是最合適的氧化劑。(2)過量的CaCO3能將葡萄糖酸全部轉化為葡萄糖酸鈣，同時過量的CaCO3可通過過濾除去，不會進入葡萄糖酸鈣溶液中。(4)過濾后的濾液中除葡萄糖酸鈣外，還有溴化鈣，加入乙醇中，溴化鈣溶于乙醇，而葡萄糖酸鈣在乙醇中的溶解度較小，然后通過抽濾將葡萄糖酸鈣提取出來。(5)用乙醇水混合溶液作洗滌劑，既可除去溴化鈣雜質又可減少葡萄糖酸鈣的溶解損失。,答案：(1)B C (2)提高葡萄糖酸的轉化率；便于后續(xù)分離 氯化鈣難以與葡萄糖酸直接反應得到葡萄糖酸鈣 (3)葡萄糖酸鈣冷卻后會結晶析出，如不趁熱過濾會損失產品 (4)可降低葡萄糖酸鈣在溶劑中的溶解度，有利于葡萄糖酸鈣析出 (5)D,3(2014年高考北京卷)碳、硫的含量影響鋼鐵性能，碳、硫含量的一種測定方法是將鋼樣中碳、硫轉化為氣體，再用測碳、測硫裝置進行測定。 (1)采用裝置A，在高溫下將x克鋼樣中碳、硫轉化為CO2、SO2。,物質含量測定型實驗方案的設計,(2)將氣體a通入測硫裝置中(如圖)，采用滴定法測定硫的含量。 H2O2氧化SO2的化學方程式： _。 用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相當于硫的質量為y克，則該鋼樣中硫的質量分數(shù)：_。,(3)將氣體a通入測碳裝置中(如圖)，采用質量法測定碳的含量。 氣體a通過B和C的目的是 _。 計算鋼樣中碳的質量分數(shù)，應測量的數(shù)據(jù)是 _。,4某?；瘜W研究性學習小組設計如下實驗方案，測定放置已久的小蘇打樣品中純堿的質量分數(shù)。 (1)方案一：稱取一定質量的樣品，置于坩堝中加熱至恒重后，冷卻，稱取剩余固體質量，計算。實驗中加熱至恒重的目的是_。 (2)方案二：按下圖裝置進行實驗，并回答以下問題。,實驗前先_。分液漏斗中應該裝_(填“鹽酸”或“硫酸”)。D裝置的作用是_。 實驗中除稱量樣品質量外，還需稱_裝置吸收CO2前、后的質量。 根據(jù)此實驗得到的數(shù)據(jù)，測定結果有誤差。因為實驗裝置還存在一個明顯缺陷，該缺陷是_。 (3)方案三：稱取一定量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解，向小燒杯中加入足量氯化鋇溶液。過濾洗滌，干燥沉淀，稱量固體質量，計算： 過濾操作中，除了燒杯、漏斗還用到的玻璃儀器有_。 實驗中判斷沉淀是否完全的方法是_。,解析：(1)由于碳酸氫鈉受熱分解生成氣體，引起固體質量減少，若固體質量不再變化，說明碳酸氫鈉完全分解。 (2)方案二的方法是用酸與碳酸氫鈉反應生成CO2，通過堿石灰吸收CO2，測定堿石灰的質量增加，來計算碳酸氫鈉的物質的量；若反應時選用鹽酸，由于鹽酸揮發(fā)，需要用飽和碳酸氫鈉溶液除去HCl，還要用濃硫酸除去氣體中的H2O，但是裝置中只有一個除雜裝置，即選用的酸只能為硫酸；氣體制備的第一步操作都是檢驗裝置的氣密性；由于反應后，燒瓶中和干燥裝置的上層空間充滿CO2，這些CO2氣體的質量沒有被堿石灰吸收，因此需用趕氣裝置。,答案：(1)保證NaHCO3全部分解 (2)檢查裝置的氣密性 硫酸 防止空氣中水蒸氣、CO2進入C管被吸收 C 需設計一個將A、B中的CO2全部吹入C中而吸收的氣體裝置 (3)玻璃棒 取少量濾液，再滴加BaCl2少許，如無白色沉淀說明沉淀完全,5.(2014年高考安徽卷)某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。 (1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)：,物質組成、性質探究型實驗方案的設計,(2)編號實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發(fā)生了_腐蝕，請在圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向；此時，碳粉表面發(fā)生了_(填“氧化”或“還原”)反應，其電極反應式是_。,(3)該小組對圖2中0t1時壓強變大的原因提出了如下假設，請你完成假設二： 假設一：發(fā)生析氫腐蝕產生了氣體； 假設二：_； (4)為驗證假設一，某同學設計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設計一個實驗方案驗證假設一，寫出實驗步驟和結論。,解析：(1)該實驗的目的是探究弱酸條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素，因此，應在其他因素不變的情況下，只改變某一個影響因素來探究改變該因素對實驗的影響。分析表格信息可知與比較，改變的是醋酸的濃度，因此鐵粉和碳粉的量不變；與相比改變的是碳粉的含量。 (2)分析圖2可知，t2時容器內壓強明顯小于起始壓強，說明氣體的物質的量減小，故應發(fā)生吸氧腐蝕；外電路電子應由Fe(負極)流向正極(C)，注意電子不能通過電解質溶液，正極表面發(fā)生了還原反應。 (3)假設二應考慮反應放熱，溫度升高，壓強增大。 (4)可設計實驗排除裝置中的O2，使其不能發(fā)生吸氧腐蝕，然后再設計實驗驗證有H2生成(或Fe2的生成或有溫度變化或壓強增大等)，證明錐形瓶內無氧條件下發(fā)生了析氫腐蝕產生了氣體。,答案：(1)2.0 碳粉含量的影響 (2)吸氧 還原 O22H2O4e=4OH(或4HO24e=2H2O) (3)反應放熱，溫度升高,(4) 實驗步驟和結論(不要求寫具體操作過程)： 藥品用量和操作同編號實驗(多孔橡皮塞增加進、出導管)； 通入氬氣排凈瓶內空氣； 滴入醋酸溶液，同時測量瓶內壓強變化(也可測溫度變化、檢驗Fe2等),如果瓶內壓強增大，假設一成立，否則假設一不成立 (本題屬于開放性試題，合理答案均給分),實驗方案設計中幾個易忽視的問題 (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，要防止爆炸。如H2還原CuO實驗中應先通入H2，氣體點燃前要先驗純。 (3)防止氧化。如H2還原CuO要“先滅燈再停氫”，白磷切割要在水中進行等。 (4)防止吸水。如實驗、取用、制取易吸水、潮解、水解的物質要采取必要措施，以保證達到實驗目的。 (5)易揮發(fā)液體產物(導出時可為蒸氣)的及時冷卻。 (6)儀器拆卸的科學性與安全性。如防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等。,1化學實驗評價的內容 (1)評價實驗原理是否明確、合理。 (2)評價實驗方案是否安全、可行。 (3)評價藥品、儀器是否方便、易得。 (4)評價實驗現(xiàn)象和結論是否明顯、清晰。,考點二 化學實驗方案的評價,2化學實驗評價的五大視角 (1)可行性視角：只有合理且切實可行的實驗方案才有意義?？尚行允欠桨傅牡谝灰?，評價方案時應注意從實驗原理和操作兩個方面分析： 理論上要科學合理。 操作上要簡單可行。 (2)經(jīng)濟效益視角：評價一種實驗方案，不僅要從科學性上判斷是否可行，還要從經(jīng)濟效益上考慮是否切合實際。 (3)綠色化視角： 分析實驗藥品是否有毒，是否會造成環(huán)境污染。 儀器藥品是否價格低廉、便宜易得。 反應是否充分，原子經(jīng)濟性強。,(4)安全性視角： 避免炸裂：受熱不均勻、液體倒吸、氣流不暢、易燃氣體中混有助燃氣體等。 防污染：有毒尾氣未經(jīng)處理、剩余藥品隨意丟棄、實驗產生的廢液肆意傾倒等。 防失火：點燃或熄滅酒精燈的方法不正確、易燃試劑與明火接觸等。 防吸水：極易水解、吸水性強(潮解)的物質未密封保存或與潮濕空氣接觸，大量吸水導致液體溢出或反應變質等。,(5)規(guī)范性視角： 儀器的安裝與拆卸。 試劑添加的順序與用量。 加熱的方式方法和時機。 儀器的查漏、氣密性檢驗。 溫度計的規(guī)范使用、水銀球的位置。 實驗數(shù)據(jù)的讀取。 冷卻、冷凝的方法等。,1某同學用如圖1所示的裝置來探究CO2、SO2與澄清石灰水的反應，結果通入CO2可以看到先渾濁后澄清的現(xiàn)象，但通入SO2看不到渾濁現(xiàn)象。,化學實驗方案的評價,經(jīng)思考后該同學改用如圖2所示的裝置，將氣體收集在注射器中，緩慢地將氣體通入澄清石灰水中，都能看到石灰水先變渾濁再澄清的現(xiàn)象，且通入SO2時產生的現(xiàn)象明顯且快。 (1)對比分析兩組實驗，你認為用圖1所示的裝置實驗時，通入SO2不能出現(xiàn)渾濁的原因可能是_。 (2)用圖2所示的裝置實驗時，以相同速率通入CO2和SO2，SO2產生渾濁、澄清的現(xiàn)象比CO2快的原因是_。 (3)用圖1所示的裝置進行SO2與澄清石灰水反應的實驗若存在缺陷，其改進方法是(若你認為該裝置沒有缺陷，此空可以不填)_。,答案：(1)SO2在水中溶解度大且氣體發(fā)生裝置產生SO2的速率快，SO2直接與Ca(OH)2反應生成了可溶于水的酸式鹽Ca(HSO3)2而觀察不到沉淀 (2)SO2溶于水生成的亞硫酸的酸性比碳酸的強，CaSO3轉化為Ca(HSO3)2的速率也快 (3)用導管將尾氣通入NaOH溶液中,2信息時代產生的大量電子垃圾對環(huán)境構成了極大的威脅。某“變廢為寶”學生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70% Cu、25% Al、4% Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：,請回答下列問題： (1)第步Cu與酸反應的離子方程式為_； 得到濾渣1的主要成分為_。 (2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的優(yōu)點是_；調溶液pH的目的是使_生成沉淀。 (3)用第步所得CuSO45H2O制備無水CuSO4的方法是_。,(4)由濾渣2制取Al2(SO4)318H2O，探究小組設計了三種方案：,上述三種方案中，_方案不可行，原因是 _；從原子利用率角度考慮，_方案更合理。,(5)探究小組用滴定法測定CuSO45H2O(Mr250)的含量。取a g試樣配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干擾離子后，用c molL1 EDTA(H2Y2)標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反應如下： Cu2H2Y2=CuY22H 寫出計算CuSO45H2O質量分數(shù)的表達式w_；下列操作會導致CuSO45H2O含量的測定結果偏高的是_。 a未干燥錐形瓶 b滴定終點時滴定管尖嘴中產生氣泡 c未除凈可與EDTA反應的干擾離子,解答實驗評價題的常見失誤 (1)思路狹窄，思維定式，缺少創(chuàng)新，經(jīng)驗主義嚴重。 (2)恐懼心理嚴重，雖然題目涉及了許多新情境、新材料，但是問題落腳點并未超出中學教材和考綱要求。 (3)答題不規(guī)范，詞不達意，不講邏輯，抓不住要點。,3(2014年高考新課標全國卷)某小組以CoCl26H2O、NH4Cl、H2O2、濃氨水為原料，在活性炭催化下，合成了橙黃色晶體X。為確定其組成，進行如下實驗。 氨的測定：精確稱取w g X，加適量水溶解，注入如圖所示的三頸瓶中，然后逐滴加入足量10% NaOH溶液，通入水蒸氣，將樣品液中的氨全部蒸出，用V1 mL c1 molL1的鹽酸標準溶液吸收。蒸氨結束后取下接收瓶，用c2 molL1 NaOH標準溶液滴定過剩的HCl，到終點時消耗V2 mL NaOH溶液。,定量分析型實驗方案的評價與數(shù)據(jù)處理,氯的測定：準確稱取樣品X，配成溶液后用AgNO3標準溶液滴定，K2CrO4溶液為指示劑，至出現(xiàn)淡紅色沉淀不再消失為終點(Ag2CrO4為磚紅色)。 回答下列問題：,(6)樣品X中鈷、氨和氯的物質的量之比為163，可寫出化學式為Co(NH3)6Cl3，由化合物中正負化合價代數(shù)和為0計算，NH3整體為0價，氯為1價，故Co為3價；從而推出制備X的化學方程式為2CoCl22NH4Cl10NH3H2O2=2Co(NH3)6Cl32H2O。由于溫度過高時H2O2易分解，NH3易揮發(fā)，故制備過程中溫度不能過高，否則H2O2分解，NH3揮發(fā)。,4化學興趣小組對某品牌牙膏中摩擦劑成分及其含量進行以下探究： 查得資料：該牙膏摩擦劑由碳酸鈣、氫氧化鋁組成；牙膏中其他成分遇到鹽酸時無氣體產生。 .摩擦劑中氫氧化鋁的定性檢驗： 取適量牙膏樣品，加水充分攪拌、過濾。 (1)往濾渣中加入過量NaOH溶液，過濾。氫氧化鋁與NaOH溶液反應的離子方程式是_。 (2)往(1)所得濾液中先通入過量二氧化碳，再加入過量稀鹽酸。觀察到的現(xiàn)象是_。,.牙膏樣品中碳酸鈣的定量測定： 利用下圖所示裝置(圖中夾持儀器略去)進行實驗，充分反應后，測定C中生成BaCO3沉淀的質量，以確定碳酸鈣的質量分數(shù)。,依據(jù)實驗過程回答下列問題： (3)實驗過程中需持續(xù)緩緩通入空氣。其作用除了可攪拌B、C中的反應物外，還有_。 (4)C中反應生成BaCO3的化學方程式是_。,(5)下列各項措施中，不能提高測定準確度的是_(填標號)。 a在加入鹽酸之前，應排凈裝置內的CO2氣體 b滴加鹽酸不宜過快 c在AB之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置 d在BC之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置 (6)實驗中準確稱取8.00 g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO3的平均質量為3.94 g。則樣品中碳酸鈣的質量分數(shù)為_。 (7)有人認為不必測定C中生成的BaCO3質量，只要測定裝置C在吸收CO2前后的質量差，一樣可以確定碳酸鈣的質量分數(shù)。實驗證明按此方法測定的結果明顯偏高，原因是_。,解析：(6)n(BaCO3)3.94 g197 gmol10.02 mol，由C原子守恒得m(CaCO3)為0.02 mol100 gmol12 g，所以CaCO3的質量分數(shù)為25 %。 (7)由于B中的水蒸氣和HCl等易揮發(fā)進入C中，所以裝置C的質量會偏大。,實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理的一般方法 1數(shù)據(jù)的表格式,(1)根據(jù)實驗原理確定應記錄的項目：所測的物理量。 (2)應注意數(shù)據(jù)的有效數(shù)字及單位和必要的注釋。 (3)設計的表格要便于數(shù)據(jù)的查找、比較，便于數(shù)據(jù)的計算和進一步處理，便于反映數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。,2數(shù)據(jù)的圖像化 圖像化是用直線圖或曲線圖對化學實驗結果加以處理的一種簡明化形式。它適用于一個量的變化引起另一個量的變化的情況。圖像化的最大特點是鮮明、直觀、簡單、明了。,定量實驗中測定數(shù)據(jù)的方法及對實驗數(shù)據(jù)的篩選 1數(shù)據(jù)的測定方法 (1)沉淀法： 先將某種成分轉化為沉淀，然后稱量純凈、干燥的沉淀的質量，再進行相關計算。,(2)測定氣體體積法： 對于產生氣體的反應，可以通過測定氣體體積的方法測定樣品純度。 量氣裝置的設計： 下列裝置中，A是常規(guī)的量氣裝置，B、C、D是改進后的裝置。,(3)測定氣體質量法： 將生成的氣體通入足量的吸收劑中，通過稱量實驗前后吸收劑的質量，求得所吸收氣體的質量，然后進行相關計算。 (4)滴定法： 即利用滴定操作原理，通過酸堿中和滴定、沉淀滴定和氧化還原反應滴定等獲得相應數(shù)據(jù)后再進行相關計算。,2篩選實驗數(shù)據(jù) 能從大量的實驗數(shù)據(jù)中找出有用、有效、正確、合理的數(shù)據(jù)是實驗數(shù)據(jù)分析處理題的一個重要能力考查點，也是近年來命題變化的一個重要方向。對實驗數(shù)據(jù)篩選的一般方法和思路歸納為“五看”： 一看數(shù)據(jù)是否符合測量儀器的精度特點，如用托盤天平測得的質量的精度為0.1 g，若精度值超過了這個范圍，說明所得數(shù)據(jù)是無效的； 二看數(shù)據(jù)是否在誤差允許范圍內，若所得的數(shù)據(jù)明顯超出誤差允許范圍，要舍去； 三看反應是否完全，是否是過量反應物作用下所得的數(shù)據(jù)，只有完全反應時所得的數(shù)據(jù)，才能進行有效處理和應用； 四看所得數(shù)據(jù)的測試環(huán)境是否一致，特別是氣體體積數(shù)據(jù)，只有在溫度、壓強一致的情況下才能進行比較、運算； 五看數(shù)據(jù)測量過程是否規(guī)范、合理，錯誤和違反測量規(guī)則的數(shù)據(jù)需要舍去。,典例1 某樣品是由碳酸鈉與氯化鈉組成的固體混合物，現(xiàn)欲測定樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)。 某同學稱取10.00 g樣品，配成1 000 mL溶液，用_(填儀器名稱)量取25.00 mL放入錐形瓶中，加入甲基橙作指示劑，用0.150 0 molL1標準鹽酸溶液滴定至終點，平行測定三次，有關實驗數(shù)據(jù)記錄見下表，則樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)為_。,答案 堿式滴定管(或25 mL移液管) 95.40%,典例2 0.80 g CuSO45H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線)如圖所示。 請回答下列問題： (1)試確定200 時固體物質的化學式_(要求寫出推斷過程)。 (2)取270 所得樣品，于570 灼燒得到的主要產物是黑色粉末和一種氧化性氣體，該反應的化學方程式為_； 把該黑色粉末溶解于稀硫酸中，經(jīng)濃縮、冷卻，有晶體析出，該晶體的化學式為_，其存在的最高溫度是_。,