高考化學(xué) 專題二十三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評價(jià)課件.ppt

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常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法,1．實(shí)驗(yàn)室制取氧氣,液+固→氣型,排水,2.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室制取O2、NH3、Cl2方法的歸納,化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),1.基礎(chǔ)要求,實(shí)驗(yàn)原理,有毒藥品,2.基本內(nèi)容 一個(gè)相對完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案一般包括下述內(nèi)容： ①實(shí)驗(yàn)名稱；②實(shí)驗(yàn)_______； ③實(shí)驗(yàn)_______； ④實(shí)驗(yàn)用品(藥品、儀器、裝置、設(shè)備)及規(guī)格； ⑤實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法； ⑥實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)； ⑦_(dá)_______的記錄及_________處理；⑧問題與討論。,目的,原理,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,3.基本步驟 (1)認(rèn)真審題，明確實(shí)驗(yàn)______，確定實(shí)驗(yàn)原理 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇__________，并設(shè)計(jì)出合理的___________ _________。 (3)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)過程中的___________，并運(yùn)用______、計(jì)算、圖表、推理等方法處理有關(guān)實(shí)驗(yàn)___________，得出正確的____。,目的,儀器和藥品,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案的評價(jià),1.基本原則 (1)_________科學(xué)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。 2.評價(jià)類型 (1)_________評價(jià)；(2)實(shí)驗(yàn)方案評價(jià)； (3)___________評價(jià)；(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論評價(jià)。,實(shí)驗(yàn)原理,綠色化學(xué),實(shí)驗(yàn)原理,藥品和儀器,要點(diǎn)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(jià)。如制備CO2，用CaCO3而不用Na2CO3或NaHCO3。 (2)反應(yīng)條件容易達(dá)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?yàn)榍罢哂镁凭珶艏訜峋涂傻玫絅H3，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(diǎn)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(cuò)；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(jìn)氣，長管出氣”的方法收集，C錯(cuò)；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(jìn)氣，長管出氣”的方法收集，D錯(cuò)。 答案 B,【借題發(fā)揮】 有關(guān)氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置的思維建模,要點(diǎn)二 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),1.設(shè)計(jì)思路,2.設(shè)計(jì)方法 (1)明確目的、原理：首先必須認(rèn)真審題，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實(shí)驗(yàn)原理。 (2)選擇儀器、藥品：根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(xué)儀器和藥品。,(3)設(shè)計(jì)裝置步驟：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，以及所選用的儀器和藥品，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生應(yīng)具備識別和繪制典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖的能力，實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 (5)分析得出結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計(jì)算、列圖表、推理等處理，得出正確的結(jié)論。,3.實(shí)驗(yàn)儀器的選用和連接,【典例示范2】 (2015湖南四校聯(lián)考)某學(xué)習(xí)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(gè)S原子取代了Na2SO4中的一個(gè)O原子。該實(shí)驗(yàn)小組運(yùn)用類比學(xué)習(xí)的思想預(yù)測了Na2S2O3的某些性質(zhì)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的預(yù)測。,[提出假設(shè)] (1)部分學(xué)生認(rèn)為Na2S2O3與Na2SO4結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也相似，因此室溫時(shí)Na2S2O3溶液的pH________7(填“”、“”或“＝”)。 (2)部分學(xué)生由S元素化合價(jià)推測Na2S2O3與SO2性質(zhì)相似，均具有較強(qiáng)的________。,[實(shí)驗(yàn)探究] 取適量Na2S2O3晶體，溶于水中制成Na2S2O3溶液，進(jìn)行如下探究(填寫表中空格)。,[實(shí)驗(yàn)結(jié)論] (6)探究①：___________________________________________ ________________。 (7)探究②：___________________________________________ ________________。,[問題討論] (8)甲同學(xué)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(rèn)為氯水可將Na2S2O3氧化。你認(rèn)為該方案是否正確并說明理由_______________________________ _______________________________________。 (9)請你重新設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明Na2S2O3被氯水氧化。你的方案是_________________________________________________ _____________________。,解析 (1)由學(xué)生認(rèn)為Na2S2O3的化學(xué)性質(zhì)與Na2SO4的性質(zhì)(強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，溶液呈中性)相似，可推知室溫時(shí)Na2S2O3溶液呈中性，則pH＝7。 (2)由SO2具有還原性可知Na2S2O3(S為＋2價(jià))也有較強(qiáng)的還原性。 (3)由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知探究①是為了探究溶液的酸堿性，驗(yàn)證假設(shè)(1)，故其操作是利用pH試紙來檢驗(yàn)Na2S2O3溶液的酸堿性。 (4)由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知Na2S2O3溶液呈堿性(說明其是強(qiáng)堿弱酸鹽)，其原因應(yīng)是S2O水解。,(5)向氯水(具有強(qiáng)氧化性)中滴加Na2S2O3溶液，目的是驗(yàn)證Na2S2O3是否具有還原性，由實(shí)驗(yàn)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(xué)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?yàn)榧词共话l(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(yàn)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(diǎn)在一小塊pH試紙中部，待變色后，將試紙顏色與標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程 (1)物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物→確定可能原理→設(shè)計(jì)可能實(shí)驗(yàn)方案→優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案→選擇原料→設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置 (方法、儀器等) →實(shí)施實(shí)驗(yàn)(步驟、操作要點(diǎn)、控制反應(yīng)條件等)→分離提純產(chǎn)品。,(2)性質(zhì)探究性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：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(jì)實(shí)驗(yàn)逐個(gè)驗(yàn)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)→設(shè)計(jì)可能實(shí)驗(yàn)方案→優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案→實(shí)施實(shí)驗(yàn)(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點(diǎn)等) →觀察現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結(jié)論。,要點(diǎn)三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià),1.可行性方面 (1)分析實(shí)驗(yàn)方案是否科學(xué)可行； (2)實(shí)驗(yàn)操作是否安全合理； (3)實(shí)驗(yàn)步驟是否簡單方便； (4)實(shí)驗(yàn)效果是否明顯。 2.綠色化學(xué)方面 (1)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案做出評價(jià) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)從安全角度?？紤]的主要因素如下： (1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時(shí)要防止液體倒吸； (2)進(jìn)行某些易燃易爆實(shí)驗(yàn)時(shí)要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點(diǎn)燃前先驗(yàn)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(jìn)行等)； (4)污染性的氣體要進(jìn)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(shí)驗(yàn)取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時(shí)宜采取必要措施，以保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)?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(shí)可為蒸氣)的及時(shí)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(shí)驗(yàn)操作順序、試劑加入順序、實(shí)驗(yàn)方法使用順序等)。,5.最佳方案的選擇 幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案都能達(dá)到目的，選出一個(gè)最佳方案。所謂最佳，就是裝置最簡單，藥品容易取得、價(jià)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(qiáng)的氧化性。某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對綠礬(FeSO47H2O)受熱分解的情況進(jìn)行探究。 (1)甲同學(xué)認(rèn)為，綠礬受熱分解的產(chǎn)物是FeO、SO3、H2O。你支持該觀點(diǎn)嗎？說明理由。_________________________________ ______________________________________________________________________。,(2)乙同學(xué)設(shè)計(jì)如圖裝置通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明顯不足之處是____________________________ ______________。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要檢驗(yàn)綠礬是否分解完全，請簡述實(shí)驗(yàn)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(xué)方程式_______________________________ __________________________。,解析 (1)因題目中已知“在加熱條件下SO3具有比較強(qiáng)的氧化性”，而FeO具有還原性，二者受熱時(shí)會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能共存，故不支持該觀點(diǎn)。 (2)FeSO47H2O受熱分解的產(chǎn)物一定有Fe2O3，根據(jù)化合價(jià)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(yàn)產(chǎn)物水，無水CuSO4變藍(lán)；D中試劑用于檢驗(yàn)SO2，品紅或酸性高錳酸鉀溶液或溴水褪色。,(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明顯沒有尾氣吸收裝置。 (4)“要檢驗(yàn)綠礬是否分解完全”，只需檢驗(yàn)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(xué)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(shí)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(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)就是通過對所給出的實(shí)驗(yàn)方案的分析，對方案的正確與錯(cuò)誤、嚴(yán)密與不嚴(yán)密，準(zhǔn)確與不準(zhǔn)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(jì)上是否合算和對環(huán)境有無污染等。,