化学实验设计综合实验的分析与评价

【同步教育信息】一.本周教学内容：（1）化学实验设计（2）综合实验的分析与评价二.重点、难点：1.化学实验设计化学实验的设计是高考命题中较高层次的能力要求。它不仅考查学生化学知识和化学实验技能的掌握，还考查了学生根据试题情景，能灵活地、创造性地解决化学问题的能力，在一定程度上也能考查出学生思维严谨，全面的科学态度和勇于创新的科学精神。从试题内容上来看，有实验操作顺序的设计；有确认某混合物成分的实验设计；有验证化学原理和反应规律的设计；也有物质纯度的设计。其中有定性的，也有定量的，虽然试题涉及的实验都比较简单，但都有较强的综合性、灵活性和创造性。（1）实验设计的一般思路①根据命题要求，分析实验原理、选择适宜试剂。②根据化学反应原理，化学基础理论及反应特点确定必要的实验仪器和装置及其连接顺序。③制定化学反应实验步骤顺序和观察重点及明确实验中注意事项。④记录观察现象、分析实验结果得出正确结论、完成实验课题。（2）实验设计的原则①科学性。即要符合一定的化学原理，不能出现科学性的错误，如实验室制取CO2。原料只有石灰石、硫酸和硝酸，设计实验方案只能选用硝酸。因为H2SO4和CaCO3反应生成微溶性的CaSO4，它覆盖在石灰石表面，阻碍反应继续发生。②程序合理。多步骤实验有哪步先做、哪步后做的问题。实验程序反映思维的有序性和整体性，没有整体的思考就不可能设计出合理的实验程序。如制取气体，要先经干燥剂处理然后收集。又如证明CO2和水蒸气的存在，混和气体应先通过无水CuSO4，检验有无水蒸气的存在，再通过石灰水检验CO2的存在。③装置连接合理。实验方案的设计，要求实验仪器的连接必须合理、正确。如气体实验中一般有以下几部分组成：气体发生装置→气体净化装置→性质、制备实验装置→尾气吸收装置。又如洗气瓶的使用，长管应连接进气，短管连接出气。使用干燥管粗口连接进气，细口连接出气。④安全第一。实验设计中安全意识要放在第一位，要防止有毒物质的污染的毒害。在气体制备的实验中，要注意防止气体倒吸，要注意尾气的处理，杜绝一切实验事故。2.综合实验的分析与评价这是近年来高考考查化学实验的新题型。试题往往是把中学化学教材中各部分实验进行分解与综合、迁移，创设出一种新情景的实验，用以考查学生运用化学知识和实验技能，解决化学新情景实验的能力。这里，主要包括以下两大方面问题。（1）综合实验的评价。试题常设计出几种实验方案。要求考生根据题目的要求和实验目的，从化学原理，元素及其化合物的性质，化学实验的基本操作技能等方面，对实验方案进行科学分析、评价优劣，这里能充分展示考生化学实验技能和化学理论知识的功底和分析问题、解决问题能力。（2）综合实验的分析。主要包括对实验现象进行本质的分析，能透过实验现象，认识到物质的性质和作用，并能进行知识的重组和归纳，也包括综合实验中某一装置和化学试剂的作用的分析。近年来，高考试卷中的实验试题。每年都有情景创新性的题目，都能让人耳目一新。由于这些试题情景新，设问角度变化多端，能较成功的反映学生化学双基知识和技能的掌握情况，能激发学生的创新意识和思维能力。为高考的选拔功能和突出化学学科特征发挥了明显的作用。【典型例题】例题.1，2-二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂，常温下它是无色液体，密度2.18g·cm-3，沸点131.4℃，熔点9.79℃，不溶于水，易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。在实验室中可以用下图所示装置制备1，2-二溴乙烷。其中分液漏斗和烧瓶a中装有乙醇和浓硫酸的混合液，试管d中装有液溴（表面覆盖少量水）。填写下列空白：（1）写出本题中制备1，2-二溴乙烷的两个化学反应方程式。_______________________________________________________________（2）安全瓶b可以防止倒吸，并可以检查实验进行时试管d是否发生堵塞。请写出发生堵塞时瓶b中的现象________________________________。（3）容器c中NaOH溶液的作用是____________________________。（4）某学生在做此实验时，使用一定量的液溴，当溴全部褪色时，所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下超过许多。如果装置的气密性没有问题，试分析其可能的原因____________________________________。分析：通过观察实验装置和所盛的药品，可以很快确定烧瓶a是乙烯的发生装置；试管d（内盛液溴）是乙烯与溴反应的装置。锥形瓶C所盛NaOH溶液为的是吸收乙烯中混有的酸性气体（CO2、SO2）。而锥形瓶e中的NaOH溶液应是吸收逸出的溴蒸气，以防污染。对装置b来说，题中明确是安全瓶。当试管d有堵塞时，气体流动不畅，会使b中气压增大，导致b的水被压进玻璃管内，甚至会溢出。而实验时所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下多的原因，可从乙烯气流过快，难使液溴全部吸收和加热温度控制不当造成部分乙醇挥发或发生其它副反应等去考虑。答案：（）；浓℃1252222222224170CHOHCHCHHOCHCHBrCHBrCHBrHSO（2）瓶b玻璃管内液面会升高，甚至溢出。（3）吸收乙烯中的酸性气体。（4）①乙烯气体产生的速率过快，使通入试管d中的乙烯不能完全与Br2反应而逸出；②烧瓶a中反应温度控制不当，没有迅速升温至170℃而使部分乙醇挥发。【模拟试题】1.设计一个简单的一次完成实验的装置，验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序是。CH3COOHHCOCHOH2365（1）利用上图所示仪器组装实验装置，则仪器的连接顺序为_____接_____→_____接_____→_____接_____。（2）写出实验步骤、现象和有关的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________2.往一铝易拉罐内充满CO2，然后往罐内注入足量的NaOH溶液，立即用胶布严封罐口。过一段时间后，罐壁内凹。再过一段时间后，罐壁又重新鼓起。解释上述变化的实验现象。配以有关化学方程式。（1）罐壁内凹的原因：________________。反应的化学方程式是______________。（2）罐再鼓起的原因__________________。反应的化学方程式是______________。3.分别设计化学实验，用最佳方法证明明矾溶于水时发生的下列变化：供选用的药品和仪器：明矾溶液、甲基橙试液、石蕊试液、酚酞试液、pH试纸、氢氧化钠溶液、酒精灯、半透膜、电泳仪、聚光束仪。（1）证明明矾发生了水解反应______________________________________。（2）证明其水解反应是一个吸热反应________________________________。（3）证明生成了胶体溶液__________________________________________。4.实验室里临时需要用氢氧化钠溶液和二氧化碳来制取纯净Na2CO3溶液。已知二氧化碳气体在通入氢氧化钠溶液的过程中极易过量生成NaHCO3，且无明显现象。实验室有下列试剂：①未知浓度的NaOH溶液②37%盐酸③37%硫酸④14%盐酸⑤大理石⑥K2CO3固体实验室有下列仪器：铁架台、启普发生器、烧杯、量筒、橡胶管、玻璃导管、分液漏斗。（1）本实验选用的仪器除烧杯、橡胶管、玻璃导管外，还需要_________________。（2）为保证制得纯净Na2CO3溶液，选用的试剂除①之外还应用（请用编号回答）________________。（3）简要叙述制得纯净Na2CO3溶液的实验步骤（仪器的安装、使用都略去）________________________________________________________________________。5.氨与氧化铜反应可制备氮气（），氮气与镁在高2333322NHCuOCuHON温下反应可得氮化镁，氮化镁遇水反应生成Mg(OH)2和NH3，下面是甲、乙两位学生提出的制备氮化镁的两种实验方案示意图（实验前系统内的空气已排除，下图中箭头表示气体的流向）。甲→→→→→（以下从略）乙→→→→→（以下从略）NH4Cl固体Ca(OH)2固体（加热）碱石灰浓H2SO4CuO粉末（灼热）镁粉（高温）NH4Cl固体Ca(OH)2固体（加热）水浓H2SO4CuO粉末（灼热）镁粉（高温）填空和回答问题：（1）甲、乙两学生提出的实验方案是否能制得氮化镁？（填“能”或“不能”）甲_______乙_______。（2）具体说明不能制得氮化镁的原因（如两个方案都能制得氮化镁，此小题不用回答）。___________________。6.工业生产的纯碱Na2CO3中常含有少量NaCl等杂质。下面的装置图是测定纯碱中Na2CO3百分含量的实验方法之一。操作步骤是：①检查装置的气密性。②在干燥管内填满颗粒状碱石灰，称总量（设为W1）。③称取一定量的纯碱（设W2），并把它放进广口瓶B中。④把分液漏斗中的稀硫酸缓缓加入，至不再产生气体为止。⑤打开开关a，缓缓鼓入空气。约5分钟后，再称干燥管的总重（设为W3）。回答下列问题：（1）鼓入空气的目的是__________________。（2）装置（A）的作用是_______________。（3）装置（C）的作用是_______________。（4）Na2CO3百分含量的计算式为________________。（5）如去掉装置A，测定结果将（偏大，偏小，不影响）_____________。（6）如去掉装置C，测定结果将（偏大，偏小，不影响）______________。7.将Cl2通入浓热的KOH溶液中，可以制得氯酸钾。制备过程中浓KOH溶液需用水浴加热。实验所需的仪器如下图所示。（1）组装氯气发生器时，应选用的仪器导管（填编号）是_____________；（2）在实验中，按气流方向从左到右的顺序，气流流经的仪器及导管的编号依次是______________________；（3）仪器②试管的橡皮塞上应有________个孔，原因是__________________；（4）仪器②中将试管悬挂在烧杯中而不直接放入烧杯是因为_________________；（5）仪器②试管中需用50g30%的KOH溶液，称取固体KOH以及配制溶液的方法是__________________________；（6）欲将制得的氯酸钾从溶液中分离出来制成晶体，应采取的方法是_______________________________________________。8.用下图中的简易装置进行气体的发生和收集。在试管a中加入10mL6mol·L-1的稀硝酸和1g铜片，立即将带有导管的橡皮塞塞紧试管口。反应开始时速度缓慢，逐渐加快。（1）从反应开始到反应结束，预期在试管a中可以观察到哪些现象，请依次逐一写出。答：___________________________________（2）在反应开始时，可观察到导管b中的水面先沿导管b慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有气泡从管口冒出。试说明反应开始时，导管中水面先上升的原因。答：___________________________________（3）试管c收集满气体后，用拇指堵住管口取出水槽。将管口向上，松开拇指，片刻后，再次堵住管口，将试管又再倒置于水槽中，松开拇指，此时可观察到什么现象？答：___________________________________9.下图为实验室验证某铜银合金完全溶解于一定量浓硝酸，生成的NO2气体中含有NO的实验装置图。常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0℃时，几乎只有无色N2O4晶体存在。（1）反应前先打开A部分的活塞K1，持续通一段时间N2，其理由是_______________。（2）