【全程复习方略】(安徽专用)2013版高考化学 14.4化学实验方案的设计与评价课件 新人教版(含精

第四节化学实验方案的设计与评价………三年14考高考指数:★★★★1.设计、评价或改进实验方案；2.了解控制实验条件的方法；3.分析或处理实验数据，得出合理的结论；4.绘制和识别典型的实验仪器装置图；5.以上各部分知识与技能的综合应用。化学实验方案的设计1.化学实验方案设计的基本要求科学性实验原理、实验流程科学合理。保护人身安全、仪器、环境。仪器、条件、试剂在中学现有条件下能满足要求。步骤少、仪器装置简单、节省药品、效果好。基本要求安全性可行性简约性2.化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：(1)实验名称。(2)实验目的。(3)实验原理。(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格。(5)实验装置图、实验步骤和操作方法。(6)实验注意事项。(7)实验现象的记录及结果处理。(8)问题与讨论。3.化学实验方案设计的基本思路根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。4.化学实验方案设计的注意事项(1)实验操作顺序。装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。(2)加热操作先后顺序的选择。若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(3)实验中试剂或产物防止变质或损失。①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水；②易挥发的液体产物要及时冷却；③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)；④注意防止倒吸的问题。(4)选用仪器及连接顺序。仪器选择顺序是否恰当是否齐全安装顺序连接顺序所给仪器全用还是选用，是否可重复使用是否有除杂和尾气处理装置自下而上，从左到右，先洗气后干燥洗气时长进短出，干燥管粗进细出(5)仪器药品的准确描述。①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液；澄清石灰水；饱和碳酸氢钠溶液等。②仪器名称：如坩埚、研钵、100mL容量瓶。(6)会画简单的实验装置图。考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。【高考警示钟】(1)实验方案的设计对细节要求较高，往往在细节上失分，如实验原理、仪器选择、操作步骤、实验现象的描述、实验安全等方面，不全面、不准确是失分的重要方面。(2)实验设计不完整，也是实验题失分的重要原因。如制备一些在空气中易变质的物质时，在制备装置后还要连接一防变质装置。(3)补画装置图的题目中，装置图画得不准确也会失分。【典例1】课题式学习是研究性学习的一种方式，其基本模式为：如图是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式学习中，甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置。(1)实验时应先点燃_____(填“A”或“B”)处的酒精灯。(2)硬质玻璃管中反应的化学方程式为__________________。(3)乙同学认为甲装置有待优化，如尾气可先储存在瓶内，然后再处理。如图是他设计的贮气瓶，尾气应从____(填“a”或“b”)口通入(其他装置略)。(4)丙同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？因此，他设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清石灰水，以比较排除CO与澄清石灰水反应，试对此作出评价。你认为丙的设计是否有必要______，理由是___________________________________。(5)如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体，则应如何设计才能达到实验目的？___________________________________________________。【解题指南】解答本题要注意以下两点：(1)点燃A处酒精灯之前先检验装置内气体纯度，以防爆炸；(2)通入的如果是CO和CO2的混合气体，应先除去CO2以防干扰。【解析】(1)(2)应先点燃B处酒精灯，当导管口气体点燃后表示硬质玻璃管内已充满纯净的CO气体。再点燃A处酒精灯，使反应发生：CuO+CO====Cu+CO2。(3)要将尾气采用排液法储存在瓶内，应从a口通入。(4)丙的设计不必要，其理由是在酒精灯A点燃前，CO已通过了澄清石灰水。(5)如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体，应先通过碱石灰(或NaOH溶液)，除去CO2，排除干扰。△答案：(1)B(2)CuO+CO====Cu+CO2(3)a(4)不必要在酒精灯A点燃前，CO已通过了澄清石灰水(5)先通过碱石灰除去CO2后再通入装置(其他合理答案也可)△化学实验方案的评价对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。1.可行性方面(1)分析实验方案是否科学可行。(2)实验操作是否安全合理。(3)实验步骤是否简单方便。(4)实验效果是否明显。2.绿色化学方面(1)实验过程中是否造成环境污染。(2)原料是否无毒、安全、易得。(3)原料利用率及反应速率是否较高。(4)反应速率是否较快。3.从安全性方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)。(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)。(4)污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞。(5)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)。4.从规范性方面(1)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)。(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。(3)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序。(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。5.最佳方案的选择几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。【高考警示钟】化学实验方案主要在以下几个方面容易出现失误：(1)规范方面，如操作、观察、读数等。(2)安全方面，如安全瓶、气体点燃、防暴沸、防倒吸、防污染等。(3)量化方面，如仪器规格的选择、数据记录与处理、误差分析等。(4)创新方面，如装置的改进、方案的优化等。(5)表达方面，如实验现象、实验操作的表述等。【典例2】某同学想利用图示装置(夹持装置已略去)实验，探究SO2与Na2O2反应的产物。测得反应前C管的质量为m1g，反应后C管的质量为m2g，反应后装置D质量增加了ng。请分析：Ⅰ.装置B的作用_____________________________________，装置D的作用________________________________________。Ⅱ.如何检验反应中是否有O2生成__________。Ⅲ.对C中固体产物提出如下假设：假设1：只有Na2SO3，假设2：只有Na2SO4假设3：____________________________________________。(1)若Na2O2反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲同学设计如下实验：将C中的固体配成溶液，加Ba(NO3)2溶液，得到白色沉淀，加足量稀硝酸，沉淀不溶解。得出结论：产物是Na2SO4。该方案是否合理______(填“是”或“否”)，理由是_________________________________________________________。(2)若假设1成立，某同学以反应前后C管的质量差(m2-m1)g为依据推断生成Na2SO3的质量为(m2-m1)×126/64g。老师提示推算不合理,请你分析其中的缘由:_________________________________________________________________________。(3)若假设2成立，则参加反应的Na2O2的物质的量为__________________mol(列计算式)。【解题指南】解答本题时应注意以下三点：(1)明确该装置中各仪器的作用；(2)二氧化硫虽然类似二氧化碳，是酸性氧化物，但二氧化硫还原性很强可被过氧化钠氧化；(3)评价实验方案的正误时，要考虑有无副反应。【解析】Ⅰ：过氧化钠能与水蒸气反应，装置B的作用就是干燥二氧化硫；同时要防止空气进入。Ⅱ：检验氧气的方法是用带火星的木条，观察是否复燃。Ⅲ：假设3为Na2SO3和Na2SO4两者的混合物；(1)该方案不合理，因为硝酸有氧化性，即使产物为亚硫酸钠，生成的亚硫酸钡也被氧化成硫酸钡；(2)若假设1成立，则发生反应2Na2O2+2SO2====2Na2SO3+O2，(m2-m1)不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理。(3)若假设2成立，则发生反应Na2O2+SO2====Na2SO4，二氧化硫的质量为m2-m1，n(Na2O2)=(m2-m1)/64答案：Ⅰ.干燥SO2气体，防止水蒸气与Na2O2反应防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置与Na2O2反应；同时吸收过量的SO2，以免污染空气Ⅱ.用带火星的木条靠近干燥管口a，观察其是否燃烧Ⅲ.有Na2SO3和Na2SO4(1)否HNO3有氧化性，可将SO32-氧化为SO42-，据此不能确定产物是Na2SO3还是Na2SO4或二者兼有(2)因为该反应中吸收SO2的同时有O2产生，所以(m2-m1)不等于参加反应的SO2的质量，故该推算不合理(3)(m2-m1)/64【技巧点拨】假设法判断某一实验方案能否达到目的(1)先假设该实验能达到目的。(2)根据该实验列出得出的结论。(3)结合题目中的信息判断该结论是否符合事实。符合事实，则反应成立，反之，不成立。【实验探究9】——“科学、经济、环保”为据解答方案评价型实验题典题例证【典例】［2011·山东高考·T30(4)］常温下，H2SO3的电离常数Ka1=1.2×10-2，Ka2=6.3×10-3，H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于______________________________。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)。_____________________________________。仪器自选。供选的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、KMnO4、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。【精讲精析】1.解题关键点比较H2SO3和H2CO3酸性强弱的关键有两个：(1)选择合理、可操作的原理。例如利用水解原理(酸越弱其相应的强碱盐就越易水解，溶液碱性越强)，也可以利用较强的酸制取较弱的酸的原理来检验。(2)根据原理设计严密的实验方案，并准确描述。2.解题疑惑点(1)为什么不能通过测定H2SO3和H2CO3溶液的pH来验证其酸性强弱。如果通过比较两种酸溶液的pH来验证酸性强弱，必须保证两种酸的浓度相同，H2SO3和H2CO3虽然都是二元酸，因SO2和CO2气体的溶解度不同，溶于水后的饱和溶液的浓度不相等，所以该实验设计不正确。(2)利用较强的酸制取较弱的酸这一原理时，如何避免SO2对CO2检验的干扰。SO2和CO2气体均可以使饱和澄清石灰水变浑浊，所以用澄清石灰水检验CO2气体之前必须首先除去CO2气体中混有的S