2011届新人教高三化学一轮复习讲练析学案12-5：化学实验方案的设计与评价

七彩教育网教学资源免费共享平台分享资源价值想下载更多高中精品资源请点击---→天权之光新人教高三化学专题复习12-5：化学实验方案的设计与评价新考纲测试目标和能力要求1．设计、评价或改进实验方案；2．了解控制实验条件的方法；知识体系和复习重点一、化学实验方案的设计1.化学实验设计时应遵循：①科学性，实验原理，准确，实验流程合理。②安全性，保护人身、保护环境、保护仪器。③可行性，条件允许，效果明显，操作正确。④简约性，做到步骤少，时间短、效果好等基本要求。2.如何迅速、准确地解答综合实验设计题呢?(1)明确目的原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。(2)选择仪器药品：根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。(4)记录现象数据：根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。以上只是解答综合实验设计题的一般思考方法。在解答过程中，应根据实验设计题的具体情况和要求，作出正确的回答。(6)设计实验时还要考虑以下因素：①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；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”，白磷切割宜在水中等)；④防吸水(如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施，以保证达到实验目的)；⑤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)；⑥易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；⑦仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；⑧其他(如实验操作顺序、试剂加人顺序、实验方法使用顺序等)。3.制备实验方案的设计制备实验方案的设计，对巩固元素化合物知识和掌握好各类有机物之间的相互转化关系，全面训练实验技能，培养分析问题和解决问题的能力是有益的。制备实验方案的设计，应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。即从多种路线中优选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学食品与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。七彩教育网教学资源免费共享平台分享资源价值想下载更多高中精品资源请点击---→天权之光由于大多数有机反应，副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，尽可能选择步骤少、副产物少的反应的有机反应。若两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的有机物，以提高另一种有机物的转化率和产率，另外有机物的制备实验，控制反应条件尤为重要。如实验室欲制备苯甲酸甲酯，在设计实验方案时，可这样考虑：用甲醇与苯甲酸进行酯化反应，以浓H2SO4作催化剂。因为酯化反应是可逆的。根据化学平衡移动原理，增大反应物如甲醇的浓度，可以使平衡向有利苯甲酸甲酯生成的方向移动。4.探索性实验、性质实验方案的设计分析其结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此分别设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。5.验证性实验性质实验方案的设计对物质具备的性质去求证，关键设计出简捷的实验方案，操作简单，简便宜行，现象明显，且安全可行。二、特殊实验装置的创新设计1．气体反应装置：气～气气～液气～固2．实验装置的改进：常规实验装置改进后的实验装置启普发生器极易溶于水量气装置3．实验中的安全装置分类装置简图原理及使用实例防倒吸倒装隔离式导气管末端不插入液体（水）中，导气管与液体呈隔离状态。可用来吸收易溶于水的气体。如课本中制溴苯实验中设计这一装置吸收HBr。倒置漏斗式由于漏斗容积较大，当水进行漏斗内时，烧杯内液面下降而低于漏斗下口，受重力作用，液体又固落到烧杯中。常用于吸收易溶于水的气体。如93高考实验题用此装置吸收HBr。七彩教育网教学资源免费共享平台分享资源价值想下载更多高中精品资源请点击---→天权之光置容器接收式使用较大容积的容器接收可能倒吸过来的液体，防止进入气体发生装置或受热的反应容器。如96“引火铁”用此装置接收可能倒吸的水，以防进入灼热的硬质试管中。防堵塞装置液封平衡管式插入液面中的长玻璃管与大气连通，流动的气体若在前方受阻，增大的气压会随玻璃管中液面的上升而得到调节。如97高考设计此装置可用来检查堵塞，还可防倒吸。恒压式使分液漏斗与烧瓶内气压相同，保证漏斗中液体顺畅流出。如95上海高考题设置该装置。防污染安全装置吸收式容器中盛有与有毒气体反应的溶液，将未反应的有毒气体吸收，使其不扩散到空气中，造成污染。如Cl2、SO2、H2S等酸性有毒气体可用碱液吸收。灼烧式适当时候，点燃尖咀中的有毒可燃气体，充分燃烧后，转化为对环境无污染的产物。如CO等可燃性有毒气体。收集式利用气球或球胆将有毒气体收集后，另作处理，避免其逸散到空气中，污染环境。三、化学反应条件的控制化学反应总是在一定的条件下进行的，改变条件会对化学反应产生重要影响。例如，在硝酸的工业生产中，氨的催化过程需要严格控制反应条件(铂—钯—铑做催化剂，温度约为900℃，氧气与氨气的体积比为1.7:7)，否则会产生许多副反应，达不到生产要求；由于高温、光照等条件会加快双氧水的分解反应，因此双氧水常常保存在阴凉、避免阳光直射的地方；当溶液的酸碱性不同时，高锰酸钾溶液与还原剂反应的产物不同。那么，反应条件对化学反应的影响表现在哪些方面？它们是如何影响化学反应的？我们通过实验研究物质性质及反应规律时应注意什么问题？1.浓度对平衡的影响2.反应条件对化学反应速率的影响3.反应介质、浓度对化学反应结坚果的影响以上这三方面我们在以前的课本中都学习过，在此不再叙述。但是我们一定要知道研究反应条件对化学反应结果影响的核心思路是：只改变一种条件，观察实验结果，从而得出该条件对化学反应结果的影响，这种思路反映的是变量控制的思想。温馨提示1．近几年高考阅卷的抽样分析表明，由于缺乏对问题的总体分析，常导致气体系列装置连接不当，而引起答题的系列失误。主要错误有：①看不懂装置图，不了解各仪器或有关试剂的作用；②不注意区分实验装置中的细节问题，如导管长短，洗气与量气的区别，安全装置，尾气处理等。复习时应根据反应物的状态及反应条件对气体发生装置进行分类、整理，气体综合实验的知识框架一般为：制气→净化→干燥→收集或化学反应→尾气吸收。2．实验题中常穿插大量的现象描述、原理分析、化学格式书写等。答题时应简明扼要切中要害，常见问题是：①结论与现象混凝淆；②创造思维不到位，原因分析不准确；③方程式书写失误，如反应不配平，不注明反应条件，有机物结构简式书写错误等。3．建议平时解题时要真正弄清实验的原理，分析为什么这样做，还可以怎样做，不可怎样做，同时尽可能自已动手，多做一些实验。七彩教育网教学资源免费共享平台分享资源价值想下载更多高中精品资源请点击---→天权之光4．在实验设计中的实验操作顺序的设计，如有关气体的实验首先应进行装置的气密性检查，点燃或高温加热可燃性气体前应先进行气体纯度的检验等，以保证实验的安全和准确。典例解析例1、实验室现有：（1）未知浓度的烧碱溶液100mL；（2）能随时提供CO2的发生装置；（3）50mL量筒；（4）200mL烧杯。请仅利用上述药品和仪器制备纯碱溶液。解析：CO2气体和NaOH溶液反应可生成Na2CO3或NaHCO3要制备纯碱溶液。CO2的量不易控制。可根据NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O的反应原理，将100mLNaOH溶液分成两等份，一份中通入过量的CO2后再和另一份混合即可。答：（1）用500mL量筒50mL的NaOH溶液；（2）将量筒里的NaOH溶液倒入200mL烧杯中，通入过量CO2；（3）将剩余的NaOH溶液倒入烧杯中混合。例2、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电便可制得有较强杀菌能力的消毒液，他设计了如图三套装置，请对它们进行评价。解析：该制备的反应原理并不复杂，是通过电解饱和食盐水后产生的Cl2与NaOH反应生成NaClO，从而达到制备目的，反应原理：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑（阳极产物）Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O由于电解食盐水时氯气是阳极产物，而NaOH是阴极产物，因此，如何让两极的产物充分接触反应是设计装置的创意点。答案：装置A显然不能保证氯气和NaOH的充分接触。装置B与装置C的区别是把阳极设计在装置的下部或上部，B设计能确保在阳极生成的氯气上升时，与阴极产物NaOH充分接触反应，达到制备的目的。例3、设计硫酸亚铁的制备实验方案并进行实验。解析：硫酸亚铁的制备可用铁屑与稀硫酸反应制得，先用铁屑和稀硫酸制得FeSO4溶液，然后用冷却结晶的方法使FeSO4结晶析出，即可得到较为纯净的硫酸亚铁晶体。答：（1）首先用热NaOH稀溶液洗涤铁屑2次，并用玻璃棒搅拌，然后用蒸馏水冲洗以除去油污。（2）在烧杯中倒入40mL稀硫酸，加入足量上述废铁屑，以稀硫酸浸没所有铁屑为度，小心加热（保持温度在50℃~80℃之间），直到只有极少量气泡发生，同时溶液呈浅绿色为止（这时烧杯底部仍留有少量铁屑）。（3）用少量热水通过滤器，以提高它的温度（防止溶液在漏斗里析出晶体），然后将溶液趁热过滤，将滤液转入试管中，用橡皮塞塞住管口（防止空气进入），静置、冷却、结晶，观察滤液冷却生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象。（4）待结晶完毕后，取出晶体，用少量水洗涤2~3次，再用滤纸将晶体吸干。（5）把制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中，密闭保存。七彩教育网教学资源免费共享平台分享资源价值想下载更多高中精品资源请点击---→天权之光例4、用下列仪器、药品验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含NO（仪器可选择使用，N2和O2的用量可自由控制）。已知：①NO+NO2+2OH-→2NO2—+H2O②气体液化温度：NO221℃NO-152℃试回答：（1）仪器的连接顺序（按左→右连接，填各接口的编号）为（2）反应前先通入N2目的是（3）确认气体中含NO的现象是（4）装置F的作用是（5）如果O2过量，则装置B中发生反应的化学方程式为：解析：本实验的目的是验证Cu和浓硝酸反应产生的气体中的NO，即产物中一定有NO，而不是通过实验来确定是否有NO。而反应产物中NO2是一定存在的，所以要将NO2和NO分离后进行验证，如何分离？题目给出了两种气体相差甚远的液化温度，联系装置F，便可知其意了，NO2和NO分离（NO2被液化）后的气体与O2作用，又出现红棕色，这个特征现象便可确认了NO的存在。另外，制气前须将各装置内的空气排尽，气体中混有的水气的吸收以及最后尾气的吸收，这些问题都要考虑，而酚酞的装置E便成了命题者用来干扰思维的多余装置。为达到题目要求的检验生成气体中有无NO就需做到：①反应前要将装置内的空气赶尽，以免NO被氧化成NO2而无从检验，这可通过向装置A中通入N2来解决；②将混合气体中的NO2和NO分离，根据题目所给信息，可利用冰水浴使NO2液化而达到要求；③反应混合气体中的少量水蒸气冷凝后溶解NO2，会产生少量NO而干扰检验，这又要求对反应混合气体进行干燥，这可由装置C来完成。尾气中的有毒气体需用碱液吸收，题目提供的信息中已给出反应。但（5）中是O2过量，这就需要将题目的信息经过加工来完成反应方程式。答案：（1）1541011672（10和11可颠倒）[说明：错一个即不给分]（2）驱赶装置中空气，防止反应产生的NO被氧化（3）通入O2后