化学公开课《实验方案的设计与评价》(叶聪)剖析

实验方案的设计与评价叶聪化学实验方案设计的类型性质实验方案的设计制备实验方案的设计物质检验实验方案的设计………设计实验方案的一般思路：可能途径（科学合理）优化选择（综合评价）拟定步骤（周密严谨）具体方案（全面细致）优化原则：原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。应对实验条件进行严格、有效地控制。一．制备物质的一般的方法确定原料反应原理设计反应途径选择合理的仪器和装置分离提纯控制反应条件目标产品每一个环节都会影响所制备物质的质和量，每一个环节应该注意什么问题呢？1．确定原料目标产物原料：含有“子结构”Cl2NaCl：含有“Cl”原料也可以是一些废弃物：例如：可以选择适当的催化剂和温度，使泡沫塑料降解，得到燃料油和燃气1．确定原料2．设计反应路径例：用铜制取硝酸铜的最佳方案：根据提高原子利用率、减少环境污染、简化操作的原则,选择最佳反应路线。例如:①铜+浓硝酸②铜+稀硝酸③铜+氧→氧化铜;氧化铜+硝酸→硝酸铜3．优化条件分析：用含1molAlCl3和含1molNaOH的溶液互滴（试剂和用量都相同时，操作方法不同），现象和结果有何异同？(1)Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓(2)Al3＋＋4OH－＝AlO2－+2H2O3AlO2－+Al3＋+6H2O=4Al(OH)3↓【示例一】以铝屑为原料制备Al（OH）3的实验方案设计方案一1.先用稀硫酸与铝屑反应：2Al+3H2SO4===Al2（SO4）3+3H2↑2.再用NaOH溶液(或氨水)与所得溶液反应:Al2（SO4)3+6NaOH==2Al(OH)3↓+3Na2SO4{或Al2（SO4)3+6NH3H2O==2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4}离子方程式：2Al+6H+====2Al3++3H2↑Al3++3OH-===Al(OH)3↓{或:Al3++6NH3H2O====Al(OH)3↓+3NH4+}方案二1.先将铝屑与浓NaOH溶液反应：2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑2.在向所得溶液中加入适量的稀硫酸：2NaAlO2+H2SO4+2H2O===Na2SO4+2Al（OH）3↓离子方程式：2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑AlO2-+H++H2O===Al（OH）3↓方案三1.将铝屑分为两份,分别与稀硫酸、浓NaOH溶液反应：2Al+3H2SO4===Al2（SO4）3+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑2.然后，将得到的两种铝盐溶液混合：Al2（SO4）3+6NaAlO2+12H2O===8Al（OH）3↓+3Na2SO4离子方程式：2Al+6H+====2Al3++3H2↑2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑Al3++3AlO2-+6H2O===4Al（OH）3↓三种方案制1molAl（OH）3时消耗的H+、OH-的物质的量多少的比较消耗的H+（mol）消耗的OH-（mol）方案一33方案二11方案三3/43/4方案一、二：两个途径的终点不好控制方案三：1、终点易于控制。2、生产相同质量的Al(OH)3耗酸耗碱的量最少应选用方案三来制备Al（OH）3，反应流程可设计如下：混合后过滤滤液沉淀Al（OH）3铝屑Al2(SO4)3H2SO4溶液NaAlO2铝屑NaOH浓溶液洗涤思考：按上述方案，铝的质量应如何分配才能充分利用原料，制得最多的Al（OH）3？具体的实验方案设计包括：实验名称实验目的实验原理实验用品实验步骤实验现象记录及结果处理设计实验室制备硫酸亚铁铵的方案示例二实验原理：亚铁盐在空气中易被氧化，但形成复盐硫酸亚铁铵FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O后可稳定存在。FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O而硫酸亚铁可由铁屑和稀硫酸反应制得。Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑流程图:废铁屑废铁屑①10%碳酸钠处理②过滤15mL3mol/L硫酸硫酸亚铁④过滤③水浴加热硫酸亚铁硫酸铵⑤蒸发结晶硫酸亚铁铵实验步骤实验现象解释和结论1、铁屑的净化——去油污用托盘天平称取3.0g铁屑，放入小烧杯中，加入15ml质量分数为10%碳酸钠溶液。小火加热约10min后，倾倒去碳酸钠碱性溶液，用自来水冲洗后，再用蒸馏水把铁屑冲洗洁净。干燥后称得铁屑为2.9g。铁屑开始呈现银白色光泽。刺激性气味气体源于油污。过后光泽度有所下降，煮的过程中有刺激性气味气体。实验步骤实验现象解释和结论2、硫酸亚铁的制备：把洗净的铁屑放入锥形瓶中，加入20ml3mol/L的H2SO4（记下液面），水浴加热，并不停摇动（不能蒸干，适当添水）当溶液呈浅绿色不冒出大量气泡时，趁热过滤，将滤液转移到蒸发皿中（残渣用少量蒸馏水洗2-3次，晾干）。产生大量气泡，溶液逐渐变为浅绿色。反应耗时较长，在残留少许铁屑时停止加热）反应时间约为75min。趁热过滤是避免晶体析出。残留铁屑称得约0.1g。所以反应掉的Fe约为2.8g.实验步骤实验现象解释和结论3、硫酸亚铁铵的制备：称硫酸铵6.6g(计算得)，放在盛有硫酸亚铁溶液的蒸发皿中，适度搅拌，溶解后，加热蒸发浓缩。（蒸发时控制反应温度，缓缓加热）控制在酸性条件下进行，以避免亚铁离子水解。晶膜出现后，停止加热，静置冷却结晶，抽滤，晶体用无水乙醇洗涤，放在两张干滤纸间压干，称重蒸发大约12min后，液面开始出现一层膜溶解前适度搅拌是让硫酸亚铁与硫酸铵充分接触。控制反应温度是防止晶体过热分解及局部氧化。停止加热，放置冷却。有大量晶体析出。过滤得到浅蓝绿色晶体。出现晶膜后停止加热是避免其失去结晶水。计算产率:计算得理论产量应为为19.6g。实际称得产品约12.2g。产率约为62%。不过因为产品是用滤纸压干，会混有水份，实际产率应更低些。实验注意：1.制备硫酸亚铁时要保持铁过量，水浴加热。2.硫酸亚铁铵的制备：加入硫酸铵后，应使其充分溶解后再往下进行。这样有利于保证产品的纯度。蒸发时要缓缓加热，以防局部过热。3.实验过程中应保持足够的酸度。如果溶液的酸性减弱，则亚铁盐（或铁盐）中Fe2+与水作用的程度将会增大。所以，在制备(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O过程中，为了使Fe2+不与水作用，溶液需要保持足够的酸度。有机物的制备有机物A的性质乙醇的消去反应有机物B的制法乙烯的实验室制法有机物的转化关系：酯卤代烃醇醛羧酸讨论：以乙烯为原料，制备乙二酸乙二酯乙烯1，2—二溴乙烷乙二醇乙二酸乙二酸乙二酯讨论：设计制取苯甲酸甲酯的实验方案制取苯甲酸甲酯过程如下：制取苯甲酸甲酯过程如下：苯甲酸甲酯的水解科学性安全性可行性简约性实验设计（1-理论课）一、设计化学实验时，应遵循四个基本要求：（即实验原理、操作程序和方法必须正确）（即用药及操作要注意安全，注意环境保护等问题）（要满足中学现有的实验条件））（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等）巩固练习：1实验室制备Al2S3，下列方案可行的是（）A将AlCl3溶液与Na2S溶液混合。B将H2S气体通入Al2（SO4）3溶液中。C将Al（NO3）3固体与K2S固体混合。D将金属铝与硫磺混合加热。稀HNO3浓HNO32实验室制备Cu（NO3）2的最佳途径为（）ACuCu（NO3）2BCuCu（NO3）2CCuCu（OH）2Cu（NO3）2DCuCuOCu（NO3）2DD一．制备物质的一般的方法思考与交流：1．能够通过化学反应产生二氧化碳气体的物质有哪些？①CaCO3＋HCl②CaCO3③Na2CO3＋H2SO4④NaHCO3⑤C＋O2⑥CxHyOz＋O2一．制备物质的一般的方法2．制取CO2气体的实验中，以什么物质为反应物（原料）？为什么？CaCO3＋HCl3．反应的装置是如何选择和安装的？一．制备物质的一般的方法4．如果要制备干燥的气体产物，应如何设计装置？酸性：浓硫酸、P2O5、硅胶制备实验方案的设计【示例一】以铝屑为原料制备Al（OH）3的实验方案设计制备实验方案遵循的原则:1、原理正确，步骤简单、操作安全2、条件合适，原料节省，经济实用3、产物纯净，污染物少制备硫酸亚铁的实验步骤如下：将废铁屑放入盛有热烧碱液的烧杯中洗涤2次，用玻璃棒搅拌，滤去碱液，用蒸馏水洗净。在烧杯中到入40ml稀硫酸，加入足量废铁屑，以使稀硫酸浸没所有铁屑为度。小心加热（保持温度在50-80℃之间，不要沸腾），直到只有极少量气泡发生，同时溶液呈浅绿色为止（这时烧杯底部仍应留有少量铁屑）。用少量热水通过过滤器，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。待结晶完毕后，取出晶体，用少量水洗涤2—3次，再用滤纸将晶体擦干。把制得的晶体放在小广口瓶中，密闭保存。习题参考方案：将多股细铜丝缠绕在一根长约40cm的粗铜丝一端，形成螺旋状。在试管中加入4ml乙醇，将铜丝加热到变黑并且下端呈红热状时，迅速伸入到盛有乙醇的试管中，看到附有黑色氧化铜的热铜丝在沸腾的乙醇中又变成光亮的铜后取出。重复2—3次，充分振荡试液。将上述溶液3ml倒入盛有3ml新配制的银氨溶液的试管中，水浴加热，即可观察到有银镜析出。若通入过量的CO2，则：NaAlO2+CO2+2H2O===Al（OH）3↓+NaHCO3离子方程式：AlO2-+CO2+2H2O===Al（OH）3↓+HCO3-先列出可能的制备方法和途径，从方法是否可行、装置和操作是否简单、经济和安全等方面进行分析、比较，从中选择最佳的实验方法，在制定具体的实验方案时，还应对实验条件进行严格、有效地控制。