2014高考化学一轮复习技能突破课件 第10章 第3讲《物质的制备及实验方案的设计与评价》

•1．掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。•2．能根据实验试题要求，做到：•(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，得出合理结论。•(4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。•3．以上各部分知识与技能的综合应用。第三讲物质的制备及实验方案的设计与评价•1．气体的制备原理及装置、净化、收集、尾气处理及组合变形。•2．给定实验情景或性质、实验目的、要求选择实验仪器装置、药品，设计实验程序，评价实验方案。•3．对实验(教材上)进行重组，优化和创新。•一、物质的制备•1．常见气体的制备•(1)常见气体的实验室制备原理与收集气体反应原理发生装置图含有的杂质收集方法O2①②③AAB②H2B①H2O排水法或向上排空气法H2O排水法或向下排空气法2KMnO4=====△K2MnO4＋MnO2＋O2↑2KClO3=====MnO2△2KCl＋3O2↑2H2O2=====MnO22H2O＋O2↑Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑气体反应原理发生装置图含有的杂质收集方法CO2B①向上排空气法Cl2C______或向上排空气法NH3ACaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2OMnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2OCa(OH)2＋2NH4Cl=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2OHCl、H2OHCl、H2OH2O排饱和食盐水法向下排空气法•(2)实验室典型的气体发生装置2．典型物质的实验室制备(1)选择最佳反应途径如用铜制硝酸铜：。用铝制氢氧化铝：。2Cu＋O2=====△2CuO，CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl•(2)选择最佳原料•如用氯化铝溶液制氢氧化铝：。•(3)选择适宜操作方法•如制氢氧化亚铁：___________________________________________________________________________________________________。•(4)选择适宜收集分离方法•如制乙酸乙酯：。Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH用胶头滴管吸取加热驱赶O2后的NaOH溶液，将滴管末端插入新制的FeSO4溶液液面下，挤出NaOH溶液饱和Na2CO3溶液•用排饱和食盐水法收集Cl2可以吗？•提示可以，由于Cl2在饱和食盐水中的溶解度小，故Cl2除用向上排空气法收集外，也可用排饱和食盐水法。•利用右图装置收集密度比空气小的气体时，应从哪端进气？收集密度比空气大的气体时，应从哪端进气？•提示b进a出；a进b出。•二、化学实验方案的设计•1．基本要求•2．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．基本思路•4．基本步骤：•(1)认真审题，明确实验，找出实验。•(2)根据实验原理选择，并设计出合理的实验。•(3)准确地记录实验过程中的，并运用、计算、图表、推理等方法处理有关实验，得出正确的。目的原理仪器和药品装置和操作步骤现象和数据分析现象和数据结论•三、实验方案的评价•1．基本原则•一个实验方案的优劣主要从是否科学合理，是否简单可行，另外还要从和两个角度去评价。实验原理操作与装置绿色化学安全性•2．评价类型•制备氧气的途径有哪些？•提示制备氧气的方法有物理方法如分离空气法；加热方法如加热分解氯酸钾和高锰酸钾；常温方法如双氧水的分解、过氧化钠与水的反应；电解法如电解水。•一条归纳•常见干燥剂选择及装置归纳液态干燥剂固态干燥剂装置洗气瓶干燥管或U形管常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2H2、O2、N2、Cl2、SO2、CO2、CH4、H2S、HCl、HBr、HIN2、H2、O2、CH4、CO、NH3不可干燥的气体NH3、H2S、HBr、HINH3Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2•两项原则、两项注意•尾气吸收时应遵循的原则及注意事项•(1)吸收原则•①能充分吸收气体。•②不能倒吸。•(2)注意事项•①当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置，通常是除杂在前，干燥在后。若用加热装置除杂时，通常是干燥在前，除杂在后。•②尾气处理装置应与大气相通。•四项要求•化学实验方案设计的四项基本要求•(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，方便操作。•(4)简约性：做到步骤少、时间短，节省药品、效果好等基本要求。•我的总结•实验室制取氨气，除用氯化铵和消石灰加热外，还可用浓氨水制取，①可以加热浓氨水使NH3挥发出来，②可用浓氨水和生石灰混合，生石灰与水反应放热，使NH3挥发出来，③也可用浓氨水与固体氢氧化钠混合，借助氢氧化钠溶解放热，使NH3挥发出来。•问题征解•常用的气体干燥剂有哪几类？分别是什么？•提示1.酸性干燥剂：浓H2SO4P2O5(固体)硅胶(固•体)•2．碱性干燥剂：NaOH固体碱石灰•3．中性干燥剂：无水CaCl2•必考点75气体制备相关问题分析•1．气体制备实验的操作原则•(1)“从下往上”原则•以Cl2实验室制法为例，装配发生装置顺序是：放好铁架台→摆好酒精灯→根据酒精灯位置固定好铁圈→垫上石棉网→固定好圆底烧瓶。•(2)“从左到右”原则•装配复杂装置应遵循从左到右顺序。如上装置装配顺序为：发生装置→集气瓶→尾气吸收。•(3)先“塞”后“定”原则•带导管的塞子在烧瓶固定前塞好，以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器。•(4)“固体先放”原则•上例中，烧瓶内试剂MnO2应在烧瓶固定前装入，以免固体放入时损坏烧瓶。总之固体试剂应在固定前加入相应容器中。•(5)“液体后加”原则•液体药品在烧瓶固定后加入。如上例中浓盐酸应在烧瓶固定后从分液漏斗中缓慢加入。•(6)“先验气密性”原则•收集或进行气体实验时，应在装入药品前先进行气密性的检查。•(7)“后点酒精灯”原则•所有装置装完后，再点燃酒精灯。•2．气体的净化•(1)净化原则•不减少被净化气体的量，不引入新的杂质，操作简便，易于分离。•(2)气体的净化装置与方法•①易溶于水或能与水反应不生成其他气体的杂质用水吸收。如H2(HCl)、N2(NH3)、NO(NO2)(括号内为杂质气体，下同)，可将混合气体通过盛水的a来除去杂质气体。•②酸性杂质用碱性吸收剂、碱性杂质用酸性吸收剂来吸收。如CO(CO2)，可将混合气体通过盛NaOH溶液的a或盛碱石灰的b或c或d来除去杂质。•③还原性杂质，可用氧化性较强的物质来吸收或转化；氧化性杂质，可用还原性较强的物质来吸收。例如CO2(CO)，可将混合气体通过盛灼热CuO的e来除去杂质。•④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂做吸收剂来除去杂质。如O2(H2S)，可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的a除去杂质。•3．气体的收集•确定气体的收集方法时要考虑气体的密度、溶解性、稳定性。收集方法排水法向上排空气法向下排空气法收集原理收集的气体不与水反应或难溶于水收集的气体密度比空气大，不与空气中成分反应且与空气密度相差较大收集的气体密度比空气小，不与空气中成分反应，且与空气密度相差较大收集装置适用的气体H2、O2、NO、CH4、C2H4Cl2、HCl、CO2、NO2、H2S、SO2H2、NH3、CH4•4.尾气处理•通常有毒和有污染的尾气必须适当处理，常用尾气处理装置有：•a用于NaOH溶液吸收氯气、CO2(气体溶解或反应速率不很快，不易引起倒吸)。•b用于收集少量气体然后处理。•c、d用于收集极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d吸收量少。•e用于处理难以吸收且可燃的气体，如H2、CO等。•【典例1】•(2013·重庆六县联考)如图所示常见气体制备、分离、干燥和性质验证的部分仪器装置(加热设备及夹持固定装置均略去)，请根据要求完成下列各题(仪器装置可任意选用，必要时可重复选择，a、b为活塞)。•(1)若气体入口通入CO和CO2的混合气体，E内放置CuO，选择装置获得纯净干燥的CO，并验证其还原性及氧化产物，所选择装置的连接顺序为________(填代号)。能验证CO氧化产物的现象是_______________________。•(2)停止CO和CO2混合气体的通入，E内放置Na2O2，按A→E→D→B→H装置顺序制取纯净干燥的O2，并用O2氧化乙醇。此时，活塞a应________，活塞b应________，需要加热的仪器装置有________(填代号)，m中反应的化学方程式为：_______________________________。•(3)若气体入口改通空气，分液漏斗内改加浓氨水，圆底烧瓶内改加NaOH固体，E内放置铂铑合金网，按A→G→E→D装置顺序制取干燥的氨气，并验证氨的某些性质。•①装置A中能产生氨气的原因有_________________。•②实验中观察到E内有红棕色气体出现，证明氨气具有________性。•解析本题旨在考查气体制备、净化及性质实验，通过一题多变，分别考查了CO性质、CH3CH2OH的催化氧化，NH3的催化氧化，另外还涉及到CO(CO2)的净化及干燥，有毒气体(CO)的尾气处理。考查知识面较广。•(1)混合气体→除去CO2→干燥→CO还原性实验→验证产物→尾气吸收，即A→C→B→E→C→F。•能验证CO氧化产物的现象：原混合气体中CO2被除尽且CO还原性实验后有CO2生成。•(2)停止CO、CO2气体通入，圆底烧瓶中的NaOH溶液会部分或全部转化为Na2CO3或NaHCO3，要制取O2，应关闭a，打开b，H2SO4和圆底烧瓶中Na2CO3(NaHCO3)反应生成CO2,2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2生成气体经除杂(除未反应的CO2)干燥后，制取纯净O2，在加热、催化剂条件下CH3CH2OH与O2发生反应。(3)把浓氨水滴入NaOH固体上，有氨气逸出，(或浓氨水与CaO，碱石灰)是实验室里采用固液不加热发生装置制取NH3的常用方法。其原因学生未必能考虑全面。①NaOH溶解放热，体系温度升高，NH3溶解度减小，②NaOH溶解吸水，促进NH3逸出，③NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－，NaOH电离出的OH－使一水合氨的电离向左移动，促进氨的逸出。E中有红棕色气体生成。说明发生了反应4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO2，氨被氧化，说明NH3具有还原性(－3价→＋2价)答案(1)A、C、B、E、C、FA、B之间的C装置中溶液保持澄清，E、F之间的C装置中溶液变浑浊(2)关闭打开k、m2CH3CH2OH＋O2――→Cu△2CH3CHO＋2H2O(3)①氢氧化钠溶于水放出大量热，温度升高，使氨的溶解度减小而放出；氢氧化钠吸水，促使氨放出；氢氧化钠电离出的OH－增大了氨水中OH－浓度，促使一水氨电离平衡左移，导致氨气逸出②还原•——有关气体制备实验装置解题总思路•【应用1】•下图是几种常见的加热装置。•(1)A、B、C、D四装置都是用酒精灯直接加热，E、F装置加热时需垫__________。其中F装置中对试管的加热方式是__________，采用这种加热方式的目的是_____。•(2)H2还原CuO可选用________装置。•(3)NH4Cl与Ca(OH)2混合制NH3可选用_________装置。•(4)胆矾中结晶水含量的测定可选用________装置。•(5)乙酸乙酯的制备可选用________装置。•(6)MnO2与浓盐酸混