江苏专用2021高考化学一轮复习专题18实验方案的设计与评价课件

专题18实验方案的设计与评价考点一实验方案的设计基础知识1.一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有:实验名称、实验①目的、实验原理、实验用品和实验②步骤、实验现象记录及③结果处理、问题和讨论等。2.实验方案设计的基本要求是:科学性、④安全性、可行性、节约性。同一化学实验可设计出多种实验方案,选择采用的实验方案应具有效果明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点。考点清单3.制备实验方案的设计制备实验方案的设计,对巩固元素及其化合物知识和掌握各类物质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。即从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品,设计合理的实验装置和实验操作步骤。4.性质实验方案的设计(1)探索性性质实验方案的设计分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推测该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,去探索它可能具有的性质。(2)验证性性质实验方案的设计对物质具备的性质去求证,关键是设计出简捷的实验方案,操作简单,现象明显,安全可行。(3)研究物质性质的基本方法和程序研究物质性质的基本方法:观察法、实验法、分类法、比较法等。研究物质性质的基本程序:观察外观→预测物质性质→实验和观察→解释及结论。重点突破1.实验设计的步骤(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、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围内等,从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置、步骤根据实验目的和原理,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,实验步骤应既完整又简明。(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到的现象和记录的数据,通过分析、计算、推理等方法,得出正确的结论。2.设计中的顺序问题(1)思考问题的顺序①围绕主要问题思考。如选择适当的实验路线、方法,所用药品、仪器简单,实验过程快速、安全,实验现象明显。②思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等问题。如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入。③思考实验的种类及如何合理地组装仪器,并将实验与课本实验比较、联系。如涉及气体的制取和处理,对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。(2)仪器连接的顺序①所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。②仪器是否齐全。如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的处理装置。③安装顺序是否合理。如气体净化装置中不应干燥后又经水溶液洗气。④仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管除杂质时“大口进,小口出”等。(3)实验操作的顺序①连接仪器。②检查气密性。在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,检查气密性的方法要依装置而定。③装药品,进行实验操作。考点二实验方案的评价基础知识实验方案的评价角度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进行判断。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)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)原料利用率是否较高;(4)反应速率是否较快。3.从安全性方面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①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②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。4.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③冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的冷凝管等);(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)要注意防吸水(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);(5)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。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。化学实验方案的设计思路及解题策略一、化实实验方案的设计思路二、化学实验方案设计的基本步骤(1)明确目的、原理知能拓展(2)选择仪器、药品 (3)设计装置、步骤:根据实验目的和原理,以及所选用的实验仪器和药品,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及装置图的能力,实验步骤应完整而又简明。(4)记录现象、数据:根据观察全面、准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论:根据实验中观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、推理等,得出正确的结论。三、化学实验方案题的解题策略1.巧审题,明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心,是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题目所给实验目的)并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上,遵循科学性、简捷性、安全性的原则,确定符合实验目的、要求的方案。2.想过程,理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程,明确实验操作的方法步骤,把握各步实验操作的重点,理清实验操作的先后顺序。3.看准图,分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合,思考容量大。在分析解答过程中,要认真细致地分析图中所示的各装置,并结合实验目的和原理,确定它们在该实验中的作用。4.细分析,得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中,要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因,或从有关数据中归纳出定量公式,绘制变化曲线等。例(2018课标Ⅰ,26,14分)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题: (1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是。仪器a的名称是。(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。打开K1、K2,关闭K3。①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为。②同时c中有气体产生,该气体的作用是。(3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是、、洗涤、干燥。(4)指出装置d可能存在的缺点。解析(1)为防止水中溶解的氧气氧化Cr2+或(CH3COO)2Cr,需将蒸馏水煮沸并迅速冷却,以除去溶解氧。(2)①由溶液颜色变化可知,Zn将Cr3+还原为Cr2+,反应的离子方程式为Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+。②c中产生的气体为氢气,可排除c中空气,防止Cr2+被氧化。(3)打开K3,关闭K1、K2,c中产生的氢气聚集在溶液上方,气体压强增大,将c中液体经长导管压入d中;(CH3COO)2Cr难溶于冷水,可将d置于冰水浴中冷却,(CH3COO)2Cr充分结晶后,经过滤、洗涤、干燥得砖红色晶体。(4)由于装置d为敞开体系,与大气直接接触,故空气中的氧气可能会氧化(CH3COO)2Cr。答案(1)去除水中溶解氧分液(或滴液)漏斗(2)①Zn+2Cr3+ Zn2++2Cr2+②排除c中空气(3)c中产生H2使压强大于大气压(冰浴)冷却过滤(4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触思路分析对气体制备的考查往往会涉及工业制法和实验室制法两大类,其中制备原理和实验装置是考查重点。气体的制取、净化、收集、尾气处理等各环节装置的设计和作用基本可以触类旁通,重要的是答题的规范性和条理性。审题方法本题解题的关键是题干中指出醋酸亚铬在气体分析中用作氧气吸收剂,说明醋酸亚铬具有强还原性。方法技巧Cr2+、(CH3COO)2Cr的强还原性与Fe2+、Fe(OH)2相似。(CH3COO)2Cr的制取实验与Fe(OH)2制取的改进实验相似。综合实验设计题的解题思路综合实验设计题注重考查对实验原理的理解、对整个实验过程的驾驭把控、对实验方案进行评价和预判。考查内容通常为仪器名称、实验步骤、操作方法、方程式的推断与书写、物质检验(有干扰)、滴定原理和计算等。实践探究例(2019宿迁期末,19)利用废旧白铁皮(含Fe、Zn、Fe2O3、ZnO)制备磁性Fe3O4胶体的流程如下: 已知:锌及其化合物的性质与铝及其化合物的性质具有一定的相似性。(1)碱溶时除了发生反应ZnO+2NaOH Na2ZnO2+H2O以外,还发生另一反应的化学方程式为。(2)向溶液A中滴加稀硫酸可制得Zn(OH)2固体,为防止Zn(OH)2溶解,可将稀H2SO4改为。(3)过滤后的滤渣溶于稀硫酸后,要测定Fe2+、Fe3+的浓度并控制NaClO3加入量,其目的是。(4)检验溶液B中是否含有Fe3+的试剂为。(5)若实验制得的Fe3O4胶体中混有较多的Fe(OH)3,原因可能是(填编号)。a.稀硫酸加入过多b.NaClO3加入过多c.N2通入量偏少(6)由溶液B也可制得绿矾(FeSO4·7H2O)。请结合下图的绿矾溶解度曲线,补充完整由溶液B制备绿矾晶体的实验步骤:向溶液B中滴加NaOH溶液至沉淀不再增加,,得到FeSO4溶液,,得到FeSO4·7H2O晶体。(可选用的试剂:铁粉、锌粉、稀盐酸、稀硫酸和NaOH溶液) 解析(1)对比Al与NaOH反应的化学方程式,写出白铁皮中Zn与NaOH反应的化学方程式:Zn+2NaOH Na2ZnO2+H2↑。(2)溶液A中含Zn ,如滴加稀硫酸过量,则制得的Zn(OH)2固体溶解。借鉴Al 与CO2的反应,可将稀H2SO4改为CO2来制备Zn(OH)2。(3)因Fe3O4中Fe2+、Fe3+物质的量之比是1∶2,所以需要测定Fe2+、Fe3+的浓度并控制NaClO3加入量,以恰好反应生成Fe3O4。(4)检验Fe3+的最灵敏的试剂是KSCN溶液。(5)在实验制备磁性Fe3O4胶体过程中,加入的NaClO3过多或通入N2量偏少可能使较多的Fe2+被氧化,得到Fe(OH)3。(6)溶液B中含有Fe2+和Fe3+,向其中滴加NaOH溶液至沉淀不再增加,得到Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀,过滤并洗涤沉淀,再向沉淀中加入稀硫酸至固体完全溶解,得到Fe2(SO4)3和FeSO4溶液,向混合溶液中加入过量铁粉并搅拌、过2-2O-2O滤,得到FeSO4溶液。由于60℃时绿矾的溶解度最大,降温后溶解度明显减小,则可加热浓缩FeSO4溶液得到60℃饱和溶液,再冷却至0℃结晶,过滤,用少量冰水洗涤晶体,低温干燥。答案(1)Zn+2NaOH Na2ZnO2+H2↑(2)CO2(3)使Fe2+、Fe3+物质的量之比是1∶2,恰好反应生成Fe3O4(4)KSCN溶液(5)bc(6)过滤,洗涤,向所得固体加入稀硫酸至固体完全溶解,加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤(滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到60℃饱和溶液,冷却至0℃结晶,过滤,用少