高考化學(xué) 專(zhuān)題二十三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)課件.ppt

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常見(jiàn)氣體的實(shí)驗(yàn)室制法,1．實(shí)驗(yàn)室制取氧氣,液+固→氣型,排水,2.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳,CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O,向上排空氣法或排飽和NaHCO3溶液,飽和NaHCO3溶液,液+固（塊狀）→氣,3.實(shí)驗(yàn)室制取氫氣的方法,液+固（塊狀）→氣,向下排空氣法或排水法,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2 ↑,4.實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的方法,向上排空氣法或排飽和NaCl溶液法,NaOH溶液,+2H2O,5.實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的方法,2NH3↑+2H2O,堿石灰,向下排空氣法,濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙,蘸有濃鹽酸的玻璃棒,實(shí)驗(yàn)室制取O2、NH3、Cl2方法的歸納,化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),1.基礎(chǔ)要求,實(shí)驗(yàn)原理,有毒藥品,2.基本內(nèi)容 一個(gè)相對(duì)完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案一般包括下述內(nèi)容： ①實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)；②實(shí)驗(yàn)_______； ③實(shí)驗(yàn)_______； ④實(shí)驗(yàn)用品(藥品、儀器、裝置、設(shè)備)及規(guī)格； ⑤實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法； ⑥實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)； ⑦_(dá)_______的記錄及_________處理；⑧問(wèn)題與討論。,目的,原理,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,3.基本步驟 (1)認(rèn)真審題，明確實(shí)驗(yàn)______，確定實(shí)驗(yàn)原理 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇__________，并設(shè)計(jì)出合理的___________ _________。 (3)準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的___________，并運(yùn)用______、計(jì)算、圖表、推理等方法處理有關(guān)實(shí)驗(yàn)___________，得出正確的____。,目的,儀器和藥品,實(shí)驗(yàn)裝置和,操作步驟,現(xiàn)象和數(shù)據(jù),分析,現(xiàn)象和數(shù)據(jù),結(jié)論,實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià),1.基本原則 (1)_________科學(xué)合理； (2)操作和裝置簡(jiǎn)單可行； (3)符合_________理念； (4)藥品和操作安全可靠； (5)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。 2.評(píng)價(jià)類(lèi)型 (1)_________評(píng)價(jià)；(2)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)； (3)___________評(píng)價(jià)；(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論評(píng)價(jià)。,實(shí)驗(yàn)原理,綠色化學(xué),實(shí)驗(yàn)原理,藥品和儀器,要點(diǎn)一 氣體的制備,1.制備氣體反應(yīng)原理的選擇依據(jù) (1)反應(yīng)物容易獲得且較廉價(jià)。如制備CO2，用CaCO3而不用Na2CO3或NaHCO3。 (2)反應(yīng)條件容易達(dá)到。如制NH3，用Ca(OH)2和NH4Cl反應(yīng)，而不選用N2和H2反應(yīng)，是因?yàn)榍罢哂镁凭珶艏訜峋涂傻玫絅H3，而后者需要高溫高壓等條件。,(3)反應(yīng)容易控制。反應(yīng)不能過(guò)慢，也不能過(guò)快。如制乙炔用電石與飽和食鹽水反應(yīng)，而不直接用水與電石反應(yīng)。 (4)生成的氣體容易分離。如HCl極易溶于水，所以要選用固態(tài)物質(zhì)(如NaCl)與濃硫酸反應(yīng)制取，而不能用它們的濃溶液。,2.常見(jiàn)氣體的發(fā)生裝置,3.氣體的干燥,4.氣體的常用收集方法,5.常見(jiàn)的尾氣處理 尾氣處理裝置有四種，如下圖所示。,(1)甲是易溶于水的氣體的吸收裝置。如用水吸收HCl、NH3，用氨水吸收SO2等。 (2)乙是能溶于溶液的氣體的吸收裝置或有毒氣體的尾氣處理裝置。如用NaOH溶液吸收Cl2等。 (3)丙是用在空氣中點(diǎn)燃的方法處理尾氣，防止污染大氣，如CO氣體。 (4)對(duì)于一些不便于用甲、乙、丙方法處理的少量尾氣，可采用氣球收集法處理(如圖丁所示)。,【典例示范1】 (2015山東東營(yíng)模擬)可用如圖所示裝置制取、凈化、收集的氣體是( ) A.銅和稀硝酸制一氧化氮 B.亞硫酸鈉與濃硫酸制二氧化硫 C.鋅和稀硫酸制氫氣 D.濃氨水和生石灰制取氨氣,解析 NO不能用排氣法收集，A錯(cuò)；亞硫酸鈉與濃硫酸反應(yīng)不需加熱即可制取二氧化硫，可以用濃硫酸除去水蒸氣，并且二氧化硫的密度大于空氣的，可以用該裝置制取、凈化、收集，B對(duì)；氫氣密度小于空氣的，應(yīng)該采用“短管進(jìn)氣，長(zhǎng)管出氣”的方法收集，C錯(cuò)；氨氣是堿性氣體，不能用濃硫酸干燥，且氨氣的密度小于空氣的，應(yīng)該采用“短管進(jìn)氣，長(zhǎng)管出氣”的方法收集，D錯(cuò)。 答案 B,【借題發(fā)揮】 有關(guān)氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置的思維建模,要點(diǎn)二 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),1.設(shè)計(jì)思路,2.設(shè)計(jì)方法 (1)明確目的、原理：首先必須認(rèn)真審題，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)類(lèi)比、遷移、分析，從而明確實(shí)驗(yàn)原理。 (2)選擇儀器、藥品：根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和原理，以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和其他藥品、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定的范圍內(nèi)等，從而選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。,(3)設(shè)計(jì)裝置步驟：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，以及所選用的儀器和藥品，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生應(yīng)具備識(shí)別和繪制典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖的能力，實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)完整、簡(jiǎn)明。 (4)記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察，全面而準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 (5)分析得出結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析、計(jì)算、列圖表、推理等處理，得出正確的結(jié)論。,3.實(shí)驗(yàn)儀器的選用和連接,【典例示范2】 (2015湖南四校聯(lián)考)某學(xué)習(xí)小組在通過(guò)反應(yīng)Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O研究反應(yīng)速率的影響因素后，對(duì)Na2S2O3產(chǎn)生了興趣，查資料知Na2S2O3的名稱(chēng)為硫代硫酸鈉，俗稱(chēng)海波，可視為一個(gè)S原子取代了Na2SO4中的一個(gè)O原子。該實(shí)驗(yàn)小組運(yùn)用類(lèi)比學(xué)習(xí)的思想預(yù)測(cè)了Na2S2O3的某些性質(zhì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的預(yù)測(cè)。,[提出假設(shè)] (1)部分學(xué)生認(rèn)為Na2S2O3與Na2SO4結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也相似，因此室溫時(shí)Na2S2O3溶液的pH________7(填“”、“”或“＝”)。 (2)部分學(xué)生由S元素化合價(jià)推測(cè)Na2S2O3與SO2性質(zhì)相似，均具有較強(qiáng)的________。,[實(shí)驗(yàn)探究] 取適量Na2S2O3晶體，溶于水中制成Na2S2O3溶液，進(jìn)行如下探究(填寫(xiě)表中空格)。,[實(shí)驗(yàn)結(jié)論] (6)探究①：___________________________________________ ________________。 (7)探究②：___________________________________________ ________________。,[問(wèn)題討論] (8)甲同學(xué)向“探究②”反應(yīng)后的溶液中滴加硝酸銀溶液，觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，并據(jù)此認(rèn)為氯水可將Na2S2O3氧化。你認(rèn)為該方案是否正確并說(shuō)明理由_______________________________ _______________________________________。 (9)請(qǐng)你重新設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明Na2S2O3被氯水氧化。你的方案是_________________________________________________ _____________________。,解析 (1)由學(xué)生認(rèn)為Na2S2O3的化學(xué)性質(zhì)與Na2SO4的性質(zhì)(強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，溶液呈中性)相似，可推知室溫時(shí)Na2S2O3溶液呈中性，則pH＝7。 (2)由SO2具有還原性可知Na2S2O3(S為＋2價(jià))也有較強(qiáng)的還原性。 (3)由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知探究①是為了探究溶液的酸堿性，驗(yàn)證假設(shè)(1)，故其操作是利用pH試紙來(lái)檢驗(yàn)Na2S2O3溶液的酸堿性。 (4)由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知Na2S2O3溶液呈堿性(說(shuō)明其是強(qiáng)堿弱酸鹽)，其原因應(yīng)是S2O水解。,(5)向氯水(具有強(qiáng)氧化性)中滴加Na2S2O3溶液，目的是驗(yàn)證Na2S2O3是否具有還原性，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知Cl2被還原，說(shuō)明Na2S2O3具有還原性，利用得失電子守恒可知反應(yīng)的離子方程式為S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋。 (8)甲同學(xué)是通過(guò)觀察有無(wú)AgCl沉淀生成來(lái)判斷Na2S2O3是否被氯水氧化，有則說(shuō)明Cl2被還原為Cl－，從而證明氯水將Na2S2O3氧化。該方案不正確，因?yàn)榧词共话l(fā)生氧化還原反應(yīng)，過(guò)量的氯水中也含有Cl－，Cl－會(huì)與AgNO3溶液反應(yīng)生成AgCl沉淀。 (9)可通過(guò)驗(yàn)證Na2S2O3溶液與氯水反應(yīng)后的溶液中是否含有SO來(lái)說(shuō)明Na2S2O3是否被氯水氧化。,答案 (1)＝ (2)還原性 (3)用玻璃棒蘸取Na2S2O3溶液點(diǎn)在一小塊pH試紙中部，待變色后，將試紙顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照 (4)S2O＋H2OHS2O＋OH－ (5)S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋ (6)Na2S2O3水溶液呈堿性 (7)Na2S2O3具有還原性 (8)不正確，因氯水過(guò)量，氯水中含有Cl－，會(huì)生成AgCl沉淀 (9)取少量反應(yīng)后的溶液，向其中滴入氯化鋇溶液，若觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，則說(shuō)明Na2S2O3能被氯水氧化,【借題發(fā)揮】 三種常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本流程 (1)物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物→確定可能原理→設(shè)計(jì)可能實(shí)驗(yàn)方案→優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案→選擇原料→設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置 (方法、儀器等) →實(shí)施實(shí)驗(yàn)(步驟、操作要點(diǎn)、控制反應(yīng)條件等)→分離提純產(chǎn)品。,(2)性質(zhì)探究性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和類(lèi)型→提出性質(zhì)猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)逐個(gè)驗(yàn)證→記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)→歸納分析→合理推斷得出結(jié)論。 (3)性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)→設(shè)計(jì)可能實(shí)驗(yàn)方案→優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案→實(shí)施實(shí)驗(yàn)(原理、方法、步驟、儀器、藥品、操作要點(diǎn)等) →觀察現(xiàn)象記錄數(shù)據(jù)→綜合分析得出結(jié)論。,要點(diǎn)三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià),1.可行性方面 (1)分析實(shí)驗(yàn)方案是否科學(xué)可行； (2)實(shí)驗(yàn)操作是否安全合理； (3)實(shí)驗(yàn)步驟是否簡(jiǎn)單方便； (4)實(shí)驗(yàn)效果是否明顯。 2.綠色化學(xué)方面 (1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否造成環(huán)境污染； (2)原料是否無(wú)毒、安全、易得； (3)原料利用率及反應(yīng)速率是否較高； (4)反應(yīng)速率是否較快。,3.從安全性方面對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)從安全角度?？紤]的主要因素如下： (1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時(shí)要防止液體倒吸； (2)進(jìn)行某些易燃易爆實(shí)驗(yàn)時(shí)要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點(diǎn)燃前先驗(yàn)純等)； (3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中進(jìn)行等)； (4)污染性的氣體要進(jìn)行尾氣處理；有粉末狀物質(zhì)參加的反應(yīng)，要注意防止導(dǎo)氣管堵塞；,(5)防吸水(如實(shí)驗(yàn)取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時(shí)宜采取必要措施，以保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。 4.從規(guī)范性方面 (1)冷凝回流(有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料，需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置，如長(zhǎng)玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)； (2)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時(shí)可為蒸氣)的及時(shí)冷卻； (3)儀器拆卸與組裝順序相反，按照從右向左，從高到低的順序； (4)其他(如實(shí)驗(yàn)操作順序、試劑加入順序、實(shí)驗(yàn)方法使用順序等)。,5.最佳方案的選擇 幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案都能達(dá)到目的，選出一個(gè)最佳方案。所謂最佳，就是裝置最簡(jiǎn)單，藥品容易取得、價(jià)格低廉，現(xiàn)象明顯，干擾小，無(wú)污染。,【典例示范3】 (2014河南開(kāi)封統(tǒng)考)資料表明，在加熱條件下SO3具有比較強(qiáng)的氧化性。某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對(duì)綠礬(FeSO47H2O)受熱分解的情況進(jìn)行探究。 (1)甲同學(xué)認(rèn)為，綠礬受熱分解的產(chǎn)物是FeO、SO3、H2O。你支持該觀點(diǎn)嗎？說(shuō)明理由。_________________________________ ______________________________________________________________________。,(2)乙同學(xué)設(shè)計(jì)如圖裝置通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究綠礬受熱分解的情況(部分夾持裝置未畫(huà)出，C裝置的水槽中加冰鹽水)。請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列表格。,(3)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明顯不足之處是____________________________ ______________。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要檢驗(yàn)綠礬是否分解完全，請(qǐng)簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方法。____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)若綠礬分解完全，C裝置中U形管內(nèi)有無(wú)色晶體出現(xiàn)，請(qǐng)寫(xiě)出綠礬受熱分解的化學(xué)方程式_______________________________ __________________________。,解析 (1)因題目中已知“在加熱條件下SO3具有比較強(qiáng)的氧化性”，而FeO具有還原性，二者受熱時(shí)會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能共存，故不支持該觀點(diǎn)。 (2)FeSO47H2O受熱分解的產(chǎn)物一定有Fe2O3，根據(jù)化合價(jià)升降可知一定有SO2，還一定有H2O，故A中應(yīng)殘留紅棕色固體；B中試劑用于檢驗(yàn)產(chǎn)物水，無(wú)水CuSO4變藍(lán)；D中試劑用于檢驗(yàn)SO2，品紅或酸性高錳酸鉀溶液或溴水褪色。,(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處一般從有沒(méi)有防止倒吸的裝置以及尾氣處理裝置等方面考慮。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明顯沒(méi)有尾氣吸收裝置。 (4)“要檢驗(yàn)綠礬是否分解完全”，只需檢驗(yàn)有無(wú)Fe2＋即可：取A中殘留固體少許溶于足量稀硫酸，再取溶解液少許于試管中，滴入酸性KMnO4溶液，振蕩，若溶液不褪色，證明分解完全；否則分解不完全。 (5)U形管內(nèi)的無(wú)色晶體是SO3，可寫(xiě)出化學(xué)方程式為：,答案 (1)不支持，F(xiàn)eO有還原性，SO3有氧化性，二者受熱時(shí)會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能共存 (2),(3)沒(méi)有尾氣吸收裝置 (4)取A中殘留固體少許溶于足量稀硫酸，再取溶解液少許于試管中，滴入酸性KMnO4溶液，振蕩，若KMnO4溶液不褪色，證明分解完全；否則分解不完全,【借題發(fā)揮】 所謂實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)就是通過(guò)對(duì)所給出的實(shí)驗(yàn)方案的分析，對(duì)方案的正確與錯(cuò)誤、嚴(yán)密與不嚴(yán)密，準(zhǔn)確與不準(zhǔn)確做出判斷。主要考慮的問(wèn)題有：是否完全合理、有無(wú)干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟(jì)上是否合算和對(duì)環(huán)境有無(wú)污染等。,