高考化學一輪總復(fù)習 第十單元 第4講 實驗方案的設(shè)計與評價課件.ppt

第4節(jié) 實驗方案的設(shè)計與評價 1 了解控制實驗條件的方法 能設(shè)計 評價和改進簡單的 實驗方案 2 能繪制和識別簡單的實驗儀器裝置圖 能對實驗數(shù)據(jù)進 行初步分析或處理 并得出合理結(jié)論 回歸教材 一 實驗方案設(shè)計 完整的化學實驗方案包括四大環(huán)節(jié) 即實驗原理 實驗裝置和藥品 包括裝置類型 儀器的組裝等 實驗步驟 包括加裝藥品 氣密性檢查 除雜干燥 主體實驗 安全措施等 實驗現(xiàn)象的觀察 記錄及實驗數(shù)據(jù)的分析處理等 1 基本原則 簡單 較少 較短 1 科學性 實驗原理 實驗操作程序和方法應(yīng)該正確 2 安全性 實驗設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作 3 可行性 實驗設(shè)計應(yīng)切實可行 所需藥品 儀器 設(shè)備和方法等在中學實驗條件下能夠得到滿足 4 簡約性 實驗設(shè)計應(yīng)采用 的實驗裝置 用 的實驗步驟和實驗藥品 并能在 的時間內(nèi)完 成實驗 有毒 有害 用量 價格 5 環(huán)保性 的物質(zhì)必須處理 以免污染環(huán)境 6 經(jīng)濟性 綜合考慮原料的 2 設(shè)計思路 1 物質(zhì)制備的設(shè)計基本思路 由所給 和所需要 出發(fā) 根據(jù)化學原理設(shè)計出不同的制備方案 通過對比分析 找出最佳的制備途徑 即 實驗原料 實驗原理 途徑設(shè)計 途徑 途徑 途徑 最佳途徑 實驗儀器 實驗方案 制得物質(zhì) 由于大多數(shù)有機反應(yīng) 副反應(yīng)較多 且為可逆反應(yīng) 因此設(shè)計有機物制備實驗方案時 盡可能選擇步驟少 副產(chǎn)物少的有機反應(yīng) 若兩種有機物參加的可逆反應(yīng) 應(yīng)考慮多加一些價廉的反應(yīng)物 以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率 另外 有機物的制備實驗 控制反應(yīng)條件尤為 重要 原料 制備的物質(zhì) 2 物質(zhì)性質(zhì)實驗的設(shè)計的基本思路 先根據(jù)物質(zhì)的 預(yù)測物質(zhì)可能具有的 然后選擇實驗時所需要的藥品及儀器 最后針對預(yù)測進行實驗 在性質(zhì)實驗設(shè)計的具體過程中可細化為 探究性實驗方案的設(shè)計程序為 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點 實驗事實 科學抽象 結(jié)論 驗證性實驗方案的設(shè)計程序為 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點 性質(zhì)推測 實驗驗證 結(jié)論 3 物質(zhì)檢驗方案設(shè)計的基本思路 首先對試樣 確定其顏色 氣味 狀態(tài)等 然后準備試樣 并進行檢驗 當試樣是固體時 應(yīng)先 同時觀察試樣是否溶解 在溶解時有無氣體產(chǎn)生等 以初步判斷試樣可能含有哪類 物質(zhì) 最后根據(jù)實驗現(xiàn)象得出結(jié)論 結(jié)構(gòu)特點 性質(zhì) 進行外觀觀察 取少量配成溶液 解答有關(guān)檢測物質(zhì)組成實驗的流程設(shè)計問題 常見的解題思路如下 取少量固體試樣 溶于水配成溶液 檢測溶液中存在的陰 陽離子 得出實驗結(jié)論 或取少量固體試樣 在氧氣流等環(huán)境中反應(yīng) 檢測所產(chǎn)生的物質(zhì) 如氣體 得出實驗結(jié)論 或取少量試樣 加酸 或堿 溶液使其氣化 檢測氣體的成分 得出實驗結(jié)論 3 注意事項 倒吸 爆炸 氧化 吸水 1 凈化 吸收氣體及熄滅酒精燈時要防 2 進行某些易燃易爆實驗時要防 如h2還原cuo應(yīng)先通h2 氣體點燃先驗純等 3 防 如h2還原cuo后要 先滅燈再停氫 白磷切割宜在水中進行等 4 防 如物質(zhì)在實驗 取用 制取過程易吸水 潮解 水解 則應(yīng)采取必要措施 以保證達到實驗?zāi)康?5 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 裝置 如長玻璃管 豎 型的干燥管及冷凝管等 冷凝回流 冷卻 氧化 6 易揮發(fā)液體產(chǎn)物 導(dǎo)出時可為蒸氣 應(yīng)注意及時 7 儀器拆卸的科學性與安全性也從防污染 防 防 防 防泄漏等角度考慮 8 其他 如實驗操作順序 試劑加入順序 實驗方法使用 順序等 倒吸 爆炸 二 實驗方案評價 1 評價原則 簡單 安全 一個實驗方案的優(yōu)劣主要從正確與錯誤 嚴密與不嚴密 準確與不準確 可行與不可行等方面作出判斷 另外有無干擾 有無污染 是否經(jīng)濟 是否安全等也要考慮 1 裝置最簡 對于不同的化學實驗方案 在能達到實驗?zāi)康牡那疤嵯?盡量選擇實驗裝置與步驟最 的方案 2 安全無污染 對于不同實驗途徑 實驗藥品 在達到實驗?zāi)康牡那疤嵯?優(yōu)先選擇實驗過程與操作最 的途徑 條件 操作 控制 反應(yīng)現(xiàn)象 3 操作方便 不同的實驗方案需要不同的實驗條件 如加熱 加壓和催化劑等 在評價方案時 看實驗 是否簡單 是否方便 4 原理簡單 正確 力求選擇反應(yīng)速率易 的實驗方案 以有利于對生成物的控制和確保實驗安全 5 現(xiàn)象最明顯 在性質(zhì)驗證或檢驗的實驗中 應(yīng)選擇 明顯的方案 2 評價形式 原料易得 操作簡便 無污染 科學性和可行性是設(shè)計實驗方案的兩條重要原則 在對實驗方案進行評價時 要分析實驗方案是否科學可行 實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求 在實際操作時能否做到可控易行 評價時 從以下幾個方面分析 1 實驗原理 是否適合實驗室制備 等 是否是工業(yè)制備方法 適合于 大規(guī)模生產(chǎn) 無污染 發(fā)生 干燥 尾氣 2 實驗裝置 裝置是否合理 凈化 裝置是否合理 處理裝置是否合理等等 3 安全考慮 防 尾氣吸收 防 避免空氣 進入 防倒吸 防爆炸等問題 污染 氧化 自主測評 1 2015年新課標卷 下列實驗中 對應(yīng)的現(xiàn)象以及結(jié)論 都正確且兩者具有因果關(guān)系的是 續(xù)表 解析 稀硝酸與過量的fe粉反應(yīng) 生成硝酸亞鐵和no氣體 水 無鐵離子生成 所以加入kscn溶液后 不變紅色 cu與硫酸鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng) 生成硫酸銅和硫酸亞鐵 無黑色固體出現(xiàn) 鋁在空氣中加熱生成氧化鋁的熔點較高 所以內(nèi)部熔化的鋁不會滴落 硫酸鎂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀 再加入硫酸銅 則生成氫氧化銅藍色沉淀 沉淀的轉(zhuǎn)化符合由溶解度小的向溶解度更小的沉淀轉(zhuǎn)化 所以氫氧化銅的溶度積比氫氧化鎂的溶度積小 答案 d 2 2015年新課標卷 用下圖所示裝置進行下列實驗 將 中溶液滴入 中 預(yù)測的現(xiàn)象與實際相符的是 解析 氫氧化鈉是強堿 碳酸鈉是鹽 因此鹽酸首先中和氫氧化鈉 然后再與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化鈉 最后鹽酸與碳酸氫鈉反應(yīng)放出co2 a錯誤 常溫下鋁在濃硝酸中鈍化 反應(yīng)很快停止 看不到紅棕色no2氣體 b錯誤 氫氧化鈉溶液開始是過量的 滴入氯化鋁生成偏鋁酸鈉 當氫氧化鈉完全消耗后 再滴入氯化鋁 鋁離子與偏鋁酸根離子反應(yīng)生成白色沉淀氫氧化鋁 c錯誤 草酸具有還原性 酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性 草酸能被酸性高錳酸鉀溶液氧化 因此草酸能使酸性高錳酸鉀溶液褪色 d正確 答案 d 3 下列裝置不能完成的實驗是 續(xù)表 解析 鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕的條件是水膜酸性較強 飽和食 鹽水的酸性較弱 發(fā)生的是吸氧腐蝕 答案 d 續(xù)表 解析 在fe no3 2中加入h2so4后 發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 3fe2 no 4h 3fe3 no 2h2o 故即使fe no3 2沒有變質(zhì) 再向其中加入kscn溶液后 溶液也會呈血紅色 b錯誤 答案 b 5 2015年山東卷 下列由實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論正確的是 解析 向agcl懸濁液中加入nai溶液時 cl 與i 濃度不相等 不能根據(jù)出現(xiàn)黃色沉淀比較ksp a項錯誤 滴加氯水后再加入kscn溶液 溶液呈紅色 說明該溶液可能含有fe2 或fe3 b項錯誤 上層呈橙紅色 說明cl2與nabr反應(yīng)生成了br2和nacl 則br 的還原性強于cl c項正確 試管底部nh4cl分解生成nh3和hcl 試管口nh3與hcl反應(yīng)生成了nh4cl 發(fā)生了化學反應(yīng) 不是升華 d項錯誤 答案 c 考點一 實驗方案的設(shè)計 例1 2015年四川卷 nh4 2so4是常見的化肥和化工原料 受熱易分解 某興趣小組擬探究其分解產(chǎn)物 查閱資料 nh4 2so4在260 和400 時分解產(chǎn)物不同 實驗探究 該小組擬選用下圖所示裝置進行實驗 夾持和加熱裝置略 a b c d 1 儀器x的名稱是 2 滴定前 下列操作的正確順序是 填字母編號 a 盛裝0 2000mol l 1naoh溶液b 用0 2000mol l 1naoh溶液潤洗c 讀數(shù) 記錄d 查漏 清洗 e 排盡滴定管尖嘴的氣泡并調(diào)整液面 3 裝置b內(nèi)溶液吸收氣體的物質(zhì)的量是 mol 答案 1 圓底燒瓶 2 dbaec 3 0 03 4 取少量裝置d內(nèi)溶液于試管中 滴加bacl2溶液 生成白色沉淀 加入足量稀鹽酸后沉淀完全溶解 放出無色刺激性氣體 5 nh3400 6 3 nh4 2so4 4nh3 n2 3so2 6h2o 方法技巧 綜合實驗設(shè)計題的解答 1 明確目的原理 綜合已學過的知識 通過類比 遷移 分析 明確實驗原理 2 選擇儀器藥品 根據(jù)實驗的目的和原理 以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì) 反應(yīng)條件 選擇合理的化學儀器和藥品 3 設(shè)計裝置步驟 設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟 學生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力 實驗步驟應(yīng)完整而又簡明 4 記錄現(xiàn)象數(shù)據(jù) 全面而準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和 數(shù)據(jù) 5 分析得出結(jié)論 通過分析 計算 推理等得出正確的實 驗結(jié)論 考點練透 1 2013年四川卷 為了探究agno3的氧化性和熱穩(wěn)定性 某化學興趣小組設(shè)計了如下實驗 agno3的氧化性 將光亮的鐵絲伸入agno3溶液中 一段時間后將鐵絲取出 為檢驗溶液中fe的氧化產(chǎn)物 將溶液中的ag 除盡后 進行了如下實驗 可選用的試劑 kscn溶液 k3 fe cn 6 溶液 氯水 實驗結(jié)論 fe的氧化產(chǎn)物為fe2 和fe3 1 請完成下表 agno3的熱穩(wěn)定性 用下圖所示的實驗裝置a加熱agno3固體 產(chǎn)生紅棕色氣體 在裝置d中收集到無色氣體 當反應(yīng)結(jié)束后 試管中殘留固體為黑色 a b c d 2 裝置b的作用是 3 經(jīng)小組討論并驗證該無色氣體為o2 其驗證方法是 4 查閱資料 ag2o和粉末狀的ag均為黑色 ag2o可 溶于氨水 提出設(shè)想 試管中殘留的黑色固體可能是 ag ag2o ag和ag2o 實驗驗證 該小組為驗證上述設(shè)想 分別取少量黑色固 體放入試管中 進行了如下實驗 實驗評價 根據(jù)上述實驗 不能確定固體產(chǎn)物成分的實 驗是 填實驗編號 實驗結(jié)論 根據(jù)上述實驗結(jié)果 該小組得出agno3固體 熱分解的產(chǎn)物有 解析 1 能用來檢驗fe3 的試劑是kscn溶液 加入后如果溶液變?yōu)榧t色 則其中含有fe3 若溶液中含有fe2 加入k3 fe cn 6 溶液后 溶液中有藍色沉淀生成 2 裝置b中的進氣管和出氣管的長度相等 故為安全瓶 防止c中的溶液倒吸入a裝置中 引起試管炸裂 答案 1 溶液呈紅色 k3 fe cn 6 溶液 產(chǎn)生藍色沉淀 2 防倒吸 3 用帶火星的木條伸入集氣瓶內(nèi) 木條復(fù)燃 證明無色氣體為o2 4 bag no2 o2 2 利用下圖所示裝置進行測定含氰廢水處理百分率的實驗 將cn 濃度為0 2000mol l 1的廢水100ml與100mlnaclo溶液 過量 置于裝置 錐形瓶中充分反應(yīng) 打開分液漏斗活塞 滴入100ml稀硫酸 關(guān)閉活塞 已知裝置 中發(fā)生的主要反應(yīng)依次為 1 裝置 和 的作用是 2 裝置 中 生成需由裝置 除去的物質(zhì)的離子方程式為 3 反應(yīng)結(jié)束后 緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖?4 為計算該實驗中含氰廢水被處理的百分率 需要測定 的質(zhì)量 cn clo cno cl 2cno 2h 3clo n2 2co2 3cl h2o 2h cl2 h2o 5 上述實驗完成后 為了回收裝置 中的ccl4需要的操作是 解析 2 由裝置 中試劑ki溶液可知吸收的是氧化性氣體 聯(lián)系氯氣與水反應(yīng)是可逆反應(yīng)分析可知氧化性氣體只能是裝置 中生成的cl2 4 由裝置 可測得生成co2的質(zhì)量 進而計算cn 的物質(zhì)的量 答案 1 排除空氣中的co2對實驗的干擾 2 clo cl 3 使裝置內(nèi)殘留的co2全部進入 中 4 裝置 反應(yīng)前后的質(zhì)量 或生成沉淀的質(zhì)量 5 分液 蒸餾 3 2014年新課標卷 某小組以cocl2 6h2o nh4cl h2o2 濃氨水為原料 在活性炭催化下 合成了橙黃色晶體x 為確定其組成 進行如下實驗 氨的測定 精確稱取wgx 加適量水溶解 注入如圖所示的三頸瓶中 然后逐滴加入足量10 naoh溶液 通入水蒸氣 將樣品液中的氨全部蒸出 用v1mlc1mol l 1的鹽酸標準溶液吸收 蒸氨結(jié)束后取下接收瓶 用c2mol l 1naoh標準溶液滴定過剩的hcl 到終點時消耗v2mlnaoh溶液 氨的測定裝置 已省略加熱和夾持裝置 氯的測定 準確稱取樣品x 配成溶液后用agno3標準溶液滴定 k2cro4溶液為指示劑 至出現(xiàn)磚紅色沉淀不再消失為終點 ag2cro4為磚紅色 回答下列問題 1 裝置中安全管的作用原理是 2 用naoh標準溶液滴定過剩的hcl時 應(yīng)使用 式滴定管 可使用的指示劑為 3 樣品中氨的質(zhì)量分數(shù)表達式為 4 測定氨前應(yīng)該對裝置進行氣密性檢驗 若氣密性不好測 定結(jié)果將 填 偏高 或 偏低 考點二 化學實驗方案的評價 例2 2013年重慶卷 某研究小組利用如圖裝置探究溫度對co還原fe2o3的影響 固定裝置略 1 mgco3的分解產(chǎn)物為 2 裝置c的作用是 處理尾氣的方法為 3 將研究小組分為兩組 按如圖裝置進行對比實驗 甲組用酒精燈 乙組用酒精噴燈對裝置d加熱 反應(yīng)產(chǎn)物均為黑色粉末 純凈物 兩組分別用產(chǎn)物進行以下實驗 乙組得到的黑色粉末是 甲組步驟1中反應(yīng)的離子方程式為 乙組步驟4中 溶液變紅的原因為 溶液褪色可能的原因及其驗證方法為 從實驗安全考慮 如圖裝置還可采取的改進措施是 解析 1 mgco3的分解產(chǎn)物為mgo和co2 2 zn與co2反應(yīng)生成zno和co 裝置c的作用是除去co2 尾氣為co 所以處理尾氣的方法是點燃 3 由所給操作及現(xiàn)象可知 乙組得到的黑色粉末是fe 甲組中黑色粉末是fe3o4 答案 1 mgo co2 2 除去co中混有的co2點燃 3 fe fe3o4 8h 2fe3 fe2 4h2o fe2 被氧化為fe3 fe3 遇scn 顯紅色假設(shè)scn 被cl2氧化 向溶液中加入kscn溶液 若出現(xiàn)紅色 則假設(shè)成立 其他合理答案均可 在裝置b和c之間添加裝置e防倒吸 其他合理答案均可 方法技巧 評價與探究類實驗主要由提出假設(shè) 制訂方案 實驗驗證 得出結(jié)論等一系列步驟組成 解答實驗評價與探究類實驗題的策略 1 理解實驗原理 實驗原理是解答設(shè)計性實驗題和評價性實驗題的依據(jù) 首先要認真閱讀和分析題目中所給的化學情境 結(jié)合元素化合物 化學實驗基本操作和化學反應(yīng)原理等有關(guān)知識理解原理 2 尋找與教材的結(jié)合點 如果是物質(zhì)制備實驗 要注重聯(lián)系元素化合物知識和各類物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系 如果是性質(zhì)實驗 要從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點或所屬類型的典型代表物去推測物質(zhì)可能具有的一系列性質(zhì) 并設(shè)計出合理的實驗方案 3 注意聯(lián)系 學會創(chuàng)新 不同的實驗會給出同一儀器或類 似的實驗裝置 需要認真領(lǐng)悟?qū)嶒炓鈭D 4 對于實驗的評價在解題時 要注意加強對比 找出各方 案的異同 從不同點入手分析方案的合理性 考點練透 4 實驗室用濃鹽酸與mno2反應(yīng)制cl2 再用cl2和ca oh 2反應(yīng)制少量漂白粉 已知用cl2和ca oh 2制漂白粉的反應(yīng)是放熱反應(yīng) 溫度稍高時發(fā)生副反應(yīng) 6cl2 6ca oh 2 ca clo3 2 5cacl2 6h2o 現(xiàn)有三位同學設(shè)計的三套裝置如圖所示 u形管中放有玻 璃纖維 可使氣體順利通過 甲 乙 丙 1 請對上述丙裝置的優(yōu)缺點進行評價 2 請從甲 乙 丙各套裝置中選取合理的部分 按氣體從左至右的流向組成一套較合理的裝置 填各部分儀器的字母編號 3 部分學生認為上述組裝裝置仍存在缺點 他們指出在前兩個儀器之間應(yīng)增加如上圖所示裝置 你認為h洗氣瓶中所盛液體是 其作用是 若無此裝置 對制漂白粉的不利影響是 洗氣瓶i 填 有 或 無 必要 理由是 4 為了研究所制得的漂白粉的化學性質(zhì) 某同學把少量漂白粉投入到淡綠色的fecl2溶液中 溶液變成棕黃色 且有紅褐色沉淀 反應(yīng)的離子方程式為 解析 1 2 比較甲 乙 丙各裝置的異同 逐一分析裝置各部分的用途 相同點 反應(yīng)原理相同 不同點 制氣裝置 甲使用直立大試管加熱 效果不好 乙 丙裝置均使用圓底燒瓶 且丙用分液漏斗控制反應(yīng)速率 效果最好 制漂白粉裝置 乙用裝有澄清石灰水的大試管 濃度低 氣流路程短 產(chǎn)率低 效果不好 甲 丙均用u形管及消石灰 其中甲還使用了降溫裝置以防止副反應(yīng)發(fā)生 最好 尾氣處理裝置 甲 丙未吸收剩余氯氣 會造成環(huán)境污染 乙裝置用naoh溶液吸收剩余氯氣 4 根據(jù)信息書寫反應(yīng)的離子方程式 溶液變成棕黃色 說明有fe3 生成 據(jù)此寫出方程式并配平 答案 1 優(yōu)點 使用分液漏斗控制反應(yīng)速率 使用u形管及消石灰 產(chǎn)率高 缺點 未采取降溫措施來控制副反應(yīng)發(fā)生 未除去剩余的氯氣 污染環(huán)境 2 f b e 3 飽和食鹽水除去cl2中的hclhcl會與ca oh 2及ca clo 2反應(yīng)無水不會引入雜質(zhì) 且可以加快cl2與ca oh 2的反應(yīng)速率 4 6fe2 3clo 3h2o 2fe oh 3 4fe3 3cl 5 2015年湖南郴州質(zhì)檢 實驗室用少量的溴和足量的乙醇制備1 2 二溴乙烷的裝置如下圖所示 加熱及夾持裝置省略 制備1 2 溴乙烷可能存在的主要副反應(yīng)有 乙醇在濃硫酸的存在下在140 脫水生成乙醚 有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下 回答下列問題 1 裝置a d中發(fā)生主要反應(yīng)的化學方程式為 2 裝置b中長玻璃管e的作用 3 在此制備實驗中 要盡可能迅速地把反應(yīng)溫度提高到170 左右 其最主要的目的是 填選項前的字母 a 引發(fā)反應(yīng) b 加快反應(yīng)速度 c 防止乙醇揮發(fā) d 減少副產(chǎn)物乙醚生成 4 在裝置c中應(yīng)加入 填選項前的字母 其目的是完全吸收反應(yīng)中可能生成的酸性氣體 a 水 b 濃硫酸 c 氫氧化鈉溶液 d 酸性kmno4溶液 5 反應(yīng)過程中應(yīng)用冷水冷卻裝置d 其主要目的是 但又不能過度冷卻 如用冰水 其原因是 將1 2 二溴乙烷粗產(chǎn)品置于分液漏斗中加水 振蕩后靜置 產(chǎn)物應(yīng)在 層 填 上 或 下 解析 1 要制備1 2 二溴乙烷 則需要乙烯與溴水通過加成反應(yīng)得到 因此a裝置是制備乙烯的 2 由于1 2 二溴乙烷的熔點較低 只有9 一旦在導(dǎo)管中冷凝變?yōu)楣腆w 會堵塞導(dǎo)管 則此時b中的長導(dǎo)管中的液面會上升 所以裝置b中長玻璃管e的作用是判斷裝置是否堵塞 4 由于濃硫酸具有氧化性 在反應(yīng)中有可能被還原為so2 而so2能使溴水褪色 會干擾實驗 又因為乙烯具有還原性 能被酸性高錳酸鉀溶液氧化 所以除去乙烯中的so2應(yīng)該選擇氫氧化鈉溶液 5 1 2 二溴乙烷不溶于水 密度大于水 所以將1 2 二溴乙烷粗產(chǎn)品置于分液漏斗中