第十六章 第四節(jié) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評價課件

●考綱定標(biāo)掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的記錄方法和運(yùn)用化學(xué)知識設(shè)計(jì)一些基本實(shí)驗(yàn)。(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察、記錄、分析或處理數(shù)據(jù)，得出正確結(jié)論。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要求，考查設(shè)計(jì)或評價實(shí)驗(yàn)方案。(3)能繪制和識別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖。●熱點(diǎn)定位1．利用限定的儀器裝置、藥品，根據(jù)題目要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。2．給出部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)。3．對給出的實(shí)驗(yàn)方案做出科學(xué)的評估，選擇出最佳方案。3．理解綜合性實(shí)驗(yàn)題解答的4個步驟：①明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理。②根?jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇儀器、藥品。③組裝儀器并理解各儀器的作用及使用方法。④結(jié)合題意，綜合分析解答。第十六章抓基礎(chǔ)第四節(jié)析考點(diǎn)提能力一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1．基本要求二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評價1．基本原則一個實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣主要從

是否科學(xué)合理，

是否簡單可行，另外還要從

和

兩個角度去評價。實(shí)驗(yàn)原理操作與裝置綠色化學(xué)安全性(4)簡約性：方案簡單易行，盡可能采用簡單的實(shí)驗(yàn)裝置，較少的實(shí)驗(yàn)步驟和藥品，還應(yīng)遵循完成實(shí)驗(yàn)所用時間較短，副反應(yīng)少，效果好等基本要求。(5)經(jīng)濟(jì)性：綜合考慮原料的用量和價格。2．化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)(1)藥品和儀器是部分給出還是有剩余：若藥品和儀器只部分給出，則應(yīng)作必要的補(bǔ)充，若有剩余，則應(yīng)進(jìn)行篩選和淘汰。(2)條件有無特殊要求：如采用最簡單或最合理的實(shí)驗(yàn)步驟，這些要求對考慮反應(yīng)原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟都作了限定，應(yīng)高度重視。(3)實(shí)驗(yàn)過程中的隱蔽性操作：如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實(shí)驗(yàn)中必不可少的，往往被忽略。(4)藥品的描述：有些題目要求指出藥品的名稱，如有些藥品的準(zhǔn)確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也應(yīng)注意某些儀器的規(guī)格。(5)會畫簡單的實(shí)驗(yàn)裝置圖：考綱要求能夠繪制和識別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖，可用“示意裝置圖”表示。(6)其他注意事項(xiàng)：①冷凝回流的問題。②冷卻問題。③防止倒吸問題。④具有特殊作用的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置。如為使分液漏斗中的液體能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。[特別提醒]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時，需要注意的問題：(1)圍繞主要問題思考，例如：選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)路線、方法；所用藥品、儀器簡單易得；實(shí)驗(yàn)過程快速、安全；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。(2)注意有關(guān)物質(zhì)的制備、凈化、吸收和存放等有關(guān)問題。例如：制取在空氣中易水解的物質(zhì)(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物質(zhì)時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入。[提出猜想]Ⅰ.所得溶液中的金屬離子可能含有Fe2＋和Fe3＋中的一種或兩種；Ⅱ.所得氣體可能含有________中的一種或兩種。[實(shí)驗(yàn)探究]實(shí)驗(yàn)操作預(yù)期現(xiàn)象結(jié)論驗(yàn)證猜想Ⅰ步驟①：取少量0.01mol/L酸性KMnO4溶液，滴入所得溶液步驟②含有Fe3＋驗(yàn)證猜想Ⅱ?qū)⑺脷怏w通入如下裝置含有兩種氣體[解析]

鐵與熱的濃H2SO4反應(yīng)時，其還原產(chǎn)物為SO2氣體，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸的濃度降低，F(xiàn)e與稀H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為H2，故氣體B的成分為SO2或SO2與H2的混合氣體。[實(shí)驗(yàn)探究]

Fe3＋具有氧化性，能使KI淀粉溶液變藍(lán)；Fe2＋具有還原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，SO2具有還原性，能使酸性KMnO4溶液褪色。[答案]

[提出猜想]

Ⅱ.SO2、H2溶液紫紅色褪去含有Fe2＋另取少量所得溶液，滴加KI－淀粉溶液溶液變?yōu)樗{(lán)色甲中KMnO4溶液褪色，乙中KMnO4溶液顏色不變，試管中收集到氣體[問題討論]不正確，若溶液中含有Fe3＋，則無法檢驗(yàn)原溶液中是否含有Fe2＋。解析：A項(xiàng)，關(guān)閉活塞1，U形管左端氣體被封在管內(nèi)，稀硝酸的液面無法上升到a處。D項(xiàng)，如要證明反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是NO，需將活塞1打開，將氣體放入分液漏斗中，氣體在分液漏斗中變?yōu)榧t棕色，則證明反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體是NO。答案：A2．(2011·廣東理綜)某同學(xué)通過系列實(shí)驗(yàn)探討

Mg及其化合物的性質(zhì)，操作正確且能達(dá)到目的的是 (

)A．將水加入濃硫酸中得稀硫酸，置鎂片于其中探討

Mg的活潑性B．將

NaOH溶液緩慢滴入MgSO4溶液中，觀察Mg(OH)2沉淀的生成C．將

Mg(OH)2

濁液直接倒入已裝好濾紙的漏斗中過濾，洗滌并收集沉淀D．將Mg(OH)2

沉淀轉(zhuǎn)入表面皿中，加足量稀鹽酸，加熱蒸干得無水MgCl2固體

解析：本題考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，意在考查考生對化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的熟練運(yùn)用能力以及對實(shí)驗(yàn)的簡單設(shè)計(jì)與評價能力。濃硫酸稀釋時，應(yīng)將濃硫酸沿玻璃棒緩慢加入水中以防止液滴飛濺，A項(xiàng)錯誤；將NaOH溶液與MgSO4

溶液混合即可得到Mg(OH)2沉淀，B項(xiàng)正確；過濾時，應(yīng)使用玻璃棒引流，C項(xiàng)錯誤；對MgCl2溶液直接加熱，Mg2＋易水解，不能得到MgCl2固體，D項(xiàng)錯誤。答案：B(1)實(shí)驗(yàn)原理是否正確、可行；(2)實(shí)驗(yàn)操作是否安全、合理；(3)實(shí)驗(yàn)步驟是否簡單、方便；(4)實(shí)驗(yàn)效果是否明顯等。2．從“綠色化學(xué)”視角對實(shí)驗(yàn)方案做出評價“綠色化學(xué)”要求設(shè)計(jì)安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程或方案從以下4個方面進(jìn)行綜合評價：(1)反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒；(2)反應(yīng)速率是否較快；(3)原料利用率以及生成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高；(4)實(shí)驗(yàn)過程中是否造成環(huán)境污染。3．從“安全性”方面對實(shí)驗(yàn)方案做出評價化學(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要防液體倒吸；(2)進(jìn)行某些易燃易爆實(shí)驗(yàn)時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點(diǎn)燃先驗(yàn)純等)；(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中等)；(4)防吸水(如實(shí)驗(yàn)取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施，以保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；(5)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，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)；(6)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻；(7)儀器拆卸的科學(xué)性與安全性(也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮)；(8)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。[特別提醒]對實(shí)驗(yàn)方案的合理與否，嚴(yán)密與否作出判斷要從“合理選擇、排除干擾、操作準(zhǔn)確”等方面入手。①“合理選擇”是指儀器、藥品、連接方式的選擇；②“排除干擾”是指反應(yīng)條件的控制、防止空氣成分介入、副反應(yīng)盡量避免、雜質(zhì)的除去等；③“操作準(zhǔn)確”則要求熟悉主要儀器的性能與使用方法和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作方法等。[例2]化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)方案，測定某已部分變質(zhì)的小蘇打樣品中Na2CO3

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。[方案一]稱取一定質(zhì)量樣品，置于坩堝中加熱至恒重后，冷卻，稱量剩余固體質(zhì)量，計(jì)算。(1)坩堝中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：___________________。(2)實(shí)驗(yàn)中，需加熱至恒重的目的是_____________________。(3)實(shí)驗(yàn)中確定加熱至恒重的方法是：____________________。(4)若加熱過程中坩堝內(nèi)有晶體迸濺出來，則測得的結(jié)果是________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)。[方案二]

稱取一定質(zhì)量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解；向小燒杯中加入足量Ba(OH)2溶液，過濾，洗滌、干燥沉淀，稱量固體質(zhì)量，計(jì)算。(已知：Ba2＋＋OH－＋HCO===BaCO3↓＋H2O)(1)過濾操作中，除了燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為___________。(2)實(shí)驗(yàn)中判斷沉淀是否完全的方法是_____________。(3)實(shí)驗(yàn)中洗滌沉淀的操作是__________________。(4)實(shí)驗(yàn)中判斷沉淀是否洗滌干凈的方法是__________________________________________________________________。[方案三]

按如下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：(1)B裝置內(nèi)所盛試劑是________；D裝置的作用是______________________________________。分液漏斗中__________(填“能”或“不能”)用鹽酸代替稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)實(shí)驗(yàn)前稱取17.90g樣品，實(shí)驗(yàn)后測得C裝置增重8.80g，則樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________。(3)根據(jù)此實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，測定結(jié)果有誤差，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)裝置還存在一個明顯缺陷，該缺陷是：________________________。裝置，所以D的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進(jìn)入C裝置。由C裝置的質(zhì)量變化，得出Na2CO3和NaHCO3共計(jì)0.2mol，其總質(zhì)量為17.90g，不難得出兩成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。若根據(jù)題目給出的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要注意反應(yīng)產(chǎn)生的CO2不能全部進(jìn)入C裝置而導(dǎo)致產(chǎn)生誤差，因此要設(shè)置一個驅(qū)趕殘留二氧化碳的裝置。(4)取少量洗滌沉淀后的濾液于試管中，滴加一滴Na2SO4溶液，觀察是否有白色沉淀生成[方案三]

(1)濃H2SO4防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進(jìn)入C裝置不能(2)29.6%(3)缺少一套將A、B裝置的CO2氣體全部驅(qū)趕到C裝置中的裝置(或其他合理答案)3．在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物質(zhì)制備，下列從原料及有關(guān)試劑分別制取相應(yīng)的最終產(chǎn)物的設(shè)計(jì)中，理論上正確、操作上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的是 (

)解析：A項(xiàng)中實(shí)驗(yàn)室用在空氣中點(diǎn)燃單質(zhì)碳來制備CO的方法，在操作上是不可行的；B項(xiàng)中用硝酸銀溶液與銅反應(yīng)來制備Cu(NO3)2是不經(jīng)濟(jì)的；D項(xiàng)中用鐵點(diǎn)燃燃燒制備氧化鐵在理論上不正確、操作上不可行；只有C符合要求。答案：C4．某同學(xué)利用鋅、氧化銅和稀硫酸制取銅，他設(shè)計(jì)了兩套方案，方案Ⅰ：利用鋅與足量稀硫酸反應(yīng)制氫氣，氫氣還原氧化銅；方案Ⅱ：氧化銅溶于稀硫酸生成硫酸銅，然后用鋅與硫酸銅反應(yīng)制備銅。下列關(guān)于方案Ⅰ和Ⅱ的評價不正確的是 (

)A．方案Ⅱ