2014屆高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)雙基課件：第10章第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)(人教版)

1、第四節(jié)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)是根據(jù)試題的要求設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。 2分析或處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理的結(jié)論。 3識(shí)別典型的實(shí)驗(yàn)機(jī)器裝置圖。 (2012高考重慶卷)氯元素絡(luò)離子夾層鎂鋁水滑石Mg2Al(OH)6ClxH2O是新的絡(luò)離子交換材料，在高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣。 現(xiàn)在使用圖形裝置實(shí)驗(yàn)性地決定化學(xué)式(省略固定裝置)。 (1)Mg2Al(OH)6ClxH2O熱裂化的化學(xué)方程式是： (2)如果只是測(cè)量裝置c、d的重量而特定x，則裝置的連接順序?yàn)開 (按氣流方向，用接口文字表示)。 c的作用是 裝置連接后，最初進(jìn)行的操作的名稱是 (3)在加熱之前，使N2排出裝置的空氣

2、通過(guò)，取得c、d的初始質(zhì)量后，繼續(xù)使N2流動(dòng)的作用是：完全分解，c的重量為3.65 g，d的重量為9.90 g，則為x _ _ _ _。 取消蒸發(fā)制冷玻璃管b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量的x值為_ (是高還是低)。 (5)上述水滑石與放置在空氣中的反應(yīng)生成Mg2Al(OH)6Cl12y(CO3)yzH2O，該生成物能夠引起類似的熱分解反應(yīng)，因此將該物質(zhì)作為樣品，用(2)相連接的裝置和試劑實(shí)驗(yàn)測(cè)量z，d的重量至少要測(cè)量一下，才能測(cè)量。 解析：本問(wèn)題涉及化學(xué)反應(yīng)方程的描述、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等知識(shí)。 主題情況未知，調(diào)查內(nèi)容靈活，但調(diào)查的基點(diǎn)是元素體及其化合物知識(shí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的融合，目的是調(diào)查考生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)

3、數(shù)據(jù)的分析、處理能力。 (1)根據(jù)主題信息，Mg2Al(OH)6ClxH2O進(jìn)行熱裂化整，得到MgO、Al2O3、HCl、H2O(g )，可以通過(guò)原子保存來(lái)編寫反應(yīng)方程式。 (2)裝置d吸收mg2al(oh)6clxho2o分解產(chǎn)生的H2O(g )，裝置c吸收mg2al(oh)6clxho2o分解產(chǎn)生的HCl。 由裝置d的重量可以得到H2O(g )的質(zhì)量，由裝置c的重量可以得到HCl的質(zhì)量，由HCl的物質(zhì)量可以得到樣品的物質(zhì)量，與H2O(g )的質(zhì)量相結(jié)合可以得到x。 連接裝置時(shí)，首先用濃硫酸吸收H2O(g )，然后用NaOH溶液吸收HCl。 (3)該實(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn)，Mg2Al(OH)6Clx

4、H2O分解產(chǎn)生的HCl、H2O(g )完全被c、d裝置的藥品吸收，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確時(shí)，防止裝置內(nèi)的空氣中的CO2被NaOH溶液吸收。 因此，實(shí)驗(yàn)前使N2凈化裝置的空氣流通，反應(yīng)后也繼續(xù)進(jìn)行N2凈化，將裝置中產(chǎn)生的HCl、H2O(g )全部取入裝置c、d，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。 如果停止加熱，在H2O(g )、HCl被濃的H2SO4、NaOH溶液吸收的過(guò)程中，裝置的壓力急速減少，有可能發(fā)生倒吸現(xiàn)象，因此，反應(yīng)后也可以通過(guò)持續(xù)流過(guò)N2來(lái)防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生。 用(4)反應(yīng)生成HCl 3.65 g(0.1 mol )、H2O 9.90 g(0.55 mol )，由2 mol HCl(52x)mol H2O得到

5、2 (52x )0. 1.0 5.5，得到x3 . 取消冷凝管b時(shí)，瓦斯氣體溫度高，流速快，H2O(g )濃，可能無(wú)法完全被H2SO4吸收，測(cè)定的x值低。 (5)Mg2Al(OH)6Cl12x(CO3)yzH2O分解產(chǎn)生的瓦斯氣體除了HCl、H2O(g )之外還有CO2，但c裝置的質(zhì)量為了增加包含CO2、HCl的質(zhì)量，需要測(cè)定裝置c的重量增加、d的重量增加及樣本的質(zhì)量。 1化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本要求，2化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容相對(duì)完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案一般包括以下內(nèi)容： (1)實(shí)驗(yàn)名稱； (2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3)實(shí)驗(yàn)原理(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)順序及操作方法(

6、6)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(7)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄和結(jié)果處理(8)問(wèn)題和討論。 3化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本思路是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和所選藥品和儀器的化學(xué)基，設(shè)計(jì)合理的裝置，并從一些方案中分析選擇最佳方案。4化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)操作程序裝置將氣密性檢查和固體藥品與液體藥品相連接開始實(shí)驗(yàn)(按程序)的機(jī)器的其他處理等分解。 (2)加熱操作的優(yōu)先順序的選擇在瓦斯氣體制造實(shí)驗(yàn)中需要加熱的情況下，首先加熱瓦斯氣體發(fā)生裝置，使空氣流過(guò)瓦斯氣體排出裝置，然后加熱實(shí)驗(yàn)中需要加熱的物質(zhì)。 目的：保證產(chǎn)品純度，防止爆炸(氫還原氧化銅等)，防止反應(yīng)物和生成物與空氣中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 抹掉酒精燈的順序相反。 (3)實(shí)驗(yàn)

7、中的試劑和產(chǎn)物防止變質(zhì)和損失實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物和產(chǎn)物容易吸水、潮解、水解作用等時(shí)，必須采取防止吸水措施，將容易揮發(fā)的液體產(chǎn)物立即蒸發(fā)制冷反應(yīng)裝置，將容易揮發(fā)的液體反應(yīng)物冷凝回流裝置(例如，長(zhǎng)導(dǎo)管、垂直干燥管、 (4)選擇機(jī)器和連接順序，(5)機(jī)器藥品的正確描述試驗(yàn)使用的試劑名稱：無(wú)水硫酸銅(CuSO4)、硫酸銅溶液、酸性高錳酸鉀元素溶液、澄清石灰水、飽和碳酸水素金屬釷溶液等。 儀器名稱：坩堝、乳缽、100 mL容量瓶等。立即應(yīng)用，下圖的a、b、c是甲、b兩組在取得阿摩尼亞時(shí)能夠使用的裝置，d是加入了濃硫酸的瓦斯氣體瓶。 甲組測(cè)定了反應(yīng)前的氧化銅的質(zhì)量m1 g、氧化銅反應(yīng)后的剩馀固體的質(zhì)量m2 g、

8、生成氮瓦斯氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V1 L。 乙工作團(tuán)隊(duì)測(cè)定了洗滌前裝置d的質(zhì)量m3 g、洗滌后裝置d的質(zhì)量m4 g、生成氮瓦斯氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V2 L。 請(qǐng)回答以下問(wèn)題： (1)寫下機(jī)器a的名字。 下面是. (2)檢查a裝置氣密性的操作是： (3)甲、乙兩組用不同的方法采集阿摩尼亞瓦斯氣體，所以請(qǐng)?jiān)谙卤砜崭裰刑顚憣?shí)驗(yàn)裝置的字母號(hào)碼和制造原理。 (4)甲組利用測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算出阿摩尼亞分子中的氮、氫的原子數(shù)比為 (5)使用乙方測(cè)定的數(shù)據(jù)，阿摩尼亞分子中的氮、氫的原子數(shù)比明顯小于理論值是因?yàn)?，乙方根?jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)，增加了裝有某種藥品的實(shí)驗(yàn)器材，并進(jìn)行了新的實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后藥品質(zhì)量的變化和氮

9、瓦斯氣體的體積化學(xué)基，得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 這種藥品的名字是。 (3)查閱文獻(xiàn)：上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛2PbCO3Pb(OH)2，PbO容易因PbCO3和熱量而分解。 本課題組對(duì)固體物質(zhì)(不考慮PbSO4)的成分提出了以下假設(shè)，假設(shè)2和假設(shè)3 :假設(shè)1 :全部為PbCO3； 假設(shè)2 :為了驗(yàn)證假設(shè)是否成立，課題組進(jìn)行了以下研究。例如： 定性研究：請(qǐng)完成下表內(nèi)容。 定量研究：采集26.7 mg干燥樣品，加熱測(cè)定固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系。 一位同學(xué)從圖中的信息得出了結(jié)論：假設(shè)不成立。 請(qǐng)簡(jiǎn)單說(shuō)明一下你是否同意同學(xué)的結(jié)論。 在所有PbCO3的情況下，在26.7 mg毫克完全分解后，我們同意(或

10、不同意)固體的質(zhì)量為22.3 mg毫克。 實(shí)驗(yàn)最終得到的固體質(zhì)量均與用PbCO3分解的固體質(zhì)量有很大差異，可能由實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的誤差引起)(本問(wèn)題是開放性問(wèn)題，合理的回答都是可能的)，評(píng)價(jià)一些實(shí)驗(yàn)方案，主要在正確和錯(cuò)誤、嚴(yán)格和不嚴(yán)格、正確和不正確、可行和不可行等方面另外，還需要考慮有無(wú)干擾、有無(wú)經(jīng)濟(jì)、有無(wú)安全、有無(wú)污染等。 1關(guān)于可行性(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(4)實(shí)驗(yàn)效果是否明顯。 2在綠色化學(xué)方面(1)的實(shí)驗(yàn)中是否會(huì)引起環(huán)境污染(2)原料無(wú)毒安全易得(3)原料利用率及反應(yīng)速度是否高(4)反應(yīng)速度是否快。3、從安全性方面做評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案化學(xué)實(shí)驗(yàn)

11、從安全性方面考慮常見的因素有： (1)凈化、吸收和酒精燈熄滅時(shí)要防止液體逆流；(2)在進(jìn)行某易燃易爆實(shí)驗(yàn)時(shí)要防止爆炸(如H2還原CuO先H2 ) (3)抗氧化(H2將CuO還原后“關(guān)燈后再對(duì)氫進(jìn)行處理”等，白磷的切斷最好在水中進(jìn)行(4)污染性的瓦斯氣體有進(jìn)行排瓦斯氣體處理和粉末狀物質(zhì)參加的反應(yīng)時(shí)，必須注意防止氣管堵塞(5)吸水防止(1)冷凝回流(為了減少在一部分反應(yīng)中容易揮發(fā)的液體反應(yīng)物的損失，有效利用原料，需要在反應(yīng)裝置上設(shè)置冷凝回流裝置，例如長(zhǎng)玻璃管、縱置干燥管、冷卻管等)。 (2)容易揮發(fā)的液體生成物(導(dǎo)出時(shí)可以制成蒸汽)的及時(shí)蒸發(fā)制冷(3)機(jī)器的拆卸與組裝順序相反，從右向左，按照從高到

12、低的順序進(jìn)行(4)其他(實(shí)驗(yàn)操作順序、試劑添加順序、實(shí)驗(yàn)方法的使用順序等)。 5最佳方案的選擇一些實(shí)驗(yàn)方案可以達(dá)到目的，選擇一個(gè)最佳方案。 最佳是裝置最簡(jiǎn)單、藥品易得、廉價(jià)、現(xiàn)象明顯、干擾作用小、無(wú)污染。 特別注意：化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案主要在以下幾個(gè)方面容易出錯(cuò)： (1)規(guī)范方面，如操作、觀察、讀取等。 (2)安全方面，如安全瓶、瓦斯氣體點(diǎn)火、防止暴沸、防止翻倒、防止污染等。 (3)在量化方面，設(shè)備規(guī)格的選擇、數(shù)據(jù)記錄和處理、誤差分析等。 (4)創(chuàng)新方面，如裝置改良、方案優(yōu)化等。 (5)表達(dá)包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)操作的表達(dá)等。 立即應(yīng)用，3(2012高考北京牌卷)記載了在強(qiáng)堿性條件下，加熱銀阿摩尼亞溶液有

13、可能析出銀鏡的文獻(xiàn)。 某同學(xué)進(jìn)行了以下驗(yàn)證和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 (3)該同學(xué)對(duì)于銀鏡產(chǎn)生的原因，假定可能是NaOH還原Ag2O。 實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象：在AgNO3溶液中加入，產(chǎn)生黑色沉淀的水浴很熱，沒有出現(xiàn)銀鏡。 (4)假設(shè)在新NaOH的存在下，可能是NH3還原Ag2O。 用圖中的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)象：出現(xiàn)銀鏡。 在折斷線框內(nèi)用生石灰和濃試劑氨水提取NH3的裝置的概略圖(把持裝置略)。 (5)該同學(xué)認(rèn)為在(4)的實(shí)驗(yàn)中會(huì)生成Ag(NH3)2OH。 因此，假設(shè)在NaOH的存在下，Ag(NH3)2OH也可能參與NH3還原Ag2O的反應(yīng)。 有些Ag2O溶解在試劑氨水中，其反應(yīng)的化學(xué)方程式就是在HNO3下清洗試管壁上

14、的Ag，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的結(jié)果，假設(shè)成立了： 此反應(yīng)的化學(xué)方程式為：化學(xué)方程式。 4某同學(xué)想利用圖示裝置(省略了夾持裝置)的實(shí)驗(yàn)，探討SO2和Na2O2反應(yīng)的產(chǎn)物。 測(cè)定反應(yīng)前的c管的質(zhì)量增加了m1 g，反應(yīng)后的c管的質(zhì)量增加了m2 g，反應(yīng)后的裝置d的質(zhì)量增加了n g。 請(qǐng)分析：如何驗(yàn)證設(shè)備b的角色是否為反應(yīng)產(chǎn)生了反應(yīng)，以及反應(yīng)是否產(chǎn)生了反應(yīng)。 關(guān)于c中的固體物質(zhì)，只有假設(shè)Na2SO3，只有假設(shè)Na2SO4，只要假設(shè)3:na 2反應(yīng)完全，甲學(xué)生就會(huì)將c中的固體物質(zhì)溶解，加入Ba(NO3)2溶液進(jìn)行白色沉淀，以確定c中的固體物質(zhì)的成分結(jié)論產(chǎn)物為Na2SO4。 此計(jì)程儀計(jì)劃合理，且有木有成立后，某同學(xué)將

15、根據(jù)反應(yīng)前后的c管質(zhì)量差(m2m1 )g生成Na2SO3的質(zhì)量估計(jì)為(m2m1)126/64 g。 老師說(shuō)推定不合理，請(qǐng)分析其原因。 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(3)假設(shè)2成立，則參加反應(yīng)的Na2O2的物質(zhì)的量為_mol (列計(jì)算式)。 研究型實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的解題策略和思維模式的物質(zhì)構(gòu)成、性質(zhì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)問(wèn)題中檢驗(yàn)物質(zhì)構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是最常見的問(wèn)題。 需要注意的是，在絡(luò)離子檢測(cè)汽化成分檢測(cè)過(guò)程中，必須嚴(yán)格掌握絡(luò)離子檢測(cè)瓦斯氣體成分檢測(cè)的優(yōu)先順序，防止各成分檢測(cè)中的相互干擾作用。 解決問(wèn)題策略1解決有關(guān)物質(zhì)組成實(shí)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題，一般解決問(wèn)題的思

16、維方法如下：方法1 :將少量固體樣品溶解于水中，取出溶液中存在的陰、陽(yáng)絡(luò)離子，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 方法2 :測(cè)定少量固體樣品在氧氣流動(dòng)等作用下反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)(如瓦斯氣體)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 方法3 :在少量樣品中加入酸(或堿)溶液進(jìn)行煤氣化，取檢測(cè)瓦斯氣體的成分，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 2 .留心以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)產(chǎn)生水蒸氣時(shí)，先檢測(cè)水蒸氣，再檢測(cè)其他成分。 (2)對(duì)于CO的檢測(cè)等需要轉(zhuǎn)換的成分，注意在CO中是否含有CO2，在存在CO2時(shí)，首先將CO2除去，對(duì)CO進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，檢測(cè)轉(zhuǎn)換生成物的CO2。 (三)問(wèn)題只給藥品和裝置的一部分，需要給予必要補(bǔ)充的剩馀，應(yīng)篩選。 (4)采用最合理的實(shí)驗(yàn)程序，這些個(gè)要求應(yīng)考慮反應(yīng)原理，限制藥品和裝置的選擇，確定操作程序，高度重視。 (5)非常重視藥品的名稱，有指出藥品名稱的主題。 這樣的問(wèn)題很難正確回答。 如