专题13第4讲实验方案的设计与评价.ppt
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1、1,第4讲 实验方案的设计与评价基础盘点一、实验方案的设计与评价自我诊断1.某兴趣小组设计出右图所示装 置来改进教材中“铜与硝酸的 反应”实验,以探究化学实验 的绿色化。,(固定装置略去),2,(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是。(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸,c中反应的化学方程式是。再由a向c中加2 mL蒸馏水,c中的实验现象是。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理念的最佳方案是,理由是。,3,4,(4)该小组还用上述装置进行实验,证明氧化性KMnO4Cl2Br2。
2、操作步骤为,实验现象为。但此实验的不足之处是。,5,答案(1)检查装置气密性(2)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O反应变缓,气体颜色变淡(3)丙 耗酸量最少,无污染(4)向d中加入KBr溶液,c中加入固体KMnO4,由a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生,d中溶液变为黄棕色 没有处理尾气,6,基础回归实验方案设计的基本要求1.科学性:实验原理、实验方法和操作程序必须科 学合理。2.安全性:实验操作要尽量防止带有危险性的操作,尽量避免与有毒物质接触,若无法避免则应采取 安全措施。3.环保性:有毒物质必须处理,以防污染环境。4.可行性:设计的实验方案要切实可行,所选用
3、的 药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到 满足。,7,5.简约性:实验设计应尽可能简单易行,应采用简 单的实验装置,用较少的实验步骤,能在较短的 时间内完成实验,且效果明显。6.经济性:综合考虑原料的用量、价格。7.创新性:创新性是设计的灵魂。近几年的高考化 学实验题,最显著的特点就是由基础知识、基本 实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计 方案的创新性可从以下两个方面考虑;一是反应 原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、“速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应均 可用于制备所需产物;二是实验装置的创新设计,,8,根据现有仪器,考虑题给药品的状态,是否需要加热等反应条件
4、,所给仪器还有哪些灵活的用途等,可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置,体现创新精神。,指点迷津在设计实验时,应在各种所设计的方案中,通过对比和归纳选择出具有安全性好、药品易得、操作简便、装置简单而且现象明显的最佳方案。,9,二、设计实验的思路自我诊断2.设计简单实验说明下列物质的氧化性由强到弱:Cl2FeCl3I2,可选用的药品有:氯水、FeCl3溶液、碘水、KI溶液、NaOH溶液、稀硫酸、盐酸、KSCN 溶液、淀粉碘化钾溶液、FeCl2溶液、H2O2、水等。所需仪器自由选择。简述实验步骤、现象、结论:。,答案 取FeCl2溶液少许,加入KSCN溶液,无明显现象,加氯水少许,变为血
5、红色溶液,说明氧化性Cl2FeCl3;取少许淀粉碘化钾溶液,加入FeCl3溶液,变蓝色,说明氧化性FeCl3I2,10,3.请设计一个简单的一次性完成的实验装置,验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序是:CH3COOHH2CO3C6H5OH。(1)利用下图所示仪器可以组装实验装置,则仪 器的连接顺序为:接,接,接。,11,答案(1)A D E B C F(2)连接好装置并检查气密性,在相应仪器内装入所需药品,打开分液漏斗活塞,使醋酸溶液滴入锥形瓶中,有气体生成:2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+H2O+CO2;试管中苯酚钠溶液变浑浊;CO2+H2O+C6H5ON
6、a C6H5OH+NaHCO3,(2)写出实验步骤、现象和有关的化学方程式:,12,基础回归1.设计思路:实验目的实验原理反应的仪器装置 操作步骤数据处理方法形成方案 2.实验操作的顺序(1)连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体 实验尾气处理顺序连接好实验仪器。(2)检查气密性。(3)装药品,进行实验操作。,13,要点精讲要点一 实验方案设计应注意的几个问题1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。若药品和仪器只部分给出,则应作必要的补充,若有剩余,则应进行筛选和淘汰。2.题目条件有无特殊要求 如采用最简单或最合理的实验步骤,这些要求对 我们考虑反应原理,选择药品和装置,确定操作 步骤都作了限定
7、,必须高度重视。3.实验过程中的隐蔽性操作 如某些必要的干燥、除杂、冷凝等,这些都是实 验中必不可少的,但容易被忽略。,14,4.药品的规格 有些题目要求指出药品的名称,这类问题学生最 难答准确,如有些药品的准确描述为:硫酸铜粉 末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意 某些仪器的规格。5.会画简单的实验装置图 考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示。,15,6.其他应注意的问题(1)冷凝回流的问题。(2)冷却问题。(3)防止倒吸问题。(4)具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液 漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮
8、管连接成连通 装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装 置中的漏斗末端套住一支小试管等。,16,特别提醒 近年来许多高考试题都是通过对教材实验进行重新设计或改进创新而成,其创新主要体现在:(1)在仪器或装置上的创新,如多装置一用或一装置多用。(2)实验形式上的创新。(3)实验方案或反应原理设计上的创新,如仪器、用品的选择。,17,【典例导析1】课题式课堂教学是研究性学习的一 种方式,其基本教学模式为:如图是甲同学设计的证明“CO具有还原性”的实验 装置。,18,(1)实验时应先点燃 处(填“A”或“B”)的酒精灯。(2)硬质玻璃管中反应的化学方程式为。(3)乙同学认为甲装置有待优化,如 尾
9、气可先储存在瓶内,然后再处理。如图乙是他设计的贮气瓶,尾气应从(填“a”或“b”)口通入(其他 装置略)。(4)丙同学质疑:CO能否使澄清石灰水变浑浊?因此,他设计在CO通入CuO之前,应先通入澄清 石灰水,以比较排除CO与澄清石灰水反应,试对 此作出评价。你认为丙的设计是否有必要,理由是。,19,(5)如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体,则应如何设计才能达到实验目的?。解析(1)CO为污染性有毒气体,由于先通CO 排空气,故应先点燃B处的酒精灯。(2)CO能还原CuO生成CO2。(3)贮气瓶应从a口进气,水从b口排出。(4)由于整个设计过程中CO开始通过了澄清石灰水,故没必要排除CO的
10、干扰。(5)应先除去CO2再通入装置。,20,答案(1)B(2)CuO+CO Cu+CO2(3)a(4)不必要 在酒精灯A点燃前,CO已通过了澄清石灰水(5)先通过碱石灰除去CO2后再通入装置,21,迁移应用1 二氯化二硫(S2Cl2)在工业上用于 橡胶的硫化。为在实验室合成S2Cl2,某化学研究 性学习小组查阅了有关资料,得到如下信息:将干燥的氯气在110 140 与硫反应,即可 得S2Cl2粗品。有关物质的部分性质如下表:,22,设计实验装置图如下:,(1)上图中气体发生和尾气处理装置不够完善,请你提出改进意见。,23,利用改进后的正确装置进行实验,请回答下列问题:(2)B中反应的离子方程
11、式:;E中反应的化学方程式:。(3)C、D中的试剂分别是、。(4)仪器A、B的名称分别是、,F的作用是。(5)如果在加热E时温度过高,对实验结果的影响是,在F中可能出现的现象是。(6)S2Cl2粗品中可能混有的杂质是(填写两种)、,为了提高S2Cl2的纯度,关键的操作是控制好温度和。,24,解析(1)A为带塞的分液漏斗,液体流入B中,导致A中上方压强小于B中上方压强,液体难以继续流入B中。若用橡皮管将A的上口和B相连,则可解决上述问题。制备S2Cl2温度在110140,S2Cl2成为气体,在G中又冷却为液体,但S2Cl2易与水反应,故应在G、H间加一个干燥装置。(2)B中为实验室制Cl2的反应
12、,E中为S和Cl2的反应。(3)C为除去Cl2中HCl的装置,D为干燥氯气的装置。(4)F为长导管,其作用为导气,冷凝S2Cl2。(5)若温度过高,一部分S2Cl2又分解,导致产率降低。F中若部分S2Cl2与水反应生成S,则有固体产生。,25,(6)S2Cl2在生成过程中,S与Cl2均过量;温度过高S2Cl2又与Cl2反应生成SCl2,所以为了提高S2Cl2的纯度,除控制好温度外,还要控制Cl2的产生速率。答案(1)用橡皮管将A的上口和B相连(或将A换成恒压滴液漏斗),在G和H之间增加干燥装置(2)MnO2+4H+2Cl-Mn2+Cl2+2H2O2S+Cl2 S2Cl2(3)饱和食盐水(或水)
13、浓硫酸(4)分液漏斗 蒸馏烧瓶 导气、冷凝(5)产率降低 有固体产生(或其他正确描述)(6)SCl2 Cl2 S(任写其中两种即可)控制浓盐酸的滴速不要过快,26,要点二 化学实验方案的评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否安全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。1.从可行性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则,在 对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学可 行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求,在 实际操作时能否做到可控易行。评价时,从以下4个 方面分析:,27,(1)实验原理是否正确、可行;(
14、2)实验操作是否安全、合理;(3)实验步骤是否简单、方便;(4)实验效果是否明显等。2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线 路,降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危 害,减少废弃物的产生和排放。据此,对化学实验过 程或方案从以下4个方面进行综合评价:(1)反应原料是否易得、安全、无毒;(2)反应速率是否较快;(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;(4)合成过程中是否造成环境污染。,28,3.从“安全性”方面对实验方案做出评价 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液体倒吸;(2)进行某些易燃易爆
15、实验时要防爆炸(如H2还原 CuO应先通H2,气体点燃先验纯等);(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中等);(4)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)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冷凝 回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等);,29,(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;(7)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑);(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。近几年高
16、考中,有些省份对实验评价的考查涉及到定量评价,即通过对所给化学实验数据的分析处理,对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义,进行合理取舍,提炼出有效数据。一些数据隐含着化学规律及化学原理,要找出数据的具体含义,分析比较数据之间的内在联系,建立题中的隐含数据与题目解答之间的联系,继而得出正确结论。,特别提醒,30,【典例导析2】某化学研究小组,通过网上查找资料发现,N2的制取有下列不同方案:a方案:加热条件下CuO氧化NH3制得纯净的N2和活性铜粉 b方案:加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2 c方案:将空气缓慢地通过灼热的铜粉制得较纯的N2 现实验室有供选择的如下几种仪器来制取N2
17、:,31,(1)若按a方案制N2时需要的氨气用生石灰和浓氨水作 原料制取,则宜采用上述仪器中的(填A、B、C)作NH3的发生器,该发生装置中发生的化学反应方程式为,要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气),还 须使用到上述仪器中的(按气流从左到右的流向顺序 列出)(填ABC)。(2)若按c方案制N2,用E装置将空气缓慢通入(填A、B、C)反应器,反应器内可观察到的现象是 该反应的化学方程式为。(3)上述制N2的三个方案中,a、c方案结合使用越来越 受到人们的关注,这种方法与b方案相比,其优越性在于。,32,解析(1)由题中所给信息可知,可适用于制备气体的装置是B、E,而E装置的优点是能控制
18、反应的进程,而B装置只能一次性加入所需要的反应物,不能控制反应的进程,所以选择E更好,其中发生的反应是CaO+NH3H2O Ca(OH)2+NH3,用此法制得的N2中还会含有未反应的NH3,因此还需要用试剂吸收NH3,但由于NH3是一种极易溶于水的气体,所以用排水法即可除去N2中含有的NH3,所以还需要使用的装置是A、D;,33,(2)利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排入到A装置中,在加热条件下将Cu氧化,从而除去O2,这样可得到纯净的氮气,O2+2Cu 2CuO;(3)在a、c方案中可将Cu和CuO交替使用,进行循环,从而降低成本,而b方案中用到了有毒的NaNO2。答案(1)ECaO+NH3
19、H2O Ca(OH)2+NH3 A、D(2)A 紫红色固体逐渐变黑 O2+2Cu 2CuO(3)CuO和Cu可循环利用,避免使用有毒物质NaNO2,34,35,36,有,C试管的塞子换成双孔塞,另一孔插,入一根直导管或直接将C试管的塞子拿走;在A、B之间加一个干燥管,37,浓氨水,生石灰(或固体氢氧化钠,或碱石灰),氧化铜,水,黑色氧化铜粉末变成红色粉末,试管内壁有水珠生成,38,无水乙醇,用水浴加热烧杯,氧化铁,银氨溶液,M处红棕色粉末变成黑色粉末,烧杯里有银镜产生,39,40,41,42,对点训练题组一 实验方案的设计与评价1.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜,有下列两种途径:
20、(1)Fe H2 Cu(2)CuO CuSO4 Cu 若用这两种方法制得等量的铜,则下列有关说法 符合实际情况的是()A.消耗氧化铜的质量相同B.消耗铁的质量相同C.消耗硫酸的质量相同D.生成硫酸亚铁的质量相同,H2SO4,CuO,H2SO4,Fe,43,解析 此题的关键问题在于实际操作中的注意事项。制备1 mol Cu需1 mol CuO,而H2还原时由于排净装置内空气、冷却,因此需要远大于1 mol H2的量,即消耗的Fe、H2SO4及生成的FeSO4均多。答案 A,44,2.在实验室进行下列有关物质的制备流程中,理论上正确、操作上可行且经济上合理的是(),45,解析 解题的关键是:准确判
21、断在实验室进行的物质的制备过程中,要理论上正确、操作上可行且经济上合理。A项中实验室里用在空气中点燃单质碳来制备CO的方法,在操作上是不可行的;B项中用硝酸银溶液与铜反应来制备Cu(NO3)2是不经济的;D项中用铁点燃燃烧制备氧化铁在理论上不正确、操作上不可行;只有C符合要求。答案 C,46,3.下列实验设计能够成功的是(),47,48,解析 A项中亚硫酸钠变质应被氧化成硫酸钠,检验时应使用氯化钡溶液和稀盐酸作检验试剂,而不应该使用硝酸钡和稀硝酸,因为在酸性条件下硝酸根(硝酸)能将亚硫酸盐(亚硫酸根)氧化成硫酸盐,干扰实验现象,A错误;B项中由于乙酸能和碳酸钠溶液反应生成可溶性的乙酸钠,且乙酸
22、乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度小,故可通过分液分离,B正确;C项中后续操作用到了具有强氧化性的稀硝酸,稀硝酸也能将I-氧化成I2,干扰实验现象,应改用稀盐酸,C错误;D项中并没有检验出Fe2+,因为硝酸具有强氧化性,将Fe2+氧化成了Fe3+,D错误。答案 B,49,4.水蒸气通过灼热的焦炭后,流出气体的主要成分是CO和H2,还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器,选择必要的试剂,设计一个实验,证 明上述混合气中有CO和H2(加热装置和导管等 在图中略去)。,50,回答下列问题:(1)盛浓H2SO4的装置用途是,盛NaOH溶液的装置用途是。(2)仪器B中需加入试剂的名称(或化学式)是,所发
23、生反应的化学方程式是。,51,(3)仪器C中需加入试剂的名称(或化学式)是,其目的是。(4)按气流方向连接各仪器,用字母表示接口的 连接顺序:gab。(5)能证明混合气体中含有CO的实验依据是。(6)能证明混合气中含有H2的实验依据是。,52,解析 设计该实验的最终目的是验证水蒸气通过灼热的焦炭后的混合气体中有CO和H2,根据所学知识结合所给仪器可知,CO和H2都可以通过灼热的CuO使黑色的氧化铜还原为红色的铜这一现象来验证,只要学生在设计实验时注意到原混合气体中有CO2和H2O,实验前必须除去且CO和H2不能同时验证即可。,53,答案(1)除去水蒸气 除去CO2(2)氧化铜(CuO)CuO+
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- 专题13 第4讲 实验方案的设计与评价 专题 13 实验 方案 设计 评价
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