高考化学二轮专题复习讲义专题6 化学实验方案的设计与评价Word文档格式.docx
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有毒、有害的物质必须处理,以免污染环境
经济性
合考虑原料的用量、价格
2.设计思路
设计内容
基本思路
物质制备的设计
由所给原料和所需要制备的物质出发,根据化学原理设计出不同的制备方案,通过对比分析,找出最佳的制备途径。
即:
实验原料→实验原理→途径设计(途径Ⅰ、途径Ⅱ、途径Ⅲ……)→最佳途径→实验仪器→实验方案→制得物质。
由于大多数有机反应,副反应较多,且为可逆反应,因此设计有机物制备实验方案时,尽可能选择步骤少、副产物少的有机反应。
若两种有机物参加的可逆反应,应考虑多加一些价廉的反应物,以提高另一种反应物的转化率和产率。
另外,有机物的制备实验,控制反应条件尤为重要
物质性质实验的设计
先根据物质的)结构特点,预测物质可能具有的性质;
然后选择实验时所需要的药品及仪器;
最后针对预测进行实验。
在性质实验设计的具体过程中可细化为:
探究性实验方案的设计程序为:
物质的结构特点→实验事实→科学抽象→结论;
验证性实验方案的设计程序为:
物质的结构特点→性质推测→实验验证→结论
物质检验方案设计
首先对试样进行外观观察,确定其颜色、气味、状态等。
然后准备试样,并进行检验。
当试样是固体时,应先取少量配成溶液,同时观察试样是否溶解,在溶解时有无气体产生等,以初步判断试样可能含有哪类物质,最后根据实验现象得出结论。
解答有关检测物质组成实验的流程设计问题,常见的解题思路如下:
取少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论;
或取少量固体试样→在氧气流等环境中反应→检测所产生的物质(如气体)→得出实验结论;
或取少量试样→加酸(或碱)溶液使其气化→检测气体的成分→得出实验结论
3.设计步骤
步骤
要求
明确目的原理
首先必须认真审题,明确实验的目的要求,弄清题目有哪些新的信息,综合已学过的知识,通过类比、迁移、分析,从而明确实验原理
选择仪器药
根据实验的目的和原理,以及反应物和生成物的性质、反应条件,如反应物和生成物的状态,能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等,从而选择合理的化学仪器和药品
设计装置步骤
根据上述实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。
学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力,实验步骤应完整而又简明
记录现象数据
根据观察,全面而准确地记录实验过程中的现象和数据
分析得出结论
根据实验观察的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等处理,得出正确的结论
4.注意事项
注意事项
注意内容
防倒吸
净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸
防爆炸
进行某些易燃易爆实验时要防爆炸,如H2还原CuO应先通H2,气体点燃先验纯等
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
防吸水
如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施,以保证达到实验目的
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
【巩固演练】氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。
某AlN样品仅含有Al2O3杂质,为测定AlN的含量,设计如下三种实验方案。
(已知:
AlN+NaOH+H2O===NaAlO2+NH3↑)
【方案1】取一定量的样品,用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图C装置中球形干燥管的作用是________________________________。
(2)完成以下实验步骤:
组装好实验装置,首先____________________,再加入实验药品,接下来的实验操作是____________________,打开分液漏斗活塞,加入NaOH浓溶液,至不再产生气体。
打开K1,通入氮气一段时间,测定C装置反应前后的质量变化。
通入氮气的目的是________________________________。
(3)由于装置存在缺陷,导致测定结果偏高,请提出改进意见______________。
【方案2】用下图装置测定mg样品中AlN的纯度(部分夹持装置已略去)。
(4)为测定生成气体的体积,量气装置中的X液体可以是________(填选项序号)。
a.CCl4 b.C6H6c.NH4Cl溶液d.H2O
(5)若mg样品完全反应,测得生成气体的体积为VmL(已转换为标准状况),则AlN的质量分数是________(用含m、V的数学表达式表示)。
【方案3】按以下步骤测定样品中AlN的纯度:
(6)步骤②生成沉淀的离子方程式为_________________________________。
(7)若在步骤③中未洗涤,测定结果将________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
样品完全反应,测得生成气体的体积为VmL(已转换为标准状况),设AlN的质量为x
AlN+NaOH+H2O===NaAlO2+NH3↑
4122.4L
xV×
10-3L
x=41V×
10-3/22.4
则AlN的质量分数=
×
100%。
(6)步骤②生成的沉淀是氢氧化铝,是偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳气体反应生成,反应的离子方程式为AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
(7)若在步骤③中未洗涤,沉淀不洗涤得到滤渣质量会增大,测定结果会偏高。
答案:
(1)防倒吸
(2)检查装置气密性 关闭K1,打开K2 把装置中残留的氨气全部赶入C装置(3)C装置出口处连接一个干燥装置(4)ab (5)
100%(6)AlO
(7)偏高
二、化学实验方案的评价
对化学实验方案进行评价,主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。
另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的方面。
评价方向
评价内容
分析实验方案是否科学可行;
实验操作是否安全合理;
实验步骤是否简单方便;
实验效果是否明显
绿色化学
实验过程中是否造成环境污染;
原料是否无毒、安全、易得;
原料利用率及反应速率是否较高;
反应速率是否较快
净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸;
进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2,气体点燃前先验纯等);
防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等);
污染性的气体要进行尾气处理;
有粉末状物质参加的反应,要注意防止导气管堵塞;
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)
规范性
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);
易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;
仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序;
其他如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等
【巩固演练】TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。
(1)实验室利用反应TiO2(s)+CCl4(g)
TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下制备TiCl4,实验装置示意图如下:
有关物质性质如下表:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。
装置E中的试剂是________。
反应开始前依次进行如下操作:
组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括:
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。
正确的顺序为________(填序号)。
欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是________。
(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括:
酸溶 FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)
水解 TiOSO4(aq)+2H2O(l)
H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
简要工艺流程如下:
①试剂A为________(填化学符号)。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度过高会导致产品TiO2收率降低,原因是____________________________________________。
②取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,再加H2O2后出现微红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2也会发黄,发黄的杂质是________(填化学式)。
的TiOSO4水解为固体H2TiO3,过滤后混入FeSO4·
7H2O中,导致TiO2产率降低。
②先加KSCN溶液无现象,加H2O2后出现红色,说明存在Fe2+;
经加热后Fe2+被氧化为Fe2O3而使产品发黄。
(1)干燥管 浓硫酸 检验装置气密性 ②③① 分馏(或蒸馏)
(2)①Fe 温度过高会导致TiOSO4提前水解,产生H2TiO3沉淀 ②Fe2+ Fe2O3
【过关演练】
1.下列图中的实验方案,能达到实验目的的是
A
B
C
D
实验方案
将NO2球浸泡在冰水和热水中
实验目的
探究温度对平衡2NO2N2O4的影响
比较HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性强弱
除去CO2气体中混有的SO2
验证FeCl3对H2O2分解反应有催化作用
2.(2016届孝感模拟)为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl),准确称量W0g样品进行实验,下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理(除W0外)的是
实验方法
测量数据
滴定法
将样品配成100mL溶液,取10mL,加入甲基橙,用标准盐酸滴定
消耗盐酸的体积
量气法
将样品与盐酸反应,生成的气体全部被碱石灰吸收
碱石灰增重
重量法
样品放入烧瓶中,置于天平上,加入足量盐酸
减轻的质量
将样品与盐酸反应,气体通过排水量气装置量气
排水体积
3.(2016届昆明模拟)下列实验方案不能达到实验目的的是( )
选项
探究接触面积对化学反应速率的影响
相同温度下,取等质量的大理石块、大理石粉分别投入等体积、等浓度的盐酸中