高考化学一轮复习 专题二十五 实验方案的设计与评价 考点一 制备实验方案的设计与评价教学案.docx

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高考化学一轮复习专题二十五实验方案的设计与评价考点一制备实验方案的设计与评价教学案

专题二十五　实验方案的设计与评价

考纲展示　命题探究

1　气体物质的制备实验

（1）气体实验的操作顺序

①安装顺序

a．由下到上（如制氯气的发生装置安装顺序是：

放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶）。

b．从左到右（如制氯气：

发生装置→净化装置→收集装置→吸收装置）。

c．先塞后定（把带导管的胶塞在烧瓶固定前塞好，以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器）。

②加试剂顺序

固体先放入，液体后滴加（即先固后液）。

③其他操作顺序

先检验气密性，后装入药品（便于在装置漏气时进行调整或更换仪器），最后点燃酒精灯（所有准备工作完毕后）；在连接导管时，应长进短出；量气装置的导管应短进长出；干燥管应大口进，小口出。

（2）常见气体制备的反应原理

气体

反应原理

O2

2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

2KClO32KCl＋3O2↑

2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

2H2O22H2O＋O2↑

续表

气体

反应原理

H2

较活泼金属（如Zn、Fe）与稀强酸（如稀硫酸、盐酸，但勿用硝酸或浓硫酸）的置换反应

CO2

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

Cl2

MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O

NH3

2NH4Cl＋Ca（OH）22NH3↑＋2H2O＋CaCl2（实验室亦常用浓氨水中加NaOH固体来制取少量NH3）

SO2

无水Na2SO3粉末与中等浓度硫酸进行复分解反应：

Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑

NO2

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

NO

3Cu＋8HNO3（稀）3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

C2H4

CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O

C2H2

电石与饱和食盐水进行反应：

CaC2＋2H2O―→Ca（OH）2＋C2H2↑

（3）常见气体制备的发生装置

（4）常见气体的净化与干燥装置

液体干燥剂

固态干燥剂

固体，加热

装置

常见

干燥剂

浓硫酸（酸性、

强氧化性）

无水氯化

钙（中性）

碱石灰（碱性）

除杂试剂

（Cu、CuO、

Mg）

可干燥

的气体

H2、O2、Cl2、SO2、CO2、

CO、CH4、N2

H2、O2、Cl2、SO2、CO、

CO2、CH4

H2、O2、N2、CH4、NH3

可除去

O2、H2、

CO、N2

不可干

燥的气

体

NH3、HBr、

HI、H2S等

NH3

Cl2、SO2、

CO2、NO2、

HCl等

—

（5）常见气体的收集方法

收集方法

排水法

向上排空气法

向下排空气法

收集原理

收集的气体不与水反应且不溶于水

收集的气体密度比空气大，且与空气密度相差较大，不与空气中成分发生反应

收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应

收集装置

a

b

c

适用

气体

O2、H2、NO、CH4、C2H2、

C2H4

O2、CO2、Cl2、

SO2、NO2、HCl

H2、CH4、NH3

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（1）NO不能用排空气法收集（2NO＋O2===2NO2）。

（2）气体密度与空气相近的不用排空气法，例如CO。

（3）有毒气体（Cl2、SO2、H2S等）用排空气法收集时，要在密闭装置内进行。

（6）尾气的处理

①转化处理

对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。

实验室中常见有毒气体的处理方法如下表：

Cl2

SO2

NO2

H2S

HCl

NH3

CO

NO

NaOH溶液

CuSO4溶

液或NaOH

溶液

水

水或

浓硫酸

点燃

与O2混合后通

入NaOH溶液

②直接排空处理：

主要是针对无毒、无害气体的处理。

如N2、O2、CO2等。

③尾气处理装置

a．在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入烧杯中的溶液中，用某些试剂吸收除去（如图甲）。

如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。

b．某些可燃性气体可用点燃或转化的方法（如图丙）。

如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。

c．收集法，如图丁，尾气也可以采用收集的方法，如CH4、C2H4、H2、CO等。

d．对于溶解度很大吸收速率很快的气体，吸收时应防止倒吸，典型装置如图乙。

常见的防倒吸装置还有如下改进图（以NH3的吸收为例，未注明的液体为水）。

　2　常见几种非气态物质的制备

（1）选择最佳反应途径

①用铜制取硫酸铜

2Cu＋O22CuO、CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O。

②用铜制取硝酸铜

2Cu＋O22CuO、CuO＋2HNO3===Cu（NO3）2＋H2O。

③用铝制取氢氧化铝

2Al＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

Al2（SO4）3＋6NaAlO2＋12H2O===8Al（OH）3↓＋3Na2SO4

当n（Al3＋）∶n（AlO）＝1∶3时，Al（OH）3产率最高。

（2）选择最佳原料

如用氯化铝溶液制氢氧化铝

①原理

离子方程式：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH。

②注意事项：

氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠溶液，但不溶于氨水，制备时一般用可溶性铝盐与氨水反应。

（3）选择适宜操作方法

如实验室制备氢氧化亚铁

①原理

离子方程式：

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓。

②注意事项

a．Fe（OH）2有强还原性，易被氧化而迅速变色，因此用于配制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的蒸馏水要煮沸，以便除去水中溶解的氧气。

b．将吸有氢氧化钠溶液的胶头滴管伸入硫酸亚铁溶液液面下，再将氢氧化钠溶液挤出。

c．还可再在硫酸亚铁溶液上加一层植物油，尽量减少与空气的接触。

（4）氢氧化铁胶体的制备

①原理

化学方程式：

FeCl3＋3H2OFe（OH）3（胶体）＋3HCl。

②操作步骤：

加热蒸馏水至沸腾，逐滴滴加饱和氯化铁溶液，加热至液体呈红褐色停止加热，不可搅拌。

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制备氢氧化铁胶体时，加入氯化铁溶液不能过快和过多，煮沸至液体变成红褐色透明状时即停止加热，否则易生成沉淀。

3　制备实验方案的设计与评价

（1）物质制备实验方案的设计原则

①条件合适，操作方便；

②原理正确，步骤简单；

③原料丰富，价格低廉；

④产物纯净，污染物少。

（2）物质制备实验方案的评价

对物质制备实验方案的评价，是指为达到一定的制备目的而对实验方案进行的价值判断，这种评价基于对实验原理的理解，对元素化合物知识的融会贯通，对实验手段优劣的辨析，通过分析和综合，比较和论证，选择最佳方案，其中主要是对方案的简便性、可行性、环保经济性进行评价。

（3）物质制备实验方案设计与评价应注意的问题

①在满足物质制备条件的前提下，制备装置越简单越好。

②刚制备好的物质要注意分析可能含有的杂质，在除杂过程中所选择的实验仪器、实验药品和除杂步骤应力求最简化。

③在物质的收集或保存过程中要注意物质储存的环境，避免储存过程中物质受污染或变质。

④如果制备过程中有气体产生，或制备的物质是气体，或使用的试剂有气态物质，一定要确定剩余的气态物质不会污染环境，设计好尾气处理装置。

⑤整个过程结束后要注意对剩余药品的处理，避免污染环境、发生火灾等。

1.思维辨析

（1）将NH4Cl溶液蒸干制备NH4Cl固体。

（　　）

（2）用如图所示装置制备乙酸乙酯。

（　　）

（3）用如图所示装置制取收集干燥氨气。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×

2．请回答下列实验室中制取气体的有关问题。

（1）下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。

装置B、C、D的作用分别是：

B____________________________________________________；

C____________________________________________________；

D____________________________________________________；

（2）在实验室欲制取适量NO气体。

①下图中最适合完成该实验的简易装置是________（填序号）；

②根据所选的装置完成下表（不需要的可不填）：

应加入的物质

所起的作用

A

B

C

D

③简单描述应观察到的实验现象__________________________。

答案　

（1）向上排空气法收集氯气　安全作用，防止D中的液体倒吸进入集气管B中　吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境

（2）①Ⅰ

②

应加入的物质

所起的作用

A

铜屑和稀硝酸

制取NO气体

B

水

排水法收集NO气体

C

主要是接收B中排出的水

③反应开始时，A中铜表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；A管上部空间由无色逐渐变为浅棕红色，随反应的进行又逐渐变为无色；A中的液体由无色变为浅蓝色；B中的水面逐渐下降，B管中的水逐渐流入烧杯C中

解析　

（1）制取氯气时一定有氯气的收集装置，氯气的密度大于空气的密度，因此收集时应该是“长进短出”，所以B装置为收集装置；因为氯气有毒，则D为尾气吸收装置，结合C的导管情况，确定为防倒吸装置。

（2）实验室常用稀硝酸与铜反应制取NO，由于NO与氧气在常温下发生反应，因此不能用排空气法收集NO，应用排水法，需要“短进长出”，只有装置Ⅰ符合此要求。

排出的水需要用仪器进行接收。

描述实验现象可按照“陆”——固体及表面的颜色或质量的变化、“海”——溶液中的一些现象、“空”——生成气体的现象的顺序来描述，这样不会遗漏。

　[考法综述]　高考中的化学实验题常对制备实验的设计与评价进行考查，要想解决此类问题，学生们应从五方面入手，即①明确目的原理；②选择仪器、药品；③设计实验步骤；④记录现象、数据；⑤分析得出结论。

命题法1　无机物制备的综合性实验

典例1　　硫代硫酸钠是一种重要的化工产品。

某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体（Na2S2O3·5H2O）。

Ⅰ.【查阅资料】

（1）Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。

（2）向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3，所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4。

（3）Na2SO3易被氧化；BaSO3难溶于水，可溶于稀HCl。

Ⅱ.【制备产品】

实验装置如图所示（省略夹持装置）：

实验步骤：

（1）检查装置气密性，按图示加入试剂。

仪器a的名称是________；E中的试剂是________________（填字母）。

A．稀H2SO4B．NaOH溶液

C．饱和NaHSO3溶液

（2）先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3混合溶液，再向A中烧瓶滴加浓H2SO4。

（3）待Na2S和Na2CO3完全消耗后，结束反应。

过滤C中混合物，滤液经________（填操作名称）、结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。

Ⅲ.【探究与反思】

（1）为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4