高中化学 第四单元 研究型实验 43 综合实验设计教案 新人教版选修6.docx

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高中化学第四单元研究型实验43综合实验设计教案新人教版选修6

课题三综合实验设计

●课标要求

1．能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化。

2．能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。

3．能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。

●课标解读

1．熟悉各类实验的仪器使用，学会综合实验设计，培养综合实验设计创新思想。

2．能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理。

3．能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。

●教学地位

本课题是选修6中最后一节，为选学内容，但本节课涉及到的内容也比较重要，如启普发生器的使用，创新实验的设计等在近年全国高考的理综测试卷中，每年都至少有一道化学实验试题具有开放性的特征，所以本节课也不能忽视。

（教师用书独具）

●新课导入建议

美国“阿波罗登月计划”总指挥韦伯在“阿波罗”登月成功后曾说：

“‘阿波罗计划’中没有一项新发明的技术，都是现成的技术，关键在于综合。

”

综合也是创新，实验设计创新是建立在课本的基础实验之上，没有基本实验方法与技能就谈不上实验设计的创新，实验的创新是实验的生命，它包括新实验的设计和旧实验的改进，实验设计的创新往往体现在以下方面，即：

一个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种仪器的多种用途，一个用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法等。

这对培养我们的发散思维具有重要的作用和意义。

在本课题中，我们将综合利用现已掌握的各种知识和技能，进行实验设计上的“创新”尝试。

●教学流程设计

⇒

⇒师生互动完成探究1启普发生器的组成工作原理、应用，互动方式可利用问题导思，教师通过例1，对探究1进行总结，指导学生完成变式训练1及当堂双基达标1、2、3检验学生对探究点的理解掌握情况⇒师生互动完成探究2实验方案的设计与评价，互动方式可利用问题导思，教师通过例2对探究2进行总结指导学生完成变式训练2及当堂双基达标4、5、6、7检验学生对探究点的理解掌握情况⇓

⇐

课　标　解　读

重　点　难　点

1.能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价、优化。

2.综合运用已有知识、技能，充分调动潜能，培养创新思维，体验创新乐趣。

1.综合实验设计的创新。

（重点）

2.综合实验设计实践。

（难点）

装置的改进与创新

1.启普发生器

（1）组成：

启普发生器由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。

（2）工作原理：

（以稀硫酸和锌粒制H2为例）

打开活塞，容器内压强与外界大气压相同，球形漏斗内的稀硫酸在重力作用下流到容器内，与锌粒接触，产生氢气；关上活塞后，氢气继续生成，此时容器内的压强大于外界大气压，压力将酸液压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，氢气不再产生。

（3）使用范围

启普发生器适用于块状固体与液体试剂在常温条件下制取气体。

如氢气、二氧化碳等气体。

（4）气密性的检验

使用前应先检查装置的气密性，方法是开启旋塞，向球形漏斗中加水，当水充满容器下部的半球体时关闭旋塞，继续加水，使水上升到球形漏斗中。

静置片刻，观察水面是否下降，如果下降说明漏气，反之不漏气。

2．如右图所示，准备好装置和试剂，确信烧瓶塞紧后，将滴管内水滴入烧瓶，观察到的现象是烧瓶内的气球膨胀，原因是：

滴入水后，大量气体溶解于水，使烧瓶内压强减小，小于大气压，利用大气压使气球在烧瓶内膨胀。

此实验的原理与喷泉实验原理相似。

1．图中两个气体发生装置有什么异同？

各有什么特点？

气体发生装置

【提示】　仪器不同、装置不同，但所依据的原理相同，都适用于块状固体跟液体的反应，不需要加热。

3．用玻璃管弯制成的U形管、T形管、软胶管、弹簧夹等连接成如右图所示装置。

U形管中加入适量红色水溶液，即得简易U形气压计。

将此装置用于以下实验：

①溶解热效应、反应热效应实验

实验时，先按图示将实验装置连接好。

在U形管内加入少量品红溶液（或红墨水）。

打开T形管上的弹簧夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧弹簧夹。

然后将A中液体逐滴滴入B中，观察现象。

用此装置实施放热、吸热过程的方法及现象如下表所示：

反应物

U形管中的现象

实验结论

A

B

浓硫酸

水

U形管中液面左低右高

浓硫酸与水混合放热

水

硝酸铵

U形管中液面右低左高

硝酸铵与水混合吸热

水

过氧化钠

U形管中液面左低右高

Na2O2与水反应放热

②证明、测定空气中的氧气参与氧化还原反应实验

将铁钉放在如下图所示的试剂瓶中，用饱和食盐水浸泡，过一段时间观察，U形管中液面右低左高，说明发生的是吸氧腐蚀，相关的电极反应式为负极：

2Fe－4e－

2Fe2＋；正极：

O2＋2H2O＋4e－

4OH－。

可见，此装置的应用可以归纳为两类：

有气体量变化（增加或减少）的实验，如上述实验②；有温度变化从而使气体体积发生变化的实验，如上述实验①。

综合实验设计程序

1.确定实验设计项目。

2．前期准备工作

针对所选项目相关的知识、仪器、技术等问题查阅资料，做好理论、技术和装置上的准备。

3．提出设计方案初稿。

4．检验设计实验的效果。

5．写出实验设计报告。

报告中应包括实验名称、实验目的、实验原理、实验用品、实验安全、实验装置图、实验步骤和实验现象记录，对记录的整理分析及实验结论等。

2．化学实验方案设计的一般思路是什么？

【提示】　

实验设计的创新

【问题导思】

①实验设计的创新包括哪些方面？

【提示】　包括实验原理、实验装置、实验效果、实验步骤与程序、实验安全等方面的创新。

②实验装置、仪器的创新指哪些方面？

【提示】　主要包括仪器的新用途、替代物、重新组合、装置的改进等方面。

实验设计的创新包括以下几个方面：

（1）实验原理的创新，如与其他学科的综合、新反应的应用、新的检测手段的应用等。

（2）实验装置、仪器的创新，如仪器的新用途、替代物、重新组合、装置的改进等。

（3）实验效果的创新，如视觉效果——实验现象明显（如颜色变化、能量变化、气体的产生等）、应用多媒体手段放大或模拟、现代实验技术（数字化采集器、光谱分析法）的应用等。

（4）实验步骤与程序的创新，如简化、快速、安全等。

（5）实验安全的创新，如有毒药品的替换、消除实验污染安全装置的设计等。

　（2012·上海高考）碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下：

步骤一：

废铜屑制硝酸铜

如图，用胶头滴管吸取浓HNO3缓慢加到锥形瓶内的废铜屑中（废铜屑过量），充分反应后过滤，得到硝酸铜溶液。

步骤二：

碱式碳酸铜的制备

向大试管中加入碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热至70℃左右，用0.4mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡，静置，过滤，用热水洗涤，烘干，得到碱式碳酸铜产品。

完成下列填空：

（1）写出浓硝酸与铜反应的离子方程式______________________________________________。

（2）上图装置中NaOH溶液的作用是________。

反应结束后，广口瓶内的溶液中，除了含有NaOH外，还有________（填写化学式）。

（3）步骤二中，水浴加热所需仪器有________、________（加热、夹持仪器、石棉网除外）；洗涤的目的是________。

（4）步骤二的滤液中可能含有CO

，写出检验CO

的方法。

___________________________________。

（5）影响产品产量的主要因素有________。

（6）若实验得到2.42g样品（只含CuO杂质），取此样品加热至分解完全后，得到1.80g固体，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是________。

【解析】　

（2）广口瓶内铜与浓硝酸反应生成大气污染气体NOx，NaOH溶液可用来吸收NOx，利用NO2＋2NaOH

NaNO2＋NaNO3＋H2O可知，反应结束后，广口瓶的溶液中，除了剩余的NaOH外，还含有新生成的NaNO2与NaNO3。

（3）因反应器为大试管，故水浴加热中用来盛放水的仪器可以选用烧杯，温度计（测定水温）；洗涤可除去碱式碳酸铜表面吸附的硝酸钠。

（5）由步骤2可知实验成功的关键是控制溶液pH和反应温度，故影响产品质量的主要因素为温度、pH。

（6）碱式碳酸铜完全分解得到CuO，设样品中碱式碳酸铜的质量分数为x，依据碱式碳酸铜受热分解的方程式，利用“差量法”可得：

222∶62＝2.42x∶（2.42－1.80），解得x＝0.92。

【答案】　

（1）Cu＋4H＋＋2NO

Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O　

（2）吸收氮氧化物（合理即可）　NaNO3、NaNO2　（3）烧杯　温度计　除去产品表面吸附的硝酸钠

（4）取样，加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，说明有CO

（5）温度、pH

（6）0.92

1．下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是（　　）

A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳

B．锌粒和稀硫酸制氢气

C．浓硫酸和亚硫酸钠制取二氧化硫

D．电石和水制取乙炔

【答案】　B

实验方案的设计与评价

【问题导思】

①实验方案设计的一般思路是什么？

【提示】　明确目的和原理→选仪器药品→设计步骤和装置→评价确定方案。

②化学实验方案评价的原则是什么？

【提示】　化学实验方案的评价原则

a．安全无险　b．装置最简　c．药品价格低廉　d．环保无污染　e．操作方便　f．原理简单、正确　g．现象最明显。

1．实验方案设计的一般思路

→

→

→

2．实验设计的注意事项

（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，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。

（4）药品的描述

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

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。

（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。

3．实验方案的评价

（1）从科学性和可行性对方案评价

（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的产率是否较高；

④合成过程中是否造成环境污染。

（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（