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1、高三化学专题复习化学实验的方案设计 一、本周教学进度及主要内容：第三册 第六章 化学实验的方案设计本讲主要内容 1.掌握实验设计的一般原则、要领、步骤2.运用综合性实验多方位培养设计能力二、学习指导 (一)实验设计的一般要领、1.目的：根据一定的条件和要求，运用有关的化学原理和实验技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法进行规划和设想，提出可行方案2.原则：科学性、可行性、简约性、安全性3.步骤：说明相关的理论根据和实验原理，写出对应的化学方程式 选择实验所必需的仪器和药品 注明装置的连接顺序和试剂加入的先后顺序及其它操作要领 描述有关实验现象，得出正确结论(二)实验设计中的仪器选择根据设计好的方

2、案，选择合适的仪器，必须考虑以下几方面：1.反应物的状态和性质：例如：实验室制取O2. 原料 装置 主要仪器 KClO3、MnO2 固固 气 大试管、单孔塞管、酒精灯 KMnO4 H2O2、MnO2 液固 气 烧瓶、分液漏斗、双孔塞导气管 H2O、Na2O22.反应条件例如：实验室制Cl2 MnO2 4HCl(浓) MnCl2 H2O Cl2 需用酒精灯 2KMnO4 16HCl 2KCl 2MnCl2 5Cl2 8H2O 不用酒精灯又如：加热需分清是直接还是间接加热或是水浴加热，这就决定了是否要用石棉网、烧杯另外，加热时温度是否有一定的限制，若有，则还需用到温度计，同时考虑温度计的水银球应放

3、在何处，才是恰当的位置3.根据制取物质的需要量 制取少量气体，可用试管来代替烧瓶，启普发生器等大容量的气体发生装置量筒、容量瓶、烧杯等都有不同的规格，尽量要选择符合要求的最小规格的仪器否则既浪费药品又带来误差4.是否要控制反应速率等大多实验中分液漏斗和长颈漏斗选用时无严格区别，只需将长颈漏斗末端液封住，即可起到相同的作用但是有时只能选择其一如用电石制乙炔时，因水与电石反应太激烈，为了控制液体滴加的速度，平缓反应，必须选用分液漏斗又如下列两种制H2装置，谁能起到随开随用，随关随停的作用呢？显然只能选择5.生成物的性质应考虑生成物的状态、溶解性、沸点高低等性质例如用浓H2SO4、乙醇、溴化钠加热来

4、制取的溴乙烷，蒸馏出的溴乙烷蒸气应通入到冰水浴中冷却且导气管尽量长一些6.根据生成物的纯度要求一般制取的物质常混有某些杂质，为提高其纯度则应加净化除杂装置常用的有洗气瓶、干燥管、U型管，若要分离，则可能要用到过滤器、分液漏斗、蒸馏烧瓶等7.环境污染和保护如有毒性、有刺激性的尾气应考虑吸收或其它处理方法处理方法不同，所用到的仪器、装置也可能不同(三)实验设计中的试剂及反应原理的选择为了实现实验目标，应根据提供的仪器及原料等考虑最佳方案例如制备氧气有多种方法，为何一般不用CO2和Na2O2反应来作为实验室制法呢？原因是用一种气体来制备另一种气体，一般会导致所制气体纯度不高，且CO2也要制取同样，在

5、测定Na2O和Na2O2混合物中Na2O2的质量分数时，采用加入足量水，测出Na2O2与水反应放出的O2体积的方法来测定想一想：若用通入CO2的方法来测定Na2O和Na2O2中Na2O2的质量分数，有何不妥？另外，对试剂的种类、浓稀等问题均要根据具体的反应特点来考虑例如：HCl、H2SO4、HNO3在不同的实验中有不同的要求 制NO2：用Cu和浓HNO3. 制NO：用Cu和稀HNO3. 用Cu和浓H2SO4() 制SO2 或用Na2SO3和稀H2SO4 用CaCO3和稀HCl(或HNO3) 制CO2 或用Na2CO3和稀H2SO4(或HNO3) 用MnO2和浓HCl（稀到一定程度不反应） 制C

6、l2 也可用KMnO4和HCl 制H2、H2S、糖类及酯的水解均要用稀H2SO4（否则，可发生其它反应，得不到相应产物或产率、纯度不高） 用乙醇制乙烯、酯化反应、蒸糖脱水、乙醇的卤代、苯的硝化、磺化、纤维素的硝化均要用浓H2SO4.(四)实验设计中有关顺序的选择1.装置的排列顺序：按气流方向确定仪器的连接顺序一般遵循：气体的发生除杂干燥主体实验尾气处理2.接口连接顺序：导管的进出口方向及长短是连接的关键 洗气装置 吸收气体装置 “长进短出” 水排气装置 一般的向上、向下排气集气装置 气排水装置 “短进长出” 反常的向上、向下排气集气装置 “大进小出”通过干燥管的气流方向请注意气一固反应装置放置

7、的方向不同，则气流方向有所不同除杂顺序：应遵循有序、互不干扰的原则3.操作顺序：(1)气体发生：装置连接气密性检查装固体药品加液体药品其它操作(2)加热操作：在烧瓶或其它玻璃容器中，加入固体后不能先加热后加液体原因：热的干的玻璃容器，遇到冷的液体，容器可能爆裂凡用可燃性气体（如H2、PH3、C2H2、CH4等）与固体反应（需加热）时，应在加热前先通原料气驱赶尽装置中的空气，才能加热若原料气本身有毒性或对环境有害的气体，应点燃尾气或改用其它无毒性气体驱赶，赶尽空气的目的是防止可燃性气体与空气混合受热爆炸例如：用H2、CO还原CuO，先通气体后试纯再加热，尾部用燃烧法除去多余H2、CO.思考：制P

8、H3（一种剧毒性气体易自燃）可用类似制NH3的方法反应为：PH4INaOH PH3NaIH2O实验开始时，先往气体发生装置中加入适量乙醚（沸点：34.5）并微热，其目的是什么？提示：加热，乙醚易挥发，利用乙醚蒸气密度大，排尽装置中的空气，以防止PH3自燃或爆炸，影响实验结果及安全用反应气赶走空气的另一目的是保证产品的纯度.如用N2与Mg制Mg3N2.若有O2，则更易形成MgO.熄灭酒精灯时，一般遵循“先点后灭”的原则目的是：()防止产物再被空气氧化，使其在还原性气体中冷却()防止可能引起倒吸三、综合性实验的典型例析例1.利用下图装置可测定m g纯碱样品（含少量NaCl）中Na2CO3的质量分数

9、 干燥管 干燥管 （A） （B） （C） (1)实验中使用的药品可能有：a.浓H2SO4、b.稀硫酸、c.稀盐酸、d.纯碱样品、e.碱 石灰、f.NaOH溶液、g.空气请将这些药品的盛装部分对号入座（必要时可重复 使用），请填写对应的序号： 、 、 、 、 、 、 (2)实验中使用了空气，其作用是 ；若通入空气的速度过 快或通入空气的量不足，则所测定Na2CO3的含量 （填“偏高”、“偏低” 或“准确”）(3)干燥管的作用是 ，若缺乏干燥管，其后 果是 (4)若分液漏斗中的滴液速度过快，将导致实验结果 （填“偏高”、“偏低” 和“准确”）(5)若干燥管内药品的质量实验前为m1 g，实验后为m2

10、 g，则样品中Na2CO3的质量 分数的数学表达式为 解：(1) g；f；d；b；a；e；e (2) 使反应产生的CO2气体充分排出，偏低 (3) 防止空气中的CO2和H2O被吸入干燥管中，使测出的样品中Na2CO3的质量分 数偏大 (4) 偏低 (5) 100%.例2某小型化工厂生产皓矾（ZnSO47H2O），结晶前的酸性饱和溶液中含有少量的 Cu2、Fe3和Fe2等杂质离子为了除去杂质，获得纯净的皓矾晶体，该工厂设加过量过滤加加过滤分离加过滤合并结晶 计如下工艺流程： 滤液 皓矾 滤液 溶液 沉淀酸性饱和溶液 滤液沉淀沉淀 已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH值范围分别为： Fe(O

11、H)3：2.73.7；Fe(OH)2：7.69.6；Zn(OH)2：5.78.0 试回答下列有关问题： (1)加入的试剂应是 ，主要反应的离子方程式是： (2)加入的试剂，供选择使用的有：氯水、NaClO溶液、20%的H2O2、浓H2SO4、 浓HNO3等，应选用 ，其理由是 (3)加入试剂的目的是 解：根据题意，可列出下列流程：Fe3Zn2Cu2Fe2Zn2Fe2H2O2Zn2Fe3ZnOZnSO4Fe(OH)3皓矾ZnSO4FeSO4CuH2SO4CuZn(Fe)Zn(1)加入过量的锌，Zn+2Fe3+=Zn2+ +2Fe2+ Zn+Cu2+=Zn2+ + Cu(2) 20%的H2O2, H2O2具有强的氧化性，又不带入新的杂质（3）加入ZnO促使Fe3+水解完全生成Fe(OH)3，增加Zn2+也不引入新杂质例3 在75左右，用HgSO4作催化剂，将乙炔