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1、第3讲化学实验方案的设计与评价 1 设计 评价或改进实验方案 2 了解控制实验条件的方法 3 分析或处理实验数据 得出合理结论 4 绘制和识别典型的实验仪器装置图 一 常见气体的制备 从水槽中拿出导气管 排水法 向上排空气法 向下排空气法 向下 2KClO32KCl 3O2 2NH4Cl Ca OH 22NH3 CaCl2 2H2O 向上排空气法 排水法 碎瓷片 NaOH溶液 170 CH3CH2OHCH2 CH2 H2O MnO2 4HCl 浓 MnCl2 Cl2 2H2O Zn H2SO4 ZnSO4 H2 CaC2 2H2O Ca OH 2 C2H2 3Cu 8HNO3 浓 3Cu NO
2、3 2 2NO 4H2O 排水法 液面以下 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O Na2SO3 H2SO4 Na2SO4 SO2 H2O Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 向上排空气法 液面以下 二 化学实验方案的设计与评价 1 实验设计的原则 1 科学性 2 3 4 可行性2 实验设计的方法 1 明确实验目的 2 选择 3 设计装置步骤 4 记录 5 分析得出结论 以上只是解答综合实验设计题的一般思考方法 在解答过程中 应根据实验设计题的具体情况和要求 作出正确的回答 安全性 简约性 实验原理 反应物 实现现象 实验数据 3 化学实验方案设计的类型 实验
3、设计 实验方案的设计 实验方案的设计 实验设计方案的 综合实验 制备 性质 评价 有些气体有毒性 实验室制备或使用这些气体时 要进行尾气处理 尾气处理常用哪些方式 提示 1 吸收溶解度较小或吸收速率不太大的尾气 如Cl2等 2 吸收溶解度较大的尾气 如HCl NH3等 3 点燃除去或收集于塑料袋中 气体的制备 1 气体的制备气体发生装置依据制备气体所需反应物的状态和反应条件可分成三类 1 固体 固体气体适用范围 O2 NH3等 2 固体 液体 气体适用范围 H2 CO2 NO2 SO2 NO等 其中可用启普发生器的有H2 CO2 3 固体 液体气体 或液体 液体气体 适用范围 Cl2 气体发生
4、装置 图A E 2 装置气密性检验 1 检查装置气密性的原理尽管实验装置各不相同 但对其气密性检查的原理不外乎两种 一是利用气体受热 体积膨胀的原理 二是利用温度一定 一定量的气体产生的压力一定的原理 二者都可以通过克拉珀龙方程予以合理的理论解释 2 检查装置气密性的基本方法方法一 微热法 如右图 把导管的下端浸入水中 用手紧捂试管 或用酒精灯微热 导管口若有气泡冒出 松开手后 导管口又形成一段水柱 则证明装置气密性良好 方法二 液面差法 如右图 把弹簧夹关闭 向长颈漏斗内加水至浸没漏斗下端 并在下端导管形成一段液柱 若液柱高度不变 证明装置气密性良好 方法三 增大或减小装置内气体的体积 如上
5、图 打开弹簧夹 从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端 用洗耳球通过导管向试管内鼓入空气 使水进入漏斗下端导管形成一段液柱 关闭止水夹 若液柱不下降 则证明装置气密性良好 或者打开弹簧夹 从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端 用注射器通过导管向外抽气 若抽气时漏斗下端管口有气泡冒出 则证明装置气密性良好 方法四 加热液封装置 如上图 打开止水夹 从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端 关闭止水夹 用酒精灯微热试管 长颈漏斗下端导管内液面上升形成液柱 则证明装置气密性良好 3 气体的净化 1 除杂试剂选择的依据主要气体和杂质气体性质上的差异 如溶解性 酸碱性 氧化还原性 可燃性等 2 除杂原则
6、 不损失主要气体 不引入新的杂质气体 在密闭装置内进行 先除易除的气体 3 除杂装置洗气瓶 干燥管 U形管 硬质玻璃管等 4 气体的干燥 除去气体中的水分 干燥是使用适宜的干燥剂和装置除去气体中混有的少量水分 常用装置有干燥管 A U形管 B 内装固体干燥剂 和洗气瓶 C 内装液体干燥剂 常用的干燥剂有 浓硫酸 酸性干燥剂 可干燥N2 O2 H2 Cl2 CO CO2 SO2 HCl NO NO2 CH4 C2H4等 不可干燥还原性或碱性气体 如H2S HBr HI NH3等 P2O5 酸性干燥剂 可干燥H2S HBr HI及浓硫酸能干燥的气体 不可干燥NH3等 无水CaCl2 中性干燥剂 可
7、干燥除NH3以外的其他气体 NH3能与CaCl2反应生成络合物CaCl2 8NH3 碱石灰 碱性干燥剂 可干燥NH3及中性气体 N2 O2 H2 CO NO CH4 C2H4等 不能干燥酸性气体 硅胶 酸性干燥剂 可干燥Cl2 O2 H2 CO2 CH4 C2H4 其他 如生石灰 NaOH也可用于干燥NH3及中性气体 不可干燥有酸性或能与之反应的气体 5 注意事项 用洗气瓶吸收杂质时 气流方向是长管进 短管出 用干燥管吸收杂质时 气流方向是大口进 小口出 用U型管吸收杂质时 气流方向可以任意选择 当气体中含有多种杂质时 若采用洗气装置 通常是除杂在前 干燥在后 若用加热装置除杂时 通常是干燥在
8、前 除杂在后 若气体中有多种酸性气体杂质时 应先将酸性较强的杂质气体除去 再除酸性较弱的杂质气体 4 气体的收集 1 收集方法 排水集气法适用范围 a 难溶于水 且不与水发生反应的气体 如H2 O2 CO C2H4等 b 对能溶于水 但溶解度不大的气体 可采用排相应的饱和溶液的方法收集 如Cl2可用排饱和食盐水的方法 CO2可用排饱和NaHCO3溶液的方法等 向上排空气法适用范围 不与空气反应且密度比空气大的气体 如O2 CO2 SO2 NO2等 向下排空气法适用范围 不与空气反应且密度比空气小的气体 如H2 NH3 CH4等 2 收集装置 2008年高考重庆理综 下列实验装置图正确的是 导航
9、 本题中所有的装置均源于课本 考查学生对实验基本原理的认识 该类型题目 要求学生对常见物质的制取 收集 净化及尾气吸收装置要牢固掌握并灵活运用 解析 A项在实验室制取乙烯时必须控制反应液的温度为170 故温度计的水银球必须插入液面以下 C项为实验室制取氯气的装置 用二氧化锰与浓盐酸制取氯气时必须加热才能反应 D项在制取乙酸乙酯时 为了除去乙酸乙酯中混有的乙酸 乙醇 用饱和碳酸钠溶液吸收 但导管不能插入液面以下 否则易发生倒吸现象 答案 B 实验方案的设计 1 物质制备实验方案的设计 1 物质制备实验方案设计应当遵循的原则 条件适合 操作简便 原理正确 步骤简单 原料丰富 成本低廉 产物纯净 污
10、染物少 物质制备实验要遵循以上原则 从多条制备路线中筛选出最佳的制备途径 合理正确地选择化学仪器 化学药品和其他用品 设计出合理的实验装置和实验步骤 2 物质制备实验方案设计的思路 1 物质性质实验方案的设计程序首先预测性质 设计实验探究 实施实验操作 记录实验现象 分析比较概括 得出实验结论 2 解答实验设计题必备的实验意识解答实验题时实验意识能起到指明解题方向 明示解题思路 确定解题方法等作用 在解答化学实验方案设计题时 应具有以下意识 分析题给信息 确定实验目的 原理的意识 根据实验目的和原理 确定实验方法的意识 根据实验方法 确定实验步骤的意识 根据实验步骤 确定实验装置和实验仪器的意
11、识 若题中已给出装置或仪器 则要具备根据实验步骤 确定装置中各仪器的作用或各仪器的连接顺序的意识 若有气体生成或用气体进行反应的实验 则要具备根据实验步骤来确定气体流向的意识 实验规范操作的意识 环保 经济 安全的绿色化学意识 实验药品处理的意识 分析实验误差以及实验成败因素的意识 氮化铝 AlN 是一种新型无机材料 广泛用于集成电路生产领域 某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质 现用右图中的装置来进行检验 使氮化铝样品和NaOH溶液反应 AlN NaOH H2O NaAlO2 NH3 根据反应所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数 并根据实验现象来确定杂质的成分 实验中导管体积忽略不计 1 实
12、验有关操作为 a 往锥形瓶中放入少量的AlN样品 b 从分液漏斗往锥形瓶中加入稍过量的NaOH浓溶液 c 检验装置的气密性 d 测定收集到水的体积 正确的操作顺序为 以字母进行排序 2 广口瓶中的试剂X可选用 填选项的字母 A 酒精B 植物油C CCl4 3 广口瓶中的液体没有装满 上方留有少量空间 实验测得NH3的体积将 填 偏大 偏小 或 不变 4 实验结束后 若观察到锥形瓶中还有固体 则样品中含有的杂质是 5 若实验中测得样品的质量为wg 氨气的体积为aL 标准状况 则样品中AlN的质量分数为 6 有学生改用通过测定生成氨气的质量来确定样品中的AlN的质量分数 应将产生的氨气通入装置 忽
13、略溶剂的挥发 填选项的字母 导航 解答该类题目 首先要理解实验目的和实验原理 明确各装置的作用 然后根据实验要求逐一解答 解析 1 实验步骤 连接装置 检查装置气密性 加药品 测定结果 故正确的顺序为c a b d 2 因NH3极易溶于水 而该装置设计成用排水法来测NH3的体积 因此需在水的上方加上难溶于水 NH3也难溶 且比水的密度小的物质 故A C不可 只有B符合 3 广口瓶中的液体体积只要比能产生的NH3的体积大即可 不一定充满 4 因AlN Al2O3均能与NaOH反应且无不溶物生成 今反应后锥形瓶仍有固体 说明含有杂质碳 5 标准状况下生成NH3aL 则据氮原子守恒知AlN的物质的量
14、为mol 所以AlN的质量分数为 100 6 NH3不溶于苯 C D错误 为防止倒吸 只能选择B 答案 1 cabd 2 B 3 不变 4 碳 5 6 B 1 2009年安徽理综 某厂废水中含5 00 10 3mol L 1的Cr2O72 其毒性较大 某研究性学习小组为了变废为宝 将废水处理得到磁性材料Cr0 5Fe1 5FeO4 Fe的化合价依次为 3 2 设计了如下实验流程 1 第 步反应的离子方程式是 2 第 步中用pH试纸测定溶液pH的操作是 3 第 步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr OH 3外 还有 4 欲使1L该废水中的Cr2O72 完全转化为Cr0 5Fe1 5FeO4 理论上需
15、要加入 gFeSO4 7H2O 解析 1 Cr2O72 有较强氧化性 FeSO4 7H2O中Fe2 有一定的还原性 在酸性介质中发生氧化还原反应 Cr2O72 转化为Cr3 Fe2 转化为Fe3 Cr2O72 14H 6Fe2 2Cr3 6Fe3 7H2O 2 应将试纸展放在表面皿上 用玻璃棒蘸取待测液滴在试纸中部 再与标准比色卡对照得出pH 3 由题给框图之二可得 Fe2 过量 加NaOH时 产生Cr OH 3 Fe OH 3和Fe OH 2三种沉淀物 4 1L废水中含n Cr2O72 5 00 10 3mol 由题意得 Cr2O72 4Cr0 5Fe1 5FeO4 10FeSO4 7H2O
16、 所以理论上n FeSO4 7H2O 10n Cr2O72 0 05mol m FeSO4 7H2O 0 05mol 278g mol 1 13 9g 答案 1 Cr2O72 6Fe2 14H 2Cr3 6Fe3 7H2O 2 将一小片pH试纸放在表面皿上 用玻璃棒蘸取少量待测液 点在pH试纸上 再与标准比色卡对照 3 Fe OH 3 Fe OH 2 4 13 9 2 2009年海南化学 下图表示从固体混合物中分离X的2种方案 请回答有关问题 1 选用方案 时 X应该具有的性质是 残留物应该具有的性质是 2 选用方案 从某金属粉末 含用Au Ag和Cu 中分离Au 加入的试剂是 有关反应的化学方程式为 3 为提纯某Fe2O3样品 主要杂质有SiO2 Al2O3 参照方案 和 请设计一种以框图形式表示的实验方案 注明物质和操作 解析 3 提纯Fe2O3样品 则除去Al2O3 SiO2即可 根据Fe2O3 Al2O3的性质来设计实验 答案 1 有挥发性 或易升华 受热不挥发 且具有较高的热稳定性 2 HNO33Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O3Ag 4HNO3 稀
