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1、广东省惠州市平海中学2016-2017年高三化学一轮复习研究型实验设计与评价教学案研究型实验设计与评价考点聚焦1.制备实验装置的选择与仪器连接、装置气密性的检验、实验现象描述、尾气处理。2.给定实验情景或性质实验目的，要求选择实验仪器装置、药品、确定实验程序，评价实验方案。3.对教材演示实验进行重组、优化和创新。知识梳理综合实验设计和评价是综合应用实验基础知识、基本操作，结合化学基本理论，元素化合物知识和化学计算等相关知识，进行整合，解决有关实验问题。一、实验设计和评价的题型 利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器，叙述现象说明理由。 利用给出的实验的装置和反应条件，要
2、求根据实验现象和物质的性质判断物质和化学反应。 利用限定的仪器、药品、融气体制备、除杂、集气及设计操作程度、仪器连接、定量计算于一体。考查学生设计实验、基本操作和数据处理的能力。 给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。 据实验目的，实验进行的条件，选取适当药品、仪器（或应用所指定的药品、仪器）完全某次指定的实验操作。 对给出的实验方案，做出科学的评估，依据“仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”选择出最佳方案。 新情境实验题，运用已有知识解决新情境中的新问题，考查学生灵活运用知识的迁移能力、自学能力、观察能力、实验能力和思维能力。二、实验设计的一
3、般规律1、 实验方案设计的一般原则。一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：（1）实验名称；（2）实验目的；（3）实验原理；（4）实验用品（仪器、药品及规格）；（5）实验步骤（包括实验仪器的装配和操作）；（6）实验现象和记录及结果处理；（7）问题和讨论。实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行，对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和原理后，就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验，即进行实验装置的设计，一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的，如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置（或气体反应装置）、气体的洗涤装置、气体的收集装置、尾气的
4、吸收装置等部分，要熟悉各基本装置的功能，并注意各基本装置连接顺序的合理性。2、 设计方案时思考实验顺序的选择。（1）思考问题的顺序：围绕主要问题思考，例如：选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如：制取在空气中易水解的物质（如AL2S3、ALCl3、Mg3N2等）及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与课本实验比较、联系。例如涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生除杂质干燥主体实验
5、尾气处理。（2）仪器连接的顺序： 所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。 仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。 安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应先干燥，后又经过水溶液洗气。 仪器间连接顺序是否正确。例如：洗气时“进气管长，出所气管短“；干燥管除杂质时”大进小出“等。（3）实验操作的顺序： 连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理顺序连接好实验仪器。 检查气密性，在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。 装药品，进行实验操作。3、 设计方案时需注意的问题。（
6、1）检查气体的纯度，点燃或加热通有可燃性（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的装置前，必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。（2）加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸（如氢气还原氧化铜）；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应
7、首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2的氧化，并防止石灰水倒吸。（3）冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物质损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置。发在发生装置中安装长玻璃管等。（4）冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需要冷凝管可用冷水或冷水冷凝气体（物质蒸气），使物质蒸气冷凝为液态便于收集。（5）防止倒吸问题。实验过程用到加热操作的，要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。（6）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的
8、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。（7）拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才停止通氢，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成易爆气体；拆卸用排水法收集需要的加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆下的仪器要清洗、干燥、归位。试题
9、枚举【例1】实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色，易潮解，100左右时升华。下图是两个学生设计的实验装置，左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如()和()所示。试回答：(1)B中反应的化学方程式为：_。(2)D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是： _。(3)D中反应化学方程式是： _ 。(4)装置()的主要缺点是： _。(5)装置()的主要缺点是：_。如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：_。解析 由题设“制备三氯化铁”可知D管中是铁丝或铁粉，并推知A、B、C应该是发生氯气的装置，A中加入浓盐酸，B中应该让浓盐酸跟氧化剂作用(
10、常用的是MnO2或KMnO4)。要使D管中空气排出，最方便的方法就是首先让刚发生的氯气去驱除它，此时D管中不要加热。等到空气驱净、氯气充满D管时才在D管下加热，以保证铁和纯氯气反应。由于氯化铁易升华，因此D管中FeCL3容易升华而出，却又特别容易重新冷凝，在装置中D管出口可能被堵塞，多余的氯气并不能被浓H2SO4吸收，排放尾气时将导致污染。而装置的D管出口是广口瓶，可免受堵塞，尾气排放前有碱液吸收，这都是好的。但FeCL3容易被潮解，碱液不足以抵挡湿气，应在E、F之间加入干燥装置。答案 (1)4HCl+MnO2=MnCl2+2H2O+Cl2或16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8
11、H2O+5Cl2(2)B中的反应进行一段时间后，看到黄绿色的气体充满装置，再开始加热D；(3)2Fe+3Cl2=2FeCl3；(4)导管易被产品堵塞，尾气排入空气，易造成环境污染；(5) 产品易受潮解；在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置。【例2】航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示： 空气、CO2、H2O座舱 CO2 C 空气 H2 H2O O2 H2O (1)是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式_。(2)从装置、可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航中每天消耗28molO2，呼出23molCO2，则宇航员生天呼出的气体中含H2O_mol。（3）以下是另一种将CO2转化为O2的实验设
12、想： 其中，由MgCl26H2O制取无水MgCL2的部分装置(铁架台、酒精灯已略)如下： 上图中，装置a由_、_、双孔塞和导管组成。 循环物质的名称是_ 制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是_ 装置b是填充的物质可能是_(填入编号)e硅胶f、碱石灰 g、无水氯化钙 h、浓硫酸 设计d中装置要注意防止倒吸，请在方框中画出d装置的简略图，并要求与装置c的出口处相连(铁架台不必画出)。解析 (1)中反应物是CO2和H2，生成物是C和H2O，配平后得：2H2O+CO2 2H2O+C (2)消耗28molO2呼出23molCO2，依质量守恒定律，呼出的气体中含H2O10mol时，氧原子守恒。(3)由MgCL26H2O制取无水MgCL2时需在酸性条件下进行，在b处干燥时用中性或酸性固体干燥剂，硅胶或无水氯化钙，由于氯化氢极易溶于水，在d处为防止倒吸，用一倒扣的漏斗。答案 (1)2H2+CO2 2H2O+C (2)10 (3)防止水解 (4)e、g(5) 4 / 4
