九年級化學新人教上冊 綜合實驗的設計與評價 學案

綜合實驗的設計與評價 學案綜合實驗設計和評價是綜合應用實驗基礎知識、基本操作，結合化學基本理論，元素化合物知識和化學計算等相關知識，進行整合，解決有關實驗問題。課標解讀課標要求學習目標1、制備實驗裝置的選擇與儀器連接、裝置氣密性的檢驗、實驗現(xiàn)象描述、尾氣處理。2、給定實驗情景或性質實驗目的，要求選擇實驗儀器裝置、藥品、確定實驗程序，評價實驗方案。3、對教材演示實驗進行重組、優(yōu)化和創(chuàng)新。重視對有關實驗基礎知識和基本操作的學習和訓練。抓住本質，總結規(guī)律。訓練信息遷移水平，增強實驗設計能力。重視發(fā)散思維訓練，增強實驗評價能力。實驗設計和評價的題型主要有以下幾種：（1）利用給出的一些裝好藥品的單個實驗裝置，要求根據(jù)實驗目的連接儀器，敘述現(xiàn)象說明理由。（2）利用給出的實驗的裝置和反應條件，要求根據(jù)實驗現(xiàn)象和物質的性質判斷物質和化學反應。（3）利用限定的儀器、藥品、融氣體制備、除雜、集氣及設計操作程度、儀器連接、定量計算于一體?？疾閷W生設計實驗、基本操作和數(shù)據(jù)處理的能力。（4）給出部分實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗要求設計完整的實驗或補充部分實驗步驟。（5）據(jù)實驗目的，實驗進行的條件，選取適當藥品、儀器（或應用所指定的藥品、儀器）完全某次指定的實驗操作。（6）對給出的實驗方案，做出科學的評估，依據(jù)“儀器簡單、操作方便、藥品易得、節(jié)省試劑、現(xiàn)象明顯、安全防污”選擇出最佳方案。（7）新情境實驗題，運用已有知識解決新情境中的新問題，考查學生靈活運用知識的遷移能力、自學能力、觀察能力、實驗能力和思維能力。實驗設計的一般規(guī)律實驗方案設計的一般原則。一個相對完整的化學實驗方案一般包括下述內容：（1）實驗名稱；（2）實驗目的；（3）實驗原理；（4）實驗用品（儀器、藥品及規(guī)格）；（5）實驗步驟（包括實驗儀器的裝配和操作）；（6）實驗現(xiàn)象和記錄及結果處理；（7）問題和討論。實驗方案的設計原則是方法簡便、現(xiàn)象明顯、操作易行，對于定量實驗還要考慮系統(tǒng)誤差要求。確定了實驗所選用的方法和原理后，就要考慮選擇用什么實驗裝置來完成此實驗，即進行實驗裝置的設計，一套完整的實驗裝置往往是由多個基本實驗裝置相互連接而成的，如有關氣體的制取和性質實驗一般分為氣體的發(fā)生裝置（或氣體反應裝置）、氣體的洗滌裝置、氣體的收集裝置、尾氣的吸收裝置等部分，要熟悉各基本裝置的功能，并注意各基本裝置連接順序的合理性。設計方案時思考實驗順序的選擇。（1）思考問題的順序：圍繞主要問題思考，例如：選擇適當?shù)膶嶒灺肪€、方法；所用藥品、儀器簡單易得；實驗過程快速、安全；實驗現(xiàn)象明顯。思考有關物質的制備、凈化、吸收和存放等有關問題。例如：制取在空氣中易水解的物質（如AL2S3、ALCL3、Mg3N2等）及易受潮的物質時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中水蒸氣進入。思考實驗的種類及如何合理地組裝儀器，并將實驗與課本實驗比較、聯(lián)系。例如涉及到氣體的制取和處理，對這類實驗的操作程序及裝置的連接順序大體可概括為：發(fā)生除雜質干燥主體實驗尾氣處理。（2）儀器連接的順序：所用儀器是否恰當，所給儀器是全用還是選用。儀器是否齊全。例如制有毒氣體及涉及有毒氣體的實驗是否有尾氣的吸收裝置。安裝順序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，從左到右”的原則；氣體凈化裝置中不應先干燥，后又經(jīng)過水溶液洗氣。儀器間連接順序是否正確。例如：洗氣時“進氣管長，出所氣管短“；干燥管除雜質時”大進小出“等。（3）實驗操作的順序：連接儀器。按氣體發(fā)生除雜質干燥主體實驗尾氣處理順序連接好實驗儀器。檢查氣密性，在整套儀器連接完畢后，應先檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品。檢查氣密性的方法要依裝置而定。裝藥品，進行實驗操作。設計方案時需注意的問題。（1）檢查氣體的純度，點燃或加熱通有可燃性（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的裝置前，必須檢查氣體的純度。例如用H2、CO等氣體還原金屬氧化物時，需要加熱金屬氧化物，在操作中，不能先加熱，后通氣，應當先通入氣體，將裝置內的空氣排凈后，檢查氣體是否純凈（驗純），待氣體純凈后，再點燃酒精燈加熱金屬氧化物。（2）加熱操作先后順序的選擇。若氣體發(fā)生需加熱，應先用酒精燈加熱發(fā)生氣體的裝置，等產(chǎn)生氣體后，再給實驗需要加熱的固體物質加熱，目的是：一則防止爆炸（如氫氣還原氧化銅）；二則保證產(chǎn)品純度，防止反應物或生成物與空氣中其他物質反應。例如用濃硫酸和甲酸共熱產(chǎn)生CO，再用CO還原Fe2O3，實驗時應首先點燃CO發(fā)生裝置的酒精燈，生成的CO趕走空氣后，再點加熱Fe2O3的酒精燈，而熄滅酒精燈的順序則相反，原因是：在還原性氣體中冷卻Fe可防止灼熱的Fe再被空氣中的O2的氧化，并防止石灰水倒吸。（3）冷凝回流的問題。有的易揮發(fā)的液體反應物，為了避免反應物質損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置中設計冷凝回流裝置。發(fā)在發(fā)生裝置中安裝長玻璃管等。（4）冷卻問題。有的實驗為防止氣體冷凝不充分而受損失，需要冷凝管可用冷水或冷水冷凝氣體（物質蒸氣），使物質蒸氣冷凝為液態(tài)便于收集。（5）防止倒吸問題。實驗過程用到加熱操作的，要防倒吸；氣體易溶于水的要防倒吸。（6）具有特殊作用的實驗改進裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住一支小試管等。（7）拆卸時的安全性和科學性。實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應考慮停止加熱或停止通氣，如對有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；用氫氣還原氧化銅的實驗應先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才停止通氫，這是為了避免空氣倒吸入加熱區(qū)使銅氧化，或形成易爆氣體；拆卸用排水法收集需要的加熱制取氣體的裝置時，需先把導管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸；拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。知識再現(xiàn)知識點1：實驗設計和綜合實驗明確實驗目的，弄清實驗原理實驗設計總體思路根據(jù)要求正確選擇儀器和藥品設計實驗裝置和實驗步驟（裝置簡單合理、步驟簡捷清楚）思考問題的順序三個順序儀器連接的順序實驗操作的順序綜合制氣裝置的選擇實驗反應裝置的選擇知識除雜裝置的選擇體系綜合實驗中實干燥裝置的選擇驗裝置的選擇冷凝裝置的選擇集氣裝置的選擇 尾氣處理裝置的選擇酒精燈同一儀器在不 干燥管同位置的作用 洗氣管1、綜合實驗中實驗裝置的選擇（1）制氣裝置的選擇根據(jù)反應物的狀態(tài)、溶解性和反應性確定制氣裝置的類型。（2）反應裝置的選擇氣液（用洗氣瓶）氣固（用干燥管或U形管）氣固（用硬質玻璃管）固液（液液）（用燒瓶）固固（用試管）（3）除雜、干燥裝置的選擇主要有洗氣瓶、干燥管和U形管等。（4）冷凝裝置的選擇連接冷凝水的冷凝管、放置在冷水中的U形管及連接單孔塞的長玻璃導管等。（5）集氣裝置的選擇集氣瓶、燒瓶、試管等。（6）尾氣處理裝置的選擇對有污染、有危險且易燃的，可在尾氣出口加一燃著的酒精燈。對有污染的酸性氣體用堿液吸收，對水溶性有大的可直接將導管插入吸收劑中吸收。對極易溶于水的，可在導的氣管出口連接一倒置的漏斗與吸收劑液面接觸進行吸收（參考清單一，2）2、儀器連接的順序對于有氣體參加的實驗，儀器連接的順序一般為：氣體發(fā)生裝置除雜質裝置干燥裝置主體實驗裝置尾氣處理裝置儀器連接時一般遵循的原則是：自下而上、自左而右（儀器連接的順序），先除后干（在使用液體除雜劑時），先干后熱（需加熱進行除雜的或吸熱反應），長進短出（深入淺出）（洗氣瓶用于洗氣時），短進長出（由淺入深）（洗氣瓶用于排水量氣時），先大后?。ǜ稍锕苡糜诟稍餁怏w時）。綜合實驗中同一儀器在不同位置的作用（1）酒精燈首部：制氣裝置的熱源。中部：需加熱進行的反應的熱源。尾部：除去一氧化碳等易燃的氣體。（2）干燥管中部：用于干燥氣體、除去酸性氣體，檢驗水氣的存在等。尾部：除去尾氣中的有害氣體防止污染環(huán)境，防止空氣中的水氣等成分進入反應器而影響實驗。（3）洗氣瓶根據(jù)洗氣瓶的位置和所盛試劑，其作用分為除雜、干燥、檢驗，一般來講，除雜在前，干燥在后。4、藥品和儀器裝置題目提供的藥品和儀器裝置，就是題設的限定條件，往往蘊涵了解決問題的突破口，是解題重要支撐點。知識點二：創(chuàng)新實驗裝置1、氣體的量取對難溶于水且不與水反應的氣體，往往借助其排出水的體積，用量筒或滴定管測定，從而確定氣體的體積，如下圖所示。 2、氣體安全裝置防倒吸安全裝置防堵塞安全裝置防污染安全裝置3、 啟普發(fā)生器原理式反應器(如下圖)4、液封裝置典題解悟例1實驗室可用氯氣與金屬鐵反應制備無水三氯化鐵，該化合物是棕紅色，易潮解，100左右時升華。下圖是兩個學生設計的實驗裝置，左邊的反應裝置相同，而右邊的產(chǎn)品收集裝置則不同，分別如()和()所示。試回答：(1)B中反應的化學方程式為：_。(2)D中的反應開始前，需排除裝置中的空氣，應采取的方法是：_。(3)D中反應化學方程式是：_。(4)裝置()的主要缺點是：_。(5)裝置()的主要缺點是：_。如果選用此裝置來完成實驗，則必須采取的改進措施是：_。答案(1)4HCL+MnO2=MnCL2+2H2O+CL2或16HCL+2KMnO4=2KCL+2MnCL2+8H2O+5CL2(2)B中的反應進行一段時間后，看到黃綠色的氣體充滿裝置，再開始加熱D；(3)2Fe+3CL2=2FeCL3；(4)導管易被產(chǎn)品堵塞，尾氣排入空氣，易造成環(huán)境污染；(5) 產(chǎn)品易受潮解；在瓶E和F之間連接裝有干燥劑的裝置。 解析由題設“制備三氯化鐵”可知D管中是鐵絲或鐵粉，并推知A、B、C應該是發(fā)生氯氣的裝置，A中加入濃鹽酸，B中應該讓濃鹽酸跟氧化劑作用(常用的是MnO2或KMnO4)。要使D管中空氣排出，最方便的方法就是首先讓剛發(fā)生的氯氣去驅除它，此時D管中不要加熱。等到空氣驅凈、氯氣充滿D管時才在D管下加熱，以保證鐵和純氯氣反應。由于氯化鐵易升華，因此D管中FeCL3容易升華而出，卻又特別容易重新冷凝，在裝置中D管出口可能被堵塞，多余的氯氣并不能被濃H2SO4吸收，排放尾氣時將導致污染。而裝置的D管出口是廣口瓶，可免受堵塞，尾氣排放前有堿液吸收，這都是好的。但FeCL3容易被潮解，堿液不足以抵擋濕氣，應在E、F之間加入干燥裝置。例2、航天飛行器座艙內空氣更新過程如圖所示： 空氣、CO2、H2O座艙 CO2 C 空氣 H2 H2O O2 H2O (1)是CO2和H2的反應裝置，該反應的化學方程式_。(2)從裝置、可看出，O2的來源是CO2和H2O，宇航中每天消耗28molO2，呼出23molCO2，則宇航員生天呼出的氣體中含H2O_mol.（3）以下是另一種將CO2轉化為O2的實驗設想： CL2 稀鹽酸 H2O HCL+O2 MgO 氯化氫 電解 Mg MgCL2·6H2O MgCL2 Mg+CL2CO2 點燃 C 其中，由MgCL2·6H2O制取無水MgCL2的部分裝置(鐵架臺、酒精燈已略)如下：上圖中，裝置a由_、_、雙孔塞和導管組成。循環(huán)物質的名稱是_制取無水氯化鎂必須在氯化氫存在的條件下進行，原因是_裝置b是填充的物質可能是_(填入編號)e硅膠f、堿石灰 g、無水氯化鈣 h、濃硫酸設計d中裝置要注意防止倒吸，請在方框中畫出d裝置的簡略圖，并要求與裝置c的出口處相連(鐵架臺不必畫出)。答案(1)2H2+CO2 2H2O+C (2)10 (3)防止水解 (4)e、g(5) 解析(1)中反應物是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，依質量守恒定律，呼出的氣體中含H2O10mol時，氧原子守恒。(3)由MgCL2·6H2O制取無水MgCL2時需在酸性條件下進行，在b處干燥時用中性或酸性固體干燥劑，硅膠或無水氯化鈣，由于氯化氫極易溶于水，在d處為防止倒吸，用一倒扣的漏斗。高考聚集：1、某化學課外小組研究乙醇氧化的實驗并驗證其產(chǎn)物，設計了甲、乙、丙三套裝置（圖中的支撐儀器均未畫出，“”表示酒精燈熱源），每套裝置又劃分為、三部分。儀器中盛放的試劑為：a、無水乙醇（沸點：78）b、銅絲；c、無水硫酸銅；d、新制氫氧化銅懸濁液。（1）簡述三套方案各自的優(yōu)點。甲：_乙：_丙：_(2)集中三套方案的優(yōu)點，組成一套比較合理完善的實驗裝置，可按氣流由左到右的順序表示為_(例如：甲，乙，丙)(3)若要保證此實驗有較高的效率，還需補充的儀器有_；理由是_。2、甲同學想通過下圖所示裝置(夾持裝置已略去)進行實驗，研究推斷SO2與Na2O2反應的產(chǎn)物?；卮鹣铝袉栴}：(1)裝置B的作用_。 裝置D的作用_。(2)如何檢驗反應中是否有O2生成_。(3)假如Na2O2已反應完全，為確定C中固體產(chǎn)物的成分，甲設計如下實驗：沉淀不溶解C中的固體配成溶液 加Ba(NO3)2溶液 加足量稀HNO3白色沉淀 得出結論：產(chǎn)物是Na2SO4.該方案是否合理_(填是或否)，理由是_-。(4)若上述不合理，請設計一個能確定產(chǎn)物成分的實驗方案，填寫下表(可不填滿)操作步驟(加入試劑)實驗現(xiàn)象結論12343、實驗：將硫酸亞鐵晶體(FeSO4·7H2O)加入如圖1中所示的干燥試管A里，隔絕空氣加強熱充分反應后，試管A中得殘留固體甲，在試管B內得到無色液體乙。取出甲放在圖2中的石英管C中，連接好其他部分的儀器后，開啟旋塞K，逐滴滴加乙醇使C左部石棉絨(一種纖維狀硅酸鹽材料，很穩(wěn)定，不燃燒)浸潤吸足，關閉K，然后加熱，幾分鐘左右(加熱過程中還可以較快地開啟、關閉旋塞K來補充乙醇并使之通入石棉絨里)，可觀察到甲的顏色由紅棕色逐漸變?yōu)楹谏?。反應停止后，取試管E中的液體0.5ml，逐滴加入到含新配制的銀氨溶液的試管F中，振蕩后，把試管放在水浴中溫熱，不久會觀看到試管內壁上附著一層光亮如鏡的金屬銀?；卮鹣铝袉栴}：(1)寫出如圖1所示的干燥試管A中發(fā)生反應的化學方程式：_。(2)根據(jù)反應原理請你評價圖1實驗裝置的主要缺點_。(3)試管C中反應的化學方程式為：_。(4)簡述如何檢驗圖2所示裝置氣密性：_。(5)試管D安裝在此的作用是：_。(6)寫出E試管中反應的化學方程式：_。4、某校開展課外研究性學習活動、第一小組對市場上的碘鹽進行了研究。在碘鹽里，碘以KLO3形式存在。請回答下列問題：正確食用碘鹽才能起到補碘的作用，該小組對油炸食品時是否適宜放碘進行了課題研究。請你協(xié)助擬定課題名稱：_。其研究成果的最終形式是：_。(2)怎樣檢驗碘鹽中含有碘？(可供選擇的試劑有：稀硝酸、稀鹽酸、KCL、KL、淀粉溶液、石蕊試液)用離子反應方程式表示_。、第二小組利用廢銅制取CuSO4：(1)甲學生進行了下列實驗：取含6.4g銅的廢銅和10ml18ml·L1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，起到反應完畢，最后發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余。他根據(jù)自己所學的化學知識，認為燒瓶中還有較多的硫酸剩余。你認為他的判斷是否正確_(填是或否)，其理由是：_。(2)乙同學認為甲設計的實驗方案不好，他自己設計的思路是：2Cu+O2 =2CuO；CuO+H2SO4=CuSO4+H2O。對比甲的方案，乙同學的優(yōu)點是：_。(3)某地有豐富的電力源。為了同學具備乙同學的優(yōu)點，你能不能根據(jù)該地的資源優(yōu)勢也設計一個用銅和硫酸制取CuSO4的方案？(其他材料任選)_ _。5、實驗室用濃鹽酸、MnO2共熱制取O2，并用CL2和Ca(OH)2反應制少量漂白粉。已知反應2CL2+2Ca(OH)2=CaCL2+Ca(CLO)2+2H2O在溫度稍高時即發(fā)生副反應6CL2+6Ca(OH)2=5CaCL2+6H2O?，F(xiàn)有三個同學分別設計的三套實驗裝置如下圖所示：按下列幾項優(yōu)缺點，請你對三套裝置的優(yōu)缺點做出評析，選擇符合題目要求的選項填在下表空格內。a.不容易控制反應速率；b容易控制反應速率；c有副反應發(fā)生；d可防止副反應發(fā)生；e污染環(huán)境；f可防止污染環(huán)境。優(yōu)點缺點甲裝置乙裝置丙裝置圖示裝置中，甲由A、B兩部分組成；乙由C、D、E三部分組成；丙由F、G兩部分組成。請從圖AG各部分裝置中選取合理的組成部分，組裝成一套較完整的實驗裝置，該裝置各部分的連接順序(按氣流從左到右的方向是)_。實驗中若用10ml、12mol·L-1的濃鹽酸與足量的MnO2反應，最終生成Ca(CLO)2的物質的量總是小于0.015mol，其原因是(假定各步反應均無反應物的損耗，且無副反應發(fā)生)_ _。答案與解析1、答案(1)甲：(2)中用熱水浴加熱，可形成較平穩(wěn)的乙醇氣流，使反應更充分； 中的斜、長導管起到冷凝回流乙醇的作用。 乙：與中的干燥管可防止溶液中的水與無水硫酸銅反應，避免干擾對生成物的驗證。 丙：中氧氣發(fā)生裝置中無水生成，且裝置簡單。丙；甲；乙溫度計；控制水浴溫度在78或略高于78，使乙醇蒸氣平穩(wěn)流出，減少揮發(fā)，提高反應效率。 (4)C處無水硫酸銅變藍；d處生成紅色沉淀解析(1)甲的優(yōu)點在于，水浴加熱能較好地控制溫度，使氣流平穩(wěn)、反應充分。乙的優(yōu)點在于兩干燥管考慮了溶液中水氣對產(chǎn)物H2O檢驗的干擾，丙的優(yōu)點在，無水生成，且裝置簡單。(2)將三套方案的優(yōu)點組合：取丙、甲、乙可組成一套完善的裝置。(3)水浴加熱中使用溫度能更好控制溫度，溫度范圍應在乙醇的沸點附近。無水CuSO4變藍證有水產(chǎn)生，生成磚紅色沉淀說明產(chǎn)生CH3CHO2、答案(1)B：干燥SO2氣體，防止較多的水蒸氣與Na2O2反應。D：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C裝置與Na2O2反應；同時吸收過量的SO2，以免污染空氣。(2)用帶有余燼的木條靠近干燥管口a，觀察其是否燃燒。(3)否；HNO3有氧化性，據(jù)此不能確定產(chǎn)物是NaSO3還是Na2SO4或者二者兼有。(4)操作步驟(加入試劑)實驗現(xiàn)象1、將C中的固體配成溶液2、加入適量鹽酸()若有氣泡生成(2)若無明顯現(xiàn)象有Na2SO3無Na2SO33、再加入BaCL2溶液若生成白色沉淀若無明顯現(xiàn)象有Na2SO4無Na2SO43、答案(1)2FeSO4·7H2O=Fe2O3+SO2 +SO3+14H2O(2)SO2為大氣污染物，缺少尾氣處理裝置(3)3CH3CH2OH+Fe2O3 2Fe+3CH3CHO+3H2O(4)關閉活塞K，將E的導氣管插入水中，微熱C管，E中有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后，E管出現(xiàn)一段水柱，說明裝置下漏氣。(5)防止倒吸(6)CH3CHO+2Ag(NH3)2OH CH3COONH4+2Ag+3NH3+H2O4、答案(1)課題名稱：溫度對KLO3穩(wěn)定性的影響(或油炸食品時是否適宜放碘鹽？等其他合理答案)。研究成果的最終形式：研究報告、實驗報告、論文等。(2)IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O(1)是，理由是：隨反應的進行硫酸的濃度減小，而稀硫酸不與銅反應。 (2)硫酸的用量少，且沒污染物SO2產(chǎn)生。 (3)用廢銅作陽極，碳棒作陰極，稀硫酸作電解質溶液進行電解。解析聯(lián)想炸油條的方法，溫度是關鍵，所在課題名稱應包含溫度因素。 甲方案的原理：Cu+2H2SO4(濃)=CuSO4+SO2+2H2O，與乙方案對比可得乙方案的優(yōu)點：省H2SO4，無污染。根據(jù)提示“電力資源”豐富，結合電解原理，可得電解法方案。注意，陰極雖然不參加電極反應，但仍然是惰性電極材料好，因通電結束時，金屬電極(如Fe)會和CuSO4反應。5、答案甲裝置：d裝置：d，ae；乙裝置：f，ac；丙裝置：b，ce；F B E濃鹽酸逐漸變稀后不能再與MnO2反應，所以生成Ca(CLO)2就少于0.015mol.