2019高考化學一輪復習 第23講 實驗方案的設計與評價課件.ppt

第23講實驗方案的設計與評價 考點一實驗方案的設計 知識清單 1 一個相對完整的化學實驗方案一般應包括的內(nèi)容有 實驗名稱 實驗 目的 實驗原理 實驗用品和實驗 步驟 實驗現(xiàn)象記錄 及 結(jié)果處理 問題和討論等 2 實驗方案設計的基本要求是 科學性 安全性 可行性 節(jié)約性 同一化學實驗可設計出多種實驗方案 選擇采用的實驗方案應具有效果明顯 操作安全 裝置簡單 用藥少 步驟少 時間短等優(yōu)點 3 制備實驗方案的設計制備實驗方案的設計 對鞏固元素及其化合物知識和掌握各類物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系 全面訓練實驗技能 培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力 是有益的 制備實驗方案的設計 應遵循以下原則 1 條件合適 操作方便 2 原理正確 步驟簡單 3 原料豐富 價格低廉 4 產(chǎn)物純凈 污染物少 即從多種路線中選出一種最佳的制備途徑 合理地選擇化學儀器與藥品 設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟 4 性質(zhì)實驗方案的設計 1 探索性性質(zhì)實驗方案的設計分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點或從所屬類型的典型代表物去推測該物質(zhì)可能具有 的一系列性質(zhì) 而后據(jù)此分別設計出合理的實驗方案 去探索它所可能具有的性質(zhì) 2 驗證性性質(zhì)實驗方案的設計對物質(zhì)具備的性質(zhì)去求證 關(guān)鍵是設計出簡捷的實驗方案 操作簡單 現(xiàn)象明顯 安全可行 3 研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法 觀察法 實驗法 分類法 比較法等 研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序 觀察外觀 預測物質(zhì)性質(zhì) 實驗和觀察 解釋及結(jié)論 圖示如下 4 性質(zhì)實驗方案設計的一般思路 程序 化學實驗方案設計的思路 步驟及順序問題1 化學實驗方案設計的思路 2 實驗設計的步驟 1 明確目的 原理首先必須認真審題 明確實驗的目的要求 弄清題目有哪些新的信息 綜合已學過的知識 通過類比 遷移 分析 從而明確實驗原理 2 選擇儀器 藥品根據(jù)實驗的目的和原理 以及反應物和生成物的性質(zhì) 反應條件 如反應物和生成物的狀態(tài) 能否腐蝕儀器 反應是否需要加熱及溫度是否需要控制在一定的范圍內(nèi)等 從而選擇合理的化學儀器和藥品 3 設計裝置 步驟根據(jù)實驗目的和原理 以及所選用的儀器和藥品 設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟 學生應具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力 實驗步驟應既完整又簡明 4 記錄現(xiàn)象 數(shù)據(jù)根據(jù)觀察 全面而準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù) 5 分析得出結(jié)論根據(jù)實驗觀察到的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù) 通過分析 計算 圖表 推理等方法 得出正確的結(jié)論 3 設計中的順序問題 1 思考問題的順序 圍繞主要問題思考 如選擇適當?shù)膶嶒灺肪€ 方法 所用藥品 儀器簡單 實驗過程快速 安全 實驗現(xiàn)象明顯 思考有關(guān)物質(zhì)的制備 凈化 吸收和存放等問題 如制取在空氣中易水解的物質(zhì) 如Al2S3 AlCl3 Mg3N2等 及易受潮的物質(zhì)時 往往在裝置末端接一個干燥裝置 以防止空氣中的水蒸氣進入 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 如涉及氣體的制取和處理 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(zhì) 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 如制有毒氣體及涉及有毒氣體的實驗是否有尾氣的處理裝置 安裝順序是否合理 如氣體凈化裝置中不應干燥后又經(jīng)水溶液洗氣 儀器間連接順序是否正確 如洗氣時 進氣管長 出氣管短 干燥管除雜質(zhì)時 大口進 小口出 等 3 實驗操作的順序 連接儀器 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 檢查氣密性的方法要依裝置而定 裝藥品 進行實驗操作 考點二實驗方案的評價 實驗方案的評價角度對幾個實驗方案進行評價 主要從正確與錯誤 嚴密與不嚴密 準確與不準確 可行與不可行等方面作出判斷 另外有無干擾 是否經(jīng)濟 是否安全 有無污染等也是要考慮的 1 可行性方面 1 實驗方案是否科學可行 2 實驗操作是否安全合理 3 實驗步驟是否簡單方便 4 實驗效果是否明顯 2 綠色化學方面 1 實驗過程中是否造成環(huán)境污染 2 原料是否無毒 安全 易得 3 原料利用率及反應速率是否較高 4 反應速率是否較快 3 從安全性方面對實驗方案作出評價化學實驗從安全角度常考慮的主要因素如下 1 凈化 吸收氣體及熄滅酒精燈時要防止液體倒吸 2 進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸 如H2還原CuO應先通H2 氣體點燃前先 驗純等 3 防氧化 如H2還原CuO后要 先滅燈再停氫 白磷切割宜在 水中進行等 4 污染性的氣體要進行尾氣處理 有粉末狀物質(zhì)參加的反應 要注意防止導氣管堵塞 5 防吸水 如實驗取用 制取易吸水 潮解 水解的物質(zhì)時宜采取必要措施 以保證達到實驗目的 4 從規(guī)范性方面 1 冷凝回流 有些反應中 為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗和充分利用原料 需在反應裝置上加裝 冷凝回流裝置 如長玻璃管 豎裝的干燥管及冷凝管等 2 易揮發(fā)液體產(chǎn)物 導出時可為蒸氣 的及時冷卻 3 儀器拆卸與組裝順序相反 按照從右向左 從高到低的順序 4 其他 如實驗操作順序 試劑加入順序等 5 最佳方案的選擇幾個實驗方案都能達到目的 選出一個最佳方案 所謂最佳 就是裝置最簡單 藥品容易取得 價格低廉 現(xiàn)象明顯 干擾小 無污染 方法綜合實驗設計題的解題思路1 巧審題 明確實驗的目的和原理 實驗原理是解答實驗題的核心 是實驗設計的依據(jù)和起點 實驗原理可從題給的化學情景 或題目所給實驗目的 并結(jié)合元素化合物等有關(guān)知識獲取 在此基礎上 遵循可靠性 簡捷性 安全性的原則 確定符合實驗目的 要求的方案 2 想過程 理清實驗操作的先后順序 根據(jù)實驗原理所確定的實驗方案中的實驗過程 明確實驗操作的方法步驟 把握各步實驗操作的重點 理清實驗操作的先后順序 3 看準圖 分析各項實驗裝置的作用 有許多綜合實驗題圖文結(jié)合 思考容量大 在分析解答過程中 要認真細致地分析圖中所示的各項裝置 方法技巧 并結(jié)合實驗目的和原理 確定它們在該實驗中的作用 4 細分析 得出正確的實驗結(jié)論 實驗現(xiàn)象 或數(shù)據(jù) 是化學原理的外在表現(xiàn) 在分析實驗現(xiàn)象 或數(shù)據(jù) 的過程中 要善于找出影響實驗成敗的關(guān)鍵以及產(chǎn)生誤差的原因 或從有關(guān)數(shù)據(jù)中歸納出定量公式 繪制變化曲線等 例 2017湖北八校第二次聯(lián)考 26 某化學興趣小組利用以下裝置模擬合成氨并制備少量氨水 已知 加熱 85 NH4Cl和NaNO2飽和溶液可以制取N2 1 B中儀器名稱是 2 為了完成實驗 裝置從左到右接口的連接順序是 3 D中玻璃纖維的作用是 4 小組中甲同學認為F裝置不太合理 實驗中會發(fā)生倒吸 乙同學認真分析后認為該裝置無需改進 他的理由是 實驗探究 5 該小組同學利用制備的氨水再進行銀鏡反應實驗 經(jīng)查閱資料 配 制的銀氨溶液主要成分是 Ag NH3 2 OH 小組同學對其組成進行了如下實驗探究 在潔凈的小試管中加入2mL2 的AgNO3溶液 然后邊振蕩試管邊滴加2 的稀氨水 至最初產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止 制得銀氨溶液 在制得的銀氨溶液中加入無水乙醇 溶液變渾濁 過濾 用洗滌 得到白色固體 將該白色固體用適量蒸餾水溶解 得到無色溶液 用廣范pH試紙檢驗溶液近似呈中性 向溶液中逐滴加入稀鹽酸至不再產(chǎn)生沉淀 靜置 取上層清液于另一支放有一小片銅的小試管中并微熱 發(fā)現(xiàn)銅片的表面有氣泡產(chǎn)生 遇到空氣變成紅棕色 另取少量上層清液加過量的NaOH溶液并加熱 得到無色刺激性氣體 由此確定通過上述方法制備的白色固體主 要成分是 6 請根據(jù)以上探究 設計實驗來制備少量純凈的 Ag NH3 2 OH溶液 取2mL2 的AgNO3溶液于潔凈的小試管中 即得到 Ag NH3 2 OH溶液 解題導引氣體制備氣體除雜氣體干燥氨氣合成氨水制備尾氣處理 解析本實驗分兩部分 是物質(zhì)的制備 反應原理為N2 3H22NH3 NH3 H2ONH3 H2O 該實驗可分解為 常見儀器的使用 裝置的連接 實驗安全 防倒吸 三個小實驗 是探究物質(zhì)的成分 依據(jù)元素化合物的性質(zhì)即可作答 2 根據(jù)實驗原理N2 3H22NH3 A裝置產(chǎn)生N2 含水蒸氣 B裝置產(chǎn)生H2 含HCl和水蒸氣 H2通過E裝置除去HCl后與N2一同通入C裝置 干燥 混合 調(diào)節(jié)兩氣體比例 得到N2和H2的混合氣體 混合氣體進入D裝置 在與鐵觸媒接觸和加熱條件下發(fā)生反應 生成的NH3中混有未反 應的N2 H2 該混合氣體通入F裝置中制得氨水 尾氣中的H2用G裝置處理 因此裝置的連接順序是 或gf kjl 4 發(fā)生倒吸的原因是大量氣體迅速溶于水 導致導管內(nèi)氣體壓強迅速減小 液體被外界氣壓壓入導管內(nèi)從而產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象 本題中反應產(chǎn)生的NH3中含有大量的未反應的N2和H2 這兩種氣體均難溶于水 不會使導管內(nèi)壓強迅速減小 因而也就不會產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象 5 在銀氨溶液中加入無水乙醇 溶液變渾濁 說明得到的沉淀物難溶于乙醇 因此可用無水乙醇洗滌該沉淀 由實驗現(xiàn)象可知 該白色固體中含有 Ag NH3 2 和N 因此其成分是 Ag NH3 2 NO3 6 實驗 中制備銀氨溶液的反應原理為 AgNO3 NH3 H2OAgOH NH4NO3 AgOH 2NH3 H2O Ag NH3 2 OH 2H2O Ag NH3 2 OH NH4NO3 Ag NH3 2 NO3 NH3 H2O 可見只要不發(fā)生最后一步反應就可得到純凈的 Ag NH3 2 OH溶液 按此思路分析 實驗方案就不難設計了 答案 1 啟普發(fā)生器 2 bihfg 或gf kjl 3 增大氣體與催化劑鐵觸媒的接觸面積 4 合成氨反應為可逆反應 反應物的轉(zhuǎn)化率低 NH3中混有較多難溶于水的氣體 F裝置中不會發(fā)生倒吸 5 無水乙醇 Ag NH3 2 NO3 6 逐滴加入稀NaOH溶液至不再有沉淀生成 過濾 用適量蒸餾水洗滌 再將固體轉(zhuǎn)移至小試管中 逐滴加入2 的稀氨水至沉淀恰好溶解 其他合理答案均可