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1、1,化学实验方案 设计与评价,电白区第一中学 Tiger,2,考纲,3,知识点一化学实验方案的设计1一个相对完整的化学实验方案一般应该包括的内容有：实验名称、_、_、实验用品和实验步骤、记录_、实验结果处理、问题讨论等。2实验方案设计的基本要求科学性、安全性、可行性和简约性。同一个实验，可设计出多种实验方案，选择实验方案应具有效果_、操作_、装置_、用药少、步骤少等。,实验目的,实验原理,实验现象,明显,安全,简单,4,知识点二化学实验方案的评价1基本原则一个实验方案的优劣主要从_是否科学合理，_是否简单可行，另外还要从_和_两个角度去评价。2实验评价类型实验方案的评价包括_评价、实验方案评价
2、、实验药品和仪器评价、实验现象和_评价。,实验原理,实验步骤和装置,绿色化学,安全性,实验原理,结论,5,6,(4)(2013全国卷)若除去KNO3中混有的少量NaCl,可以将混合物 制成热的饱和溶液,冷却结晶并过滤。()分析:除去KNO3中的NaCl,利用其溶解度的差别,采用重结晶法。(5)(2012福建高考)实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制氯气时,应先向圆底烧瓶中加浓盐酸再加二氧化锰。()分析:应先加固体药品,再加液体药品。,(6)(2012江苏)可用下列装置制取少量纯净的CO2气体。()分析:纯碱为粉末状,不能用简易启普发生器制取CO2,且该装置制取的气体会混有HCl和水蒸气,不纯净。,8
3、,9,一、化学实验方案设计的基本要求,10,二、化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：实验名称；实验目的；实验原理；实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；实验装置图、实验步骤和操作方法；实验注意事项；实验现象的记录及结果处理；问题与讨论。,11,三、化学实验方案设计的基本思路根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。,12,四、实验方案创新设计的方法实验原理的优化包括实验装置的优化和实验操作顺序的优化。实验装置的优化如增加排出装置中空气的装置、增加安全瓶、防倒吸装置、尾气处理装置等；实验操作顺序的优化如先用惰性气
4、体排出装置中的空气，再进行有关实验，最后再用惰性气体将装置中生成的气体排出等。,13,对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。一、可行性方面1分析实验方案是否科学可行；2实验操作是否安全合理；3实验步骤是否简单方便；4实验效果是否明显。,14,二、绿色化学方面1实验过程中是否造成环境污染；2原料是否无毒、安全、易得；3原料利用率及反应速率是否较高；4反应速率是否较快。,15,三、从安全性方面对实验方案做出评价,16,四、从规范性方面1冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的
5、损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；2易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；3仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；4其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。,17,五、最佳方案的选择几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。,18,(2012福建高考)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如下图所示)。,(1)制备实验开始时，先检查装置气密性，接下来的操作依次是_(填序号)。A往烧瓶中加入MnO2粉末B加热C往
6、烧瓶中加入浓盐酸,ACB,19,(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同学提出下列实验方案：甲方案：与足量AgNO3溶液反应，称量生成的AgCl质量。乙方案：采用酸碱中和滴定法测定。丙方案：与已知量CaCO3(过量)反应，称量剩余的CaCO3质量。丁方案：与足量Zn反应，测量生成的H2体积。继而进行下列判断和实验：判定甲方案不可行，理由是_。,残余清液中，n(Cl)n(H),20,(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同学提出下列实验方案：丙方案：与已知量CaCO3(过量)反应，称量剩余的CaCO3质量。判断丙方案的实
7、验结果_(填“偏大”“偏小”或“准确”)。已知：Ksp(CaCO3)2.8109、Ksp(MnCO3)2.31011,偏小,【解析】由于Ksp(MnCO3)Ksp(CaCO3)，过量的CaCO3要转化为一部分MnCO3，由于M(MnCO3)M(CaCO3)，故最终剩余的固体质量增加，导致测得的c(H)偏小。,21,考向预测实验现象的评价3(2014金华三模)Fe、Cu都是人类最早使用的金属。某校化学研究性学习小组的同学运用实验手段研究Fe、Cu的相关性质，请你参与研究并完成下列各题：(1)甲同学取一束细铜丝用砂纸打磨后放在酒精灯上加热至红热，然后迅速伸入盛Cl2的集气瓶中。你认为甲同学在实验中
8、应该观察到的现象是_。,Cu在Cl2中燃烧生成棕色的烟,22,(2)乙同学为探究Fe在冷浓硝酸和热浓硝酸中的反应情况，设计了如图所示的实验装置：乙同学发现装置1中Fe未溶解，其原因是_；,Fe在冷浓硝酸中发生钝化,23,装置2生成的气体(假定为NO2和NO混合气体)全部通入100 mL 4 molL1 NaOH溶液，恰好被完全吸收，反应为：NONO22NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O若生成NaNO3和NaNO2物质的量之比为13，则混合气体中NO2和NO的体积比为_。,31,24,(3)丙同学在Fe和浓硝酸反应后的溶液中加入一块Cu片，Cu片先逐渐溶解
9、，反应一段时间后不再溶解。丙同学依据反应现象得出Cu片溶解的原因是和HNO3发生反应。他依据的反应现象是_。丁同学认为丙同学的结论不完全正确，他的理由是_。(4)请你设计实验证明(3)反应后的溶液中只含Fe2而不含Fe3。说明具体实验操作和实验现象：_。,试管内出现红棕色气体或铜片表面有气泡生成,Fe和浓硝酸反应后的溶液中有HNO3，也一定有Fe3，而Fe3也能和Cu反应，使Cu片溶解,取少许该溶液滴加几滴KSCN溶液，不出现血红色，再滴适量新制氯水，出现血红色(答案合理即可),25,一、数据的测定方法1沉淀法先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。2测气体体积
10、法对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。3测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。,26,4滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。二、实验数据统计与整理的一般方法1数据的表格化,27,(1)根据实验原理确定应记录的项目、所测的物理量。(2)应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。(3)设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。2数据的图像化图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明
11、化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。,28,29,加入足量3 molL1H2SO4，充分反应后过滤，充分洗涤滤渣。(用盐酸不给分),有无色气泡产生，溶液由无色变成浅绿色。(现象不全扣1分),加入适量3 molL1H2SO4，再缓慢、分批地加入浓HNO3，边加边搅拌直至铜粉完全溶解。,有红棕色气体产生，溶液由无色变成蓝色。(颜色答错不给分，现象不全扣1分),30,(2)完成步骤1后，检验铜粉中的铁是否除净的实验操作是_。,取少量铜粉于试管中，加入少量3 molL1H2SO4溶液，充分振荡后取上层溶液于另一试管中，滴加少量3%H2O2溶液
12、，再滴加几滴20%KSCN溶液。(没有取样品，用氯水代替H2O2不给分),本题限选试剂：3 molL1H2SO4、浓硝酸、3%H2O2、0.2 molL1NaOH、20%KSCN。,31,32,5(2013福建高考)固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以Mg(NO3)2为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：甲：Mg(NO2)2、NO2、O2乙：MgO、NO2、O2丙：Mg3N2、O2丁：MgO、NO2、N2(1)实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是_。,不符合氧化还原反应原理(或其他合理答案),33,金属硝酸盐分解规律的总结：众所周知，金属硝酸盐由于阳离
13、子的不同，其晶体结构也不同，进而热稳定性也不同。金属活动性顺序表中各金属的硝酸盐的热分解有以下三种形式：（1）从K到Na的硝酸盐加热时生成亚硝酸盐和O2，如：2KNO3=2KNO2+O2（2）从Mg到Cu的硝酸盐加热时生成金属氧化物、NO2和O2，如：2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2+O2H在金属活动性顺序表中排在Mg与Cu之间，因而HNO3受热分解生成NO2、O2、H2O（H的氧化物）：4HNO3=4NO2+O2+2H2O（3）Hg到Ag硝酸盐加热时生成金属单质、NO2和O2，如：2AgNO3=2Ag+2NO2+O2,34,解析中A应选用盐酸或稀H2SO4，中B应选用NaOH溶液。若选
14、用稀HNO3，Cu、Al均可与之反应，无剩余固体，不合理。方案也无法测定Cu的质量分数。,C,35,解析因用氢气还原氧化铜时，开始要先通入氢气将装置内的空气排出，反应完后还要继续通入氢气至温度恢复到室温，以防止铜重新又被氧化，因此方案得到的单质铜多。,B,36,解析检验Fe3可用KSCN溶液，但它不能加入到Fe(OH)3胶体中，因为胶体颜色与Fe(SCN)3颜色相近，应先进行渗析使Fe3与胶体分离开，然后再用KSCN进行检验。,B,37,解析酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化氯离子，也应能氧化SCN，SO2具有还原性，能被Fe3氧化，而SCN具有还原性，在适当条件下能被氧化。,C,38,加K
15、SCN溶液显红色，该红色物质是_(用化学式表示)；CCl4中显示紫红色的物质是_(用电子式表示)。,Fe(SCN)3,39,取足量该加碘盐溶于蒸馏水中，用盐酸酸化，滴加适量氧化剂(如：氯水，过氧化氢等)，再滴加KSCN溶液，若显血红色，则该加碘盐中存在Fe2,AC,40,41,(2)制取氮气的三种方法中，方法一和方法二越来越受到人们的关注，经常被联合使用。这两种方法与方法三相比，其优越性在于_。,节约原料，Cu和CuO可循环利用(其他合理答案也可),42,2某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积
16、，计算铁皮上的锌的质量。方案2.将一定质量(W1)的镀锌铁皮投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量其质量为W2，计算铁皮上的锌的质量方案3.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。,(1)方案2的主要缺点是_，方案3的主要缺点是_。,锌与铁的活动性差异不大，反应几乎难以进行,反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高,43,(2)方案1中用到测量气体体积的装置，下列装置中不能用于测量气体体积的装置是_,方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测
17、量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。,学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：_,等到冷却到室温再进行读数，上下移动右边管使左右两边的液面相平。,B,44,2中学化学实验测定可测量的基本方法,45,1要求设计实验证明盐的水解是吸热的。有四位同学的回答，其中不正确的是()A甲同学：将硝酸铵晶体溶于水，若水温下降，说明硝酸铵水解是吸热的B乙同学：用加热的方法可除去KNO3溶液中混有的Fe3，说明Fe3水解是吸热的C丙同学：通过实验发现同浓度的热纯碱溶液比冷纯碱溶液去油污效果好D丁同学：向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热(不考虑水蒸发)后若红色加深，说明醋酸钠的水解是吸热的
18、,【解析】：硝酸铵溶解于水时吸热，其水解也是吸热，水温下降主要是溶解时吸热造成的。,A,46,5菠菜营养丰富，素有“蔬菜之王”之称，在营养价值上是一种高效的补铁剂。某化学小组欲设计实验方案，探究菠菜中是否存在铁元素、草酸及可溶性草酸盐。(1)甲同学查阅资料知：草酸又名乙二酸，化学式H2C2O4，是一种二元有机弱酸，具有较强的还原性。甲同学依据上述信息推测，菠菜中铁元素呈_价，其理由是_。甲同学同时设计实验方案验证其推测是否正确。请简述实验方案_,2,草酸类物质具有较强的还原性，与氧化性较强的Fe3无法共存,制取少量菠菜汁，向其中加入KSCN溶液，不变色；然后加入H2O2溶液，显红色，证明含有F
19、e2,47,(2)乙同学查阅资料得知：草酸的酸性比醋酸的强，草酸钙难溶于水，是一种白色沉淀。乙同学依据上述信息推测，在菠菜汁中加入CaCl2溶液，应析出草酸钙白色沉淀，加入醋酸，白色沉淀不溶解，该反应的离子方程式为_。但在实际操作中，发现白色沉淀部分溶解，且放出无色无味气体。乙同学推测放出的气体是_，其理由是_。,Ca2C2O42=CaC2O4,CO2,菠菜中含有碳酸盐(CO32),48,(3)丙同学依据甲、乙同学提供的资料和实验事实，认为菠菜与豆腐不宜同食，其主要理由是_,豆腐中含有Ca2，可与菠菜中的C2O42反应生成CaC2O4沉淀，不利于人体健康,49,50,(4)由滤渣2制取Al2(
20、SO4)318H2O探究小组设计了三种方案：,Al2(SO4)318H2O,上述三种方案中，_方案不可行，原因是_；从原子利用率角度考虑，_方案更合理。,甲,酸浸液是Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3的混合液，故所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质。,乙和丙方案相比，丙方案中的H2SO4部分转化为Na2SO4，故从原子利用率角度考虑，乙方案更合理。,51,6.某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应制取胆矾。其设计的实验过程为：,(4)由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径相比，途径有明显的两个优点是_、_。,产生等量胆矾途径消耗硫酸少,途径不会产生污染气体,2、物质
21、性质检验实验方案的设计,（1）证明酸性：PH试纸或酸碱指示剂 与碳酸钠反应 与锌等反应（2）证明弱酸性：证明存在电离平衡 测定对应盐溶液的酸碱性 测量在稀释前后的PH变化。,性质实验方案设计的内容,(4)比较非金属的活动性,(3)比较金属的活动性,对应盐的酸碱性强弱,与水反应,与酸反应,置换反应,原电池,最高价氧化物的水化物的碱性强弱,电解放电顺序,置换反应,与氢气反应快慢,气态氢化物的稳定性、还原性,最高价氧化物的水化物的酸性强弱,（5）证明氧化性：与还原剂（如KI、SO2、H2S等）反应，产生明显的现象。如酸性高锰酸钾紫色褪去；三价铁离子的黄色褪去（变为浅绿色等）；单质碘遇淀粉变蓝色（6）
22、证明还原性：与氧化剂（如KMnO4,浓HNO3等）反应，产生明显的现象（7）证明为胶体分散系：丁达尔现象（8）证明有碳碳双键（或三键）：使溴水或酸性高锰酸钾溶液褪色,（9）证明酚羟基：与浓溴水产生白色沉淀与氯化铁溶液发生显色反应（10）证明醛基：与银氨溶液作用与新制氢氧化铜反应（11）证明醇羟基：酯化产物不溶与水有果香味（12）比较酸碱性：强酸或强碱制弱,设计一个实验证明醋酸是弱酸（尽可能列出多种方案）,参考方案：,a比较同浓度的醋酸和盐酸的导电性b.测量已知浓度（如0.1mol/L）的醋酸的pH值c.测定醋酸钠溶液的PH值，或检验醋酸钠溶液的酸碱性。d.将醋酸溶液稀释100倍，测定稀释前后溶
23、液的pH值e 往加了石蕊的醋酸溶液中加入醋酸钠固体，观察溶液的 颜色变化f往稀盐酸溶液中加入醋酸钠固体，测定前后pH值的变化g.比较同浓度、同体积的醋酸和盐酸分别 与镁粉反应的速 率及生成气体的体积。,1、结构,结构式：HOOC-COOH,乙二酸性质实验方案的设计,用途,去除衣服上的蓝墨水,2、预测性质,酸性,酯化反应,不稳定性,有还原性,使蓝墨水褪色,(弱酸性、但比碳酸强)、,(分解产物为：H2O、CO、CO2),晶体：C2H2O42H2O,验证乙二酸的酸性,3、设计验证实验,思考1：如何验证固体酸的酸性？,将固体酸溶于水，再用紫色石蕊试液或蓝色石蕊试纸或pH试纸检验,思考2：如何证明草酸是
24、弱酸？,比较同浓度的草酸和硫酸的pH值或导电性；将pH相同的草酸和硫酸同等程度稀释后比较pH值；测量草酸钠溶液的pH值；向草酸中加入草酸钠固体，看pH有无变化。,思考3：如何证明草酸的酸性比碳酸强？,看草酸能否制得碳酸,1、装置中、左边的试管为何要倾斜一定角度？2、右边试管上方的竖直长导管有何作用？3、导管出口为何要在液面上？4、通过什么现象证明乙二酸发生了酯化反应？,在一只试管中依次加入乙二醇、浓硫酸和乙二酸，按右图连接好装置，用酒精灯小心均匀加热3-5min，再集中加热，将产生的蒸汽导入饱和碳酸钠溶液中，观察现象。,（2）验证乙二酸的酯化反应,（3）验证乙二酸的不稳定性,1、加热、灼烧固体
25、一般在什么仪器中进行？2、如何检验草酸分解产生的三种气体？3、画出能够连续完成该实验的装置图：,4、用以上装置检验三种产物是否严密？请设计 更严密的实验装置。,草酸晶体,无水硫酸铜,石灰水,氧化铜,水,浓硫酸,注意：草酸易挥发且易溶于水，草酸钙是难溶物。,挥发出来的草酸易溶于水，用于防倒吸,用于溶解草酸，防止干扰（生成草酸钙沉淀）,验证H2O,验证CO2,验证CO,尾气处理，防止污染空气,防止水气造成玻璃管破裂,（4）验证乙二酸的还原性,如何验证草酸的还原性？,加酸化的高锰酸钾溶液，看有无褪色。,为了观察到酸性高锰酸钾明显的褪色现象，其用量应如何控制？,草酸溶液用量要多，浓度要大；高锰酸钾用量相对要少一些。,2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO22MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2+8H2O+10CO2,
