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1、專題二十三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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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)

8、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

9、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

10、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)2OH,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2 mL 2%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

11、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)2OH溶液:取 2 mL 2%的AgNO3溶液于潔凈的小試管中,,即得到Ag(NH3)2OH溶液。,解題導引 氣體制備 氣體除雜

12、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+3H2 2NH3,NH3+H2O NH3H2O,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+3H2 2NH3,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

13、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)2NO3。 (6)實驗中制備銀氨溶液的反應原理為:AgNO3+NH3H2O AgOH +NH4

14、NO3,AgOH+2NH3H2O Ag(NH3)2OH+2H2O,Ag(NH3)2OH+ NH4NO3 Ag(NH3)2NO3+NH3H2O,可見只要不發(fā)生最后一步反應就 可得到純凈的Ag(NH3)2OH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)2NO3 (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),