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第23講實驗方案的設(shè)計與評價 考點一實驗方案的設(shè)計 知識清單 1 一個相對完整的化學(xué)實驗方案一般應(yīng)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(shè)計的基本要求是 科學(xué)性 安全性 可行性 節(jié)約性 同一化學(xué)實驗可設(shè)計出多種實驗方案 選擇采用的實驗方案應(yīng)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(shè)計制備實驗方案的設(shè)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(xùn)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(shè)計 應(yīng)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(xué)儀器與藥品 設(shè)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(shè)計 1 探索性性質(zhì)實驗方案的設(shè)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(shè)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(shè)計對物質(zhì)具備的性質(zhì)去求證 關(guān)鍵是設(shè)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(yù)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(shè)計的一般思路 程序 化學(xué)實驗方案設(shè)計的思路 步驟及順序問題1 化學(xué)實驗方案設(shè)計的思路 2 實驗設(shè)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(xué)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(yīng)物和生成物的性質(zhì) 反應(yīng)條件 如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài) 能否腐蝕儀器 反應(yīng)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(xué)儀器和藥品 3 設(shè)計裝置 步驟根據(jù)實驗?zāi)康暮驮?以及所選用的儀器和藥品 設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟 學(xué)生應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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(shè)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(dāng)?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(dāng) 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(yīng)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(yīng)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(yán)密與不嚴(yán)密 準(zhǔn)確與不準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(yīng)速率是否較高 4 反應(yīng)速率是否較快 3 從安全性方面對實驗方案作出評價化學(xué)實驗從安全角度?？紤]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(yīng)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(yīng) 要注意防止導(dǎo)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?zāi)康?4 從規(guī)范性方面 1 冷凝回流 有些反應(yīng)中 為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料 需在反應(yīng)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(dǎo)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(shè)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(shè)計的依據(jù)和起點 實驗原理可從題給的化學(xué)情景 或題目所給實驗?zāi)康?并結(jié)合元素化合物等有關(guān)知識獲取 在此基礎(chǔ)上 遵循可靠性 簡捷性 安全性的原則 確定符合實驗?zāi)康?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(zhǔn)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?zāi)康暮驮?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(xué)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(xué)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(xué)認為F裝置不太合理 實驗中會發(fā)生倒吸 乙同學(xué)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(xué)利用制備的氨水再進行銀鏡反應(yīng)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(xué)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(shè)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(dǎo)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(yīng)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(yīng) 生成的NH3中混有未反 應(yīng)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(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)氣體壓強迅速減小 液體被外界氣壓壓入導(dǎo)管內(nèi)從而產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象 本題中反應(yīng)產(chǎn)生的NH3中含有大量的未反應(yīng)的N2和H2 這兩種氣體均難溶于水 不會使導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)為可逆反應(yīng) 反應(yīng)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