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高中化学（大纲版）第三册 第六单元 化学实验方案的设计 第三节物质检验实验方案的设计(第二课时)第二课时 教具准备 教具：投影仪、大屏幕、胶片等 仪器：(学生实验所用)试管、酒精灯、洁净的铂丝、蓝色的钴玻璃片、试管夹、胶头滴管、红色石蕊试纸 药品：自配的混合溶液(内含有：K、Cl、NH4、Fe3、Ba2、Al3、H)、稀 HNO3溶液、Ba(NO3)溶液、AgNO3溶液、NaOH 溶液、NH4NO3固体、K2SO4固体、KNO3固体、(NH4)2SO4固体、Ba(OH)2溶液 说明根据自配混合溶液的成分，以及示例 5 的操作与否，其他在实验操作中可能用到的实验仪器和药品可随时添加。引言上一节，我们以离子检验的相关知识和方法，对已知物质硫酸亚铁铵晶体的组成进行了检验实验方案的设计。在物质检验的实验中，还有一类，即对未知物组成的检验。本课时，我们将仍然以离子检验做为基础，学习对未知物检验的实验方案的设计。板书三、对于未知物 1 的检验 讲述上一课时对已知物的检验，我们是在已知其组成的情况下，对已知组成进行证实。而对于未知物的检验，由于未知物往往是组成复杂的混合体系，我们实际上是要对混合体系的成分进行确认，其依据仍然同于对已知物的检验，就是对各离子的检验方法。投影对已知物和未知物检验方法的区别和联系。联系：本质依据均是对离子的检验 区别：对已知物的检验，是对已知离子的存在进行证实 对未知物的检验，是对未知离子的存在与否进行判断与确认。过渡下面，我们首先以课本所给示例 4 为依据，学习和了解对未知物检验的方案。投影对未知物 1 的检验方案的设计：课本示例 4 的内容(本课时待检试验只含有：K、Cl、NH4、Fe3、Ba2、Al3)问题面对含有如此多各种离子的此未知物，我们第一步应该进行怎样的工作？答分析组成，确定各离子的可能检验方法。过渡很好。下面，请同学们根据题目所给混合物，首先对其组成进行分析。板书1.对其组成的分析 问对其组成，该如何进行分析？答首先对试样进行外部观察，然后再进行分析。过渡下面，请同学们据此进行。学生观察所提供试样后提问 问观察结果如何？答溶液澄清、透明，且为浅黄色，可初步确定溶液中含有 Fe3。讲述Fe3极易水解，所以 Fe3的水溶液如果澄清、透明，说明 Fe3没有水解，说明其溶液一定为弱酸性的。想一想据此，又可以作出怎样的判断？答溶液若为弱酸性，则在酸性条件下，HCO3不可能存在。议一议根据上述分析以及题给条件，我们还可以作出怎样的判断？答因为溶液为澄清、透明，所以 Ba2和 SO24不可能同时存在，或者存在一种，或者两种均不存在。问对于其他离子，能否作出判断？比如，对于 Al3的存在能否对其存在与否得出结论？学生讨论后提问 答对于其他离子存在与否，不能得出判断结论。对于 Al3也无法判断。因为 Al3也可以水解，但在弱酸性条件下，水解受到抑制，同样可以使溶液表现为澄清、透明。问Al3的存在与否无法确定，对于 Fe3的检验有没有影响？学生讨论教师可参与提示。答没有影响。因为对于 Fe3有两种检验方法。如果用 KSCN 溶液进行检验，则 Al3的存在不会对 Fe3的检验产生任何影响；如果采用 NaOH 溶液进行检验，因为 Al(OH)3的两性，生成的 Al(OH)3沉淀又会溶在过量的 NaOH 溶液中，而 Fe(OH)3则无此性质，所以Al3的存在与否不会对 Fe3的检验产生影响。讲评很好。有了上述的分析、判断，应该说我们对该未知物的检验已经成竹在胸。那么，我们对这些可能存在或不存在的微粒可以通过哪些方法来进行验证呢？下面，请同学们对这些离子的检测方法进行分析、推测。学生活动教师巡视。提问 学生对检验方法的确定，应该问题不大，但对于检验原理的离子方程式的书写，教师要注意检查。过渡同学们的检验方法不错，下面，请同学们各自写出检验反应的离子方程式。学生板演教师点评。师生共同总结 板书2.对各离子检验方法的推测 投影 K：焰色反应 NH4：NH4OHNH3H2O Fe3:Fe33SCN=Fe(SCN)3(红色溶液)Ba2:Ba2SO24=BaSO4(白色，不溶于稀 HNO3)SO24：同上 Al3:Al33OH=Al(OH)3(白色胶状)Al(OH)3OH=AlO22H2O HCO3:HCO3H=H2OCO2(生成的气体可使澄清石灰水变浑浊)Cl:ClAg=AgCl(白色，不溶于稀 HNO3)想一想离子的检验方法分析、确定之后，是否意味着检验方案的完成？在利用上述知识在实验方案设计过程中，还应该注意哪些问题？答不是。在实验方案设计过程中，还应该注意离子的相互干扰，以及相互干扰的排除。想一想本实验方案设计实施过程中，哪些离子会相互干扰，对这些干扰应该如何进行排除？学生讨论后，师生共同总结 总结产生干扰的离子及排除干扰的方法主要有:Fe3、Al3与 HCO3三种离子。但是，因为待检溶液澄清、透明以及淡绿色。所以，只需检验确定 Fe3的存在，即排除了 HCO3的存在。SO24和 Ba2二种离子，只需检出一种即排除了另一种。SO24和 Cl二种离子。因为加入对 Cl检验的试剂 AgNO3溶液之后，AgSO4微溶会对 Cl检验有影响。所以应首先检验 SO24，如 SO24不存在，则对 Cl的检验不必考虑干扰排除，如果 SO24存在，则应该先对 SO24进行处理，再对 Cl进行检验。讲评 很好。物质检验的关键，是在检验之前对未知物的分析，以及对检验过程干扰条件的排除，有了这两点，实验方案的设计与实施将会变得较为方便。问题下面，请同学们根据上述的分析和结论，设计本实验的检验方案。板书3.检验实验方案 学生活动教师巡视指导 提问请部分同学展示其实验方案，其他同学可质疑补充。问第一步首先应进行怎样的操作？答进行焰色反应。检验 K。过渡很好。请同学们据此操作。投影 1 1.用洁净的铂丝蘸取待检溶液少许，在酒精灯上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察火焰的颜色。学生实验略 板书4.检验实验方案的操作？问有何现象以及结论？答火焰呈紫色。说明有 K存在。想一想之后，可进行怎样的操作？答检验 SO24及 Ba2 投影 2 2.取少量待检试液于一试管中，向其中滴加用稀 HNO3酸化的 Ba(NO3)2溶液，观察现象。如没有现象，则再取待检试液少许于另一试管，滴加几滴稀 H2SO4,观察现象。过渡请同学们据此进行实验操作。学生实验教师巡视 问有何现象及结论？答加入 Ba(NO3)2溶液后，没有现象。说明 SO24不存在，Ba2可能存在。另一试管加入稀 H2SO4溶液后，有白色沉淀生成，说明有 Ba2存在。想一想下一步该如何操作？答检验 Fe3及 Al3的存在与否。投影 3 3.取待检试液少许于一试管中，加入几滴 KSCN 溶液，观察现象。如没有现象发生，则往其中滴加浓 NaOH 溶液至过量，观察现象。或者，取待检试液少许于一试管中，逐滴加入浓 NaOH 溶液至沉淀不再产生，继续滴加浓 NaOH 溶液至过量，观察现象。学生实验教师向学生说明，选择哪一种实验方案均可，但一定要注意观察现象，以便最后得出结论。问有何现象及结论？答加入 KSCN 溶液，试液变红色，说明有 Fe3存在；或者：加入 NaOH 溶液后，有沉淀生成，继续滴加 NaOH 溶液至过量，部分沉淀溶解，说明有 Al3存在；最后仍有部分红褐色沉淀存在，说明有 Fe3存在。想一想对于 Cl该如何检验？答 如果已排除 SO24,则可直接加入酸化的 AgNO3溶液检验，如没有排除 SO24的存在，则需先加入过量的 Ba(NO3)2溶液，过滤之后，取滤液加入酸化的 AgNO3溶液检验。过渡我们在前面实验中，已经排除了 SO24的存在，下面，请同学们对 Cl进行检验。投影 4 4.取上述待检溶液少许于一试管中，滴加几滴稀 HNO3,再滴加几滴 AgNO3溶液，观察现象。学生实验教师巡视。问有什么现象及结论？答有不溶于稀 HNO3的白色沉淀生成。说明有 Cl存在。想一想对于 NH4如何检验确认？答加入 NaOH 溶液并加热。投影 5 5.取上述待检溶液少许于一试管中，加入适量浓 NaOH 溶液，加热，观察现象。将一湿润的红色石蕊试纸放在管口，观察现象。学生实验教师巡视，并提示学生对于 NH3实验操作的注意事项。问有什么现象及结论？答有能够使湿润红色石蕊试纸变红之气体产生，说明有 NH4存在。讲评 很好。我们通过对该待检未知物的观察分析，对其检验方案进行了初步的设计。之后又通过实验操作对初步的实验方案进行了验证。下面，请同学们根据上述实验操作，对自己的实验方案进行修正、完善，并最后拿出一个完整的实验方案。学生活动教师巡视，参与指导。提问部分同学展示其修正后的方案，其余同学仍可质疑、补充。师生共同活动后总结 投影未知物 1 检验方案 实验名称：对未知物 1 组成成分的检验 实验目的：1.进一步熟悉常见离子的检验方法。2.了解并熟悉对干扰条件的排除。3.确定该未知物的组成。实验步骤：1.对 K的检验：略。(投影 1 之内容)2.对 SO24及 Ba2的检验：略。(投影 2 之内容)3.对 Fe3和 Al3的检验：略。(投影 3 之内容)4.对 Cl的检验：略。(投影 4 之内容)5.对 NH4的检验：略。(投影 5 之内容)实验现象及结论：问题与讨论：1.简述上述实验操作过程中，对于各干扰离子的排除依据与方法。2.对于 HCO3没有进行检验。如何确定其存在与否？如果 Al3和 Fe3存在，则 HCO3能否存在，简述理由。讲评通过上述分析、讨论与操作，我们对未知物 1 的检验方案进行了设计。此设计过程，实际上是对各离子存在与否的确认与排除过程。那么，对于不是以离子形式存在于溶液中，而是以固态形式存在的各种未知物，要通过物质检验方案进行鉴别，我们对其实验方案又该如何进行设计。板书四、对未知物 2 的检验 投影对未知物 2 的检验：设计实验鉴别 NH4NO3、K2SO4、KNO3、(NH4)2SO4四种白色固体。想一想面对这四种未知的白色固体，我们该如何进行设计？答首先分析其组成。过渡请同学们以小组为单位，对此四种白色固体的组成进行分析。学生活动教师巡视。答四种白色固体只含有四种离子，两种阳离子 K和 NH4，两种阴离子，NO3和SO24。议一议如何检验？学生讨论略。提问 学生回答可能会多种多样，但概括起来不外乎两种方法，对阴离子先进行检验，之后对阳离子进行检验。或者相反。讲评对物质的鉴别。实际上即是利用物质中所含离子的特征反应进行检验。对于该题四种物质，按阴离子可分为硫酸盐和硝酸盐，按阳离子可分为钾盐和铵盐，对于它们的检验，阴、阳离子的检验先后顺序对实验过程只要没有影响，则可随意。问题请根据上述分析，对未知物 2 的四种白色固体的检验方案进行设计。学生活动教师巡回指导。提问部分同学回答，其他同学可质疑、补充。板书1.对未知物 2 的检验方案。师生共同总结 投影 1.将四种白色固体编号为 1、2、3、4。并分别取少量试样配成溶液。之后再分别取少量于四支试管中。2.向四支试管分别加入足量 Ba(OH)2溶液，观察现象。再对四支试管分别加热，观察现象。并用湿润的红色石蕊试纸放在管口检验。过渡很好。下面请同学们根据上述方案，进行实验操作。板书2.对实验方案实验验证 学生实验教师参与指导 问根据实验现象可得什么结论？学生回答后总结 总结向四支试管中分别加入足量的 Ba(OH)2溶液并加热的现象和结论为：1.只出现白色沉淀者，为 K2SO4。2.只出现能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体者为 NH4NO3。3.既有白色沉淀生成，又有能使湿润红色石蕊试纸变蓝者为(NH4)2SO4。4.没有明显现象者为 KNO3。讲评通过上述实验方案的设计以及实验操作过程，我们可知，对于已知物和未知物的检验是，既有联系又有区别的。不同点是对未知物的检验是确认，对已知物的检验是验证；共同点是：二者虽均是在利用离子特征反应进行检验，但对某种离子或者物质的确认或验证，即是对其他离子或物质不存在的排除，或者是存在的确认。过渡对于所有化学实验方案的设计，除了前述比较完整的实验方案外，也可用文字对实验过程进行简述的实验简案。而且，对于物质检验的实验方案，还可以用框图式的实验简案，对实验过程、实验现象以及实验结论进行线条式的描述。在各类习题的实验方案设计中，这种文字和框图简案使用较多。同学们对此应给予足够的重视。并且，在平时要多加练习。学生阅读课本上对未知物 2 检验的文字和框图简案。课时小结本课时，我们主要通过两个示例，对未知物检验的实验方案设计进行了学习。同时，又联系上一课时对离子检验的有关内容，对未知物和已知物检验的异同进行了反复的比较和联系。课后练习 1.写出对未知物 1 和未知物 2 检验过程中，所涉及有关反应的化学方程式。2.对未知物 1 检验的实验方案，练习用框图法进行表示。布置作业课后习题第二大题 答案：略 板书设计 三、对于未知物 1 的检验 1.对其组成的分析 2.对各离子检测方法的推测 3.检验的实验方案 4.检验实验方案的操作 四、对未知物 2 的检验 1.对未知物 2 的检验方案 2.对实验方案的实验验证 教学说明 1.物质检验方案的本质，即是对离子特征反应的选择过程，在教学过程中要反复体现这一点，使学生对此有一个足够的认识。2.在对离子反应的检验过程，对于干扰条件的注意以及排除，当是教学中的一个难点，对此要教给学生方法，干扰条件不存在如何处理，干扰条件存在如何处理。3.教学过程中，要给学生以足够大的活动空间，各种实验方案只要没有错误又可行，皆应鼓励学生动手操作。综合能力训练题 在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化：请填写下列空白：(1)孔雀石的主要成分 ，上图中 F 的化学式 。(2)写出明矾与过量 KOH 溶液反应的离子方程式 。(3)图中所得 G 和 D 都为固体，混合后在高温下发生反应，写出反应的化学方程式：。(4)F 与 A 反应的离子方程式为 。(5)试剂为 。解析：本题综合考查了 Al、Cu 的化合物的性质。从框图所给各物质之间的关 系进行分析，可知 A 为 KAlO2溶液，得到 A 的反应为：KAl(SO4)24KOH=KAlO22K2SO42H2O。F 与 A 相遇得到沉淀，此沉淀分解可得到水和固体 B，B 能进行电解，根据中学化学所学，常见的能发生电解的物质应为 NaCl 与 Al2O3，联系框图所给信息，B显然为 Al2O3，电解时发生反应：2Al2O34Al3O2,同时可推知 A 与 F 相遇得到的沉淀为 Al(OH)3时，若沉淀为 Al(OH)3，则 F 必为酸性气体，因 F 系为孔雀石分解而得，不可能为酸，常见能与 AlO2反应得到沉淀的气体为 CO2，故 F 可初步推断为 CO2气体，由于 D是固体，由 Al2O3的电解可知，D 为 Al 单质，其能与 G 在高温下反应，学生会很易想到铝热反应，由于 G 也为固体，则 G 应是金属氧化物，由 G 后面的信息：G 通过一系列反应可得到深蓝色溶液，可知 G 中所含金属应是 Cu，则 G 为 CuO，与试剂反应得到的 H 的溶液应是含 Cu2的溶液，后与试剂反应得到的深蓝色溶液可根据 Cu 及其化合物的性质知道为含Cu(NH3)42的溶液，则试剂应是过量的氨水。由孔雀石分解生成 CuO、CO2、H2O 可推知孔雀石的成分为 Cu2(OH)2CO3或 CuCO3Cu(OH)2。代入框图验证，符合题意，故推论正确。其实，此题若直接知道孔雀石的成分是 Cu2(OH)2CO3，解答起来会更顺利。答案：(1)Cu2(OH)2CO3或 CuCO3Cu(OH)2 CO2(2)Al34OH=AlO22H2O(3)4Al3CuO高温2Al2O33Cu(4)AlO2CO22H2O=HCO3Al(OH)3(5)过量的氨水注意要强调过量