2021版新高考化学一轮复习第9章化学实验基础第3节化学实验方案的设计与评价教学案.doc
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1、第3节化学实验方案的设计与评价课标解读要点网络1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.根据化学实验目的和要求能做到:(1)设计实验方案;(2)正确选用实验装置;(3)分析或处理实验数据得出合理结论;(4)掌握控制实验条件的方法;(5)评价或改进实验方案。 化学实验方案的设计1实验方案的设计原则与要求(1)设计原则条件合适,操作方便;原理正确,步骤简单;原料丰富,价格低廉;产物纯净,污染物少。(2)基本要求科学性:科学性是指实验原理,实验操作程序和方法必须正确。安全性:实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。可行性:实验设计应切实可行,所选用的化学药品、仪器、
2、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。简约性:实验设计应尽可能简单易行,应采用简单的实验装置,用较少的实验步骤和实验药品,并能在较短的时间内完成实验。2实验设计的关键热点(1)实验操作顺序装置选择与连接气密性检查加固体药品加液体药品开始实验(按程序)拆卸仪器其他处理等。(2)加热顺序选择若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。目的:防止爆炸(如氢气还原氧化铜);保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。(3)仪器的连接顺序涉及气体的一般连接顺序发生装置除杂装置干燥装置性质探究或收集装置尾气
3、处理装置(注意防倒吸)。一般装置的进出气口a洗气瓶:长进短出;b.U型管:无前后;c.干燥管:粗入细出;d.加热玻璃管:无前后;e.排液量气:短进长出。注意:仪器连接要注意的问题安装仪器时:先下后上,先左后右。仪器拆卸的一般过程:从右到左,自上而下,先拆主体,后拆部件。净化气体时,一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、无气味的气体,最后除去水蒸气。制备易潮解的物质时,制备装置前、后要连干燥装置。命题点1“仪器连接型”实验方案的设计典例导航1(2019岳阳模拟)三氯化硼是一种重要的化工原料,主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂,还用于高纯硼或有机硼的制取。已知:BCl3的沸点为12
4、.5 ,熔点为107.3 ,易潮解。实验室制备三氯化硼的原理为B2O33C3Cl22BCl33CO(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气(不用收集):装置B的作用是_,装置C的作用是_。装置A中发生反应的离子方程式为_。(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成。乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为ABCFDI;其中装置E的作用是_。实验开始时,先通入干燥的N的目的是_。能证明反应中有CO生成的现象是_。三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾,其与水反应的化学方程式为_。思路点拨根据BCl3的熔、沸点可确定,BCl3易
5、液化,可用冷却水冷凝;易潮解,要注意BCl3制备时水蒸气的影响,气体要干燥。干燥纯净的Cl2制取时注意除杂杂质HCl、H2O(g),及除杂的先后顺序为先除HCl再干燥。验证CO生成,一般是利用CO与CuO反应生成CO2,根据CO2的存在证明CO的生成,但要注意CO2干扰。剩余4个装置,题中留有5个装置空白,说明有一装置重复使用。装置中的O2要与C反应,干扰实验,先通N2排空气,防止O2干扰。HCl在空气中易形成白雾。答案(1)吸收Cl2中的HCl气体干燥Cl2或吸收Cl2中的H2O(g)ClO5Cl6H3Cl23H2O(2)GEHJH冷凝BCl3为液体收集排除装置中的空气,防止O2的干扰装置F
6、中黑色粉末变为红色,装置D中澄清石灰水变浑浊BCl33H2O=H3BO33HCl“仪器连接型”实验方案设计思路对点训练1(2019安阳模拟)氨基锂(LiNH2)是一种白色有光泽的结晶或粉末,熔点是390 ,沸点是430 ,溶于冷水,遇热水则强烈水解。在380400 时锂与氨气直接反应可制得LiNH2,下面是实验室制备LiNH2时可能用到的装置图,回答下列问题。 ABCD (1)仅从试剂性质角度分析,下列各组试剂不宜用于实验室制备NH3的是_(填字母)。A浓氨水、CaOBNH4Cl固体、Ca(OH)2固体C浓氨水 DNH4NO3固体、NaOH固体(2)用(1)中合适的试剂制取的NH3按气流方向自
7、左向右,则图中装置的连接顺序为_(填接口处字母),装置A的作用是_。(3)装置C中仪器的名称是_,盛装的试剂是_。实验开始后,向X中通入NH3与加热仪器X的先后顺序为_。(4)实验室还可用浓氨水与固体NaOH混合制备氨气,但多次实验表明,此方法收集到的NH3量总是比理论值低许多,其最可能的原因是_。(5)氨基锂能与热水反应生成LiOH与一种气体,请推测该气体的成分并用实验验证你的结论:_。解析(1)因NH4NO3受热或撞击易发生爆炸,故不易用NH4NO3固体、NaOH固体制备NH3。 (2)因LiNH2能与水反应,故进入B中的氨气应该是干燥的,又因为氨气无法在B中消耗完且空气中水蒸气也可以逆向
8、进入B,又氨气溶解时可能会产生倒吸现象,故相应的连接顺序为efcdhga;装置A中盛放浓硫酸,用于吸收氨气,及防止空气中的水蒸气进入B中。 (3)装置C用于干燥氨气,可以使用碱性干燥剂;由于Li能与空气中氧气反应,故要先通入一段时间的氨气,排尽装置内的空气。 (4)因氨气属于易溶于水的气体,故它在溶液中生成时,溶液中会溶解有相当多的氨气,从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多。 (5)由LiNH2H2O=LiOHNH3推测,气体产物是氨气,可用红色石蕊试纸检测该气体。答案(1)D(2)efcdhga(h、g可互换)盛放浓硫酸,用于吸收未反应的氨气,及防止空气中的水蒸气进入B中导致LiNH2水解
9、(3)干燥管碱石灰先通氨气再加热仪器X(4)因氨气属于易溶于水的气体,故它在溶液中生成时,溶液中会溶解有相当多的氨气,故从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多(5)该气体为氨气,取少量试样放入试管中并加入适量热水,再将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口,试纸变蓝命题点2“综合实验装置型”实验方案的分析典例导航2(2019郑州模拟)莫尔盐(NH4)2Fe(SO4)26H2O,Mr392是一种重要的还原剂,在空气中比一般的亚铁盐稳定。某学习小组设计如图实验方案制备少量的莫尔盐。 回答下列问题:(1)连接装置,检查装置气密性。将0.1 mol (NH4)2SO4晶体置于玻璃仪器_中(填仪器名称),将6.0
10、 g洁净铁屑加入锥形瓶中。(2)打开分液漏斗瓶塞,关闭活塞K3,打开K2、K1,加入55.0 mL 2 molL1稀硫酸后关闭K1。A装置中反应的离子方程式为_。待大部分铁粉溶解后,打开K3、关闭K2,此时可以看到的现象为_,原因是_。关闭活塞K2、K3,采用100 水浴蒸发B中水分,液面产生晶膜时,停止加热,冷却结晶、_、用无水乙醇洗涤晶体。该反应中硫酸需过量,保持溶液的pH在12之间,其目的为_。装置C的作用为_,装置C存在的缺点是_。思路点拨(1)实验目的:制备少量莫尔盐(NH4)2Fe(SO4)26H2O。(2)实验原理:FeSO4(NH4)2SO46H2O= (NH4)2Fe(SO4
11、)26H2O。(3)实验装置及其各部分装置的可能作用A制备FeSO4;B制备莫尔盐;C防止空气中的O2进入。(4)问题回答答案(1)三颈烧瓶(三颈瓶或三口瓶或三口烧瓶)(2)Fe2H=H2Fe2A中的液体被压入B中A中产生氢气,使A中压强增大过滤抑制Fe2水解液封作用,防止空气进入三颈烧瓶氧化Fe2不能除去尾气中的H2(或答可能会倒吸均可)“综合实验装置型”试题的解答思维流程对点训练2(2019衡阳二模)二氧化氯(ClO2)与亚氯酸钠(NaClO2)都具有强氧化性。两者作漂白剂时,不伤害织物;作饮用水消毒剂时,不残留异味。某研究性学习小组用二氧化氯制备亚氯酸钠,并探究其性质的实验如下。【资料查
12、阅】SO2可将 NaClO3还原为ClO2;NaClO2酸化生成NaCl,并放出ClO2。AB CD E实验步骤如下:.组装仪器并检查气密性。仪器组装完毕(如图所示),关闭三个止水夹及b的活塞,打开a的活塞,向A的圆底烧瓶中注入水,检查装置的气密性。.制备亚氯酸钠。在各装置中分别加入相应的试剂,关闭止水夹和b的活塞,打开止水夹及a的活塞,向A的圆底烧瓶中滴入75%的硫酸。.探究亚氯酸钠的性质。打开止水夹和,关闭止水夹和a的活塞,通入一段时间空气;关闭止水夹和,打开止水夹和b的活塞,向C的三颈烧瓶中滴入稀硫酸。试回答下列问题:(1)步骤中,装置气密性良好的现象是_;仪器a或b在使用前应_。(2)
13、步骤中,B中反应的化学方程式为_,C中H2O2的作用为_。(3)步骤中,先通入一段时间空气的目的是_,试管D中的现象为_。(4)步骤中,开始时C中反应缓慢,稍后产生气体的速率却迅速加快。试解释可能的原因_。(5)步骤,实验前若向C三颈烧瓶中加入25 mL 8.0 molL1 H2O2溶液反应,分离提纯得到18.88 g NaClO2晶体,则H2O2的有效利用率为_(保留两位有效数字)。解析(1)若装置不漏气,因装置中气体压强增大,a中液体不能顺利流下,所以现象是一段时间后,仪器a中液面不再下降;仪器a、b是分液漏斗,使用前要检验是否漏水。(2) 步骤,B中SO2将NaClO3还原为ClO2,反
14、应的化学方程式为SO22NaClO3 =2ClO2Na2SO4,C中用二氧化氯制备亚氯酸钠,ClO2发生还原反应,H2O2作还原剂。(3) 装置中残留的ClO2、SO2气体干扰NaClO2的检验,步骤中,先通入一段时间空气的目的是排出装置中残留的ClO2、SO2气体,避免干扰实验;C中加入硫酸生成的ClO2与D试管中的KI反应生成碘单质,所以试管D中的现象为溶液由无色变蓝色。(4) NaClO2酸化生成NaCl,反应生成的Cl起催化作用;NaClO2与硫酸的反应放热使温度升高,反应速率加快。(5)设参加反应的H2O2的物质的量是x mol;2ClO22NaOHH2O2=2NaClO2O22H2
15、O, 1 mol 181 g x mol 18.88 gx0.104 mol,H2O2的有效利用率为100%52%。答案(1)一段时间后,仪器a中液面不再下降检查是否漏水(2)SO22NaClO3=2ClO2Na2SO4作还原剂(3)排出装置中残留的ClO2、SO2气体,避免干扰实验溶液由无色变蓝色(4)反应生成的Cl起催化作用(或该反应放热使温度升高,反应速率加快) (5)52%命题点3“猜测假设型”实验方案设计典例导航3某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。(1)提出假设该反应的气体产物是CO2。该反应的气体产物是CO。该反应的气体产物是_。(2)设计方案如图所示,
16、将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应,测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。(3)查阅资料氮气不与炭粉、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式为_。(4)实验步骤按上图连接装置,_,称取3.20 g氧化铁、2.00 g 炭粉混合均匀,放入48.48 g的硬质玻璃管中;加热前,先通一段时间纯净干燥的氮气;停止通入N2后,夹紧弹簧夹,加热一段时间,澄清石灰水(足量)变浑浊;待反应结束,再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温,称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24 g;过滤出石灰水中的沉淀,洗涤、烘干后称
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