【教学课件】第六单元化学实验方案的设计.ppt
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1、第六单元第六单元 化学实验方案的设计化学实验方案的设计1/10/20231第六单元第六单元 化学实验方案的设计化学实验方案的设计化学实验方案的设计化学实验方案的设计:是在实施化学实验之前,根据是在实施化学实验之前,根据化学实验的目的和要求,运用相关化学实验的目的和要求,运用相关的化学知识和技能,对实验的仪器、的化学知识和技能,对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。装置和方法所进行的一种规划。1/10/20232 居里(居里(Curie)夫妇正在做实验)夫妇正在做实验 居里夫妇为了从居里夫妇为了从以吨计的沥青铀矿矿以吨计的沥青铀矿矿渣中提取纯镭化合物,渣中提取纯镭化合物,设计设计了用酸处理矿
2、渣了用酸处理矿渣并在数百个蒸发皿间并在数百个蒸发皿间进行重结晶操作的进行重结晶操作的实实验方案验方案,历经四年夜,历经四年夜以继日的艰苦实验,以继日的艰苦实验,终于提取出终于提取出0 0.1 1克克氯化镭。氯化镭。1/10/20233C60 美国科学家科尔(Curl)、斯莫利(Smalley)与英国科学家克罗特(Kroto)设计了用激光蒸发石墨,所得碳原子在氦气氛围中结合而成球碳原子簇(C60等)的实验方案。1/10/20234第一节第一节制备实验方案的设计制备实验方案的设计1/10/20235注意:在设计物质的制备实验方案时,必注意:在设计物质的制备实验方案时,必须对实验条件进行严格、有效的
3、控制。须对实验条件进行严格、有效的控制。两瓶未知液,一瓶为硫酸铝溶液,两瓶未知液,一瓶为硫酸铝溶液,另一瓶为氢另一瓶为氢氧化钠溶液,不用其他试剂能否鉴别开?氧化钠溶液,不用其他试剂能否鉴别开?若若以以硫酸铝溶液、氢氧化钠溶液来制备硫酸铝溶液、氢氧化钠溶液来制备氢氧化铝,应如何操作?氢氧化铝,应如何操作?1/10/20236铝及其重要化合物之间的转化关系:铝及其重要化合物之间的转化关系:AlAl2O3AlCl3Al(OH)3NaAlO2我们现在以铝为原料制备我们现在以铝为原料制备Al(OH)3,可通过哪些,可通过哪些途径得到呢?你又能设计出多少种方案?试试看。途径得到呢?你又能设计出多少种方案?
4、试试看。1/10/20237以铝屑为原料制备以铝屑为原料制备Al(OH)3的可能的可能途径的推测途径的推测:Al3+Al(OH)3H+OH-1AlO2Al2O3OH-AlO2-H+Al(OH)32AlCl2AlCl3OH-Al(OH)33AlH+Al3+OH-Al(OH)34AlCuCl2AlCl3OH-Al(OH)35AlOH-AlO2-H+Al(OH)36AlH+Al3+AlOH-AlO2-Al(OH)37AlFe2O3Al2O3H+OH-Al3+AlO2-Al(OH)3Al(OH)3OH-H+1/10/20238制备实验方案设计的要求:1 1、原理正确、原理正确 步骤简单步骤简单2 2、
5、条件合适、条件合适 操作方便操作方便3 3、原料丰富、原料丰富 价格低廉价格低廉4 4、节省原料、节省原料 经济实用经济实用5 5、产物纯净、产物纯净 污染物少污染物少注意注意:这是物质制备实验的合理要求,这是物质制备实验的合理要求,也是评价实验方案优劣的主要依据也是评价实验方案优劣的主要依据。1/10/20239方案一方案一1 1、先用、先用 稀硫酸与铝屑反应稀硫酸与铝屑反应:离子方程式:离子方程式:2Al+6H2Al+6H+=2Al=2Al3+3+3H+3H2 2 2 2、再用、再用NaOHNaOH溶液溶液(或氨水或氨水)与所得溶液反应与所得溶液反应:离子方程式:离子方程式:AlAl3+3
6、+3OH+3OH-=Al(OH)=Al(OH)3 3或或:Al:Al3+3+6NH+6NH3 3H H2 2O=Al(OH)O=Al(OH)3 3+3NH+3NH4 4+AlAl3+Al(OH)3H+OH-331/10/202310方案二方案二1、先将铝屑与浓、先将铝屑与浓NaOH溶液反应:溶液反应:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H22、再加入适量的稀硫酸(或、再加入适量的稀硫酸(或CO2):):AlO2-+H+H2O=Al(OH)32AlO2-+3H2O+CO2=2Al(OH)3+CO32-AlAlO2-Al(OH)3OH-H+111/10/202311方案三方案三1、将两份铝
7、屑、将两份铝屑,分别与稀硫酸、浓分别与稀硫酸、浓NaOH溶液溶液反应:反应:2Al+6H+=2Al3+3H22Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H22.然后,将得到的两种含铝的盐溶液混合:然后,将得到的两种含铝的盐溶液混合:Al3+3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3AlAlO2-OH-11Al3+Al(OH)3H+1/43/43/43/41/10/202312从原料消耗方面进行方案评价从原料消耗方面进行方案评价:方案一方案一:AlAl3+Al(OH)33H+3OHAlAlO2Al(OH)3H+OH方案二方案二:方案三方案三:AlAl3+AlAlO2H+OHAl(OH)3以以1mo
8、lAl生成生成1molAl(OH)3为标准为标准(单位省略单位省略):):1/10/202313生成生成1mol Al(OH)1mol Al(OH)3 3耗原料的量:耗原料的量:生成生成molAl(OH)3所耗物所耗物质的量质的量n(H+)n(OH-)AlAl3+AlAlO2-方法方法Al AlO2-Al(OH)3Al Al3+Al(OH)3Al(OH)333113/43/41/10/202314以铝屑为原料制备以铝屑为原料制备Al(OH)3实验方案的设计实验方案的设计OH-H+AlAl3+AlAlO2-Al(OH)3最佳途径:最佳途径:1/10/202315铝屑铝屑稀稀H2SO4Al2(SO
9、4)3NaAlO2浓浓NaOH溶液溶液铝屑铝屑混合后过滤混合后过滤滤液滤液沉沉淀淀Al(OH)3洗涤洗涤干燥干燥反应流程:反应流程:具体实验方案设计P721/10/202316制备实验方案设计的一般思路:制备实验方案设计的一般思路:可能途径可能途径(科学合理科学合理)优化选择优化选择(综合评价综合评价)拟定步骤拟定步骤(周密严谨周密严谨)具体方案具体方案(全面细致全面细致)1/10/202317讨论设计制取苯甲酸甲酯的实验方案讨论设计制取苯甲酸甲酯的实验方案实验目的:实验目的:实验原理:实验原理:实验用品:实验用品:实验名称:实验名称:1 1、明确酯化反应的原理,理解酯化反应的可逆性。、明确酯
10、化反应的原理,理解酯化反应的可逆性。2 2、掌握有机物制备中常用的操作方法。、掌握有机物制备中常用的操作方法。苯甲酸与甲醇在浓硫酸作用下生成苯甲酸甲酯。苯甲酸与甲醇在浓硫酸作用下生成苯甲酸甲酯。制取苯甲酸甲酯制取苯甲酸甲酯1/10/202318讨论讨论 甲醇甲醇 苯甲酸苯甲酸苯甲酸甲酯苯甲酸甲酯 熔点熔点-97.56 122.4 -12.3 沸点沸点 64.7 249 199.6 密度密度 -1.0937水溶性水溶性 易溶易溶 微溶微溶 难溶难溶相关资料相关资料1/10/20231915g苯甲酸与苯甲酸与20ml甲醇混甲醇混合后,小心合后,小心加入加入3ml浓浓硫酸硫酸碎瓷片碎瓷片冷却冷却25
11、ml水下层液移入下层液移入干燥的锥形干燥的锥形瓶瓶移至分液移至分液漏斗,漏斗,摇动分液摇动分液过滤过滤蒸馏蒸馏产品产品1gNa2CO3棉花棉花1/10/202320具体的实验方案设计内容具体的实验方案设计内容:问题和讨论:实验名称:实验目的:实验原理:实验用品:实验步骤:实验现象及结果处理:1/10/202321科学性科学性安全性安全性可行性可行性简约性简约性设计化学实验时,应遵循四个基本要求:设计化学实验时,应遵循四个基本要求:设计化学实验时,应遵循四个基本要求:设计化学实验时,应遵循四个基本要求:(即实验原理、操作程序和方法必须正确)(即实验原理、操作程序和方法必须正确)(即用药及操作要注
12、意安全,注意环境保护等问题)(即用药及操作要注意安全,注意环境保护等问题)(要满足中学现有的实验条件)(要满足中学现有的实验条件)(装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等)(装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等)1/10/202322实验名称:硫酸亚铁晶体的制备实验名称:硫酸亚铁晶体的制备实验目的:实验目的:1.1.体验制备实验的设计过程,了解实体验制备实验的设计过程,了解实验方案设计的一般思路。验方案设计的一般思路。2.2.以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁实验原理:铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁。实验原理:铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁。实验用品:托盘天平、烧杯
13、、漏斗、玻棒、铁架实验用品:托盘天平、烧杯、漏斗、玻棒、铁架台台(含铁圈、铁夹含铁圈、铁夹)、石棉网、酒精灯、打火机、石棉网、酒精灯、打火机、滤纸、温度计、铁粉、稀硫酸、滤纸、温度计、铁粉、稀硫酸、NaOH溶液。溶液。设计实验设计实验以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁1/10/202323实验步骤:实验步骤:称取一定量铁屑(称取一定量铁屑(m1)加入氢氧化钠溶液)加入氢氧化钠溶液洗洗2次,充分搅拌,过滤,并将滤纸上的铁屑次,充分搅拌,过滤,并将滤纸上的铁屑转移到小烧杯中,滤纸用少量的水冲洗。转移到小烧杯中,滤纸用少量的水冲洗。在烧杯中倒入在烧杯中倒入适量适量稀
14、硫酸,以稀硫酸浸没稀硫酸,以稀硫酸浸没铁屑为准,采用水浴控制温度,小心加热铁屑为准,采用水浴控制温度,小心加热(不要不要煮沸,保持温度在煮沸,保持温度在50C80之间之间),加热时间,加热时间应稍长,使反应充分,直到只有极少量气泡发应稍长,使反应充分,直到只有极少量气泡发生,同时溶液呈浅绿色为止生,同时溶液呈浅绿色为止(这时烧杯底部这时烧杯底部仍应仍应留有少量铁屑留有少量铁屑)。1/10/202324实验步骤:实验步骤:用少量热水通过过滤器,提高过滤器的温度,用少量热水通过过滤器,提高过滤器的温度,可防止硫酸亚铁溶液在漏斗中析出晶体,然后将可防止硫酸亚铁溶液在漏斗中析出晶体,然后将溶液溶液趁热
15、过滤,趁热过滤,将滤液转入小烧杯中,静置,冷将滤液转入小烧杯中,静置,冷却,结晶,可观察到滤液冷却并生长出浅绿色硫却,结晶,可观察到滤液冷却并生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象酸亚铁晶体的现象(最好能盖住烧杯口,防止空气最好能盖住烧杯口,防止空气进入,氧化硫酸亚铁进入,氧化硫酸亚铁)。待结晶完毕后,取出晶体,用少量水洗涤待结晶完毕后,取出晶体,用少量水洗涤23次,再用滤纸将晶体吸干,称重(次,再用滤纸将晶体吸干,称重(m2)。将制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中,将制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中,密封保存,备用。密封保存,备用。1/10/202325以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁以废铁
16、屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁实验结果处理:实验结果处理:铁粉的粉的质量(量(m m1 1)FeSOFeSO4 4 7H 7H2 2O O的的质量(量(m m2 2)产率率计算公式算公式本本实验的的产率率56m2278m11/10/2023261 1工业废铁屑常沾有油污,应先除去油污。去除废工业废铁屑常沾有油污,应先除去油污。去除废铁屑上的油污最好用热碱液洗铁屑上的油污最好用热碱液洗2 2次,并用玻璃棒搅拌,次,并用玻璃棒搅拌,然后再用蒸馏水冲洗以除净油污。然后再用蒸馏水冲洗以除净油污。2 2硫酸浓度的选择至关重要,如果太稀,反应速率慢,硫酸浓度的选择至关重要,如果太稀,反应速率慢,时间较长,而
17、且不易观察到晶体析出的现象;如果太时间较长,而且不易观察到晶体析出的现象;如果太浓,过滤时漏斗中有大量晶体存在,不利于过滤,而浓,过滤时漏斗中有大量晶体存在,不利于过滤,而且在滤液下流过程中就产生晶体,将无法清晰地看到且在滤液下流过程中就产生晶体,将无法清晰地看到随同滤液冷却逐渐析出硫酸亚铁的过程。随同滤液冷却逐渐析出硫酸亚铁的过程。实验注意事项:实验注意事项:1/10/2023273 3由于废铁屑表面有铁锈,会与硫酸反应生成硫酸由于废铁屑表面有铁锈,会与硫酸反应生成硫酸铁。因此,实验时可向反应溶液中加入洁净的废铁屑,铁。因此,实验时可向反应溶液中加入洁净的废铁屑,使硫酸铁被过量的铁还原为硫酸
18、亚铁。使硫酸铁被过量的铁还原为硫酸亚铁。4 4利用重结晶方法精制硫酸亚铁时,为增大硫酸亚铁利用重结晶方法精制硫酸亚铁时,为增大硫酸亚铁的溶解量,可给溶液加热至的溶解量,可给溶液加热至50508080;为减少过滤;为减少过滤时硫酸亚铁的损失,应将溶液趁热过滤。时硫酸亚铁的损失,应将溶液趁热过滤。5 5结晶出来的晶体所附着的水不能用加热的方法除结晶出来的晶体所附着的水不能用加热的方法除去,只能用滤纸将晶体吸干。去,只能用滤纸将晶体吸干。1/10/202328【本课小结本课小结】1物质制备方案的设计,首先要弄清物质制备的物质制备方案的设计,首先要弄清物质制备的原理(关键),从原理为切入点设计方案原理
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- 教学课件 教学 课件 第六 单元 化学 实验 方案 设计
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