年《龙门亮剑》高三化学 第十章 第3讲化学实验方案的设计与评价课件 新人教.ppt
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1、第第3 3讲化学实验方案的设计与评价讲化学实验方案的设计与评价1设计、评价或改进实验方案;2了解控制实验条件的方法;3分析或处理实验数据,得出合理结论;4绘制和识别典型的实验仪器装置图。2021/8/8 星期日1一、常见气体的制备制取气体反应原理(反应条件、化学方程式)装置 类型收集 方法实验注意 事项O2固体固体加热(1)检查装置气密性 (2)装固体的试管要倾斜 (3)先均匀加热,然后固定在放药品处加热(4)用排水法收集,停止加热前,应该先 ,再熄灭酒精灯NH3 从水槽中拿出导气管从水槽中拿出导气管排水排水法、法、向上向上排空排空气法气法向下向下排空排空气法气法向下向下2KClO2KClO3
2、 3 2KCl 2KCl3O3O2 22NH2NH4 4ClClCa(OH)Ca(OH)2 2 2NH2NH3 3CaClCaCl2 22H2H2 2O O2021/8/8 星期日2Cl2液体(或固体)液体加热(1)同上(1)、(3)、(4)条内容(2)液体与液体加热,反应器内应添加 ,以防暴沸(3)氯气有毒,尾气要用 吸收(4)制取乙烯温度应控制在C2H4向上向上排空排空气法气法排排水水法法碎瓷片碎瓷片NaOHNaOH溶液溶液170170CHCH3 3CHCH2 2OH OH CHCH2 2=CH=CH2 2H H2 2O OMnOMnO2 24HCl(4HCl(浓浓)MnClMnCl2 2
3、ClCl2 22H2H2 2O O2021/8/8 星期日3H2固体液体不加热(1)同上(1)条内容(2)使用长颈漏斗时,要把漏斗下端插入 (3)使用启普发生器时,反应物固体需是块状,且反应不需要加热,生成的气体要难溶于水(中学阶段只有H2、CO2、H2S)(4)制取乙炔要用分液漏斗,以控制反应速率 C2H2 NOZnZnH H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4H H2 2CaCCaC2 22H2H2 2OCa(OH)OCa(OH)2 2C C2 2H H2 23Cu3Cu8HNO8HNO3 3(浓浓)=3Cu(NO)=3Cu(NO3 3)2 22NO2NO4H4H2 2O O排水
4、排水法法液面以下液面以下2021/8/8 星期日4CO2固体液体不加热(1)同上(1)条内容(2)使用长颈漏斗时,要把漏斗下端插入(3)使用启普发生器时,反应物固体需是块状,且反应不需要加热,生成的气体要难溶于水(中学阶段只有H2、CO2、H2S)(4)制取乙炔要用分液漏斗,以控制反应速率 SO2 NO2 CaCOCaCO3 3+2HCl=CaCl2HCl=CaCl2 2COCO2 2H H2 2O ONaNa2 2SOSO3 3H H2 2SOSO4 4=Na=Na2 2SOSO4 4SOSO2 2H H2 2O OCuCu4HNO4HNO3 3(浓浓)=Cu(NO)=Cu(NO3 3)2
5、22NO2NO2 22H2H2 2O O向上向上排空排空气法气法液面以下液面以下2021/8/8 星期日5二、化学二、化学实验实验方案的方案的设计设计与与评评价价1 1实验设计实验设计的原的原则则(1)科学性;(2);(3);(4)可行性2.2.实验设计实验设计的方法的方法(1)明确实验目的、;(2)选择 ;(3)设计装置步骤;(4)记录 ;(5)分析得出结论。以上只是解答综合实验设计题的一般思考方法。在解答过程中,应根据实验设计题的具体情况和要求,作出正确的回答。安全性安全性简约简约性性实验实验原理原理反反应应物物实现现实现现象、象、实验实验数据数据2021/8/8 星期日63 3化学化学实
6、验实验方案方案设计设计的的类类型型实验设计 实验方案的设计 实验方案的设计 实验设计方案的 综合实验制备制备 性质性质评价评价2021/8/8 星期日7有些气体有毒性,实验室制备或使用这些气体时,要进行尾气处理,尾气处理常用哪些方式?【提示】(1)吸收溶解度较小或吸收速率不太大的尾气(如Cl2等)。2021/8/8 星期日8(2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)。(3)点燃除去或收集于塑料袋中2021/8/8 星期日9气体的制气体的制备备1 1气体的制气体的制备备气体发生装置依据制备气体所需反应物的状态和反应条件可分成三类。(1)固体固体 气体适用范围:O2、NH3等(2)固体液体气
7、体适用范围:H2、CO2、NO2、SO2、NO等,其中可用启普发生器的有H2、CO2。(3)固体液体 气体(或液体液体 气体)适用范围:Cl2。2021/8/8 星期日10气体发生装置(图AE):类型固体固体加热固体液体不加热固(或液)体液体加热装置 适用的气体O2、NH3、CH4H2、CO2、H2S、SO2、NO2Cl2、HCl、NO2021/8/8 星期日112.2.装置气密性装置气密性检验检验(1)检查装置气密性的原理尽管实验装置各不相同,但对其气密性检查的原理不外乎两种:一是利用气体受热,体积膨胀的原理;二是利用温度一定,一定量的气体产生的压力一定的原理。二者都可以通过克拉珀龙方程予以
8、合理的理论解释。(2)检查装置气密性的基本方法方法一:微热法。如右图,把导管的下端浸入水中,用手紧捂试管(或用酒精灯微热),导管口若有气泡冒出,松开手后,导管口又形成一段水柱,则证明装置气密性良好。2021/8/8 星期日12方法二:液面差法。如右图,把弹簧夹关闭,向长颈漏斗内加水至浸没漏斗下端,并在下端导管形成一段液柱。若液柱高度不变,证明装置气密性良好。2021/8/8 星期日13方法三:增大或减小装置内气体的体积。如上图,打开弹簧夹,从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端。用洗耳球通过导管向试管内鼓入空气,使水进入漏斗下端导管形成一段液柱。关闭止水夹,若液柱不下降,则证明装置气密性良好。
9、或者打开弹簧夹,从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端。用注射器通过导管向外抽气。若抽气时漏斗下端管口有气泡冒出,则证明装置气密性良好。方法四:加热液封装置,如上图,打开止水夹,从长颈漏斗向试管内加水直至浸没漏斗下端。关闭止水夹,用酒精灯微热试管,长颈漏斗下端导管内液面上升形成液柱,则证明装置气密性良好。2021/8/8 星期日143 3气体的气体的净净化化(1)除杂试剂选择的依据主要气体和杂质气体性质上的差异:如溶解性、酸碱性、氧化还原性、可燃性等。(2)除杂原则不损失主要气体;不引入新的杂质气体;在密闭装置内进行;先除易除的气体。(3)除杂装置洗气瓶、干燥管、U形管、硬质玻璃管等。2021
10、/8/8 星期日15(4)气体的干燥(除去气体中的水分)干燥是使用适宜的干燥剂和装置除去气体中混有的少量水分。常用装置有干燥管(A)、U形管(B)(内装固体干燥剂)和洗气瓶(C)(内装液体干燥剂)。2021/8/8 星期日16常用的干燥剂有:浓硫酸(酸性干燥剂):可干燥N2、O2、H2、Cl2、CO、CO2、SO2、HCl、NO、NO2、CH4、C2H4等(不可干燥还原性或碱性气体,如 H2S、HBr、HI、NH3等)。P2 O5(酸性干燥剂):可干燥H2S、HBr、HI及浓硫酸能干燥的气体(不可干燥NH3等)。无水CaCl2(中性干燥剂):可干燥除NH3以外的其他气体(NH3能与CaCl2反
11、应生成络合物CaCl28NH3)。碱石灰(碱性干燥剂):可干燥NH3及中性气体(N2、O2、H2、CO、NO、CH4、C2H4等,不能干燥酸性气体)。硅胶(酸性干燥剂):可干燥Cl2、O2、H2、CO2、CH4、C2H4。其他:如生石灰、NaOH 也可用于干燥NH3及中性气体(不可干燥有酸性或能与之反应的气体)。2021/8/8 星期日17(5)注意事项用洗气瓶吸收杂质时,气流方向是长管进,短管出。用干燥管吸收杂质时,气流方向是大口进,小口出;用U型管吸收杂质时,气流方向可以任意选择。当气体中含有多种杂质时,若采用洗气装置,通常是除杂在前,干燥在后;若用加热装置除杂时,通常是干燥在前,除杂在后
12、;若气体中有多种酸性气体杂质时,应先将酸性较强的杂质气体除去,再除酸性较弱的杂质气体。2021/8/8 星期日184 4气体的收集气体的收集(1)收集方法排水集气法适用范围:a.难溶于水,且不与水发生反应的气体,如H2、O2、CO、C2 H4等;b.对能溶于水,但溶解度不大的气体,可采用排相应的饱和溶液的方法收集,如Cl2可用排饱和食盐水的方法,CO2可用排饱和NaHCO3溶液的方法等。向上排空气法适用范围:不与空气反应且密度比空气大的气体,如O2、CO2、SO2、NO2等。向下排空气法适用范围:不与空气反应且密度比空气小的气体,如H2、NH3、CH4等。2021/8/8 星期日19(2)收集
13、装置2021/8/8 星期日20(2008年高考重庆理综)下列实验装置图正确的是()2021/8/8 星期日21【导导航航】本题中所有的装置均源于课本,考查学生对实验基本原理的认识。该类型题目,要求学生对常见物质的制取,收集、净化及尾气吸收装置要牢固掌握并灵活运用。【解析解析】A项在实验室制取乙烯时必须控制反应液的温度为170,故温度计的水银球必须插入液面以下;C项为实验室制取氯气的装置,用二氧化锰与浓盐酸制取氯气时必须加热才能反应;D项在制取乙酸乙酯时,为了除去乙酸乙酯中混有的乙酸、乙醇,用饱和碳酸钠溶液吸收,但导管不能插入液面以下,否则易发生倒吸现象。【答案答案】B2021/8/8 星期日
14、22实验实验方案的方案的设计设计1 1物物质质制制备实验备实验方案的方案的设计设计(1)物质制备实验方案设计应当遵循的原则条件适合,操作简便;原理正确,步骤简单;原料丰富,成本低廉;产物纯净,污染物少。物质制备实验要遵循以上原则,从多条制备路线中筛选出最佳的制备途径;合理正确地选择化学仪器、化学药品和其他用品;设计出合理的实验装置和实验步骤。(2)物质制备实验方案设计的思路2021/8/8 星期日23(1)物质性质实验方案的设计程序首先预测性质,设计实验探究,实施实验操作,记录实验现象,分析比较概括,得出实验结论。(2)解答实验设计题必备的实验意识解答实验题时实验意识能起到指明解题方向,明示解
15、题思路,确定解题方法等作用。在解答化学实验方案设计题时,应具有以下意识:分析题给信息,确定实验目的、原理的意识。根据实验目的和原理,确定实验方法的意识。根据实验方法,确定实验步骤的意识。2021/8/8 星期日24根据实验步骤,确定实验装置和实验仪器的意识。若题中已给出装置或仪器,则要具备根据实验步骤,确定装置中各仪器的作用或各仪器的连接顺序的意识。若有气体生成或用气体进行反应的实验,则要具备根据实验步骤来确定气体流向的意识。实验规范操作的意识。环保、经济、安全的绿色化学意识。实验药品处理的意识。分析实验误差以及实验成败因素的意识。2021/8/8 星期日25氮化铝(AlN)是一种新型无机材料
16、,广泛用于集成电路生产领域。某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质,现用右图中的装置来进行检验,使氮化铝样品和NaOH溶液反应:AlNNaOHH2O=NaAlO2NH3,根据反应所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计)。2021/8/8 星期日26_(1)实验有关操作为:a.往锥形瓶中放入少量的AlN样品;b从分液漏斗往锥形瓶中加入稍过量的NaOH浓溶液;c检验装置的气密性;d.测定收集到水的体积。正确的操作顺序为_(以字母进行排序)。(2)广口瓶中的试剂X可选用_(填选项的字母)。A酒精B植物油CCCl4(3)广口瓶中的液体没有装满(上方留
17、有少量空间),实验测得NH3的体积将_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。2021/8/8 星期日27(4)实验结束后,若观察到锥形瓶中还有固体,则样品中含有的杂质是_。(5)若实验中测得样品的质量为w g,氨气的体积为a L(标准状况),则样品中AlN的质量分数为_。(6)有学生改用通过测定生成氨气的质量来确定样品中的AlN的质量分数。应将产生的氨气通入装置_(忽略溶剂的挥发,填选项的字母)。2021/8/8 星期日28【导导航航】解答该类题目,首先要理解实验目的和实验原理,明确各装置的作用,然后根据实验要求逐一解答。【解析解析】(1)实验步骤:连接装置检查装置气密性加药品测定结果,故正确的顺
18、序为cabd。(2)因NH3极易溶于水,而该装置设计成用排水法来测NH3的体积,因此需在水的上方加上难溶于水(NH3也难溶)且比水的密度小的物质,故A、C不可,只有B符合。(3)广口瓶中的液体体积只要比能产生的NH3的体积大即可,不一定充满。2021/8/8 星期日29(4)因AlN、Al2O3均能与NaOH反应且无不溶物生成,今反应后锥形瓶仍有固体,说明含有杂质碳。(5)标准状况下生成NH3 a L,则据氮原子守恒知AlN的物质的量为 mol,所以AlN的质量分数为 100%=%(6)NH3不溶于苯,C、D错误,为防止倒吸,只能选择B。【答案答案】(1)cabd(2)B(3)不变(4)碳(5
19、)(6)B2021/8/8 星期日301(2009年安徽理综)某厂废水中含5.00103 molL1的Cr2O72,其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝,将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4(Fe的化合价依次为3、2),设计了如下实验流程:2021/8/8 星期日31(1)第步反应的离子方程式是_。(2)第步中用pH试纸测定溶液pH的操作是:_。2021/8/8 星期日32(3)第步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr(OH)3外,还有_。(4)欲使1 L该废水中的Cr2O72完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4,理论上需要加入_g FeSO47H2O。2021/8/8 星期日3
20、3【解析解析】(1)Cr2O72有较强氧化性,FeSO47H2O中Fe2有一定的还原性,在酸性介质中发生氧化还原反应,Cr2O72转化为Cr3,Fe2转化为Fe3。Cr2O7214H6Fe2=2Cr36Fe37H2O。(2)应将试纸展放在表面皿上,用玻璃棒蘸取待测液滴在试纸中部,再与标准比色卡对照得出pH。(3)由题给框图之二可得:Fe2过量,加NaOH时,产生Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三种沉淀物。(4)1 L废水中含n(Cr2O72)5.00103 mol。由题意得:Cr2O724Cr0.5Fe1.5FeO410FeSO47H2O,所以理论上n(FeSO47H2O)10n
21、(Cr2O72)0.05 mol。m(FeSO47H2O)0.05 mol278 gmol113.9 g。2021/8/8 星期日34【答案答案】(1)Cr2O726Fe214H=2Cr36Fe37H2O(2)将一小片pH试纸放在表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待测液,点在pH试纸上,再与标准比色卡对照(3)Fe(OH)3、Fe(OH)2(4)13.92(2009年海南化学)下图表示从固体混合物中分离X的2种方案,请回答有关问题。2021/8/8 星期日35(1)选用方案时,X应该具有的性质是_,残留物应该具有的性质是(2)选用方案从某金属粉末(含用Au、Ag和Cu)中分离Au,加入的试剂是_,有关
22、反应的化学方程式为(3)为提纯某Fe2O3样品(主要杂质有SiO2、Al2O3),参照方案和,请设计一种以框图形式表示的实验方案(注明物质和操作)。2021/8/8 星期日36【解析解析】(3)提纯Fe2O3样品,则除去Al2O3、SiO2即可。根据Fe2O3、Al2O3的性质来设计实验。【答案答案】(1)有挥发性(或易升华)受热不挥发,且具有较高的热稳定性(2)HNO33Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O3Ag4HNO3(稀)=3AgNO3NO2H2O(或Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2OAg2HNO3(浓)=AgNO3NO2H2O)(3)(其他合理答
23、案也可)2021/8/8 星期日373(2009年江苏单科)医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙(含有少量Na、Al3、Fe3等杂质)生产医药级二水合氯化钙(CaCl2 2H2O质量分数为(97.0%103.0%)的主要流程如下:2021/8/8 星期日38(1)除杂操作是加入氢氧化钙,调节溶液的pH为8.08.5,以除去溶液中的少量Al3、Fe3。检验Fe(OH)3是否沉淀完全的实验操作是(2)酸化操作是加入盐酸,调节溶液的pH约为4.0,其目的有:将溶液中的少量Ca(OH)2转化为CaCl2;防止Ca2在蒸发时水解;_。2021/8/8 星期日39(3)测定样品中Cl
24、含量的方法是:a.称取0.750 0 g 样品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中;c.用0.050 00 molL1AgNO3溶液滴定至终点,消耗AgNO3,溶液体积的平均值为20.39 mL。上述测定过程中需用溶液润洗的仪器有 _。计算上述样品中CaCl22H2O的质量分数为_。若用上述方法测定的样品中CaCl22H2O的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能原因有_;_。2021/8/8 星期日40【解析解析】(1)是基本操作题,检验Fe(OH)3是否沉淀完全,关键是检验Fe3是否有剩余,用SCN检验。(2)加酸目的为将Ca(OH)2
25、转变为CaCl2,为防止水解,为降低CO2的溶解度。(3)AgNO3溶液呈酸性,酸性、强氧化性溶液及有机试剂一般放在酸式滴定管中,容量瓶、锥形瓶均不需润洗。容量瓶、锥形瓶润洗均会使测定结果偏大。滴定管不润洗,会使标准液稀释。n(Cl)0.050 0 molL120.39103L1.019 5103mol,m(CaCl22H2O)n(Cl)M(CaCl22H2O)10 1.019 5103mol147 gmol1100.749 33 gw 100%99.9%。NaCl中w(Cl)大于CaCl22H2O中w(Cl);CaCl22H2O部分失水,总质量减小。2021/8/8 星期日41【答案答案】(
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