氣體制備與化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1、氣體制備與化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)溫嶺中學(xué)化學(xué)組 陳成 設(shè)計(jì)意圖:近幾年理綜的實(shí)驗(yàn)試題均為帶有研究性的試題,考察的內(nèi)容均與氣體知識(shí) 有關(guān)。 氣體制備實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)制備實(shí)驗(yàn)中占據(jù)著佷重要的地位 , 是高考常考的熱點(diǎn)。 目前高三學(xué)生普遍缺少實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì), 導(dǎo)致解實(shí)驗(yàn)題能力弱, 如何在短時(shí)間內(nèi)提高實(shí) 驗(yàn)題的解題能力,這是在高考中化學(xué)取得高分的關(guān)鍵。針對(duì)這一問(wèn)題,本專(zhuān)題復(fù)習(xí)主要從兩方面入手:1、解這類(lèi)題需儲(chǔ)備哪些知 識(shí)和方法 2、如何從整體上把握解實(shí)驗(yàn)題的方向,并從儲(chǔ)備知識(shí)中進(jìn)行剪切,粘貼完 成實(shí)驗(yàn)。 因此具體操作上就是把高中課本及各類(lèi)試題中常見(jiàn)的氣體制備及其相關(guān)的性 質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸納、 分解、 重組, 并通過(guò)

2、相關(guān)的例題延伸, 使學(xué)生具備一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 技巧和解題能力。 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能:掌握各種氣體基本性質(zhì)、 制備的原理、 發(fā)生裝置、 收集、 尾氣處理的基本知識(shí), 并能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分解和重組。提高簡(jiǎn)答題的表達(dá)能力和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力。 過(guò)程和方法:體驗(yàn)問(wèn)題解決的過(guò)程,增強(qiáng)知識(shí)的遷移、創(chuàng)新能力,理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?實(shí) 驗(yàn)整合能力的復(fù)習(xí)方法。情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān) :激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S過(guò)程和創(chuàng)新的科學(xué)品質(zhì)。 教學(xué)重點(diǎn):氣體制備實(shí)驗(yàn)的各裝置及延伸和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 教學(xué)難點(diǎn):實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 教學(xué)方法:啟發(fā)、引導(dǎo)、歸納、練習(xí)、講解、討論等 教學(xué)用具 多媒體教學(xué)過(guò)程:一、氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置的分解、歸納問(wèn)題一

3、:實(shí)驗(yàn)室制氣裝置包括哪幾個(gè)步驟?問(wèn)題二 22223C 2H 4、 C 2H 2的常見(jiàn)、可 行的反應(yīng)原理方程式學(xué)生書(shū)寫(xiě)討論,教師點(diǎn)評(píng) :略設(shè)計(jì)意圖 :要求學(xué)生熟練掌握常見(jiàn)氣體的制備原理,這是必備的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)明確每一 種氣體的制備方法不一定是唯一的, 關(guān)鍵是符合反應(yīng)原理。 比如:在條件允許 下氫氣可用鋅、硅、鋁等為原料,氧氣可通過(guò)氯酸鉀、高錳酸鉀,雙氧水、過(guò) 氧化鈉等原料來(lái)制備。 通過(guò)對(duì)制氣原理的復(fù)習(xí), 不僅使學(xué)生掌握相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn), 同時(shí)培養(yǎng)了發(fā)散和收斂思維。問(wèn)題三 :氣體制備的發(fā)生裝置選擇與什么因素有關(guān)?常見(jiàn)的發(fā)生裝置分為幾種類(lèi)型?說(shuō)出 各種氣體制備的發(fā)生裝置?教師點(diǎn)撥 :1、固固加熱型(1

4、常見(jiàn)圖:(2注意細(xì)節(jié):在畫(huà)圖中注意試管夾持方法、加熱方法、膠塞上的導(dǎo)管長(zhǎng)度、 粉末狀固體在試管口放棉花等基礎(chǔ)易錯(cuò)點(diǎn)(3注重延伸:不要把經(jīng)驗(yàn)當(dāng)成是一成不變的真理,要結(jié)合具體實(shí)際信息,比如用草酸晶體加熱制 CO ,如果還采用試管向下加熱操作,恐怕在氣體出來(lái)前由于草酸先液化而流出試管了。 所以可通過(guò)具體的例子使學(xué)生不要養(yǎng)成思維定勢(shì),死學(xué),具體問(wèn)題具體分析。2、固液 (液液 不加熱(1可用容器的名稱(chēng):試管、燒瓶、廣口瓶、錐形瓶、分液漏斗、長(zhǎng)頸漏斗等(2常見(jiàn)圖:不適用啟普發(fā)生器的裝置 a b c d e這些圖在各種練習(xí)中均曾出現(xiàn)過(guò),可通過(guò)問(wèn)題的形式由學(xué)生說(shuō)出由圖 a 不足之處,如何改進(jìn)依次演變到圖 e

5、中的優(yōu)點(diǎn)。啟普發(fā)生器及其拓展 a b c d e f例 1:1、 (1 在沒(méi)有現(xiàn)成的 CO2氣體發(fā)生器的情況下, 請(qǐng)你選用下圖中的部分儀器,裝配成一個(gè)簡(jiǎn)易的、能隨開(kāi)隨用、隨關(guān)隨停的 CO2氣體發(fā)生裝置。應(yīng)選用的儀器是(填入儀器的編號(hào) 。(2若用上述裝置制取 CO2氣體,而實(shí)驗(yàn)室只有稀硫酸、濃硝酸、水、塊狀純堿、塊狀大理石,比較合理的方案應(yīng)選用的藥品是 。 設(shè)計(jì)意圖 :啟普發(fā)生器原理及應(yīng)用既是個(gè)重點(diǎn)又是個(gè)難點(diǎn),很多學(xué)生表現(xiàn)在能理解但不會(huì)應(yīng)用。 因此這塊內(nèi)容的落實(shí)就需要通過(guò)多角度設(shè)計(jì)問(wèn)題使學(xué)生在解題過(guò)程中得到思維的升華和知識(shí)的應(yīng)用。如 1、由啟普發(fā)生器通過(guò)變形得到簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器裝置,由例 1得到改

6、裝后的裝置 c 、 d 、 e ,裝置看似不同,但本質(zhì)的原理都是相同即都是通過(guò)液壓法達(dá)到固液分離,由此延伸出通過(guò)手動(dòng)的方式達(dá)到固液分離的 f裝置。 2、 這種原理適合制備哪些氣體? 3、 這種原理有哪些具體應(yīng)用? (如量氣原理、氣密性檢驗(yàn)等, 03年氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)就是液壓法知識(shí)的具體應(yīng)用3、固液(液液加熱制氣型恒壓式(1可用容器的名稱(chēng):試管、燒瓶、分液漏斗、長(zhǎng)頸漏斗等(2常見(jiàn)圖: 設(shè)計(jì)意圖 :學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)題的難點(diǎn)很大程度上是因?yàn)閷?duì)題境生疏產(chǎn)生膽怯心理,而導(dǎo)致不能正確省題,聯(lián)想遷移受阻。通過(guò)對(duì)常見(jiàn)制氣裝置的分析、歸納、改進(jìn)、創(chuàng)新, 使學(xué)生的頭腦中形成一個(gè)制氣裝置的圖庫(kù), 開(kāi)闊了眼界, 遇到類(lèi)

7、似的裝置能做到心中不慌,主動(dòng)遷移,創(chuàng)新。問(wèn)題四 :常見(jiàn)凈化干燥裝置有哪些類(lèi)型?適合盛放什么類(lèi)型的試劑?常見(jiàn)的干燥劑有哪些?(1干燥(除雜裝置的選擇洗氣瓶 干燥管 燃燒管 液氣不加熱 固氣不加熱 固氣加熱(2干燥劑選擇酸性:濃硫酸、 P 2O 5固體;濃硫酸不能干燥堿性 NH 3、還原性氣體 H 2S 、 HI 、 HBr 堿性:堿石灰、生石灰、 NaOH 固體等;不能干燥酸性氣體:Cl 2、 HCl 、 CO 2、 SO 2等 中性:無(wú)水氯化鈣等;不能干燥 NH 3等(3練習(xí)常見(jiàn)的氣體除雜試劑和裝置的選擇(略說(shuō)明 :(1一般除雜在前,干燥在后。若是燃燒管除雜不會(huì)產(chǎn)生水,則干燥在前。 如:CO

8、2 (HCl 、 O 2、 H 2O (2除雜反應(yīng)要迅速、定量,不選擇可逆反應(yīng)或條件苛刻的反應(yīng)。如:C 2H 6(C 2H 4用 H 2 ; CO 2(SO 2用品紅; CO (CO 2用澄清石灰水問(wèn)題五 :常見(jiàn)氣體的收集方法有哪些?(1常規(guī)收集方法: (2注意操作細(xì)節(jié):排空氣法收集氣體時(shí),導(dǎo)管必須伸到容器 _。用排水法收集 O 2 ,如何才能收集到純 O 2排空氣法驗(yàn)滿(mǎn):O 2、 CO 2、 Cl 2、 NH 3。設(shè)計(jì)意圖 :細(xì)節(jié)之處往往也是學(xué)生似乎明白又不能準(zhǔn)確表達(dá)之處,及時(shí)引起學(xué)生的注意。(3總結(jié)收集方法:能用排水法:NO 、 N 2、 CO 、 C 2H 4等只能用向上排空氣法:NO

9、2、 HCl 、 SO 2等只能用向下排空氣法:NH 3等方法拓展 :能否設(shè)計(jì)用排液法來(lái)收集 HCl ?能否設(shè)計(jì)用排氣法來(lái)收集氮?dú)?設(shè)計(jì)意圖 :使學(xué)生既要扎實(shí)基礎(chǔ), 又要有靈活應(yīng)變能力, 從本質(zhì)上真正理解并會(huì)具體應(yīng)用。(4介紹其它收集裝置,并討論這些裝置可分別用來(lái)收集什么特點(diǎn)的氣體?尤其是 最后的冷凝裝置可讓學(xué)生討論收集到這種物質(zhì)的特點(diǎn),哪些物質(zhì)的收集適用于這種方法。 學(xué)生討論 :儀器使用的拓展和創(chuàng)新如何用右圖 A 裝置實(shí)現(xiàn)上三種收集方法?用右圖裝置作洗氣瓶,如何通氣?用右圖裝置和必要儀器設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣瓶。用右圖裝置和必要儀器設(shè)計(jì)量氣裝置。 A B拓展應(yīng)用 :下列排水(液體量氣裝置合理的有哪些?并說(shuō)

10、明讀取體積時(shí)注意事項(xiàng) A B C D E設(shè)計(jì)意圖 :廣口瓶中的導(dǎo)管長(zhǎng)短進(jìn)出問(wèn)題看似簡(jiǎn)單,但學(xué)生沒(méi)有從壓強(qiáng)原理上去理解,很難準(zhǔn)確應(yīng)用。通過(guò)學(xué)生之間的討論和具體例題的應(yīng)用,使學(xué)生真正理解。問(wèn)題六 :常見(jiàn)的哪些氣體需要尾氣處理?尾氣處理的裝置有哪些?(1在水中溶解度不大的直接吸收 (2燃燒或裝袋 (3防倒吸思考 :下列圖中哪些可用來(lái)防倒吸?利用什么原理?a b 接觸式 隔離式 安全瓶式 試劑改進(jìn)設(shè)計(jì)意圖 :防倒吸安全裝置是重難點(diǎn), 02的高考題,其實(shí)就是倒吸原理在噴泉中應(yīng)用。高考考察的內(nèi)容雖然是常見(jiàn)的知識(shí), 但是考生卻缺乏應(yīng)用能力, 說(shuō)明對(duì)這些考點(diǎn)知識(shí)知其然,卻不知其所以然。通過(guò)多角度的對(duì)比、聯(lián)想、

11、提問(wèn),使學(xué)生在擴(kuò)大知 識(shí)容量同時(shí)培養(yǎng)了分析、 發(fā)散、 創(chuàng)新和解決問(wèn)題能力。 知識(shí)是能力的載體, 脫離這些知識(shí)的積累就不會(huì)迸發(fā)出創(chuàng)造性的火花。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法例 2、 已知 KMnO 4與濃 HCl 在常溫下反應(yīng)能產(chǎn)生 Cl 2, 若用圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)制備純凈、干燥的氯氣, 并試驗(yàn)它與金屬的反應(yīng), 每個(gè)虛線(xiàn)框表示一個(gè)單元裝置, 其中錯(cuò)誤的是:A 、有和處B 、只有處 C 、只有和處D 、只有、處點(diǎn)評(píng) :從整體上看是以濃鹽酸和高錳酸鉀為原料制氯氣實(shí)驗(yàn),可拆分成對(duì)發(fā)生裝置、凈化干燥裝置、 氣體性質(zhì)實(shí)驗(yàn) (固氣加熱反應(yīng) 裝置的考察。 將實(shí)驗(yàn)拆分和重整是常用 的解題技巧和必備的方法。很容易得出為 D

12、 選項(xiàng)。例 3:水蒸汽通過(guò)灼熱的煤所產(chǎn)生的混合氣,其主要成分是 CO 、 H 2還含有 CO 2和水蒸氣。請(qǐng)用下列裝置設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證上述混合氣中含有 CO 和 H 2 （1） 連接上述裝置的正確順序是（填各接口的代碼字母） 混合氣（） （）接（） （）接（） （）接（） （）接（） （） （2） 從安全角度考慮，該實(shí)驗(yàn)還缺少一個(gè)怎樣的裝置？請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)裝置。 點(diǎn)評(píng)：解答實(shí)驗(yàn)題常見(jiàn)的整體思路把握要點(diǎn)： 解答實(shí)驗(yàn)題常見(jiàn)的整體思路把握要點(diǎn)： 解答實(shí)驗(yàn)題常見(jiàn)的整體思路把握要點(diǎn) 1、看清實(shí)驗(yàn)的目的 2、根據(jù)所給藥品、儀器等確定原理、現(xiàn)象或數(shù)據(jù) 3、關(guān)注過(guò)程中存在的干擾（內(nèi)部、外界） （外界主要指空

13、氣中水蒸汽、CO2、O2 等干 擾） 4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)連接、操作順序 5、注意整套裝置中的尾氣處理。 例 4： 在呼吸面具和潛水艇中可用過(guò)氧化鈉作為供養(yǎng)劑。 請(qǐng)選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑和實(shí)驗(yàn)用品， 用下圖中的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，證明過(guò)氧化鈉可作供養(yǎng)劑。 （1） 是制取 CO2 的裝置。 A 寫(xiě)出 A 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： _ （2）填寫(xiě)表中空格： （請(qǐng)?jiān)诖痤}卡上填寫(xiě)） 儀器 B C D 加入試劑 飽和 NaHCO3 溶液 加入該試劑的目的 _ （3）寫(xiě)出過(guò)氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。 （4）試管 F 中收集滿(mǎn)氣體后，下一步實(shí)驗(yàn)操作是：_。 點(diǎn)評(píng)：這題考察內(nèi)容是學(xué)生十分熟悉的常見(jiàn)知識(shí)和技能，題

14、型也很熟悉。但做下來(lái)學(xué)生的 錯(cuò)誤率還是相當(dāng)?shù)母?。這道題學(xué)生解答錯(cuò)誤主要有（1）方程式寫(xiě)成碳酸鈉和硫酸 反應(yīng)； （2）C 裝置用來(lái)除水，D 裝置用來(lái)二氧化碳和過(guò)氧化鈉反應(yīng)。 解題分析：可先將整體裝置進(jìn)行分解，A 為固液（液液）不加熱制氣，B 為洗 氣，C 為固氣不加熱反應(yīng)，D 洗氣，E 排水法集氣裝置，所以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的只能 是 C 裝置用來(lái)二氧化碳和過(guò)氧化鈉反應(yīng)， 再反過(guò)來(lái)結(jié)合實(shí)際思考呼吸過(guò)程除了 CO2 有無(wú)水存在呢？就不會(huì)出現(xiàn)（2）中的錯(cuò)誤。 （1）中的錯(cuò)誤單從反應(yīng)原理上講沒(méi)有 錯(cuò)，但是從 B 中可以看出選擇的酸應(yīng)為鹽酸，所以當(dāng)一種氣體有多種制備方案時(shí) 我們應(yīng)結(jié)合題中所給藥品、 儀器等確定

15、實(shí)驗(yàn)原理， 缺乏整體把握能力是導(dǎo)致解題失 敗的另一個(gè)原因。 練習(xí) 1、 ：已知某純堿試樣中含有 NaCl 雜質(zhì)，為測(cè)定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可用下圖中 的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：按圖組裝儀器，并檢查裝置的氣密性 將 ag 試樣放入錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解，得到試樣溶液 稱(chēng)量盛有堿石灰的 U 型管的質(zhì)量，得到 bg 從分液漏斗滴入 6mol·L 1 的硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時(shí)為止 從導(dǎo)管 A 處緩緩鼓入一定量的空氣 再次稱(chēng)量盛有堿石灰的 U 型管的質(zhì)量，得到 cg 重復(fù)步驟和的操作，直到 U 型管的質(zhì)量基本不變，為 dg 請(qǐng)?zhí)羁蘸突卮饐?wèn)題： （1）在用托盤(pán)天平稱(chēng)量樣品時(shí)，如

16、果天平的指針向左偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明 （2）裝置中干燥管 B 的作用是 （填高、 （3）如果將分液漏斗中的硫酸換成濃度相同的鹽酸，測(cè)試的結(jié)果 偏低或不變） （4）步驟的目的是 （5）步驟的目的是 （6）該試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式為 （7）還可以用其他實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。請(qǐng)簡(jiǎn)述一種不同的實(shí)驗(yàn)法。 解題思路分析：結(jié)合題目中所給的信息和實(shí)驗(yàn)裝置的分解可得出其原理是通過(guò)將碳酸鈉轉(zhuǎn) 變?yōu)?CO2，通過(guò)稱(chēng)取 CO2 的質(zhì)量來(lái)?yè)Q算出碳酸鈉質(zhì)量。因此本題的關(guān)鍵就是如 何能準(zhǔn)確稱(chēng)得 CO2 的質(zhì)量。因此不難理解鼓入空氣的目的是把反應(yīng)產(chǎn)生的 CO2 全部導(dǎo)入 U 型管中，從定量實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)嚴(yán)密性角度上考慮隱含著過(guò)程中來(lái)自 空氣中的 CO2 和水存在的干擾，也就能明白 NaOH 洗氣瓶和最后 B 干燥管的作 用了。 練習(xí) 2：實(shí)驗(yàn)室里用下列儀器制備 CO2（用含有少量硫化亞鐵的大理石和鹽酸反應(yīng)）并測(cè)