《綜合實驗設(shè)計》教案3-1

綜合實驗設(shè)計》教案課標(biāo)要求1．能根據(jù)具體情況設(shè)計解決化學(xué)問題的實驗方案，并予以評價和優(yōu)化。2．能通過化學(xué)實驗收集有關(guān)數(shù)據(jù)，并科學(xué)地加以處理。3．能對實驗現(xiàn)象做出合理的解釋，運用比較、歸納、分析、綜合等方法初步揭示化學(xué)變化的規(guī)律。課標(biāo)解讀1．熟悉各類實驗的儀器使用，學(xué)會綜合實驗設(shè)計，培養(yǎng)綜合實驗設(shè)計創(chuàng)新思想。2．能通過化學(xué)實驗收集有關(guān)數(shù)據(jù)，并科學(xué)地加以處理。3．能對實驗現(xiàn)象做出合理的解釋，運用比較、歸納、分析、綜合等方法初步揭示化學(xué)變化的規(guī)律。教學(xué)地位本課題是選修6中最后一節(jié)，為選學(xué)內(nèi)容，但本節(jié)課涉及到的內(nèi)容也比較重要，如啟普發(fā)生器的使用，創(chuàng)新實驗的設(shè)計等在近年全國高考的理綜測試卷中，每年都至少有一道化學(xué)實驗試題具有開放性的特征，所以本節(jié)課也不能忽視。新課導(dǎo)入美國“阿波羅登月計劃”總指揮韋伯在“阿波羅”登月成功后曾說：“‘阿波羅計劃'中沒有一項新發(fā)明的技術(shù)，都是現(xiàn)成的技術(shù)，關(guān)鍵在于綜合?！本C合也是創(chuàng)新，實驗設(shè)計創(chuàng)新是建立在課本的基礎(chǔ)實驗之上，沒有基本實驗方法與技能就談不上實驗設(shè)計的創(chuàng)新，實驗的創(chuàng)新是實驗的生命，它包括新實驗的設(shè)計和舊實驗的改進(jìn)，實驗設(shè)計的創(chuàng)新往往體現(xiàn)在以下方面，即：一個實驗的多種現(xiàn)象，一個實驗現(xiàn)象的多種原因，一種儀器的多種用途，一個用途的多種裝置，一個儀器的多種用法，一種物質(zhì)的多種制法，一組物質(zhì)的多種鑒別方法等。這對培養(yǎng)我們的發(fā)散思維具有重要的作用和意義。在本課題中，我們將綜合利用現(xiàn)已掌握的各種知識和技能，進(jìn)行實驗設(shè)計上的“創(chuàng)新”嘗試。教學(xué)過程一、裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新ar^~r//、./[.eh1．啟普發(fā)生器(1)組成：啟普發(fā)生器由球形漏斗、容器和導(dǎo)氣管三部分組成。⑵工作原理：(以稀硫酸和鋅粒制H2為例)打開活塞，容器內(nèi)壓強與外界大氣壓相同，

球形漏斗內(nèi)的稀硫酸在重力作用下流到容器內(nèi)，與鋅粒接觸，產(chǎn)生氫氣；關(guān)上活塞后，氫氣繼續(xù)生成，此時容器內(nèi)的壓強大于外界大氣壓，壓力將酸液壓回球形漏斗，使酸液與鋅粒脫離接觸，氫氣不再產(chǎn)生。(3)使用范圍：啟普發(fā)生器適用于塊狀固體與液體試劑在常溫條件下制取氣體。如氫氣、二氧化碳等氣體。(4)氣密性的檢驗：使用前應(yīng)先檢查裝置的氣密性，方法是開啟旋塞，向球形漏斗中加水，當(dāng)水充滿容器下部的半球體時關(guān)閉旋塞，繼續(xù)加水，使水上升到球形漏斗中。靜置片刻，觀察水面是否下降，如果下降說明漏氣，反之不漏氣。(4

水\氨氣或

~T~氯化氫

7氣體2?如上圖所示，準(zhǔn)備好裝置和試劑，確信燒瓶塞緊后，將滴管內(nèi)水滴入燒瓶，觀察到的現(xiàn)象是燒瓶內(nèi)的氣球膨脹，原因是：滴入水后，大量氣體溶解于水，使燒瓶內(nèi)壓強減小，小于大氣壓，利用大氣壓使氣球在燒瓶內(nèi)膨脹。此實驗的原理與噴泉實驗原理相似?！舅伎碱}1】圖中兩個氣體發(fā)生裝置有什么異同？各有什么特點？氣體發(fā)生裝置【提示】儀器不同、裝置不同，但所依據(jù)的原理相同，都適用于塊狀固體跟液體的反應(yīng),不需要加熱。

3?用玻璃管彎制成的U形管、T形管、軟膠管、彈簧夾等連接成如上圖所示裝置。

U形管中加入適量紅色水溶液，即得簡易

U形氣壓計。

將此裝置用于以下實驗：1溶解熱效應(yīng)、反應(yīng)熱效應(yīng)實驗實驗時，先按圖示將實驗裝置連接好。在U形管內(nèi)加入少量品紅溶液（或紅墨水）。打開T形管上的彈簧夾，使U形管內(nèi)兩邊的液面處于同一水平面，再夾緊彈簧夾。然后將

A中液體逐滴滴入B中，觀察現(xiàn)象。用此裝置實施放熱、吸熱過程的方法及現(xiàn)象如下表所示:反應(yīng)物U形管中的現(xiàn)象實驗結(jié)論AB濃硫酸水U形管中液面左低右咼濃硫酸與水混合放熱水硝酸銨U形管中液面右低左咼硝酸銨與水混合吸熱水過氧化鈉U形管中液面左低右咼Na2O2與水反應(yīng)放熱②證明、測定空氣中的氧氣參與氧化還原反應(yīng)實驗將鐵釘放在如下圖所示的試劑瓶中，用飽和食鹽水浸泡，過一段時間觀察，

U形管中液面右低左高，說明發(fā)生的是吸氧腐蝕，相關(guān)的電極反應(yīng)式為—

2負(fù)極：2Fe—4e=2Fe;正極：O22H204e—=40H—。?鐵釘NaCl溶液可見，此裝置的應(yīng)用可以歸納為兩類：有氣體量變化

（增加或減少）的實驗，如上述實驗2；有溫度變化從而使氣體體積發(fā)生變化的實驗，如上述實驗①。二、綜合實驗設(shè)計程序1?確定實驗設(shè)計項目。2?前期準(zhǔn)備工作：針對所選項目相關(guān)的知識、儀器、技術(shù)等問題查閱資料，做好理論、技術(shù)和裝置上的準(zhǔn)備。3.提出設(shè)計方案初稿。4?檢驗設(shè)計實驗的效果。5?寫出實驗設(shè)計報告。報告中應(yīng)包括實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗用品、實驗安全、實驗裝置圖、實驗步驟和實驗現(xiàn)象記錄，對記錄的整理分析及實驗結(jié)論等?！舅伎碱}2】化學(xué)實驗方案設(shè)計的一般思路是什么？

【提示】三、實驗設(shè)計的創(chuàng)新【問題導(dǎo)思】1實驗設(shè)計的創(chuàng)新包括哪些方面？【提示】包括實驗原理、實驗裝置、實驗效果、實驗步驟與程序、實驗安全等方面的創(chuàng)新。2實驗裝置、儀器的創(chuàng)新指哪些方面？【提示】主要包括儀器的新用途、替代物、重新組合、裝置的改進(jìn)等方面。實驗設(shè)計的創(chuàng)新包括以下幾個方面：（1）實驗原理的創(chuàng)新，如與其他學(xué)科的綜合、新反應(yīng)的應(yīng)用、新的檢測手段的應(yīng)用等。⑵實驗裝置、儀器的創(chuàng)新，如儀器的新用途、替代物、重新組合、裝置的改進(jìn)等。⑶實驗效果的創(chuàng)新，如視覺效果一一實驗現(xiàn)象明顯

（如顏色變化、能量變化、氣體的產(chǎn)生等）、應(yīng)用多媒體手段放大或模擬、現(xiàn)代實驗技術(shù)

（數(shù)字化采集器、光譜分析法）的應(yīng)用等。⑷實驗步驟與程序的創(chuàng)新，如簡化、快速、安全等。⑸實驗安全的創(chuàng)新，如有毒藥品的替換、消除實驗污染安全裝置的設(shè)計等?！纠?】（2012上海高考）堿式碳酸銅［CU2（OH）2CO3］是一種用途廣泛的化工原料，

實驗室以廢銅屑為原料制取堿式碳酸銅的步驟如下：步驟一：廢銅屑制硝酸銅如圖，用膠頭滴管吸取濃HNO3緩慢加到錐形瓶內(nèi)的廢銅屑中（廢銅屑過量），充分反應(yīng)后過濾，得到硝酸銅溶液。步驟二：堿式碳酸銅的制備向大試管中加入碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱至

70C左右，用0.4mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5,振蕩，靜置，過濾，用熱水洗滌，烘干，得到堿式碳酸銅產(chǎn)品。完成下列填空：⑴寫出濃硝酸與銅反應(yīng)的離子方程式

。⑵上圖裝置中NaOH溶液的作用是

。反應(yīng)結(jié)束后，廣口瓶內(nèi)的溶液中，除了含有NaOH外，還有

（填寫化學(xué)式）。（3）步驟二中，水浴加熱所需儀器有

、

（加熱、夾持儀器、石棉網(wǎng)除外）;洗滌的目的是

。⑷步驟二的濾液中可能含有CO：,寫出檢驗CO；「的方法。（5）影響產(chǎn)品產(chǎn)量的主要因素有

。⑹若實驗得到2.42g樣品（只含CuO雜質(zhì)）,取此樣品加熱至分解完全后，

得到1.80g固體,此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

?！窘馕觥浚?）廣口瓶內(nèi)銅與濃硝酸反應(yīng)生成大氣污染氣體

NOx,NaOH溶液可用來吸收NOx,利用NO22NaOH=NaNO2NaNOs出0可知，反應(yīng)結(jié)束后，廣口瓶的溶液中，除了剩余的NaOH外，還含有新生成的NaNO2與NaNOs。（3）因反應(yīng)器為大試管，故水浴加熱中用來盛放水的儀器可以選用燒杯，溫度計

（測定水溫）；洗滌可除去堿式碳酸銅表面吸附的硝酸鈉。（5）由步驟2可知實驗成功的關(guān)鍵是控制溶液

pH和反應(yīng)溫度，故影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素為溫度、pH。（6）堿式碳酸銅完全分解得到CuO,設(shè)樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

x,依據(jù)堿式碳酸銅受熱分解的方程式，利用

差量法”可得：222:62=2.42X：（2.42—1.80），解得x=0.92?！敬鸢浮浚?）Cu4H2NO3=Cu22NO2f2出0⑵吸收氮氧化物（合理即可）NaNO3、NaNO2（3）燒杯溫度計除去產(chǎn)品表面吸附的硝酸鈉（4）取樣，加入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，溶液變渾濁，說明有

CO2⑸溫度、pH(6)0.92【變式】下圖是氣體制取裝置，下列能用此裝置制取氣體并能

隨開隨用、隨關(guān)隨停的是（

）B.鋅粒和稀硫酸制氫氣C.濃硫酸和亞硫酸鈉制取二氧化硫D.電石和水制取乙炔【答案】B四、實驗方案的設(shè)計與評價【問題導(dǎo)思】1實驗方案設(shè)計的一般思路是什么？【提示】明確目的和原理t選儀器藥品t設(shè)計步驟和裝置t評價確定方案。2化學(xué)實驗方案評價的原則是什么？【提示】化學(xué)實驗方案的評價原則:a.安全無險b.裝置最簡c.藥品價格低廉d.環(huán)保無污染e.操作方便f.原理簡單、正確g.現(xiàn)象最明顯。1.實驗方案設(shè)計的一般思路明確目的和原理t選儀器藥品t設(shè)計步驟和裝置t評價確定方案2.實驗設(shè)計的注意事項(1)藥品和儀器是部分或剛好給出還是有剩余若藥品和儀器只部分給出，則應(yīng)作必要的補充，若有剩余，則應(yīng)進(jìn)行篩選和淘汰。(2)題目條件有無特殊要求如采用最簡單或最合理的實驗步驟，這些要求對我們考慮反應(yīng)原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟都作了限定，必須高度重視。(3)實驗過程中的隱蔽性操作如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，但容易被忽略。(4)藥品的描述有些題目要求指出藥品的名稱，這類問題學(xué)生最難答準(zhǔn)確，如有些藥品的準(zhǔn)確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和

NaHC03溶液、NaOH溶液等。此外也應(yīng)注意某些儀器的規(guī)格。(5)會畫簡單的實驗裝置圖能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖，可用“示意裝置圖”表示。(6)其他應(yīng)注意的問題①冷凝回流的問題。②冷卻問題。3防止倒吸問題。4具有特殊作用的實驗改進(jìn)裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住一支小試管等。3．實驗方案的評價(1)從科學(xué)性和可行性對方案評價(2)從“綠色化學(xué)”視角對實驗方案做出評價“綠色化學(xué)”要求設(shè)計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對化學(xué)實驗過程或方案從以下

4個方面綜合評價：1反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒；2反應(yīng)速率是否較快；3原料利用率以及合成物的產(chǎn)率是否較高；4合成過程中是否造成環(huán)境污染。(3)從“安全性”方面對實驗方案做出評價化學(xué)實驗從安全角度?？紤]的主要因素如下：1凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸；2進(jìn)行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2,氣體點燃先驗純等)；3防氧化（如H2還原CuO后要先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中等）;4防吸水（如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施，以保證達(dá)到實驗?zāi)康模?冷凝回流（有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料，需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等

）；6易揮發(fā)液體產(chǎn)物（導(dǎo)出時可為蒸氣）的及時冷卻；7儀器拆卸的科學(xué)性與安全性（也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮）；8其他（如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等

）?！纠?】某學(xué)習(xí)小組針對如何測定鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度提出如下一些方案：方案1?將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮投入到足量的鹽酸中，使其完全溶解，通過測量氫氣的體積，計算鐵皮上的鋅的質(zhì)量。方案2?將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮（W"投入到足量的FeSO4溶液中，一段時間后，取出鐵片,洗凈、烘干、稱量（W2），計算鐵皮上的鋅的質(zhì)量。方案3?將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮投入到足量的鹽酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入過量的NaOH溶液，過濾、洗滌、烘干、灼燒沉淀，最后稱量。⑴方案2的主要缺點是

。方案3的主要缺點是

。

⑵方案1中用到測量氣體體積的裝置，如圖裝置中不能用于測量氣體體積的裝置是學(xué)習(xí)小組擬選用c裝置作量氣裝置，則氣體收集完畢，準(zhǔn)備讀數(shù)時，應(yīng)注意:【答案】（1）鋅與鐵的活動性差異不大，反應(yīng)幾乎難以進(jìn)行

反應(yīng)時間長，沉淀的獲取和稱量較為困難，精確度不高（2）B等到冷卻到室溫再進(jìn)行讀數(shù)，上下移動右邊管使左右兩邊的液面相平【變式】下列實驗不能達(dá)到預(yù)期目的的是

（）序號實驗內(nèi)容實驗?zāi)康腁Cl2、B「2分別與出反應(yīng)比較Cl2、B「2的非金屬性強弱BCI2、S分別與Fe反應(yīng)比較CI2、S的氧化性強弱C測定相同濃度的Na2CO3、Na2SO4兩溶液的pH比較碳酸、硫酸的穩(wěn)定性強弱D測定相同濃度的鹽酸、醋酸兩溶液的導(dǎo)電性比較鹽酸、醋酸的酸性強弱【解彳析】含氧酸的穩(wěn)定性與其鹽溶液pH間不存在關(guān)系，不能通過測鹽的pH來比較不同鹽對應(yīng)含氧酸的穩(wěn)定性強弱?！敬鸢浮緾課堂練習(xí)1?下列實驗中沒有涉及氣體壓強原理的是

（）A.NH,的噴泉

B-檢查裝置的C.啟普發(fā)生器D.苯與水分層實驗

氣密性

原理2.（2013海寧高二檢測）如圖的裝置中，干燥燒瓶中盛有某種氣體，燒杯和滴管內(nèi)盛放某種溶液。擠壓膠管的膠頭，下列與實驗事實不相符的是

（）A.CO2（NaHCO3溶液）無色噴泉B.NH3（H2O含酚酞）紅色噴泉C.H2S（CuSO4溶液）黑色噴泉D.HCI（AgNO3溶液）白色噴泉3.(2013昆山高二檢測)比較MnO2和CuO對出。2分解反應(yīng)的催化能力大小的實驗中，

若3

催化劑的質(zhì)量均控制在0.1g,6%的H2O2溶液(密度按1gcm「計算)均取2mL,可選擇的實驗裝置是()A

B

C

D

4?某校課外活動小組的同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，用來驗證一氧化碳具有還原A

B

C

D

E

F(1)裝置B中最適宜的試劑是

，其作用是(2)裝置C的作用是

，若實驗中沒有裝置C,則不可以證明CO具有還原性,原因是：

。⑶裝置D中黑色固體為

，反應(yīng)的化學(xué)方程式為(4)根據(jù)實驗中的

現(xiàn)象，可證明CO具有還原性，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是

。(5)若要根據(jù)裝置F中出現(xiàn)的現(xiàn)象確認(rèn)一氧化碳具有還原性，應(yīng)在上圖裝置

與(6)參考答案】1．D【解析】苯和水不相溶是產(chǎn)生分層的原因，與壓強無關(guān)。2．A【解析】選項A中NaHCO3與CO?