化學實驗的設計與評價

化學實驗的設計與評價第1頁/共25頁專題備忘

1.實驗方案的設計往往有許多途徑。為了適應中學生的知識能力水平，中學課本中的某些實驗可能不是最優(yōu)的方案。所以在實驗復習中要根據(jù)實驗原理來設計實驗步驟和裝置，掌握一些裝置和儀器藥品的替代方法，力求使設計的實驗儀器簡單、操作便捷、節(jié)省試劑、現(xiàn)象明顯、安全防污等，培養(yǎng)和增強實驗設計能力和創(chuàng)造性思維能力。

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課本實驗的改進

例1下圖甲是課本中驗證銅和濃硝酸反應的裝置，乙、丙是師生對演示實驗改進后的裝置：第3頁/共25頁

（1）甲、乙、丙三個裝置中共同發(fā)生的離子反應方程式是_____________________________________。（2）和甲裝置相比，乙裝置的優(yōu)點是_______________________________________________________。（3）為了進一步驗證NO2和水的反應，某學生設計了丙裝置。先關閉彈簧夾__________，再打開彈簧夾____________，才能使NO2氣體充滿②試管。（4）當氣體充滿②試管后，將銅絲提起與溶液脫離，欲使燒杯中的水進入②試管應如何操作___________________________。（5）當②試管中的NO2和水充分反應，所得溶液物質(zhì)的量濃度的最大值是__________（不考慮NO2與N2O4的轉(zhuǎn)化且該實驗條件下氣體摩爾體積設為VmL/mol）。第4頁/共25頁

實驗方案的評價及其再設計

例2氫氧化銅是一種常用試劑。例如，可利用新制氫氧化銅驗證醛類物質(zhì)的還原性。

Ⅰ.實驗室制取氫氧化銅懸濁液的操作方法：在試管里加入10%的氫氧化鈉溶液2mL，滴入2%的硫酸銅溶液4~6滴，振蕩即成。這樣操作的目的是：_________________________________。

Ⅱ.下面是三個研究性學習小組分別從不同層面開展的研究性學習活動：（1）研究性學習小組甲：對教材實驗結(jié)論“乙醛與新制氫氧化銅反應生成的紅色沉淀是Cu2O”提出質(zhì)疑，他們認為紅色沉淀不一定是氧化亞銅。為了確定紅色沉淀的成分，開展了如下研究：提出猜想：_________________________________________；第5頁/共25頁查閱資料：①氧化亞銅屬于堿性氧化物；②+1價的銅離子在酸性條件下易發(fā)生自身氧化還原反應：③在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅。設計方案：方案1取該紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中,觀察溶液顏色變化方案2取該紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣方案3稱取紅色沉淀ag，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器里冷卻，再稱重，反復多次至固體恒重，稱得質(zhì)量為bg,比較a，b關系方案4取紅色固體沉淀裝入試管里，加入酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有銀白色銀析出。你認為合理的方案是_________________________________；第6頁/共25頁

（2）研究性學習小組乙針對小組甲的質(zhì)疑，設計新的探究方案，裝置如下圖所示。你認為要測定上述紅色沉淀成分必須測定下列哪些物理量（只填序號）：____________________；①通入氫氣體積；②反應前，紅色沉淀+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量；③完全反應后紅色固體+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量；④實驗前，干燥管質(zhì)量；⑤硬質(zhì)玻璃管質(zhì)量；⑥鋅粒質(zhì)量；⑦稀硫酸中含溶質(zhì)的量；⑧實驗后，干燥管質(zhì)量第7頁/共25頁

（3）研究性學習小組丙上網(wǎng)查閱新聞得知，“2005年諾貝爾化學獎授予了三位研究綠色化學的科學家”。綠色化學強調(diào)對環(huán)境友好，實現(xiàn)零排放?！白儚U為寶”符合綠色化學要求。他們收集上述紅色沉淀制備化學試劑—藍礬。請你幫助他們設計一個簡單且符合綠色化學要求的實驗方案：__________________________。第8頁/共25頁

2.解綜合設計實驗題目應注意的幾個問題（1）實驗操作的順序：①連接儀器：按發(fā)生→除雜→干燥→主體實驗→尾氣處理的順序連接儀器，并注意，“自下而上、自左而右的順序”；②檢驗氣密性；③裝藥品進行實驗操作。

（2）可燃性氣體點燃之前應檢驗氣體純度。（3）加熱和拆卸裝置的安全性。

先通原料氣排盡空氣，再點燃酒精燈，以防爆炸或發(fā)生副反應，即“先通后點”；反應結(jié)束后，繼續(xù)入原料氣至裝置冷卻，再熄滅氣體發(fā)生的酒精燈，即“先冷后停”。第9頁/共25頁（4）防止倒吸問題,某些氣體溶于液體涉及要防倒吸的問題。①用倒扣的漏斗吸收氣體；②導管中連接球形干燥管或其他容積較大的容器；③導管口不插入液面下；④裝置中安放安全瓶。第10頁/共25頁典例精析例1.某校研究性實驗小組同學設計了如圖所示實驗裝置進行實驗(夾持裝置已略去)。(1)該小組同學用該裝置進行鋁與氫氧化鈉溶液反應制取氣體及其燃燒性質(zhì)探究實驗。①反應開始前，往量氣管C中加入一定體積的液體為(寫出化學式)_________。②實驗開始時往燒瓶中加液體操作是___________________________________________________。③氣體點燃前，需要驗純。簡述驗純的操作方法：_____________________________________________________________________________________________________。④在導管口d處點燃氣體，觀察到的現(xiàn)象是________________。H2O

打開旋塞b及分液漏斗上口塞子，再打開分液漏斗旋塞a

用排水法收集一小試管氣體，拇指堵住試管口，靠近火焰點燃，若只聽到輕微的響聲，證明氣體比較純凈有淡藍色火焰第11頁/共25頁(2)該裝置還可用于制取并收集少量其他氣體。請幫助該小組同學完成下表：制取氣體藥品化學方程式aAB、C①______雙氧水②______NO③______④___________________________O2MnO2H2O

3Cu+8HNO33Cu(N3O)2+2NO↑+4H2O第12頁/共25頁(3)某同學用該裝置進行實驗，確定某飽和醇的結(jié)構(gòu)。反應前，先對量氣管進行第一次讀數(shù)；反應后，待裝置溫度冷卻到室溫，再對量氣管進行第二次讀數(shù)(表中讀數(shù)已折合成標準狀況下的數(shù)值)。實驗數(shù)據(jù)記錄如下：飽和醇的質(zhì)量金屬鈉的質(zhì)量量氣管第一次讀數(shù)量氣管第二次讀數(shù)①0.92g8.0g(足量)30mL366mL②0.46g4.0g(足量)30mL198mL已知該飽和醇的相對分子質(zhì)量為92。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可確定該飽和醇的結(jié)構(gòu)簡式為_____________________。CH2OHCHOHCH2OH第13頁/共25頁典例精析變式2

某小組同學設計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(1)用此裝置制取氧氣，A、B及E中分別裝入的試劑是___________________。寫出該反應的化學方程______________________。檢查好裝置氣密性后，先打開K2，關閉K1，反應一段時間后，再關閉K2打開K1，目的是_____________________。

H2O2、

MnO2、水2H2O22H2O+O2↑MnO2排盡錐形瓶中的空氣第14頁/共25頁典例精析變式2

某小組同學設計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(2)一同學想用此裝置來證明乙醇的結(jié)構(gòu)式，在A中裝入無水乙醇，B中裝入金屬鈉，反應中應保證_____過量，實驗進行時打開K1關閉K2，需要測定的數(shù)據(jù)是________________________。鈉乙醇的質(zhì)量及氫氣的體積第15頁/共25頁典例精析變式2

某小組同學設計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(3)若E中不加入任何劑，此裝置還可以用來制取并收集的氣體有__________(寫出2種)。H2、NH3第16頁/共25頁例2、某課外研究小組，用含有較多雜質(zhì)的銅粉，通過不同的化學反應制取膽礬。其設計的實驗過程為：(1)銅中含有大量的有機物，可采用灼燒的方法除去有機物，灼燒時將瓷坩堝置于___上(用以下所給儀器的編號填入，下同)，取用坩堝應使用___，灼燒后的坩堝應放在___上，不能直接放在桌面上。實驗所用儀器：a.蒸發(fā)皿b.石棉網(wǎng)c.泥三角d.表面皿e.坩堝鉗f.試管夾ceb第17頁/共25頁(2)雜銅經(jīng)灼燒后得到的產(chǎn)物是氧化銅及少量銅的混合物，用以制取膽礬。灼燒后含有少量銅的可能原因是()a.灼燒過程中部分氧化銅被還原b.灼燒不充分銅未被完全氧化c.氧化銅在加熱過程中分解生成銅d.該條件下銅無法被氧氣氧化ab第18頁/共25頁(3)通過途徑Ⅱ?qū)崿F(xiàn)用粗制氧化銅制取膽礬，必須進行的實驗操作步驟：酸溶、加熱通氧氣、過濾、______、冷卻結(jié)晶、______、自然干燥。(4)由粗制氧化銅通過兩種途徑制取膽礬，與途徑Ⅰ相比，途徑Ⅱ有明顯的兩個優(yōu)點是____________________________、____________________________。蒸發(fā)過濾產(chǎn)生等量膽礬途徑Ⅱ消耗硫酸少產(chǎn)生等量膽礬途徑Ⅱ產(chǎn)生的有害氣體少第19頁/共25頁1.已知氨氣跟氧化銅反應可以制備氮氣(2NH3＋3CuO＝3Cu＋3H2O＋N2)，純氮氣跟鎂高溫下反應可得到氮化鎂，但氮化鎂遇水即反應生成氫氧化鎂和氨氣。(1)下面是某化學課外小組的同學提出的實驗室制備氨氣的幾種方案。(A)硫酸銨固體與消石灰共熱(B)加熱分解氯化銨固體(C)濃氨水逐滴加到新制的生石灰中(D)在一定條件下，氮氣與氫氣化合你認為其中較簡單易行的方案有

（填字母）其反應的化學方程式為

。

△AC（NH4)2SO4+Ca(OH)2＝CaSO4+2NH3↑+2H2O△NH3·H2O+CaO＝Ca(OH)2+NH3↑自己動手第20頁/共25頁【方案一】①該方案能否制得純凈的氮化鎂？簡述理由。②裝置C的作用是

。(2)該小組同學設計的制備氮化鎂的方案有以下兩個。分別見實驗方案的裝置圖（夾持及加熱儀器沒有畫出）且在實驗前系統(tǒng)內(nèi)的空氣均已排除。不能。因F裝置后缺一干燥裝置，部分Mg3N2與進入裝置的空氣中的水蒸氣反應生成Mg(OH)2，導致產(chǎn)品不純。作安全瓶，防止裝置D中的水倒流入B中第21頁/共25頁【方案二】已知：3Mg+6NH3＝3Mg(NH2)2+3H2高溫①該方案中存在的問題有：

。②如何才能解決上述問題？因與鎂反應的N2中混有NH3，且NH3可與鎂反應生成Mg(NH2)2

，造成產(chǎn)品不純?？蓪⒀b置D換成一裝有濃硫酸的洗氣瓶，并在裝置C與D間加一安全瓶。第22頁/共25頁2.已知化合物甲和乙都不溶于水，甲