六單元化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課程

第六單元化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)9/26/20241第六單元化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì):

是在實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)知識(shí)和技能，對(duì)實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置和方法所進(jìn)行的一種規(guī)劃。9/26/20242

居里（Curie）夫婦正在做實(shí)驗(yàn)

居里夫婦為了從以噸計(jì)的瀝青鈾礦礦渣中提取純鐳化合物，設(shè)計(jì)了用酸處理礦渣并在數(shù)百個(gè)蒸發(fā)皿間進(jìn)行重結(jié)晶操作的實(shí)驗(yàn)方案，歷經(jīng)四年夜以繼日的艱苦實(shí)驗(yàn)，終于提取出0.1克氯化鐳。9/26/20243C60

美國(guó)科學(xué)家科爾(Curl)、斯莫利(Smalley)與英國(guó)科學(xué)家克羅特(Kroto)設(shè)計(jì)了用激光蒸發(fā)石墨，所得碳原子在氦氣氛圍中結(jié)合而成球碳原子簇(C60等）的實(shí)驗(yàn)方案。9/26/20244注意：在設(shè)計(jì)物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行嚴(yán)格、有效的控制。兩瓶未知液，一瓶為硫酸鋁溶液，另一瓶為氫氧化鈉溶液，不用其他試劑能否鑒別開(kāi)？若以硫酸鋁溶液、氫氧化鈉溶液來(lái)制備氫氧化鋁，應(yīng)如何操作？想一想思考9/26/20246鋁及其重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系：AlAl2O3AlCl3Al(OH)3NaAlO2我們現(xiàn)在以鋁為原料制備Al(OH)3，可通過(guò)哪些途徑得到呢？你又能設(shè)計(jì)出多少種方案？試試看。9/26/20247以鋁屑為原料制備Al(OH)3的可能途徑的推測(cè)：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+9/26/20248制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的要求：1、原理正確步驟簡(jiǎn)單2、條件合適操作方便3、原料豐富價(jià)格低廉4、節(jié)省原料經(jīng)濟(jì)實(shí)用5、產(chǎn)物純凈污染物少注意：這是物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的合理要求，也是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)劣的主要依據(jù)。9/26/20249方案一1、先用稀硫酸與鋁屑反應(yīng)：離子方程式：2Al+6H+==2Al3++3H2↑2、再用NaOH溶液(或氨水)與所得溶液反應(yīng):離子方程式：Al3++3OH-==Al(OH)3↓或:Al3++6NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+AlAl3+Al(OH)3H+OH-339/26/202410方案二1、先將鋁屑與濃NaOH溶液反應(yīng)：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑

2、再加入適量的稀硫酸（或CO2）：AlO2-+H++H2O==Al(OH)3↓2AlO2-+3H2O+CO2==2Al(OH)3+CO32-AlAlO2-Al(OH)3OH-H+119/26/202411方案三1、將兩份鋁屑,分別與稀硫酸、濃NaOH溶液反應(yīng)：

2Al+6H+====2Al3++3H2↑2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑2.然后，將得到的兩種含鋁的鹽溶液混合：Al3++3AlO2-+6H2O===4Al(OH)3↓AlAlO2-OH-11Al3+Al(OH)3H+1/43/43/43/49/26/202412從原料消耗方面進(jìn)行方案評(píng)價(jià):方案一:AlAl3+Al(OH)3

3H+3OH－AlAlO2－Al(OH)3

H+OH－方案二:方案三:?Al?Al3+?Al?AlO2－

?H+?OH－Al(OH)3

以1molAl生成1molAl(OH)3為標(biāo)準(zhǔn)(單位省略):9/26/202413生成1molAl(OH)3耗原料的量：生成１molAl(OH)3所耗物質(zhì)的量n(H+)n(OH-)AlAl3+AlAlO2-方法AlAlO2-Al(OH)3AlAl3+Al(OH)3Al(OH)333113/43/49/26/202414以鋁屑為原料制備Al(OH)3實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)OH-H+AlAl3+

AlAlO2-Al(OH)3最佳途徑：9/26/202415鋁屑稀H2SO4Al2(SO4)3NaAlO2濃NaOH溶液鋁屑混合后過(guò)濾濾液沉淀Al(OH)3洗滌干燥反應(yīng)流程：具體實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)P729/26/202416制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一般思路：可能途徑（科學(xué)合理）優(yōu)化選擇（綜合評(píng)價(jià)）擬定步驟（周密嚴(yán)謹(jǐn)）具體方案（全面細(xì)致）9/26/202417討論設(shè)計(jì)制取苯甲酸甲酯的實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)原理：

實(shí)驗(yàn)用品：實(shí)驗(yàn)名稱：1、明確酯化反應(yīng)的原理，理解酯化反應(yīng)的可逆性。2、掌握有機(jī)物制備中常用的操作方法。苯甲酸與甲醇在濃硫酸作用下生成苯甲酸甲酯。制取苯甲酸甲酯9/26/202418討論

甲醇

苯甲酸苯甲酸甲酯熔點(diǎn)-97.56℃122.4℃-12.3℃沸點(diǎn)64.7℃249℃199.6℃密度----

1.0937水溶性易溶微溶難溶相關(guān)資料9/26/20241915g苯甲酸與20ml甲醇混合后，小心加入3ml濃硫酸碎瓷片冷卻25ml水下層液移入干燥的錐形瓶移至分液漏斗，搖動(dòng)分液過(guò)濾蒸餾產(chǎn)品1gNa2CO3棉花9/26/202420具體的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容：?jiǎn)栴}和討論：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)用品：實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果處理：9/26/202421

科學(xué)性安全性可行性簡(jiǎn)約性設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循四個(gè)基本要求：

（即實(shí)驗(yàn)原理、操作程序和方法必須正確）

（即用藥及操作要注意安全，注意環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題）（要滿足中學(xué)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件））

（裝置簡(jiǎn)單、步驟少、藥品用量少、時(shí)間短等）9/26/202422實(shí)驗(yàn)名稱：硫酸亞鐵晶體的制備實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.體驗(yàn)制備實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，了解實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一般思路。2.以廢鐵屑和廢硫酸為原料制備硫酸亞鐵實(shí)驗(yàn)原理：鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵。實(shí)驗(yàn)用品：托盤天平、燒杯、漏斗、玻棒、鐵架臺(tái)(含鐵圈、鐵夾)、石棉網(wǎng)、酒精燈、打火機(jī)、濾紙、溫度計(jì)、鐵粉、稀硫酸、NaOH溶液。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以廢鐵屑和廢硫酸為原料制備硫酸亞鐵9/26/202423實(shí)驗(yàn)步驟：①稱取一定量鐵屑（m1）加入氫氧化鈉溶液洗2次，充分?jǐn)嚢?，過(guò)濾，并將濾紙上的鐵屑轉(zhuǎn)移到小燒杯中，濾紙用少量的水沖洗。②在燒杯中倒入適量稀硫酸，以稀硫酸浸沒(méi)鐵屑為準(zhǔn)，采用水浴控制溫度，小心加熱(不要煮沸，保持溫度在50C~80℃之間)，加熱時(shí)間應(yīng)稍長(zhǎng)，使反應(yīng)充分，直到只有極少量氣泡發(fā)生，同時(shí)溶液呈淺綠色為止(這時(shí)燒杯底部仍應(yīng)留有少量鐵屑)。9/26/202424實(shí)驗(yàn)步驟：③用少量熱水通過(guò)過(guò)濾器，提高過(guò)濾器的溫度，可防止硫酸亞鐵溶液在漏斗中析出晶體，然后將溶液趁熱過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)入小燒杯中，靜置，冷卻，結(jié)晶，可觀察到濾液冷卻并生長(zhǎng)出淺綠色硫酸亞鐵晶體的現(xiàn)象(最好能蓋住燒杯口，防止空氣進(jìn)入，氧化硫酸亞鐵)。④待結(jié)晶完畢后，取出晶體，用少量水洗滌2~3次，再用濾紙將晶體吸干，稱重（m2）。⑤將制得的硫酸亞鐵晶體放在一個(gè)小廣口瓶中，密封保存，備用。9/26/202425以廢鐵屑和廢硫酸為原料制備硫酸亞鐵實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理：鐵粉的質(zhì)量（m1）FeSO4·7H2O的質(zhì)量（m2）產(chǎn)率計(jì)算公式本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率56m2278m19/26/2024261．工業(yè)廢鐵屑常沾有油污，應(yīng)先除去油污。去除廢鐵屑上的油污最好用熱堿液洗2次，并用玻璃棒攪拌，然后再用蒸餾水沖洗以除凈油污。2．硫酸濃度的選擇至關(guān)重要，如果太稀，反應(yīng)速率慢，時(shí)間較長(zhǎng)，而且不易觀察到晶體析出的現(xiàn)象；如果太濃，過(guò)濾時(shí)漏斗中有大量晶體存在，不利于過(guò)濾，而且在濾液下流過(guò)程中就產(chǎn)生晶體，將無(wú)法清晰地看到隨同濾液冷卻逐漸析出硫酸亞鐵的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：9/26/2024273．由于廢鐵屑表面有鐵銹，會(huì)與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)可向反應(yīng)溶液中加入潔凈的廢鐵屑，使硫酸鐵被過(guò)量的鐵還原為硫酸亞鐵。4．利用重結(jié)晶方法精制硫酸亞鐵時(shí)，為增大硫酸亞鐵的溶解量，可給溶液加熱至50℃～80℃；為減少過(guò)濾時(shí)硫酸亞鐵的損失，應(yīng)將溶液趁熱過(guò)濾。5．結(jié)晶出來(lái)的晶體所附著的水不能用加熱的方法除去，只能用濾紙將晶體吸干。9/26/202428【本課小結(jié)】1．物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，首先要弄清物質(zhì)制備的原理（關(guān)鍵），從原理為切入點(diǎn)設(shè)計(jì)方案,方案一般包括：

實(shí)驗(yàn)名稱、目的、原理、用品、步驟、現(xiàn)象記錄及結(jié)果處理。2．針對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出多種方案，要會(huì)得對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

①理論上要科學(xué)。②操作上要簡(jiǎn)單可行，安全。③原料用量要節(jié)約。④要環(huán)保，符合綠色化學(xué)原則。9/26/202429

練習(xí)以銅、硝酸、硝酸銀、水、空氣等為原料，可用多種方法制取Cu(NO3)2。（1）試設(shè)計(jì)四種制取Cu(NO3)2的途徑（用化學(xué)方程式表示）。（2）從“綠色化學(xué)”角度（環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益）考慮，大量制取Cu(NO3)2最宜采用上述哪種方法？并說(shuō)明原因。9/26/202430

參考答案：（1）

方法一：Cu+4HNO3(濃）===Cu(NO3)2+2NO2+2H2O方法二：3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO+4H2O方法三：Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag方法四：2Cu+O2===2CuOCuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O9/26/202431

（2）大量制取Cu(NO3)2應(yīng)該采用方法四，其原因是方法一和方法二會(huì)產(chǎn)生大量污染氣體NO和NO2，且HNO3的利用率達(dá)不到100%；方法三中AgNO3價(jià)格很高，使生產(chǎn)成本昂貴；方法四從理論上分析，不會(huì)造成環(huán)境污染，而且Cu和HNO3的利用率均可達(dá)100%。9/26/202432鞏固練習(xí)：1實(shí)驗(yàn)室制備Al2S3，下列方案可行的是（）A將AlCl3溶液與Na2S溶液混合。B將H2S氣體通入Al2（SO4）3溶液中。C將Al（NO3）3固體與K2S固體混合。D將金屬鋁與硫磺混合加熱。D9/26/202433三、常見(jiàn)氣體的實(shí)驗(yàn)室制法反應(yīng)原理發(fā)生裝置凈化干燥收集或反應(yīng)尾氣處理9/26/202434CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O1、幾種常見(jiàn)氣體的實(shí)驗(yàn)室制取原理2KClO32KCl+3O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑2H2O22H2O+O2↑2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2ONH3·H2ONH3↑+H2OCH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S↑O2NH3CH4CO2H2SSO2Na2SO3+H2SO4(濃)=Na2SO4+SO2↑+H2O9/26/202435Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2ONaCl(固)+H2SO4(濃)NaHSO4+HCl↑NaCl(固)+NaHSO4Na2SO4+HCl↑C2H5OHCH2=CH2↑+H2OHClNO2NOC2H2Cl2C2H4H2Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑9/26/202436反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件氣體發(fā)生裝置的基本類型A、S+S（加熱）C、S+l或l+l（不加熱）B、S+l或l+l（加熱）氣體發(fā)生裝置的選擇原則：

2、氣體發(fā)生裝置的選擇9/26/202437可用于制備O2、NH3和CH4

注意事項(xiàng)：（1）試管口應(yīng)略向下傾斜（2）試管夾夾在試管的中上部;（3）藥品應(yīng)平鋪于試管底部（4）導(dǎo)管不宜伸入試管過(guò)長(zhǎng)（5）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)先檢驗(yàn)裝置的氣密性（6）加熱時(shí)，先預(yù)熱且應(yīng)用外焰加熱試管導(dǎo)管酒精燈鐵架臺(tái)（1）、S+S（加熱）9/26/202438(2)、S+l或l+l（加熱）主要儀器：圓底燒瓶、分液漏斗、酒精燈;鐵架臺(tái)、石棉網(wǎng)、雙孔塞操作步驟：連接儀器檢查氣密性裝入藥品（先固體后液體）打開(kāi)旋塞放下液體再加熱能制?。篘O、HCl、Cl2、SO2、CO

、C2H4等9/26/202439(3)、S+l或l+l（不加熱）主要儀器：圓底燒瓶、分液漏斗、雙孔塞、鐵架臺(tái)能制?。篊O2、H2S、NO2、H2、C2H2等9/26/202440發(fā)生裝置的變異9/26/2024413、氣體的凈化和干燥（1）選擇凈化試劑A、一般原則：只與雜質(zhì)反應(yīng)，不能與被提純的物質(zhì)反應(yīng)；不能用氣體來(lái)除去氣體中的雜質(zhì)，試劑與雜質(zhì)反應(yīng)時(shí)，不產(chǎn)生新的氣體；最理想的方法是將雜質(zhì)也轉(zhuǎn)化成被提純的物質(zhì)。例如：CO2(SO2)；CH3CH3(CH2=CH2)；CO2(CO)一般思路：選擇試劑、確定順序、選擇裝置9/26/202442B、選擇凈化試劑的思路易溶于水的氣體雜質(zhì)可用水來(lái)吸收；如：Cl2(HCl);CO2(HCl)酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；如:C2H2(H2S)堿性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)吸收；如:CO2(NH3)水分可用干燥劑來(lái)吸收；能與雜質(zhì)反應(yīng)生成非氣體的也可用作吸收劑。如:C2H2(H2S)9/26/202443（2）、干燥劑的選擇a、酸性干燥劑：濃H2SO4、P2O5。硅膠可干燥酸性或中性氣體：CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4…不能干燥堿性氣體；濃硫酸不能干燥還原性氣體b、堿性干燥劑：生石灰、固體燒堿、堿石灰可干燥堿性或中性氣體：NH3、H2、O2、CH4…不能干燥酸性氣體c、中性干燥劑：固體CaCl2、幾乎可以干燥所有氣體，但CaCl2不能干燥NH39/26/202444（3）、氣體凈化與干燥的順序若用溶液做凈化試劑：應(yīng)先凈化后干燥如:Cl2(HCl、H2O)若用固體在加熱條件下作凈化試劑：應(yīng)先干燥后加熱凈化如：N2(O2、H2O)與凈化試劑的狀態(tài)和條件有關(guān)9/26/202445——看試劑的狀態(tài)和反應(yīng)條件（4）、凈化、干燥裝置的選擇：長(zhǎng)進(jìn)短出大口進(jìn)小口出(用棉花防堵塞)液體試劑固體試劑固體試劑加熱cd可用U形管9/26/202446吸收裝置的變異9/26/2024474、氣體的收集（1）向上排氣法：Cl2、HCl、CO2、SO2、H2S、NO2、O2主要用于收集比空氣重的氣體裝置圖：注意事項(xiàng)：導(dǎo)氣管應(yīng)盡可能伸入集氣瓶底部在瓶口放一塊玻璃片或棉花，防止瓶外空氣向瓶里擴(kuò)散（防止形成對(duì)流）收集完畢后應(yīng)緩緩撤出導(dǎo)管，再蓋上玻璃片，將集氣瓶正放在實(shí)驗(yàn)桌上保存時(shí)為防止漏氣，可在瓶口外沿涂抹凡士林9/26/202448（2）向下排氣法：H2、CH4、NH3主要用于收集比空氣輕的氣體裝置圖：注意事項(xiàng)：與向上排氣法相同9/26/202449（3）排水法：H2、CH4