2019年高考化學大串講 專題13 化學實驗設計與評價教案.doc
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專題13 化學實驗設計與評價 一. 基本要求 1.科學性：實驗原理、實驗方法和操作程序必須科學合理。 2.安全性：實驗操作要盡量防止帶有危險性的操作，盡量避免與有毒物質接觸，若無法避免則應采取安全措施。 3.環(huán)保性：有毒物質必須處理，以防污染環(huán)境。 4.可行性：設計的實驗方案要切實可行，所選用的藥品、儀器、設備和方法在現(xiàn)有的條件下能得到滿足。 5.簡約性：實驗設計應盡可能簡單易行，應采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟，能在較短的時間內(nèi)完成實驗，且效果明顯。 6.經(jīng)濟性：綜合考慮原料的用量、價格。 7.創(chuàng)新性：創(chuàng)新性是設計的靈魂。近幾年的高考化學實驗題，最顯著的特點就是由基礎知識、基本實驗或常見題型創(chuàng)新而成的。通常化學實驗設計方案的創(chuàng)新性可從以下兩個方面考慮；一是反應原理的創(chuàng)新設計,凡是物質間滿足“反應容易發(fā)生”、“速度快慢適當”、“產(chǎn)物較純且易分離”的反應均可用于制備所需產(chǎn)物；二是實驗裝置的創(chuàng)新設計，根據(jù)現(xiàn)有儀器，考慮題給藥品的狀態(tài)，是否需要加熱等反應條件，所給儀器還有哪些靈活的用途等，可大膽改進制備裝置、凈化裝置、收集裝置、除雜裝置，體現(xiàn)創(chuàng)新精神。在設計實驗時，應在各種所設計的方案中，通過對比和歸納選擇出具有安全性好、藥品易得、操作簡便、裝置簡單而且現(xiàn)象明顯的最佳方案。 例1氧化鉛( PbO)是黃色固體。實驗室用草酸在濃硫酸作用下分解制備CO，其原理為：H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O。某課題組同學設計實驗探究CO 還原氧化鉛并檢驗氧化產(chǎn)物(已知CO能使銀氨溶液產(chǎn)生黑色沉錠)的裝置如圖所示。下列說法正確的是 A． 裝置②④⑤中的試劑依次為堿石灰、銀氨溶液、澄清石灰水 B． 實驗時，先點燃裝置①處酒精燈，當裝置⑤中產(chǎn)生連續(xù)氣泡且有明顯現(xiàn)象后再點燃裝置③處酒精燈 C． 實驗完畢時，先熄滅裝置①處酒精燈，再熄滅裝置③處酒精燈 D． 尾氣處理可選用點燃、氣袋收集、NaOH 溶液吸收等方法 【答案】B 例2某化學興趣小組為探究草酸分解的產(chǎn)物，設計的實驗裝置如圖所示，下列說法正確的是 A． 實驗開始時，先點燃A裝置處的酒精燈，后點燃F裝置處的酒精燈 B． B 裝置中的現(xiàn)象為藍色粉末變白，說明分解產(chǎn)物中有水生成 C． G裝置中澄清石灰水變渾濁，說明分解產(chǎn)物中有CO生成 D． C、D、E裝置中分別盛放澄清石灰水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液 【答案】A 【解析】A. 實驗開始時，先點燃A裝置處的酒精燈，排出裝置中的空氣，一段時間后點燃F裝置處的酒精燈，故正確；B. B 裝置中的現(xiàn)象應為白色粉末變藍，說明分解產(chǎn)物中有水生成，故錯誤；C. G裝置中澄清石灰水變渾濁，可知F中一氧化碳還原氧化銅生成二氧化碳，說明分解產(chǎn)物中有CO生成，故正確；D. 根據(jù)以上分析可知C、D、E裝置中分別盛放澄清石灰水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液，故正確。 例3實驗室用 H 2 還原 WO3 制備金屬 W 的裝置如下圖所示(Zn 粒中往往含有硫等雜質，焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣)，下列說法錯誤的是 A． 反應開始時，先加熱管式爐，再打開活塞 K B． 往鹽酸中加入少量 CuCl2，可加快產(chǎn)生 H2 的速率 C． ①、②、③中依次盛裝 KMnO4 溶液、焦性沒食子酸溶液、濃 H2SO4 D． 裝置 Q(啟普發(fā)生器)也可用于石灰石與鹽酸反應制二氧化碳 【答案】A 二. 實驗設計思路 1.設計思路：實驗目的→實驗原理→反應的儀器裝置→操作步驟→數(shù)據(jù)處理方法→形成方案 2.實驗操作的順序 （1）連接儀器。按氣體發(fā)生→除雜質→干燥→主體實驗→尾氣處理順序連接好實驗儀器。 （2）檢查氣密性。 （3）裝藥品，進行實驗操作。 【拓展提升】 實驗方案設計應注意的幾個問題 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，則應作必要的補充，若有剩余，則應進行篩選和淘汰。 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.藥品的規(guī)格。有些題目要求指出藥品的名稱，這類問題學生最難答準確，如有些藥品的準確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也應注意某些儀器的規(guī)格。 5.會畫簡單的實驗裝置圖?？季V要求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。 三. 化學實驗方案的評價 對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確做出判斷。要考慮是否安全合理、有無干擾。現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。 1.從可行性方面對實驗方案做出評價 科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則，在對實驗方案進行評價時，要分析實驗方案是否科學可行，實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求，在實際操作時能否做到可控易行。評價時，從以下4個方面分析： （1）實驗原理是否正確、可行； （2）實驗操作是否安全、合理； （3）實驗步驟是否簡單、方便； （4）實驗效果是否明顯等。 2.從“綠色化學”視角對實驗方案做出評價 “綠色化學”要求設計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學工業(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，對化學實驗過程或方案從以下4個方面進行綜合評價： （1）反應原料是否易得、安全、無毒； （2）反應速率是否較快； （3）原料利用率以及合成物質的產(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 化學實驗從安全角度常考慮的主要因素如下： （1）凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸； （2）進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸（如H2還原 CuO應先通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、水解的物質時宜采取必要措施，以保證達到實驗目的）； （5）冷凝回流（有些反應中，為減少易揮發(fā)液體反應 物的損耗和充分利用原料，需在反應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（導出時可為蒸氣）的及時冷卻； （7）儀器拆卸的科學性與安全性（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）。 例4由下列實驗和現(xiàn)象能推出相應結論的是 實驗操作 實驗現(xiàn)象 結論 A 加熱盛有少置NH4HCO3固體的試管，并在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙 石蕊試紙變藍 NH4HCO3顯堿性 B 向某無色溶液中滴加稀鹽酸，將產(chǎn)生的無色氣體通入品紅溶液 品紅溶液褪色 原溶液中一定含有SO32- C 向2支各盛有2mL相同濃度銀氨溶液的試管中分別加入2滴相同濃度的NaCl和NaI溶液 一只試管中產(chǎn)生黃色沉淀，另一支中無明顯變化 相同溫度下，AgCl在水中的溶解度大于AgI的溶解度 D 在以鎂、鋁為電極，氫氧化鈉溶液為電解質溶液的原電池裝置中 鎂表面有氣泡產(chǎn)生 金屬活動性:Al>Mg 【答案】C 沉淀，所以Ksp(AgI)
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