第三节化学实验的探究与评价

1.能够设计、评价或改进实验MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714059964177_1。2．了解控制实验条件的方法。3．会分析或处理实验数据、得出合理结论。4．能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。第三节化学实验的探究与评价1．实验方案设计的一般原则一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：(1)；(2)；(3)；(4)(仪器、药品及规格)；(5)(包括实验仪器的装配和操作)；(6)实验现象和记录及结果处理；(7)问题和讨论。实验名称实验目的实验反应物质实验用品实验步骤实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行安全，对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和反应物质后，就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验，即进行实验装置的设计，一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的，如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置(或气体反应装置)、气体的净化装置、气体的收集装置、尾气的吸收装置等部分，要熟悉各基本装置的功能，并注意各基本装置连接顺序的合理性。2．实验设计的步骤(1)明确目的、反应物质首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验反应物质。(2)选择仪器、药品根据实验的目的和反应物质，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置、步骤根据实验目的和反应物质，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。(4)记录现象、数据根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论根据观察到的实验现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。延伸：实验设计的注意事项(1)药品和装置是部分或刚好给出，还是有剩余若药品和装置只部分给出，则应需要作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。(2)题目条件有无特殊要求如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应反应物质，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。(3)实验过程中的隐蔽性操作如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。(4)药品的规格有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。(5)会画简单的实验装置图基于评分客观公正性难以把握，近年高考题很少出现此类题目。1．思考问题的顺序(1)围绕主要问题思考。如选择适当的实验路线、方法，所用药品、仪器简单易得，实验过程快速、安全、实验现象明显。(2)思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中的水蒸气进入。(3)思考实验的种类及如何合理的组装仪器，并将实验与课本实验比较。如涉及气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生→除杂质→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。2．仪器连接的顺序(1)所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。(2)仪器是否齐全。如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。(3)安装顺序是否合理。如气体净化装置中不应干燥后，又经水溶液洗气。(4)仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“气管长，气管短”；干燥管除杂质时“口进，口出”等。大小进出3．实验操作的顺序(1)连接仪器。按气体发生→除杂质→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。(2)检查气密性。在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。(3)装药品，进行实验操作。对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的 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很多，能考查学生分析问题和解决问题的能力。1．选择包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择，包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物质状态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。2．评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。升华：实验最佳方案的选用几个实验方案都能达到目的，选出其中最佳的一个并分析各方案的优劣。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、原料利用率高、现象明显、无干扰物质以及无污染安全等。1．气体的发生装置如Cl2、C2H4如：CO2、H2、SO2如：O2、NH3固(或液)＋液气固＋液气固＋固气2.气体的净化(除杂)选择除杂试剂的依据：主体气体和杂质气体性质的差异，如溶解性、熔沸点、酸碱性、氧化性、还原性、燃烧性等。气体除杂的四条原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的气体。除杂装置：洗气瓶、干燥管、U形管、硬质玻璃管等。3．气体的干燥(除水)(1)干燥的原则干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。注：H2、CO、SO2虽具有还原性，但可用浓H2SO4干燥。(2)常用干燥装置及干燥剂的选用Cl2、SO2、CO2、NO2、HBr等NH3NH3、HBr、HI等不可干燥的气体碱石灰(碱性)无水氯化钙(中性)浓硫酸(酸性、强氧化性)常用干燥剂干燥管(或U形管)洗气瓶常用干燥装置4.气体的收集(1)密度比空气大的气体可用向上排空气法(显然集气瓶或集气管的口应向上)收集。导气管应“长进短出”。密度比空气小的气体则用向下排空气法收集。(2)易溶于水或与水反应的气体，如NH3、HCl、NO2等，只能用排空气法收集。(3)常温下与O2反应的气体(如NO)，密度跟空气相近的气体(如N2、CO、C2H4等)，都不能用排空气法收集。(4)能溶于水但溶解度不大的气体，可以用排某种饱和溶液的方法收集。如：排饱和NaCl溶液收集Cl2。5．排水量气装置：测量气体的体积。6．尾气处理装置【例1】下列各组气体中其制备装置、收集装置和收集方法均相同，且都可用浓H2SO4干燥的是(　　)　　A．SO2和H2SB．CH4和NH3C．CH4和O2D．CO2和H2解析：A、B项中的H2S、NH3不能用浓H2SO4干燥；D项，CO2用向上排空气法收集，H2用向下排空气法收集。答案：C1．判断物质在不同溶剂中的溶解性时，有一条经验规则：“极性分子组成的溶剂易于溶解极性分子组成的溶质；非极性分子组成的溶剂易于溶解非极性分子组成的溶质。”下列装置中，不适宜用做NH3气体尾气吸收的是(　　)解析：A、D的吸收反应物质是一样的，由于NH3气不溶于B中四氯化碳，所以吸收安全。答案：C1．仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。气密性检验→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等3．检验气体的纯度。点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H2等)的装置前，必须检验气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排出，检验气体是否纯净(验纯)，待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。4．加热操作先后顺序的选择。①若气体产生需加热，应先用酒精灯加热产生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃产生CO装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe，可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。5．冷凝回流问题。有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装长玻璃管等。6．防吸水问题。如果实验室取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。7．防倒吸问题。实验过程用到加热操作的要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。8．具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管等。9．拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后再停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成易爆气体；拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆下的仪器要清洗、干燥、归位。【例2】(2009·重庆理综，27)两个学习小组用下图装置探究乙二酸(HOOCCOOH)受热分解的部分产物注：固定装置及胶皮管略去。(1)甲组：①按接口顺序a­b­c­d­e­f­g­h连接装置进行实验，B中溶液变浑浊，证明分解产物有________；装置C的作用是________；E中溶液变浑浊，D中的现象是________，证明分解产物有________。②乙二酸受热分解的化学方程式为____________________________。(2)乙组：①将接口a与j连接进行实验，观察到F中生成的气体可使带火星的木条复燃，则F中最主要的反应的化学方程式为__________________。②从A～F中选用装置进行实验，证明甲组通入D的气体能否与Na2O2反应。最简单的装置接口连接顺序是________；实验后用F中的固体进行验证的方法是________(可另选试剂)。解析：本题主要考查物质的鉴别、实验装置的识别、简单实验设计及Na2O2的性质等。(1)B中盛放的药品为澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊，应该是　HOOCCOOH分解的产物CO2所致，由于CO2可能多，对验证另一种产物有影响，所以需用装置C中的NaOH溶液吸收掉CO2。E中溶液变浑浊，说明气体通过酸性KMnO4溶液后又产生了CO2，说明该气体具有还原性，推知为CO，所以酸性KMnO4溶液出现褪色现象，其分解方程式为：HOOCCOOHCO2↑＋CO↑＋H2O。(2)①CO2与Na2O2反应产生能使带火星的木条复燃的O2：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。②只要证明CO与Na2O2是否反应即可，所以从a出来的气体需用NaOH吸收掉CO2，再将剩下气体通入装有Na2O2的装置F中，其连接顺序为a­d­e­j。若要反应则应产生Na2CO3，设计实验证明产物中有Na2CO3即可。答案：(1)①CO2　充分除去CO2　溶液褪色或变浅　CO②HOOCCOOHCO2↑＋CO↑＋H2O(2)①2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2②a­d­e­j　取F中的固体，滴加稀硫酸，将生成的气体通入澄清石灰水中，若变浑浊，则发生了反应；若不变浑浊，则未发生反应对于综合性实验设计的基本流程如下：反应物质→反应物质→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。具体分析为：(1)实验是根据什么性质和反应物质设计的？实验的目的是什么？(2)所用各物质名称、状态、代替物(根据实验目的和相关的化学反应反应物质，进行全面的分析比较和推理，并合理选择)。(3)有关装置：性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可用、仪器规格等。(4)有关操作：技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。(5)实验现象：自下而上，自左而右全面观察。(6)实验结论：直接结论、导出结论。2．(2010·深圳九校联考)N2在化工生产、农业、医疗、航天航空等领域用途广泛。某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法，进行了认真准备。请你参与交流与讨论。查阅资料：有下列三个方案制备N2：方案1：加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。方案2：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。方案3：将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。实验准备：利用实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图所示(有的夹持仪器和加热仪器未画出)。分析交流：(1)若按方案1制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水为原料制得，整套制气装置按气流方向从左到右的顺序连接的是(填序号，下同)________。获得N2的反应反应物质是(写化学方程式）________________________________。(2)若用排水法收集N2，其中会混入水蒸气。但也不宜用排空气法收集N2，其原因是_________________________________________________________________。你提出的收集方法是__________________________________________________。(3)若以方案2制得N2，应选择的发生装置是________。为保证实验安全进行，操作时应__________________________________________(填两点)。(4)上述三个方案中，制得的N2纯度最差的是________。对N2的纯度要求不严格的情况下，建议将方案1和方案3结合使用，你认为其优点是_____________________________________________。解析：(1)以生石灰和浓氨水为原料制取NH3，利用固体与液体在不加热的情况下制取气体的反应，故选用装置E，用装置D除去NH3中的水蒸气，在B中发生的反应为2NH3＋3CuO3Cu＋N2↑＋3H2O，通过C除去水蒸气和过量的NH3。(2)由于N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相近，故不能用排空气法收集；将制取的干燥N2直接用气囊或塑料袋收集。(3)方案2是利用加热液体制取气体的反应，故用装置A；为保证实验安全进行，操作时应：①将分液漏斗上都活塞的凹槽与口部小孔相对或直接取下分液漏斗的活塞；②检查装置的气密性；③向烧瓶内加少许碎瓷片，防止液体暴沸。(4)方案3制取的N2中含有CO2、水蒸气等杂质，故方案3中N2的纯度最差。将方案1和方案3结合使用，优点是CuO和Cu可循环利用，节省药品。答案：D→D→B→C　2NH3＋3CuO3Cu＋N2↑＋3H2O(2)N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相近用塑料袋直接收集(3)A　将分液漏斗上部活塞的凹槽与口部小孔相对或直接取下分液漏斗的活塞；检查装置的气密性；向烧瓶内加少许碎瓷片(任填两点)(4)方案3　CuO和Cu可循环利用，节省药品【例1】(2010·原创)实验室可用如图所示的装置制取气体，有关说法正确的是(　　)A．实验室不能用这种装置来制取氢气B．这种装置可以不用加热试管而检查装置的气密性C．食盐跟浓硫酸反应制氯化氢的实验能用这种装置D．利用这种装置制取乙炔可以随制随停解析：该装置是根据启普发生器反应物质组装而成的，可用于制取氢气，是一种仅适用于室温下随制随停的气体发生装置。可不用加热试管而检查装置的气密性，塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，向漏斗中注入一定量的水，并使漏斗内的液面高于试管内的液面，停止加水后，若漏斗与试管中的液面差保持不变，说明装置气密性良好。食盐是粉末状固体，且此反应需要加热，不符合启普发生器制取气体的条件。电石与水反应剧烈，放出大量的热，不能用该装置制取乙炔。答案：B高分策略本题考查常见气体的制备，考生往往看不出仪器的特点，不能很好地与各选项中气体发生的条件相联系，易错选D。解此类题目的关键是把握好仪器特点和反应物与条件的相互对应关系。该装置制取气体需要具备下列条件：(1)常温下，固体与液体反应；(2)固体必须是块状，难溶于水；(3)放热较少；(4)生成物易溶于水，不堵塞多孔塑料板且生成难溶于液体。【例2】(15分)铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的三位同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计下列三种不同实验方案进行探究。填写下列空白。探究一：实验方案：铝镁合金测定剩余固体质量实验中发生反应的化学方程式是__________________________________。实验步骤：称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL2.0mol·L－1NaOH溶液中充分反应。NaOH溶液的体积V≥________。过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将________(填“偏高”或“偏低”)。探究二：实验方案：铝镁合金测定生成气体的体积实验装置如右图，问题讨论：(1)某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置。你的意见是________(填“需要”或“不需要”)。(2)为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题是(写出两点)：①______________________________________________________________________；②______________________________________________________________________。探究三：实验方案：称量xg铝镁合金粉末，放在如右图所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧。问题讨论：(1)欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是。(2)若用空气代替O2进行实验，对测定结果是否有影响？________(填“是”或“否”)。实验拓展：参照探究一、探究二实验方案，请你另设计一个实验方案，测定该铝镁合金中镁的质量分数。(书写形式可以模仿探究一、二)本题是实验探究题，探究一的实验反应物质是利用铝和碱的反应，利用极限法，假设样品中铝的含量达到最高，为97%，则n(Al)＝＝0.194mol，则：n(NaOH)＝0.194moL，V(NaOH)＝97mL；若没有洗涤固体，称得镁的质量偏高，测得镁的质量分数偏高。探究二：(1)不需要除酸雾的装置，因为氯化氢气体易溶于水，不会影响氢气体积的测量；(2)①调整量气管C的高度，使C中液面与B中液面相平，②恢复到室温后再读数，③读数时保证视线与凹液面的最低点相平，④检查装置的气密性，⑤加入足量盐酸保证合金完全溶解等。探究三：(1)还需要测定灼烧后固体的质量，根据灼烧前后的质量，列二元一次方程组可解；(2)有影响，因为空气中有氮气，金属镁会与氮气反应，影响产物的质量。实验拓展：先将两种金属转化为阳离子进入溶液，再加足量的碱液，Al3＋转化为，Mg2＋转化为沉淀，从而分离，通过测定沉淀的质量可以求出金属镁的质量，即得Mg的质量分数。镁铝合金中镁含量的测定，主要是根据镁铝性质的差异，选择不同的方法计算出合金中镁的含量。探究一：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　97　偏高探究二：(1)不需要　(2)调整量气管C的高度，使C中液面与B中液面相平　恢复到室温后再读数(或其他合理答案)探究三：(1)灼烧后固体的质量　(2)是实验拓展：铝镁合金溶液测定固体质量(或其他合理答案)解答化学实验题的关键是明确实验目的，结合元素化合物知识和基本理论找到为达成实验目的所采取的措施，对开放性问题可从多方面多角度分析。点击此处进入作业手册