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第32講實驗設計與評價 考綱導視 考點一 化學實驗方案的設計 基礎梳理 1 實驗設計遵循的原則和一般思路 1 實驗設計遵循的原則 科學性 實驗原理準確 實驗流程合理 性 保護人身 保護環(huán)境 保護儀器 可行性 條件允許 效果明顯 操作可行 性 做到步驟少 時間短 效果好等基本要求 2 實驗設計的一般思路 理解實驗目的 闡明實驗原理 選擇儀器藥品 設計實驗步驟 選擇數據處理方法 形成設計方案 確定最佳方案 安全 簡約 2 實驗設計的步驟 3 實驗設計的注意事項 1 六防 防 有氣體生成或參與的裝置都不可密閉 點燃或加熱可燃性氣體 H2 CO CH4 C2H4 C2H2等 前應先 爆炸 驗純 防水解 制取在空氣中易 的物質 如Al2S3 AlCl3 Mg3N2 FeCl3等 要在生成此物質的裝置前后連接 裝置 吸收水蒸氣 水解 干燥 防氧化 如H2還原CuO后要 先滅燈再停氫 白磷切割宜在水中進行 制備Fe OH 2要隔絕空氣以及除去溶液中的溶解氧等 防干擾 如在設計多種離子的檢驗與鑒別或確定混合物組成的實驗時 要防止離子間發(fā)生干擾 設計燃燒法測定有機物分子式時要防止空氣中二氧化碳和水蒸氣對實驗結果造成干擾等 防倒吸 處理極 的氣體時 要注意防倒吸 防揮發(fā) 低沸點液體反應物 在受熱時易揮發(fā) 為減少 損耗 要添加冷凝回流裝置 如冷凝管等 易溶于水 2 對于有氣體發(fā)生或參與的實驗要特別注意以下問題 儀器連接問題 按氣體發(fā)生 除 凈化 干燥 主體實驗 處理的順序連接好實驗儀器 尾氣 接口連接問題 如洗氣時 進氣管 出氣管 量氣時 進氣管 出氣管 干燥管除雜質時 大口 小口 在做有機物相關實驗時 宜用磨口玻璃儀器連接而不能用橡皮管連接等 實驗操作的順序 連接各部分裝置 檢查 裝藥品進行實驗操作 拆卸實驗裝置 長 短 短 長 進 出 雜質 氣密性 題組訓練 例1 香煙煙霧中含有CO CO2 SO2 H2O等氣體 用 無水CuSO4 澄清石灰水 紅熱CuO 生石灰 品紅溶液 酸性高錳酸鉀溶液等藥品可將其一一檢出 檢測時香 煙煙霧通入藥品的正確順序是 A C B D 解析 為了防止其他溶液對水的檢驗產生干擾 首先用無水CuSO4檢測水 然后用品紅溶液檢驗SO2 再通入酸性高錳酸鉀溶液除去SO2 然后通入澄清石灰水 檢驗CO2 通入生石灰 除去CO2和H2O 最后通入紅熱CuO 檢驗CO 故B項正確 答案 B 例2 擬用下圖裝置制取表中各選項對應的氣體 圖中鐵架臺 鐵夾 加熱及氣體收集裝置均已略去 必要時可以加熱 a b c d表示相應儀器中加入的試劑 下述 方法中可以得到干燥 純凈氣體的是 解析 A項制備乙烯必須使用溫度計 B項氯氣能與NaOH 溶液反應 C項氨氣極易溶于水 答案 D 例3 2015年廣東汕頭一中月考 某化學課外活動小組對污染大氣的部分非金屬氧化物進行探究 請根據題目要求回答下列問題 1 查資料得知 HCOOH CO H2O 實驗室有 如圖1所示的裝置 制取CO氣體可選用的裝置為 填序號 實驗室利用該裝置還可制取的常見氣體有 填寫一種氣體的分子式 2 查資料得知 利用催化劑可使汽車尾氣中的一氧化碳和氮氧化物大部分發(fā)生反應轉化為二氧化碳和氮氣 該小組在實驗室模擬汽車尾氣處理 設計了如圖2所示裝置 部分夾持和固定裝置已略去 實驗前關閉旋塞K 先通氮氣排凈裝置中的空氣 其目的是 裝置 的主要作用是 該套裝置中有不完善之處 還應在裝置 后補充 裝置 A C B圖1 圖2答案 1 ACl2 2 防止CO與空氣混合加熱發(fā)生爆炸 檢驗CO是否轉化為CO2 尾氣處理 將CO點燃 轉化為無毒的CO2 例4 如下圖 在玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨 成分是硫酸鹽材料 是鐵粉的載體 的混合物 加熱并通入水蒸氣 用試管收集產生的經干燥的氣體 并靠近酒精燈的火焰 1 所觀察到的現象是 鐵與水蒸氣反應的化學方程式是 2 干燥管內可裝入的試劑是 其作用是 干燥管還可用 裝置 代替 3 實驗開始時應先點燃 實驗結束時 應先熄滅 解析 在高溫下 Fe與H2O g 反應生成Fe3O4和H2 因鐵粉和Fe3O4均為黑色 因此實驗過程中固體顏色無明顯變化 但產物H2可用點燃的方法證明 實驗開始時 應先加熱燒瓶 產生的水蒸氣把裝置內的空氣排凈后再加熱玻璃管 防止鐵粉氧化 實驗結束時 應先熄滅酒精噴燈 不提供高溫條件 使反應自行結束 答案 1 紅熱的鐵與水蒸氣反應 放出氣體 這種氣體靠近火焰點火時 發(fā)出爆鳴聲 3Fe 4H2O g Fe3O4 4H2 2 堿石灰 或無水CaCl2 吸收水蒸氣 使收集的氫氣易點 燃 U型管 3 酒精燈 酒精噴燈 歸納總結 實驗安全中容易忽視的細節(jié)問題 1 加熱操作先后順序的選擇 若氣體的制取需加熱 應先用酒精燈加熱氣體發(fā)生裝置產生氣體后 再給實驗需要加熱的固體物質加熱 2 冷卻問題 有的實驗為防止氣體冷凝不充分而受損失 需用冷凝管冷凝氣體 使物質由氣態(tài)冷凝為液態(tài)便于收集 3 拆卸時的安全性和科學性 實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性 有些實驗為防止 爆炸 或 氧化 應考慮停止加熱或停止通氣的順序 考點二 化學實驗方案的評價 基礎梳理 1 化學實驗方案評價的依據 針對一個實驗 可以設計出多種方案 對多個實驗方案進行評價主要從以下幾個方面著手 1 原理的科學性 對比分析實驗方案的原理是否遵循已學 原理和 原理或者能否在題目已給信息中找 到 化學 物理 2 方案的可行性 對比分析實驗方案的操作步驟 現象 數據處理等 是否合理 簡單 3 綠色化學 對比分析實驗方案的藥品成本 利用率和對 環(huán)境的友好程度 4 方案的安全性 對比分析實驗方案本身和對人身 設備 儀器以及動植物的安全性 2 化學實驗方案評價的基本思路 通過分析明確探索目的或物質的性質 將實驗目的 物質的性質和實驗操作步驟結合起來 判斷運用這些步驟和裝置 能否實現目的 題組訓練 例5 分析硫鐵礦中FeS2的含量 不考慮雜質的反應 所加 的是 答案 D 解析 A B C項中FeS2被氧化 Fe被氧化成Fe3 S被氧化成SO42 通過沉淀的質量可測出Fe或S的含量 即可算出FeS2的含量 D項加入的Fe在酸性溶液中會生成Fe2 過量的Fe再與Fe3 反應生成Fe2 最后用KMnO4滴定Fe2 無法準確測量出FeS2的含量 錯誤 例6 工業(yè)上利用硫酸渣 含Fe2 Fe3 的硫酸鹽及少量CaO和MgO 制備高檔顏料 鐵紅 Fe2O3 和回收 NH4 2SO4 具體生產流程如下 注 銨黃鐵礬的化學式為 NH4 2Fe6 SO4 4 OH 12 1 在廢渣溶解操作時 應選用 填字母 溶解 A 氨水 B 氫氧化鈉溶液 C 鹽酸 D 硫酸 2 物質A是一種氧化劑 工業(yè)上最好選用 供選擇使用的有 空氣 Cl2 MnO2 其理由是 3 根據下圖有關數據 你認為工業(yè)上氧化操作時應控制的條件是 解析 1 在廢渣溶解操作時 目的是溶解氧化物 制備高檔顏料鐵紅 Fe2O3 和回收 NH4 2SO4 不能引入雜質離子 A項氨水不能溶解氧化物 能沉淀鐵離子和亞鐵離子 故不選 B項氫氧化鈉溶液沉淀鐵離子和亞鐵離子不能溶解氧化鈣 氧化鎂 故不選 C項鹽酸溶解氧化鈣和氧化鎂 但引入氯離子不能除去 故不選 D項硫酸能溶解氧化鈣和氧化鎂 且不引入雜質離子 故D符合 2 氧化劑主要是氧化亞鐵離子 氯氣有毒且污染空氣 二氧化錳是難溶于水的固體 空氣來源豐富 成本低 不引入雜質 不產生污染 3 分析圖象可知在80 溶液pH 1 5時 亞鐵離子的氧化率在90 以上 時間在4小時左右 答案 1 D 2 空氣 原料來源容易 成本低 不產生污 3 溶液溫度為80 pH為1 5 時間為4 染 不引入雜質小時左右