第十一章化學實驗基礎第四節實驗方案的

設計與評價知識研讀(對應學生用書P164)課程解讀課程標準能根據實驗試題要求，做到：(1)設計、評價或改進實驗方案；(2)了解控制實驗條件的方法；(3)分析或處理實驗數據，得出合理結論；(4)識別典型的實驗儀器裝置圖?？键c展示1.以科技、生產、生活中的新材料為載體，考查實驗評價、誤差分析和定量計算等方面的能力。2.通過對課本實驗的改進，考查學生分析問題和解決問題的能力以及學生思維的靈活性。3.結合實驗方案的設計與評價，考查學生選擇組裝儀器的能力及識別簡單實驗裝置圖的能力?？键c一

化學實驗方案的設計1．化學實驗方案設計的思路考點整合(即時鞏固解析為教師用書獨有)2．化學實驗設計時遵循的原則(1)科學性：實驗原理準確，實驗流程合理。(2)安全性：保護人身、保護環境、保護儀器。(3)可行性：條件允許，效果明顯，方便操作。(4)簡約性：做到步驟少、時間短、節省藥品、效果好等基本要求。3．實驗設計的步驟(1)明確目的原理：首先必須認真審題，明確實驗的目的及要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。(2)選擇儀器藥品：根據實驗的目的和原理，以及反應物和生成物的性質、反應條件，如反應物和生成物的狀態，能否腐蝕儀器和其他物件，反應是否加熱及溫度是否控制在一定的范圍內等，從而選擇合理的化學儀器和藥品。(3)設計裝置步驟：根據上述實驗目的和原理，以及所選用的儀器和藥品，設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。學生應具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應完整而又簡明。(4)記錄現象數據：根據觀察，全面而準確地記錄實驗過程中的現象和數據。(5)分析得出結論：根據實驗觀察的現象和記錄的數據，通過分析、計算、圖表、推理等處理，得出正確的結論。4．化學實驗方案設計的儀器選用及連接順序5．實驗操作的順序(1)連接儀器。按氣體發生―→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。在整套儀器連接完畢后，應先檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品。檢查氣密性的方法要依裝置而定。(3)裝藥品，進行實驗操作。6．實驗設計的注意事項(1)藥品和裝置是部分或剛好給出還是有剩余若藥品和裝置只部分給出，則應需要作必要的補充，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格。(5)會畫簡單的實驗裝置圖考綱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。有易揮發的液體反應物，為了避免反應物損耗和充分利用原料，要在發生裝置中設計冷凝回流裝置或在發生裝置中安裝長玻璃導管等。②冷卻問題。有的實驗為防止氣體冷凝不充分而受損失，需要用冷凝管，可以用冷水或冰水冷凝氣體(物質蒸氣)，使物質蒸氣冷凝為液態便于收集。③防止倒吸問題。實驗過程用到加熱操作的，要防倒吸；氣體易溶于水的要防倒吸。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，可在發生裝置中的漏斗末端套一支小試管等?！景咐?】

(2010·山東理綜)聚合硫酸鐵又稱聚鐵，化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，廣泛用于污水處理。實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2)制備聚鐵和綠礬(FeSO4·7H2O)，過程如下：(1)驗證固體W焙燒后產生的氣體含有SO2的方法是___________________________________________________。(2)實驗室制備、收集干燥的SO2，所需儀器如下。裝置A產生SO2，按氣流方向連接各儀器接口，順序為a→

→→→→f。裝置D的作用是_____，裝置E中NaOH溶液的作用是_______________________。(3)制備綠礬時，向溶液X中加入過量________，充分反應后，經________操作得到溶液Y，再經濃縮、結晶等步驟得到綠礬。(4)溶液Z的pH影響聚鐵中鐵的質量分數，用pH試紙測定溶液pH的操作方法為___________________________________。若溶液Z的pH偏小，將導致聚鐵中鐵的質量分數偏________?！窘馕觥勘绢}是一道制備實驗題。(1)檢驗SO2常用品紅溶液。(2)發生裝置中生成的SO2經干燥后用向上排空氣法收集。在制備有毒氣體時應連接尾氣處理裝置，SO2在NaOH溶液中的溶解量較大，故D為安全瓶，防止倒吸。(3)溶液X中主要成分是硫酸鐵，加入過量鐵粉轉化成硫酸亞鐵，然后過濾出多余鐵粉，得硫酸亞鐵溶液。(4)pH試紙使用時不能濕潤，采用正確方法可測得較準確的pH；若溶液Z的pH偏小，則聚鐵中鐵的質量分數就會偏低。【答案】

(1)將氣體通入品紅溶液，溶液褪色，加熱恢復原色(2)d→e→c→b防止倒吸吸收多余的SO2(3)鐵屑過濾(4)將小片pH試紙放在點滴板(或表面皿)上，用玻璃棒蘸取少量待測液點在試紙上，與標準比色卡對照低(小)【規律方法】

(1)設計制備實驗方案的思路是：列出可能的幾種制備方法和途徑，從方法是否可行、裝置和操作是否簡單、是否經濟與安全等方面進行分析和比較，從中選取最佳的實驗方法。(2)解答制備方案設計題應當具備的知識：①化學實驗儀器的使用，化學實驗基本操作等實驗基礎知識。②單質、氧化物、酸、堿、鹽等物質的性質及相互轉化關系。③常見氣體實驗室制備原理?！炯磿r鞏固1】如圖所示為常見氣體制備、分離、干燥和性質驗證的部分儀器裝置(加熱設備及夾持固定裝置均略去)，請根據要求完成下列各題(儀器裝置可任意選用，必要時可重復選擇，a、b為活塞)。(1)若氣體入口通入CO和CO2的混合氣體，E內放置CuO，選擇裝置獲得純凈干燥的CO，并驗證其還原性及氧化產物，所選裝置的連接順序為________(填代號)。能驗證CO氧化產物的現象是___________________________________________。(2)停止CO和CO2混合氣體的通入，E內放置Na2O2，按A→E→D→B→H裝置順序制取純凈干燥的O2，并用O2氧化乙醇。此時，活塞a應________，活塞b應________，需要加熱的儀器裝置有________(填序號)，m中反應的化學方程式為______。(3)若氣體入口改通空氣，分液漏斗內改加濃氨水，圓底燒瓶內改加NaOH固體，E內放置鉑銠合金網，按A→G→E→D裝置順序制取干燥的氨氣，并驗證氨的某些性質。①裝置A中能產生氨氣的原因有_____________________。②實驗中觀察到E內有紅棕色氣體出現，證明氨氣具有________性?！窘馕觥拷獯鸫祟愵}目，首先要理解實驗目的和原理，明確各實驗裝置的作用，然后根據實驗要求連接實驗裝置。(1)先吸收CO中的CO2，待CO2被充分吸收后，再用干燥的CO還原CuO，檢驗CO具有還原性；然后利用澄清石灰水檢驗CO的氧化產物為CO2，最后多余CO要進行尾氣處理。(2)關閉活塞a，停止通入CO和CO2混合氣體，打開活塞b，使裝置A發生反應Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋CO2↑＋H2O，裝置E內發生反應2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2，裝置D內發生反應CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，O2經干燥后與揮發的乙醇蒸氣混合，并在Cu作催化劑的條件下，發生催化氧化反應2CH3CH2OH＋O2

2CH3CHO＋2H2O。(3)濃氨水與NaOH固體混合可產生NH3，NH3和O2的混合氣體經堿石灰干燥后，在鉑銠合金的催化作用下可發生反應4NH3＋5O24NO＋6H2O，之后發生反應2NO＋O2===2NO2，利用紅棕色NO2氣體的生成檢驗NH3被氧化為NO，從而證明NH3具有還原性。【答案】

(1)A、C、B、E、C、FA、B之間的C裝置中溶液保持澄清，E、F之間的C裝置中溶液變渾濁(2)關閉打開k、m2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O(3)①NaOH溶于水放出大量熱，溫度升高，使氨的溶解度減小而放出；NaOH吸水，促使氨放出；NaOH電離出的OH－增大了氨水中的OH－濃度，促使氨水電離平衡左移，導致氨氣放出②還原考點二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。要考慮是否完全合理、有無干擾現象、經濟上是否合算和對環境有無污染等。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，任何實驗方案都必須科學可行。因此，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論要求，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”要求設計更安全的、對環境友好的合成線路，降低化學工業生產過程中對人類健康和環境的危害，減少廢棄物的產生和排放。根據“綠色化學”精神，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率是否較高；(4)合成過程中是否造成環境污染。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)易揮發液體產物(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)。【案例2】

(2010·福建理綜)工業上常用鐵質容器盛裝冷濃硫酸。為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組進行了以下探究活動：【探究一】(1)將已去除表面氧化物的鐵釘(碳素鋼)放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是________________________。(2)另取鐵釘6.0g放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y。①甲同學認為X中除Fe3＋外還可能含有Fe2＋。若要確認其中的Fe2＋，應選用________(選填序號)。a．KSCN溶液和氯水b．鐵粉和KSCN溶液c．濃氨水d．酸性KMnO4溶液②乙同學取336mL(標準狀況)氣體Y通入足量溴水中，發生反應：SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4然后加入足量BaCl2溶液，經適當操作后得干燥固體2.33g。由此推知氣體Y中SO2的體積分數為________?！咎骄慷糠治錾鲜鰧嶒濻O2體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中還可能含有H2和Q氣體。為此設計了下列探究實驗裝置(圖中夾持儀器省略)。(3)裝置B中試劑的作用是________________。(4)認為氣體Y中還含有Q的理由是____________(用化學方程式表示)。(5)為確認Q的存在，需在裝置中添加M于________(選填序號)。a．A之前b．A－B間c．B－C間d．C－D間(6)如果氣體Y中含有H2，預計實驗現象應是__________。(7)若要測定限定體積氣體Y中H2

的含量(標準狀況下約有28mLH2)，除可用測量H2體積的方法外，可否選用質量稱量的方法？做出判斷并說明理由_______________________________。【解析】本題考查化學實驗，意在考查考生化學實驗的設計和分析能力?！咎骄恳弧?1)鐵釘遇冷的濃硫酸鈍化，因此放入硫酸銅溶液中無明顯變化。(2)①檢驗Fe3＋中含有Fe2＋，可以利用Fe2＋的還原性，其能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。②根據SO2～H2SO4～BaSO4，則氣體Y中SO2的物質的量n(SO2)＝n(BaSO4)＝＝0.01mol，則SO2的體積分數為 ×100%＝66.7%?！咎骄慷?3)裝置A用于除去混合氣體中的SO2，裝置B用于檢驗SO2是否除盡。(4)因為鐵釘由碳素鋼制成，因此將其溶于濃硫酸中加熱，必然發生C和濃硫酸的反應，因此氣體Y中還含有CO2。(5)為確認CO2的存在，可以在除盡SO2后即B－C間添加M(內盛裝澄清石灰水)。(6)如果氣體Y中含有H2，則通過D裝置時，D中黑色CuO被還原為紅色Cu，生成的H2O能使E中白色的無水硫酸銅變為藍色?！敬鸢浮?/p>

(1)鐵釘表面被鈍化(2)①d

②66.7%

(3)檢驗SO2是否除盡(4)C＋2H2SO4(濃)

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(5)c

(6)D中固體由黑變紅和E中固體由白變藍(7)否，用托盤天平無法稱量D或E的差量(或可，用分析天平稱量D或E的差量)【即時鞏固2】課題式課堂教學是研究性學習的一種方式，其基本教學模式為：如圖是關于“