《简单的化学实验方案设计与评价》.ppt

第42课时 简单的化学实验方案设计与评价,(2),重要考点1 制备实验方案的设计,【考点释例1】现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。已知实验中可能会发生下列反应：2MgO2 2MgO3MgN2 Mg3N22MgCO2 2MgOCMgH2O MgOH2Mg3N26H2O 3Mg(OH)22NH3,可供选择的装置和药品如下图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连)。,回答下列问题：(1)在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置(填字母代号)及其目的分别为_；(2)连接并检查实验装置的气密性。实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5 L的储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是(填字母代号)_；(3)通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响？_，原因是_；(4)请设计一个实验，验证产物是氮化镁：_。,【解析】(1)制取氮化镁时，镁会与空气中CO2、O2、H2O等发生反应，故要先除去空气中的CO2、O2、H2O，选装置B、D、F。(2)除杂的顺序是：先将空气通入NaOH溶液除CO2、再通入浓硫酸除H2O，最后通过灼热的还原铁粉除O2。洗气时遵循“长进短出”的原则，故气流流经导管的顺序为hgdcklab。,(3)应让空气通过D、B、F一段时间，确认其中的CO2、O2、H2O等杂质已除尽，再点燃A处酒精灯，否则会使制得的氮化镁不纯。(4)根据题中信息，氮化镁能与水发生反应产生氨气，则可利用这一反应检验产物与水的反应有氨气的生成，则可证明产物是氮化镁。,答案：(1)B、D、F选择B，目的：除去空气中的水蒸气避免反应发生；选择D，目的：除去空气中的CO2避免反应发生；选择F，目的：除去空气中的O2避免反应发生,(2)hgdcklab(3)制得的氮化镁将不纯；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应(4)将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁,【温馨提示】制备实验方案的设计，应遵循以下原则：条件合适，操作方便；原理正确，步骤简单；原料丰富，价格低廉；产物纯净，污染物少。即从多种路线中优选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学食品与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。,1.某研究性学习小组在研究由Fe2制备Fe(OH)2的过程中，设计了如下实验方案：,【实验设计】方法一：按照图1进行实验，容器A中的反应开始时，弹簧夹C处于打开状态，一段时间后，关闭弹簧夹C，容器A中的反应仍在进行。最终在 容器中观察到白色沉淀，该实验中涉及的化学方程式有：。,B,FeH2SO4=FeSO4H2、FeSO42NaOH=Fe(OH)2Na2SO4、H2SO42NaOH=Na2SO42H2O,方法二：按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀。请从所提供的试剂或电极材料中选择正确的序号填在横线上：纯水NaCl溶液NaOH溶液四氯化碳CuCl2溶液乙醇Fe棒植物油碳棒a为，b为，c为，d为。(填序号),或,或,【探究思考】实验表明上述实验中出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色，那么如何解释出现灰绿色或绿色的现象呢？(1)甲同学查阅资料后，得到Fe(OH)2如下信息：,阅读该资料后，你对上述实验中出现灰绿色或绿色的现象的解释是：由于Fe(OH)2部分被氧化，混入少量的Fe(OH)3。资料中提及的微绿色Fe3(OH)8，用氧化物的形式表示可写成。(2)乙同学依据配色原理：白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的常识，认为绿色可能是形成Fe(OH)2nH2O所致。用热水浴的方式加热“方法一”中生成的绿色沉淀，观察到沉淀由绿变白的趋势。加热时，“方法一”中弹簧夹C应处于(填“打开”或“关闭”)状态，容器A中的反应须处于(填“停止”或“发生”)状态。写出该实验中支持乙同学观点的化学方程式。,FeOFe2O34H2O,打开,发生,Fe(OH)2nH2O=Fe(OH)2nH2O,(3)欢迎你参加该研究小组的讨论，请提出一种在研究由Fe2制备Fe(OH)2的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路。,向Fe2和Fe3的混合液中加入NaOH溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色或者可以将Fe(OH)3和Fe(OH)2混合后观察其颜色(合理答案均可),重要考点2 性质实验方案的设计,【考点释例2】两个学习小组用如图装置探究乙二酸(HOOCCOOH)受热分解的部分产物。,(1)甲组：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_。乙二酸受热分解的化学方程式为_。,(2)乙组：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中最主要反应的化学方程式为_。从AF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。HOOCCOOH分解的产物CO2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：HOOCCOOH CO2COH2O。,(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)CO2充分除去CO2溶液褪色(或变浅)COHOOCCOOH CO2COH2O(2)2Na2O22CO2=2Na2CO3O2adej取F中的固体，滴加稀硫酸，将生成的气体通入澄清石灰水，若变浑浊，则发生了反应；若不变浑浊，则未发生反应,【规律总结】常见验证物质性质的方法及试剂：1证明酸性：pH试纸或酸碱指示剂；与Na2CO3溶液反应；与Zn反应。2证明弱酸性：证明存在电离平衡；测定对应盐溶液的酸碱性；测量稀释前后pH的变化等。3证明氧化性：与还原剂(如KI、Fe2、SO2、H2S等)反应，产生明显的现象。4证明还原性：与氧化剂(如KMnO4、浓HNO3等)反应，产生明显的现象。,5证明为胶体分散系：有丁达尔效应。6证明有碳碳双键(或三键)：使溴水或酸化的KMnO4溶液褪色。7证明酚羟基：与浓溴水反应产生白色沉淀；与FeCl3溶液发生显色反应(紫色)。8证明醛基：与银氨溶液作用产生光亮的银镜；与新制Cu(OH)2悬浊液作用产生红色沉淀Cu2O。9证明醇羟基：与羧酸发生酯化反应，其产物不溶于水，有水果香味。,某研究性学习小组为探究铜、锌与浓盐酸反应，设计实验探究方案如下：一、实验用品：纯锌片、铜片，37%的浓盐酸、蒸馏水、氯化铜溶液二、实验记录：交流卡片：NO：2006SY518主题：Zn、Cu与浓盐酸A将锌放入浓盐酸中，反应较快B将锌片与铜片贴在一起，一同投入浓盐酸中，反应快速放出气体C当B中锌片完全溶解后，将溶液加热，又产生气体(值得进一步研究)，得到无色溶液D将上述反应后的溶液，隔绝空气，加入适量水，出现白色沉淀,三、提供资料资料卡片NO：2006ZL918主题：生成一价铜的反应课本上：CH3CHO2Cu(OH)2 Cu2O(红色)CH3COOH2H2O盐城市第二次调研试卷：2Cu24I=2CuI(白色)I2无机化学下册，氯化亚铜在不同浓度的KCl溶液中可形成CuCl2、CuCl32、CuCl43等离子，且它们在溶液中均为无色,四、请你参与以下探究：(1)交流卡片中，实验A反应速率明显比B小，原因是铜、锌及浓盐酸一起组成原电池，加快了反应速率；(2)根据铜位于金属活动顺序表氢之后，与稀盐酸不反应，依据交流卡片C又产生气体的事实，作出如下推断：有同学认为是溶解在溶液中的H2逸出，你认为是否有道理没有道理，理由是因为氢气本身难溶于水；,某同学作了如下猜想，是否成立，请你设计实验方案加以验证。,(3)交流卡片D中的白色沉淀，分析：不可能是CuCl2，因为溶液显蓝色或绿色，也不可能是氯化锌，因为稀释后溶液更稀，不会产生出沉淀，并利用资料大胆猜想，白色沉淀是生成的氯化亚铜，请你帮他设计验证方案(若有多个只设计两个方案)：,(4)指导老师肯定了白色沉淀是氯化亚铜，请结合资料卡片，写出铜与足量浓盐酸在加热条件下生成无色溶液及气体的化学方程式：2Cu8HCl=2H3CuCl4H2，2Cu4HCl=2HCuCl2H2，2Cu6HCl=2H2CuCl3H2；根据交流卡片D，生成沉淀，实际上是一个平衡问题，请写出这一平衡关系式CuCl2(aq)CuCl(s)Cl(aq)(用离子方程式表示)；,(5)就铜与浓盐酸反应若还需进一步探讨，你认为还可探究的内容有用变量控制法探讨铜与盐酸发生反应生成氢气和白色沉淀，盐酸的适宜浓度(只提供一个实验课题即可)。,重要考点3 实验方案的评价与优选,【考点释例三】为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次平行实验测定结果的平均值)：方案一：将a g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为580 mL(标准状况)；方案二：将 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用0.02000 mol L1的KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了25.00 mL KMnO4溶液。请回答下列问题：,(1)配平下面的化学方程式(将有关的化学计量数填入方框内)：KMnO4FeSO4H2SO4Fe2(SO4)3MnSO4K2SO4H2O(2)在滴定实验中不能选择_式滴定管，理由是；(3)根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为_和_(铁的相对原子质量以55.9计)；,(4)若排除实验仪器和操作的影响因素，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析(本题为开放性试题，若回答合理即正确)。方案一_(填“准确”、“不准确”或“不一定准确”)，理由是_；方案二_(填“准确”、“不准确”或“不一定准确”)，理由是_。,【解析】本小题属于开放性试题，若考生回答“准确”或“不准确”且理由合理，可酌情给分。例如：考生回答：方案一准确，因为铁片中不存在能与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，也不存在铁的氧化物。方案一不准确，如果铁片中存在与稀硫酸反应生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；如果存在与稀硫酸反应而溶解、但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低。,方案二准确，铁片溶于稀硫酸后，除Fe2外，其他可能存在的金属离子在酸性溶液中均不能被高锰酸钾氧化，也不存在氧化铁。方案二不准确，如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高；如果存在与稀硫酸反应而溶解的铁的氧化物，生成的Fe3在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏低。,答案：(1)21085218(2)碱KMnO4是强氧化剂，它会腐蚀乳胶管(3)(4)不一定准确如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属，会导致结果偏高；铁片中存在与稀硫酸反应而溶解、但不产生氢气的铁的氧化物，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确,不一定准确如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属，生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏高；如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的铁的氧化物，生成的Fe3在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化，会导致结果偏低；如果上述情况均不存在，则结果准确,【温馨提示】对于实验方案的评价，主要从以下几个方面考虑：1实验步骤是否简单、方便。2实验效果是否明显。3实验原理是否正确、可行。4实验方案是否严密。,氢氧化铜是一种常用试剂。例如，利用新制氢氧化铜验证葡萄糖的还原性。.新制氢氧化铜悬浊液的配制：实验室制取新制氢氧化铜悬浊液的操作方法：在试管里加入10%的氢氧化钠溶液2 mL，滴入2%的硫酸铜溶液4滴6滴，振荡即成。这样操作的目的是确保氢氧化钠过量，氢氧化铜呈悬浊状。,下面是三个研究性学习组分别从不同层面开展研究性学习活动：.研究性学习小组甲：对教材实验结论“乙醛与新制氢氧化铜反应生成的红色沉淀是Cu2O”提出质疑，他们认为红色沉淀不一定是氧化亚铜。为了确定红色沉淀的成分，开展了如下研究：提出猜想：红色沉淀可能是铜或铜与氧化亚铜混合物(或红色固体中可能含有铜)。,查阅资料：氧化亚铜属于碱性氧化物；1价的铜离子在酸性条件易发生自身氧化还原反应；在空气中灼烧氧化亚铜生成氧化铜。设计方案：方案1：取该红色沉淀溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化方案2：取该红色沉淀溶于足量的稀硫酸中，观察是否有残渣,方案3：称取红色沉淀a g，在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器里冷却，再称重，反复多次直到固体恒重，称得质量为b g，比较a、b关系方案4：取红色固体沉淀装入试管里，加入酸化的硝酸银溶液，观察是否有银白色银析出你认为合理的方案是方案3。,.研究性学习小组乙针对小组甲的质疑，设计新的探究方案，装置如图所示。你认为要测定上述红色沉淀成分必须测定下列哪些物理量_。通入氢气体积；反应前，红色沉淀硬质试管的总质量；完全反应后红色固体硬质试管的总质量；实验前，干燥管质量；硬质试管质量；锌粒质量；稀硫酸中含溶质的量；实验后，干燥管质量,.研究性学习小组丙上网查阅新闻得知，“2005年诺贝尔化学奖授予了三位研究绿色化学的科学家”。绿色化学强调对环境友好，实现零排放。“变废为宝”符合绿色化学要求。他们收集上述红色沉淀制备化学试剂蓝矾。请你帮助他们设计一个简单且符合绿色化学要求的实验方案：,在空气中充分灼烧该红色固体至全部转化成氧化铜，加入足量稀硫酸溶解，蒸发、结晶、过滤、洗涤，用滤纸吸干或通入惰气带走水分。,