人教版高二化学第四节：化学实验方案设计的基本要求 5页

‎ 第四节：化学实验方案设计的基本要求 教案20（6-5-1化学实验方案设计的基本要求）‎ ‎ 学习目标 ‎1．理解化学实验方案设计时的内容﹑方法﹑要求。‎ ‎2．学会设计化学实验方案及科学评价实验方案。‎ ‎ 学习过程 ‎ 一、学习探究活动 阅读课本全文，回答下列问题。‎ ‎（1）一个完整的化学实验方案一般包括的内容是__________________________。‎ ‎（2）设计一个化学实验哪些方面入手 ‎（3）设计化学实验时应遵循哪几项要求 ‎ 二、总结与评价 ‎【总结】‎ 实验设计的基本要求 ‎（1）科学性，所谓科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。例如，鉴别Na2SO3和NaI，在试剂的选择上就不宜选用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的设计上，应取少量固体先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入试剂，而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂。‎ ‎（2）安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。‎ ‎（3）可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。‎ ‎（4）简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。‎ ‎ 3．化学实验方案设计的基本思路 ‎ （1）明确目的原理：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，从而明确实验原理。‎ ‎ （2）选择仪器药品：根据实验的目的和原理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、能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。‎ ‎ （3）设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，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、全面准确地记录实验过程中的现象和数据。‎ ‎ - 5 -‎ ‎（5）分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理，得出正确的结论。‎ ‎【例题讲解】‎ ‎[例1]设计实验，比较下列各物质分子中-OH上氢原子的活动性顺序：‎ ‎①H-OH ②CH3COOH ③CH3CH2-OH ④HO-COOH ⑤C6H5-OH ‎[分析讲解]从上述五种化合物的结构分析可知，②、④呈弱酸性 ，⑤具有极弱的酸性，①，③呈中性，这样我们用五种化合物通过与指示剂作用、跟碱液反应、跟活泼金属反应、跟新制取的Cu(OH)2悬液反应等，来进行性质的比较，从而得出各化合物中氢原子活泼性的大小顺序。其实验方案设计如下表：‎ 操作 现象 结论（—OH中H原子活泼性顺序）‎ ‎1．五种物质各取少量于试管中，各加入紫色石蕊试液2滴 ②、④变红，其他不变 ②、④>①、③、⑤‎ ‎2．在②、④试管中，各加入少量碳酸钠溶液 ②中产生气体 ②>④‎ ‎3．在①、③、⑤中各加入少量氢氧化钠溶液 ⑤由浑浊变澄清 ⑤>①、③‎ ‎4．在①、③中各加入少量金属钠、加热 ①产生气体，并有燃烧现象 ③产生气体，没有燃烧现象 ①>③‎ 综上设计，五种物质分子中-OH上氢原子的活泼性由大到小的顺序是：②>④>⑤>①>③。‎ ‎[例2]某同学做同周期元素性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象如下表。‎ 实验方案 实验现象 ‎1．用砂纸擦后的镁带与沸水反应，再向反应液中滴加酚酞 A．浮于水面，熔成小球，在水面上无定向移动，随之消失，溶液变成红色 ‎2．向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水 B．产生大量气体，可在空气中燃烧，溶液变成浅红色 ‎3．钠与含酚酞试液的冷水反应 C．反应不剧烈，产生气体可燃烧 ‎4．镁带与2mol·L-1的盐酸反应 D．剧烈反应，气体产物在空气中可燃 ‎5．铝条与2mol·L-1的盐酸反应 E．生成白色胶状沉淀，继而沉淀消失 ‎6．AlCl3溶液中加NaOH溶液 F．生成淡黄色沉淀 请你帮助该同学整理并完成实验报告。‎ ‎（1）实验目的：_____。‎ ‎（2）请补充必要的实验，以证明此周期中另外两种元素的性质递变规律。‎ ‎[分析讲解]‎ ‎ - 5 -‎ ‎（1）验证第三周期元素从左至右金属性递减、非金属性递增的规律。‎ ‎（2）实验中还没验证硅、磷两种元素的性质。要验证铝、硅、磷、硫等元素的性质，可以有多种思路，为了使实验操作简单易行，可以从验证硅酸、磷酸、硫酸的酸性强弱入手。要比较这些酸的酸性强弱可以有以下几种方法。‎ 方案一：测定0.1mol·L-1的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4的pH，由此判断三种盐溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三种最高价含氧酸的酸性强弱顺序，进而得出硅、磷、氮三元素非金属强弱顺序。‎ 方案二：测定硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。‎ 方案三：在硅酸钠溶液中滴加磷酸溶液，可发生反应：‎ SiO32-+H3PO4=H2SiO3↓+HPO4-‎ 在磷酸镁沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解：‎ Mg3(PO4)2+4H+=3Mg2++2H2PO4-‎ ‎【评价】‎ ‎1．实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似原子量，反应的化学方程式为：‎ ‎ ‎ ‎3CuO+2NH3======N2+3Cu+2H2O ‎（1）如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量[m CuO、m H2O]的方法进行测定，请用图示所列仪器设计一个简单的实验方案，并回答下列问题。‎ ‎①仪器连接的顺序为 （用字母编号表示，仪器可重复使用）。d中浓硫酸的作用是 ____________________。实验完毕时，观察到a中的现象是 。 ‎ ‎②列出计算Cu的原子量的表达式： 。‎ ‎③下列情况将使测定结果偏大的是 。‎ A．CuO末全部还原的Cu B．部份CuO受潮 C．CuO 混有Cu D．部份CuO还原为Cu2O ‎(1)如果仍采用上述仪器装置，其他方案可选用测定的物理量有 。‎ A．m Cu和mCuO B．m N2和m H2O C．m Cu和m H2O D．m NH3和m H2O ‎ 2．右图是某化学课外活动小组设计的乙醇与氢卤酸反应的实验装置图。‎ 在烧瓶A中放入一些新制的无水CuSO4粉末，并加入约20mL ‎ - 5 -‎ 无水乙醇，锥形瓶B盛放浓盐酸，分液漏斗C和广口瓶D中分别盛浓H2SO4，干燥管F中填满碱石灰，烧杯作水浴噐。‎ 当打开分液漏斗C的活塞后，由于浓H2SO4缓缓流入B中，则D中的导管口有气泡产生，过几分钟后，无水CuSO粉末由无色变蓝色，此时水浴加热后，将F端逸出的气体点燃，发生特殊的绿色火焰。试回答：‎ ‎（1）B中逸出的主要气体是 原因是 。‎ ‎（2）D广口瓶的作用是 ；E管的作用是 。‎ ‎（3）F管口点燃的气体是（填化学式） ，生成其气体的化学方程式______。‎ ‎（4）A瓶中无水CuSO4变蓝的原因是 。‎ ‎（5）由A中发生反应的事实，可推断出的结论是 。‎ ‎3．化学课本中经常设计实验研究某种物质的性质。下面是高一化学课本中关于氯气、浓硫酸的两个实验：‎ ‎（1）研究氯气跟金属的反应时，选用金属铜进行实验。用坩埚钳夹住一束铜丝，灼热后立刻放入充满氯气的集气瓶里。铜丝燃烧后把少量水注入集气瓶里，用玻璃片盖住瓶口，振荡。‎ 根据哪些实验现象可判断铜丝燃烧后生成了+2价铜的化合物______________________。写出有关化学方程式______________________________________________。‎ ‎（2）研究浓硫酸的强氧化性时，选用金属铜跟浓硫酸进行实验。实验装置如下图所示。‎ 根据乙试管中发生的现象可判断铜跟浓硫酸反应有_________生成；稀释反应后装置甲中残留液可观察到_______________，由此判断铜跟浓硫酸反应有_______________生成。综合起来可推测甲装置中发生的主要反应的化学方程式是__________________________。‎ ‎ （图7-4）‎ 你在进行本实验时，试管甲中还观察到了哪些现象（写出两条）_____________。‎ ‎（3）上述两个实验为什么都选金属铜作样本来进行实验，请提出两条理由：‎ ‎___________________________________、____________________________________。‎ ‎ - 5 -‎ ‎（4）要研究某种物质的强氧化性，若要选一种金属作样本进行实验，下列金属中最好选哪一种（ ）‎ ‎（A）钾 （B）钠 （C）镁 （D）铜 答 案 ‎1．(1)①b c a c d；‎ 吸收NH3 ，防止空气中水蒸气进入C中；固体由黑变红。‎ ‎②(18mCuO/mH2O)-16 ③ A C ‎ ‎(2)AC ‎2．（1）HCl；浓H2SO4滴入浓盐酸中，吸水放热，使HCl气体逸出 ‎（2）干燥HCl气体；冷凝回流乙醇蒸气 ‎（3）CH3CH2Cl；CH3CH2OH+HClCH3CH2Cl+H2O ‎（4）CH3CH2OH和HCl反应生成CH3CH2Cl和H2O，无水硫酸铜遇水变成胆矾显蓝色。‎ ‎（5）乙醇分子中的羟基可被氯化氢分子中的氯原子取代。‎ ‎3．（1）反应前先用小火加热烧瓶，B、C、D瓶中有气泡冒出，停止加热后，水会升到导管里形成一段水柱，证明装置不漏气。‎ ‎（2）2H2SO4（浓）+C2H2O+2SO2+CO2‎ ‎（3）A：无水硫酸铜。检验水。‎ B：酸性高锰酸钾溶液（最好不用品红，因为B装置有两个作用，一是检验有二氧化硫生成，二是要把二氧化硫全部吸收干净，若用品红溶液，吸收效果不理想）。检验二氧化硫。‎ ‎（4）酸性高锰酸钾溶液的颜色不褪尽。‎ ‎（5）C中品红（或酸性高锰酸钾溶液）溶液不褪色，D中澄清石灰水变浑浊。‎ 分析：第（3）小题中要注意“全部产物”这一关键条件。‎ 一般地说，要检验二氧化碳、二氧化硫、水三种物质，要分如下五种实验步骤：‎ 第一步，先通过无水硫酸铜粉末，根据粉末变蓝色判断有水蒸气；‎ 第二步，通过品红溶液，根据品红褪色判断有二氧化硫；‎ 第三步，通过酸性高锰酸钾溶液或氢氧化钠溶液等，吸收除去全部二氧化硫；‎ 第四步，再通过品红溶液，根据品红不褪色判断二氧化硫已全部除去；‎ 第五步，通过澄清石灰水，根据是否变浑浊判断二氧化碳。‎ 但题中只有四个装置，显然不能根据一般操作步骤进行。必须考虑把其中两步操作合并成一步。‎ 哪两步可以合并？两种考虑：‎ 一是将第二步、第三步合并。考虑到品红溶液吸收二氧化硫的效率不高，合并后应选用酸性高锰酸钾溶液。既可能检验二氧化硫，也可以较完全地吸收二氧化硫。‎ 二是将第三步、第四步合并。也应选用酸性高锰酸钾溶液。由于合并后既要吸收二氧化硫，也要判断二氧化硫已被吸收干净。所以，这一装置中的现象应是“溶液的颜色变浅，但不完全褪色”。‎ ‎ - 5 -‎