人教版高二化学第六单元 化学实验方案的设计 7页

第六单元 化学实验方案的设计 教案17（6-1-1制备实验方案的设计）‎ ‎ 单元学习目标 ‎1．能根据实验试题要求，设计基本实验方案。‎ ‎2．能绘制和识别典型的实验仪器装置图。‎ ‎3．能根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。‎ ‎ 单元学习建议 ‎1．学习本单元之前，首先应系统地复习元素及其化合物、化学实验的基本操作、仪器的使用等知识。‎ ‎2．尽量到实验室按课本要求多做实验，在实验中体充分运用自主、合作、探究的学习方法。‎ 第一节 制备实验方案的设计 学习目标 ‎1．通过氢氧化铝的制取等实验方案的设计掌握制备实验方案的设计的关键、一般步骤、方案书写的格式和内容等。‎ ‎2．培养能根据物质制备原理制定实验操作步骤、选择实验仪器装置的能力，巩固物质制备的实验操作。‎ ‎3．能够根据问题中的制备实验方案进行科学的评价，分析其中的优缺点。‎ 学习过程 ‎ 一、自学探究 ‎1．读课本P78第二段，回答下列问题 ‎（1）在实验室中用AlCl3溶液和NaOH溶液反应制备Al(OH)3，若在NaOH溶液中滴加AlCl3溶液与在AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，现象有何不同，请填写下表。‎ 滴加试剂顺序 现 象 离子反应方程式 NaOH溶液滴加AlCl3‎ AlCl3溶液滴加NaOH ‎（2）为使AlCl3完全转化Al(OH)3，最好选用什么试剂代替NaOH，你由此例中，当设计物质制备方案时，应注意些什么问题？‎ ‎2．[示例1课本７８面]以铝屑为原料制备Al(OH)3的实验方案设计。‎ ‎（1）下面是课本中制备Al(OH)3的三个 ‎ - 7 -‎ 方案，请写出每个方案中的化学方程式或离子方程式，在括号内填写所加试剂 ‎ 方案一： ( ) （ ） ‎ Al(OH)3‎ Al2(SO4)3溶液 铝 屑 ‎ ‎ ‎ ‎ 反应式① ‎ ‎② ‎ 方案二：‎ ‎ ‎ NaAlO2溶液 Al(OH)3‎ 铝屑 ‎（ ） （ ）‎ ‎ ‎ ‎① ②过滤、洗涤 反应式① ‎ ‎② ‎ 方案三 铝 屑 Al2(SO4)3‎ ‎ （ ）‎ ‎③‎ 过滤、洗涤 Al(OH)3‎ ‎ ① ‎ ‎ ‎ 铝 屑 ‎（ ） ‎ NaAlO2溶液 ‎ ‎ ‎ ②‎ 反应式 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 问题讨论：‎ ‎（1）为使铝屑中的铝全部转化成Al(ＯＨ)3。方案三中① ②的铝用量相同吗?如果不同，两者的比例应是多少？‎ ‎（2）方案评价：三个方案中请填写每生成1mol Al(ＯＨ)3所消耗的原料H2SO4和NaOH的物质的量列表如下：‎ 方案 消耗H2SO4的物质的量 消耗NaOH的物质的量 方案一 方案二 方案三 从原料消耗和实验操作的简易性方面考虑，应选择的方案是 ‎ ‎2．阅读课本P80页以Al为原料制备Al(OH)3‎ ‎ - 7 -‎ 的实验方案（有条件的学校，按实验方案要求做实验，并将实验现象及数据填写在课本相应的地方）回答下列问题：‎ ‎（1）物质制备的实验方案包括的项目一般有 ‎ ‎（2）步骤1中用NaOH溶液洗涤铝屑的原因是 ‎ 将铝屑分成等质量四份，其原因是 。‎ ‎（3）步骤5中如何检证Al(OH)3已洗涤干净，请写出操作步骤。‎ ‎ 二、总结与评价 ‎【总结】‎ ‎1．物质制备方案的设计，首先要弄清物质制备的原理，从原理为切入点设计方案，方案一般已包括实验名称、目的、原理、用品、步骤、现象记录及结果处理。‎ ‎2．针对一个实验，可以设计出多种方案，要会得对每个方案进行科学的评价，评价可从以下几个方面进行：①理论上要科学。②操作上要简单可行。③原料用量要节约。④要环保，符合绿色化学原则。‎ ‎【例题讲解】‎ ‎[例题]下图表示某种盐的制备步骤：‎ 稀硫酸 金属屑A ‎ 80℃‎ 过滤，除杂质 滤液 结晶 水合盐B ‎ 300℃‎ 氮气保护 无水盐C 已知：水合盐B含有45.3%的水；无水盐C焙烧分解，放出两种无色刺激性气体E和F，并生成红棕色固体D。‎ 请写出物质的化学式或名称：‎ A ，B ，C ，D ，‎ E ，F 。‎ ‎[答案]A．Fe；B．FeSO4·7H2O；C．FeSO4；D．Fe2O3；E．SO2；F．SO3（E．SO3，F．SO2）。‎ ‎[分析讲解]红棕色固体是一个特征信息，可联想到氧化铁等显红棕色的物质。逆向推测无水盐可能含铁的硫酸盐。再根据反应条件可推断出C是硫酸亚铁，根据B中含水的质量分数可得出B是FeSO4·7H2O。‎ ‎[例2]海水及盐卤中均有氯化镁存在，某海盐厂副产品MgCl2·6H2O做原料，在523℃以上加热，制取耐火材料原料氧化镁和盐酸。‎ 有关原子相对质量：H-1，O-16，Mg-24，Cl-35.5。‎ ‎（1）写出该法制取盐酸的反应方程式____________________________________。‎ ‎（2）此法制备36.5%的浓盐酸时是否需要加入其它原料？__________，并说明理由___________________________________________________________________。‎ ‎（3）1000kg的MgCl2·6H2O理论上可以制得氧化镁______________kg，同时制得36.5%的浓盐酸_________kg。‎ ‎（4）在干燥的氯化氢气流中加热MgCl2·6H2O也可制得电解冶炼镁的原料无水MgCl2，试解释干燥氯化氢的作用是_________________________________________。‎ ‎ - 7 -‎ ‎（5）若该工厂不再增加原料（干燥剂可循环利用，忽略水蒸气的损失），利用MgCl2·6H2O同时制取氧化镁、浓盐酸和无水氯化镁，请你为该厂设计的工艺流程提出合理建议：__________________________________________________________________________。‎ 并计算原料的分配最佳物质的量之近似比（制氧化镁所用原料a mol：制无水氯化镁所用原料b mol），则a:b≈______:______。‎ ‎[分析讲解]试题取材于工业生产中的实际问题，从知识上看试题涉及到基本理论、化学计算和工业生产中工艺流程设计等问题，是一道既能考查多方面的化学基础知识，又紧密联系生产实际问题的综合题。‎ ‎（1）试题中的新信息是“用MgCl2·6H2O做原料制氧化镁和盐酸”，要用到已有知识、技能是“升高温度能促进盐类水解、HCl易挥发、书写化学方程式”，结合起来就可得到反应式。‎ ‎（2）这是一个定量计算和定性判断相互结合的问题。‎ 根据（1）中反应的化学方程式，每生成2molHCl的同时还产生5molH2O，所以在所得的酸雾中HCl的质量分数为：‎ ‎= 45%>36.5%‎ ‎（3）作简单的计算就可得到结果。‎ ‎（4）加热氯化镁晶体时，由于氯化氢易挥发，容易生成氧化镁。所以，只有在能够抑制氯化镁水解的条件下，才能加热氯化镁晶体直接制取无水氯化镁。‎ ‎（5）在分析第（2）、（4）过程中可得到这样的信息：若加热氯化镁晶体只为了制取氧化镁和盐酸，需要另加原料水（反过来分析就是HCl过量）；若只是制取无水氯化镁，必需加入一定的氯化氢气流。工业生产最理想的工艺要求是充分利用现有原料，不产生废物，以此为原则可提出合理的建议。‎ ‎[答案]（1）MgCl2·6H2OMgO+2HCl↑+5H2O↑。‎ ‎（2）若用此法制取36.5%盐酸，必须再加入水。‎ ‎（3）可制得氧化镁197kg，浓盐酸986kg 。‎ ‎（4）氯化氢气流可抑制氯化镁水解，并带走水蒸气。反应式为：‎ ‎ MgCl2·6H2OMgCl2+6H2O ‎（5）制取氧化镁时生成盐酸，多余氯化氢经干燥后用于制无水氧化镁时的氯化氢气流。‎ 若amol MgCl2·6H2O 用于制氧化镁， b molMgCl2·6H2O用于制取无水氯化镁，则有：‎ aMgCl2·6H2O+ bMgCl2·6H2O= aMgO + bMgCl2 + 2a HCl + (5a+6b)H2O 那么，根据所得的36.5%盐酸有：n(HCl) :n(H2O)= :=1:3.53‎ 即：= a:b≈3:1。‎ ‎【评价】‎ ‎1．用以下三种途径制取等质量的硝酸铜（1）铜跟浓硝酸反应（2）铜跟稀硝酸反应（3）铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述正确的是（ ）。‎ ‎ - 7 -‎ A．三种途径所消耗铜的物质的量相等 B．三种途径所消耗硝酸的物质的量相等 C．三种途径所消耗铜的物质的量：途径（3）>途径（1）>途径（2）‎ D．所消耗的硝酸的物质的量是：途径（1）>途径（2）>途径（3）‎ ‎2．长期存放的亚硫酸钠可能会被部份氧化，可通过实验来测量某无水亚硫酸钠的纯度，某同学设计有如下几步操作。‎ ‎①称量a克样品，置于烧杯中 ‎②加入足量蒸馏水，使样品溶解。‎ ‎③加入稀盐酸、使溶液显强酸性，再加过量的BaCl2溶液。‎ ‎④过虑，用蒸馏水洗涤沉淀。‎ ‎⑤加热干燥沉淀物。‎ ‎⑥将沉淀冷却至室温后，称量。‎ ‎⑦重复⑤﹑⑥操作直到合格，最后得到bg固体。‎ ‎（1）本实验是否能用Ba(NO3)2代替BaCl2？ 其理由是 _________。‎ ‎（2）步骤③中加盐酸使溶液呈强酸性的目是： 。‎ ‎（3）步骤⑦中的合格标准是： 。‎ ‎（4）实验测得样品中无水亚硫酸钠的质量分数是 。‎ ‎3．（1）在Inorganic Syntheses一书中，有一装置是用以制备某种干燥的纯净气体。如图甲所示：其A中应盛放一种密度比B中密度小的液体。下表中为几种液体的密度。‎ 溶液名称 浓盐酸 浓硫酸 浓氨水 浓氢氧化钠溶液 浓醋酸 密度(g·mL-1)‎ ‎1.19‎ ‎1.84‎ ‎0.89‎ ‎1.41‎ ‎1.06‎ 现从上述液体中选出几种适宜的试剂，利用该装置制取干燥纯净气体。‎ ‎ （a）制备的气体其化学式是 。‎ ‎ （b）应选用的试剂（写名称）：A中盛 ；B中盛 。‎ ‎ （c）装置中毛细管的作用是_______________________________。 ‎ ‎（2）某学生拟用50mL NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入的CO2气体过量而生成NaHCO3，他设计了如下实验步骤：①取25mL NaOH溶液吸收过量CO2气体，至CO2气体不再溶解；②小心煮沸溶液1—2min排除溶液中溶解的CO2气体；③在得到的溶液中加入另一半（25mL）NaOH溶液，使溶液充分混合。‎ ‎（a）他能否制得较纯净的Na2CO3？ 理由是 。‎ 按他的设计，第①步实验装置如图乙所示： ‎ 乙 ‎（b）装置A使用的试剂是石灰石和盐酸溶液，可否使用纯碱代替石灰石？ ；‎ ‎ - 7 -‎ 原因是 。‎ ‎（c）装置B使用的试剂是 ，作用是 。‎ ‎（d）有人认为实验步骤②③的顺序对调，即先混合，再煮沸，更合理，你认为对吗？为什么？‎ ‎4．1862年，比利时人索尔维以氯化钠、二氧化碳、氨和水为原料制得纯净的碳酸钠，叫索尔维制碱法。其主要操作是：（1）在氨化的饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳，制得碳酸氢钠；（2）再把碳酸氢钠焙烧制得纯碱，通入的二氧化碳可循环使用；（3）在析出碳酸氢钠的母液中加入生石灰，氨气循环使用。‎ ‎1940年，我国著名科学家侯德榜先生，冲破了“索尔维法”的技术封锁，并加以改进，用氯化钠固体代替生石灰，加入母液中使氯化铵晶体析出，生产出纯碱和氯化铵，这便是举世闻名的“侯氏制碱法”。试回答：‎ ‎（1）在制小苏打的第一步操作中，是在饱和食盐水中先通入氨，后通入二氧化碳，两种气体通入的顺序不能颠倒的原因是____________________。‎ ‎（2）第一步操作中的两步反应的化学方程式是______________________。‎ ‎（3）不能在氯化钠溶液中通入二氧化碳制碳酸氢钠的原因是__________________。‎ ‎（4）“侯氏制碱法”较之“索尔维法”的优点是________。‎ ‎①得到碳酸钠、氯化铵两种有用产品；②消耗了无用的产物氯化钙；③减少了氧化钙原；④原料得到充分有效的利用；⑤提高纯碱的质量。‎ ‎（A）①②③ （B）①③④⑤ （C）②③⑤ （D）①②③④‎ 答案 ‎1.A D ‎2．⑴不能 在酸性溶液中，NO3-能将SO32-氧化成SO42-、造成结果误差。‎ ‎⑵保证得到的沉淀都是BaSO4，没有BaSO4‎ ‎⑶连续两次称量的质量不变。‎ ‎⑷(‎ ‎3．（1）（a）HCl；（b）浓盐酸，浓硫酸；（c）将浓盐酸导入浓硫酸底部，浓盐酸的密度小于浓硫酸，浓盐酸在浓硫酸中上升，浓盐酸中水分被浓硫酸充分吸收，有利于产生 HCl气体。‎ ‎（2）a；能；实验①生成NaHCO3，其中溶解的CO2气体煮沸时除去，在实验③NaHCO3恰好被NaOH中和完全转化成Na2CO3。b，不能；实验中使用的CO2的气体发生器，只适用于块状固体和液体反应，Na2CO3是粉末状固体，反应过于猛烈。c，NaHCO3饱和溶液，除去 HCl，d， 不合理；若不先驱除溶液中溶解的CO2气体，实验③加入的NaOH将有一部分消耗于与CO2气体的反应，使NaHCO3不能完全转化为Na2CO3。‎ ‎（根据“制取干燥纯净气体”就可作出判断，若是用浓氨水、浓氢氧化钠溶液反应制得的氨气中必定含有水气，若用浓盐酸、浓硫酸反应可制得干燥氯化氢气体。为了制得干燥的氯化氢气体，应该在A中装浓盐酸、B中装浓硫酸，让浓盐酸缓慢地流入浓硫酸底部，才不会让水气随着氯化氢逸出）‎ ‎4．（1）如先通入二氧化碳，再通入氨，则不能产生足够的HCO3-离子，不易得到碳酸氢钠。‎ ‎ - 7 -‎ ‎（2）NH3+CO2+H2O = NH4HCO3 NaCl + NH4HCO3 = NaHCO3 +NH4Cl ‎（3）碳酸酸性比盐酸弱，反应不可能发生。‎ ‎（4）D。‎ ‎ - 7 -‎