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大同市云天补习学校教案2013年1月24日单元（章、节）第十一章：化学实验基础课题第四节：化学实验方案的设计与评价第31周第4课时授课班级：6065班教学目标知识目标1．能设计或改进试验方案。2．会用控制试验条件的方法。3．会分析或处理数据，得出合理结论。4．会绘制和识别典型试验仪器装置图。能力目标1．利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器、叙述现象、说明理由。2．给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。3．根据实验目的、实验进行的条件选取适当药品、仪器(或应用所指定的药品、仪器)完成指定的实验操作。情感目标1.体验化学设计探究活动中的乐趣和成功的喜悦2.和同学一起体验和分享合作学习并成功解决问题的感受。3.认识化学实验是解决生产和生活中问题重要途径和方法。教材处理教学重点及突出重点的保障措施在给定仪器药品的条件下设计试验和实验的改进。⑴分解问题，设置梯度，逐步推进以降低题目难度。⑵训练在不同情景下学生应用知识，分析解决问题能力。教学难点及突破难点的策略把实验设计的基本原则和实验原理有机结合应用具体实验中。在设计实验中体会原则和原理如何有机结合，并加强指导和训练。易混易错点及分化与防范办法在具体实验中如何正确的选用实验仪器并能正确组装。在具体实验中加强仪器的适用范围和同一用途上的差别。教学方法讨论法，归纳法，练习。教学过程前测：填空（一到三）实验设计与评价试题的是近几年高考的一个热点，同时也是一个难点。因为这类题目综合程度大，所涉及的知识面广，能力要求高，成为一类在高考中最容易丢分的题目。从这几年高考来看：一般都是从中学阶段学生最熟悉的基础实验入手，由简单到复杂，从单一到综合，从教材内容到实际应用。尝试开放，开放性试题是高考命题新的探索方向。这类高考试题的特点有：一是重视以课本实验为突破口，考查学生基本的实验能力，即体现基础。二是以实验为中心，将化学实验与其他化学知识有机地结合于一体，着重考查学生的能力和素质，特别是思维能力的考查。试题所考查的知识从简单到复杂、从单一到综合。三是原理均源于课本，但装置基于课本又不同于课本，即强调创新。不简单重复，考查学生对实验深层次问题的掌握情况。一、化学实验设计的一般思路例1、用最简便的实验方法，请用酚酞试液就能鉴别出浓度相同的(0．1mol)食盐、盐酸和NaOH溶液，简述其实验方法和步骤。答：各取三种未知液少许，分别滴入2滴酚酞试液，溶液显红色的原溶液为NaOH溶液，另取少量余下的两种未知液，分别向其中滴加含有酚酞试液的NaOH溶液，可使NaOH溶液红色褪去的原溶液为盐酸，红色不褪为食盐溶液。二、方案设计要求科学性：实验原理，实验操作程序和方法正确合理安全性：尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作，保护人身安全和实验仪器的完好。可行性：实验中选用的仪器、药品、设备和方法在中学条件下能满足要求。简约性：方案简单易行，尽可能采用简单的实验装置较少的实验步骤和较少药品。还要遵循完成实验所用时间较短、副反应少、效果好等要求。经济性：综合考虑原料的用量和价格。例2、设计一个以CaCl2固体为原料制取Ca(NO3)2溶液的方案，并写出实验步骤。学生讨论：方案1：氯化钙溶液和硝酸银溶液。方案2：氯化钙先和碳酸钠溶批注液生成碳酸钙，再用碳酸钙和硝酸反应生成硝酸钙。优化：方案2所用药品价格低，操作简便，可行。实验步骤：(1)在烧杯1和烧杯2中分别放入等物质的量的CaCl2、Na2C03固体，各加适量蒸馏水使其溶解。(2)将烧杯1和烧杯2中的溶液混合，将沉淀过滤并洗涤。(3))将CaC03放人烧杯中，加适量稀HNO3，使CaC03反应，完全溶解，即得Ca(N03)2溶液。（设疑：如制纯净的Ca(N03)2固体，如何操作）三、实验设计的分类1．定性设计：物质的制备；物质性质的验证和比较；物质的分离和提纯；物质的鉴别与鉴定。2．定量设计：物质的组成及结晶水含量测定，物质浓度的测定，百分含量测定例3、（定性实验设计）已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。可选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、KSCN溶液。完成以下实验探究过程：（1）提出假设：假设1：该混合金属粉末中除铝外还含_________.元素；假设2：该混合金属粉末中除铝外还含_________.有元素；假设3：该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素；（2）设计实验方案基于假设3，设计出实验方案［不要作答，完成(3)题］。（3）实验过程根据（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。编号实验操作预期现象和结论①用药匙取少许样品，加入试管A中，再用滴管取过量NaOH溶液并滴加到试管A中，充分反应后，静置，弃去上层清液，剩余固体备用样品部分溶解，并有气体放出②往试管A的剩余固体中加过量稀硫酸，充分反应后，固体部分溶解，并有气体放出，溶液呈浅绿色，可能含铁静置。取上层清液于试管B中，剩余固体备用③往试管B中加入少许稀硝酸，再滴加KSCN溶液溶液先变黄色，加KSCN后显血红色，结合②可知，一定含铁④往②剩余固体中加入稀硝酸，再滴加NaOH溶液固体溶解，有无色刺激性气体产生并很快变成红棕色，溶液显蓝色，加NaOH溶液后有蓝色沉淀产生，一定含铜例4、（定量实验）为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数w(Zn)和镀层厚度，查询得知锌易溶于强碱：Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑。据此，截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样，剪碎、称得质量为m1g。用固体烧碱和水作试剂，拟出下列实验方案并进行相关实验。方案甲：通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究目标。（2）选用B和_____________（填仪器标号，下同）两个装置进行实验。（3）测得充分反应后生成氢气的体积为VL（标准状况），w(Zn)=____（4）计算镀层厚度，还需测得的一个物理量是_____________。（5）若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗，测量结果将______________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。方案乙：通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。选用仪器_____做实验，试样经充分反应，滤出不溶物、洗涤、烘干，称得其质量为m2g。（6）w(Zn)=_______。方案丙：通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量（其差值即为H2的质量）实现探究目标。实验使用仪器______。（7）从实验误差角度分析，方案丙_______方案乙（填“优于”、“劣于”或“等同于”）。四、完整的实验方案包括以下内容：①实验名称；②实验目的；③实验原理；④实验用品(仪器、药品及规格)；⑤实验步骤(包括实验仪器装配和操作)；⑥实验现象记录及结果处理；⑦问题和讨论(误差分析)。具体要求为：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胶，反应是否加热及温度是否控制在一定范围内等，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。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．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、推理等处理，得出正确的结论。小结：实验的设计和评价是实验类型题目中难度比较大的试题，要求同学们在掌握有关化学知识的基础上认真审题，按照实验设计的基本原则进行设计，做到科学，安全，简约，易行，同时考虑经济性。作业布置：根据自己的定位，分别选作B级、C级题板书设计：一、基本思路例1.二、方案设计要求1.科学性。2.安全性3.可靠性4.简约性5.经济性例2.三、实验设计分类1.定量实验设计2.定性实验设计例3..例4.四、一般步骤①实验名称；②实验目的；③实验原理；④实验用品(仪器、药品及规格)；⑤实验步骤(包括实验仪器装配和操作)；⑥实验现象记录及结果处理；⑦问题和讨论(误差分析小结；实验的设计和评价是实验类型题目中难度比较大的试题，要求同学们在掌握有关化学知识的基础上认真审题，按照实验设计的基本原则进行设计，做到科学，安全，简约，易行，同时考虑经济性。教师活动【引入】实验室用固体草酸和浓硫酸制取CO。【投影】要证明CO可以还原CuO，能否用草酸分解产生的气体来验证？学生活动思考回答：不能，因为证明CO能还原CuO的依据是看是否有CO2生成，而制取的CO中已经含有CO2，所以不能证明CO可以还原CuO。如果我们只有这种药品制CO，请同学们设计一套实验方案，证明CO可以还原CuO。从实验的整体看，首先应该考虑哪些问题？讨论归纳一：制气体→净化气体→证明反应→尾气的验证→尾气处理。下面我们围绕这个知识框架，进行气体综合实验复习，请同学们分组设计四部分实验装置，并画出装置草图。从下列仪器中选择、组装各步反应的实验装置，注意思考几个问题：1．选择各步反应药品的依据是什么？2．选择仪器的依据是什么？3．组装实验装置时，连接仪器的顺序是什么？4．各步实验操作的顺序及其要点是什么？通过每一具体问题的实验设计，归纳出解决每一类实验问题的规律。【投影】设计综合实验装置：1．CO的制备装置。2．证明CO中混有CO2；制得纯净、干燥的CO净化装置。3．证明CO可以还原CuO的装置。4．尾气的验证与处理装置。分组讨论，画装置草图。【软件1】实验仪器：【实验设计引导】实验室制备CO的药品是已知的，怎么制CO？请展示你们的设计简图，说明设计原理，总结实验规律，边叙述边组装仪器。讨论归纳二：【实验室制备气体的规律】1．根据药品的状态和反应条件，选择、组装仪器。【投影】学生设计的方案2．组装仪器的顺序是：因为气流方向是从左到右，组装仪器的顺序是：自下而上，从左到右。组装制备CO装置的顺序是：铁架台→酒精灯→铁圈→石棉网→烧瓶→带分液漏斗的双孔塞操作：组装制CO的装置。思考：实验前加入碎瓷片。思考：有CO2和水蒸气。【设疑】加热液体时怎么防止暴沸？制出的CO里混有什么气体？可能有水蒸气吗？为什么？不一定，因为用浓硫酸制CO时，浓硫酸有吸水性，可能吸收产物中的水，所以产生的气体中可能没有水蒸气。怎么证明CO中是否混有水和CO2？请设计检验气体的装置，说明原理，总结出检验气体的规律。讨论归纳三：【检验气体的规律】1．证明气体中混有杂质的顺序是：先证明水，后证明其他气体，因为证明气体一般用水溶液，从水溶液里逸出的气体一定混有水蒸气，干扰水的检验。2．证明气体杂质，要选用与气体杂质有特征反应的试剂。所以先用无水硫酸铜证明是否有水；再用澄清的石灰水证明是否有CO2生成，石灰水变浑浊证明有CO2。讨论归纳四：【除杂仪器的选择和使用】1．一般固体干燥剂放在干燥管里，粗管进气，细管出气，水蒸气可以被充分吸收。也可以用U形管、两通管代替干燥管。2．液体试剂放在洗气瓶中，长管进气，短管出气；长管深入液面下，短管露出胶塞少许。所以无水硫酸铜放在干燥管里，石灰水放在洗气瓶里。【设疑】为什么不用石灰水除CO2？讨论归纳五：【气体干燥、净化规律】1．除杂顺序：一般是先除杂质，后干燥。2．除杂试剂：尽可能使用液体试剂，液体试剂可以充分吸收气体。所以将CO混合气体先通入饱和NaOH溶液，除去CO2；再将气体通入浓硫酸，除去水蒸气。思考：因为常温下氢氧化钙的溶解度较小，即便是饱和的石灰水，其浓度比较小，所以石灰水不能吸收较多的二氧化碳。【设疑】饱和的NaOH溶液一定能除净CO2吗？怎么办？思考：如果二氧化碳较多就不一定能除净。增大容积，用广口瓶代替试管，增大氢氧化钠的用量。3．证明杂质已被除