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2014高考化学一轮复习课件第十一章化学实验基础第四节化学实验方案的设计与评价必修部分考纲展示核心要点1.能根据实验试题要求，做到：(1)设计、评价或改进实验方案；(2)了解控制实验条件的方法；(3)分析或处理实验数据，得出合理结论。2.以上各部分知识与技能的综合应用。1.实验设计的基本要求(1)科学性，(2)安全性，(3)可行性，(4)简约性，(5)经济性。2.综合性实验题解答的步骤：(1)明确实验目的、原理。(2)根据实验原理选择仪器、药品。(3)组装仪器并理解各仪器的作用及使用方法。(4)结合题意，综合分析解答。•1.化学实验方案设计的基本要求•化学实验方案的设计•2．化学实验设计的基本内容•一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：•(1)实验名称；(2)实验目的；(3)实验原理；•(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；•(5)实验装置图、实验步骤和操作方法；•(6)实验注意事项；•(7)实验现象的记录及结果处理；•(8)问题与讨论。•3．化学实验方案设计的基本思路•根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的装置，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。•4．化学实验方案设计的注意事项•(1)实验操作顺序•装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。•(2)加热操作先后顺序的选择•若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。•(3)实验中试剂或产物防止变质或损失•①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水；•②易挥发的液体产物要及时冷却；•③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)；•④注意防止倒吸的问题。•(4)选用仪器及连接顺序•(5)仪器药品的准确描述•①实验中所用试剂名称：如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液；澄清石灰水；饱和碳酸氢钠溶液等。•②仪器名称：如坩埚、研钵、100mL容量瓶。•(6)会画简单的实验装置图•考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。•(1)实验方案的设计对细节要求较高，往往在细节上失分，如实验原理、仪器选择、操作步骤、实验现象的描述、实验安全等方面，不全面、不准确是失分的重要方面。•(2)实验设计不完整，也是实验题失分的重要原因。如制备一些在空气中易变质的物质时，在制备装置后还要连接—防变质装置。•(3)补画装置图的题目中，装置图画得不准确也会失分。•浓H2SO4和木炭在加热时发生反应的化学方程式是：2H2SO4(浓)＋C====△CO2↑＋2H2O＋2SO2↑请从图中选用所需的仪器(可重复选用)组成一套进行该反应并检验反应产物的装置。现提供浓H2SO4、木炭和酸性KMnO4溶液，其他固、液试剂自选。(连接和固定仪器用的玻璃管、胶管、铁夹、铁架台及加热装置等均略去)•将所选的仪器按连接顺序由上至下依次填入下表，并写出该仪器中应加试剂的名称及其作用。选用的仪器(填字母)加入的试剂作用•解析：木炭与浓H2SO4反应生成三种产物：水蒸气、二氧化硫和二氧化碳。一般用品红溶液检验二氧化硫，用澄清石灰水检验二氧化碳，而二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，故应先检验二氧化硫，并除去二氧化硫之后，再检验二氧化碳；因为检验二氧化硫、二氧化碳时都要用到水溶液试剂，气体从水溶液中导出时必带水蒸气，故水蒸气应最先检验。即实验设计思路为：木炭与浓H2SO4反应制气体→检验水蒸气→检验二氧化硫→除去二氧化硫→检验二氧化硫是否除净→检验二氧化碳。根据仪器A、B、C知，A仪器是洗气瓶，盛装液体；B仪器是U形管，装固体；C仪器是气体发生装置。•答案：选用的仪器(填字母)加入的试剂作用C浓H2SO4与木炭反应器(或产生气体)B无水硫酸铜检验水(或H2O)A品红溶液检验SO2(或二氧化硫)A酸性KMnO4溶液吸收余下的SO2A品红溶液确认二氧化硫已除净A澄清石灰水检验CO2(或二氧化碳)•五步法连接气体实验装置•一个完整的气体实验装置包括“气体发生装置、除杂装置、干燥装置、主体实验装置、尾气处理装置”五部分，其一般连接顺序为：气体发生→除杂→干燥→主体实验→尾气处理。若要检验混合气体的成分时，一般要掌握下列规则：(1)水蒸气最先检验；(2)有干扰的气体先检验。例如气体甲对气体乙的检验有干扰，检验思路为：检验气体甲→除去气体甲→确定气体甲已除尽→检验气体乙。【迁移应用】1.课题式学习是研究性学习的一种方式，其基本模式为：提出课题→确定研究方案→解决问题→总结和评价如图是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式学习中，甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置。•(1)实验时应先点燃________(填“A”或“B”)处的酒精灯。•(2)硬质玻璃管中反应的化学方程式为________________。•(3)乙同学认为甲装置有待优化，如尾气可先储存在瓶内，然后再处理。•如图是他设计的贮气瓶，尾气应从________(填“a”或“b”)口通入(其他装置略)。•(4)丙同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？因此，他设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清石灰水。这个设计有必要吗？说明理由：_________________________。解析：(1)(2)应先点燃B处酒精灯，当导管口气体点燃后表示硬质玻璃管内已充满纯净的CO气体。再点燃A处酒精灯，使反应发生：CuO＋CO=====△Cu＋CO2。(3)要将尾气采用排液法储存在瓶内，应从a口通入。(4)丙的设计不必要，其理由是在酒精灯A点燃前，CO已通过了澄清石灰水。答案：(1)B(2)CuO＋CO=====△Cu＋CO2(3)a(4)不必要在酒精灯A点燃前，CO已通过了澄清石灰水•对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。•1．可行性方面•(1)分析实验方案是否科学可行：•(2)实验操作是否安全合理；•(3)实验步骤是否简单方便；•(4)实验效果是否明显。•化学实验方案的评价•2．绿色化学方面•(1)实验过程中是否造成环境污染；•(2)原料是否无毒、安全、易得；•(3)原料利用率及反应速率是否较高；•(4)反应速率是否较快。•3．从安全性方面对实验方案做出评价•化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：•(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；•(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)；•(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；•(4)污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；•(5)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)。•4．从规范性方面•(1)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；•(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；•(3)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；•(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。•5．最佳方案的选择•几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。•近几年高考中，对实验评价的考查涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义，分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。•某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：•方案1：将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。•方案2：将一定质量的镀锌铁皮(W1)投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量(W2)，计算铁皮上的锌的质量。•方案3：将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。•……•(1)方案2的主要缺点是_______________________。•方案3的主要缺点是____________________________。•(2)方案1中用到测量气体体积的装置，如图装置中不能用于测量气体体积的装置是________。•学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：_____________________________。•解析：理解每种方案的实验原理是关键。•(1)方案2锌与铁的活动性差异不大，反应难以进行；方案3反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高。(2)B装置不能排出液体；C装置要等到冷却到室温再进行读数，并且要上下移动右边管使左右两边的液面相平。•答案：(1)锌与铁的活动性差异不大，反应几乎难以进行反应时间长，沉淀的获取与称量较为困难，精确度不高•(2)B等到冷却到室温，上下移动右边管使左右两边的液面相平再进行读数•现有铝合金样品，某同学设计两种测定样品中铝元素质量分数的实验方案：•甲方案：取一定量样品，溶于足量的氢氧化钠溶液，测定产生气体的体积；•乙方案：取一定量样品，溶于足量的稀硫酸，测定产生气体的体积。他们设计装置如图所示：•(1)写出甲方案的化学方程式：__________________________________________________。•(2)在上述装置中，测定气体体积的装置应选择________(填：A或B)，若要用________(填：A或B)装置，需进行的改进为_____________________________________________________________________________________。•(3)当铝合金完全反应后，读数前应进行的操作依次为：__________________________________________________。•(4)若用乙方案测定样品纯度，测定数据有：铝合金样品质量为Wg，气体体积为VmL(在实验条件下，查得氢气摩尔体积为aL/mol)，计算该样品中铝元素的质量分数为______。•(5)评价甲、乙方案，填表：方案评价(填：准确、不准确或不确定)理由甲乙•解析：(1)铝与NaOH溶液反应的化学方程式为：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑•(2)A装置的广口瓶中，由于进气管长，出气管短，故不能用于测量产生气体的体积；改进的方法是进气管短，出气管长。•(3)读数前的操作是先冷却至室温，然后再调整量筒的高度，使量筒内外液面相平。(4)n(H2)＝V×10－3LaL/mol＝Va×10－3moln(Al)＝23×n(H2)＝2V3a×10－3mol，合金中铝的质量分数为：2V3a×10－3mol×27g/molWg×100%＝9V500Wa×100%。•(5)甲方案中：若铝合金中含有的杂质与NaOH不反应，则测量结果准确，若含有的杂质能与NaOH溶液反应，则测量结果不准确。•乙方案中：若铝合金中含有的杂质与稀H2SO4不反应，则测量结果准确，若含有的杂质能与稀H2SO4反应，则测量结果不准确。答案：(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑(2)BA应改为短管进，长管出(3)读数前的操作是先冷却至室温，然后再调整量筒的高度，使量筒内外液面