课题二 物质的制备一、教学设计本课题是在学生学习了课题一“物质的分离和提纯”后，结合已学习过的物质制备的经验，总结归纳出制备物质的思路与方法，使学生掌握制备物质的一般过程及物质制备实验方案的设计，体会制备物质的思想和实践简单物质的制备。物质制备在工农业生产、日常生活和科学研究中有重要作用。物质的制备实验，要求学生有牢固的元素化合物知识和较熟练的实验技能，要求学生理解和掌握好各类物质之间的相互转化关系，灵活利用这些关系，可以为寻找物质制备的合理途径、正确地进行物质制备，提供科学的依据和正确的方法。了解制备实验方案的设计方法，对巩固所学元素化合物知识和物质之间的相互转化关系、全面训练实验技能、培养分析问题和解决问题的能力都是很有益的。本课题首先通过三个具体的实例（制二氧化碳、乙酰水杨酸的合成、制备硝酸铜方案的选择）和两个实践活动（加热泡沫塑料制燃油和燃气、不同的操作制取氢氧化铝）使学生了解制备物质的一般过程以及物质制备实验方案设计的优化原则。在此基础上安排的两个基本实验（硫酸亚铁铵的制备、乙酸乙酯的制备和反应条件的选择）本课题教学重点：制备物质的一般过程、物质制备实验方案的设计。本课题教学难点：物质制备实验方案的设计以及方案的优化。教学建议：本课题的教学可以从学生已有的制备物质的经验，如二氧化碳的制取着手，充分利用本课题的【思考与交流】，得出实验室制备二氧化碳的步骤，得出气体物质制取的基本思路，并进一步总结出物质制备的一般过程。有了物质制备的基本思路后，可以根据物质制备的一般过程，结合本课题的三个具体的实例和【实践活动】，采用讨论式的教学方法，由学生提出制备实验的可行方案，并对这些方案进行讨论、比较、归纳，通过教师的点拨、引导、评价（可从原料的获取、利用率，实验的可操作性等方面），由学生设计出物质制备的实验方案，并优化方案中的每一个具体环节。当构建了优化的实验方案后，还应进一步讨论保证实验成功的关键因素：实验条件的选择与控制，然后进行物质制备，最后讨论物质的分离与提纯。在教学过程中应向学生指出优化设计方案应遵循的原则：原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。在具体教学过程中可按照从特殊到一般的认知规律总结出物质制备的过程和设计实验制备方案的方法。教学设计参考问题探究教学结合教材中【思考与交流】提出问题：（1）能够产生二氧化碳气体的物质有哪些？（2）制取二氧化碳的实验中，以什么物质为反应物(原料)？为什么？（3）反应的装置是如何选择的？（4）如果欲得干燥、纯净的气体产物，应如何设计装置？（5）制取气体的一般过程是什么？总结出物质制备的一般过程。（6）设计物质制备实验方案时，每一步应该注意哪些问题？讨论交流：以小组合作的方式，进行小组讨论，逐一解决上述问题。明确制备二氧化碳的步骤。归纳总结：能制取二氧化碳的物质很多，但是综合实验路径、反应装置、反应条件、产品的分离、提纯以及环境保护等多种因素，选用碳酸钙和盐酸为原料合适；根据所用原料判断制得的气体中可能混有的杂质，确定提纯除杂的方法。由此可以归纳出气体制取的一般步骤：根据讨论得出的气体制备过程，遵照由特殊到一般的认知规律，可以总结出设计物质制备实验的一般过程：问题应用：由教师演示【实践活动1】加热泡沫塑料制燃油和燃气，加深学生对原料选择的理解。由学生做【实践活动2】AlCl3和NaOH溶液反应的实验，加深学生对条件选择的理解。二、活动建议【思考与交流】可以将本活动放在本课题的开始作为教学内容的引入。通过对二氧化碳制取的原料选择、反应装置的选择和安装、气体的净化和干燥、气体的收集的讨论引出物质制备的过程。1能够通过化学反应制取二氧化碳的物质有碳酸盐及其酸式盐、木炭、有机物等物质。2制取二氧化碳的实验中，以大理石或石灰石和稀盐酸为原料。选用大理石或石灰石的原因是原料价格低廉，容易得到，反应也容易控制。如果选用碳酸钠或碳酸氢钠等与盐酸反应，反应速率快，不好控制，不利于收集；如果选用木炭燃烧或有机物燃烧，易产生有毒气体，且杂质一氧化碳不易除去。选用稀盐酸的原因是稀盐酸与碳酸钙反应速率不致过快而且二氧化碳中氯化氢杂质少，容易除去；如果选用浓盐酸，反应速率会很快而且二氧化碳中氯化氢杂质多；如果选用稀硫酸，会因为生成微溶的硫酸钙沉淀，使反应无法持续进行下去，无法制得二氧化碳。3根据碳酸钙与盐酸反应的特点：固体与液体反应不需加热，应选用固液不加热装置，制取二氧化碳常选用启普发生器或其简易装置，可以使反应随时发生，随时结束。4如果要制备干燥的气体，可以在气体制取装置与气体收集装置之间增加盛有浓硫酸的洗气装置。【实践活动1】加热泡沫塑料制燃油和燃气安排本实验的目的是帮助学生理解如何根据目标产品中的组分选择原料。本实验可以根据学校的实际情况决定由学生完成该实验或是作为演示实验。开始加热后该实验耗时不长，仅几分钟，但是前期准备工作时间较长，教师用做演示实验可节省时间。由于泡沫中含有与燃油中相同的元素，选择合适的反应条件和催化剂可以废物利用，制取燃油和燃气。泡沫塑料在一定温度下并有催化剂存在时发生降解，生成的烃混合物通过冷水冷凝，所得液体产物主要是苯乙烯、苯丙烯及二聚体、三聚体等，即汽、柴油的馏分，不能冷凝的是相对分子质量较小的气态烃裂解气。加热泡沫塑料时，试管内先出现白色烟雾，过一段时间后会发现试管内的泡沫塑料变粘稠，颜色变成红棕色，同时有红棕色烟雾产生；继续加热一段时间后在U形管内出现冷凝液体产物，冷凝产物为红棕色液体；一段时间后有气泡产生，当有连续的气泡产生时，点燃气体，火焰明亮。实验停止后在U形管内液体有芳香气味，向其中滴加酸性高锰酸钾溶液，高锰酸钾溶液褪色。泡沫塑料在自然界中很难降解，而催化降解废泡沫塑料不但可以消除白色污染，有利环境保护，还可以变废为宝，同时也给学生以启发：在制备实验中，原料的选择除了选用自然界中原有的物质之外，一些废弃物也可以成为制备物质的原料。【实践活动2】不同的操作下AlCl3和NaOH溶液的反应安排本实验的目的是帮助学生理解不同的操作导致不同的反应条件对物质制备的影响。本实验可以由学生完成。做该实验时教师应指导学生逐滴滴加溶液，边滴边振荡试管，观察现象和生成Al(OH)3的沉淀量，如果条件允许，可过滤、干燥并称量两种操作下所得Al(OH)3的质量，同时要求学生写出两种情况下反应的离子方程式。向盛有2 mL 05 mol/L AlCl3溶液的试管中逐滴加入2 mL 05 mol/L NaOH溶液，观察到的现象：出现白色沉淀，沉淀逐渐增多。向另一支盛有2 mL 05 mol/L NaOH溶液的试管中逐滴加入2 mL 05 mol/L AlCl3溶液，观察到的现象：滴加NaOH溶液后出现沉淀，又迅速溶解，持续一段时间后再滴加NaOH溶液出现沉淀，沉淀不再溶解，继续滴加NaOH溶液直到沉淀不再增加，沉淀量同上次实验大致相同。，该实验不但使学生了解了操作方法的不同对物质制备的影响，而且对实验2-6“氢氧化铝的制备”如何选择最佳反应途径有很大的帮助和启发。三、实验说明实验2-4 硫酸亚铁铵的制备1实验目标(1)以用废铁屑制备硫酸亚铁铵为例，初步体验无机物质制备的过程(2)掌握水浴加热、过滤、蒸发、洗涤等基本操作(3)体验利用溶解度的差异制备物质的过程2预习指导(1)实验原理硫酸亚铁铵俗称莫尔盐，浅绿色透明晶体，易溶于水，在空气中比一般的亚铁铵盐稳定，不易被氧化。FeSO4在空气中容易被氧化，可以用SCN来检验FeSO4溶液是否变质。由于硫酸亚铁铵在水中的溶解度在060 内比组成它的简单盐硫酸铵和硫酸亚铁要小，只要将它们按一定的比例在水中溶解、混合，即可制得硫酸亚铁铵的晶体。其方法为：将金属铁溶于稀硫酸，制备硫酸亚铁。Fe+H2SO4FeSO4+H2将制得的硫酸亚铁溶液与等物质的量的(NH4)2SO4在溶液中混合，经加热浓缩、冷却后得到溶解度较小的硫酸亚铁铵晶体。确定(NH4)2SO4质量的方法：FeFeSO4(NH4)2SO4（2）实验技能复习倾析法分离固体与液体以及固体的洗涤。铁屑与碳酸钠溶液加热除油后用倾析法倒掉溶液，先用自来水再用蒸馏水将铁屑洗涤干净，可以用pH试纸检验洗涤液的pH来确定铁屑是否洗净，然后干燥称量m2(Fe)。水浴加热的操作。本实验在铁与硫酸反应时需要对反应物进行较长时间的加热，因为安全原因需要用水浴加热。可将锥形瓶放入盛有热水的水浴锅中加热，实验中可以用大烧杯代替水浴锅。复习过滤操作。注意提醒学生过滤时操作应注意的几点。沉淀洗涤的方法。过滤结束后，向固体中加入无水乙醇洗涤。（3）实验操作要点铁屑要首先除油污，因为废铁屑表面有油污，如果不除去不利于铁屑与硫酸的反应。根据盐类水解知识可知，升高温度，促进Na2CO3的水解，溶液碱性增强，去油污能力增强，所以除污用热碳酸钠溶液。铁与稀硫酸反应时为加快反应速度需加热，但最好控温在60 以下。若温度超过60 易生成FeSO4H2O白色晶体，过滤时会残留在滤纸上而降低产量，对(NH4)2SO4的物质的量的确定也有影响，会使(NH4)2SO4的物质的量偏高。反应中铁要稍过量。铁与稀硫酸反应临近结束时，可剩下一点铁屑，这是因为有Fe存在可以还原氧化生成的Fe3+，保证Fe2+稳定、纯净地存在，减少产物中的Fe3+杂质。铁屑溶于酸时要注意分次补充少量水，以防止硫酸亚铁晶体析出。过滤FeSO4时一定要趁热过滤，因为FeSO4在低温时溶解度较小，如果不趁热过滤就会有FeSO47H2O析出。过滤完后用少量的热水洗涤23次，但所用热水不可过多，否则后面浓缩结晶溶液时所用时间较长。在室温下将称出的(NH4)2SO4完全溶解在适量的水中配制成饱和溶液，然后倒入至上一步实验得到的FeSO4溶液中。缓慢蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶时为止，此时不宜搅动。待冷却到室温时才能过滤，因为莫尔盐在高温时溶解度大，高温时过滤产量低。洗涤莫尔盐用无水乙醇，不能用水。莫尔盐不溶于乙醇，但易溶于水，用无水乙醇可以除去水，易于干燥。若直接用实验室提供的已知浓度的FeSO4溶液来制备莫尔盐，可以根据FeSO4溶液的浓度与所取溶液计算出FeSO4的物质的量n(FeSO4)，再称取与FeSO4等物质的量的硫酸铵的质量m(NH4)2SO4，常温下将(NH4)2SO4配成饱和溶液待用。向已知浓度的FeSO4溶液中加少量铁粉与硫酸加热浓缩，趁热过滤后与配好的(NH4)2SO4饱和溶液混合，然后缓缓加热浓缩，其余步骤同教材实验。3实验要求（1）硫酸溶液的配制：硫酸溶液的浓度为3 mol/L比较理想，过浓硫酸氧化性较强，会有部分Fe2+氧化为Fe3+，过稀会使反应缓慢。配硫酸溶液时注意将用量筒量取好的浓硫酸加入盛水的烧杯中并不断搅拌，冷却后转移到容量瓶中定容，再转移到容器中待用。（2）使FeSO4与(NH4)2SO4的物质的量为11的方法是：根据关系FeFeSO4(NH4)2SO4关系式，求出，然后查找此时室温下硫酸铵的溶解度，求出所需加的水的质量：m(H2O)m(NH4)2SO4=100s室温，将硫酸铵溶于水，配成饱和溶液。硫酸铵在常见温度下的溶解度见教材中表2-2。（3）实验报告与评价本实验是制备实验，要注意实验数据的记录，参考记录表如下：教师评价主要是看学生的操作和产量、纯度。而评价学生制得的莫尔盐的纯度可等到下一单元学习了比色法以后用比色法测定莫尔盐的纯度。教育学生在数据处理上要实事求是，不