第第40讲讲 简单的化学实验设计与评价简单的化学实验设计与评价考点考点1 制备实验方案的设计制备实验方案的设计 制备实验设计思路及一般方法 列出可能的几种制备方法和途径，然后进行分析和比较，从中选取最佳的实验方法。 在制订具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制。其顺序是：特别提醒：制备实验方案遵循的原则：(1)条件合适，操作方便；(2)原理正确，步骤简单；(3)原料丰富，价格低廉；(4)产物纯净，染污物少。例例1 Fe(OH)2是一种白色沉淀，在空气中或在含有O2的水中容易被氧化而变色，难以看到它的“真面目”。为了解决这个问题，许多科学家对此实验做了研究和改进，以下三个图有一定的代表性。(1)按照常规实验的要求，用胶头滴管滴加溶液时_(填“能”或“不能”)伸入试管中，原因是_；图 中 ， 长 胶 头 滴 管 伸 入 液 面 下 的 目 的 是_；(2)在图中，要观察到Fe(OH)2的生成，B管中的试剂可以是_，实验操作的步骤是(反应试剂已加入)_；_。关闭止水夹 不能药品会被污染防止带入空气，加速药品的氧化变质稀硫酸打开止水夹待C中溶液有大量气泡若操作步骤和颠倒，能否看到Fe(OH)2白色沉淀？_。试说明理由：_(3)若用图装置实验，阳极材料应选用_，阴极用石墨，阳极反应_，阴极反应是_，该实验有一明显的不足，不利于长久清楚地看到Fe(OH)2白色沉淀的生成，请指出并设法克服。_。_。 因进入C管的溶液中含有大量尚未反应的硫酸，故不能在C中生成Fe(OH)2沉淀能FeFe2e=Fe2+2H+2e=H2溶液与空气接触，易引起Fe(OH)2变质，可以在溶液上层加盖保护液，如苯等 【解析】 此题制备Fe(OH)2在装置中Fe(OH)2会被氧化，图II制备Fe(OH)2就是先在B装置中加入铁屑和稀硫酸产生H2，将装置B、C中的空气排出后，把止水夹关上，B装置中不断的产生H2增大气体的物质大量使气体压强增大，利用的是温度和体积不变，增大气体的物质的量，从而将B装置中生成的FeSO4被气体压入II装置，FeSO4和II中的NaOH接触发生反应，制备出Fe(OH)2；图则利用电解原理制备Fe(OH)2。 【点评】 解答此题要求对铁元素的化合的知识能灵活运用，正确掌握Fe(OH)2制备条件，能将物理中大气压的知识运用到化学实验中，将基础实验与创新运用结合，将装置创新与原理创新结合。考点考点2 性质实验的设计性质实验的设计1探索性性质实验方案的设计 分析其结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计合理实验方案，探索可能具有的性质。2验证性性质实验方案的设计 对物质具备的性质进行求证，关键是设计出简捷的实验，操作简单安全，实验现象明显。特别提醒：要按照课程内容的要求，积极开展实验探究活动。通过探究活动“发现学习和生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究；能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化；能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理；能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律”。例例2 三氧化二铁和氧化亚铜都是红色粉末，常用作颜料。某校一化学实验小组通过实验来探究一红色粉末是Fe2O3、Cu2O或二者的混合物。探究过程如下： 查阅资料：Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和Cu2SO4，在空气中加热生成CuO 提出假设 假设1：红色粉末是Fe2O3 假设2：红色粉末是Cu2O 假设3：红色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物 设计探究实验 取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN试剂。_。(1)若假设1成立，则实验现象是_。(2)若假设2成立，则实验现象是有_。(3)若固体放入足量稀硫酸中，经充分反应后，固体全部溶解，滴加KSCN试剂时，溶液不变红色，则证明假设_(填数字)成立，写出可能发生的离子方程式 _。(4)经实验分析，确定红色粉末为Fe2O3和Cu2O的混合物。实验小组欲用加热法测定Cu2O的质量分数。取a g固体粉末在空气中充分加热，待质量不再变化时，称其质量为b g(ba)，则混合物中Cu2O的质量分数为:溶液变为血红色溶液变蓝，加入KSCN时，溶液不变红色红色固体剩余，Cu2O+2H+=Cu+Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O ，Cu2+H2O ,2Fe2+Cu=2Fe2+Cu2+ 3 【解析】 本题主要从Fe3+与SCN显现血红色，Cu2O与稀硫酸反应Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O,2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+入手。 【点评】 定性检验实验设计是用来判定实验对象具有那些性质、某种因素是否存在、某个因素是否起作用、某些因素之间是否具有某种关系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具有怎样的内部结构等所进行的实验。它主要解决“有没有”、“是不是”的问题。考点考点3 定量测定实验的设计定量测定实验的设计 定量测量实验设计是为了深入了解物质和自然现象的量的特征，揭露各因素之间的数量关系，从而确定某些因素的数值。它能够具体的数量上来测定对象所具有的某种性质或者他们的数量关系。它得到的结果是一定质和量之间的准确函数关系。因此所有影响此函数关系准确的因素都视为干扰因素，设计实验就是确定了具体某一方案后，排除此方案中所有干扰因素，干扰因素全部排除，此方案具体的实施程序就清晰且明确了。 例例3 某化学兴趣小组测定某FeCl3样品(含少量FeCl2杂质)中铁元素的质量分数，实验室按以下步骤进行：称取a g样品，置于烧杯中；加适量盐酸和适量蒸馏水使样品溶解，准确配制成250 mL溶液；准确量取25.00 mL步骤中配得的溶液，置于烧杯中，加入适量的氯水，使反应完全；加入过量氨水，充分搅拌，使沉淀完全；过滤，洗涤沉淀；将沉淀转移到坩埚内，加热、搅拌，直到固体由红褐色全部变为红棕色后，在干燥器中冷却至室温后，称量；请根据上面叙述，回答：(1)下图仪器中，实验步骤中必须用到的仪器是E和_(填仪器序号)。CFG 向过滤器里注入蒸馏水，使水面没过滤渣，等水自然流完后，重复操作23次 继续加热，放在干燥器中冷却，称量，至最后两次称得的质量差不超过0.1 g(或恒重)为止2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl(2)写出步骤中发生反应的离子方程式 _。(3)洗涤沉淀的操作是_(4)第步的操作中，将沉淀物加热，冷却至室温，称量其质量为m1 g，再次加热并冷却至室温称量其质量为m2 g，若m1与m2差值较大，接下来的操作应当是_。_。(5)若坩埚质量是W1g，最终坩埚和固体的总质量是W2g，则样品中铁元素的质量分数为:_。或 【解析】 (1)称取a g样品需要天平，准确配制成250 mL溶液需要250 mL的容量瓶，准确量取25.00 mL溶液需要酸式滴定管；(3)洗涤沉淀的方法是向过滤器里注入蒸馏水，使水面没过滤渣，等水自然流完后，重复操作23次。(4)当两次称量差值较大时，应继续加热冷却，称量，到两次称得的质量差不超过0.1 g为止。 【点评】 本题以实验数据测定为主线，考查学生通过实验数据分析实验原理，并推断实验操作流程的能力，表面看上去试题考查的内容较为单一化，但本题却对学生的实验能力和推理能力和平时实验的动手能力等均有较高层次的要求。要解答好此类试题，要求教师让学生在平时的实验课上多亲自体验实验探究的过程，多动手实验，并做到实验前进行实验预习和认真填写实验报告的好习惯，这样使学生对实验流程做到心中有数，记忆深刻，实验中所需要的实验仪器不用死记硬背，而是记住实验过程，便能顺利推出。 化学实验方案的设计是综合性很强的问题。如制备实验，往往与物质溶解、分离、提纯联系起来，解题时不仅要综合运用化学实验基本技能，而且要熟练运用化学原理(如复分解反应、化学平衡、水解平衡原理等)。1. 实验室制取1氯丙烷(沸点46.6)的正确操作顺序是( )向蒸馏烧瓶中加入固体氯化钠，再加入1丙醇及浓硫酸混合液，塞好带温度计的活塞把蒸馏烧瓶固定在铁架台上，塞好带温度计的木塞把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯的火焰确定铁圈的高度，固定铁圈，放上石棉网检查装置的气密性加热通入冷却水A BC DB2. 下列关于物质的制备方法正确的是( )A用加热蒸发AlCl3溶液的方法制取无水AlCl3B小心加热稀HNO3使水蒸发可制得浓HNO3C因乙醇的沸点较低，可将工业酒精加热并冷却蒸气得到无水乙醇D将胆矾放入坩埚中灼烧，可得无水硫酸铜D3. 有一如右图所示的装置，用以制备某种干燥的纯净气体。该装置中所装的药品正确的是( )AA中装浓硫酸，B中装浓盐酸BA中装浓盐酸，B中装浓硫酸CA中装氢氧化钠浓溶液，B中装浓氨水DA中装浓氨水，B中装氢氧化钠浓溶液BD4. 今有大试管、集气瓶、导管、烧杯、药匙、胶塞，根据这些仪器，能制备的气体是( )ANO2、SO2、Cl2 BH2、CH4、HClCH2、H2S、CO2 DC2H4、SO2、H2SC5. 在实验室进行物质制备，下列从原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计较为合理的是( )D6. 浓H2SO4和木炭在加热时发生反应的化学方程式是：请从下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出反应产物的装置。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)加入的试剂作用浓硫酸和木炭进行反应无水硫酸铜检验是否有水品红检验SO2酸性KMnO4除去SO2澄清石灰水检验CO2的存在CBAAA 【解析】 成套装置包括反应装置、检验装置和尾气处理装置。C中加入浓硫硫和木炭作为反应物的发生器，产物中必须先检验水，因为在检验其他物质时会在其他试剂中混入水，可选用装置B，放入无水硫酸铜，若变蓝则说明有水。接着检验SO2气体，用装置A，放入品红检验，若品红褪色，则说明有SO2气体产生，再用装置A，放入酸性KMnO4溶液以除去SO2，最后再用装置A，放入澄清石灰水来检验CO2的存在，因SO2也可以使澄清石灰水变浑浊，故先要除去SO2。7.(2011新新课课标标)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为_(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；_(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。A加热反应一段时间B收集气体并检验其纯度C关闭分液漏斗活塞D停止加热，充分冷却ie，fd，cj，k(或k，j)aBADC(3)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色，该同学据此判断，上述实验确有CaH2生成。写出CaH2与水反应的化学方程式:该同学的判断不准确，原因是_。(4)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象_。_;CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气相产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，观察到白色变为蓝色；取钙做类似实验，观察不到白色变为蓝色取适量氢化钙，金属钙与水反应也有类似现象(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是 。氢化钙是固体，携带方便