1、第23讲 实验方案的设计与评价,考点一 实验方案的设计,知识清单,1.一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有:实验名称、 实验 目的 、实验原理、实验用品和实验 步骤 、实验现象 记录,及 结果处理 、问题和讨论等。 2.实验方案设计的基本要求是:科学性、 安全性 、可行性、节约性。 同一化学实验可设计出多种实验方案,选择采用的实验方案应具有效果 明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点。 3.制备实验方案的设计 制备实验方案的设计,对巩固元素及其化合物知识和掌握各类物质之间 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,是有益的。 制备实验方案的设计,应
2、遵循以下原则: (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,污染物少。 即从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药 品,设计合理的实验装置和实验操作步骤。 4.性质实验方案的设计 (1)探索性性质实验方案的设计 分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推测该物质可能具有,的一系列性质,而后据此分别设计出合理的实验方案,去探索它所可能 具有的性质。 (2)验证性性质实验方案的设计 对物质具备的性质去求证,关键是设计出简捷的实验方案,操作简单,现 象明显,安全可行。 (3)研究物质性质的基本方法和程序 研究物质性质的基本方
3、法:观察法、实验法、分类法、比较法等。 研究物质性质的基本程序:观察外观预测物质性质实验和观察解 释及结论。图示如下:,(4)性质实验方案设计的一般思路、程序,化学实验方案设计的思路、步骤及顺序问题 1.化学实验方案设计的思路,2.实验设计的步骤 (1)明确目的、原理 首先必须认真审题,明确实验的目的要求,弄清题目有哪些新的信息,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、反应是否需要加热及温度是否 需要控制在一定的范围内等,从而选择合理的化学仪器和药品。
4、(3)设计装置、步骤 根据实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装 置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的 能力,实验步骤应既完整又简明。,(4)记录现象、数据 根据观察,全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。 (5)分析得出结论 根据实验观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等 方法,得出正确的结论。 3.设计中的顺序问题 (1)思考问题的顺序 围绕主要问题思考。如选择适当的实验路线、方法,所用药品、仪器 简单,实验过程快速、安全,实验现象明显。 思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等问题。如制取在空气中 易水解的物质(如Al2S3、A
5、lCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装 置末端接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入。,思考实验的种类及如何合理地组装仪器,并将实验与课本实验比较、 联系。如涉及气体的制取和处理,对这类实验的操作程序及装置的连接 顺序大体可概括为发生除杂质干燥主体实验尾气处理。 (2)仪器连接的顺序 所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。 仪器是否齐全。如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的 处理装置。 安装顺序是否合理。如气体净化装置中不应干燥后又经水溶液洗气。 仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“进气管长,出气管短”;干燥 管除杂质时“大口进,小口出”等。,(3)实验操作的顺序 连接
6、仪器。 检查气密性。在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,检查 气密性的方法要依装置而定。 装药品,进行实验操作。,考点二 实验方案的评价,实验方案的评价角度 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)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。,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
7、是否较快。 3.从安全性方面对实验方案作出评价 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
8、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。,方法 综合实验设计题的解题思路 1.巧审题,明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心,是实 验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题目所给实 验目的)并结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上,遵循可
9、靠 性、简捷性、安全性的原则,确定符合实验目的、要求的方案。 2.想过程,理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案 中的实验过程,明确实验操作的方法步骤,把握各步实验操作的重点,理 清实验操作的先后顺序。 3.看准图,分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合,思考 容量大。在分析解答过程中,要认真细致地分析图中所示的各项装置,方法技巧,并结合实验目的和原理,确定它们在该实验中的作用。 4.细分析,得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在 表现。在分析实验现象(或数据)的过程中,要善于找出影响实验成败的 关键以及产生误差的原因,或从有关数据中归纳出定量公式,绘制
10、变化 曲线等。,例 (2017湖北八校第二次联考,26).某化学兴趣小组利用以下装置模 拟合成氨并制备少量氨水。已知:加热(85 )NH4Cl和NaNO2饱和溶液可以制取N2。 (1)B中仪器名称是 。,(2)为了完成实验,装置从左到右接口的连接顺序是 。 (3)D中玻璃纤维的作用是 。 (4)小组中甲同学认为F装置不太合理,实验中会发生倒吸。乙同学认真 分析后认为该装置无需改进,他的理由是 。 .实验探究。 (5)该小组同学利用制备的氨水再进行银镜反应实验。经查阅资料,配,制的银氨溶液主要成分是Ag(NH3)2OH,小组同学对其组成进行了如下 实验探究: 在洁净的小试管中加入2 mL 2%的
11、AgNO3溶液,然后边振荡试管边滴 加2%的稀氨水,至最初产生的沉淀恰好溶解为止,制得银氨溶液。 在制得的银氨溶液中加入无水乙醇,溶液变浑浊,过滤,用 洗涤,得到白色固体。 将该白色固体用适量蒸馏水溶解,得到无色溶液,用广范pH试纸检验 溶液近似呈中性;向溶液中逐滴加入稀盐酸至不再产生沉淀,静置,取上 层清液于另一支放有一小片铜的小试管中并微热,发现铜片的表面有气 泡产生,遇到空气变成红棕色;另取少量上层清液加过量的NaOH溶液并 加热,得到无色刺激性气体。由此确定通过上述方法制备的白色固体主,要成分是 。 (6)请根据以上探究,设计实验来制备少量纯净的Ag(NH3)2OH溶液:取 2 mL
12、2%的AgNO3溶液于洁净的小试管中, ,即得到Ag(NH3)2OH溶液。,解题导引 气体制备 气体除杂 气体干燥 氨气合成 氨水制备 尾气处理。解析 本实验分两部分,是物质的制备,反应原理为N2+3H2 2NH3,NH3+H2O NH3H2O,该实验可分解为“常见仪器的使用” “装置的连接”“实验安全(防倒吸)”三个小实验;是探究物质的成 分,依据元素化合物的性质即可作答。 (2)根据实验原理N2+3H2 2NH3,A装置产生N2(含水蒸气),B装置 产生H2(含HCl和水蒸气),H2通过E装置除去HCl后与N2一同通入C装置 (干燥、混合、调节两气体比例),得到N2和H2的混合气体,混合气
13、体进入 D装置,在与铁触媒接触和加热条件下发生反应,生成的NH3中混有未反,应的N2、H2,该混合气体通入F装置中制得氨水,尾气中的H2用G装置处 理,因此装置的连接顺序是 (或gf)kjl。 (4)发生倒吸的原因是大量气体迅速溶于水,导致导管内气体压强迅速 减小,液体被外界气压压入导管内从而产生倒吸现象。本题中反应产生 的NH3中含有大量的未反应的N2和H2,这两种气体均难溶于水,不会使导 管内压强迅速减小,因而也就不会产生倒吸现象。 (5)在银氨溶液中加入无水乙醇,溶液变浑浊,说明得到的沉淀物难溶 于乙醇,因此可用无水乙醇洗涤该沉淀。 由实验现象可知,该白色固体中含有Ag(NH3)2+和N
14、 ,因此其成分是,Ag(NH3)2NO3。 (6)实验中制备银氨溶液的反应原理为:AgNO3+NH3H2O AgOH +NH4NO3,AgOH+2NH3H2O Ag(NH3)2OH+2H2O,Ag(NH3)2OH+ NH4NO3 Ag(NH3)2NO3+NH3H2O,可见只要不发生最后一步反应就 可得到纯净的Ag(NH3)2OH溶液。按此思路分析,实验方案就不难设计 了。答案 (1)启普发生器 (2)bih fg(或gf)kjl (3)增大气体与催化剂铁触媒的接触面积 (4)合成氨反应为可逆反应,反应物的转化率低,NH3中混有较多难溶于 水的气体,F装置中不会发生倒吸,(5)无水乙醇 Ag(NH3)2NO3 (6)逐滴加入稀NaOH溶液至不再有沉淀生成,过滤,用适量蒸馏水洗涤, 再将固体转移至小试管中,逐滴加入2%的稀氨水至沉淀恰好溶解(其他 合理答案均可),
