1、化学实验方案的设计与评价 1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。2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；化学实验方案的设计与评价(3)分析或处理实验数据，得出合理结论；(4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。3了解科学探究的基本过程，并运用以实验和推理为基础的科学探究方法解决有关问题。一、常见气体的实验室制法1制取装置将H2、O2、Cl2、NH3、CO2、NO2填入下表：类型 固体固体 加热 固体液体 加热 固(或液)体液体不加热 装置 类型 固体固体 加热 固体液体 加热 固(或液)体液体 不加热 适用的 气体
2、 O2、NH3Cl2H2、CO2、NO2、O2、NH32气体的净化(1)气体的除杂：除杂(括号内为杂质)除杂试剂 除杂装置 CO2(HCl)洗气瓶 Cl2(HCl)CH4(C2H4)饱和碳酸氢钠溶液饱和食盐水溴水(2)气体的干燥：有以下气体：O2、Cl2、SO2、CO2、NO2、NH3、HBr，其中能用浓硫酸干燥的是；能用碱石灰干燥的是。O2、Cl2、SO2、CO2、NO2O2、NH33气体的收集有以下气体：H2、O2、CO2、NH3、HCl、NO、Cl2(1)适合用向下排空气法收集的气体有；(2)适合用排水法收集的气体有；(3)适合用排饱和NaHCO3溶液收集的气体为；(4)适合用排饱和食盐
3、水收集的气体为。H2、NH3H2、O2、NOCO2CI2二、化学实验方案的设计与评价1物质检验方案的描述。解答该类题目时，应按取样、操作、现象、结论的顺序进行，但描述时往往出现以下错误：(1)原瓶操作，不取样；(2)试剂选择、实验操作不正确；(3)只答现象不答结论。(4)描述不准确，辞不达意。2实验操作设计中应注意的问题：(1)仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。(2)实验操作的顺序：装置选择与连接气密性检验装固体药品加液体药品开始实验(按程序)拆卸仪
4、器其他处理等。(3)如果实验室取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。(4)冷凝回流：有些实验中，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(如长玻璃管及冷疑管等)。3对实验方案的合理与否、严密与否作出评判时易忽视以下角度：(1)实验原理、仪器连接是否正确；(2)装置是否较为简单，操作是否方便；(3)药品是否经济，现象是否明显或产率是否较高；(4)实验过程是否安全，污染处理是否得当。(5)是否“排除干扰”，“排除干扰”是指反应条件的控制，防止空气的介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止物质的挥发性、溶解性、颜色等对实
5、验的干扰。判断正误：(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)实验室可采用如图所示装置制取氨气。()(2)用碳制取 Na2CO2 溶液 C在空气中点燃 COCuO CO2NaOH溶液 Na2CO3 溶液。()(3)用如图所示实验可比较硫、碳、硅三种元素的非金属性强弱。()(4)利用如图装置实现铁制品表面镀锌。()(5)用生石灰制取NaOH溶液CaOH2O Ca(OH)2溶液Na2CO3溶液 NaOH溶液。()做考题 查漏补缺1(2011海南高考)硫酸亚铁铵(NH4)2SO4FeSO46H2O为浅绿色晶体，实验室中常以废铁屑为原料来制备，其步骤如下：步骤1：将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸除油污，分离
6、出液体，用水洗净铁屑。步骤2：向处理过的铁屑中加入过量的3 molL1 H2SO4溶液，在60左右使其反应到不再产生气体，趁热过滤，得FeSO4溶液。步骤3：向所得FeSO4溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液，经过“一系列操作”后得到硫酸亚铁铵晶体。请回答下列问题：(1)在步骤1的操作中，下列仪器中不必用到的有_(填仪器编号)铁架台 燃烧匙 锥形瓶 广口瓶 研体 玻璃棒 酒精灯(2)在步骤2中所加的硫酸必须过量，其原因是_；(3)在步骤3中，“一系列操作”依次为_、_和过滤；(4)本实验制备的硫酸亚铁铵晶体常含有Fe3杂质。检验Fe3常用的试剂是_，可以观察到得现象是_。解析：(1)在步骤1
7、中，称取一定质量的铁屑，放入小烧杯中，加入碳酸钠溶液。用酒精灯加热煮沸后，倾倒去碳酸钠碱性溶液，用自来水冲洗后，再用蒸馏水将铁屑冲洗洁净。(2)亚铁盐在水溶液中容易发生水解反应：Fe22H2OFe(OH)22H，过量的硫酸可以抑制Fe2的水解，防止生成Fe(OH)2或Fe(OH)3沉淀；(3)利用FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度随温度变化大的原理，采用加热浓缩，制成热的饱和溶液，然后降温析出晶体，过滤、洗涤干燥即得纯净的硫酸亚铁铵晶体。(4)Fe3遇KSCN溶液会产生血红色溶液答案：(1)(2)抑制Fe2的水解，防止生成Fe(OH)2或Fe(OH)3沉淀(3)加热浓缩，降温结晶(4)KS
8、CN溶液 产生血红色溶液2(2011青岛模拟)某研究性学习小组拟取盐湖苦卤的浓缩液(富含K、Mg2、Br、SO 24、Cl等)来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴，他们设计了如下流程：回答以下问题：(1)操作的名称为_；要从橙色液体中分离出溴，所采取的操作需要的主要玻璃仪器除酒精灯和温度计外，还有_。(2)试剂z的化学式为_；检验SO 24已除尽的方法是_。(3)写出操作的具体操作步骤_。(4)某同学用如图所示的实验装置制取氧化剂并将其通入盐湖苦卤中，装置b在实验中的作用是_；若把上述装置中的a、b作为气体的发生、收集装置，装置c可任意改进，则根据下列提供的药品，用这套装置还可以制取的气体是_(填序
9、号)；若用上述装置中的a、b制取并收集NO，应将装置b如何改进？_。制NH3：浓氯水和碱石灰制SO2：Cu片和浓硫酸制NO：Cu片和稀硝酸制O2：MnO2和双氧水解析：(1)加入氧化剂，能够将苦卤中的Br氧化为Br2，加入CCl4萃取、分液可分离出溶液中的Br2。橙色溶液为溴的CCl4溶液，可以用蒸馏的方法分离出溴，还需要用到蒸馏烧瓶，冷凝管、牛角管、锥形瓶等仪器。(2)溶液A中的离子为K、Mg2、SO2、Cl，分别加入KOH、BaCl2、K2CO3，除去其中的Mg2、SO 24，则z必须为K2CO3。检验SO 24已除尽，可以取无色溶液D，加入BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀产生，需要注意
10、的是，不能取无色溶液B，因为B中含有CO23，会对SO24 的检验产生干扰。(3)操作是由KCl溶液得到KCl晶体，实验操作为蒸发结晶。(4)装置b的作用是防止倒吸。该装置可以制取的气体特点是固液或液液混合不需加热，且可以用向下排空气法收集，因此密度比空气小，该气体只能NH3。若用该装置中的a、b制取并收集NO，由于NO能与空气中的O2反应，因此需要将b中装满水，利用排水法收集。答案：(1)萃取、分液蒸馏烧瓶、冷凝管、牛角管、锥形瓶(2)K2CO3 取无色溶液D，加入BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成，则SO 已除尽(其他合理答案也可)(3)将溶液倒入蒸发皿中并置于三脚架上，加热并用玻璃棒不断
11、搅拌，直到溶液表面出现晶体膜时，停止加热(4)安全瓶(或防目倒吸)将b中装满水2-4链知识 触类旁通1制备实验方案设计的基本思路2实验设计时遵循的原则(1)科学性：实验原理准确，实验流程合理。(2)安全性：保护人身，保护环境，保护仪器。(3)可行性：条件允许，效果明显，操作简便可行。(4)简约性：方案简单易行，尽可能采取简单的实验装置，用较少的步骤和药品完成实验。3气体制备与收集实验的设计流程气体发生装置 净化装置 干燥装置 收集装置 尾气处理装置4实验方案设计中的安全问题(1)防爆炸：点燃可燃性气体(如H2、CO、CH4、C2H4)或用CO、H2还原Fe2O3、CuO之前，要检验气体的纯度。
12、(2)防暴沸：配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时，要将密度大的浓硫酸缓慢倒入水中或酒精中；加热液体混合物时要加沸石(或碎瓷片)。(3)防中毒：制取有毒气体(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)时，应在通风橱中进行，且进行尾气处理。(4)防倒吸：加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大的气体(如NH3、HCl)时，要注意熄灯顺序或加装安全瓶。做考题 查漏补缺3(2011山东高考)实验室以含有Ca2、Mg2、Cl、SO24、Br等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2，流程如下：(1)操作使用的试剂是_，所用主要仪器的名称是_。(2)加入溶液W的目的是_。用CaO调节溶液Y的
13、pH，可以除去Mg2。由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是_。酸化溶液Z时，使用的试剂为_。开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH Mg2 9.6 11.0 Ca2 12.2 c(OH)1.8 molL1(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是_。(4)常温下，H2SO3的电离常数Ka11.2102，Ka26.3103，H2CO3的电离常数Ka14.5107，Ka24.71011。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不
14、正确，错误在于_。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)：_。仪器自选。供选择的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。解析：本题考查物质的制备和分离实验，意在考查考生对化学实验的设计和分析能力。(1)操作为萃取、分液，有机层在下层，则选择的试剂为四氯化碳，所用主要仪器为分液漏斗。(2)加入溶液W是为了除去SO24，根据表格提供的数据，当11.0pH12.2时，Mg2完全沉淀，而Ca2没有开始沉淀。酸化溶液Z时，使用盐酸不会引入其他杂质。(3)贝壳是块状固体，
15、盐酸是液体，反应进行时不需要加热，且用排空气法收集CO2气体时，导管应“长进短出”，因此选择b、d。(4)该实验设计的错误在于二者的饱和溶液的物质的量浓度不同，可以利用反应：SO2NaHCO3=CO2NaHSO3，或比较同浓度的NaHCO3溶液和NaHSO3溶液的碱性等验证H2SO3的酸性强于H2CO3。答案：(1)四氯化碳 分液漏斗(2)除去溶液中的SO 24 11.0pH12.2 盐酸(3)b、d(4)用于比较pH的两种酸的物质的量浓度不相等三种参考方案如下：方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO3和NaHCO3溶液，用酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH，前者的pH小于后者，证明H2SO
16、3酸性强于H2CO3；方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2SO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水，品红溶液不褪色，且澄清石灰水变浑浊，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或 Na2SO3)溶液、品红溶液，品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO34(2011广东高考)某同学进行实验探究时，欲配制 1.0 molL1Ba(OH)2溶液，但只找到在空气中暴露已久的Ba(OH)28H2O 试剂(化学式量：315)。在室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。为探究其原因，该同学查得 Ba(OH)28
17、H2O 在283 K、293 K和303 K 时的溶解度(g/100 g H2O)分别为2.5、3.9、和5.6。(1)烧杯中未溶物可能仅为 BaCO3，理由是_。(2)假设试剂由大量 Ba(OH)28H2O 和少量 BaCO3 组成。设计实验方案，进行成分检验。写出实验步骤、预期现象和结论。(不考虑结晶水的检验；室温时 BaCO3 饱和溶液的 pH 9.6)限选试剂及仪器：稀盐酸、稀硫酸、NaOH 溶液、澄清石灰水、pH 计、烧杯、试管、带塞导气管、滴管实验步骤 预期现象和结论 步骤 1：取适量试剂于洁净烧杯中，加入足量蒸馏水，充分搅拌，静置，过滤，得滤液和沉淀 步骤 2：取适量滤液于试管中
18、，滴加稀硫酸 步骤 3：取适量步骤 1 中的沉淀于试管中，_ 步骤 4：(3)将试剂初步提纯后，准确测定其中 Ba(OH)28H2O 的含量。实验如下：配制 250 mL 约0.1 molL1Ba(OH)2溶液：准确称取 w克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，_，将溶液转入_中，洗涤，定容，摇匀。滴定：准确量取 25.00 mL 所配 Ba(OH)2溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将_(填“0.020”、“0.05”、“0.198 0”或“1.5”)molL1盐酸装入 50 mL 酸式滴定管，滴定至终点，记录数据。重复滴定 2 次。平均消耗盐酸 V mL。计算：Ba(OH)28H2O 的质量分数_(
19、只列出算式，不做运算)。(4)室温下，_(填“能”或“不能”)配制 1.0 molL1Ba(OH)2溶液。解析：本题考查化学实验，意在考查一定物质的量浓度溶液的配制、酸碱中和滴定及考生的实验设计能力。(1)空气中存在的CO2能与Ba(OH)2反应生成BaCO3。(3)配制250 mL溶液应使用250 mL容量瓶，固体溶解后应恢复至室温方可转移至容量瓶中；取样品溶液25 mL，其中c(OH)大约是0.2 molL1，据中和滴定关系，可确定盐酸浓度为0.198 0 molL1较为合适；结合Ba(OH)22HCl=BaCl22H2O即可计算。(4)由上述可知，Ba(OH)2固体易与空气中水和CO2变
20、质，同时依据Ba(OH)28H2O的溶解度知，常温下不能配制出1.0 molL1的Ba(OH)2溶液。答案：(1)空气中的CO2能与Ba(OH)2反应(2)实验步骤 预期现象和结论 步骤2 有白色沉淀和气泡生成，证明混合物中含有BaCO3，还可能含有Ba(OH)28H2O 步骤3：加入稀盐酸 有气泡产生，证明混合物中含有BaCO3 步骤4：取适量步骤1中滤液于试管中，用pH计测定其pH pH大于9.6，即可说明混合物中含有Ba(OH)28H2O(3)搅拌溶解、过滤后恢复至室温 250 mL容量瓶0.198 0V1030.198 02315 25025.00w100%(4)不能链知识 触类旁通实
21、验方案评价的基本原则评价实验方案的前提是明确实验目的，进而从实验目的的角度评价实验设计是否可行。在同样达到实验目的的前提下，应尽量选择最优的实验设计方案。在评价实验方案时一般遵循以下几个原则：(1)装置最简：对于不同的化学实验方案，尽量选择实验装置、实验步骤最简单的方案；(2)操作最安全：对于不同实验途径、实验药品，优先选择实验过程与操作最安全的途径；(3)药品价格低廉：在选择实验方案时，应尽量选择消耗药品最少(转化率最高)、实验成本最低的实验方案；(4)环保无污染；实验中可能产生废气、废水、废渣等，应选择最有利于环境保护的实验方案；(5)操作方便：不同的实验方案需要不同的实验条件，如加热、加压和催化剂等，在选择方案时力求实验条件简单，有利于节约资源。如尽量避免加热，如果需要加热，力求选择需要温度低的方案；(6)原理简单、正确：力求选择反应速率容易控制的实验方案，以便有利于对生成物的控制和确保实验安全；(7)现象最明显：在性质验证或物质检验的实验中，应选择反应现象最明显的实验方案。
