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1、第五單元化學實驗方案的設計和評價,一 化學實驗方案的設計,二 化學實驗方案的評價,教材研讀,三 反應條件對反應速率的影響,四 反應條件對化學平衡的影響,突破一 實驗方案的設計方法和原則,突破二 化學實驗評價的策略和方法,重難突破,一、化學實驗方案的設計 1.一個相對完整的化學實驗方案一般應包括的內(nèi)容有:實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗用品和實驗步驟、實驗現(xiàn)象記錄及結果處理、問題和討論等。,教材研讀,2.實驗方案設計的基本要求是:科學性、安全性、可行性、簡約性。 對同一化學實驗,可設計出多種實驗方案,選擇采用的實驗方案應具有效果明顯、操作安全、裝置簡單、用藥少、步驟少、時間短等優(yōu)點。,3.制備
2、實驗方案的設計 從多種路線中選出一種最佳的制備途徑,合理地選擇化學儀器與藥品,設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。,4.性質(zhì)實驗方案的設計 (1)探索性性質(zhì)實驗方案的設計 分析物質(zhì)結構特點或從其所屬類型的典型代表物去推測物質(zhì)可能具有的一系列性質(zhì),而后據(jù)此設計出合理的實驗方案,去探索它可能具有的性質(zhì)。 (2)驗證性性質(zhì)實驗方案的設計 證明物質(zhì)具備的性質(zhì),關鍵是設計出簡捷的實驗方案,該方案操作簡單、簡便易行、現(xiàn)象明顯且安全可行。,二、化學實驗方案的評價 常常是根據(jù)化學原理和實驗操作原理,通過比較、分析和綜合的方法對化學實驗原理、試劑與儀器的選用、實驗基本操作及其順序等的優(yōu)劣進行科學論證和評判,并能在
3、必要時提出合理的改進意見。 例如,排水法和排空氣法是兩種常用的收集氣體的方法,從收集到的氣體的純度和干燥性看,排水法的優(yōu)點是比較純凈,缺點是不干燥;排空氣法的優(yōu)點是比較干燥,缺點是不純凈。 實驗評價試題的幾種常見類型有:評價實驗原理、評價實驗方法、評價藥品和儀器、評價實驗現(xiàn)象和結論。,三、反應條件對反應速率的影響 (一)硫代硫酸鈉與酸反應速率的影響因素 【實驗原理】Na2S2O3+2HCl(稀) SO2+S+2NaCl+H2O 反應緩慢生成不溶于水的硫,使溶液出現(xiàn)淡黃色渾濁,通過觀察溶液出現(xiàn)渾濁的快慢來估測反應速率。改變硫代硫酸鈉的濃度而保持鹽酸的濃度不變,通過觀察溶液達到同等渾濁程度所需的時
4、間來比較反應物濃度對反應速率的影響。,【實驗步驟及現(xiàn)象】 將8 g硫代硫酸鈉溶解在200 mL蒸餾水中配制成溶液。如下圖所示,取50 mL配好的硫代硫酸鈉溶液倒入100 mL燒杯中,將燒杯放在畫有黑色十字的白紙上,向燒杯中加入5 mL 2 mol/L的鹽酸,立即開始計時,從溶液上方觀察,透過渾濁的硫,當看不見黑色十字時,記錄時間。 分別將30 mL、20 mL、10 mL配制好的硫代硫酸鈉溶液用 蒸餾水稀釋至50 mL,保持鹽酸濃度不變,重復以上操作,隨 著硫代硫酸鈉溶液稀釋程度的加大,看不到黑色十字所需 的時間變長,這表明反應物的濃度越小,反應所需時間越長 (反應速率越小)。,1.催化劑和催
5、化作用 能改變化學反應速率而本身的化學性質(zhì)和質(zhì)量在反應前后保持不變,這樣的物質(zhì)叫做催化劑。催化劑在反應中所起的作用叫催化作用。 催化劑多指能加快化學反應速率的試劑,多數(shù)反應用催化劑比不用催化劑反應速率要快得多(以下所講的催化劑專指這種催化劑)。事實上,如果沒有催化劑,大多數(shù)化工生產(chǎn)都難以進行。而減小化學反應速率的試劑叫阻化劑(過去叫負催化劑),如橡膠、塑料制品中的防老化劑;在食用油中加入沒食子酸正丙酯,能防止酸敗,這也是阻化劑的一個應用實例。,(二)催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響,【總結提升】催化劑的特性 (1)催化劑只能加快反應的速率,不能使原來不能發(fā)生的反應得以進行。在可逆反應中,催化
6、劑只能縮短反應達到平衡的時間,而不能使化學平衡發(fā)生移動。 (2)催化劑有專一性,不同的化學反應要選用不同的催化劑。同樣的反應物選用不同的催化劑,可以發(fā)生不同的反應,從而得到不同的產(chǎn)物。,(3)催化劑有一定的活化溫度,在這個溫度范圍內(nèi)使用,催化劑的活性最高。 (4)使用催化劑能增大化學反應速率的機理主要是形成中間產(chǎn)物,或在催化劑表面的活性中心發(fā)生反應,從而改變反應的途徑,使反應的活化能降低。,2.催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響 雖然本實驗只是通過選擇不同的催化劑來比較它們對過氧化氫分解速率的影響,然而,影響該反應中氧氣產(chǎn)生速率的因素除了過氧化氫的濃度、催化劑的用量外,還有一些易被忽視的重要因
7、素,如MnO2的狀態(tài)(粉末狀或顆粒狀)。若MnO2是粉末狀的,用量就要相應減少,否則反應會過于劇烈。,四、反應條件對化學平衡的影響 1.氯化鈷溶液的顏色變化 CoCl2的水合物在加熱逐步失去結晶水的過程中會呈現(xiàn)不同的顏色:CoCl26H2O(粉紅色) CoCl22H2O(紫色) CoCl2H2O(藍 紫色) CoCl2(藍色) 藍色的CoCl2在潮濕的空氣中會變?yōu)榉奂t色,因此氯化鈷可在變色硅膠中作指示劑,也可制顯隱墨水,還可以根據(jù)其顏色隨溫度變化的性質(zhì)制成溫度計。,常溫下把氯化鈷晶體溶于95%乙醇中,可得到藍色溶液,向該藍色溶液 中逐滴加入水,藍色溶液會逐漸變?yōu)樽仙⒎奂t色。到剛剛變?yōu)榉奂t色時
8、停止加水,再加熱該粉紅色溶液時,溶液隨溫度上升其顏色又逐漸變?yōu)樽仙?、藍色。冷卻該溶液,藍色溶液又會逐漸變?yōu)樽仙?、粉紅色。 一般鈷鹽都是以Co2+的形式存在于水溶液中,因為Co2+是鈷的最穩(wěn)定氧化態(tài)。 水溶液中的六水合鈷()配離子與四氯合鈷()配離子間存在如下平衡: Co(H2O)62++4Cl- CoCl42-+6H2O,(粉紅色) (藍色),2.乙酸乙酯水解條件的探究 乙酸乙酯的水解是一個可逆反應,在純水中即使加熱,反應也很慢。而酸和堿對它的水解都有催化作用,酸可加速其水解達到平衡,而堿除了起催化作用外還能和水解產(chǎn)物中的酸起反應,使該反應的平衡向水解方向移動。所以等量的乙酸乙酯在其他條
9、件一致的情況下,用酸或堿作催化劑,水解的效果是不同的。 乙酸乙酯為無色透明液體,實驗時我們較難將其與下層的水加以辨別。因此可加些油溶性染料或水溶性染料,使兩液層產(chǎn)生明顯的色差而便于,區(qū)分。大部分漆均可溶于乙酸乙酯,為方便,可選一些干的漆膜進行染色,如把一支紅漆面的鉛筆浸于乙酸乙酯中片刻,即能把液體染成紅色,也可以將紅蠟部分溶解于乙酸乙酯而使之變?yōu)榧t色,這一類顏料均不溶于水。當然也可以對水層進行染色。,1.某化學小組在常溫下測定一定質(zhì)量的某銅鋁混合物中銅的質(zhì)量分數(shù),設計了如下實驗方案: 方案:銅鋁混合物測定生成氣體的體積 方案:銅鋁混合物測定剩余固體的質(zhì)量 下列有關判斷中不正確的是(B) A.溶
10、液A和B均可以是鹽酸或NaOH溶液 B.溶液A和B均可以選用稀硝酸 C.若溶液B選用濃硝酸,則測得銅的質(zhì)量分數(shù)偏小 D.實驗室中方案更便于實施,,2.實驗是化學研究的基礎,下列是在實驗室中完成的不同的化學實驗,其中能達到實驗目的的是(C),,A.裝置甲用于過濾 B.裝置乙用于檢驗火柴頭燃燒可產(chǎn)生SO2 C.裝置丙可用于干燥、收集氨氣,并吸收多余的氨氣 D.裝置丁兩電極上發(fā)生的電極反應:a極為Cu2++2e-Cu;b極為Fe-2e- Fe2+,則該過程中能量的轉(zhuǎn)換一定是化學能轉(zhuǎn)化為電能,3.下列圖中的實驗方案,能達到實驗目的的是(B),,4.碳酸鑭咀嚼片可用于慢性腎衰患者高磷血癥的治療,不含鈣和
11、鋁。碳酸鑭可由LaCl3為原料來制備,整個反應在較低的pH條件下進行,避免生成堿式碳酸鑭La(OH)CO3。 (1)化學興趣小組利用下列裝置在實驗室中用碳酸氫銨制備碳酸鑭。,儀器X的名稱為;檢驗裝置甲氣密性良好的方法是 。 實驗中K1、K2打開的先后順序為;為保證碳酸鑭的純度,實驗過程中需要注意的問題有。 (2)碳酸鈉或碳酸氫鈉與氯化鑭反應均可生成碳酸鑭。 為了高磷血癥患者的安全,通常選用碳酸氫鈉溶液,過程中會發(fā)生兩個平行反應,其離子方程式為和 。,選擇碳酸氫鈉溶液制備碳酸鑭的優(yōu)點是(任寫一條)。 (3)碳酸鑭(摩爾質(zhì)量為458 gmol-1)質(zhì)量分數(shù)的測定:準確稱取15.0 g產(chǎn)品試樣,溶于
12、10.0 mL稀鹽酸中,加入10 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液,加入0.2 g紫脲酸銨混合指示劑,用0.5 molL-1EDTA(Na2H2Y)標準溶液滴定至呈藍紫色(La3++H2 LaY-+2H+),消耗EDTA溶液60.00 mL。則產(chǎn)品中碳 酸鑭的質(zhì)量分數(shù)w=。,答案(1)球形干燥管關閉活塞K1,向球形漏斗中加水至漏斗內(nèi)外形成液面差,一段時間后,液面差保持不變,說明氣密性良好 先打開K2,再打開K1控制氨氣(或CO2)通入量 (2)2La3++3HC La2(CO3)3+3H+H++HC CO2+H2O 碳酸氫鈉堿性相對較弱,可防止生成堿式碳酸鑭 (3)45.8%,突破一實驗方案的
13、設計方法和原則 化學實驗設計應當遵循科學性、可行性、安全性、簡約性等基本原則。 1.科學性 (1)當制備具有還原性的物質(zhì)時,不能用強氧化性酸,如: 制氫氣不能用HNO3、濃H2SO4,宜用稀H2SO4。另外,宜用粗鋅(利用原電池原理加快反應速率),不宜用純鋅(反應速率慢)。,重難突破,同理,制H2S、HBr、HI等氣體時,皆不宜用濃H2SO4。制H2S宜用稀鹽酸,制HBr、HI要用濃磷酸。 (2)與反應進行、停滯有關的問題 制CO2,不宜用H2SO4。因為生成的微溶物CaSO4覆蓋在CaCO3表面,阻止 反應進一步進行。 (3)H2和Cl2混合氣體(H2、Cl2體積比11)爆炸的演示實驗,其成
14、功關鍵是H2、Cl2兩種氣體的純度要高,尤其Cl2含水蒸氣越少越好。,MnO2和濃鹽酸在加熱條件下反應,制備的Cl2中含易揮發(fā)的HCl氣體和水蒸氣較多;若用KMnO4代替MnO2進行反應,由于反應不需加熱,使制得的Cl2中含HCl氣體和水蒸氣極少,從而可提高H2、Cl2混合氣體爆炸實驗的成功率。 (4)酸性廢氣可用堿石灰或強堿溶液吸收,一般不用石灰水,因為Ca(OH)2 屬微溶性物質(zhì),石灰水中Ca(OH)2的含量少。 (5)檢查多個連續(xù)裝置的氣密性,一般不用手捂法,因為手掌熱量有限。 (6)排水法測量氣體體積時,一定要注意裝置內(nèi)外壓強應相同。,(8)裝置順序中,應先除雜后干燥。如實驗室制取Cl
15、2的實驗中,應先用飽和食鹽水除去HCl氣體,后用濃H2SO4吸收水蒸氣。,(7)實驗室制備Al(OH)3的反應原理有兩個:由Al3+制Al(OH)3需加氨水;由Al制Al(OH)3需通CO2氣體。 注意氨水是Mg2+、Al3+、Fe3+的沉淀劑,這個知識點,不但可以用在Mg2+、Al3+、Fe3+對應氫氧化物的制備上,還可以用于Mg2+、Al3+、Fe3+的鑒別實驗中。,2.可行性 (1)在制備Fe(OH)2時,首先,將NaOH溶液煮沸,以除去NaOH溶液中溶解的O2;其次,在新制的FeSO4溶液上加一層苯,隔離空氣中的O2,防止生成的Fe(OH)2被氧化。 (2)實驗室一般不宜采用高壓、低壓
16、和低溫(低于0 )等條件。 (3)在急用時:如宜將濃氨水滴入生石灰中制取NH3,不宜用NH4Cl與Ca(OH)2反應制取NH3;又如,宜將濃鹽酸滴入固體KMnO4中制備Cl2;還有將H2O2滴入少量MnO2中制備O2,或?qū)2O滴入固體Na2O2中制備O2等。,(4)收集氣體的方法可因氣體性質(zhì)和所提供的裝置而異,如右圖所示裝置,既可用于收集密度比空氣小的氣體(B進A出),又可用于收集密度比空氣大的氣體(A進B出)。 (5)尾氣處理可采用多種防倒吸的裝置,如下圖所示。,總之,實驗設計應切實可行,所選用的藥品、儀器和方法等,要在中學現(xiàn)有條件下能夠滿足。值得一提的是,實驗儀器、試劑及方法不一定拘泥于
17、課本上介紹的,重在實效。,3.安全性 實驗設計應盡量避免使用有毒的藥品和一些有危險性的實驗操作,如必須使用,應注意有毒物品的回收處理,以及詳細說明操作中應注意的事項,以防造成環(huán)境污染和人身傷害。 (1)制備可燃性氣體,在點燃前務必認真驗純,以防爆炸! (2)易溶于水的氣體,用溶液吸收時應使用防倒吸裝置。 (3)對強氧化劑(如KClO3等)及它與強還原劑的混合物,千萬不能隨意研磨,以防發(fā)生劇烈的氧化還原反應,造成人身傷害等事故。,(4)劇毒氣體的制備或性質(zhì)實驗,均應在通風櫥或密閉系統(tǒng)中進行,尾氣一般采用尾氣吸收或燃燒處理的方法。 (5)混合或稀釋時,應將密度大的液體緩慢加到密度小的液體中,以防飛
18、濺,如濃H2SO4的稀釋實驗。 (6)用Cu制CuSO4,可先將Cu在空氣中灼燒成CuO,再加稀H2SO4,不宜用Cu和濃H2SO4反應,以防產(chǎn)生有毒氣體SO2。,4.簡約性 實驗設計盡可能簡單易行,應采用裝置簡單、實驗步驟少、所需藥品少,并能在短時間內(nèi)完成的實驗。,典例1焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化劑之一。某研究小組進行如下實驗: 實驗一焦亞硫酸鈉的制取 采用如圖1裝置(實驗前已除盡裝置內(nèi)的空氣)制取Na2S2O5。裝置中有Na2S2O5晶體析出,發(fā)生的反應為Na2SO3+SO2 Na2S2O5。,圖1 (1)a儀器的名稱為,實驗前要進行,裝置中產(chǎn)生氣體的化學方程式為。 (
19、2)濃硫酸(填“能”或“不能”)用稀硫酸代替,原因是 。,(3)要從裝置中獲得已析出的晶體,可采取的分離方法是。 (4)裝置用于處理尾氣,可選用如圖2的最合理裝置是(夾持儀器已略去)(填序號)。 圖2,實驗二葡萄酒中抗氧化劑殘留量的測定 (5)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化劑。測定某葡萄酒中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計算)的方案如下:,(已知:滴定時反應的化學方程式為SO2+I2+2H2O H2SO4+2HI),按上述方案實驗,消耗標準I2溶液25.00 mL,該次實驗測得樣品中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計算)為gL-1。 在上述實驗過程中,若有部分HI被空氣中的氧氣氧化,則測定結
20、果(填“偏高”“偏低”或“不變”)。,答案(1)分液漏斗氣密性檢查Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2+H2O (2)不能二氧化硫易溶于水 (3)過濾(4)d (5)0.16偏低,解析(1)a儀器的名稱為分液漏斗,實驗前首先要進行氣密性檢查;裝置中濃硫酸與亞硫酸鈉反應產(chǎn)生二氧化硫氣體,同時生成硫酸鈉和水,反應的化學方程式為Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+SO2+H2O。(2)因為 二氧化硫易溶于水,故不能用稀硫酸代替濃硫酸。(3)裝置中析出 Na2S2O5晶體,通過過濾操作得到該晶體。(4)a項,導管未伸入液面下且瓶口封閉,錯誤;b項,食鹽水不能將大量的SO2尾氣吸收,錯誤;
21、c項,濃硫酸不能吸收SO2,錯誤;d項,氫氧化鈉溶液可吸收SO2尾氣,同時能防倒吸,正確。,(5)由題給方程式可知:n(SO2)=n(I2)=0.025 L0.010 00 molL-1=2.5 10-4mol,抗氧化劑的殘留量為=0.16 gL-1。 若部分HI被空氣中的氧氣氧化,則等量的SO2消耗標準I2溶液減少, 測定結果偏低。,1-1工業(yè)制得的氮化鋁(AlN)產(chǎn)品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等雜質(zhì)。某同學設計了如下實驗分別測定氮化鋁(AlN)樣品中AlN和Al4C3的質(zhì)量分數(shù)(忽略NH3在強堿性溶液中的溶解)。 (1)實驗原理 Al4C3與硫酸反應可生成CH4; AlN溶于強
22、酸產(chǎn)生銨鹽,溶于強堿生成氨氣,請寫出AlN與NaOH溶液反應的化學方程式。,(3)實驗過程 連接實驗裝置,檢驗裝置的氣密性。稱得D裝置的質(zhì)量為y g,滴定管的讀數(shù)為a mL。,(2)實驗裝置(如圖所示),稱取x g AlN樣品置于錐形瓶中;塞好膠塞,關閉活塞K2、K3,打開活塞,通過分液漏斗加入稀硫酸,與燒瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應。 待反應進行完全后,關閉活塞K1,打開活塞K3,通過分液漏斗加入過量(填化學式),與燒瓶內(nèi)物質(zhì)充分反應。 (填入該步應進行的操作)。 記錄滴定管的讀數(shù)為b mL,稱得D裝置的質(zhì)量為z g。,(4)數(shù)據(jù)分析 AlN的質(zhì)量分數(shù)為。 若讀取滴定管中氣體的體積時,液面左高右低,則所
23、測氣體的體積(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。 Al4C3的質(zhì)量分數(shù)為。(該實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm)。,答案(1)AlN+NaOH+H2O NaAlO2+NH3 (3)K1 NaOH 打開K2,通入空氣一段時間 (4)100% 偏小 100%,解析AlN與強酸或強堿的反應實質(zhì)上是AlN先與水發(fā)生反應生成 Al(OH)3和NH3,然后上述生成物分別與強酸或強堿反應。從實驗裝置和實驗步驟上看,本實驗的原理是用足量硫酸與樣品中Al4C3完全反應,量取生成的甲烷氣體,從而可測得Al4C3的百分含量;用足量NaOH溶液與樣品中AlN完全反應,充分吸收生成的氨氣,并稱量其質(zhì)量,從而求得AlN的質(zhì)
24、量分數(shù)。為了保證生成的氨氣全部被吸收,實驗裝置設計了K2,目的就是反應后從此處通入惰性氣體將氨氣排出被充分吸收。根據(jù)氮原子守恒,氨氣的物質(zhì)的量等于AlN的物質(zhì)的量,可求得AlN的質(zhì)量分數(shù);根據(jù)碳原子守恒,Al4C3的物質(zhì)的量等于甲烷的物質(zhì)的量的三分之一,可求得Al4C3的質(zhì)量分數(shù)。,1-2資料顯示:O2的氧化性隨溶液pH的增大逐漸減弱。室溫下,某學習小組利用下圖裝置探究不同條件下KI與O2的反應,實驗記錄如下。,回答下列問題: (1)實驗的目的是。 (2)實驗中發(fā)生反應的離子方程式是。 (3)實驗比實驗溶液顏色深的原因是。 為進一步探究KI與O2的反應,用上述裝置繼續(xù)進行實驗:,對于實驗的現(xiàn)象
25、,甲同學猜想“pH=10時O2不能氧化I-”,他設計了下列裝置進行實驗以驗證猜想。 (4)燒杯a中的溶液為。,(5)實驗結果表明此猜想不成立。支持該結論的實驗現(xiàn)象是:通入O2后, 。 (6)乙同學向pH=10的“KOH-淀粉溶液”中滴加碘水,溶液先變藍后迅速褪色,經(jīng)檢測,褪色后的溶液中含有I,用離子方程式表示褪色的原 因:。 (7)該小組同學對實驗過程進行了反思,推測實驗和實驗的現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分別可能是。,答案(1)驗證Cl-是否影響KI與O2的反應 (2)4I-+O2+4H+ 2I2+2H2O (3)HCl是強電解質(zhì),其溶液中c(H+)比相同濃度的醋酸溶液中的大,O2的氧化性較強 (4)pH
26、=10的KOH溶液 (5)電流表指針偏轉(zhuǎn),燒杯b中的溶液逐漸變成藍色 (6)3I2+6OH- I+5I-+3H2O (7)中性條件下,O2的氧化性比較弱,短時間內(nèi)難以生成“一定量”碘單,質(zhì)使溶液顏色發(fā)生變化;pH=10的KOH溶液中I-被O2氧化生成I2,I2迅速發(fā)生歧化反應變?yōu)镮和I-,解析(1)對比實驗可知,實驗中溶液變藍肯定是加入了HCl溶液引起的,但HCl溶液中含有Cl-和H+,無法確定是H+的影響還是Cl-的影響,因此設計了實驗,加入含Cl-而不含H+的溶液,以驗證Cl-是否影響KI與O2的反應。 (3)由實驗和實驗不難看出,二者的不同之處是所加的酸不同,一個是強酸,一個是弱酸,而兩
27、種酸溶液的濃度相同,所以兩溶液中的c(H+)不同,則實驗現(xiàn)象的差別必然是c(H+)不同引起的,且c(H+)越大,溶液藍色越深,說明O2的氧化性隨c(H+)的增大而增強。,(4)甲同學設計的是原電池裝置,可通過電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)來判斷反應是否發(fā)生,因此燒杯a中的溶液應是pH=10的KOH溶液。 (5)實驗結果表明猜想不成立,說明pH=10時O2能氧化I-,其中負極上的反應為4I--4e- 2I2,正極上的反應為O2+2H2O+4e- 4OH-,因此可看到 電流表指針偏轉(zhuǎn),燒杯b中的溶液逐漸變藍色。 (6)由題中信息可知,I2在KOH溶液中發(fā)生了歧化反應,除生成I外,還應 生成I-,故反應的離
28、子方程式是3I2+6OH- I+5I-+3H2O。,突破二化學實驗評價的策略和方法 對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確做出判斷,要考慮是否完全合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。,1.從可行性方面對實驗方案做出評價 科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則,任何實驗方案都必須科學可行。因此,在對實驗方案進行評價時,要分析實驗方案是否科學可行,實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求,在實際操作時能否做到可控易行。評價時,從以下4個方面分析: (1)實驗原理是否正確、可行; (2)實驗操作是否安全、合理; (3)實驗步驟是否簡單、方便; (4)實驗效果是否明
29、顯等。,2.從“綠色化學”視角對實驗方案做出評價 “綠色化學”要求設計更安全的、對環(huán)境友好的合成線路,降低化學工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害,減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。根據(jù)“綠色化學”理念,對化學實驗過程或方案從以下4個方面進行綜合評價: (1)反應原料是否易得、安全、無毒; (2)反應速率是否較快; (3)原料利用率以及合成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高;,(4)合成過程是否造成環(huán)境污染。,3.從“安全性”方面對實驗方案做出評價 化學實驗從安全角度?？紤]的主要因素如下: (1)凈化氣體、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防倒吸; (2)進行某些易燃、易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應先通H2,氣體點燃前先
30、驗純等); (3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”,白磷切割宜在水中進行等); (4)儀器拆卸的科學性與安全性(也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、 防泄漏等角度考慮); (5)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。,典例21-溴丁烷(密度1.275 8 g/mL)是重要的有機合成中間體及有機溶劑,可以在實驗室里用溴化鈉、濃硫酸和1-丁醇為原料,經(jīng)過如圖六步制得。 完成下列填空: (1)通過步驟獲得粗產(chǎn)品,反應的化學方程式是。此時產(chǎn)品往往呈紅棕色,原因是。,實驗室里有下列常用試劑,請根據(jù)實驗需要完成與步驟相關操作(2)(3)所需試劑(并用試劑編號填空): a.N
31、aOH溶液 b.NaHCO3溶液 c.NaHSO3溶液d.NaBr溶液 (2)產(chǎn)品的紅棕色可用除去(填寫試劑編號),相應的離子方程式為。 (3)選用濃硫酸洗去未反應的1-丁醇和有機副產(chǎn)物,然后除酸。最適宜的除酸試劑是(填寫試劑編號)。,(4)用濃硫酸(密度1.84 g/mL)洗滌時,采用(填寫儀器名稱)分離出(填“上”或“下”)層產(chǎn)物。 (5)檢驗產(chǎn)物中含有溴元素的實驗方法是。,答案(1)NaBr+H2SO4(濃)+CH3CH2CH2CH2OH NaHSO4+CH3CH2 CH2CH2Br+H2O濃硫酸有強氧化性,溴離子有還原性,部分溴化物被氧化成溴 (2)cBr2+HS+H2O 3H++S
32、+2Br-(3)b (4)分液漏斗上 (5)取少量產(chǎn)品樣品,加入NaOH溶液并加熱,用稀硝酸調(diào)至酸性,加入硝酸銀溶液,產(chǎn)生淡黃色沉淀,解析(1)溴化鈉、濃硫酸、1-丁醇發(fā)生反應的化學方程式為:NaBr+H2SO4(濃)+CH3CH2CH2CH2OH NaHSO4+CH3CH2CH2CH2Br+H2O;濃硫 酸有強氧化性,溴離子有還原性,部分溴化物被氧化成溴,導致產(chǎn)品呈紅棕色。 (2)強堿容易使1-溴丁烷水解;溴具有強氧化性,可以用還原性的NaHSO3溶液除去,反應的離子方程式為:Br2+HS+H2O 3H++S+2Br-。,(3)碳酸氫鈉溶液呈弱堿性,最適宜除去剩余的硫酸,氫氧化鈉溶液堿性太強
33、,亞硫酸氫鈉溶液與硫酸反應會生成二氧化硫氣體,溴化鈉溶液與 硫酸不反應。 (4)濃硫酸與有機物不互溶,采用分液方法分離,需要用分液漏斗;濃硫酸的密度比1-溴丁烷大,有機層在上層。 (5)檢驗產(chǎn)物中含有溴元素的實驗方法是:取少量產(chǎn)品樣品,加入NaOH溶液并加熱,用稀硝酸調(diào)至酸性,加入硝酸銀溶液,產(chǎn)生淡黃色沉淀。,2-1地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程,利用Fe粉和KNO3溶液反應,探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。 (1)實驗前:先用0.1 molL-1H2SO4溶液洗滌Fe粉,其目的是,然后用蒸餾水洗滌至中性;將KNO3溶液的pH調(diào)
34、至2.5;為防止空氣中的O2對脫氮的影響,應向KNO3溶液中通入(寫化學式)。,(2)下圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中,測出的溶液中相關離 子濃度、pH隨時間的變化關系(部分副反應產(chǎn)物曲線略去)。請根據(jù)圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式:。t1時刻后,該反應仍在進行,溶液中N的濃度繼續(xù)增 大,Fe2+的濃度卻沒有增大,可能的原因是。,(3)該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設,請你完成假設二和假設三: 假設一:溶液的pH;,假設二:; 假設三:。 (4)請你設計實驗驗證上述假設一,寫出實驗步驟及結論。 (已知:溶液中的N濃度可用離子色譜儀測定) 實驗步驟及結論:,答案(
35、1)除去鐵粉表面的氧化物N2 (2)4Fe+N+10H+ 4Fe2++N+3H2O生成的Fe2+水解(或和溶液中 的OH-結合) (3)溫度鐵粉顆粒大小 (4) 實驗步驟及結論: 分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中;調(diào)節(jié)溶液呈酸性且pH各不相同,并通入N2;,分別向上述溶液中加入足量等質(zhì)量的同種Fe粉; 用離子色譜儀測定相同反應時間內(nèi)各溶液中N的濃度。若pH不同 的KNO3溶液中,測出的N濃度不同,表明pH對脫氮速率有影響,否則無 影響。 (本題屬于開放性試題,合理答案均可),解析(1)用稀硫酸洗滌鐵粉目的是除去鐵粉表面的鐵銹。為防止空氣中的O2對脫氮的影響,首先要通入N2以除去
36、KNO3溶液中的溶解氧。(2)觀察題圖知,t1時刻前反應主要生成Fe2+和N,故可寫出反應的離子方 程式:4Fe+N+10H+ 4Fe2++N+3H2O。t1時刻后,N的濃度繼續(xù) 增大,說明反應仍在進行,Fe2+的濃度也應繼續(xù)增大,但Fe2+的濃度實際不再增大,說明存在消耗Fe2+的反應,觀察題圖發(fā)現(xiàn)t1時刻后溶液的pH幾乎不變,綜上分析,可能是隨著Fe2+濃度的增大,Fe2+的水解程度增大,Fe2+不斷消耗。(3)根據(jù)影響反應速率的外界條件,結合本題實際,可確定影響,脫氮速率的外界因素還有溫度和鐵粉顆粒的大小。(4)要探究溶液的pH對脫氮速率的影響,設計實驗時要注意控制變量,只能改變?nèi)芤旱膒
37、H,KNO3溶液的濃度、KNO3溶液的溫度、鐵粉顆粒的大小都應完全相同,反應速率的快慢可通過測定N的濃度變化來確定,具體步驟及結論見 答案。,2-2某化學課外活動小組通過實驗制備并研究NO2的性質(zhì)。已知:2NO2+ 2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O 利用如圖所示裝置探究NO2能否被NH3還原(K1、K2為止水夾,夾持固定裝置已略去)。,(1)E裝置中制取NO2的化學方程式是。 (2)若NO2能夠被NH3還原,預期觀察到C裝置中的現(xiàn)象是。 (3)實驗過程中,未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象。該小組同學從反應原理的角度分析了原因,認為可能是: NH3的還原性較弱,不能將NO2還原; 在此條件下,NO2的轉(zhuǎn)化率極低;,。 (4)此實驗裝置存在的一個明顯缺陷是。,答案(1)Cu+4HNO3(濃) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O (2)混合氣體的顏色變淺(合理均可) (3)在此條件下,該反應的化學反應速率極慢 (4)缺少尾氣處理裝置,解析根據(jù)NO2和NH3中氮元素的化合價,推測二者可發(fā)生歸中反應生成N2,故預期現(xiàn)象應為C裝置中氣體的顏色變淺。對于沒有觀察到預期的實驗現(xiàn)象,可從反應能否發(fā)生、是否為可逆反應、轉(zhuǎn)化率是否太低以及反應速率等方面考慮。此外,凡涉及有毒氣體的實驗均需要對尾氣進行處理。,
（浙江選考）2020版高考化學一輪復習 專題十 第五單元 化學實驗方案的設計和評價課件.ppt
