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2019-2020年高中化學(xué) 6.4《化學(xué)實驗方案設(shè)計的基本要求》學(xué)案 舊人教版選修 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解化學(xué)實驗方案設(shè)計時的內(nèi)容﹑方法﹑要求。 2.學(xué)會設(shè)計化學(xué)實驗方案及科學(xué)評價實驗方案。 學(xué)習(xí)過程 一、學(xué)習(xí)探究活動 閱讀課本全文，回答下列問題。 （1）一個完整的化學(xué)實驗方案一般包括的內(nèi)容是__________________________。 （2）設(shè)計一個化學(xué)實驗?zāi)男┓矫嫒胧? （3）設(shè)計化學(xué)實驗時應(yīng)遵循哪幾項要求 二、總結(jié)與評價 【總結(jié)】 實驗設(shè)計的基本要求 （1）科學(xué)性，所謂科學(xué)性是指實驗原理，實驗操作程序和方法必須正確。例如，鑒別Na2SO3和NaI，在試劑的選擇上就不宜選用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的設(shè)計上，應(yīng)取少量固體先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入試劑，而不能將樣品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入試劑。 （2）安全性：實驗設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。 （3）可行性：實驗設(shè)計應(yīng)切實可行，所選用的化學(xué)藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學(xué)現(xiàn)有的實驗條件下能夠得到滿足。 （4）簡約性：實驗設(shè)計應(yīng)盡可能簡單易行，應(yīng)采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，并能在較短的時間內(nèi)完成實驗。 3．化學(xué)實驗方案設(shè)計的基本思路 （1）明確目的原理：首先必須認(rèn)真審題，明確實驗的目的要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。 （2）選擇儀器藥品：根據(jù)實驗的目的和原理以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡皮、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定范圍等，從而選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。 （3）設(shè)計裝置步驟：根據(jù)上述實驗?zāi)康暮驮?，以及所選用的實驗儀器和藥品，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟，學(xué)生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應(yīng)完整而又簡明。 （4）記錄現(xiàn)象數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察、全面準(zhǔn)確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 （5）分析得出結(jié)論：根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理，得出正確的結(jié)論。 【例題講解】 [例1]設(shè)計實驗，比較下列各物質(zhì)分子中-OH上氫原子的活動性順序： ①H-OH ②CH3COOH ③CH3CH2-OH ④HO-COOH ⑤C6H5-OH [分析講解]從上述五種化合物的結(jié)構(gòu)分析可知，②、④呈弱酸性 ，⑤具有極弱的酸性，①，③呈中性，這樣我們用五種化合物通過與指示劑作用、跟堿液反應(yīng)、跟活潑金屬反應(yīng)、跟新制取的Cu(OH)2懸液反應(yīng)等，來進行性質(zhì)的比較，從而得出各化合物中氫原子活潑性的大小順序。其實驗方案設(shè)計如下表： 操作 現(xiàn)象 結(jié)論（—OH中H原子活潑性順序） 1．五種物質(zhì)各取少量于試管中，各加入紫色石蕊試液2滴 ②、④變紅，其他不變 ②、④>①、③、⑤ 2．在②、④試管中，各加入少量碳酸鈉溶液 ②中產(chǎn)生氣體 ②>④ 3．在①、③、⑤中各加入少量氫氧化鈉溶液 ⑤由渾濁變澄清 ⑤>①、③ 4.在①、③中各加入少量金屬鈉、加熱 ①產(chǎn)生氣體，并有燃燒現(xiàn)象 ③產(chǎn)生氣體，沒有燃燒現(xiàn)象 ①>③ 綜上設(shè)計，五種物質(zhì)分子中-OH上氫原子的活潑性由大到小的順序是：②>④>⑤>①>③。 [例2]某同學(xué)做同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律實驗時，自己設(shè)計了一套實驗方案，并記錄了有關(guān)實驗現(xiàn)象如下表。 實驗方案 實驗現(xiàn)象 1．用砂紙擦后的鎂帶與沸水反應(yīng)，再向反應(yīng)液中滴加酚酞 A．浮于水面，熔成小球，在水面上無定向移動，隨之消失，溶液變成紅色 2．向新制的H2S飽和溶液中滴加新制的氯水 B．產(chǎn)生大量氣體，可在空氣中燃燒，溶液變成淺紅色 3．鈉與含酚酞試液的冷水反應(yīng) C．反應(yīng)不劇烈，產(chǎn)生氣體可燃燒 4．鎂帶與2molL-1的鹽酸反應(yīng) D．劇烈反應(yīng)，氣體產(chǎn)物在空氣中可燃 5．鋁條與2molL-1的鹽酸反應(yīng) E．生成白色膠狀沉淀，繼而沉淀消失 6．AlCl3溶液中加NaOH溶液 F．生成淡黃色沉淀 請你幫助該同學(xué)整理并完成實驗報告。 （1）實驗?zāi)康模篲____。 （2）請補充必要的實驗，以證明此周期中另外兩種元素的性質(zhì)遞變規(guī)律。 [分析講解] （1）驗證第三周期元素從左至右金屬性遞減、非金屬性遞增的規(guī)律。 （2）實驗中還沒驗證硅、磷兩種元素的性質(zhì)。要驗證鋁、硅、磷、硫等元素的性質(zhì)，可以有多種思路，為了使實驗操作簡單易行，可以從驗證硅酸、磷酸、硫酸的酸性強弱入手。要比較這些酸的酸性強弱可以有以下幾種方法。 方案一：測定0.1molL-1的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4的pH，由此判斷三種鹽溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三種最高價含氧酸的酸性強弱順序，進而得出硅、磷、氮三元素非金屬強弱順序。 方案二：測定硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。 方案三：在硅酸鈉溶液中滴加磷酸溶液，可發(fā)生反應(yīng)： SiO32-+H3PO4=H2SiO3↓+HPO4- 在磷酸鎂沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解： Mg3(PO4)2+4H+=3Mg2++2H2PO4- 【評價】 1．實驗室用氨氣還原氧化銅的方法測定銅的近似原子量，反應(yīng)的化學(xué)方程式為： 3CuO+2NH3======N2+3Cu+2H2O （1）如果選用測定反應(yīng)物CuO和生成物H2O的質(zhì)量[m CuO、m H2O]的方法進行測定，請用圖示所列儀器設(shè)計一個簡單的實驗方案，并回答下列問題。 ①儀器連接的順序為 （用字母編號表示，儀器可重復(fù)使用）。d中濃硫酸的作用是 ____________________。實驗完畢時，觀察到a中的現(xiàn)象是 。 ②列出計算Cu的原子量的表達(dá)式： 。 ③下列情況將使測定結(jié)果偏大的是 。 A．CuO末全部還原的Cu B．部份CuO受潮 C．CuO 混有Cu D．部份CuO還原為Cu2O (1)如果仍采用上述儀器裝置，其他方案可選用測定的物理量有 。 A．m Cu和mCuO B．m N2和m H2O C．m Cu和m H2O D．m NH3和m H2O 2．右圖是某化學(xué)課外活動小組設(shè)計的乙醇與氫鹵酸反應(yīng)的實驗裝置圖。 在燒瓶A中放入一些新制的無水CuSO4粉末，并加入約20mL無水乙醇，錐形瓶B盛放濃鹽酸，分液漏斗C和廣口瓶D中分別盛濃H2SO4，干燥管F中填滿堿石灰，燒杯作水浴噐。 當(dāng)打開分液漏斗C的活塞后，由于濃H2SO4緩緩流入B中，則D中的導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，過幾分鐘后，無水CuSO粉末由無色變藍(lán)色，此時水浴加熱后，將F端逸出的氣體點燃，發(fā)生特殊的綠色火焰。試回答： （1）B中逸出的主要氣體是 原因是 。 （2）D廣口瓶的作用是 ；E管的作用是 。 （3）F管口點燃的氣體是（填化學(xué)式） ，生成其氣體的化學(xué)方程式______。 （4）A瓶中無水CuSO4變藍(lán)的原因是 。 （5）由A中發(fā)生反應(yīng)的事實，可推斷出的結(jié)論是 。 3．化學(xué)課本中經(jīng)常設(shè)計實驗研究某種物質(zhì)的性質(zhì)。下面是高一化學(xué)課本中關(guān)于氯氣、濃硫酸的兩個實驗： （1）研究氯氣跟金屬的反應(yīng)時，選用金屬銅進行實驗。用坩堝鉗夾住一束銅絲，灼熱后立刻放入充滿氯氣的集氣瓶里。銅絲燃燒后把少量水注入集氣瓶里，用玻璃片蓋住瓶口，振蕩。 根據(jù)哪些實驗現(xiàn)象可判斷銅絲燃燒后生成了+2價銅的化合物______________________。寫出有關(guān)化學(xué)方程式______________________________________________。 （2）研究濃硫酸的強氧化性時，選用金屬銅跟濃硫酸進行實驗。實驗裝置如下圖所示。 根據(jù)乙試管中發(fā)生的現(xiàn)象可判斷銅跟濃硫酸反應(yīng)有_________生成；稀釋反應(yīng)后裝置甲中殘留液可觀察到_______________，由此判斷銅跟濃硫酸反應(yīng)有_______________生成。綜合起來可推測甲裝置中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________________。 （圖7-4） 你在進行本實驗時，試管甲中還觀察到了哪些現(xiàn)象（寫出兩條）_____________。 （3）上述兩個實驗為什么都選金屬銅作樣本來進行實驗，請?zhí)岢鰞蓷l理由： ___________________________________、____________________________________。 （4）要研究某種物質(zhì)的強氧化性，若要選一種金屬作樣本進行實驗，下列金屬中最好選哪一種（ ） （A）鉀 （B）鈉 （C）鎂 （D）銅 答 案 1．(1)①b c a c d； 吸收NH3 ，防止空氣中水蒸氣進入C中；固體由黑變紅。 ②(18mCuO/mH2O)-16 ③ A C (2)AC 2．（1）HCl；濃H2SO4滴入濃鹽酸中，吸水放熱，使HCl氣體逸出 （2）干燥HCl氣體；冷凝回流乙醇蒸氣 （3）CH3CH2Cl；CH3CH2OH+HClCH3CH2Cl+H2O （4）CH3CH2OH和HCl反應(yīng)生成CH3CH2Cl和H2O，無水硫酸銅遇水變成膽礬顯藍(lán)色。 （5）乙醇分子中的羥基可被氯化氫分子中的氯原子取代。 3．（1）反應(yīng)前先用小火加熱燒瓶，B、C、D瓶中有氣泡冒出，停止加熱后，水會升到導(dǎo)管里形成一段水柱，證明裝置不漏氣。 （2）2H2SO4（濃）+C2H2O+2SO2+CO2 （3）A：無水硫酸銅。檢驗水。 B：酸性高錳酸鉀溶液（最好不用品紅，因為B裝置有兩個作用，一是檢驗有二氧化硫生成，二是要把二氧化硫全部吸收干凈，若用品紅溶液，吸收效果不理想）。檢驗二氧化硫。 （4）酸性高錳酸鉀溶液的顏色不褪盡。 （5）C中品紅（或酸性高錳酸鉀溶液）溶液不褪色，D中澄清石灰水變渾濁。 分析：第（3）小題中要注意“全部產(chǎn)物”這一關(guān)鍵條件。 一般地說，要檢驗二氧化碳、二氧化硫、水三種物質(zhì)，要分如下五種實驗步驟： 第一步，先通過無水硫酸銅粉末，根據(jù)粉末變藍(lán)色判斷有水蒸氣； 第二步，通過品紅溶液，根據(jù)品紅褪色判斷有二氧化硫； 第三步，通過酸性高錳酸鉀溶液或氫氧化鈉溶液等，吸收除去全部二氧化硫； 第四步，再通過品紅溶液，根據(jù)品紅不褪色判斷二氧化硫已全部除去； 第五步，通過澄清石灰水，根據(jù)是否變渾濁判斷二氧化碳。 但題中只有四個裝置，顯然不能根據(jù)一般操作步驟進行。必須考慮把其中兩步操作合并成一步。 哪兩步可以合并？兩種考慮： 一是將第二步、第三步合并?？紤]到品紅溶液吸收二氧化硫的效率不高，合并后應(yīng)選用酸性高錳酸鉀溶液。既可能檢驗二氧化硫，也可以較完全地吸收二氧化硫。 二是將第三步、第四步合并。也應(yīng)選用酸性高錳酸鉀溶液。由于合并后既要吸收二氧化硫，也要判斷二氧化硫已被吸收干凈。所以，這一裝置中的現(xiàn)象應(yīng)是“溶液的顏色變淺，但不完全褪色”。