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高考化学二轮复习专题--化学实验方案的设计

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一、化学实验方案设计的基本要求

1、科学性

所谓科学性是指实验原理,实验操作程序和方法必须正确。例如,鉴别Na2SO3NaI,在试剂的选择上就不宜选用HNO3等具有氧化性的酸,在操作程序的设计上,应取少量固体先溶解,然后再取少量配成的溶液并再加入试剂,而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂。

2、安全性

实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。

3、可行性

实验设计应切实可行,所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。

4、简约性

实验设计应尽可能简单易行,应采用简单的实验装置,用较少的实验步骤和实验药品,并能在较短的时间内完成实验。


二、分类

1、从实验目的分

1)物质的制备实验方案的设计;

2)物质的性质实验方案的设计;

3)物质的分离、提纯、检验实验方案的设计

2、从量的要求分

1)定性实验:制备、鉴别、鉴定、性质的比较、分离、提纯;

2)定量实验:化学式、结构的推断;结晶水数目的测定;纯度、浓度、溶解度的测算。中学化学主要有三个重要的定量实验:配制一定物质的量浓度的溶液、硫酸铜晶体中结晶水含量的测定,中和滴定。


三、化学实验设计的内容

一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:

1)实验目的;    (2)实验原理;       (3)实验药品(药品、仪器、装置、设备)及规格;

4)实验装置图、实验步骤和操作方法;5)注意事项;6)实验现象及结论记录表


四、化学实验方案设计的基本思路

 

1、设计思想、规律和方法

1)思考问题的顺序

围绕主要问题思考。例如:选择适当的实验路线、方法;所用药品、仪器简单易得;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、吸收和存放等有关问题。例如:制取在空气中易水解的物质(如Al2S3AlCl3Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。

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、联靠。例如:涉及到气体的制取和处理,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。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验应有尾气的吸收装置。

安装顺序是否合理。例如:是否遵循自下而上,从左到右;气体净化装置中不应先经干燥,后又经过水溶液洗气。

仪器连接顺序是否正确。例如:洗气时进气管长,出气管短;干燥管除杂质时大进小出等。

3)实验操作的顺序:

连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理顺序连接好实验仪器。

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,然后装入药品。检查气密性的方法要依靠装置而定。

装药品进行实验操作

2、设计时,应全方位思考的问题

1)检查气体的纯度,点燃或加热通有可燃性气体(H2COCH4C2H4C2H2等)的装置前,必须检查气体的纯度。例如H2CO等气体还原金属氧化物时,需要加热金属氧化物,在操作中,不能先加热,后通气,应当先通入气体,将装置内的空气排干净后,检查气体是否纯净(验纯),待气体纯净后,再点燃酒精灯加热金属氧化物。

2)加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热,应先用酒精灯加热发生气体的装置,等产生气体后,再给实验需要加热的固体物质加热。目的是:一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜);二则保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO,再用CO还原Fe2O3,实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯,生成的CO赶走空气后,再点燃加热Fe2O3的酒精灯,而熄灭酒精灯的顺序则相反,原因是:在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化,并防止石灰水倒吸。

3)冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物,为了避免发暗影无损耗和充分利用原料,要在发生装置设计冷凝回流装置。如在发生装置安装长玻璃管等。

4)冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失。需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体(物质蒸气),使物质蒸气冷凝为液态便于收集。

5)防止倒吸问题。

6)具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮管连接成连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一只小试管等。

7)拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全和科学性,有些实验为防止爆炸氧化,应考虑停止加热或停止通气的顺序,如对有尾气吸收装置的实验,必须将尾气导管提出液面后才熄灭酒精灯,以免造成溶液倒吸,用氢气还原氧化铜的试样应先熄灭加热氧化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后才停止通氢气,这是为了避免空气倒吸如加热区使铜氧化,或形成可爆气;拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出,才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;拆后的仪器要清洗、干燥、归位。

 

题型1(性质实验方案的设计)

1、验证性的性质实验方案设计

所谓验证性的性质实验方案设计

所谓验证性的性质实验,是指对于物质所具备的性质,从化学实验上去寻求证据。此类实验方案的设计应遵循的原则是:操作简单,简便易行、现象明显,安全可靠。

2、探究性的性质实验方案设计

这类实验方案的设计,首先要分析物质结构的特点或从所属的类型代表物去推测物质可能具有的一系列性质,根据现象明显、科学合理、安全可靠、简捷易行的原理提出合理的实验方案,去探索寻求物质可能具有的各种性质。

3、性质实验方案设计的一般思路、程序

 

2、性质实验方案设计的常用方法

1)证明酸性:pH试纸或酸碱指示剂;Na2CO3溶液反应;Zn等较活泼金属反应。

2)证明弱酸性:证明村子电离平衡;测定对应盐溶液酸碱性;测量稀释前后pH变化

3)证明氧化性:与还原剂反应,产生明显的现象。

4)证明还原性:与氧化剂反应,产生明显的现象

5)证明为胶体:有丁达尔现象

6)证明有碳碳双键(或三键)使溴水或酸化的KMnO4溶液褪色

7)证明酚羟基:与浓溴水反应产生白色沉淀;FeCl3溶液发生显色反应。

8)证明醛基:与银氨溶液作用发生银镜反应;与新制Cu(OH)2悬浊液作用产生红色沉淀。

9)证明醇羟基:与羧酸发生酯化反应,其产物不溶于水,有果香味。

10)比较金属的活动性:与水反应;与酸反应;置换反应;原电池;电解放电顺序;最高价氧化物的水化物的碱性强弱;对应盐溶液的酸碱性强弱。

11)比较非金属的活动性:置换反应;与氢气反应快慢;气态氢化物的稳定性;最高价氧化物的水化物的酸性强弱;

12)比较酸(碱)的酸(碱)性强弱:较强的酸(碱)能制得较弱的酸(碱)。


题型2(制备实验方案的设计)

1、无机物制备

无机物的制备,常与物质分离与提纯联系在一起,制备的目标物质要容易分离出来。物质分离与提纯有多重方法,总的说有物理方法和化学方法两大类。物理方法有过滤、这能发、蒸馏、分液、萃取、结晶、重结晶、渗析等。化学方法有沉淀法、热分解法、电解法、氧化还原法等。要根据目标物质的性质和特点来选择适宜的制备、分离方法。

2、有机物的制备

有机物的制备要通过有机反应来实现。各类有机物的结构和性质,就是有机物制备的基础。一种有机物的性质,往往是另一种有机物的制备方法。尽管有机物数量庞大,但是各类有机物之间一般存在着确定的相互转化的衍生关系。理解和掌握这种关系,可以为寻找有机物制备的合理途径、正确地进行有机物的制备提供科学的依据。因此,在设计有机物的制备实验方案时,要充分利用这种衍生关系。

3、设计制备实验方案的一般思路

列出可能的几种制备方法和途径;

从方法是否可行、装置和操作是否简单、经济与安全等方面进行分析和比较;

从中选取最佳的实验方法。在制定具体的实验方案时,还应注意对实验条件进行严格、有效控制。


题型3(物质检验实验方案的设计)

1、离子检验的设计方案

进行溶液中未知离子的检验时,要注意以下几点:

(1)首先是外表观察,着重注意其溶液颜色。

(2)对水溶液的pH的测定,可帮助我们初步判断试样中某些离子的存在。

(3)离子的检验一般是通过溶液中发生化学反应来实现。用来鉴定离子的化学反应不仅要速率大,灵敏度高,并且要有明显的反应现象。

(4)根据检验过程中所观察到的现象确定试样中存在哪些离子,必须把可能存在的离子全部包含,根据每步检验的现象,肯定火否定某种离子的存在,逐步缩小范围,最终得出正确结论。

2、单质、化合物检验的设计方案

通过实验探究进行化学物质的推断,主要是根据物质所具有的性质来确定。然而,通过质量的变化来确定时何种物质,也是一种切实可行的定量分析方法。



 

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