高考化学总复习 第十章第3节 实验方案的设计与评价及定量实验数据的分析与处理优化课件 鲁科版

第3节实验方案的设计与评价及定量实验数据的分析与处理,考纲要求 1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。 2.能根据实验试题要求，做到：设 计、评价或改进实验方案；控制实验,条件的方法；分析或处理实验数据,得出合理结论；绘制和识别典型的实验仪器装置图。 3.有关实验的知识与技能的综合应用.,命题热点 1.物质制备和性质检验的实验方案设计和评价，确认本混合物组分的实验设计、验证化学原理的设计及测定物质纯度的设计等。 2.以数据表格、变化趋势图的实验题为主.,一、化学实验方案的设计,1实验方案应包括的内容 (1)实验名称；(2)_ ；(3)实验原理；(4)实验用品(仪器、药品及规格)；(5)_ (包括实验仪器装配和操作)；(6)_ ； (7)_ 。,实验目的,实验步骤,实验现象记录及结果处理,问题和讨论,2具体要求 (1)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，能否腐蚀仪器和橡胶，反应是否加热及温度是否需要控制在一定范围等，从而选择化学仪器和药品。,(2)设计实验步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。,(3)记录现象数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。 (4)分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、推理等处理，得出正确的结论。,3实验方案的“四性” (1)_ ； (2)_ ； (3)_ ； (4)_ 。,科学性,安全性,可行性,简约性,二、制备实验方案的设计 制备实验方案的设计，有利于巩固元素化合物知识和掌握好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。,制备实验方案的设计，应遵循以下原则： 1条件合适，操作方便； 2原理正确，步骤简单； 3_； 4_。,原料丰富，价格低廉,产物纯净，污染较少,三、性质实验方案的设计 1性质实验方案的设计 分析其结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，然后据此分别设计出合理的实验方案，验证可能具有的性质。,2验证性质实验方案的设计 对物质具备的性质进行求证，关键是设计出简捷的实验方案，_，_，且_。,操作简单,现象明显,安全可行,思考感悟 如何设计一个实验？ 【提示】设计一个实验应从以下几方面入手：根据实验目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品；根据实验的特点，设计实验装置，画出装置图；,根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项；实验结束后应写出完整的实验报告。,1化学实验方案设计的总体思路 明确实验目的弄清实验原理根据要求正确选择仪器和药品设计实验装置和实验步骤。,2方案设计的思想、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Al2S3、AlCl3、Mg3N2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、联系。例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。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。 仪器间连接顺序是否正确。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装置而定。 装药品进行实验操作。 3实验方案的评价 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。,(1)从可行性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，任何实验方案都必须科学可行。,因此，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法论要求，在实际操作时能否做到可控易行。 评价时，从以下4个方面分析：,实验原理是否正确、可行； 实验操作是否安全、合理； 实验步骤是否简单、方便； 实验效果是否明显等。,(2)从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 “绿色化学”要求设计更安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。,根据“绿色化学”精神，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价： 反应原料是否易得、安全、无毒； 反应速率是否较快；,原料利用率以及合成物质的产率是否较高； 合成过程是否造成环境污染。 (3)从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：,净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸； 进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等)； 防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等)；,防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施，以保证达到实验目的)； 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)；,易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却； 仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)； 其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。,即时应用 1铜及其化合物一般都具有特征的颜色，例如Cu、Cu2O呈红色，CuO呈黑色，CuSO45H2O呈蓝色等。研究性学习小组甲为检测实验室中的Cu2O试样是否含有Cu进行了认真的探究。,.查阅资料： Cu2O属于碱性氧化物； 在空气中灼烧Cu2O生成CuO； Cu2O在酸性条件下能发生自身氧化还原反应(Cu2O2H=CuCu2H2O)。,.设计实验方案： 方案1：取该红色试样溶于足量稀硝酸中，观察溶液颜色变化及是否有残渣。 方案2：取该红色试样溶于足量稀硫酸中，观察是否有残渣。,方案3：称得干燥坩埚的质量为a g，取红色试样置于坩埚中称得总质量为b g，在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器中冷却，再称量。如此反复多次直到质量不变，称得试样最后质量为c g。分析数据，作出合理判断。,(1)请你评价方案1和方案2。如果你认为该方案合理，请简述其工作原理；如果你认为该方案不合理，请简述原因。_。 (2)方案3中，如果a、b、c的关系符合c_，可确认红色粉末是Cu2O。,答案：(1)方案1不合理，铜和氧化亚铜都能和硝酸生成Cu2；方案2不合理，Cu2O在酸性条件下能发生自身氧化还原反应，也生成了铜单质,2化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案： a方案：加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。 b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。,c方案：将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。 现实验室提供如下几种装置来制取N2。,(1)若按a方案制N2时，需要的氨气用生石灰和浓氨水做原料制取，则宜采用上述仪器中的_(填序号)作发生器，该发生装置中发生反应的化学方程式为 _。,要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气)，还须使用到的上述仪器中的 (按气流从左到右的流向顺序列出)_(填序号)。,(2)若按c方案制N2，用E装置将空气缓慢通入_(填A、B、C)反应器，反应器内可观察到的现象是_，该反应的化学方程式为 _。,(3)上述制N2的三个方案中，a、b方案结合使用越来越受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在于 _。,解析：(1)由题中所给信息可知，可适用于制备气体的装置是B、E。E装置的优点是能控制反应的速率，而B装置只能一次性加入所需要的反应物，不能控制反应的速率，所以选择E更好，其中发生的反应是CaONH3H2O=Ca(OH)2NH3。,用a方案制得的气体中会含有未反应的NH3，因此还需要用试剂吸收NH3，但由于NH3是一种极易溶于水的气体，所以用排水法收集N2，即可除去N2中含有的NH3，所以还需要使用的装置是 A、C、D。,(2)利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排到A装置中，在加热条件下将Cu氧化，从而除去O2，这样可得到较纯净的氮气，发生的反应为O22Cu 2CuO。,答案：(1)ECaONH3H2O=Ca(OH)2NH3ACD(2)A红色粉末逐渐变黑O22Cu 2CuO (3)CuO和Cu可循环利用，避免使用有毒物质NaNO2,1实验数据筛选与处理 实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据，及无用、多余数据等。,能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点，也是近年来命题变化的一个重要方向。,解题策略 对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”：一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；,二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；,四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。,2实验数据综合分析 如何用好、选好数据，是解决这类试题的关键所在。解决这类试题的一般方法为：比较数据，转变物质，分析利弊，确定方案。,解题策略 (1)对数据进行比较是解决问题的突破口，注意比较数据的交点与重合区。(2)转变物质则是实现实验目标的重要途径，在一些物质提纯与制备的问题中，往往会提供一些物质沉淀的pH范围、物质的沸点、 密度、溶解性等呈现物质物理性质的数据。,在许多情况下，一些物质的相关数据是重叠的，而不利于问题的解决，一般可通过转变物质来解决(如CH3COOH与CH3CH2OH的沸点很接近，要分离二者的混合物，可以通过将CH3COOH转变为CH3COONa的方 法，扩大其与CH3CH2OH沸点上的差异，然后通过蒸馏的方法进行分离)。,(3)在实际生产、生活中，除了涉及是否能够通过相应反应来实现实验目标外，还涉及经济效益的问题，在原理、环保等没有大的差异时，选择廉价原料完成相应的实验就成为首选。,即时应用 3“卤块”的主要成分为MgCl2(含 Fe2、Fe3、Mn2等杂质离子)，若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁”。如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低，流程中所用试剂或pH值控制可参考下列附表确定。,表1化学试剂价格表,表2生成氢氧化物