高一化学实验方案设计和评价

1、第36讲 实验方案的设计与评价,基础关,最 新 考 纲 1.能根据试题要求设计评价或改进实验方案 2.了解控制实验条件的方法 3.能分析或处理实验数据,得出合理结论 4.能绘制和识别典型的实验仪器装置图 5.实验知识和技能的综合应用,自 主 复 习,化学实验方案的设计 1.实验设计的原则 (1)科学性; (2)_; (3)_; (4)可行性,安全性,简约性,2.实验设计的方法 (1)明确实验目的_; (2)选择_; (3)设计装置步骤; (4)记录_; (5)分析得出结论 以上只是解答综合实验设计题的一般思考方法在解答过程中,应根据实验设计题的具体情况和要求,作出正确的回答,实验原理,反应物,实验现象实验数据,3.化学实验方案设计的类型 实验设计_实验方案的设计 _实验方案的设计 实验设计方案的_ 综合实验,制备,性质,评价,网 络 构 建,热 点 考 向,1.以科技生产生活中的新材料为载体,考查实验评价误差分析和定量计算等方面能力 2.通过对课本实验的改进考查学生分析问题和解决问题的能力以及学生思维的灵活性 3.结合实验方案的设计与评价考查学生选择组装仪器的能力以及绘制简单实验装置图

2、的能力,热 点 探 究,热点1 化学实验方案的设计 1.化学实验方案设计的思路,2.化学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,操作正确 (4)简约性,做到步骤少时间短效果好等基本要求,3.实验设计的步骤 (1)明确目的原理 首先必须认真审题,明确实验的目的要求,弄清题目有哪些新的信息,综合已学过的知识,通过类比迁移分析,从而明确实验原理 (2)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,能否腐蚀仪器和橡皮反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等,从而选择合理的化学仪器和药品,(3)设计装置步骤 根据上述实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装置和实验操作步骤学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力,实验步骤应完整而又简明 (4)记录现象数据:根据观察,全面而准确地记录实验过程中的现象和数据 (5)分析得出结论 根据实验观察的现象和记录的数据,通过分析计算图表推理等处理,得出正确的结论,4.实验设计的注意事项 (1)

3、药品和装置是部分或刚好给出还是有剩余 若药品和装置只部分给出,则应需要作必要的补充,若有剩余,则应进行筛选和淘汰 (2)题目条件有无特殊要求 如采用最简单或最合理的实验步骤,这些要求对我们考虑反应原理,选择药品和装置,确定操作步骤都作了限定,必须高度重视 (3)实验过程中的隐蔽性操作 如某些必要的干燥除杂冷凝等,这些都是实验中必不可少的,但容易被忽略,(4)药品的规格 有些题目要求指出药品的名称,这类问题学生最难答准确,如有些药品的准确描述为:硫酸铜粉末澄清石灰水酸性高锰酸钾溶液浓硫酸饱和NaHCO3溶液NaOH溶液等此外也应注意某些仪器的规格 (5)会画简单的实验装置图 基于评分客观公正性难以把握,近年高考题很少出现此类题目,但复习时要有所重视,例1(2009广东,21)三草酸合铁酸钾晶体K3Fe(C2O4)33H2O可用于摄影和蓝色印刷某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究请利用实验室常用仪器用品和以下限选试剂完成验证和探究过程限选试剂:浓硫酸1.0 molL-1HNO31.0 molL-1盐酸1.0 molL-1NaOH3% H2O

4、20.1 molL-1KI0.1 molL-1CuSO420% KSCN澄清石灰水氧化铜蒸馏水,(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)浓硫酸灼热氧化铜(B)澄清石灰水(C),观察到AC中澄清石灰水都变浑浊,B中有红色固体生成,则气体产物是_ (2)该小组同学查阅资料后推知,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3验证固体产物中钾元素存在的方法是_,现象是_,CO2和CO,利用焰色反应,透过蓝色钴玻璃观察到紫色的火焰,(3)固体产物中铁元素存在形式的探究 提出合理假设 假设1:_;假设2:_;假设3:_ 设计实验方案证明你的假设 实验过程 根据中方案进行实验按下表的格式写出实验步骤预期现象与结论,全部为铁单质,全部为FeO,同时存在铁单质和FeO,解析(1)将产生的气体产物先通过澄清石灰水,澄清石灰水变浑浊,说明产生的气体中含有CO2,然后再依次通过灼热氧化铜澄清石灰水,观察到的现象:有红色固体生成,澄清石灰水变浑浊,说明产生的气体中含有CO;(2)碱金属元素的检验一般采用焰色反应;(3)依据信息,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3,可推测铁元

5、素只能以亚铁化合物及铁单质的形式存在,在设计实验时,应注意Fe与FeO的性质的不同点,变式1(2009海南,16)如图表示从固体混合物中分离X的两种方案,请回答有关问题,(1)选用方案时,X应该具有的性质是_,残留物应该具有的性质是_; (2)选用方案从某金属粉末(含有AuAg和Cu)中分离Au,加入的试剂是_,有关反应的化学方程式为_; (3)为提纯某Fe2O3样品(主要杂质有SiO2Al2O3),参照方案和,请设计一种以框图形式表示的实验方案(注明物质和操作)_,有挥发性(或易升华),受热不挥发,且具有较高的热稳定性,HNO3,答案: (2) 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO+2H2O 或Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2+H2O (3) (其他合理答案也可给分),解析:(1)从题中给出的信息可知,X的性质为加热时可升华或易挥发残留物必须热稳定性好,且没有挥发性 (2)金银和铜三种金属中金的活泼性最差,不能与硝酸反应,选用硝酸作为试剂,反

6、应后过滤即可 (3)三种氧化物中,SiO2Al2O3都能与强碱发生反应,Fe2O3不会与强碱发生反应,可以选浓NaOH溶液溶解后过滤如果SiO2的含量大,则不宜用前面所述方法,可选用盐酸溶解,再过滤除去SiO2,然后在混合液中加入过量的NaOH溶液,过滤得Fe(OH)3沉淀,洗涤后加热分解的方法得到Fe2O3,热点2 化学实验方案的评价 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因此,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:(1)实验原理是否正确可行;(2)实验操作是否安全合理;(3)实验步骤是否简单方便;(4)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

7、程或方案从以下4个方面进行综合评价:(1)反应原料是否易得安全无毒;(2)反应速率是否较快;(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;(4)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: (1)净化吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸; (2)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); (3)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); (4)防吸水(如实验取用制取易吸水潮解水解的物质宜采取必要措施,以保证达到实验目的);,(5)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); (6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却; (7)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),例2(2008宁夏理综)为测试一铁片中铁元素的含量,某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验(以下数据为多次平行实验测定结果的平均值): 方案一:将a g铁片完全溶解于过量稀

8、硫酸中,测得生成氢气的体积为580 mL(标准状况);,方案二:将 g铁片完全溶解于过量稀硫酸中,将反应后得到的溶液用0.02000 molL-1的KMnO4溶液滴定,达到终点时消耗了25.00 mL KMnO4溶液 请回答下列问题: (1)配平下面的化学方程式:,2,10,8,5,2,1,(2)在滴定实验中不能选择_式滴定管,理由是 _; (3)根据方案一和方案二测定的结果计算,铁片中铁的质量分数依次为_和_;(铁的相对原子质量以55.9计) (4)若排除实验仪器和操作的影响因素,试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析 方案一_(填“准确”“不准确”“不一定准确”),理由是_; 方案二_(填“准确”“不准确”“不一定准确”),理由是_,碱,KMnO4是强氧化剂,它会腐蚀橡皮管,答案：(4)不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属,会导致结果偏高;铁片中存在与稀硫酸反应而溶解但不产生氢气的铁的氧化物,会导致结果偏低;如果上述情况均不存在,则结果准确 不一定准确 如果铁片中存在与稀硫酸反应而溶解的其他金属,生成的金属离子在酸性溶液中能被高锰酸钾氧化,会导致结果偏高;如果铁片中存在与稀破酸反应而溶解的铁的氧化物,生成的Fe3+在酸性溶液中不能被高锰酸钾氧化,会导致结果偏低;如果上述情况均不存在,则结果准确,解析(1)由高锰酸钾和硫酸亚铁的价态变化得知二者反应的物质的量之比为15,再配平其他化学计量数即可 (2)由于高锰酸钾具有氧化性会腐蚀橡皮管,故滴定管不能选用碱式滴定管,(4)考虑原铁片的组成不一,答案不具体,本题为开放性答案,考虑到两方案的测定原理不同,可从所含杂质能否与酸反应能否放出氢气或能否产生被高锰酸钾氧化的离子等方面考虑,注:本小题属于开放性试题,若考生回答“准确”或“不准确”且理由合理,可酌情给分,例如:考生回答 方案一准确,因为铁片中不存在能与稀硫酸反应并能生成氢气的其他金属,也不存在铁的氧化物 方案一不准确,如果铁片中存在与稀硫酸反应生成氢气的其他金属,会导致结果偏高;如果存在与稀硫酸反应而溶解但不产生氢气的铁的氧化物,会导致结果偏低 方案二准确,铁片溶于稀硫酸后,除Fe2+外,其他可能存在的金属离子在酸性溶液中均不能被高锰酸钾氧化,也不存在氧化铁,

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