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1、高三化学实验设计课件本讲稿第一页，共二十八页考试说明要求的实验能力考试说明要求的实验能力1用用正正确确的的化化学学实实验验基基本本操操作作，完完成成规规定定的的“学学生生实实验验”的能力。的能力。2观察记录实验现象，分析实验结果和处理实验数据，得出观察记录实验现象，分析实验结果和处理实验数据，得出正确结论的能力。正确结论的能力。3初步处理实验过程中的有关安全问题的能力。初步处理实验过程中的有关安全问题的能力。4能识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力能识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力。5 5根据实验试题的要求，设计简单实验方案的能力。根据实验试题的要求，设计简单实验方案的能力。（包括：（包括
2、：原理的设计，试剂、仪器的选择，装置的设计原理的设计，试剂、仪器的选择，装置的设计 和优化等和优化等）本讲稿第二页，共二十八页本讲稿第三页，共二十八页一、化学实验方案的内容一、化学实验方案的内容（1 1）实验名称；）实验名称；（2 2）实验目的；）实验目的；（3 3）实验原理；）实验原理；（4 4）实验用品；（药品、仪器及规格）实验用品；（药品、仪器及规格）（5 5）实验步骤；（包括：仪器装配及操作）实验步骤；（包括：仪器装配及操作）（6 6）实验现象记录及结果处理；）实验现象记录及结果处理；（7 7）实验相关问题和讨论。）实验相关问题和讨论。本讲稿第四页，共二十八页二、化学实验设计的基本原则
3、二、化学实验设计的基本原则 1.1.科学性原则科学性原则 2.2.安全性原则安全性原则 3.3.可行性原则可行性原则4.4.简约性原则简约性原则（即实验原理、操作程序和方法必须正确）（即实验原理、操作程序和方法必须正确）（要满足中学现有的实验条件（要满足中学现有的实验条件）（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等）（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等）（即保护人身、保护环境、保护仪器等）（即保护人身、保护环境、保护仪器等）本讲稿第五页，共二十八页三、实验设计题的考查内容三、实验设计题的考查内容 11实验操作顺序的设计实验操作顺序的设计22确认某混合物组成的设计确认某混合物组成的设计33验证
4、化学原理的设计验证化学原理的设计44测定物质纯度的设计测定物质纯度的设计其中有定性的，也有定量的。其中有定性的，也有定量的。存在的主要问题存在的主要问题 答题不够准确、表述能力差、缺乏化学用语、脱离实际、答题不够准确、表述能力差、缺乏化学用语、脱离实际、思维缺乏严密性与逻辑性，对实验题有恐惧感，失分率最思维缺乏严密性与逻辑性，对实验题有恐惧感，失分率最高。高。本讲稿第六页，共二十八页四、解答实验设计题四、解答实验设计题的注意事项的注意事项 （6 6）设计实验时还要考虑以下因素：）设计实验时还要考虑以下因素：（5 5）会画简单的实验装置图）会画简单的实验装置图 （2 2）药品（或某些仪器）的规格
5、。如有些药品的准确描述为：硫酸）药品（或某些仪器）的规格。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、饱和铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCONaHCO3 3、NaOHNaOH溶液。溶液。（4 4）实验过程中的隐蔽性操作，如某些必要的干燥、除杂、冷凝）实验过程中的隐蔽性操作，如某些必要的干燥、除杂、冷凝等。等。净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防防液体液体倒吸倒吸；（3 3）药品和装置是部分或刚好给出还是有多余）药品和装置是部分或刚好给出还是有多余 （1 1）题目条件有无特殊要求。如采用最简单和最合理的实验步骤。）
6、题目条件有无特殊要求。如采用最简单和最合理的实验步骤。进行某些易燃易爆实验时要进行某些易燃易爆实验时要防爆炸防爆炸本讲稿第七页，共二十八页(Na2CO3)=m(Na2CO3)m(样品)100%？如何设计实验收集数据从而得到如何设计实验收集数据从而得到m(Na2CO3)例例1：（2005年全国）年全国）工业上生产的纯碱中往往含有少工业上生产的纯碱中往往含有少量的杂质量的杂质（NaCl），我们可以怎样设计实验来测定样，我们可以怎样设计实验来测定样品中纯碱的质量分数呢？品中纯碱的质量分数呢？本讲稿第八页，共二十八页原理原理:Ba2+CO32-=BaCO3或或Ca2+CO32-=CaCO3原理：原理：
7、2H+CO32-=H2O+CO2思路思路2：从生成沉淀角度设计从生成沉淀角度设计思路思路3：从滴定反应角度设计从滴定反应角度设计思路思路1：从生成气体的角度设计从生成气体的角度设计原理：原理：2H2SO4+Na2CO3=Na2SO4+H2O+CO2本讲稿第九页，共二十八页方案一：将一定质量的试样溶于足量稀硫酸，通过测定生成方案一：将一定质量的试样溶于足量稀硫酸，通过测定生成的的CO2质量来测定质量来测定Na2CO3的质量分数。的质量分数。方案三：将一定质量的试样溶于水配成溶液，加入方案三：将一定质量的试样溶于水配成溶液，加入BaCl2溶液，通过测定碳酸盐沉淀的质量来测定溶液，通过测定碳酸盐沉淀
8、的质量来测定Na2CO3的质量的质量分数。分数。方案四：将一定质量的试样溶于水配成溶液，用已知浓度方案四：将一定质量的试样溶于水配成溶液，用已知浓度的酸进行滴定，通过消耗酸的量来的酸进行滴定，通过消耗酸的量来测定测定Na2CO3的质量分的质量分数。数。方案二：将一定质量的试样溶于足量稀硫酸，通过测定生方案二：将一定质量的试样溶于足量稀硫酸，通过测定生成的成的CO2体积来测定体积来测定Na2CO3的质量分数的质量分数。本讲稿第十页，共二十八页原理：原理：2H2SO4+Na2CO3=Na2SO4+H2O+CO2思考思考：某同学设计了如下的实验装置，该同学的设计某同学设计了如下的实验装置，该同学的设
9、计是否严谨？若不严谨可如何改进？是否严谨？若不严谨可如何改进？a、被、被CO2带出来的水蒸气被碱石灰吸收带出来的水蒸气被碱石灰吸收 b、外界空气中的、外界空气中的CO2 和水蒸气可能进入装置和水蒸气可能进入装置 C、产生的、产生的CO2 气体还有部分留在了装置中气体还有部分留在了装置中方案一：称方案一：称CO2的质量的质量本讲稿第十一页，共二十八页稀硫酸稀硫酸浓硫酸浓硫酸碱石灰碱石灰a、被、被CO2带出来的水蒸气被碱石灰吸收带出来的水蒸气被碱石灰吸收 b、外界空气中的、外界空气中的CO2 和水蒸气可能进入装置和水蒸气可能进入装置本讲稿第十二页，共二十八页改进后的装置改进后的装置:该实验中两次向
10、装置中鼓入空气该实验中两次向装置中鼓入空气,两次的作用分别是：两次的作用分别是：第一次：第一次：；第二次：第二次：；排除装置中原有的排除装置中原有的CO2气体气体将反应产生的将反应产生的CO2全部从装置中排除全部从装置中排除让空气先通过氢氧化钠溶液的目的让空气先通过氢氧化钠溶液的目的：。除去空气中的除去空气中的CO2气体气体 C、产生的、产生的CO2 气体还有部分留在了装置中气体还有部分留在了装置中本讲稿第十三页，共二十八页小结：小结：实验设计的基本思维模式实验设计的基本思维模式明确目的、要求明确目的、要求分析实验原理分析实验原理试剂试剂仪器仪器/用品用品确定实验方案确定实验方案优化设计方案优
11、化设计方案如何减少实验误差如何减少实验误差分析实验数据分析实验数据 得出结论得出结论本讲稿第十四页，共二十八页某同学想用下面的装置来测定工业纯碱中某同学想用下面的装置来测定工业纯碱中Na2CO3（含少量含少量NaCl）的纯度）的纯度装置的连接顺序是装置的连接顺序是 。a-b-c-d原理：原理：2H2SO4+Na2CO3=Na2SO4+H2O+CO2方案二：量方案二：量CO2的体积的体积本讲稿第十五页，共二十八页一定量的一定量的样品溶液样品溶液碳酸盐碳酸盐沉淀沉淀过滤、过滤、洗涤洗涤干燥干燥加入足量加入足量某种试剂某种试剂称量沉称量沉淀质量淀质量方案三：称沉淀法方案三：称沉淀法方案四：滴定法方案
12、四：滴定法读取标读取标准液的准液的体积体积滴入指示剂滴入指示剂(甲基橙甲基橙)标准液标准液(盐酸或硫酸盐酸或硫酸)溶液溶液一定量的一定量的样品溶液样品溶液本讲稿第十六页，共二十八页小结：小结：最佳方案的标准最佳方案的标准1、原理恰当、原理恰当2、效果明显、效果明显3、装置简单、装置简单4、仪器药品易得、仪器药品易得5、实验误差更少、实验误差更少6、对环境污染少、对环境污染少7、更安全可靠、更安全可靠本讲稿第十七页，共二十八页例例2某化学兴趣小组欲测量钠的相对原子质量现有下列实验用品某化学兴趣小组欲测量钠的相对原子质量现有下列实验用品:铁架台铁架台(带铁夹带铁夹)、800mL烧杯、烧杯、100m
13、L量筒、短颈玻璃漏斗、玻璃棒、托盘天平、铜量筒、短颈玻璃漏斗、玻璃棒、托盘天平、铜网、金属钠、其他实验药品自选网、金属钠、其他实验药品自选 （1）请画出装置图）请画出装置图（铁架台和铁夹的安装可省略）（铁架台和铁夹的安装可省略）（2）补充下列实验步骤，直到反应开始进行）补充下列实验步骤，直到反应开始进行 _ _ _ _ （3）金属钠用铜网包裹的目的是：）金属钠用铜网包裹的目的是：？没有导气管如何收集气体；没有导气管如何收集气体；往烧杯中注煤油，直到油面没过漏斗颈往烧杯中注煤油，直到油面没过漏斗颈(没答油面没过漏斗颈不得分没答油面没过漏斗颈不得分)在在100mL量筒中装满煤油，倒置在盛煤油的烧杯
14、中量筒中装满煤油，倒置在盛煤油的烧杯中(量筒中不应留有气泡量筒中不应留有气泡)将称量后的金属钠用铜网小心包裹好，放在将称量后的金属钠用铜网小心包裹好，放在800mL烧杯底部，烧杯底部，把短颈把短颈漏斗扣在样品上面漏斗扣在样品上面 使样品在反应时能在烧杯底适当的位置使样品在反应时能在烧杯底适当的位置(或答避免反应时样品漂浮或答避免反应时样品漂浮)将玻璃棒插入烧杯并接近烧杯底部，通过它慢慢加入水，至有气体产生将玻璃棒插入烧杯并接近烧杯底部，通过它慢慢加入水，至有气体产生2Na+2H2O=2NaOH+H2本题原理是利用排液法收集一定质量的钠产生的氢气的本题原理是利用排液法收集一定质量的钠产生的氢气的
15、体积，列出比例式求出体积，列出比例式求出r(Na)？如何避免钠与水反应速率太快产生的氢气来不及收集而跑掉如何避免钠与水反应速率太快产生的氢气来不及收集而跑掉 思路启迪：思路启迪：本讲稿第十八页，共二十八页练习练习：Ca3(PO4)2、CaHPO4均为难溶于水的白色固体，某同学向均为难溶于水的白色固体，某同学向Na2HPO4溶液中滴加溶液中滴加CaCl2溶液至恰好反应，生成白色沉淀。设计溶液至恰好反应，生成白色沉淀。设计一个实验方案，来证明所生成的白色沉淀是一个实验方案，来证明所生成的白色沉淀是Ca3(PO4)2还是还是CaHPO4？（已知？（已知HPO42-水解程度大于电离程度）水解程度大于电
16、离程度）实验原理：实验原理：实验仪器及试剂：实验仪器及试剂：烧杯、试管、滴管、石蕊试液、酚酞、烧杯、试管、滴管、石蕊试液、酚酞、PHPH试纸试纸实验步骤及现象、结论实验步骤及现象、结论（可以不填满可以不填满）1、_2、_3、_4、_5、_若生成物的混合物显强酸性，则生成的沉淀为若生成物的混合物显强酸性，则生成的沉淀为Ca3(PO4)2 2Na2HPO4+3CaCl2=Ca3(PO4)2+4NaCl+2HCl若生成物的混合物不显酸性，则生成的沉淀为若生成物的混合物不显酸性，则生成的沉淀为CaHPO4Na2HPO4+CaCl2=CaHPO4+2NaCl取少量的取少量的CaCl2溶液于试管中滴入几滴
17、溶液于试管中滴入几滴Na2HPO4溶液溶液,充分反应。充分反应。取一小段取一小段pH试纸放在干燥洁净的表面皿上。试纸放在干燥洁净的表面皿上。用洁净干燥的玻璃棒蘸取溶液滴到用洁净干燥的玻璃棒蘸取溶液滴到pH试纸上，与标准比色卡对照。试纸上，与标准比色卡对照。若溶液若溶液pH小于小于7,则生成的则生成的 白色沉淀为白色沉淀为Ca3(PO4)2,若溶液若溶液pH不小于不小于7,则生成的则生成的 白白色沉淀为色沉淀为CaHPO4。本讲稿第十九页，共二十八页本讲稿第二十页，共二十八页 练：在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里练：在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静置分层后，如果不知道那
18、一层是的某物质时，静置分层后，如果不知道那一层是“水水层层”，试设计一种简便的判断方法。，试设计一种简便的判断方法。取一支小试管，打开分液漏斗活塞，慢慢放出少量液体，取一支小试管，打开分液漏斗活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，若试管内液体不分层，说明分液漏斗中下往其中加入少量水，若试管内液体不分层，说明分液漏斗中下层是层是“水层水层”，反之，则上层是水层。，反之，则上层是水层。课后练习课后练习本讲稿第二十一页，共二十八页练：练：现有一定量含有现有一定量含有Na2杂质的杂质的Na2O2试样。请从图中选用适当的试样。请从图中选用适当的实验装置，设计一个实验装置，设计一个最简单最简单的实验，
19、测定的实验，测定Na2O2试样的纯度试样的纯度(可供选用的反可供选用的反应物只有应物只有CaCO3固体，固体，6mol/L的盐酸和蒸馏水的盐酸和蒸馏水)。请填写下列空白：。请填写下列空白：(1)写出在实验中写出在实验中Na2O2和和Na2O分别发生反应的化学方程式：分别发生反应的化学方程式：，。(2)应选用的装置是应选用的装置是(只要求写出图中装置的标号只要求写出图中装置的标号)。2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2Na2O+H2O=2NaOH本讲稿第二十二页，共二十八页练练3：实验室用稀硝酸与：实验室用稀硝酸与u反应来制备气体，如果采用图（反应来制备气体，如果采用图（）装置，由于烧瓶内的
20、空气不）装置，由于烧瓶内的空气不易排除，生成的易排除，生成的NO很快被氧化成红棕色的很快被氧化成红棕色的NO2,不易观察到有无色的不易观察到有无色的NO生成。即使可用排水法收生成。即使可用排水法收集到无色的集到无色的NO，也无说服力，学生会认为也无说服力，学生会认为NO是由是由O2与与反应生成的。有人设计了（反应生成的。有人设计了（）装置，）装置，用来做该实验可以达到满意的效果。用来做该实验可以达到满意的效果。（）将有关操作补充完全：（）将有关操作补充完全：将活塞打开，从形管的长管口注入稀硝酸，一直注到将活塞打开，从形管的长管口注入稀硝酸，一直注到为止。为止。关闭活塞，用酒精灯在关闭活塞，用酒
21、精灯在加热，当加热，当时，立即撤去酒精灯。时，立即撤去酒精灯。（）回答下列问题：（）回答下列问题：写出铜与稀硝酸反应的离子方程式写出铜与稀硝酸反应的离子方程式；反应在什么情况下可以自动停止？可以在何处观察到反应在什么情况下可以自动停止？可以在何处观察到无色的无色的NO气体？气体？如果再将活塞慢慢打开，可立即观察到哪些明显现象？如果再将活塞慢慢打开，可立即观察到哪些明显现象？如果需再获得如果需再获得NO与已生成的与已生成的NO2形成鲜明对照的实验效果，应形成鲜明对照的实验效果，应（填操作）。（填操作）。液面接触分液漏斗活塞下沿液面接触分液漏斗活塞下沿U型管的短管一侧型管的短管一侧铜丝圈有气泡产生
22、铜丝圈有气泡产生3Cu+8H+2NO3=3Cu2+2NO+4H2O 铜铜丝丝圈圈与与稀稀HNO3脱脱离离后后立立即即停停止止；U型型管管短短管管内内（铜丝圈周围）可以观察到无色的（铜丝圈周围）可以观察到无色的NO气体。气体。关闭分液漏斗活塞并适当加热。关闭分液漏斗活塞并适当加热。U型管的长管中的稀型管的长管中的稀HNO3又回落到短管内，分液漏斗中有红棕色出现。又回落到短管内，分液漏斗中有红棕色出现。本讲稿第二十三页，共二十八页练习练习2、已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质质量分数大于或等于量分数大于或等于98的硫酸，而乙的硫酸，而乙不溶。不溶。现现有一份
23、甲和乙的混合物有一份甲和乙的混合物样样品，通品，通过实验进过实验进行分离，可得到固体甲。行分离，可得到固体甲。(实验实验中使用的中使用的过过滤滤器是用于器是用于过滤过滤强强酸性液体的耐酸酸性液体的耐酸过滤过滤器。器。)请请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的甲的实验设计实验设计。序号序号 实验步骤实验步骤 简述实验操作简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置不必叙述如何组装实验装置)溶解溶解 将混合物放入烧杯中，加入将混合物放入烧杯中，加入98 H2SO4，充分搅拌直到固，充分搅拌直到固体不再溶解。体不再溶解。洗涤沉淀洗涤沉淀 检验沉淀检验沉淀是否洗净
24、是否洗净 本讲稿第二十四页，共二十八页序号序号 实验步骤实验步骤 简述实验操作简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置不必叙述如何组装实验装置)溶解溶解 将混合物放入烧杯中，加入将混合物放入烧杯中，加入98 H2SO4，充分搅，充分搅拌直到固体不再溶解。拌直到固体不再溶解。洗涤沉淀洗涤沉淀 检验沉淀检验沉淀是否洗净是否洗净 过滤过滤 安装好过滤装置，将安装好过滤装置，将的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。中过滤。析出沉淀析出沉淀 在在另另一一个个烧烧杯杯中中放放入入适适量量蒸蒸馏馏水水，将将的的滤滤液液沿沿玻玻璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断搅拌，璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断
25、搅拌，过滤过滤 重新安装过滤装置，将重新安装过滤装置，将的悬浊液沿玻璃棒加入过滤的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。器中过滤。向向的过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，的过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，等水滤出后，再次加水洗涤，连续几次。等水滤出后，再次加水洗涤，连续几次。用小试管从用小试管从的漏斗下口取少量洗出液，滴入的漏斗下口取少量洗出液，滴入BaCl2溶液溶液，若没有白色浑浊出现，则说明沉淀已，若没有白色浑浊出现，则说明沉淀已洗净，洗净，本讲稿第二十五页，共二十八页练练3实验使用浓盐酸、实验使用浓盐酸、MnO2共热制共热制Cl2,并用并用Cl2和和Ca(OH)2反反应制少量
26、漂白粉，现已知反应：应制少量漂白粉，现已知反应：2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O,温度稍高即发生副反应：温度稍高即发生副反应：6Cl2+6Ca(OH)2=Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O 现有三个同学分别设计的三套实验装置如下：现有三个同学分别设计的三套实验装置如下：消石灰消石灰冷水冷水澄清澄清石灰石灰水水NaOH溶液溶液消石灰消石灰ABCDEFG甲甲乙乙丙丙本讲稿第二十六页，共二十八页从几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点作从几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点作出评析，并选择符合题目要求的选项填在空格内。出评析，并选择符合题目要求的选项填
27、在空格内。a、不易控制反应速率；、不易控制反应速率；b、容易控制反应速率、容易控制反应速率c、有副反应发生；、有副反应发生；d、可防止副反应发生；、可防止副反应发生；e、污染环境；、污染环境；f、可防止污染环境。、可防止污染环境。优优点点缺缺点点甲装置甲装置乙装置乙装置丙装置丙装置df b aeacce本讲稿第二十七页，共二十八页消消石石灰灰冷水冷水NaOH溶溶液液(2)请从上述装置中，选取合请从上述装置中，选取合 理的组成部分，组装一套较理的组成部分，组装一套较 完善的实验装置，装置各部完善的实验装置，装置各部 分的连接顺序（按气流从左分的连接顺序（按气流从左 到右的方向）到右的方向）。消石灰消石灰冷水冷水澄清澄清石灰石灰水水NaOH溶溶液液消石灰消石灰ABCDEFGF B Ehttp:/www.e- 本讲稿第二十八页，共二十八页