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1、高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 1 页 共 6 页 第十九单元 化学实验方案设计与综合实验 一、化学实验方案设计的基本要求 所谓实验设计，是用多种装置和仪器按某种目的进行串联组合完成某项实验，其类型较多，考查形式多样。解答这类题目，要求学生对所学过的物质的性质、制备和净化，常用仪器和装置的作用及使用时应注意的问题等知识融会贯通，要善于吸收新信息并且能加以灵活运用。（一）化学实验设计的类型（1）根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分。启发性（或探索性）实验设计。验证性实验设计。运用性实验设计。（2）根据化学实验的工具来划分。化学实验仪器、装置和药品的改进或替代。化学
2、实验方法的改进。（3）根据化学实验内容来划分。物质的组成、结构和性质实验设计。物质的制备实验设计。物质的分离、提纯、鉴别实验设计。（二）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）实验用品（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。（三）化学实验设计的要求 1.科学性 科学性是化学实验方案设计的首要原则。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 Na2SO3和 NaI，在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有氧化性的酸，在操作程序的设计上，应取少量固
3、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的药品和进行具有一定危险性的实验操作。如果必须使用，应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项，以防造成环境污染和人身伤害。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。对同一个化学实验，可以设计出多种实验方案，并对它们进行选择。选择采用的实验设计方案，应具有效果明显、操作安全、装置简单
4、、用药少、步骤少、时间短等优点。（四）化学实验设计的一般思路 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 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高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 2 页 共 6 页 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
5、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
6、。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（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的装置前，必须检查气体的纯度。例如用 H2、CO 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它物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共
7、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，为了避免反应物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
8、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”或“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实验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入加热区使铜氧化，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。
9、高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 3 页 共 6 页 例 1 碱式碳酸镁有多种不同的组成，如 Mg2(OH)2CO3、Mg4(OH)2(CO3)3、Mg5(OH)2(CO3)4等。请你设计一个测定碱式碳酸镁组成的实验方案。包括（1）测定原理（2）测定实验的装置图（3）操作步骤。可使用的仪器、试剂和用品如下：仪器：天平（附砝码）、大试管（附带有短玻璃管的橡皮塞）、酒精灯、洗气瓶、球形干燥管（附带有短玻璃管的橡皮塞）、铁架台、铁夹、角匙。试剂：碱式碳酸镁（粉状）、浓硫酸、石灰水、无水氯化钙、碱石灰。其他：火柴、棉花、短橡皮管、弹簧夹。注意：上述仪器和试剂只需应用其中的一部
10、分。仪器、试剂、用品的数量不限。解：（1）测定原理：（2）测定实验的装置图：（3）操作步骤 例 2 欲在室温和 1.01105Pa 条件下测定镁的原子量。请利用图给定的仪器（盛放镁条的隔板有小孔）组装成一套实验装置（每种仪器只允许用一次）。请回答下列问题：（1）假设气流方向为左右，则各仪器的接口连接的先后顺序为（用小写字母填写）_ 。（2）连接好仪器后，要进行的操作有以下几步：待仪器 B中的物质恢复至室温时，测量量简 C 中水的体积（若假定将测定的体积换算成标准状况下为 VmL）；擦掉镁条表面的氧化膜，将其置于天平上称量（假定其质量为 mg），并将其投入试管 B中；检查各装置的气密性；旋开仪器
11、 A 上分液漏斗的活塞，当镁条完全溶解时再关闭活塞。上述几步操作的先后顺序是_ 。（3）根据实验数据可算出镁的相对原子质量，其数字表达式为_ 。高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 4 页 共 6 页 （4）若未将试管 B冷却至室温就测量量筒 C 中水的体积，这将会使所测镁的相对原子质量数据（填偏高、偏低或无影响）_ 。（5）若未擦净镁条表面氧化膜就进行实验，这将会使所测镁的相对原子质量数据（填偏高、偏低或无影响）_ 。例 3 用下列仪器、药品验证由铜和适量硝酸反应产生的气体中含 NO（仪器可选择使用，N2和 O2的用量可自由控制）。已知：OHNOOHNONO22222
12、气体液化温度：NO2 21，NO-152 试回答：（1）仪器的连接顺序（按左右连接，填各接口的编号）为_ 。（2）反应前先通入 N2，目的是_ 。（3）确认气体中含 NO 的现象是_ 。（4）装置 F 的作用是_ 。（5）如果 O2过量，则装置 B中发生反应的化学方程式为_ 。二、制备实验方案的设计 制备实验方案设计的基本思路：实 验 目 的实 验 原 理选 择实 验 用 品方 案 一方 案 二最 佳 方 案具 体 设 计分 析、比 较 例 4 已知在 75左右，用 HgSO4作催化剂，乙炔可水化生成乙醛，但 H2S 之类物质可使 HgSO4中毒而失去催化作用。现有块状电石、浓硫酸、水、氢氧化
13、钠溶液、氧化汞粉末、AgNO3溶液、氨水七种试剂及常见的仪器，请设计一个整套实验装置完成制取乙醛并验证其生成的实验。高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 5 页 共 6 页 解：（1）实验原理：（2）实验装置图：（3）实验操作及顺序设计：按图 2 所示装配仪器，检查 。往一支洁净的试管 D 中加入少许质量分数为 2%的 AgNO3溶液，逐滴滴入质量分数为 2%的氨水中至 ，将试管放在盛有热水的烧杯中温热。将蒸馏烧瓶横置，用药匙将 HgO 粉末送到烧瓶底部，竖起后加少许水再缓慢地加入适量的浓 H2SO4。将蒸馏烧瓶斜置，用镊子夹持电石使之从瓶颈沿瓶壁滑下。盖严双孔塞后，往分
14、液漏斗中加入水。往洗气瓶中加入 。点燃酒精灯，使水温升至并保持在 75左右。打开分液漏斗的活塞。待观察到试管 D（稍振荡）内壁附有银白色物质（或呈棕黑色）时，实验完成。例 5 以铜、硝酸、硝酸银、水、空气等为原料，可用多种方法制取 Cu(NO3)2。（1）试设计四种制取 Cu(NO3)2的途径（用化学方程式表示）。（2）从“绿色化学”角度（环境保护和经济效益）考虑，大量制取 Cu(NO3)2最宜采用上述哪种方法？说明原因。三、性质实验方案的设计 1.完成性质实验方案设计的基础：（1）无机物质的性质：与原子结构有关（2）有机物质的性质：与分子结构有关 而有机物的分子结构又与官能团的种类和基团之间
15、的相互影响有关。2.性质实验方案设计的一般思路：分析结构对比回顾相关知识预测性质拟定方案 高中化学总复习学案化学实验 化学实验方案设计与综合实验 第 6 页 共 6 页 3.具体示例：（1）乙二酸化学性质实验方案的设计；（运用上述思路和给出乙二酸性质的相关资料拟定实验方案）（2）铜和铜的化合物性质实验方案的设计：铜的性质弱还原性 铜的化合物性质CuO、Cu(OH)2、CuSO45H2O （3）红砖中氧化铁的成分检验 例 6 为探究乙炔与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：先取一定量工业用电石与水反应，将生成的气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙炔与溴水发生了加成反应。（电石、水）（）（
16、）溴水 乙同学发现甲同学实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊，推测在制得乙炔中还有可能含有少量还原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反应。请你回答问题：（1）写出甲同学实验中两个主要的化学方程式 、。（2）甲同学设计的实验 （填能或不能）验证乙炔与溴发生加成反应，其理由是 。使溴水褪色的反应，未必是加成反应 使溴水褪色的反应，就是加成反应 使溴水褪色的物质，未必是乙炔 使溴水褪色的物质，就是乙炔（3）乙同学推测此乙炔中必定含有的一种杂质气体是 ，它与溴水反应的化学方程式是 。验证过程中必须全部除去。（4）请你选用上列四个装置（可重复使用）来实现乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。（5）为验证这一反应是加成而不是取代，丙同学提出可用 pH 试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是 。