化學(xué)實驗方案設(shè)計與評價

1、第5講：化學(xué)實驗方案設(shè)計與評價王旭紅一、考綱要求掌握化學(xué)實驗的 記錄方法和運用化學(xué)知識設(shè)計一些基本實驗。具體為：（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象，觀察、記錄、分析或處理數(shù)據(jù)，得出正確結(jié)論。（2）根據(jù)實驗試題要求，設(shè)計或評價實驗方案。（3）能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。二、雙基回顧1化學(xué)實驗方案設(shè)計的內(nèi)容一個相對完整的化學(xué)實驗方案設(shè)計包括下述內(nèi)容：（1）實驗 （2）實驗 ；（3）實驗 ；（4）實驗 （儀器、藥品及規(guī)格）；（5）實驗 （包括實驗儀器裝配和操作）；（6）實驗 ；（7）問題討論2 實驗設(shè)計方案的思路（1）制備實驗方案的設(shè)計思路（2）性質(zhì)實驗方案的設(shè)計思路（3）物質(zhì)檢驗實驗方案的設(shè)計思路對試樣進(jìn)行

2、外觀觀察，確定其顏色、氣味、狀態(tài)等。準(zhǔn)備試樣進(jìn)行檢驗，當(dāng)試樣是固體時應(yīng)先取少量配成溶液，同時觀察試樣是否溶解，在溶解時有無氣體產(chǎn)生等，以初步判斷試樣可能含有哪類物質(zhì)。 根據(jù)實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。3實驗設(shè)計方案的評價：科學(xué)性（即實驗原理、操作程序和方法必須正確）；安全性（即用藥及操作要注意安全，注意環(huán)境保護(hù)等問題）；可行性（要滿足中學(xué)現(xiàn)有的實驗條件）；簡約性（裝置簡單、步驟少、藥品用量少、時間短）。三、例題評析例1已知Cu2S、CuS粉末的顏色和CuO粉末相似，且都不溶于水。在空氣中煅燒Cu2S和CuS都轉(zhuǎn)化為SO2和CuO。試根據(jù)上述性質(zhì)，設(shè)計一個鑒別Cu2S、CuS和CuO三種黑色粉末的簡單的實

3、驗方案。例2學(xué)習(xí)了元素周期律后，同學(xué)們對第四周期過渡元素氧化物產(chǎn)生了濃厚的興趣。是否只有二氧化錳能催化氯酸鉀受熱分解？氧化鐵、氧化銅、氧化鉻等對氯酸鉀的受熱分解有沒有催化作用？對此他們進(jìn)行了實驗探究。請你根據(jù)要求完成下列部分實驗報告。I 課題名稱：_II實驗儀器及試劑：實驗儀器：帶鐵夾的鐵架臺、帶橡皮塞的導(dǎo)管、量氣裝置、過濾裝置、電子天平、藥匙、_、_、_等。實驗試劑：二氧化錳、氧化鐵、氧化銅、氧化鉻和氯酸鉀III 實驗步驟：略IV 實驗數(shù)據(jù)：實驗編號KClO3(g)氧化物產(chǎn)生氣體(mL)耗時(s)化學(xué)式質(zhì)量(g)回收(已折算到標(biāo)況)10.601048020.60MnO20.2090%67.2

4、36.530.60CuO0.2090%67.279.540.60Fe2O30.2090%67.234.750.60Cr2O30.20異常67.2188.3V 實驗討論：(1) 在氧化物的回收過程中，要進(jìn)行過濾操作，所用的玻璃儀器是玻璃棒、_ 、_ _(2)實驗編號3的實驗中KClO3的分解率為_%(保留一位小數(shù))(3) 在用Cr2O3 做研究實驗時，發(fā)現(xiàn)有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，同時綠色的混合物變成了橘黃色。該刺激性氣體是_(填分子式)，可用_試紙檢驗。上述異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因是_。VI 實驗結(jié)論：_例3某研究性學(xué)習(xí)小組為探究銅、鋅與濃鹽酸反應(yīng)，設(shè)計實驗探究方案如下：一、實驗用品：純鋅片、銅片，3

5、7%的濃鹽酸、蒸餾水、氯化銅溶液二、實驗記錄：交流卡片： NO：2006SY518主題：Zn、Cu與濃鹽酸 A、將鋅放入濃鹽酸中，反應(yīng)較快B、將鋅片與銅片貼在一起，一同投入濃鹽酸中，反應(yīng)快速放出氣體！C、當(dāng)B中鋅片完全溶解后，將溶液加熱，又產(chǎn)生氣體（值得進(jìn)一步研究），得到無色溶液D、將上述反應(yīng)后的溶液，隔絕空氣，加入適量水，出現(xiàn)白色沉淀三、提供資料資料卡片 NO：2006ZL918主題：生成一價銅的反應(yīng)課本上：CH3CHO+2Cu(OH)2Cu2O（紅色）+CH3COOH+2H2O鹽城市第二次調(diào)研試卷：Cu2+4I-=2CuI（白色）+I2無機化學(xué)下冊， p788， 氯化亞銅在不同濃度的KCl

6、溶液中可形成CuCl2、CuCl32、CuCl43等離子，且它們在溶液中均為無色四、請你參與以下探究： 交流卡片中，實驗A反應(yīng)速率明顯比B小，原因是： 根據(jù)銅位于金屬活動順序表氫之后，與稀鹽酸不反應(yīng)，依據(jù)交流卡片C又產(chǎn)生氣體的事實，作出如下推斷： 有同學(xué)認(rèn)為是溶解在溶液中的H2逸出，你認(rèn)為是否有道理，理由是： 某同學(xué)作了如下猜想，是否成立，請你設(shè)計實驗方案加以驗證。猜想驗證方法預(yù)測現(xiàn)象及結(jié)論認(rèn)為銅片中可能含有鋅等雜質(zhì)交流卡片D中的白色沉淀，分析：不可能是CuCl2，因為溶液顯藍(lán)色或綠色，也不可能是氯化鋅，因為稀釋后溶液更稀，不會產(chǎn)生出沉淀，并利用資料大膽猜想，白色沉淀是生成的氯化亞銅，請你幫他

7、設(shè)計驗證方案（若有多個只設(shè)計兩個方案）：預(yù)設(shè)驗證方法猜想的現(xiàn)象與結(jié)論白色沉淀是氯化亞銅指導(dǎo)老師肯定了白色沉淀是氯化亞銅，請結(jié)合資料卡片，寫出銅與足量濃鹽酸在加熱條件下生成無色溶液及氣體的化學(xué)方程式： 根據(jù)交流卡片D，生成沉淀，實際上是一個平衡問題，請寫出這一平衡關(guān)系式（用離子方程式表示） 就銅與濃鹽酸反應(yīng)若還需進(jìn)一步探討，你認(rèn)為還可探究的內(nèi)容有 （只提供一個實驗課題即可）。例4某研究性學(xué)習(xí)小組在研究由Fe2+制備Fe(OH)2的過程中，設(shè)計了如下實驗方案：【實驗設(shè)計】方法一：按照圖1進(jìn)行實驗，容器A中的反應(yīng)開始時，彈簧夾C處于打開狀態(tài)，一段時間后，關(guān)閉彈簧夾C，容器A中的反應(yīng)仍在進(jìn)行。最終在_

8、容器中觀察到白色沉淀，該實驗中涉及到的化學(xué)方程式有： 。方法二：按圖2進(jìn)行實驗，最終在兩極間的溶液中首先觀察到白色沉淀。請從所提供的試劑或電極材料中選擇正確的序號填在橫線上：純水 NaCl溶液 NaOH溶液 四氯化碳 CuCl2溶液 乙醇 Fe棒 植物油 碳棒 a為_，b為_，c為_，d為_。(填序號) 【探究思考】實驗表明上述實驗中出現(xiàn)白色的沉淀會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色或綠色，那么如何解釋出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象呢？（1）甲同學(xué)查閱資料后，得到Fe(OH)2如下信息：資料名稱 物理性質(zhì)描述化學(xué)性質(zhì)描述化學(xué)辭典，顧翼東編，1989年版P637白色無定形粉末或白色至淡綠色六方晶體與空氣接觸易被氧化，將細(xì)

9、粉噴于空氣中，則立即燃燒出火花大學(xué)普通化學(xué)（下冊）傅鷹著P637白色沉淀此沉淀易被氧化成微綠色Fe3(OH)8普通化學(xué)教程（下冊）P788白色能強烈吸收O2，迅速變成棕色Fe（OH）3。這時作為氧化的中間產(chǎn)物為土綠色，其中含有Fe2+、Fe3+。閱讀該資料后，你對上述實驗中出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象的解釋是：_ 資料中提及的微綠色Fe3(OH)8，用氧化物的形式表示可寫成_。（2）乙同學(xué)依據(jù)配色原理：白色和棕色不可能調(diào)配成綠色或灰綠色的常識，認(rèn)為綠色可能是形成Fe(OH)2·nH2O所致。用熱水浴的方式加熱“方法一”中生成的綠色沉淀，觀察到沉淀由綠變白的趨勢。加熱時，“方法一”中彈簧夾C

10、應(yīng)處于_（填“打開”或“關(guān)閉”）狀態(tài)，容器A中的反應(yīng)須處于_（填“停止”或“發(fā)生”）狀態(tài)。寫出該實驗中支持乙同學(xué)觀點的化學(xué)方程式_ 。（3）歡迎你參加該研究小組的討論，請?zhí)岢鲆环N在研究由Fe2+制備Fe(OH)2的過程中，有助于對沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋的實驗設(shè)計新思路。 四、課堂練習(xí)1為探究CO2和NaOH確實發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),某實驗小組的同學(xué)設(shè)計了下列4種實驗裝置,請回答下列問題:(1)選擇實驗裝置(3)，簡述出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象以及產(chǎn)生該實驗現(xiàn)象的原因：_ 。某同學(xué)質(zhì)疑上述所有實驗設(shè)計，該同學(xué)質(zhì)疑的依據(jù)是_ _ 在原實驗的基礎(chǔ)(4)上，請你設(shè)計實驗證明CO2和NaOH肯定發(fā)生了化學(xué)

11、反應(yīng)。_ 。 2某校開展從廢舊干電池中回收碳棒、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物質(zhì)課外研究性學(xué)習(xí)活動，整個過程如下： 干電池工作時正極上的反應(yīng)是NH4+e=NH3+H2，該電極反應(yīng)屬于 反應(yīng)（選填“氧化”或“還原”），MnO2的作用是除去正極上的產(chǎn)物，本身生成Mn2O3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 鋅皮和碳棒的回收：用鉗子和剪子剪開回收的干電池的鋅筒，將鋅皮和碳棒取出，刷洗干凈，將電池內(nèi)的黑色粉末移入小燒杯中。 氯化銨、氯化鋅的提取、檢驗向小燒杯中加入一定量的熱蒸餾水，充分?jǐn)嚢瑁?，所得晶體即為ZnCl2、NH4Cl。設(shè)計簡單的實驗證明所得晶體中含有NH4+和Zn2+，并填寫下列實驗報告。實

12、驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論有關(guān)離子方程式第一步：取少量晶體溶于蒸餾水配成溶液第二步：說明有NH4+第三步：取少許溶液，加適量氨水，將懸濁液分成兩份，一份加稀HCl，一份加足量NaOH溶液。先生成白色沉淀，后沉淀都溶解說明有Zn2+有同學(xué)提出第三步Zn2+的檢驗所得結(jié)論不可靠，其原因是 3某興趣小組為了驗證某種鉛的氧化物(PbxOy)中含有氧元素并測定其化學(xué)式，設(shè)計了如下兩套實驗方案：已 知：Pb4+比Pb2+氧化性更強按實驗方案，填寫下列空白：方案一：按上圖連接好裝置(B中已盛有適量水)，檢查裝置的氣密性。簡述檢查A裝置氣密性的方法 在A中硬質(zhì)玻璃管內(nèi)裝入該鉛的氧化物和炭粉混合 物，B中洗氣瓶內(nèi)裝

13、入足量澄清石灰水。依次點燃A、C兩處酒精燈。若PbxOy中含有氧元素，則加熱一段時間后，B中可能觀察到的實驗現(xiàn)象是： 寫出A中鉛的氧化物和炭粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式(只要求寫一個) 。實驗結(jié)束時，先熄滅C處酒精燈，再取出B中導(dǎo)管，最后熄滅A處酒精燈。如果操作順序相反，可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 方案二：將B、C改為如下圖所示的裝置，在A中硬質(zhì)玻璃管內(nèi)放入 6.85gPbxOy粉末，(裝置氣密性良好)。打開活塞K，通入H2，排盡裝置內(nèi)的空氣后，點燃A處酒精燈， 進(jìn)行反應(yīng)。C裝置的作用是： 。待A中反應(yīng)完全后，停止加熱，仍要繼續(xù)通入H2一段時間，其目的是： 卸下裝置B，稱量，發(fā)現(xiàn)增重0.72g，則該鉛的氧

14、化物化學(xué)式為： 。4飽和氯水與石灰石的反應(yīng)是制取較濃HClO溶液的方法之一。2005年的化學(xué)教育報道了如下實驗研究：實驗一、定性研究：在試管中加入過量的塊狀碳酸鈣，再加入約20mL飽和氯水，充分反應(yīng)，有少量氣泡產(chǎn)生，溶液淺黃綠色褪去；過濾，將濾液滴在有色布條上，發(fā)現(xiàn)其比氯水的漂白性更強；為了確定反應(yīng)產(chǎn)物，將濾液分為三份，分別進(jìn)行以下實驗：第一份與石灰水混合，立即產(chǎn)生大量白色沉淀；第二份與稀鹽酸混合，立即產(chǎn)生大量無色氣體；將第三份加熱，看到溶液變渾濁且有大量無色氣體產(chǎn)生。 經(jīng)檢測，上述實驗中產(chǎn)生的無色氣體均為CO2。請回答：（1） 試解釋可以在飽和氯水中加入石灰石制備HClO的原因 （2）寫出步驟中第一份及第二份濾液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式： 第一份： 。 第二份： 。 （3）試根據(jù)所學(xué)知識推測，在的濾液中含 有的溶質(zhì)，除了溶解的極少量氯氣外，還含有的其它溶質(zhì)為（寫化學(xué)式） 。實驗二、定量研究：在圓底燒瓶底部，有一用塑料網(wǎng)包住的過量塊狀碳酸鈣和150mL飽和氯水，按如圖所示裝置實驗，待不再產(chǎn)生氣泡后，將塑料網(wǎng)中剩余的石灰石提