1、化学实验三综合化学实验设计与评价【同步教育信息】一. 本周教学内容化学实验部分（三）综合化学实验设计与评价二. 知识重点1. 综合实验设计的基本原则是：实验原理的科学性、安全性、简约性、直观性2. 综合实验设计的评价：方案的可制性及优劣3. 综合实验的创新设计及基本实验原理的灵活应用4. 装置的改进及一般实验装置的归纳（1）制备气体的发生装置 （2）气体的净化和干燥（3）气体的收集方法（4）尾气的处理装置 （5）安全瓶 （6）气体体积的测量 （7）喷泉实验装置的设计5. 解题的基本思路明确目的弄清原理具体设计数据处理【典型例题】例1 铝粉是铝热剂的主要成份之一，常用铝锭制得的铝粉中含有少量的和
2、，用如图所示的装置（甲乙管用橡皮管连接可上下移动）测定铝粉中金属铝的含量，其方法是：用硫酸或氢氧化钠溶液与样品作用，通过产生的气体体积计算样品中金属铝的含量，根据实验原理回答下列问题：（1）如何检验此装置的气密性 。（2）从硫酸和氢氧化钠溶液两种试剂中挑选，应选用 较好，理由是 。（3）装置中导管a所起的作用是 。A. 保证实验装置不漏气 B. 使分液漏斗中的液体顺利滴下C. 减少气体体积测定的误差（4）为了较准确测量产生的气体体积，在反应前后读取甲管液面的读数时应注意 。A. 反应前读取甲管液面数据时应使甲、乙中液面保持水平B. 反应后读取甲管液面数据时应使甲、乙中液面保持水平C. 反应后读
3、取甲管液面数据时，甲、乙两管液面无须保持水平D. 反应后立即读取甲管液面数据，防止液面变动E. 反应后静止置一会，待反应器恢复原来温度后再读取数据解析：该题的实验目的是测定铝粉中金属铝的含量，且通过产生气体的体积经计算求出是一道定量题，要求实验的准确性。（1）凡是有气体参加和生成的实验，都必须检验装置的气密性，根据气密性检查的方法。该题应采用注水法液封法，关闭分液漏斗的旋钮向乙中注水。并记下液面位置，静置一段时间后，看液面是否下移，若仍维持液面高度则气密性良好。（2）由于样品中含有SiO2，不与硫酸反应，不能确定铝是否反应完全（有部分铝会包裹在SiO2中，使实验结果产生一定误差，则应选择NaO
4、H，使样品全部溶解，Al可充分反应，减少误差。）答案：（1）向乙中注水，使之与甲产生液面差，记下乙中液面位置，静置，乙中液面不下移，即可。（2）NaOH；可使样品全部反应，减少误差。（3）B（4）AE例2 四氯化钛是无色液体，沸点为136，它极易水解，遇空气中水蒸气即产生“白烟”（）。四氯化钛可由与发生置换反应而制得（不与HCl反应）。此反应在1000高温下进行得很慢，但如果有炭粉存在时，只要650850反应便可顺利进行。下面是某同学设计的实验室制备装置：请回答：（1）A装置中反应的化学方程式是 。（2）B装置中的试剂为 ，其作用是 。（3）C装置中的反应方程式为 。（4）D装置中冷凝水的方向
5、为 进 出，该装置的作用为 。（5）E装置中NaOH溶液的作用是 。（6）请指出装置的缺陷和不妥之处，并进行改进 。解析：根据题，该信息和实验装置可知（1）A装置中发生的是实验室制Cl2的反应。因TiCl4“极易水解，遇水蒸气产生白烟”可推知B装置中应为干燥剂浓H2SO4。又由题中“TiCl4可由TiO2与Cl2发生置换反应而制得”信息可完成（3）问。并根据竖直使用冷凝管的原理，可得冷凝水的进、出方向。由于产生的Cl2不会完全消耗，必须在实验后吸收，防污染环境。缺点在于E装置无排空气孔，D、E间缺干燥器。答案：（1）（2）浓H2SO4；吸放Cl2中水蒸气（3）（4）a、b；使TiCl4冷凝回流
6、进入D（5）吸收Cl2（6） E装置无排气孔，应在胶塞上加一支玻璃导管，与大气相通。 D、E间应加干燥装置【模拟试题】1. 证明CH3COOH为弱酸，现有药品和仪器；冰醋酸，蒸馏水、pH试纸，请你设计实验证明：（1）设计的理论依据是 ；（2）简要步骤是： ；（3）需要记录的数据是 ；（4）分析推断：由于 ，说明 ，所以CH3COOH是弱酸。2. 现有酚酞试液、石蕊试液、0.1mol/L氨水、35%盐酸、0.1mol/L盐酸、氢氧化钙固体和蒸馏水，请应用化学平衡知识设计一个实验（只限于选用上述试剂），证明氨水为弱碱，简述方法，并写出有关的离子方程式。3. 剪约6cm长、2cm宽的铜片、铝片各一片
7、，分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上（间隔2cm），将铜片与铝片分别和电流表的“+”、“”端相连接，电流表指针调到中间位置。取两个50mL的小烧杯，在一个烧杯中注入约40mL的浓硝酸，在另一只烧杯中注入40mL 0.5mol/L的硫酸溶液。试回答下列问题：（1）两电极同时插入稀硫酸中，电流表指针偏向 （填“铝”或“铜”）极，铝片上电极反应式为 ；（2）两电极同时插入浓硝酸时，电流表指针偏向 （填“铝”或“铜”）极，此时铝是 （填“正”或“负”）极，铝片上的电极反应式为 。4. 某校化学课外活动小组利用下面所提供的仪器装置和药品制取NaHCO3溶液，设计如下实验。实验室提供的药品、仪器装置如下
8、： 2% NaOH溶液； 稀HCl； 稀H2SO4； 饱和KHCO3溶液； 浓H2SO4； CaCO3固体； K2CO3粉末仪器装置（如图所示）请根据题目要求回答下列问题：（1）请按下表要求，填写选择的装置和药品。 分项 内容CO2发生装置（随开随用，随关随停）（X）除杂洗气装置（Y）制备产品装置（Z）选择的装置（填序号）c选择的药品（填序号）（2）如何检验所选择的CO2发生装置（X）的气密性，请写出主要操作过程： 。（3）将装置按X、Y、Z顺序连接并检查气密性后，当加入药品实验时，X装置中发生化学反应的离子方程式为 ，Y装置中除去的杂质为 。（4）常温下，向Z装置的NaOH溶液中通入过量CO
9、2气体，其原因是 ；通入过量CO2后，Z装置内的溶液中离子浓度大小顺序为 ；若要保证Z装置中不析出晶体（不考虑过饱和溶液问题），NaOH溶液浓度不能超过 %（质量分数）。附：有关物质在常温（20）时的溶解度化学式Na2CO3NaHCO3NaOHNaClNa2SO4溶解度（g/100g H2O）21.39.6010735.819.45. 工业制纯碱时的第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳之间的反应，获得碳酸氢钠晶体，第二步是利用碳酸氢钠制取纯碱。第一步的反应原理可以用以下的两个化学方程式表示，两个反应的总结果是放热反应。某校学生化学活动小组欲在实验室中模拟制纯碱的第一步过程，以获得碳酸氢钠晶体。
10、可供选择的试剂有：盐酸、的硫酸、浓氨水、氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰。该小组学生设计的最简单的实验装置如图：（1）图中空中A处所用装置是（从装置I、II中选择） 。（2）请写出图中A、B、C、D处各仪器中盛放试剂的名称：A ，B ，C ，D 。（3）装置D的作用是 。（4）辅导教师指出要获得较多量的碳酸氢钠晶体，此套装置还有不足之处，请说明其原因并加以改进。（5）利用本题所提供的试剂（只限一种）及试管、酒精灯等主要仪器，通过简单实验判断该实验得到的产品是碳酸氢钠晶体，而不是碳酸氢铵或食盐晶体，简述操作过程、现象及结论。6. 某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是N
11、O而设计了一个实验。其装置如图（加热装置和固定装置均已略去）。图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器，D是尾气处理装置（兼防倒吸功能）。请回答下列问题：（1）设计装置A的目的是 ；为达此目的，应如何操作 ；A中反应的化学方程式为 。（2）在（1）的“操作”后将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是 ；B中反应的离子方程式是 。（3）装置E和F的作用是 ；为实现此作用，其操作方法是 。7. 草酸晶体（H2C2O42H2O）与浓硫酸共热可制得CO气体，化学方程式为： 某学生用草酸晶体（H2C2O42H2O）与浓硫酸共热所得到的气态产物进行实验，以验证CO的还原性及其被
12、氧化后的产物。（1）该学生所设计的实验装置如图，回答有关问题： 上述实验装置中三个洗气瓶分别盛有澄清石灰水、氢氧化钠溶液、浓硫酸，则甲应盛 ，其作用是 ；乙应盛 ，其作用是 。 丙装置中能说明CO具有还原性的实验现象是 。反应的化学方程式是 。 丁装置的作用是 。（2）在实验过程中，该学生发现应对上述实验装置进行一些改进，才能保证实验的科学性和安全性，请回答下列问题： 为确证通往玻璃管的CO气体中已除去CO2，可在甲和乙之间连接 。（填装置序号） 在装置丙和丁之间连接b装置，其作用是 。 为了防止余气的实验室或环境造成污染，可在装置丁后连接 。（填装置序号）8. 某同学运用已有的Na2O2和C
13、O2反应的知识进行迁移，认为Na2O2也可和SO2反应，反应式可能为：，为此设计如下一套装置，来验证Na2O2和SO2的反应产物。如图安装仪器，检查装置气密性后添加药品并滴入适量浓硫酸，回答下列问题：（1）点燃处酒精灯，不久，观察到处产生大量气体；处两通管管壁发热，管内药品的颜色变化为 色逐渐变为 色。（2）在反应过程中如何用较简便的操作证明反应产生了O2？ （3）处用排水法收集气体，从什么现象可证明收集的气体中已不含SO2? （4）待反应结束后，取两通管内少量固体，装入试管中，加水溶解时未产生气体，如何证明产物中有Na2SO3？ （5）待反应结束后，取两通管内少量固体，装入试管中，加入足量盐
14、酸溶液，再加入氯化钡溶液，有白色沉淀生成，试分析产生沉淀的原因。 【试题答案】1. （1）因弱电解质的电离程度随溶液浓度减小而增大。因此当把弱电解质稀释10n倍时，溶液pH改变值小于n；（2）将冰醋酸溶于蒸馏水中，用水稀释10n倍用pH试纸测定稀释前后pH；（3）稀释的倍数和前后的pH；（4）溶液稀释10n倍后，溶液的pH改变值小于n，说明稀释后醋酸电离程度增大。2. 取0.1mol/L的氨水和0.1 mol/L的盐酸等体积混合并振荡，再滴入紫色石蕊试液，显红色，证明氨水是弱碱，3. （1）铝； （2）铜；正；4. （1） 分项 内容CO2发生装置（随开随用，随关随停）（X）除杂洗气装置（Y）
15、制备产品装置（Z）选择的装置（填序号）fbc选择的药品（填序号）（2）塞紧单孔塞，关闭开关，往烧杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸没在水中，如果干燥管内外液面有一定高度差，说明装置的气密性良好。（其他合理方法也可）。（3），（4）使溶液中的NaOH完全转化为NaHCO3；4.40%（或4.39%或4.41%）5. （1）II（2）A. 石灰石、6 mol/L盐酸（由漏斗加入）B. 蒸馏水（或水） C. 被氯化钠饱和的氨水 D. 6 mol/L硫酸（3）吸收从C中浓氨水逸出的NH3，减少对环境的污染。（4）由于反应的总结果是放热的，即：，且反应有一定可逆性，应降低温度，使上述反应平衡右移，提高N
16、aHCO3的产量。在装置C处加水（冰水）冷却装置。（5）略6. （1）利用生成的CO2将整个装置内的空气赶尽，以排除对Cu与稀HNO3反应气体产物观察的干扰；打开K，当装置C中产生白色沉淀时，关闭K；（2）铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上仍为无色，溶液变为蓝色；（3）验证无色气体为NO；将注射器F中的空气推入E中7. （1） NaOH溶液；吸收CO2；浓H2SO4；吸收H2O 玻璃管中红色固体变黑； 验证CO氧化产物是CO2（2） C 防止丁中的液体倒吸 a8. （1）淡黄；白（2）打开处U型管a处橡皮塞，插入带火星的木条，如果复燃，说明产生了O2（3）处品红溶液不褪色，说明氧气中不混有二氧化硫（
17、4）向该溶液中加入稀盐酸，有气体产生。（5）由于过氧化钠有氧化性，反应过程中有部分亚硫酸钠被氧化为Na2SO4，和BaCl2反应产生难溶于盐酸的BaSO4。【励志故事】谷仓里的金表一个农场主在巡视谷仓时不慎将一只名贵的金表遗失在谷仓内，他遍寻不获，便在农场门口贴了一张告示，要人们帮忙，悬赏100美元。人们面对重赏的诱惑，无不卖力地四处翻找，无奈谷仓的谷粒成山，还有成捆成捆的稻草，要想在其中找寻一块金表，如同大海捞针。人们忙到太阳下山仍没有找到金表，他们不是抱怨金表太小，就是抱怨谷仓太大、稻草太多。他们一个个放弃了100美元的诱惑。只有一个穷人家的小孩在众人离开之后仍不死心，努力寻找，他已经整整一天没吃饭了，希望在天黑之前找到金表，解决一家人的吃饭困难。天越来越黑，小孩在谷仓内坚持寻找，突然他发现一切喧闹静下来后有一个奇特的声音，那声音“嘀嗒、嘀嗒”不停地响着。小孩顿时停止寻找。谷仓内更加安静，嘀嗒声响得更清晰了。小孩循声找到了金表，最终得到了100美元。成功的法则其实很简单，而成功者之所以稀少，是因为大多数人认为这些法则太简单，没有坚持，不屑于去做。这个法则叫执著。成功如同谷仓内的金表，早已存在于我们的周围，散布于人生的每个角落，只要执著地去寻找，专注而冷静地思考，我们就会听到那清晰的嘀嗒声。
