2021年山东高考化学复习课件：专题二十一 物质的制备 实验方案的设计与评价

7.尾气的处理方法 (1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,需采用
防倒吸 装
置(即在导气管的出气口处连接一倒置的漏斗与吸收剂液面接触)吸收。 (2)对于有毒且易燃的气体,如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精灯, 使CO燃烧转变为无毒的CO2气体,如图1。 (3)对于溶解度不大的尾气,如Cl2、CO2等,可直接将出气管插入吸收剂液面 下吸收,如图2。
适用于不与空气反应且密度比空气⑨ 大 的气体。如O2、CO2、Cl2、 SO2、NO2等。 (3)向下排空气法 适用于不与空气反应且密度比空气⑩ 小 的气体。如H2、NH3等。 4.气体的除杂方法 除杂试剂选择的依据:主体气体和杂质气体性质上的差异,如溶解性、酸碱 性、氧化还原性、可燃性等。除杂原则:①不损失主体气体,②不引入新的 杂质气体,③在密闭装置内进行,④先除易除去的气体。 除杂装置:洗气瓶、干燥管、U形管、硬质玻璃管等。 5.气体的干燥 (1)干燥的原则 干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。
制备实验方案的设计,应遵循以下原则: (1)条件合适,操作方便; (2)原理正确,步骤简单; (3)原料丰富,价格低廉; (4)产物纯净,污染物少。 即从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品,设 计合理的实验装置和实验操作步骤。 4.性质实验方案的设计 (1)探索性性质实验方案的设计 分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推测该物质可能具有的 一系列性质,而后据此分别设计出合理的实验方案,去探索它所可能具有的 性质。
(2)仪器连接的顺序 ①所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。 ②仪器是否齐全。如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的处 理装置。 ③安装顺序是否合理。如气体净化装置中不应干燥后又经水溶液洗气。 ④仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管除 杂质时“大口进,小口出”等。 (3)实验操作的顺序 ①连接仪器。 ②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,检查气密 性的方法要依装置而定。 ③装药品,进行实验操作。
灯、关闭K1。此时装置C的作用是 。
(4)将D装置水槽中的冷水换为热水,把三颈烧瓶中黄绿色气体赶走后,打开
K2,通入NH3,使其与NaClO溶液反应制取肼。理论上通入三颈烧瓶的Cl2和
NH3的最佳物质的量之比为
。
(5)请从提供的下列试剂中选择合适试剂,设计合理的实验方案验证肼的还原
性:
(说明操作、现象和结论)。
(2)验证性性质实验方案的设计 对物质具备的性质去求证,关键是设计出简捷的实验方案,操作简单,现象 明显,安全可行。 (3)研究物质性质的基本方法和程序 研究物质性质的基本方法:观察法、实验法、分类法、比较法等。 研究物质性质的基本程序:观察外观→预测物质性质→实验和观察→解释 及结论。图示如下:
考点清单
考点一 物质的制备
常见气体的制备通常涉及制备气体反应的选择、气体发生装置、集 气方法、干燥方法、气体的除杂,以及常见气体的检验方法、量气方法、 尾气处理等。 1.选择制备气体的反应 一种气体可以由多种反应制得,但只有部分反应适用于实验室制备,这些反 应一般应符合以下几个条件:(1)反应物容易获得,(2)反应条件容易达到, (3)反应容易控制,(4)生成的气体容易分离。 常见气体的制备原理及注意事项如下表所示:
(4)性质步骤及顺序问题 1.化学实验方案设计的思路
2.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、反应是否需要加热及温度是否需要控 制在一定的范围内等,选择合理的化学仪器和药品。 (3)设计装置、步骤 根据实验目的和原理,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 验步骤应既完整又简明。 (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 根据实验观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等方
因制C2H4需将温度控制在170 ℃,所以在气体发生装置中还应有温度计,应 选用图C中右侧的装置。 3.气体的收集方法 根据气体的密度、水溶性及是否与水或空气中的O2等发生反应来确定气 体的收集方法。 (1)排水集气法 适用于难溶于水且不与水发生反应的气体。如O2、H2、NO、C2H4、C2H2 等。排水集气法的优点是收集的气体纯度高、易判断是否集满。 能溶于水但溶解度不大的气体,可采用排某些饱和溶液的方法收集。如Cl2 可采用排⑦ 饱和食盐水 的方法收集,CO2可采用排⑧ 饱和NaHCO3溶液 的方法收集等。 (2)向上排空气法
①酸性干燥剂不能干燥碱性气体。
②碱性干燥剂不能干燥酸性气体。
③具有强氧化性的干燥剂不能干燥具有强还原性的气体。
注:H2、SO2虽具有还原性,但可用浓H2SO4干燥。 (2)常用干燥装置及干燥剂的选用
常用干 燥装置
洗气瓶
干燥管(或U形管)
常用 干燥剂
不可干燥 的气体
浓硫酸(酸性、 强氧化性)
NH3、HBr、 HI等
知能拓展
不同类型综合性实验题的解答思维 1.物质制备型实验题的思维模型
2.定量分析型实验题的思维模型
3.“猜想探究”型实验题的思维模型
例 (2019潍坊期中,18)肼(N2H4,无色液体)是一种用途广泛的化工原料。 实验室中先制备次氯酸钠,再用次氯酸钠溶液和氨反应制备肼并验证肼的 性质。实验装置如图所示
考点二 实验方案的设计与评价
一、实验方案的设计 1.一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有:实验名称、实验 ① 目的 、实验原理、实验用品和实验② 步骤 、实验现象记录,及 ③ 结果处理 、问题和讨论等。 2.实验方案设计的基本要求是:科学性、④ 安全性 、可行性、节约性。 同一化学实验可设计出多种实验方案,选择采用的实验方案应具有效果明 显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点。 3.制备实验方案的设计 制备实验方案的设计,对巩固元素及其化合物知识和掌握各类物质之间的相 互转化关系,全面训练实验技能,培养分析问题和解决问题的能力是有益的。
法,得出正确的结论。 3.设计中的顺序问题 (1)思考问题的顺序 ①围绕主要问题思考。如选择适当的实验路线、方法,所用药品、仪器简 单,实验过程快速、安全,实验现象明显。 ②思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等问题。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 端接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入。 ③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 系。如涉及气体的制取和处理,对这类实验的操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。
①淀粉-KI溶液 ②稀硫酸(酚酞) ③NaHCO3 ④AgCl 解题导引 验证肼的还原性要利用氧化还原反应规律,找到合适的氧化剂,
注意反应的现象要明显。
解析 (1)装置A中生成Cl2,气体中含有HCl,故B的作用为除去Cl2中的 HCl。 (2)由题干已知信息可知,Cl2与NaOH的反应为放热反应,故可通过控制浓盐 酸的滴加速度或控制A处加热温度实现控制D装置中反应温度。 (3)关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯时,分液漏斗中反应未立即停止,还会 继续产生少量氯气,因K1关闭,A、B装置为封闭体系,故C的作用为储存氯 气。 (4)氯气通入D中发生反应:2NaOH+Cl2 NaCl+NaClO+H2O;通入NH3后, D中 发生反应:NaClO+2NH3 N2H4+NaCl+H2O,由两个方程式中NaClO与Cl2、N 2H4的关系可知,通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为1∶2。 (5)若要验证肼的还原性,则需要选择氧化剂,AgCl中Ag+具有氧化性,故可 选用AgCl。
三、实验方案的评价角度 对几个实验方案进行评价,主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不 准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否 安全、有无污染等也是要考虑的。 1.可行性方面 (1)实验方案是否科学可行; (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。 2.绿色化学方面 (1)实验过程中是否造成环境污染; (2)原料是否无毒、安全、易得; (3)原料利用率是否较高;
无水氯化钙 (中性)
NH3
碱石灰 (碱性)
Cl2、SO2、CO2、 NO2、HBr等
6.气体体积的测定 难溶于水且不与水反应的气体,往往用量筒或量气管测定其排出水的体积
(NH3常用排CCl4的方法来测体积),从而确定气体的体积。读数时,要使量 筒或量气管与洗气瓶中的液面高度保持一致,消除水位差造成的误差。常 用装置如下图所示:
答案 (1)圆底烧瓶 除去Cl2中的HCl (2)控制浓盐酸的滴加速度或控制A处加热温度 (3)储存氯气 (4)1∶2 (5)取少量AgCl于试管中,加入肼溶液,固体逐渐变黑,并有气泡产生,说明肼 有还原性
实践探究
1.综合实验大题注重考查对实验原理的理解,对整个实验过程的把握,进而 对实验进行评价。考查内容通常为仪器名称、实验步骤、操作方法、方 程式的推断与书写、物质检验(有干扰)、滴定原理和计算等。 例1 (2019广东广州一模,26)二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料。+4价 的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化。实验室以V2O5为原料合成用于制 备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体,过程如下:
2.气体发生装置 气体发生装置依据制备气体所需反应物的状态和反应条件的不同主要分 为三类,如图A、B、C所示。
(1)固体+固体 气体型(如图A) 适用于制O2、NH3等。 (2)固体+液体 气体型(如图B) 适用于制H2、CO2、NO2、C2H2、NO等。其中可使用启普发生器的有:H2、 CO2。 (3)固体+液体 气体型(或液体+液体 气体型)(如图C) 适用于制Cl2、C2H4等。
4.规范性方面 (1)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⑦ 冷凝回流 装置,如长玻璃管、竖装的干燥管 及冷凝管等); (2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却; (3)仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序; (4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。 5.最佳方案的选择 几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最简 单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。
氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体
回答下列问题:
(1)VOCl2中V的化合价为
。
(2)步骤ⅰ中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该化学方程式
(4)反应速率是否较快。 3.安全性方面 化学实验从安全角度常考虑: (1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸; (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 前先⑤ 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 ⑥ 水 中进行等); (4)污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状物质参加的反应,要注意防止 导气管堵塞; (5)防吸水(如实验取用或制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措 施,以保证达到实验目的)。
已知:Cl2(g)+2NaOH(aq) NaClO(aq)+NaCl(aq)+H2O(g) 当温度超过40 ℃时,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3。 回答下列问题:
ΔH<0;
(1)仪器a的名称是
,装置B的作用是
。
(2)为控制D装置中的反应温度,除用冷水浴外,还需采取的实验操作是 。
(3)当三颈烧瓶中出现黄绿色气体时立即关闭分液漏斗活塞、移去酒精