实验方案的设计与评价.ppt

【典例导析2】 某化学研究小组，通过网上查找资料发现，
N2的制取有下列不同方案：a方案：加热条件下CuO氧化 NH3制得纯净的N2和活性铜粉
b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2 c方案：将空气缓慢地通过灼热的铜粉制得较纯的N2 现实验室有供选择的如下几种仪器来制取N2:
(1)若按a方案制N2时需要的氨气用生石灰和浓氨水作
3.从“安全性”方面对实验方案做出评价 化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：
（1）净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸； （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，气体点燃先验纯等）； （3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，
白磷切割宜在水中等）； （4）防吸水（如实验取用、制取易吸水、潮解、水解
【典例导析1】某兴趣小组设计
出如图所示装置来改进教材中
“铜与硝酸反应”的实验，以
探究化学实验的绿色化。
（1）实验前，关闭活塞b,试管
d中加水至浸没长导管口，塞紧
试管c和d的胶塞，加热c，其目
的是
。
（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分
液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程
式是
。
再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是
。
（3）下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学
理念的最佳方案是
，理由是
。
方案 甲 乙 丙
反应物 Cu、浓HNO3 Cu、稀HNO3 Cu、O2、稀HNO3
（4）该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4＞ Cl2＞Br2。操作步骤为
，
实验现象为
原料制取，则宜采用上述仪器中的
（填A、
B、C……）作NH3的发生器，该发生装置中发生的化
学反应方程式为
，
要制取并收集纯净的N2（允许含有少量水蒸气），还 须使用到上述仪器中的（按气流从左到右的流向顺序
列出）
（填A、B、C……）。
（2）若按c方案制N2，用E装置将空气缓慢通入（填A、
B、C）反应器，反应器内可观察到的现象是
，
该反应的化学方程式为
。
（3）上述制N2的三个方案中，a、c方案结合使用越来越 受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在
5.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，能在较短的 时间内完成实验，且效果明显。
6.经济性：综合考虑原料的用量、价格。 7.创新性：创新性是设计的灵魂。近几年的高考化
学实验题，最显著的特点就是由基础知识、基本 实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计 方案的创新性可从以下两个方面考虑；一是反应 原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、 “速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应 均 可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，
“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线 路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危 害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过 程或方案从以下4个方面进行综合评价： （1）反应原料是否易得、安全、无毒； （2）反应速率是否较快； （3）原料利用率以及合成物质的产率是否较高； （4）合成过程中是否造成环境污染。
ห้องสมุดไป่ตู้
根据现有仪器，考虑题给药品的状态，是否需要加 热等反应条件，所给仪器还有哪些灵活的用途等， 可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂 装置，体现创新精神。
（二）实验方案的评价 对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确 与不准确做出判断。要考虑是否安全合理、有无干扰 现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
丙制取相同质量的Cu(NO3) 2时，耗硝酸分别为：4 mol,
8 3
mol,2
mol，所以丙方案最佳。
答案 （1 （2）Cu+4HNO3(浓)
Cu(NO3) 2+2NO2↑+2H2O
（3）丙 （4）向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向 c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为 黄棕色 没有处理尾气
第3讲 实验方案的设计与评价
要点精讲
要点一 实验方案的设计与评价
（一）实验方案设计的基本要求 1.科学性：实验原理、实验方法和操作程序必须科
学合理。 2.安全性：实验操作要尽量防止带有危险性的操作，
尽量避免与有毒物质接触，若无法避免则应采取 安全措施。 3.环保性：有毒物质必须处理，以防污染环境。 4.可行性：设计的实验方案要切实可行，所选用的 药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到 满足。
；
但此实验的不足之处是
。
解析 加2 mL蒸馏水，浓HNO3的浓度减小，化学反应速
甲：Cu+4HNO3(浓)
Cu(NO3) 2+2NO2↑+2H2O
乙：3Cu+8HNO3（稀） 3Cu(NO3) 2+2NO↑+4H2O
丙：2Cu+O2
2CuO
CuO+2HNO3(稀)
Cu(NO3) 2+H2O
甲、乙分别有污染环境的NO2和NO生成，而且甲、乙、
1.从可行性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在 对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可 行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在 实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个 方面分析：
（1）实验原理是否正确、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）实验效果是否明显等。 2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价
的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）； （5）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冷凝 回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等）；
（6）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却； （7）仪器拆卸的科学性与安全性（也从防污染、防氧 化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）； （8）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方 法使用顺序等）。 特别提醒 近几年高考中,有些省份对实验评价的考查 涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析 处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据 的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据 隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义， 分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据 与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。