2021高考化学一轮复习第10章化学实验基础第3节化学实验方案的设计与评价教学案

第三节化学实验方案的设计与评价化学实验方案的设计1．实验方案的设计原则与要求(1)设计原则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。

(2)基本要求①科学性：科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。

②安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。

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。

2．实验设计的关键热点(1)实验操作顺序装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。

(2)加热顺序选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。

目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。

熄灭酒精灯的顺序则相反。

(3)仪器的连接顺序①涉及气体的一般连接顺序发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。

②一般装置的进出气口a ．洗气瓶：长进短出；b.U 型管：无前后；c.干燥管：粗入细出；d.加热玻璃管：无前后；e.排液量气：短进长出。

注意：仪器连接要注意的问题①安装仪器时：先下后上，先左后右。

②仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。

③净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。

④制备易潮解的物质时，制备装置前、后要连干燥装置。

命题点1 “仪器连接型”实验方案的设计[典例导航1](2019·岳阳模拟)三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。

已知：BCl 3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解①。

实验室制备三氯化硼的原理为B 2O 3＋3C ＋3Cl 2=====△2BCl 3＋3CO (1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气②(不用收集)：①装置B的作用是__________________________，装置C的作用是____________________。

②装置A中发生反应的离子方程式为______________________________________________________________________________________。

(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成③。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→→→→→④→F→D→I；其中装置E的作用是____________________________________________________________________________________________________________________________________。

②实验开始时，先通入干燥的N⑤2的目的是_____________________________________________________________________________________________。

③能证明反应中有CO 生成的现象是___________________________________________________________________________________________________。

④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾⑥，其与水反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________。

[思路点拨] ①根据BCl 3的熔、沸点可确定，BCl 3易液化，可用冷却水冷凝；易潮解，要注意BCl 3制备时水蒸气的影响，气体要干燥。

②干燥纯净的Cl 2制取时注意除杂[杂质HCl 、H 2O(g)]，及除杂的先后顺序为先除HCl 再干燥。

③验证CO 生成，一般是利用CO 与CuO 反应生成CO 2，根据CO 2的存在证明CO 的生成，但要注意CO 2干扰。

④剩余4个装置，题中留有5个装置空白，说明有一装置重复使用。

⑤装置中的O 2要与C 反应，干扰实验，先通N 2排空气，防止O 2干扰。

⑥HCl 在空气中易形成白雾。

[答案] (1)①吸收Cl 2中的HCl 气体 干燥Cl 2[或吸收Cl 2中的H 2O(g)]②ClO －3＋5Cl －＋6H ＋=====△3Cl 2↑＋3H 2O (2)①G E H J H 冷凝BCl 3为液体收集②排除装置中的空气，防止O 2的干扰③装置F 中黑色粉末变为红色，装置D 中澄清石灰水变浑浊④BCl 3＋3H 2O===H 3BO 3＋3HCl“仪器连接型”实验方案设计思路[对点训练]1．(2019·安阳模拟)氨基锂(LiNH2)是一种白色有光泽的结晶或粉末，熔点是390 ℃，沸点是430 ℃，溶于冷水，遇热水则强烈水解。

在380～400 ℃时锂与氨气直接反应可制得LiNH2，下面是实验室制备LiNH2时可能用到的装置图，回答下列问题。

A B C D(1)仅从试剂性质角度分析，下列各组试剂不宜用于实验室制备NH3的是________(填字母)。

A．浓氨水、CaOB．NH4Cl固体、Ca(OH)2固体C．浓氨水D．NH4NO3固体、NaOH固体(2)用(1)中合适的试剂制取的NH3按气流方向自左向右，则图中装置的连接顺序为________________(填接口处字母)，装置A的作用是_________________ __________________________________________________________________。

(3)装置C中仪器的名称是________，盛装的试剂是________。

实验开始后，向X中通入NH3与加热仪器X的先后顺序为____________________。

(4)实验室还可用浓氨水与固体NaOH混合制备氨气，但多次实验表明，此方法收集到的NH3量总是比理论值低许多，其最可能的原因是______________ _______________________________________________________________________________ _________________________________________________________。

(5)氨基锂能与热水反应生成LiOH与一种气体，请推测该气体的成分并用实验验证你的结论：_____________________________________________________________________________________________________________________。

[解析] (1)因NH4NO3受热或撞击易发生爆炸，故不易用NH4NO3固体、NaOH固体制备NH3。

(2)因LiNH2能与水反应，故进入B中的氨气应该是干燥的，又因为氨气无法在B中消耗完且空气中水蒸气也可以逆向进入B，又氨气溶解时可能会产生倒吸现象，故相应的连接顺序为e→f→c→d→h→g→a；装置A中盛放浓硫酸，用于吸收氨气，及防止空气中的水蒸气进入B中。

(3)装置C用于干燥氨气，可以使用碱性干燥剂；由于Li能与空气中氧气反应，故要先通入一段时间的氨气，排尽装置内的空气。

(4)因氨气属于易溶于水的气体，故它在溶液中生成时，溶液中会溶解有相当多的氨气，从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多。

(5)由LiNH2＋H2O===LiOH＋NH3↑推测，气体产物是氨气，可用红色石蕊试纸检测该气体。

[答案] (1)D (2)e→f→c→d→h→g→a(h、g可互换) 盛放浓硫酸，用于吸收未反应的氨气，及防止空气中的水蒸气进入B中导致LiNH2水解(3)干燥管碱石灰先通氨气再加热仪器X (4)因氨气属于易溶于水的气体，故它在溶液中生成时，溶液中会溶解有相当多的氨气，故从而导致进入B中的氨气量比理论值小许多(5)该气体为氨气，取少量试样放入试管中并加入适量热水，再将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，试纸变蓝命题点2 “综合实验装置型”实验方案的分析[典例导航2](2019·郑州模拟)莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，M r＝392]是一种重要的还原剂，在空气中比一般的亚铁盐稳定。

某学习小组设计如图实验方案制备少量的莫尔盐。

回答下列问题：(1)连接装置，检查装置气密性。

将0.1 mol (NH4)2SO4晶体置于玻璃仪器_______中(填仪器名称)，将6.0 g洁净铁屑加入锥形瓶中。

(2)①打开分液漏斗瓶塞，关闭活塞K3，打开K2、K1，加入55.0 mL 2mol·L－1稀硫酸后关闭K1。

A装置中反应的离子方程式为_______________________________________________。

②待大部分铁粉溶解后，打开K3、关闭K2，此时可以看到的现象为__________________，原因是_________________________。

③关闭活塞K2、K3，采用100 ℃水浴蒸发B中水分，液面产生晶膜时，停止加热，冷却结晶、________、用无水乙醇洗涤晶体。

该反应中硫酸需过量，保持溶液的pH在1～2之间，其目的为________________________________。

④装置C的作用为______________________________________________，装置C存在的缺点是__________________________________________________________________________________________________________________。

[思路点拨] (1)实验目的：制备少量莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]。

(2)实验原理：FeSO4＋(NH4)2SO4＋6H2O=== (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。