六单元化学实验方案的设计.ppt

2019/6/18,1,第六单元 化学实验方案的设计,2019/6/18,2,第六单元 化学实验方案的设计,化学实验方案的设计: 是在实施化学实验之前，根据化学实验的目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。,2019/6/18,3,居里（Curie）夫妇正在做实验,2019/6/18,4,C60,美国科学家科尔 (Curl)、 斯莫利 (Smalley)与英国科 学家克罗特(Kroto) 设计了用激光蒸发 石墨，所得碳原子 在氦气氛围中结合 而成球碳原子簇(C60 等）的实验方案。,2019/6/18,5,第一节 制备实验方案的设计,2019/6/18,6,注意：在设计物质的制备实验方案时，必 须对实验条件进行严格、有效的控制。,两瓶未知液，一瓶为硫酸铝溶液， 另一瓶为氢氧化钠溶液，不用其他试剂能否鉴别开？,若以硫酸铝溶液、氢氧化钠溶液来制备氢氧化铝，应如何操作？,想一想,思考,2019/6/18,7,铝及其重要化合物之间的转化关系：,Al,Al2O3,AlCl3,Al(OH)3,NaAlO2,我们现在以铝为原料制备Al(OH)3 ，可通过哪些 途径得到呢？你又能设计出多少种方案？试试看。,2019/6/18,8,以铝屑为原料制备Al(OH)3的可能 途径的推测：,Al3+,Al(OH)3,H+,OH-,1 Al,O2,Al2O3,OH-,AlO2-,H+,Al(OH)3,2 Al,Cl2,AlCl3,OH-,Al(OH)3,3 Al,H+,Al3+,OH-,Al(OH)3,4 Al,CuCl2,AlCl3,OH-,Al(OH)3,5 Al,OH-,AlO2-,H+,Al(OH)3,6 Al,H+,Al3+,Al,OH-,AlO2-,Al(OH)3,7 Al,Fe2O3,Al2O3,H+,OH-,Al3+,AlO2-,Al(OH)3,Al(OH)3,OH-,H+,2019/6/18,9,制备实验方案设计的要求：,1、原理正确 步骤简单 2、条件合适 操作方便 3、原料丰富 价格低廉 4、节省原料 经济实用 5、产物纯净 污染物少,注意：这是物质制备实验的合理要求， 也是评价实验方案优劣的主要依据。,2019/6/18,10,方案一,1、先用 稀硫酸与铝屑反应： 离子方程式：2Al+6H+=2Al3+3H2 2、再用NaOH溶液(或氨水)与所得溶液反应: 离子方程式：Al3+3OH-= Al(OH)3 或: Al3+6NH3H2O= Al(OH)3+3NH4+,Al,Al3+,Al(OH)3,H+,OH-,3,3,2019/6/18,11,方案二,1、先将铝屑与浓NaOH溶液反应： 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 2、再加入适量的稀硫酸（或CO2）： AlO2-+H+H2O= Al(OH)3 2AlO2-+3H2O+CO2=2Al(OH)3+CO32-,Al,AlO2-,Al(OH)3,OH-,H+,1,1,2019/6/18,12,方案三,1、将两份铝屑,分别与稀硫酸、浓NaOH溶液反应： 2Al+6H+=2Al3+3H2 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 2.然后，将得到的两种含铝的盐溶液混合： Al3+ 3AlO2-+6H2O= 4Al(OH)3 ,Al,AlO2-,OH-,1,1,Al3+,Al(OH)3,H+,1/4,3/4,3/4,3/4,2019/6/18,13,从原料消耗方面进行方案评价:,方案一:,方案二:,方案三:,以1molAl生成1molAl(OH)3为标准(单位省略):,2019/6/18,14,生成1mol Al(OH)3耗原料的量：,方法,Al(OH)3,3,3,1,1,3/4,3/4,2019/6/18,15,以铝屑为原料制备Al(OH)3实验方案的设计,OH-,H+,Al Al3+ Al AlO2-,Al(OH)3,最佳途径：,2019/6/18,16,反应流程：,具体实验方案设计P72,2019/6/18,17,制备实验方案设计的一般思路：,可能途径,（科学合理）,（综合评价）,（周密严谨）,（全面细致）,2019/6/18,18,讨论设计制取苯甲酸甲酯的实验方案,实验目的：,实验原理：,实验用品：,实验名称：,1、明确酯化反应的原理，理解酯化反应的可逆性。 2、掌握有机物制备中常用的操作方法。,苯甲酸与甲醇在浓硫酸作用下生成苯甲酸甲酯。,制取苯甲酸甲酯,2019/6/18,19,讨论,相关资料,2019/6/18,20,2019/6/18,21,具体的实验方案设计内容：,问题和讨论：,实验名称：,实验目的：,实验原理：,实验用品：,实验步骤：,实验现象及结果处理：,2019/6/18,22,科学性,安全性,可行性,简约性,设计化学实验时，应遵循四个基本要求：,（即实验原理、操作程序和方法必须正确）,（即用药及操作要注意安全，注意环境保护等问题）,（要满足中学现有的实验条件） ）,（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等）,2019/6/18,23,实验名称：硫酸亚铁晶体的制备 实验目的：1.体验制备实验的设计过程，了解实验方案设计的一般思路。 2.以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁 实验原理：铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁。 实验用品：托盘天平、烧杯、漏斗、玻棒、铁架台(含铁圈、铁夹)、石棉网、酒精灯、打火机、滤纸、温度计、铁粉、稀硫酸、NaOH溶液。,设计实验,以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁,2019/6/18,24,实验步骤：,称取一定量铁屑（m1）加入氢氧化钠溶液洗2次，充分搅拌，过滤，并将滤纸上的铁屑转移到小烧杯中，滤纸用少量的水冲洗。 在烧杯中倒入适量稀硫酸，以稀硫酸浸没铁屑为准，采用水浴控制温度，小心加热(不要煮沸，保持温度在50C80之间)，加热时间应稍长，使反应充分，直到只有极少量气泡发生，同时溶液呈浅绿色为止(这时烧杯底部仍应留有少量铁屑)。,2019/6/18,25,实验步骤：,用少量热水通过过滤器，提高过滤器的温度，可防止硫酸亚铁溶液在漏斗中析出晶体，然后将溶液趁热过滤，将滤液转入小烧杯中，静置，冷却，结晶，可观察到滤液冷却并生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象(最好能盖住烧杯口，防止空气进入，氧化硫酸亚铁) 。 待结晶完毕后，取出晶体，用少量水洗涤23次，再用滤纸将晶体吸干，称重（m2） 。 将制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中，密封保存，备用。,2019/6/18,26,以废铁屑和废硫酸为原料制备硫酸亚铁,实验结果处理：,2019/6/18,27,1工业废铁屑常沾有油污，应先除去油污。去除废铁屑上的油污最好用热碱液洗2次，并用玻璃棒搅拌，然后再用蒸馏水冲洗以除净油污。,2硫酸浓度的选择至关重要，如果太稀，反应速率慢，时间较长，而且不易观察到晶体析出的现象；如果太浓，过滤时漏斗中有大量晶体存在，不利于过滤，而且在滤液下流过程中就产生晶体，将无法清晰地看到随同滤液冷却逐渐析出硫酸亚铁的过程。,实验注意事项：,2019/6/18,28,3由于废铁屑表面有铁锈，会与硫酸反应生成硫酸铁。因此，实验时可向反应溶液中加入洁净的废铁屑，使硫酸铁被过量的铁还原为硫酸亚铁。,4利用重结晶方法精制硫酸亚铁时，为增大硫酸亚铁的溶解量，可给溶液加热至5080；为减少过滤时硫酸亚铁的损失，应将溶液趁热过滤。,5结晶出来的晶体所附着的水不能用加热的方法除去，只能用滤纸将晶体吸干。,2019/6/18,29,【本课小结】 1物质制备方案的设计，首先要弄清物质制备的原理（关键），从原理为切入点设计方案,方案一般包括：,实验名称、目的、原理、用品、步骤、现象记录及结果处理。,2针对一个实验，可以设计出多种方案，要会得对每个方案进行科学的评价，评价可从以下几个方面进行：,理论上要科学。操作上要简单可行，安全。原料用量要节约。要环保，符合绿色化学原则。,2019/6/18,30,练习 以铜、硝酸、硝酸银、水、空气等为原料， 可用多种方法制取Cu(NO3)2 。 （1）试设计四种制取Cu(NO3)2 的途径（用化学方程式表示）。 （2）从“绿色化学”角度（环境保护和经济效益）考虑，大量制取Cu(NO3)2最宜采用上述哪种方法？ 并说明原因。,2019/6/18,31,2019/6/18,32,（2）大量制取Cu(NO3)2 应该采用方法四，其原因是方法一和方法二会产生大量污染气体NO和NO2，且HNO3的利用率达不到100%； 方法三中 AgNO3价格很高，使生产成本昂贵；方法四从理论上分析，不会造成环境污染，而 且Cu和 HNO3的利用率均可达100%。,2019/6/18,33,巩固练习：,1 实验室制备Al2S3，下列方案可行的是 （ ） A 将AlCl3溶液与Na2S溶液混合。 B 将H2S气体通入Al2（SO4）3溶液中。 C 将Al（NO3）3固体与K2S固体混合。 D 将金属铝与硫磺混合加热。,D,2019/6/18,34,三、常见气体的实验室制法,反应原理,发生装置,净化干燥,收集或反应,尾气处理,2019/6/18,35,CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O,1、几种常见气体的实验室制取原理,2KClO3 2KCl+3O2,2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2,2H2O2 2H2O+O2,2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O,NH3H2O NH3+H2O,CH3COONa+NaOH Na2CO3+CH4,FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S,Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2+H2O,2019/6/18,36,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,CaC2+2H2OCa(OH)2+CHCH,MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O,NaCl(固)+H2SO4(浓) NaHSO4+HCl,NaCl(固)+NaHSO4 Na2SO4+HCl,C2H5OH CH2=CH2+H2O,Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2,2019/6/18,37,反应物的状态和反应条件,气体发生装置的基本类型,A、S+S（加热）,C、S+l 或 l+l（不加热）,B、S+l 或 l+l（加热）,气体发生装置的选择原则：,2、气体发生装置的选择,2019/6/18,38,可用于制备O2、NH3和CH4,注意事项： （1）试管口应略向下倾斜 （2）试管夹夹在试管的中上部; （3）药品应平铺于试管底部 （4）导管不宜伸入试管过长 （5）实验开始时先检验装置的气密性 （6）加热时，先预热且应用外焰加热,试管 导管 酒精灯 铁架台,（1）、S+S（加热）,2019/6/18,39,(2)、S+l 或 l+l （加热）,主要仪器： 圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯;铁架台、石棉网、双孔塞,操作步骤： 连接仪器 检查气密性 装入药品（先固体后液体） 打开旋塞放下液体再加热,能制取：NO、HCl、Cl2、SO2 、CO 、C2H4等,2019/6/18,40,(3)、S+l 或 l+l （不加热）,主要仪器： 圆底烧瓶、分液漏斗、双孔塞、铁架台,能制取：CO2、H2S、NO2、H2、C2H2等,2019/6/18,41,发生装置的变异,2019/6/18,42,3、气体的净化和干燥,（1）选择净化试剂 A、一般原则： 只与杂质反应，不能与被提纯的物质反应； 不能用气体来除去气体中的杂质，试剂与杂质反应时，不产生新的气体； 最理想的方法是将杂质也转化成被提纯的物质。 例如：CO2(SO2)；CH3CH3(CH2=CH2)；CO2(CO),一般思路：选择试剂、确定顺序、选择装置,2019/6/18,43,B、选择净化试剂的思路,易溶于水的气体杂质可用水来吸收； 如：Cl2(HCl);CO2(HCl) 酸性杂质可用碱性物质吸收； 如:C2H2(H2S) 碱性杂质可用酸性物质吸收； 如:CO2(NH3) 水分可用干燥剂来吸收； 能与杂质反应生成非气体的也可用作吸收剂。 如:C2H2(H2S),2019/6/18,44,（2）、干燥剂的选择,a 、酸性干燥剂：,浓H2SO4、P2O5。硅胶,可干燥酸性或中性气体：,CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、 CH4 ,不能干燥碱性气体；浓硫酸不能干燥还原性气体,b、碱性干燥剂：,生石灰、固体烧碱、碱石灰,可干燥碱性或中性气体：,NH3、H2、O2、CH4,不能干燥酸性气体,c、中性干燥剂：,固体CaCl2 、,几乎可以干燥所有气体，,但CaCl2不能干燥NH3,2019/6/18,45,（3）、气体净化与干燥的顺序,若用溶液做净化试剂：,应先净化后干燥 如:Cl2(HCl、H2O),若用固体在加热条件下作净化试剂：,应先干燥后加热净化 如：N2(O2、H2O),与净化试剂的状态和条件有关,2019/6/18,46,看试剂的状态和反应条件,（4）、净化、干燥装置的选择：,长进短出,大口进小口出 (用棉花防堵塞),液体试剂,固体试剂,固体试 剂加热,可用U形管,2019/6/18,47,吸收装置的变异,2019/6/18,48,4、气体的收集,（1）向上排气法：,Cl2、HCl、CO2、SO2、H2S、NO2、O2,主要用于收集比空气重的气体,装置图：,注意事项：,导气管应尽可能伸入集气瓶底部,在瓶口放一块玻璃片或棉花，防止瓶外空气向瓶里扩散（防止形成对流）,收集完毕后应缓缓撤出导管，再盖上玻璃片，将集气瓶正放在实验桌上 保存时为防止漏气，可在瓶口外沿涂抹凡士林,2019/6/18,49,（2）向下排气法：,H2、CH4、NH3,主要用于收集比空气轻的气体,装置图：,注意事项：,与向上排气法相同,2019/6/18,50,（3）排水法：,H2、CH4、C2H2、C2H4、CO、NO、O2、N2,用于收集难溶于水的气体,装置图：,注意事项： 某些可溶性气体，不能用排水法但可以用排液法收集 操作要点,何时开始收集气体？,如何停止制取和收集气体,如何从水槽中取出集气瓶？,2019/6/18,51,收集装置的变异1,2019/6/18,5