高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)第一節(jié)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1、新人教版高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)第一節(jié)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)考綱要求 掌握常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法（包括所用試劑、儀器、反應(yīng)原理和收集方法）教材導(dǎo)讀 制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，對(duì)鞏固元素化合物知識(shí)和掌握好各類有機(jī)物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，全面訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力是有益的。 制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下原則： 條件合適，操作方便； 原理正確，步驟簡(jiǎn)單； 原料豐富，價(jià)格低廉； 產(chǎn)物純凈，污染物少。 即從多種路線中優(yōu)選出一種最佳的制備途徑，合理地選擇化學(xué)食品與藥品，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。要點(diǎn)解讀對(duì)于常見氣體的制備應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題1、檢查氣體的純度。點(diǎn)燃或加熱通有可燃性氣體（H2、CO

2、、CH4、C2H4、C2H2等）的裝置前，必須檢查氣體的純度。例如用H2、CO等氣體還原金屬氧化物時(shí)，需要加熱金屬氧化物，在操作中，不能先加熱，后通氣，應(yīng)當(dāng)先通入氣體，將裝置內(nèi)的空氣排干凈后，檢查氣體是否純凈（驗(yàn)純），待氣體純凈后，再點(diǎn)燃酒精燈加熱金屬氧化物。2、加熱操作先后順序選擇。若氣體產(chǎn)生需加熱，應(yīng)先用酒精燈加熱產(chǎn)生氣體的裝置，等產(chǎn)生氣體后，再給實(shí)驗(yàn)需要加熱的固體物質(zhì)加熱。例如用濃硫酸和甲酸共熱產(chǎn)生CO，再用CO還原Fe2O3，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)首先點(diǎn)燃CO發(fā)生裝置的酒精燈，生成的CO趕走空氣后，再點(diǎn)燃Fe2O3的酒精燈，而熄滅酒精燈的順序則相反，原因是：在還原性氣體中冷卻Fe可防止灼熱的Fe再被

3、空氣中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。3、冷凝回流的問(wèn)題。有的易揮發(fā)的液體反應(yīng)物，為了避免反應(yīng)物損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置設(shè)計(jì)冷凝回流裝置。如在發(fā)生裝置安裝長(zhǎng)玻璃管等。4、冷卻問(wèn)題。有的實(shí)驗(yàn)為防止氣體冷凝不充分而損失，需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝氣體（物質(zhì)蒸氣），使物質(zhì)蒸氣冷凝為液態(tài)便于收集。5、防止倒吸問(wèn)題。在某些實(shí)驗(yàn)中，由于吸收液的倒吸，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不良的影響，如玻璃儀器的炸裂，反應(yīng)試劑的污染等，因此，在有關(guān)實(shí)驗(yàn)中必須采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列措施：（1）切斷裝置：將有可能產(chǎn)生液體倒吸的密閉裝置系統(tǒng)切斷，以防止液體倒吸，如實(shí)驗(yàn)室中制取氧氣、甲烷時(shí)，通常用排水法

4、收集氣體，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，必須先從水槽中將導(dǎo)管拿出來(lái)，然后熄滅酒精燈。（2）設(shè)置防護(hù)裝置倒立漏斗式：如圖2甲所示，這種裝置可以增大氣體與吸收液的接觸面積，有利于吸收液對(duì)氣體的吸收。當(dāng)易溶性氣體被吸收液吸收時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)壓強(qiáng)減少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容積較大，導(dǎo)致燒杯中液面下降，使漏斗口脫離液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回?zé)績(jī)?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。肚容式：如圖2乙所示，當(dāng)易溶于吸收液的氣體由干燥管末端進(jìn)入吸收液被吸收后，導(dǎo)氣管內(nèi)壓強(qiáng)減少，使吸收液倒吸進(jìn)入干燥管的吸收液本身質(zhì)量大于干燥管內(nèi)外壓強(qiáng)差，吸收液受自身重量的作用又流回?zé)瓋?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。這種裝置與倒置漏斗很類似。

5、蓄液式：如圖2丙所示，當(dāng)吸收液發(fā)生倒吸時(shí)，倒吸進(jìn)來(lái)的吸收液被預(yù)先設(shè)置的蓄液裝置貯存起來(lái)，以防止吸收液進(jìn)入受熱儀器或反應(yīng)容器。這種裝置又稱安全瓶。平衡壓強(qiáng)式：如圖2丁所示，為防止反應(yīng)體系中壓強(qiáng)減少，引起吸收液的倒吸，可以在密閉裝置系統(tǒng)中連接一個(gè)能與外界相通的裝置，起著自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外壓強(qiáng)差的作用，防止溶液的倒吸。（6）具有特殊作用的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置。防堵塞安全裝置：如圖3所示，為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置（見恒壓式）；為防止粉末或糊狀物堵塞導(dǎo)氣管，可將棉花團(tuán)置于導(dǎo)管口處（見防阻式（I、II）。液封裝置：如圖3所示，為防止氣體從長(zhǎng)頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住

6、一只小試管（見液封式）防污染安全裝置：如圖4所示，灼燒式可用于除尾氣CO；吸收式可用于除Cl2、H2S等；收集式可用于防止有毒氣體進(jìn)入空氣中。（7）拆卸時(shí)的安全性和科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)儀器的拆卸要注意安全性和科學(xué)性，有些實(shí)驗(yàn)為防止“爆炸”或“氧化”，應(yīng)考慮停止加熱或通氣的順序，如對(duì)有尾氣吸收裝置的實(shí)驗(yàn)，必須將尾氣導(dǎo)管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；用氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)應(yīng)先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時(shí)繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才能停止通氫氣，這是為了避免空氣倒吸入加熱區(qū)使銅氧化，或形成可爆氣；拆卸用排水法收集需加熱制取氣體的裝置時(shí)，需先把導(dǎo)氣管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸；拆

7、卸后的儀器要清洗、干燥、歸位。名題導(dǎo)思例1 在沒(méi)有現(xiàn)成的CO2氣體發(fā)生器的情況下，請(qǐng)你選用下圖中的部分儀器，裝配成一個(gè)簡(jiǎn)易的，能隨開隨用，隨關(guān)隨停的CO2氣體發(fā)生裝置。（2）若用上述裝置發(fā)生CO2氣體，而實(shí)驗(yàn)室只有稀硫酸、濃硝酸、水、塊狀純堿、塊狀大理石，比較合理的方案，應(yīng)選用的藥品是_。解析 這是一個(gè)典型的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置習(xí)題。題目要求裝配成一個(gè)能隨開隨用，隨關(guān)隨停的裝置，自然想到啟普發(fā)生器符合該要求。再分析啟普發(fā)生器的三個(gè)組成部分是球形漏斗，容器和導(dǎo)氣管（附開關(guān)）和啟普發(fā)生器隨關(guān)隨停的原理是：關(guān)閉活塞后使反應(yīng)生成的氣體把反應(yīng)液壓回球形漏斗使兩反應(yīng)物脫離接觸從而停止反應(yīng)。由此可從題設(shè)儀器中選擇c

8、、d、e組裝成與啟普發(fā)生器相同原理的如圖裝置，再用鐵架臺(tái)，鐵夾把e固定即可。選用試劑時(shí)要注意，硫酸會(huì)與大理石反應(yīng)生成CaSO4沉淀，附著在CaCO3表面阻止CaCO3繼續(xù)和酸作用產(chǎn)生CO2；塊狀Na2CO3遇酸會(huì)溶解，使制氣裝置起不到隨關(guān)隨停的作用，因此在本題中只能選用大理石、濃硝酸和水。答案 （1）用a、c、d、e。（2）大理石、濃硝酸和水。例2實(shí)驗(yàn)室臨時(shí)需要用NaOH溶液和CO2來(lái)制取純Na2CO3溶液。已知CO2氣體在通入NaOH溶液時(shí)極易因其過(guò)量而生成NaHCO3，且無(wú)明顯現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時(shí)可供選擇的試劑有：未知濃度的NaOH溶液；37鹽酸；40硫酸；14鹽酸；大理石；K2CO3固體；Cu2

9、(OH)2CO3粉末。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有如下儀器：鐵架臺(tái)、啟普發(fā)生器、量筒、燒杯、乳膠管、玻璃導(dǎo)管、分液漏斗。下表所列為有關(guān)物質(zhì)在常溫時(shí)的溶解度（g/100g水）：（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用的儀器，除啟普發(fā)生器、乳膠管、玻璃導(dǎo)管外，還應(yīng)有_。（2）為保證制得的Na2CO3溶液盡量純，應(yīng)選用的藥品除外，還應(yīng)需要_。（3）簡(jiǎn)要敘述實(shí)驗(yàn)步驟，直到制得純Na2CO3溶液（儀器安裝不必?cái)⑹觯?。量取兩份相同體積的NaOH溶液；_；_。（4）根據(jù)給出的溶解度數(shù)據(jù)，若保證在配制過(guò)程中不析出晶體，所用NaOH溶液中含NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最大值是多少（寫出計(jì)算步驟和必要的文字說(shuō)明）。解析 本題為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)考查學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和基本計(jì)算技能。這類題首先分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐迫〖儍鬘a2CO3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O和NaOH+CO2=NaHCO3，兩反應(yīng)均無(wú)明顯現(xiàn)象，其中所隱含的是Na2CO3與NaHCO3、NaOH的關(guān)系：NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O，因而只要有等物質(zhì)的量的NaOH和NaHCO3，即可制得純凈的Na2CO3。然后由原理提出問(wèn)題，從而得出實(shí)驗(yàn)