解化学实验方案设计题的基本思路

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  化学实验方案的设计题型的特点是利用已知的仪器装置,要求根据实验目的或给出的药品,将气体制备、除杂提纯或设计操作程序与仪器连接、定量计算结合起来,考查学生设计实验、基本操作、数据处理的能力或评价实验方案优劣的能力。
  解题的基本思路可总结为以下几点:
  一、仔细审题明确实验目的,找出实验的关键;
  二、根据实验的目的,选择好药品和装置,设计好实验的步骤。在这一步,还要注意药品是否多余或欠缺,装置仪器是否多余,题目有无特殊要求。
  三、综合运用基本操作和基本原理,将实验连成一个整体。
  1.装置的排列规律一般为:气体的发生装置→气体的除杂装置→气体的干燥装置→主体实验→尾气的处理。
  (1)若采用洗气装置除杂,一般洗气在前,干燥在后;若采用加热装置除杂,一般干燥在前,除杂在后。
  (2)尾气处理的方法:有毒、有害气体利用溶液或固体物质吸收(如Cl2、CO2用NaOH溶液吸收)或点燃(如CO,也可用塑料袋收集起来)。无毒气体可以直接排入空气中。
  (3)各仪器的接口在连接时,要注意:洗气装置导管要长进短出,干燥装置导管要大进小出,量气装置导管要短进长出。
  (4)要注意到多种杂质的除杂顺序和多种物质检验时的顺序。例如,要检验H2的燃烧产物H2O和CO的燃烧产物CO2,就必须先检验H2O,再检验CO2
  (5)要注意某一装置的重复使用。
  (6)要注意多余装置的筛选。
  2.操作顺序的规律是:装置的连接→气密性的检查→装固体药品→加液体药品→放上酒精灯→固定装置→加热进行实验。
  (1)加热操作:主体实验加热前一般是先通原料气赶走空气后,再点燃酒精灯,目的是防止发生爆炸(如用H2、CO还原CuO)或保证产品的纯度(如用Cl2与Cu反应制CuCl2),不排出空气,就会生成CuO。
  (2)实验结束时,排水法收集气体(或通入溶液中反应时)要先把导管拿出水面,后熄灭酒精灯,以防止发生水的倒吸而炸裂仪器;还要注意到先灭后关,如用H2还原CuO时,要先熄灭加热CuO的酒精灯,待Cu冷却后再关掉通H2的导气管,防止高温的铜又被空气中的氧气氧化。
  例题:水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气体,其主要成分是CO和H2,还含有CO2和水蒸气。请用下列装置(甲、乙、丙、丁、戊)设计一个实验,确认上述混合气体中含有CO和H2
  


  (1) 连接上述装置的正确顺序是(填各接口的代号字母)
  混合气--( )( )接( )( )接( )( )接( )( )接( )
  (2)确认混合气体中含有H的实验现象,其理由是______________________________。
  (3)确认混合气体中含有CO的实验现象,其理由是______________________________。
  (4)使剩余的CO气体不直接排入大气,避免污染环境的措施是____________________。
  解析:这是一道典型的实验设计题,要求用题中给出的仪器装置和药品设计一个简单实验,确认水蒸气通过灼热的煤时产生的混合气体中含有CO和H2 。而CO、H2都是无色、无味的还原性气体,按照它们的性质和题中给出的装置与药品,实验时应使这两种气体在加热的条件下跟CuO反应,将它们转化为CO2和H2O(气),再用已给的澄清石灰水和无水CuSO4来检验,从而达到确认的目的。
  由于原来混合气体中也含有CO2和水蒸气,因而,将混合气体跟CuO加热反应前,必须先除悼混在其中的CO2和水蒸气。然而,因为除CO2是利用混合气体通过NaOH溶液来进行,此过程又会将溶液中的水分带出来混入其中。所以在安排除去原混合气体中CO2和水蒸气的先后顺序时,必须先除CO2,后除水蒸气。即“先洗气,后干燥”的原则。
  装置排列规律一般遵循:气体的发生→除杂→干燥→反应或收集→尾气处理这一主线。
  整个实验的操作顺序是:先让混合气体通过NaOH溶液除去CO2,再通过浓硫酸除去水蒸气,然后通过灼热的CuO,又依次通过无水CuSO4、澄清石灰水。若无水CuSO4变蓝色,澄清石灰水变浑浊,证明产物中有水和CO2生成。因而,可进一步确认,通过灼热的CuO中的气体中含有CO和H2
  接口连接顺序规律:接口连接时,吸收装置应“长进短出”(深入浅出),在洗气瓶中进气管应长,使杂质充分吸收,而导出管应短,有利于气体导出。气体通过球形干燥管装置应“大进小出”。
  答案:
  (1)混合气体→(e)(f)接(d)(c)接(a)(b)[或(b)(a)]接(j)(i)接(h)(g);
  (2)黑色CuO变红,无水硫酸铜变蓝。
  理由:H2通过灼热的CuO后生成红色的Cu和水蒸气,水蒸气使无水CuSO4变蓝。
  (3)使澄清石灰水变浑浊。
  理由:混合气体通过NaOH溶液后已无CO2,因而使澄清石灰水变浑浊的只能是CO和CuO反应生成的CO2
  (4)在g出口处点燃,让CO完全燃烧,不污染环境。
  思路是解题的指向和答题的前提,有了解题思路,就懂得了一类题的解决办法。能够解决一类题,就熟练掌握了一类考点。在教学中经常这样总结,能提高教学效率和增强学生的解题能力,在复习中常这样分类总结,更能有的放失,直达考点,突破难点。
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