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第36讲化学实验探究
基础必备基础不牢地动山摇
必备一、化学实验方案的设计
@基础盘点
1.化学实验设计的内容
一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:
(1)实验目的;(2);(3)(药品、仪器、装置、设备及规格);(4)实验装置图、实验步骤和操作方法;(5)注意事项;(6)实验现象、数据记录及结论处理;(7)问题和讨论。
2.化学实验设计的基本要求
(1)科学性:实验原理、实验操作和方法必须正确。
(2)安全性:实验设计时尽量避免使用有毒药品和进行有危险性的实验操作。
(3)可行性:实验设计应切实可行,所用药品、仪器、设备和方法等在中学实验条件下能够得到满足。
(4)简约性:实验设计方法简单,操作方便。尽量采用简单的实验装置,用较少的试剂,并能在较短的时间内完成实验,实验现象明显。
(5)环保性:对有毒有害的物质必须处理,以免产生环境污染。
(6)经济性:综合考虑原料的用量和价格。
3.化学实验方案设计的基本思路
(1)根据实验的目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品;
(2)根据实验的特点,设计实验装置,画出装置图;
(3)根据实验的要求,设计可行的操作步骤和观察重点,分析实验中的注意事项;
(4)实验过程中记录现象、数据,分析得到的结论,实验结束后应写出完整的实验报告。
4.实验方案的设计思路
(1)制备实验方案设计
根据所给原料和所需要制备的物质出发,根据化学反应原理列出可能的几种制备方法和途径,从方法是否可行、装置和操作是否简单、是否经济和安全等进行综合分析比较,从中选出最佳实验方法,在制订具体的实验方案时,还应注意对实验条件严格、有效的控制。
制备实验方案的设计,对巩固元素化合物知识和掌握好各类有机物之间的相互转化关系,全面训练实验技能,培养分析问题和解决问题的能力都是非常有效的。
(2)性质实验方案的设计
一是性质性实验,主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质,而后据此设计出合理的实验方案,去探索它所可能具有的性质。二是性质性实验,主要是对物质具备的性质去求证,关键设计出简捷的实验方案,操作容易,简便易行,现象明显,且安全可靠。
(3)综合实验方案的设计
综合实验设计的思维过程:根据“实验原理→反应物→仪器装置→现象→结论”依次进行联想,如:①实验是根据什么性质和原理?实验目的是什么?②所用反应物名称、状态、替代物(根据实验目的和相关的化学反应原理,进行全面的分析和推理,并合理选择)。③有关装置:性能、使用方法、适应范围、注意事项、是否有替代装置可使用、仪器规格。④有关操作:技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。⑤实验现象:自下而上,从左到右全面观察。⑥实验结论:直接结论,导出结论。
一套完整的实验装置往往是由多个基本的实验装置相互连接而成的。如有关气体的制备实验组合装置的连接顺序一般为:
气体发生装置→除杂装置→干燥装置→主体实验→尾气处理
注意问题:①干燥与除杂:气体在干燥和除杂时,若采用溶液除杂,则先后;若采用固体吸收剂常温除杂,则根据题意而定。
②尾气处理:有毒气体常采用溶液(或固体)或点燃,无毒气体直接排空。
③接口的连接:总体上遵循装置的排列顺序,但对于吸收装置和洗气装置应(或“深”入“浅”出);量气装置应;干燥管应;冷凝管中水流方向。
④气体制备一般按:装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→气体处理等。
⑤加热操作:主体实验加热前一般应先通再点燃酒精灯,其目的一是防止爆炸,如H2还原CuO,CO还原Fe2O3;二是保证产品纯度,如制Mg3N2、CuCl2等。熄灭酒精灯时,一般按“先点燃的(填“先”或“后”)熄灭”原则,如在H2还原CuO的实验中,“氢气早出晚归,酒精灯迟到早退”。
⑥取用或制取易吸水、潮解、水解的物质:要采取必要的措施防止其吸水,以保证达到实验目的。如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、FeCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气进入。
⑦冷凝回流:有些反应中,为减少易挥发的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、竖直的干燥管、冷凝管等)。
⑧易挥发液体产物(导出时可为蒸气):要及时冷却(如制取乙酸乙酯中的竖直长玻璃管、石油分馏中的冷凝器等)。
⑨仪器拆卸的科学性和安全性:从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度综合考虑。
⑩其他:如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用
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