2022版高考化学选考山东专用一轮总复习课件：专题二十气体的制备实验方案的设计与评价 —基础篇

这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习课件：专题二十气体的制备实验方案的设计与评价 —基础篇，共33页。
考点一　气体的制备　　常见气体的制备通常涉及制备气体反应的选择、气体发生装置、 集气方法、干燥方法、气体的除杂以及常见气体的检验方法、量气方 法、尾气处理等。1.选择制备气体的反应一种气体可以由多种反应制得,但只有部分反应适用于实验室制备,这些 反应一般应符合以下要求:(1)反应物容易获得;(2)反应条件容易达到;(3) 反应容易控制;(4)生成的气体容易分离。
2.气体的收集方法根据气体的密度、水溶性及是否与水或空气中的O2等发生反应来确定气 体的收集方法。(1)排水集气法适用于难溶于水且不与水发生反应的气体。如O2、H2、NO、C2H4、C2H 2等。排水集气法的优点是收集的气体纯度高、易判断是否集满。能溶于水但溶解度不大的气体,可采用排某些饱和溶液的方法收集。如 Cl2可采用排⑦　饱和食盐水    的方法收集,CO2可采用排⑧　饱和NaH- CO3溶液    的方法收集等。(2)向上排空气法适用于不与空气反应且密度比空气⑨　大    的气体。如O2、CO2、Cl2、
SO2、NO2等。　　(3)向下排空气法适用于不与空气反应且密度比空气⑩　小    的气体。如H2、NH3等。3.气体的除杂方法除杂试剂选择的依据:主体气体和杂质气体性质上的差异,如溶解性、酸 碱性、氧化还原性、可燃性等。除杂原则:a.不损失主体气体,b.不引入新 的杂质气体,c.在密闭装置内进行,d.先除易除去的气体。除杂装置:洗气瓶、干燥管、U形管、硬质玻璃管等。4.气体的干燥(1)干燥的原则干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。
①酸性干燥剂不能干燥碱性气体。②碱性干燥剂不能干燥酸性气体。③具有强氧化性的干燥剂不能干燥具有强还原性的气体。注:H2、SO2虽具有还原性,但可用浓H2SO4干燥。　　(2)常用干燥装置及干燥剂的选用
5.气体体积的测定难溶于水且不与水反应的气体,往往用量筒或量气管测定其排出水的体 积,从而确定气体的体积(NH3常用排CCl4的方法来测体积)。读数时,要使 量筒或量气管与洗气瓶中的液面高度保持一致,消除水位差造成的误 差。常用装置如下图所示: 
6.尾气的处理方法(1)对于极易溶于水的尾气,如NH3、HCl、HBr等,需采用 　防倒吸    装置吸收。(2)对于有毒且易燃的气体,如CO等,可在尾气出口处放置一点燃的酒精 灯,使CO燃烧转变为无毒的CO2气体,如图1。(3)对于溶解度不大的尾气,如Cl2、CO2等,可直接将出气管插入吸收剂液 面下吸收,如图2。 
考点二　实验方案的设计与评价
一、实验方案的设计1.一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有实验名称、实验① 　目的    、实验原理、实验用品、实验②　步骤    、实验现象记录及 ③　结果处理    、问题和讨论等。2.实验方案设计的基本要求是科学性、④　安全性    、可行性、节约 性。同一化学实验可设计出多种实验方案,选择采用的实验方案应具有效果 明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点。3.制备实验方案的设计制备实验方案的设计,对巩固元素及其化合物知识和掌握各类物质之间 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是
有益的。制备实验方案的设计,应遵循以下原则:(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。即从多种路线中选出一种最佳的制备途径,合理地选择化学仪器与药品, 设计合理的实验装置和实验操作步骤。4.性质实验方案的设计(1)探索性性质实验方案的设计分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推测该物质可能具有
的一系列性质,而后据此分别设计出合理的实验方案,去探索它可能具有 的性质。(2)验证性性质实验方案的设计对物质具备的性质去求证,关键是设计出简捷的实验方案,操作简单,现象 明显,安全可行。(3)研究物质性质的基本方法和程序研究物质性质的基本方法:观察法、实验法、分类法、比较法等。研究物质性质的基本程序:
 (4)性质实验方案设计的一般思路、程序
二、化学实验方案设计的思路、步骤及顺序问题1.化学实验方案设计的思路 2.实验设计的步骤(1)明确目的、原理首先必须认真审题,明确实验的目的和要求,弄清题目有哪些新的信息,综
合已学过的知识,通过类比、迁移、分析,从而明确实验原理。(2)选择仪器、药品根据实验的目的和原理,以及反应物和生成物的性质、反应条件,如反应 物和生成物的状态、能否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否需 要控制在一定的范围内等,从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置、步骤根据实验目的和原理,以及所选用的仪器和药品,设计出合理的实验装置 和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能 力,实验步骤应既完整又简明。(4)记录现象、数据根据观察,全面准确地记录实验过程中的现象和数据。
(5)分析得出结论根据实验观察到的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等 方法,得出正确的结论。3.设计中的顺序问题(1)思考问题的顺序①围绕主要问题思考。如选择适当的实验路线、方法,所用药品、仪器 简单,实验过程快速、安全,实验现象明显。②思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等问题。如制取易水解的 物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及受潮易度质的物质时,往往在装置末端 接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入。③思考实验的种类及如何合理地组装仪器,并将实验与课本实验比较、
联系。如涉及气体的制备和处理,对这类实验的操作程序及装置的连接 顺序大体可概括为发生→除杂→干燥→主体实验→尾气处理。(2)仪器连接的顺序①所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。②仪器是否齐全。如涉及有毒气体的实验是否有尾气处理装置。③安装顺序是否合理。如气体净化装置中不应干燥后又经水溶液洗 气。④仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管 除杂质时“大口进,小口出”等。(3)实验操作的顺序①连接仪器。
②检查气密性。在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,检查气 密性的方法要依装置而定。③装药品,进行实验操作。
三、实验方案的评价角度对实验方案进行评价,主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准 确、可行与不可行等方面作出判断。另外,有无干扰、是否经济、是否 安全、有无污染等也是要考虑的。1.可行性方面(1)实验方案是否科学可行;(2)实验操作是否安全合理;(3)实验步骤是否简单方便;(4)实验效果是否明显。2.绿色化学方面(1)实验过程中是否造成环境污染;
(2)原料是否无毒、安全、易得;(3)原料利用率是否较高;(4)反应速率是否较快。3.安全性方面化学实验从安全角度常考虑:(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止倒吸。(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2,易燃气体 点燃前应先⑤　验纯    等)。(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在⑥　水     中进行等)。(4)污染性的气体要进行尾气处理;有粉末状物质参加的反应,要注意防止
导气管堵塞。(5)防吸水(如实验取用或制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要 措施,以保证达到实验目的)。4.规范性方面(1)冷凝回流(有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原 料,需在反应装置上加装⑦　冷凝回流    装置,如长玻璃管、竖装的干燥 管及冷凝管等);(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却;(3)仪器拆卸与组装顺序相反,按照从右向左,从高到低的顺序;(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。5.最佳方案的选择
几个实验方案都能达到目的,选出一个最佳方案。所谓最佳,就是装置最 简单,药品容易取得、价格低廉,现象明显,干扰小,无污染。
不同类型综合性实验题的解题思维1.物质制备型实验题的思维模型 
 2.定量分析型实验题的思维模型
 3.“猜想探究”型实验题的思维模型
例    (2021届历城二中高三学情检测,19)镁及其化合物是实验设计的热点 载体,查阅资料。
　　某学习小组设计实验探究镁与二氧化氮反应的产物,提供的实验装 置如图所示。 (1)仪器甲名称为　　　　　　　    ,仪器接口顺序为a→　　    ,　　    
    →　　　    ,　　　    →　　　    ,　　　    →　　　    ,　　　     →j。(2)装置A中的主要现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     　    ,装置C的作用是　　　　　　　　　　　　　　　    。(3)确定有N2生成的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　    。(4)经测定,Mg与NO2反应生成MgO、Mg3N2和N2,其中Mg3N2和N2的物质 的量相等。E中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　     　　　　　    。(5)实验完毕后,设计实验确认产物中有Mg3N2,取少量C中残留固体于试管 中滴加蒸馏水,　　　　　　　　　    ,则产物中有氮化镁。
解析　(1)装置的连接顺序为A→B→E→C→D→气球,则仪器接口顺序为 a→b,c→h,i→d,e→f,g→j。(2)装置A中浓硝酸与铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,实验现象为铜 粉不断溶解,溶液变为蓝色,生成红棕色气体;由信息可知,氮化镁与水反 应,则装置C中盛有的碱石灰的作用是吸收D中挥发出来的水蒸气,防止水 蒸气进入E中与反应生成的氮化镁反应。(3)若反应中有氮气生成,氮气不溶于水,通入氢氧化钠溶液中会有气泡产 生,同时与装置D连接的气球会缓慢鼓起。(4)设反应生成氮化镁和氮气的物质的量为1 ml,氧化镁为x ml,由得失 电子守恒可得:2x+1×3×(+2-0)=1×2×[+4-(-3)]+1×2×(+4-0),解得x=8,反应 生成的氧化镁、氮化镁、氮气的物质的量之比为8∶1∶1,则反应的化学
方程式为11Mg+4NO2 8MgO+Mg3N2+N2。(5)氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨气,则向少量C中残留固体中滴加 蒸馏水时,有刺激性气味的气体逸出,说明反应中有氮化镁生成。