新高考版高中化学 专题二十三 实验方案的设计与评价 课件

这是一份新高考版高中化学 专题二十三 实验方案的设计与评价 课件，共60页。PPT课件主要包含了考情解读，解析导引，④实验操作等内容，欢迎下载使用。
课标要求1.认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。2.了解科学探究过程包括提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释或建构模型、形成结论及交流评价等核心要素。3.理解从问题和假设出发确定研究目的、依据研究目的设计方案、基于证据进行分析和推理等对于科学探究的重要性。
高考怎么考　　实验方案的设计与评价每年必考,但年年有新意,综合性强,难度较大,符合高考命题的创新性和综合性原则。常在以物质的制备或探究物质组成、性质为背景的实验题中进行考查。实验探究题近几年出现的频率较高,主要是将教材实验进行创新,结合实验基本操作、数据分析和处理等知识进行综合考查。预计2022年高考仍将结合实验基本操作,物质的制备、组成与性质的探究等综合考查考生的实验能力,并关注“控制变量”思想的运用和定量实验设计。
考点 实验方案的设计与评价考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法1 物质制备型实验方案的设计与评价考法2 物质性质探究型实验方案的设计与评价高分帮 “双一流”名校冲刺探模型·主题探究模型6 综合实验题的解题模型与突破方法
考点 实验方案的设计与评价
考点帮▪必备知识通关
1.实验方案的设计(1)实验方案应包括的内容
(2)实验方案设计的程序
2.实验方案的评价(1)实验评价的主要形式从评价的主要针对点来看,实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。①实验装置的评价对比各方案装置,从装置的合理性、操作的简便性和可行性等方面进行全面分析,选出最佳装置。②实验原理的评价紧扣实验目的,对各方案的原理综合考虑,从原理是否科学、原料是否节约、误差是否较小等方面进行全面分析,选出最佳方案。
(2)实验方案评价类试题的解题思路①“科学性”和“可行性”方面a.实验原理是否正确、可行;b.实验操作是否安全、合理;c.实验步骤是否简单、方便;d.实验效果是否明显、准确。②“绿色化学”方面a.反应原料是否易得、安全、无毒;
b.反应速率是否合适;c.原料利用率以及生成物的产率是否较高;d.实验过程中是否造成环境污染。③“安全性”方面化学实验从安全角度常考虑的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防着火、防溅液、防破损等。
考法帮▪解题能力提升
考法1 物质制备型实验方案的设计与评价1.物质制备实验方案的设计原则(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。
2.物质制备实验方案的评价对物质制备实验方案的评价,是指为达到一定的制备目的而对实验方案进行的价值判断,这种评价基于对实验原理的理解,对元素化合物知识的融会贯通,对实验手段优劣的辨析,通过分析和综合、比较和论证,选择最佳方案,其中主要是对方案的简便性、可行性、环保经济性进行评价。
3.物质制备实验方案设计与评价应注意的问题(1)在满足物质制备条件的前提下,制备装置越简单越好。(2)刚制备好的物质要注意分析可能含有的杂质,在除杂过程中所选择的实验仪器、实验药品和除杂步骤应力求最简化。(3)在物质的收集或保存过程中要注意物质储存的环境,避免储存过程中物质受污染或变质。(4)如果制备过程中有气体产生,或制备的物质是气体,或使用的试剂有气态物质,一定要确定剩余的气态物质不会污染环境,设计好尾气处理装置。(5)整个过程结束后要注意对剩余药品的处理,避免污染环境、发生火灾等。
命题角度　物质制备型实验方案的设计与评价[热点角度]示例1 [2021湖南长沙长郡中学月考]锶(Sr)和镁位于同主族,锶比镁更活泼,锶与氮气在加热条件下反应产生氮化锶,已知氮化锶遇水剧烈反应。某同学设计实验制备氮化锶(Sr3N2相对分子质量:290.8)。方案Ⅰ:先制备氮气再制取氮化锶(装置如图1所示,部分夹持装置已略去)
图1
(1)仪器A的名称是　　　　　　　。 (2)实验时先点燃　　　　(填“B”或“C”)处酒精灯,一段时间后,再点燃另一盏酒精灯。 (3)用饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热制备氮气,其化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
方案Ⅱ:利用氮气样品制取氮化锶(装置如图2所示,部分夹持装置已略去)
图2
已知:①所使用的氮气样品可能含有少量CO、CO2、O2气体杂质。②醋酸二氨合亚铜{CH3COO[Cu(NH3)2]}溶液能定量吸收CO,但易被O2氧化,失去吸收CO能力。③连苯三酚碱性溶液能定量吸收O2。(4)打开分液漏斗的旋塞,装置D能持续提供N2,这是利用了N2　　　　的物理性质。 (5)装置F、G、H盛装的试剂分别是　　　　。(填代号) A.浓硫酸 B.连苯三酚碱性溶液 C.醋酸二氨合亚铜溶液(6)方案Ⅰ和方案Ⅱ设计存在相同的缺陷,可能会导致产品变质,提出改进方案为　　　　　　　　。
(7)产品纯度的测定:称取0.800 0 g方案 Ⅰ 中所得产品,加入干燥的三颈瓶中,加入蒸馏水,并通入足量水蒸气,将产生的氨全部蒸出,用20.00 mL 1.00 ml/L的盐酸标准溶液完全吸收,再用1.00 ml/L NaOH标准溶液滴定剩余的HCl,到终点时消耗16.00 mL NaOH溶液。则产品纯度为　　　　　　(计算结果保留4位有效数字)。 
答案：(1)蒸馏烧瓶　(2)B　(3)NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O　(4)不溶于水　(5)B、C、A　(6)最后添加一个装有碱石灰的干燥管(合理即可)　(7)72.70%
考法2 物质性质探究型实验方案的设计与评价1.性质实验验证型设计性质验证实验方案可分为多种情况:一是已知物质的性质,设计实验验证物质的某些性质; 二是已知某类物质的结构(或含有的官能团),设计性质实验来验证这类物质的结构;三是根据性质设计定量实验;四是根据物质性质验证化学原理(理论)或根据化学原理来验证物质的某些性质。设计性质验证实验方案的常用程序有如下两种:
(1)根据物质性质设计实验方案
(2)根据物质的结构(或官能团)设计验证性质实验方案
2.性质实验探究设计性质探究实验方案时要注意:(1)实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件,实验方案要简单易行。(2)实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排,保证实验准确高效,同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的相互干扰。
(3)实验现象要直观。如“证明CH3COOH是弱电解质”的实验,可配制一定浓度的CH3COONa溶液,用pH试纸测溶液的pH,通过测定的结果(常温下,pH>7)得出结论,操作简便且现象明显。(4)实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤,多方验证实验结果,做到实验结论准确可靠。
命题角度　“操作—现象—结论”微型实验探究[热点角度]示例2 [2017全国卷Ⅱ,13,6分]由下列实验及现象不能推出相应结论的是
解析：A项,因为发生反应2Fe3++Fe 3Fe2+,所以溶液黄色逐渐消失,加KSCN溶液不变红,根据反应2Fe3++Fe 3Fe2+,可以得出还原性Fe>Fe2+;B项,因为Na和CO2反应生成C和Na2CO3,所以产生大量白烟及黑色颗粒,根据反应中CO2→C碳元素化合价的变化,可得出CO2有氧化性;C项,因为NH4HCO3分解产生NH3,NH3使湿润的红色石蕊试纸变蓝,但是该实验现象不能说明NH4HCO3显碱性;D项,由题述可知黄色沉淀为AgI,另一支试管中无明显现象,说明没有AgCl析出,该实验现象能说明Ksp(AgI)V1,单位为mL,忽略固体和加入水的体积,读取刻度时保持G中液面和漏斗中液面相平,实验过程处于标准状况下),则产品纯度为　　　　。若读取V1时,G中液面低于漏斗中液面,则所测得的产品纯度与实际产品纯度相比　　　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 
解析：(1)CaO溶于水生成Ca(OH)2,同时放出大量热,可使浓氨水逸出氨气,A正确;加热NH4Cl与Ca(OH)2的固体混合物是实验室常用的制氨气的方法,B正确;浓氨水在加热条件下可逸出氨气,C正确。(2)D的名称为球形干燥管,其作用是检验H2与CuO反应生成的水蒸气。常用无水硫酸铜检验生成的水蒸气。(3)A中Na和氨气在加热条件下反应生成NaNH2和H2,化学方程式为2Na+2NH3 2NaNH2+H2。H2在加热条件下能将黑色的氧化铜还原成红色的铜单质,并产生水,H2O使D中白色的无水硫酸铜粉末变为蓝色。(4)NH3有还原性,在加热条件下能还原CuO,则B的作用是吸收NH3,防止NH3与CuO反应,干扰产物H2的检验。(5)已知NaNH2极易水解,
即发生反应NaNH2+H2O NaOH+NH3↑,反应中生成NH3的物质的量为 ,则产物NaNH2的物质的量为 ml,产品纯度为若读取V1时,G中液面低于漏斗中液面,此时G中压强大于大气压强,V1相对标准状况下的体积偏小,则(V2-V1)偏大,导致所测得的产品纯度与实际产品纯度相比偏高。
答案：(1)ABC　(2)球形干燥管　无水硫酸铜　(3)2Na+2NH3 2NaNH2+H2　C中的黑色粉末变为红色,D中的白色粉末变为蓝色　(4)吸收NH3,防止NH3与CuO反应　(5) 　偏高
示例6 [2020浙江诸暨诊断]对甲氧基苯丙酰胺(相对分子质量为179)为难溶于冷水的白色晶体,且是一种医药中间体,可以由苯甲醚通过两步反应合成,合成路线如图1所示: 图2
已知:无水三氯化铝遇水会发生剧烈水解并放热。步骤一:用如图2所示装置合成对甲氧基苯丙腈在500 mL三颈烧瓶中,加入108 g(1 ml)苯甲醚,室温下缓慢加入70 g(约0.52 ml)粉末状三氯化铝,加入过程中温度不超过25 ℃,加完后降温至5 ℃,然后逐滴加入130 g(约2.45 ml)丙烯腈(沸点77 ℃),滴加结束后再升温至90~95 ℃,反应2 h。将反应液倒入500 g冰水中,搅匀,静置分层,分出油相。减压蒸馏,收集2.67 kPa下150~160 ℃的馏分,得到对甲氧基苯丙腈。
步骤二:合成对甲氧基苯丙酰胺将步骤一中合成的对甲氧基苯丙腈加入500 mL三颈烧瓶中,加入300 mL浓盐酸,再经过一系列操作后得到对甲氧基苯丙酰胺133.7 g。(1)对甲氧基苯丙腈的合成过程中宜采用的加热方式为　　　　　　　。 (2)图2中合成对甲氧基苯丙腈的装置有一缺陷,请提出改进方法并说明理由:  。 (3)用恒压滴液漏斗加丙烯腈的优点有　 (写出两条)。(4)下列操作为合成对甲氧基苯丙酰胺的过程中加浓盐酸后的一系列操作,其合理顺序为　　　　 。 
①加入活性炭回流0.5 h　②趁热过滤　③抽滤　④将滤液慢慢倒入1 000 g冷水中,析出晶体　⑤升温至40~50 ℃,搅拌1 h　⑥洗涤、烘干 (5)下列关于实验操作的说法错误的是　　　　(填标号)。 A.减压蒸馏采用如图3所示装置,装置中 的D为毛细管,也可以用沸石代替B.减压蒸馏过程中,可以通过控制G处的 旋塞停止减压 图3
C.在对甲氧基苯丙酰胺的合成过程中,析出的晶体可以用冷水 洗涤D.减压过滤不宜用于过滤颗粒太小的沉淀,因为颗粒太小的沉淀在快速过滤时易透过滤纸(6)本实验中对甲氧基苯丙酰胺的产率为　　　　%(保留两位小数)。 
解析