高三化學總復習化學實驗教案-資料下載頁

　　

【正文】 考，深刻把握其實質。這也應成為學習化學實驗的重要的研究方法和思維方法。下面是從實質上把握化學實驗知識與技能，以提高解決化學實際問題能力的一些實例。1．萃取劑的選擇和使用萃取是利用溶質在互不相溶的溶劑里溶解度的不同，用一種溶劑把溶質從它與另一溶劑所組成的溶液里提取出來的方法。萃取實質是利用被萃取物在萃取劑和原來溶液的溶劑中溶解能力的明顯差異，使被萃取物依據一定的分配比率，大量地轉入萃取劑中以達到從較稀的溶液中提取物質的目的。據此，被萃取物在萃取劑中應該有足夠的溶解優勢，且萃取劑應該與原來的溶劑不互溶。這些基本認識源于對萃取實質的把握，應用于實際情境時似乎不應出現問題。高中化學課本第一冊23頁指出：“溴和碘比較容易溶解于汽油、苯、四氯化碳、酒精等有機溶劑中。”酒精易溶于水，顯然不能從溴水中萃取出溴。那么，汽油、氯仿(CHCl3)等，能否跟苯、四氯化碳等有機溶劑一樣作溴的萃取劑呢？實驗表明，把溴水加入苯、四氯化碳、二硫化碳等溶劑中，振蕩、靜置觀察，溴迅速被萃取，用玻璃塞密封的試管內的萃取層，長時間放置并見光，萃取層顏色不改變。但是，若把溴水加到汽油、煤油、氯仿以及油酸、菜油、乙酸乙酯等有機溶劑中并振蕩，溴的顏色先因萃取富集于萃取層而加深，隨后顏色緩慢變淺直至褪成無色。事實說明這些物質均不宜做溴的萃取劑。這是由于明顯的萃取過程和明顯的化學反應過程在同時進行，其實質已與我們所界定的單純溶解的萃取過程不能一概而論，加入這些物質并不能實現萃取時提取物質的預期目的。例如：汽油是石油加工產品。直餾汽油中的芳香烴如苯的同系物，在光、熱條件下跟溴可發生側鏈上的取代反應；教科書中所提到的“無色汽油”，如果是指無鉛汽油，或者含不飽和烴、或者含苯的同系物，或兼而有之，因此，即使把汽油用濃硫酸和KMhO4的硫酸溶液反復多次洗滌，所得的無色汽油用于萃取溴水中的溴，萃取層依然會緩慢褪色；同樣地，油酸、菜油等不飽和化合物在通常條件下可與溴發生碳碳不飽和的加成反應，氯仿可與溴在光照條件下發生取代反應。這些溶劑均因與被萃取物發生化學反應，不應該作溴的萃取劑?？梢?，從本質上講，溴的萃取劑應該是易溶解溴、與水不互溶且與溴在通常條件下不反應的有機溶劑。當然，從實際應用看，萃取劑的選擇還要綜合考慮成本、操作與分離的難易以及環境等因素，使得根據萃取實質和具體制約因素對萃取劑的抉擇，更科學、更符合實際。2．配制一定體積、一定物質的量濃度的溶液配制一定體積、一定物質的量濃度的某溶液，其定量的依據是物質的量濃度的基本公式。配制一定體積、一定物質的量濃度的某溶液的操作，從根本上說是準確控制溶質物質的量和嚴格把握所得溶液的體積，從而得到指定要求的溶液。配制一定體積、一定物質的量濃度的某溶液的過程分為五步：稱量；溶解；轉移；定容；搖勻。五步操作的規范要求都是為了確保所得溶液濃度準確這一定量實質。一定物質的量的某種固體溶質是通過稱量溶質的質量獲得的，應該嚴格按照天平使用規則和稱量固體的操作要求進行；溶解、轉移和定容的操作要領與細節，例如溶解時小心攪拌、防止濺失，轉移時沿玻璃棒小心傾倒和多次用適量水潤洗配溶液的燒杯內壁，仔細按規范要求定容等，均是為了使全部溶質進入所配的溶液，并準確控制所得溶液的體積，從而得到指定濃度的溶液；搖勻則是為了使所得溶液各個部分的濃度達到均勻，可避免加水稀釋時上下濃度不同造成實際取出的溶液濃度不符合要求。抓住此定量實驗的實質，不難確切地領會操作的步驟與規范。同樣地，使用儀器進行各步操作時產生誤差的結果與原因，可以圍繞物質的量濃度公式展開討論。例如，配制一定體積、一定物質的量濃度的氫氧化鉀溶液，如果直接將固體氫氧化鉀放在敞口燒杯中稱量或放在蓋塞的試劑瓶中稱量，從操作看前者較方便，后者較麻煩。但是，若考慮到固體氫氧化鉀的潮解性，則后者更準確，誤差會更小。若用一般的托盤天平()，儀器誤差較大，因敞口造成稱量誤差可以接受，但所得溶液溶液濃度不夠精確。若用比較精密的分析天平，儀器誤差較小(如可稱準至103g或104g)，那么，敞口稱量時因氫氧化鉀潮解使實際稱得的氫氧化鉀質量小于理論值，氫氧化鉀物質的量小于所需值，這種稱量方法造成的誤差則不能允許。又如，溶解溶質時，攪拌過猛使少量濃溶液粘到燒杯上部，因操作困難潤洗液未能接觸到這部分溶液，最終使溶液中溶質物質的量小于理論值，造成配得溶液濃度偏低，這對于精確配制一定物質的量濃度的溶液來說，是不能接受的操作誤差，應予避免。3．正確實驗操作步驟與順序的確定對于多步完成的實驗，如物質制備、混合物分離、物質的檢驗等，一方面應能依據實驗目的、要求設計出合理、有序的步驟。另一方面，也應能從無序的、有干擾的若干備選操作中，篩出必要的操作及正確的順序，以完成指定的實驗任務。培養這類實驗知識、技能的應用能力，也必須抓住實驗的實質。例如，設計檢驗溴乙烷中溴元素的方法，首先要確溴乙烷中只含溴原子，不含溴離子，檢驗溴乙烷中的溴元素，實質是設計實驗將溴乙烷轉化為含溴離子的無機物，再通過無機物中的溴離子的檢出，確認溴乙烷中含溴元素。根據鹵代烴已有的知識，溴乙烷的水解和消去反應，均為可供使用的轉化方法。有關化學方程式為：C2H5Br+NaOH C2H5OH+NaBrC2H5Br+NaOH C2H4↑+H2O+NaBr應該強調的是，要注意把握好起始轉化和產生溴離子檢驗二者中間的聯系與環節。由于溴乙烷的水解或消去一般在過量堿性溶液中進行，且通常反應未必進行完全，事實上轉化后的溶液仍呈堿性。而溴離子的檢驗試劑為硝酸銀溶液與稀硝酸，常規的加入順序為先加硝酸銀溶液。但是，此時轉化后溶液中有大量氫氧離子存在，發生反應產生氧化銀沉淀，且其顏色明顯干擾對溴化銀黃色沉淀的觀察，增加中和轉化后溶液的堿性這一中間環節是必要的。因此，檢出溴乙烷中含溴元素的操作程序應為：轉化——中和——檢驗溴離子?？梢?，抓住實驗目的與本質，并綜合考慮由此派生出來的附加問題，是正確設計實驗操作順序的有效思路，對形成解決實驗實際問題的能力具有重要作用。四、培養尊重事實的科學態度與思維的靈活性化學實驗是培養科學態度和良好思維品質的重要手段之一。實事求是的科學態度與思維的靈活性存在辯證統一的關系。思維的發散必須以事實為依據，實驗是判定認識正誤的“最高法庭”。如果在一定思辯基礎上得到的結論不符合事實，那么，必須修訂原有的認識，從新的理論層面加以考察，使理論說明符合實際。如果在一定條件存在某種實驗事實，那么，也應善于對已有事實提出合乎邏輯的質疑，使既定的事實存在的條件及局限性得以揭示，使對與之相關的事實得以揭示和拓展。處理好尊重事實和思維發展的關系，不僅有助于系統地把握和運用實驗知識技能并形成實驗能力，而且對培養辯證唯物主義觀點和科學方法也具有重要意義。下面從實驗現象、實驗結果和實驗中量的關系三個方面，分別舉例進行一些討論。1．實驗現象及其分析有這樣一個有機實驗現象的問題：乙醇、甲苯、苯酚、苯甲酸、溴乙烷、葡萄糖、果糖、苯、乙烯和乙酸十種有機物，向其中在常溫下能使溴水褪色的是哪些物質。根據高中化學課本中已有的知識和觀察過的現象，可以肯定乙烯和苯酚能與溴發生加成反應或取代反應，能使溴水褪色。甲苯的分子可視為甲烷分子中的一個氫原子被苯基取代的產物，也應具有甲烷相似的光鹵代反應，在普通散射日光照的條件下可使溴水褪色。事實是否如此，不難通過實驗印證、肯定，這就是依據原理提出推論再進行事實檢驗的正確認識過程。類似地，對葡萄糖和果糖、乙醇、乙酸等能否跟溴反應、能否使溴水褪色，如果沒有找到適于遷移運用的知識去推斷，可先做實驗，進行觀察，再分析原因。實驗表明，葡萄糖可使溴水褪色，果糖則不能。葡萄糖是醛糖，它與溴水的反應，不難從醛糖的還原性和溴水(類比氯水)的氧化性去認識。而果糖是酮糖，與溴水不反應，可推知存在溴水不能氧化酮糖的一般規律。而且資料表明，果糖在酸性溶液中不能發生異構化，不能轉化為形成醛基。溴水因溴在水中的歧化反應顯酸性。因此，果糖不能使溴水褪色是有理論依據的。還有這樣一個實驗現象的問題：苯酚鈉溶液、稀氫氧化鈉溶液、乙酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液、石灰水五種溶液，若分別通入適量二氧化碳，定可觀察到明顯現象(如產生沉淀、油珠、渾濁等)的是哪些溶液。通常根據已有知識，可確定苯酚鈉溶液和石灰水通入適量二氧化碳會出現白色渾濁，該現象的產生是由于生成的苯酚和碳酸鈣微溶或難溶于水所致。但是，向稀的苯酚鈉水溶液中通二氧化碳確實不產生渾濁現象，對此事實必須正視，并從理論上進行探討。許多化學用書把苯酚的溶解性敘述為：“苯酚在水里溶解度不大”或“苯酚微溶于水”。但是，查苯酚的溶解度數據表明，在15℃時，其飽和溶液中苯酚的質量分數達8％，可見把苯酚溶解性表述為“溶解度不大”、“微溶”欠妥。據此，不難靈活地理解苯酚鈉稀溶液中通入適量二氧化碳不出現渾濁的現象。如果先入為主地抓住苯酚“微溶”的認識不放，一定要做出必產生渾濁的實驗結果，難免要失敗。2．實驗結果及其分析有這樣一個氣體制備的問題：把醋酸鈉晶體(含結晶水)與干燥的堿石灰按一定比例混合并加熱，可以制出甲烷氣體嗎？依據已有知識，實驗室用無水醋酸鈉與堿石灰共熱的方法制甲烷。那么，若用醋酸鈉的結晶水合物與堿石灰共熱將如何呢？這里有兩種解決此問題的方法：一是做推理判斷。既然強調用無水醋酸鈉與堿石灰共熱制甲烷，此反應不能有水，而醋酸鈉晶體含水，使用醋酸晶體與堿石灰共熱必不能制得甲烷；二是做醋酸鈉晶體與堿石灰共熱的實驗看實驗結果。顯然，后一種方法正確。大量實驗表明，醋酸鈉晶體與干燥的堿石灰混合共熱能夠順利制得甲烷，只是用無水醋酸鈉效果會更好。這表明，在學習實驗室制甲烷時對原料摳得過死，產生了副作用。如果突出實踐第一的觀點，通過實驗觀察醋酸鈉晶體與堿石灰共熱的實驗結果，并能對此反應的條件做靈活的掌握和變通的解釋，不僅有助于實驗知識的運用，而且對培養良好思維品質、科學態度及方法都是有益的。3．實驗中量的關系及其分析在定量實驗中，抓住量的關系的實質去認識實驗步驟、操作規范和實驗誤差，這里不再重復。應該強調的是，對待從已有知識出發導出的某些量的關系如果不符事實，應該如何對待。有這樣一個涉及量的關系的實驗問題：在一定條件下，將等體積NO和O2的混合氣體置于試管中，并將試管倒置于水槽中，充分反應后剩余氣體的體積約為原體積的幾分之一？(1／3／1／3／8)命題的意圖似乎是希望考查能否從NO、O2及H2O間已知反應中量的關系做出定量的推斷。即：2NO+O2 2NO2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)3NO2+H2O 2HNO3+NO　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)(1)3+(2)2 得到：4NO+3O2+2H2O 4HNO3已知NO與O2體積比(物質的量之比)為1∶1， 每4體積NO與4體積O2共8體積的混合氣體充分作用后余1體積O2，剩余氣體體積約為原體積的1／8。但是，反復實驗均表明，余下的O2明顯多于原混合氣體積1／8。對于上述實驗的事實必須承認和尊重，對于設置的答案應予否定，對于不符合上述推斷的原因應從原理上找到合理的解釋。這就要求有靈活、變通的思維品質，應該為客觀事實提出有理有據的說明，進而深化和拓寬已有的認識。經查閱有關資料、文獻可知，在給定的反應體系中，除上述(1)、(2)兩個反應外，尚存在許多平行的和后續的反應，如：2NO2+H2O HNO2+HNO3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)NO2+NO+H2O 2HNO2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (4)4NO+O2+2H2O 4HNO2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (5)一種，而且還存在著較低價態的HNO2，實際消耗氧氣的量將要減少。仍以(1)、(2)兩個反應間量的關系去處理有關數據，不可避免地造成誤差，這種推斷因既不符合較復雜的反應原理，又不符合實驗事實變得毫無價值。這表明尊重實驗事實(包括量化的關系)和靈活、變通地處理實驗問題，對提高實驗能力和具體實驗問題的解決是多么重要。還有這樣一個涉及量的關系的實驗問題：(NO3)2使之完全分解，并用排水法收集產生的氣體，最后可集得氣體體積在標準狀況下約為多少升？(、接近OL)Cu(NO3)2受熱分解的化學方程式為：2Cu(NO3)2 2CuO+4NO2↑+O2↑在水中收集氣體，若按下式反應：4NO2+O2+2H2O 4HNO3最終應無氣體剩余。但是，實際上存在著前述平行反應、后續反應，不可能按物質的量之比為4∶1全部轉化為硝酸，必有氧氣剩余，命題時希望得到OL的答案不符合事實，其它備選的體積值也無推斷的合理依據，因此，這是一個科學性有待商討的問題，如果允許回答“尚有一定體積的氧氣剩余”則比較合理?？梢?，堅持以實驗事實為根據，在此基礎上合理、靈活地應用知識，包括從實際出發探求已有知識不能正確說明的量的關系，是一種良好的思維品質與科學態度，這應成為化學實驗學習的重要目標之一。五、簡單化學實驗方案的設計運用化學實驗知識和技能設計簡單實驗方案，是綜合能力和遷移能力的具體體現。設計實驗方案以完成新情境下的新的實驗課題，有助于提高掌握化學實驗知識和技能的水平，培養信息提取和加工能力、自學能力和創造能力，并能發揮大實驗題多方位、多層面的考核、檢測功能。設計簡單實驗方案的課題主要包括：制取某物質的實驗，如制備無水氯化鋁；分離混合物或從混合物中提取某種物質的實驗，如從海帶中提取碘；驗證某個化學原理、化學概念或化學反應的實驗，如用簡單方法證明強酸或弱酸；確定物質組成的實驗，如檢驗H2還原CuO的紅色產物中是否含Cu2O等。從設計簡單實驗方案的具體要求看，主要包括：實驗方法的設計；實驗裝置(儀器的選擇和連接順序)的設計；實驗操作步驟及順序的設計等。下面對實驗設計問題解答的具體過程及思路做一些歸納，并通過典型問題的分析幫助理解。1．解答簡單實驗設計問題的一般過程與思路化學實驗設計題(如高考大實驗題)重在培養或考查把已有知識和實驗技能運用于新情境的能力，它所選擇的課題往往是沒有直接系統實踐過的。完成這樣的任務，不僅要求有扎實的實驗知識和熟練的實驗技能技巧，還要能