高三化學總復習化學實驗教案(已改無錯字)

　　

【正文】 系統地掌握該項操作。又如，蒸發操作目的是濃縮溶液或從溶液中分離出固體溶質。為實現此兩種目的，既需要保證一定的速度，又要保證濃溶液或固體溶質不發生或盡可能少濺失。因此，蒸發操作溫度的控制及攪拌，成為了該項操作順利完成的關鍵。蒸發盛在蒸發皿里的稀溶液，為加快蒸發速度，可用酒精燈直接加熱；待溶液達到較高濃度后，為防止局部過熱溶液或固體濺失，必須將蒸發皿放在石棉網上間接加熱，至溶液接近蒸干時應停止加熱，利用余熱將液體蒸干；整個蒸發過程中，均應不斷以玻璃棒攪拌。抓住蒸發的目的和關鍵(速度與防止濺失)，就不難系統地把握蒸發操作的規范要求。3．物質的制備在化學上．大量物質是化學方法制造的。在實驗室里制備某些物質，通常使用比較簡單的設備，且多數反應在較易實現的條件下完成。系統地研究、學習和實踐某些物質的制法，一般要掌握所用的原料及其狀態、反應條件、產物的逸出，或從混合物中如何提取、分離出該物質，以及儀器裝置、操作過程等。其中，反應原理和產物的性質是核心，深刻理解有關的原理和性質，可以成為把握物質制備的關鍵。首先，反應物的狀態、性質和反應條件，是確定制備裝置的基本依據。例如，乙醇和乙酸在濃硫酸作用下發生酯化反應，可用于制備乙酸乙酯，該反應在加熱條件下進行。顯然，可以用試管(少量制備)或燒瓶(較大量制備)作反應容器。由于乙醇和乙酸沸點不高、受熱易氣化，在加熱條件下可發生“爆沸”，因此，在反應容器中加入少量碎瓷片或玻璃片是必要的；由于此酯化反應的副反應比乙醇在濃硫酸作用下脫水的副反應少得多，且溫度條件要求不太嚴格，故可不用溫度計控溫；為減少反應物被蒸出，若以大試管作反應容器，因直接加熱溫度可能較高，通常用一般較長玻璃管作冷凝回流用。以上典型裝置，不難改造、遷移運用于一些其它物質的制備。例如，用苯硝化制備少量硝基苯(濃硫酸催化、脫水)，同樣可用試管作反應容器，但因該硝化反應在50～60℃進行，應改直接加熱為60℃的水浴加熱；又如，以乙醇與濃硫酸共熱制乙烯，反應在大約170℃條件下進行，同樣可用燒瓶作反應容器，但需用雙孔塞，用一個孔固定一溫度計以測量、控制反應混合物的溫度。至于是否在反應容量內放小瓷片，關鍵看該溫度下混合液或其中的組成成分是否達到沸點，是否可能發生“爆沸”。60℃達不到苯、硝基苯的沸點，不必加瓷片。170℃大大高于乙醇的沸點，應該加瓷片。然后，要研究產物的收集裝置。氣體產物的收集方法這里不再討論。對于易成為蒸氣從反應裝置逸出的產物，當生成量不大時，可考慮通過導管時以空氣自然冷卻后收集。蒸氣量較大或者揮發性強的液態產物，可考慮通過水冷凝器冷卻，或者將接受器放到盛有冰塊或其他致冷劑里降溫。例如，制少量乙酸乙酯時，乙酸乙酯蒸氣通過玻璃管即凝成液體收集，少量酯的揮發并不形成對人體嚴重的毒害。制乙酸乙酯量較多時，反應容器燒瓶導出的蒸氣應該通過冷凝器冷凝，再以接受器收集。若制備液溴，最好將接受器放在冰水中冷卻，使溴蒸氣較充分地冷凝成液溴。但因溴對人體有劇烈毒害作用，還應將接受器與尾氣吸收裝置(內放堿液)相連，以確保實驗安全。最后，應該強調的是，在制備物質的條件下，有時不可避免地得到混合物，而非單純的指定產物。這類制備都存在將產物從混合物里分離出來的問題。例如，在試管中通過硝化反應制硝基苯時，因硝基苯是高沸點的液體，不能從制備裝置中蒸出，在反應結束時，應將冷卻后的混合液小心倒入盛冷水的燒杯中，密度較大、不溶于水的硝基苯沉到水底，再用分液的方法分離。又如，用酯化反應合成乙酸乙酯時，部分乙醇、乙酸將與乙酸乙酯一起蒸出，可將冷凝后的混合液放入飽和Na2CO3溶液中，乙醇和乙酸轉入水層，再用分液的方法分離。可見，從制備物質的原料和化學原理出發，結合有關反應物、生成物的性質去理解、掌握制備裝置、收集裝置、分離的辦法與操作程序，是學習物質制備的系統方法。這種方法的遷移運用將有助于解決新情境下新物質的合成問題。4．物質的分離提純混合物中各組成成分的分離和含雜質的不純物的提純(除雜質)，是一類重要的化學實驗技能。不互溶的液體混合物和液體與不溶解固體混合物，可直接用分液和過濾的方法分開，對此不再展開討論。鑒于混合物的成分、狀態各異，分離提純的方法靈活、多變，系統地掌握物質分離提純的知識與技能，應該有相對較為完整的思路與框架。為方便起見，可將常見的被分離提純的物質分為固體混合物、溶液和氣體混合物三類，并分別從物理方法和化學方法兩個角度加以討論。(1)固體混合物的分離提純一般說來，用物理方法較易分開的混合物，可優先考慮使用物理方法分離。分離固體混合物常用的物理方法主要包括：溶解——過濾——蒸發法(分離可溶性與不溶性固體混合物)；溶解——結晶法(分離可溶性固體混合物)；升華法(分離易升華與不升華固體混合物)等。如果固體混合物用上述類似的物理方法不易分離，可考慮用化學方法。常用分離固體混合物的化學方法主要包括：“溶解法”，即：加入某種溶液使其中一種物質因轉化為其它產物進入溶液，從而與另外的不溶物分開，然后再通過化學反應使產物重新變為原來的物質。分離鋅和銅的混合物可用此法；“沉淀法”，即：先將混合物溶解制成溶液，加入某種試劑使其中一種物質沉淀，分出沉淀后，向沉淀中加入某種物質使之重新變為原來的物質。分離氯化銅與氯化鉀混合物可用此法，向溶解得到的混合液中滴加氫氧化鉀溶液至氫氧化銅沉淀完全，濾出的氫氧化銅用鹽酸溶解可重新得到氯化銅；“轉化法”，即：通過化學反應使雜質轉化為所要的物質，達到提純的目的。除去碳酸鈉中的碳酸氫鈉，或者除去氧化銅中的氫氧化銅都可通過加熱法實現轉化，去掉雜質。(2)溶液中各組成成分的分離提純用物理方法將溶液中的組成成分分開，常用的方法包括：萃取法，加入某種溶劑將易溶于該溶劑的成分提取出來；蒸發溶劑法，通過蒸發溶劑，得到固體溶質，蒸餾法，蒸出溶劑并回收；分餾法，分離出溶液中各種不同沸點的液態組成成分。用化學方法將溶解于溶液中不同溶質分開，或者除去溶液中某種雜質，方法參見“沉淀法”、“轉化法”，不再贅述。(3)氣體混合物的分離提純用物理方法分離氣體混合物，在化學實驗室最易實現的是溶解法，即：選用某種液體作為溶劑或溶液，將混合氣體中易溶的成分溶解、吸收，而與不易溶于該溶劑的成分分開。例如，為除去混在制備氯氣中的氯化氫氣體，可考慮讓混合氣體通過飽和食鹽水，氯化氫極易溶于水被吸收，氯氣在飽和食鹽水中溶解度不大，能達到去除氯化氫的目的。用化學方法凈化含雜質的氣體，應該選取某種液體或固體吸收劑，通過化學反應使應分離除去的氣體成分轉入溶液或固體，以得到某種純凈氣體。例如，為除去一氧化碳中混有的二氧化碳，可使混合氣體通過盛有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶，二氧化碳轉化為碳酸鈉進入溶液，一氧化碳不溶解，達到提純的目的。此外，“轉化法”也可用于某些氣體混合物的凈化。例如，為除去二氧化碳中混有的少量一氧化碳，因不易找到適用的液體吸收劑，使混合氣通過高溫的金屬氧化物(CuO、Fe3O4)等，將一氧化碳氧化為二氧化碳，不失為可用的一種方法。總之，依據混合物的狀態、組成成分的物理性質與化學性質，以及分離提純的目的，較系統、完整地形成混合物分離提純的知識網絡，便于相關知識信息的儲存和提取，并可以為這些知識、技能的運用提供思路，對提高解決物質分離提純的實際問題能力將是有益的。二、從比較中把握實驗知識與技能的能力比較，是人們在思想上確定事物之間的異同和關系的思維過程。分析和綜合是比較的基礎。把相關的兩個事物分解為若干項加以考查，可以找出它們的異同，這就是分析。將相關的兩個事物聯系起來加以考慮，找出共同的本質和相互之間關系，這就是綜合。在化學實驗中，很多事物、概念、原理、操作具有可比性，具有內在的聯系和區別。利用比較學習、掌握化學實驗的知識與技能，也是一種重要、有效的學習方法和思維方法。現對利用比較的方法學習化學實驗的知識與技能，舉例說明如下。1．比較相關的實驗概念對并列或者容易混淆的化學實驗概念，通過比較把握、遷移和辨析，是一種有效的方法。比較的常用思路是：找出并列概念的屬概念，即它們的上位概念，從共性上認識它們的共同屬性與內在聯系；具體比較它們的涵義和應用范圍，抓住它們的異同；找出或剖析典型事例，并通過相同點、不同點和聯系三個方面，領會相關的概念。例如，鑒別與鑒定，它們都屬于物質檢驗的方法，用化學方法進行鑒別、鑒定，都要使用物質的化學反應及現象，特別是特征反應與特殊現象，達到確認物質的目的，這就是它們的最基本的關系和聯系。但是，鑒別的對象物質不是一種，而是兩種或多種物質。鑒別的對象物質通常已知物質的范圍，重在它們一一區別出來。區別物質，不一定要對物質的所有組成元素(原子或離子等)進行全面檢驗，只要能用化學實驗區別出來即可；鑒定的對象物質常是一種，關鍵在“定”。鑒定要求對該物質的化學組成(原子、離子等)做全面檢驗，應該檢出的往往是兩種或兩種以上的化學成分或元素，至可完全確認為某物質為止。比如，鑒別NH4Cl、(NH4)2SONaCl、Na2SO4四種物質，可先通過NH4+檢驗，將四種物質分為兩組：NH4Cl、(NH4)2SO4；NaCl、Na2SO4。再另取原試樣分別檢驗每組中的SO42或Cl，從而完成四種物質的鑒別。又如，鑒定某鹽是Na2CO3，對象物質僅為一種，此時既需檢出Na+、又需檢出CO32，還需排除HCO3，需要做三個實驗：取試樣的溶液做焰色反應，焰色黃，確認含Na+；取試樣的溶液加入鹽酸，放出的氣體無刺激性氣味，能使澄清石灰水變渾濁，取試樣的溶液煮沸，不產生使澄清石灰水變渾濁的氣體，確認含CO32(不含HCO3)。比較鑒別與鑒定的主要結論是：均為檢驗物質的方法，均要運用化學反應，特別是特征反應與特殊現象；鑒別與鑒定的對象物質的種類多少不同，分別為兩種(多種)與一種；鑒別與鑒定的重點不同。鑒別重在“區別”，只需將對象物質區別出來即可；鑒定必須準確地“確定”，應該對該物質各化學成分全面確認，并排除可能的干擾，達到肯定是哪種物質的目的。此外，物質的分離、提純與凈化，液體的蒸餾與混合液的分餾等概念，運用比較的方法學習與掌握也是很有幫助的。2．比較相關的化學實驗一些相關的化學實驗，不論從實驗原理、實驗裝置或實驗操作等方面，只要具有內在的聯系，又要具有可比性，適當運用比較的方法，可將已有實驗知識、技能遷移到解決新情境中的新問題，或者，對原有的化學實驗拓展、加深，形成更為完整的知識結構。現舉例討論如下。首先，我們研究一氧化碳和乙烯兩種氣體制法與性質實驗的比較。(1)以甲酸(濃硫酸催化、脫水)為原料制CO和以乙醇(濃硫酸催化、脫水)制C2H4，原理相似，均為加熱液體混合物制氣體；生成的氣體密度相同且均不易溶于水。這就決定了制氣裝置與收集方法的相似性，不難以C2H4制取方法遷移到CO的制取方法。(2)實驗室制CO原理的特殊性。與制C2H4相比，實驗室以甲酸脫水制CO的反應有兩個特點：一是脫水反應更劇烈，若加熱較多量的反應混合液，產生CO過快，不夠安全，且不易收集氣體；二是脫水反應不必用溫度計測量混合液溫度，因不存在乙醇脫水時反應產物與反應溫度那樣強烈的對應關系。抓住這兩個特點，在遷移運用制氣裝置時，不難明確制CO的裝置不必使用溫度計，而需要裝配有分液漏斗，以便通過滴加甲酸的快慢控制CO生成的速率。(3)CO和C2H4比較，它具有毒性，這就要求CO性質實驗裝置的尾氣不得逸入空氣，又由于CO的化學性質決定，尾氣的處理可以使用在尖嘴處點燃使之轉化為CO2，不必刻意開發選取CO的吸收劑。接著，讓我們再討論乙炔和二硫化碳收集方法的比較。在通常情況下，20℃，100KPa下，／L，／L，C2H2比CO2的溶解度大。那么，為什么實驗室用排水法收集C2H2，而不用排水法收集CO2？為解決這一“難題”，可分別從實驗事實和理論探討兩個角度突破。(1)實驗的比較用排水法將三只大小相同的玻璃筒集滿C2HCOCO2(排水法可保證筒內無空氣)，同時分別倒插在三個水槽的液體中。C2H2和CO2在水中以及在稀鹽酸中的溶解性和溶解速率的實驗比較結果，如圖526所示。實驗表明：在七天以內，盡管C2H2的溶解度比CO2的溶解度大，但CO2在水中溶解速率比C2H2在水中溶解速率大，即在相同時間內CO2溶解的實際量相對較多。故相同之下，C2H2可用排水法收集，CO2則最好不同排水法收集。實驗同時表明，在相同條件下，若用排稀鹽酸的方法收集CO2，被吸收的情況跟C2H2被水吸收的情況更為接近。(2)理論的比較與討論C2H2是不與水反應的有機氣體，它在水中僅有溶解過程。而CO2是酸性氧化物，在水中除了溶解過程外，還有CO2與水化合生成H2CO3的化學反應過程。這是CO2在水中溶解速率比C2H2在水中的溶解速率大的重要原因。鑒于氣體制取收集的時間不長，遠未接近或達到溶解平衡狀態，被吸收的量主要取決于溶解速率而非溶解度。因此，以排水法收集C2H2和不用排水法收集CO2都是合理的。在CO2溶液中存在以下轉化關系：H2O+CO2 H2CO3 H++HCO3酸(H+)既抑制H2CO3的電離，進而抑制CO2在水中的溶解，這就是CO2在酸溶液中溶解速率較小、溶解度也較小的原因。(3)基本結論與氣體收集方法的總結實驗事實和理論探討表明：通常情況下可以用排水集氣法收集乙炔，不使用排水集氣法收集二氧化碳；二氧化碳在水中的溶解度和溶解速率都不很大，如果不是精密實驗，二氧化碳既可用排水集氣法收集，也可考慮用排水集氣法收集；在較精密的實驗中，為了減少二氧化碳的溶解，可采取排稀酸或排溫熱水的方法收集。對各種氣體的收集，凡能用排水集氣法收集的，通常盡量用排水法收集；凡可創造條件用排液法收集的，可盡量創造條件(如排稀酸、排溫熱水、排飽和食鹽水等)用排液體(水)集氣法收集。以上各例充分證明，運用比較的方法把握相關的化學實驗，有利于提高知識、技能的遷移能力，拓展、深化和創新能力，并能從更高的層面掌握結構化的知識，有助于實驗知識、技能、能力各方面的協調發展與相互作用，是學習化學實驗的有效方法之一。三、從實質上把握化學實驗知識與技能的能力化學實驗，大量地表現為實驗事實、實驗設備、實驗現象與實驗操作等，以及相關的實驗技能技巧。但是，對于這些描述性知識、動作技能和對有關現象的感知必須深化，必須立足于理性的思