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高中制备实验方案设计.doc
制备实验方案的设计[重点难点] 1、了解制备实验方案的设计方法和要求。 2、运用已学知识分析并评价氢氧化铝制备的最佳途径。 3、设计实验:硫酸亚铁的制备 [知识讲解] 1、制备新物质需先设计方案的原因 制备新物质是科学研究和工农业生产的发展的需要,它是在一定的实验条件和过程中进行的。 我们还知道反应物相同,反应条件不同时产物也不一样。如苯和氯气在光照下发生加成反应,但在FeCl3作催化剂时却发生取代反应生成氯苯。再如,用同浓度、同体积的AlCl3溶液和NaOH溶液制备Al(OH)3时,如果将NaOH溶液滴到AlCl3溶液中或将AlCl3溶液滴加到NaOH溶液中实验现象和结果完全不同。这种例子还有很多,因此,在设计物质制备的实验方案时,要使实验过程达到和保持某种状态、发生某种特定变化,并得到理想的结果,就必须注意对实验条件进行设计。 2、作用和要求 根据化学实验的目的要求,依据正确的化学原理,结合题给的信息和提供的药品和仪器,运用相关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置和方法所进行的统一规划,选择最佳方案,达到制取某种物质的目的。 进行上述实验设计的作用: 直接关系到实验效率的高低,甚至实验的成败; 科学、合理、周密、巧妙的实验设计,往往能导致化学科学的重大发现。 制备实验方案设计的要求: 原理正确、步骤简单; 条件适宜、操作方便; 原料丰富、价格低廉; 节省试剂、安全防污; 产品纯净、易于提纯。 3、制备实验设计思路及一般方法 列出可能的几种制备方法和途径,从上面的5项要求进行分析和比较,从中选取最佳的实验方法。 在制订具体的实验方案时,还应注意对实验条件进行严格、有效的控制。其顺序是:
4、用铝屑制备Al(OH)3的几种方案及评价 根据中学化学所学内容,制备Al(OH)3我们可以: 用铝先和酸反应生成Al3+盐,再用Al3+盐和NaOH溶液或氨水反应制出Al(OH)3; 用铝屑先和强碱溶液如NaOH溶液反应生成AlO2-盐,再用稀硫酸中和过量的碱液,并促使AlO2-与酸溶液反应或水解,得到Al(OH)3; 先用铝屑分别和稀硫酸、浓氢氧化钠溶液作用生成铝盐溶液、偏铝酸盐溶液,然后将这两溶液相混合,得到氢氧化铝。 下面从原料消耗、生成氢氧化铝是否便于控制等方面加以讨论: (1)方案一: 铝屑和稀硫酸反应生成Al3+的盐溶液,再用NaOH溶液(或)氨水使Al(OH)3沉淀析出。 发生反应为:2Al+3H2SO4(稀)===Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+6H+===2Al3++3H2↑, Al2(SO4)3+6HaOH===2 Al(OH)3↓+3Na2SO4,Al3++3OH-=== Al(OH)3↓。 用氨水时:Al2(SO4)3+6NH3·H2O===2 Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4,Al3++3NH3·H2O=== Al(OH)3↓+3NH4+。 从方程式可看出,用NaOH溶液沉淀Al3+,若NaOH溶液不足,则Al3+沉淀不完全;NaOH溶液过量,则生成的Al(OH)3又将有一部分转化为NaAlO2溶液,即Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O,终点不易控制,因为Al(OH)3溶于过量的NaOH溶液,影响Al(OH)3的生成量。 用氨水沉淀Al3+,随着氨水的滴加,Al(OH)3沉淀量逐渐增大,当Al3+完全转化为Al(OH)3沉淀时,再滴入氨水,Al(OH)3不溶解(氢氧化铝不跟弱碱反应),反应易于控制。 从消耗原料物质的量方面分析:若制取1mol Al(OH)3需要3mol H+和3mol OH-或3mol NH3·H2O。 (2)方案二: 铝屑先跟浓NaOH溶液反应,再用稀硫酸中和过量的碱液,促使AlO2-与酸反应得到Al(OH)3。 发生反应为:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑, 2NaAlO2+H2SO4+2H2O===2Al(OH)3↓+Na2SO4,AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓。 若硫酸过量,则生成的Al(OH)3会溶解。 若制取1mol Al(OH)3,需消耗H+、OH-各1mol。 (3)方案三: 用铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应,将得到的铝盐溶液和偏铝酸盐溶液混合过滤,再将得到的沉淀洗涤,可得Al(OH)3。 发生反应为:2Al+3H2SO4(稀)=== Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+6H+===2Al3++3H2↑,
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