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↑，