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专题整合提升
[学问网络]
[专题探究]
专题一物质制备试验设计
1.化学试验设计的主要类型
依据不同的标准,可以将中学化学教学中的试验设计分成不同的类型。
(1)依据试验在化学教学相识过程中的作用
①启发性(或探究性)试验设计。
②验证性试验设计。
③运用性试验设计。
(2)依据化学试验的工具
①化学试验仪器、装置和药品的改进或替代。
②化学试验方案的改进。
(3)依据化学试验内容
2.物质制备试验方案的设计
物质的制备是在肯定的试验条件和过程中进行的。试验条件不同,所生成的物质的状态、性质也常各不相同。
(1)制备试验方案的设计的一般思路:
(2)制备试验方案设计的题型
①限定几种原料,制备一种或几种物质。
②限定几种原料,要求用几种不同的方法制备一种物质。
③自选原料,制备某一指定物质。
④用含杂质的物质为原料,提纯某一纯净物。
⑤由给定废料回收、提取或制备某一物质。
制备试验方案的设计,主要涉及原料、基本化学反应原理、试验程序和仪器、设备。核心是原料,由原料可确定反应原理,推导出试验步骤及所用仪器。
(3)物质制备试验的一般过程
专题二制备试验方案设计中应留意的问题
1.试验设计中的仪器选择
依据设计好的方案,选择合适的仪器,必需考虑以下几方面:
(1)依据反应物的状态和性质:
例照试验室制取O2:
原料
装置
主要仪器
①KClO3、MnO2
②KMnO4
固+固eq\o(――→,\s\up7(△))气
大试管、单孔橡皮塞、导气管、酒精灯、铁架台
③H2O2、MnO2
④H2O、Na2O2
液+固―→气
烧瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、导气管、铁架台
(2)依据反应条件:
例照试验室制取Cl2:
①MnO2+4HCl(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))MnCl2+2H2O+Cl2↑,需用酒精灯。
②2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,不用酒精灯。
又如加热需分清是干脆加热、间接加热还是水浴加热,这就确定了是否要用石棉网、烧杯。另外,加热时温度是否有肯定的限制,若有,则还需用到温度计,同时应考虑温度计水银球的位置。
(3)依据所制取物质的须要量:
①制取少量气体,可用试管来代替烧瓶、启普发生器等大容量的气体发生装置。
②量筒、容量瓶、烧杯等都有不同的规格,尽量选择符合要求的最小规格,否则既奢侈药品又带来误差。
(4)依据是否要限制反应速率:
大多数试验中分液漏斗和长颈漏斗选用时无严格区分,只需将长颈漏斗末端液封住,即可起到与分液漏斗相同的作用,但是有时只能选择其一。
如用MnO2与浓盐酸反应制Cl2时,因浓盐酸易挥发,为了限制液体滴加的速率,并防止浓盐酸挥发,必需选用分液漏斗。
(5)依据生成物的性质:
应考虑生成物的状态、溶解性、沸点凹凸等性质。例如,用浓硫酸、乙醇、溴化钠加热来制取溴乙烷,蒸馏出的溴乙烷蒸气应通入冰水浴中冷却,且导气管尽量长一些。
(6)依据生成物的纯度要求:
一般制取的物质中常混有某些杂质,为提高其纯度应加净化除杂装置,常用的有洗气瓶、干燥管、U形管等。若要分别,则可能要用到过滤器、分液漏斗、蒸馏烧瓶等。
(7)考虑环境污染和爱护:
如有毒性、有刺激性的尾气应考虑汲取或其他处理方法。处理方法不同,所用到的仪器、装置也可能不同。
2.试验设计中有关依次的选择
(1)装置的排列依次:按气流方向确定仪器的连接依次。
一般遵循:气体的发生→除杂→干燥→主体试验→尾气处理。
(2)接口连接依次:导管的进出口方向及长短是连接的关键。
“进步短出”eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(洗气装置,汲取气体装置,水排气装置,一般的向上、向下排气集气装置))
“短进长出”eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(气排水装置,反常的向上、向下排气集气装置))
“大进小出”——通过干燥管的气流方向。
请留意气-固反应装置放置的方向不同,则气流方向有所不同。除杂依次应遵循有序、互不干扰的原则。
(3)操作依次:
①气体发生:装置连接→气密性检查→装固体药品→加液体药品→其他操作。
②加热操作。
a.在烧瓶或其他玻璃容器中,加入固体后不能先加热后加液体,缘由:热的干的玻璃容器遇到冷的液体,容器可能爆裂。
b.凡用可燃性气体(如H2、CO等)与固体加热反应时,应在加热前先通原料气赶尽装置中的空气,才能加热;赶尽空气的目的是防止可燃性气体与空气混合受热爆炸。若原料气本身有毒性或对环境有害,应点燃尾气或改用其他无毒性气体驱逐。例如,用H2、CO还原CuO时,先通气体后验纯再加热,尾部用燃烧法除去多余的H2、CO。用原料气赶尽空气的另一个目的是保证产品的纯度,如用N2与Mg制Mg3N2时,若有O2,则更易形成MgO。
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