综合实验设计与评价

化学综合实验设计与评价

综合实验设计与评价

化学综合实验设计与评价

例1.某种胃药中止酸剂为CaCO3。为测定其中CaCO3 含量，某研究小组设计以下两种方案(药片中的其它成 分与HCl和NaOH溶液均不反应)。请回答有关问题： ⑴方案一：用下图装置测量一定量样品与足量稀盐 酸反应生成CO2的体积，计算CaCO3的含量；装置中 连通管X的作用是 、 。X

稀盐酸

饱和NaHCO3溶液

想一想：如果把恒压分 液漏斗改为普 通分液漏斗， 对测定结果有 何影响？

样品

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⑵方案二：用滴定法测定，有以下几步操作： A.配制0.100mol/L HCl溶液和0.100mol/L NaOH溶液 B.取一粒药片(0.100g),研碎后加入20.0mL蒸馏水 C.以酚酞为指示剂，用0.100mol/L NaOH溶液滴定，用去体积为 VmL达到终点 D.用酸式滴定管加入25.00mL 0.100mol/L HCl溶液，充分反应 ①测定过程的正确操作顺序为 ▲ (填字母)。 ②现需要重复滴定4次，配制0.100 mol/L HCl溶液需要选用下图 所示仪器中的 ▲ (填字母)。 ③经测定，每次消耗NaOH溶液体积的平均值为13.00mL,则该胃 药中CaCO3的质量分数 ▲ 。 ④与方案一相比，方案二的主要优点是 ▲ 。本题弱点：50 40 30 20 10D E

准确浓度的盐酸、NaOH都不可能配 制，只能用滴定的方法精确测定。 常用无水碳酸钠精确测定盐酸浓度。

100mL 20℃ A B

250mL 20℃ C

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例2.实验探究 回顾思考：1.写出下列反应的化学方程式： (1)Al2(SO4)3溶液和Na2S溶液混合 (2)CuSO4溶液和Na2S溶液混合 2.结合下列数据，对上述反应结果作出合理解 释 Ksp(CuS)=6.3×10-36 Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-203.已知Ksp(CuCO3)=1.4×10-10请预测0.2mol/LNa2CO3(pH=11)和0.2mol/LCuSO4 等体积混合反应会生成什么？

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实验探究： 0.2mol/LNa2CO3(pH=11)和0.2mol/LCuSO4溶液 等体积混合 ——产生绿色沉淀结论：不可能全部是Cu(OH)2 新问题：绿色沉淀的成分是什么？提出你的猜想。 提出猜想：1.全部是碳酸铜。 2.是碳酸铜和氢氧化铜组成的混合物或碱式盐能否设计实验证明你的猜想？(沉淀不带结晶水) 实验设计：1.取绿色沉淀加HCl,如果有气泡，证明

含CO32-.2.取沉淀加热，将气体通过白色无水硫酸铜，如果变

蓝，证明含OH-.

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想一想：如何从试管中分离出沉淀？在加盐酸或 加热前还需完成哪些操作？ 过滤、洗涤、烘干。怎样洗涤沉淀？如何判断沉淀是否已经洗净？ 烘干沉淀时应注意什么？ 问题讨论：实验事实证明，绿色沉淀为碱式碳酸铜，其 组成可表示为 xCu(OH)2· yCuCO3。如何设计一个定量 实验确认沉淀的组成？ 实验设计：1.CO2气体体积法

2.CO2气体质量法3.固体质量法(分解前、后的总质量)

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方案1.CO2体积法： 按右图实验 思考1.指出各仪器所放试剂名称

稀H2SO4

2.分液漏斗中改用盐酸是

否可行？如用盐酸，如何改进装置？ 广口瓶如放水，如何测定体积？ 3.读数时需注意什么？ 4.该装置有何不足？如何改进？绿色沉淀 饱和NaHCO3

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稀H2SO4

绿色沉淀

5.若反应结束后，量气管液面高于左边液面，应如何 操作？若直接读数，对x/y的值有何影响？6.保持药品用量和操作步骤完全相同，同样条件下，分 别用上述两个装置实验，最后量气管读数是否相同？

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方案2.CO2质量法：画出实验装置图。

上述装置有何不足？如何改进？

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方案3.固体质量法：请设计实验步骤。1.称量干燥坩埚的质量m1g 2.称量坩埚和绿色沉淀的总质量m2g 3.加热分解 4.放在干燥器中冷却后称量m3g 5.再一次加热、冷却、称量m4g 验。天平、坩埚、坩埚钳、干燥器、

若m3-m4≤0.1g,结束实

请归纳本实验所需要的仪器： 酒精灯、三脚架、泥三角、玻璃棒

根据以上数据，计算x/y的值。

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总结： 物质组成的探究思路： 制备物质——定性分析——定量测定 ——计算组成 探究常包含以下环节： 发现问题——提出猜想——方案设计—— 实验探究或资料探究——得出结论—— 发现新问题——提出新猜想——……假如碱式碳酸铜带有结晶水呢？

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碱式碳酸铜可表示为：xCuCO3· yCu(OH) 2· 2O,测定碱式碳酸铜 zH 组成的方法有多种。 (1)现采用氢气还原法，请回答如下问题： ①写出xCuCO3· yCu(OH) 2· 2O与氢气反应的化学方程式 zHxCuCO3· yCu(OH)2· 2O+(x+y)H 2 = (x+y)Cu+ xCO2+(x+2y+z)H2O zH

;

②试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序 是(填入仪器接口字母编号):

(a)→( )( )→( )( )→( )( )→( ) ( )→( )( )→(l) a→k,j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l

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③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物， 生成4.4g二氧化碳和7.2g水。该样品的结晶水质量为1.8 g, Cu(OH) 2· 2O H 化学式为 CuCO3· ;

(2)某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定 碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由 。可行 根据反应xCuCO3· yCu(OH) 2· zH2O=(x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑, 依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量),即可计 算出其组成。