人教版高中化学选修6 第四单元 研究型实验 4.3综合实验设计 上课课件（共37张ppt）

(共37张PPT)
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现代技术的发展除了依靠发明技术以外，还需要“综合的艺术”。我们可以利用各种各样的知识和技能，尝试实验设计上的“创新”。
课题三 综合实验设计
教学目标
知识与能力
学习综合运用已有知识、技能进行实验。
培养通过科学实验获取新知识的意识，并体验其过程和乐趣。
情感与态度
过程与方法
启发、培养创造性思维和实践的灵感和兴趣，培养学生动手能力。
教学重难点
重点
难点
了解实验手段进行开创性实验
综合利用所学知识，发明创造。
让我们来看看前人是如何创新实验的
启普发生器
一种实验室常用的气体发生装置,以荷兰的D.J.启普的姓命名。它用普通玻璃制成,构造见图。适用于块状固体与液体在常温下反应制取难溶的气体等。块状固体在反应中很快溶解或变成粉末时,不能用启普发生器。只要生成的气体难溶于反应液才可,如二氧化碳可溶于水,但难溶于盐酸,故用石灰石与盐酸反应制二氧化碳时可用启普发生器。启普发生器不能加热。
启普发生器由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。最初使用时，将仪器横放，把锌粒由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口加入稀硫酸。使用时，扭开导气管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟锌粒接触而发生反应，产生的氢气从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，反应即自行停止。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。
实验原理：
使用前应先检查装置的气密性,方法是,开启旋塞,向球形漏斗中加水,当水充满容器下部的半球体时关闭旋塞,继续加水,使水上升到球形漏斗中。静置片刻,观察水面是否下降,如下降说明漏气。漏气处可能是容器上气体出口处的橡皮塞、导气管上的旋塞或球形漏斗与容器接触的磨口处。如漏气应塞紧橡皮塞或在磨口处涂一薄层凡士林。
使用方法：
固体试剂由容器上的气体出口加入,加固体前应在容器的球体中加入 一定量的玻璃棉或放入橡皮垫圈,以防固体掉入半球体中。加固体的量不得超过球体容积的1/3。液体试剂从球形漏斗口注入,注液方法与上述注水方法相同。液体的量以反应时刚刚浸没固体,液面不高过导气管的橡胶塞为宜。
使用时,打开导气管上的旋塞,球形漏斗中的液体进入容器与固体反应,气体的流速可用旋塞调节。停止使用时,关闭旋塞,容器中的气体压力增大,将液体压回球形漏斗,使液体和固体脱离接触,反应停止。为保证安全,可在球形漏斗口加安全漏斗(见图),防止气体压力过大时炸裂容器。符合随开随用随关随停的原则。
使用注意事项：
（1）使用前要检查装置气密性，排尽空气后再
收集气体；
（2）使用启普发生器制备氢气，应远离火源；
（3）移动启普发生器时，要握住球形容器的蜂
腰处，千万不可单手握住球形漏斗，以免
底座脱落造成事故。
（4）向启普发生器中添加固体时,需用橡皮塞将球形漏斗口塞紧,然后取下容器上的橡皮塞加入固体。液体需要更换时,也应塞紧漏斗口,然后拔下容器底部的液体出口塞,使废液缓缓流出,塞上液体出口塞后,再从球形漏斗口注液。 移动启普发生器时,应握住容器的球体,切不可只握球形漏斗,否则会使之与容器脱离,造成漏液或损坏容器。
美丽的喷泉实验
气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够的压强差（负压），则打开活塞后，大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。为了解决这个问题，我们想起影响气压的几个因素。根据克拉伯龙方程：PV=nRT，推出P=(nRT)/V (R为常数)。要使P变小，可改变n、T、V中的一个变量。
喷泉实验的基本原理：
所以减小气压的方法有三种：
①减少气体的物质的量(n)；
②降低气体的温度(T)；
③增大气体的体积(V)。
减少气体的物质的量有两种方法：
物理方法与化学方法。物理方法可把气体抽走或物理溶解，化学方法可通过化学反应或化学溶解；降低气体的温度，我们可以采用冷水浇注或用湿毛巾放于瓶底，也可以把装置转移入较低温的环境；而增大气体的体积，可以采取，升高温度（如，用热水浇注或热毛巾放于瓶底）或改变容器的体积的方法。
对于用化学方法来减少气体的物质的量的方法又和气体的溶解度、吸收液的种类有关。
①气体溶解性大小会对喷泉的形成产生影响。如，易溶于水的气体、在水中溶解度不大的气体、难溶于水的气体；由于它们在水中的溶解度不一样，从而就使得压强的减少不一样，是喷泉能否产生以及喷泉大小的关键。
②吸收液的种类也会对喷泉的形成产生影响，不同的吸收液，与气体之间能否反应、气体在其中溶解度的大小，都决定了喷泉实验的成败。
制作方法:取一玻璃瓶，瓶口塞入一打孔胶塞。塞孔中插入一尖嘴玻璃管，外端套一胶管.
使用方法:用注射器从瓶内抽气若干次，然后用弹簧夹夹紧胶管。将玻璃瓶倒置于水槽中。去掉弹簧夹，则见有水经胶管从玻璃管尖嘴喷出，形成喷泉.
①盛气体的烧瓶必须干燥，否则甁中有液体，会使瓶口留下空气，形成的喷泉压力不大（喷泉”无力”）；
②气体要充满烧瓶；
③烧瓶不能漏气（实验前应先检查装置的气密性）；
④所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。
喷泉实验成功的关键是：

知识拓展
空瓶生烟
两个大小相同的无色玻璃杯或玻璃瓶，两个能盖住玻璃瓶（或杯）的玻璃片；浓盐酸和浓氨水各少许（试剂商店有售）。
器具和药品：
预先分别将浓盐酸和浓氨水涂抹在两个玻璃瓶的内壁，分别盖上玻璃片。然后将中间的玻璃片抽出。
步骤：
氯气与氨气的反应
现象：
快速的出现大量白色烟尘，充满了整个空间。
实验4-5
综合实验设计实践
回忆
铜与稀硝酸反应
铜与稀硝酸发生反应的反应方程式为：
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
实验现象：
红色铜渐渐溶解，无色的溶液变成蓝色，并伴有无色气体放出。 有气泡产生,并放出大量的热. 溶液逐渐变蓝，铜会逐渐溶解,硝酸逐渐变蓝色,棕红色二氧化氮和氢气伴随着热量散发出来. 红色的铜逐渐溶解,溶液由无色变成蓝色,有无色刺激性气体产生.
产物主要是NO，NO的物理性质是无色气体，不溶于水。有毒。密度接近空气的密度。所以不能用排空气法收集。应该 用排水法收集。 化学性质是极易和氧气反应生成红棕色的NO2。
现象解析：
生成的气体会外逸对环境有污染；生成的一氧化氮气体的无色不易观察；无色气体变为棕色的界限不清。

铜与稀硝酸的创新实验
方案一
如图在分液漏斗下端缠上螺旋状铜丝，U形管中加入稀硝酸，将U形管向左倾斜，塞上带分液漏斗的橡皮塞时，尽可能使管内不留空气。铜与稀硝酸即开始反应，生成的NO气体被富集在U形管内，打开分液漏斗活塞，无色气体被压入分液漏斗中，与分液漏斗中的空气反应即生成棕色气体（上口玻璃塞无需打开）。
方案二
实验步骤：
(1)如图，在注射器中放三小块铜片，将注射器活塞推到底部。
(2)将输液管插入预热过的稀硝酸中，吸入20mL硝酸后，关闭输液管夹，然后将输液管下端放入盛有4mol／L氢氧化钠溶液的烧杯中(注：在实验进行过程中要慢慢地将注射器向上拉出，因摩擦力的存在，反应过程中产生的气体不容易使活塞向上运动)。
(3)待反应停止后，打开输液管夹，将注射器中的溶液全部排入烧杯中(气体不要排出)，然后将输液管下端移出液面，吸入约2倍NO体积的空气。
铜与稀硝酸反应较慢，铜片周围产生小气泡，有无色气体生成，溶液逐渐变为蓝色：当注射器中溶液排入烧杯时，有蓝色沉淀生成：注射器吸入空气后，无色气体变为红棕色。
实验现象
方案三
(1)按图所示连接装置图，检查气密性后在干燥管加入铜片，在烧杯中加入适量预热的稀硝酸。
(2)打开止水夹，用注射器慢慢抽取干燥管内的空气，稀硝酸沿着干燥管慢慢上升，直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器，关闭止水夹，观察到干燥管内铜片溶解，且表面有气泡产生，溶液上方气体为无色，溶液变成蓝色，液面下降。
实验步骤：
(3)反应停止后，打开止水夹，用注射器抽取干燥管内的气体(事先已将注射器内原有的空气推出)，关闭止水夹后取下注射器，并抽取一定的空气，可观察到有红棕色气体生成。
铜与稀硝酸反应较慢，铜片周围产生小气泡，有无色气体生成，溶液逐渐变为蓝色：打开止水夹，用注射针抽取一定的空气，有红棕色的二氧化氮生成。
实验现象
此实验设计简单可行，操作方便、现象明显，不仅能清晰地观察到无色的NO，还能观察到NO气体容易被氧化成红棕色的NO2的过程，而且可以重复使用。
实验评价