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物质的制备学案3(高一化学)
所属科目:化学    文件类型:doc
类别:教案/同步练习
上传日期:2018/4/13  
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《物质的制备》教案
【考纲要求】
1.掌握制备实验方案的设计程序,方案书写的格式、内容。
2.培养能根据物质制备原理制定实验操作步骤、选择实验仪器装置的能力,巩固物质制备的实验操作。
3.能够对实验方案进行科学的评价。
【热点重点】
运用已学知识分析并评价氢氧化铝制备的最佳途径。
【教学内容】
 一、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。  
二、制备实验方案设计的要求:
  ①原理正确、步骤简单;   ②条件适宜、操作方便;
③原料丰富、价格低廉;④节省试剂、安全防污;⑤产品纯净、易于提纯。 
三、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:   
 四、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:⑴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,⑵也可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,⑶我们还可以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===2 Al(OH)3↓+Na2SO4,AlO2-+H++H2O=== Al(OH)3↓。  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↑,  2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑,  Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O===Al(OH)3↓+3Na2SO4,Al3++3AlO2+6H2O===4 Al(OH)3↓。  按此方案,若制备1mol Al(OH)3,需消耗mol H+和mol OH-。  我们来比较这三种方案,同样是制备1mol Al(OH)3,使用的药品都是三种:铝屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液,第一种方案消耗酸、碱的物质的量最多,第三种方案最少;从操作要求可看出:方案一、二不如方案三简单。
 综上所述,制备Al(OH)3宜用第三种方案,其流程应为:  
五、用铝屑制备Al(OH)3的具体实验方案的设计   实验名称: 以铝为原料制备Al(OH)3
实验目的:  ①分析评价制备Al(OH)3的最佳条件;
  ②认识铝的化学性质和Al(OH)3的两性。
实验原理:
  铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应得到Al2(SO4)3和NaAlO2溶液,将铝盐溶液和偏铝酸盐溶液混合过滤,再将得到的沉淀洗涤,即可得到Al(OH)3。
 实验用品:  烧杯、量筒、玻璃棒、漏斗、托盘天平、铁架台、石棉网、酒精灯、pH试纸、滤纸、剪刀、火柴、铝屑、稀硫酸、稀NaOH溶液、浓NaOH溶液、蒸馏水。 
 实验步骤:  ①在烧杯1中加入50mL稀NaOH溶液,再加入足量铝屑,给溶液稍加热1~2分钟后取出,用蒸馏水把铝屑洗涤干净,称量铝屑的质量,设为m1,将铝屑分为四份,备用。  
②在烧杯2中放入1份铝,再加入适量稀硫酸,使铝屑完全溶解。  ③在烧杯3中放入3份铝,再加入适量浓NaOH溶液,使铝屑完全溶解。  ④将烧杯2和烧杯3中的溶液混合,将沉淀过滤。  ⑤将所得沉淀转移到烧杯中,用热蒸馏水洗涤3次,再过滤、洗涤,至溶液的pH值为7~8。  ⑥过滤,干燥,得到Al(OH)3固体。  ⑦用托盘天平称量所得Al(OH)3固体的质量为m2,计算出产率。  
实验现象记录及结果处理: 
 ①实验现象(略)
②实验结果处理
铝屑的质量(m1)
 

氢氧化铝的质量(m2)
 

氢氧化铝的理论产量(m3)
 

产率计算公式
 

本实验Al(OH)3的产率
 

注意:
1、实验步骤1中铝屑先用稀NaOH溶液处理,是为了除去铝屑表面的薄薄的氧化铝膜。  
2、铝屑的质量要均分为相同的四份,使它们能按Al3++3AlO2-+6H2O===4 Al(OH)3↓完全反应。  
3、Al3++3H2O Al(OH)3+3H+,AlO2-+2H2O Al(OH)3+OH-  正是由于这两个水解反应相互促进,使得Al3+盐和AlO2-盐相混后产生Al(OH)3沉淀。
【综合应用】
例1、实验室现有:(1)未知浓度的烧碱溶液100mL; 
 (2)能随时提供CO2的发生装置;  
(3)50mL量筒;  
(4)200mL烧杯。  请仅利用上述药品和仪器制备较纯净的纯碱溶液。  
[分析]   CO2气体和NaOH物质的量之比不同,反应可生成Na2CO3或NaHCO3。要制备较纯净的纯碱溶液,通入CO2量的控制是实验成败的关键,若直接向NaOH溶液中通入CO2,使其恰好生成Na2CO3通常是难以做到的。我们不妨采取“欲擒故纵”的策略,将100mL NaOH溶液分成两等份,其中一份通入过量的CO2,使之生成NaHCO3,然后将另一份NaOH溶液与之混合,最终得到Na2CO3。发生的反应是:  (1)NaOH+CO2=NaHCO3  (2)NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O  
答案: (1)用50mL量筒量取50mL的NaOH溶液;  
(2)将量筒里的NaOH溶液倒入200mL烧杯中,通入过量的CO2;  
(3)将剩余的50mL NaOH溶液倒入烧杯中混合即可。
 例2、设计硫酸亚铁的制备实验方案并进行实验。
[分析]硫酸亚铁的制备可用铁屑与稀硫酸反应制得,先用铁屑和稀硫酸制得FeSO4溶液,然后用冷却结晶的方法使FeSO4结晶析出,即可得到较为纯净的硫酸亚铁晶体。 
[解]
(1)首先用热NaOH稀溶液洗涤铁屑2次,并用玻璃棒搅拌,然后用蒸馏水冲洗以除去油污。  
(2)在烧杯中倒入40mL稀硫酸,加入足量上述废铁屑,以稀硫酸浸没所有铁屑为度,小心加热(保持温度在50℃~80℃之间),直到只有极少量气泡发生,同时溶液呈浅绿色为止(这时烧杯底部仍留有少量铁屑)。
(3)用少量热水通过滤器,以提高它的温度(防止溶液在漏斗里析出晶体),然后将溶液趁热过滤,将滤液转入试管中,用橡皮塞塞住管口(防止空气进入),静置、冷却、结晶,观察滤液冷却生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象。
(4)待结晶完毕后,取出晶体,用少量水洗涤2~3次,再用滤纸将晶体吸干。  
(5)把制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中,密闭保存。



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