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第六单元 化学实验方案的设计
第1节 制备实验方案的设计
（第一课时教案）
教学目标
1、学习和了解制备实验方案的设计方法和基本要求。
2、运用铝以及氢氧化铝的有关化学性质及其相互转关系，以及强碱弱酸盐和强酸弱碱盐水解反应过程中的相互促进，评价选择以铝为原料制备氢氧化铝的最佳途径。
3、通过对最佳实验方案的优选过程，调动学生积极参与教学过程，培养学生浓厚的学习兴趣和正确的学习方法。
4、提高学生对知识的综合利用能力，发展学生的整体思维水平，培养学生敢于创新的学习态度和科学的思维方法。
教学重点：
氢氧化铝制备的优化选择。
教学难点：
不同盐类水解过程的相互促进。
教学方法：
复习→讨论→比较→评价→总结
教具准备：
仪器：烧杯、试管、胶头滴管
药品：氯化铝溶液、硫酸铝溶液
教学过程：
[导入] 化学是一门以实验为基础的学科，无论化学原理、化工生产还是科学研究，都离不开化学实验。因此，化学实验方案的设计贯穿于化学科学发展的全过程，贯穿于每一个化学实验的始终。化学实验方案的设计对于化学实验具有至关重要的作用，有时甚至直接影响到一个实验的成功与否。
[投影]教材插图
[展示]足球烯C60的模型
[讲述]通过居里夫人提取纯镭化合物和球碳原子簇的合成等，说明设计周密可行的实验方案对科学实验的重要作用。
因此，每个化学实验在实验操作之前，均要根据该实验的目的和要求，综合运用相关知识和已有的实验基本技能，对实验过程进行总体的设计和规划，此即为化学实验方案的设计。
[板书]第六单元 化学实验方案的设计
[过渡]化学实验的种类很多，不同的化学实验其实验方案的设计也有不同，制备实验方案设计为最基本，本节课我们以铝为原料，对氢氧化铝的制备方案进行设计。
[板书]第一节 制备实验方案的设计
1、 以铝屑为原料制备Al(OH)3实验方案的设计
[复习]请同学们回忆铝及铝化合物的有关性质和它们之间的相互转化关系。
[投影]铝及其化合物之间的相互转化关系
Al
[学生]部分学生回答，其他学生补充。
[分组实验]用AlCl3溶液和NaOH溶液制备Al(OH)3
1、 将NaOH溶液滴到AlCl3溶液中
2、 将AlCl3溶液滴到NaOH溶液中
[提问]现象有何不同呢？说明了什么？
[学生]回答后，教师补充。
[强调]在设计物质制备实验时，必须对实验条件进行严格、有效的控制。
[提问]根据上述信息，铝盐有几种？其水溶液各显什么性？
[学生]讨论后回答。
[总结]铝盐的存在方式主要有两种：一为铝盐，如AlCl3。一般为强酸弱碱盐，其水溶液会因Al3+水解而显酸性；另一为偏铝酸盐，如NaAlO2。偏铝酸盐一般为强碱弱酸盐，其水溶液会因AlO2-水解而显碱性。
[学生]写出这两种盐发生水解反应的离子方程式。
[想一想]将上述两种盐溶液混合，会出现怎样的现象呢？
[分组实验]将AlCl3溶液和NaAlO2溶液混合。
[学生]观察实验现象，并写出反应的离子方程式。
[投影]Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH-
Al3++3AlO2-+6H2O 4Al(OH)3
[过渡]对于任何化学物质，其结构决定性质，性质反映结构。同时，其性质也决定其实验室制法。下面，请同学思考实验室以铝屑为原料，可通过哪些途径制的Al(OH)3。
[板书]1、可能的制取途径
[学生]分组讨论。教师巡视。
[学生]各小组代表汇报他们选择的制备方法。
[投影]汇总学生得出的各种制备方案。（可用实物投影）
1、
[讲述]同学们对制备方法的选择都有自己的想法。说明同学们对铝及其化合物的性质掌握的好，并且能够综合应用。但是，制备方法这么多，它们中肯定有忧劣之分。
[议一议]上述所有的制备方法中，哪一些或哪一个制备方法更加合理呢？
[板书]2、可能实验方案的选择
[投影]物质制备实验设计的要求：
（1） 原理正确，步骤简单；
（2） 条件合适，操作方便；
（3） 原料丰富，价格低廉；
（4） 节省原料，经济实用；
（5） 产物纯净，污染物少。
[学生讨论]教师巡视。
[提问]请同学们回答自己的选择，哪些合理、哪些不合理？并对不合理的方案加以简单的点评。
[学生]各组学生代表点评。其他同学补充。
[讲评]同学们分析的都很好。通过以上的评价和选择，同学们比较倾向于这三个方案。
[投影]用铝屑为原料制备氢氧化铝的可能实验方案：
H OH-
方案一：Al Al3+ Al(OH)3
OH H+
方案二： Al AlO2- Al(OH)3
H+
方案三：Al Al3+
Al(OH)3
OH-
Al AlO2-
[提问]在这三种方案中，哪一种方案最合理呢？下面我们就这三种方案展开进一步的讨论。
[学生讨论]教师引导从酸碱强弱的选择、操作要求分析。
[投影]三种方案的比较：（略）
[学生回答师生总结]
方案一：在Al3+转化成Al(OH)3沉淀时，有两种方法可以采用：加入强碱溶液，其优点是生成沉淀的速率快，其缺点是对溶液的加入量难以控制，所以用弱碱稀氨水好。
方案二：在AlO2-转化成Al(OH)3沉淀时，也有两种方法可以采用：加入强酸溶液，其优点是生成沉淀的速率快，其缺点也是对溶液的加入量难以控制，另一方法为通入新制备的二氧化碳，但二氧化碳的制备会使整个实验操作过程过于繁琐。
方案三：不存在酸、碱强弱的选择与用量问题，整个实验操作过程简单而且容易操作与控制。
[提问]如果以铝屑、硫酸溶液、氢氧化钠溶液为原料来制备氢氧化铝？请大家写出这三个方案中有关的离子方程式。
[投影]有关的离子方程式。
[学生讨论]根据上述离子方程式，并以制备1molAl(OH)3为标准，来讨论各个方案中酸碱的用量。
[投影]制备1molAl(OH)3消耗原料的物质的量（表）
[讲评]对于上述三种实验方案，从反应物的种类看，三种方案都使用了三种药品。从消耗酸、碱的物质的量来分析，方案一用量最多，方案三用量最少；从操作要求考虑，方案三也最为简单。
[板书]3、最佳实验方案
H+
Al Al3+
Al(OH)3
OH-
Al AlO2-
[投影]最佳方案的反应流程：
[投影]最佳方案的反应流程：
稀H2SO4 浓NaOH溶液
铝屑 Al2(SO4)3 NaAlO2 铝屑
混合后过滤
洗涤
滤液 沉 淀 Al(OH)3
干燥
[板书][投影]4、实验方案设计的一般思路
可能途径 优化选择 拟定步骤 具体方案
（科学合理） （综合评估） （周密严谨） （全面细致）
[小结]本节课，我们通过对铝及其重要化合物性质的回忆与复习并对可能的制备方法进行了推测，分析比较后，最终选定了最佳制备氢氧化铝的实验方案。
[投影小结]强化制备实验方案设计的一般思路：先列出可能的制备方法和途径，从方法是否可行、装置和操作是否简单，以及经济与安全等方面进行分析和比较，从中选出最佳的实验方法。在制定具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制。
[练习]
1、下列反应适合于实验室制备氧气的是（ ）
①高锰酸钾受热分解2KmnO4K2MnO4+MnO2+O2
②硝酸铵受热分解 2NH4NO34H2O+N2+O2
③过氧化氢催化分解 2H2O22H2O+O2
④二氧化氮受热分解 2NO22NO+O2
A．只有① B．①和② C．①和③ D．①③④
2、
2、在实验室进行物质制备，下列从原料制取相应的产物的最终设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是 （ ）
A、 在空气中点燃 CuO NaOH溶液
C CO CO2 Na2CO3溶液
B AgNO3溶液 NaOH溶液
在空气中点燃 CuO NaOH溶液
A、C CO CO2 Na2CO3溶液
AgNO3溶液 NaOH溶液
B、 Cu Cu(NO3)2 溶液 Cu(OH)2
点燃 H2SO4溶液
C、 Fe Fe2O3 Fe2(SO4)3溶液
D、 H2O Na2CO3溶液
CaO Ca(OH)2 NaOH溶液
3、、 以铜、硝酸、硝酸银、水、空气等为原料，可用多种方法制取Cu(NO3)2 。
（1）试设计四种制取Cu(NO3)2 的途径（用化学方程式表示）。
（2）从“绿色化学”角度（环境保护和经济效益）考虑，大量制取Cu(NO3)2最宜采用上述哪种方法？说明原因。
[作业]
1、 根据制备氢氧化铝的反应流程写出具体的实验步骤。
2、 预习实验方案设计的基本格式和内容。
3、 设计以为CaCl2原料制备Ca(NO3)2溶液的最佳方案。
Al2O3
O2
Al
Al(OH)3
NaAlO2
AlCl3
Al2O3
Al3+
H+
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