第十六章第四節(jié)化學實驗方案的設計和評價

1、考綱定標考綱定標 掌握化學實驗的記錄方法和運用化學知識設計一些基本掌握化學實驗的記錄方法和運用化學知識設計一些基本實驗。實驗。(1)根據(jù)實驗現(xiàn)象，觀察、記錄、分析或處理數(shù)據(jù)，得出正根據(jù)實驗現(xiàn)象，觀察、記錄、分析或處理數(shù)據(jù)，得出正確結論。確結論。(2)根據(jù)實驗試題要求，考查設計或評價實驗方案。根據(jù)實驗試題要求，考查設計或評價實驗方案。(3)能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。熱點定位熱點定位1利用限定的儀器裝置、藥品，根據(jù)題目要求進行實驗方利用限定的儀器裝置、藥品，根據(jù)題目要求進行實驗方案的設計。案的設計。2給出部分實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)題目要求設計完整的實驗。給出部分實

2、驗環(huán)節(jié)，根據(jù)題目要求設計完整的實驗。3對給出的實驗方案做出科學的評估，選擇出最佳方案。對給出的實驗方案做出科學的評估，選擇出最佳方案。1明確實驗方案設計的明確實驗方案設計的4項基本要求：項基本要求：科學性，科學性，安全性，安全性，可行性，可行性，簡約性。簡約性。2牢記儀器連接牢記儀器連接4個順序：個順序：“自下而上，從左到右自下而上，從左到右”的順序；的順序；氣體凈化裝置先洗氣后干燥；氣體凈化裝置先洗氣后干燥；洗氣時，進氣管長，出氣管短；洗氣時，進氣管長，出氣管短；干燥管，大口進氣，小口出氣。干燥管，大口進氣，小口出氣。3理解綜合性實驗題解答的理解綜合性實驗題解答的4個步驟：個步驟：明確實驗目

3、的、原理。明確實驗目的、原理。根據(jù)實驗原理選擇儀器、藥品。根據(jù)實驗原理選擇儀器、藥品。組裝儀器并理解各儀器的作用及使用方法。組裝儀器并理解各儀器的作用及使用方法。結合題意，綜合分析解答。結合題意，綜合分析解答。一、化學實驗方案的設計一、化學實驗方案的設計1基本要求基本要求2基本思路基本思路二、化學實驗方案的評價二、化學實驗方案的評價1基本原則基本原則一個實驗方案的優(yōu)劣主要從一個實驗方案的優(yōu)劣主要從 是否科學合理，是否科學合理， 是否簡單可行，另外還要從是否簡單可行，另外還要從 和和 兩個角度去評價。兩個角度去評價。實驗原理實驗原理操作與裝置操作與裝置綠色化學綠色化學安全性安全性2評價類型評價類

4、型化學實驗方案設計的基本要求和注意事項化學實驗方案設計的基本要求和注意事項1實驗方案設計的基本要求實驗方案設計的基本要求(1)科學性：實驗原理、實驗操作程序和方法必須科學合科學性：實驗原理、實驗操作程序和方法必須科學合理。理。(2)安全性：盡量避免使用有毒藥品和進行有一定危險性安全性：盡量避免使用有毒藥品和進行有一定危險性的實驗操作，保護人身安全，保護儀器。的實驗操作，保護人身安全，保護儀器。(3)可行性：實驗所選用的藥品、儀器、設備和方法等在可行性：實驗所選用的藥品、儀器、設備和方法等在中學現(xiàn)有條件下能滿足要求。中學現(xiàn)有條件下能滿足要求。(4)簡約性：方案簡單易行，盡可能采用簡單的實驗裝置，

5、簡約性：方案簡單易行，盡可能采用簡單的實驗裝置，較少的實驗步驟和藥品，還應遵循完成實驗所用時間較較少的實驗步驟和藥品，還應遵循完成實驗所用時間較短，副反應少，效果好等基本要求。短，副反應少，效果好等基本要求。(5)經(jīng)濟性：綜合考慮原料的用量和價格。經(jīng)濟性：綜合考慮原料的用量和價格。2化學實驗方案設計的注意事項化學實驗方案設計的注意事項(1)藥品和儀器是部分給出還是有剩余：藥品和儀器是部分給出還是有剩余：若藥品和儀器只部分給出，則應作必要的補充，若有剩若藥品和儀器只部分給出，則應作必要的補充，若有剩余，則應進行篩選和淘汰。余，則應進行篩選和淘汰。(2)條件有無特殊要求：條件有無特殊要求：如采用最

6、簡單或最合理的實驗步驟，這些要求對考慮反如采用最簡單或最合理的實驗步驟，這些要求對考慮反應原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟都作了限定，應原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟都作了限定，應高度重視。應高度重視。(3)實驗過程中的隱蔽性操作：實驗過程中的隱蔽性操作：如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，往往被忽略。不可少的，往往被忽略。(4)藥品的描述：藥品的描述：有些題目要求指出藥品的名稱，如有些藥品的準確描述有些題目要求指出藥品的名稱，如有些藥品的準確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃為：硫酸銅粉末、澄清石灰

7、水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和硫酸、飽和NaHCO3溶液、溶液、NaOH溶液等。此外也應注意溶液等。此外也應注意某些儀器的規(guī)格。某些儀器的規(guī)格。(5)會畫簡單的實驗裝置圖：會畫簡單的實驗裝置圖：考綱要求能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖，可用考綱要求能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖，可用“示示意裝置圖意裝置圖”表示。表示。(6)其他注意事項：其他注意事項：冷凝回流的問題。冷凝回流的問題。冷卻問題。冷卻問題。防止倒吸問題。防止倒吸問題。具有特殊作用的實驗改進裝置。如為使分液漏斗中的液體具有特殊作用的實驗改進裝置。如為使分液漏斗中的液體能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸能順

8、利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。特別提醒特別提醒設計實驗方案時，需要注意的問題：設計實驗方案時，需要注意的問題：(1)圍繞主要問題思考，例如：選擇適當?shù)膶嶒灺肪€、方法；圍繞主要問題思考，例如：選擇適當?shù)膶嶒灺肪€、方法；所用藥品、儀器簡單易得；實驗過程快速、安全；實驗所用藥品、儀器簡單易得；實驗過程快速、安全；實驗現(xiàn)象明顯?，F(xiàn)象明顯。(2)注意有關物質的制備、凈化、吸收和存放等有關問題。注意有關物質的制備、凈化、吸收和存放等有關問題。例如：制取在空氣中易水解的物質例如：制取在空

9、氣中易水解的物質(如如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等等)及易受潮的物質時，往往在裝置末端再接一個及易受潮的物質時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入。干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入。例例1(2011杭州模擬杭州模擬)鐵在冷的濃硫酸中能發(fā)生鈍化。某鐵在冷的濃硫酸中能發(fā)生鈍化。某興趣小組的同學發(fā)現(xiàn)將一定量的鐵與濃硫酸加熱時，觀察到興趣小組的同學發(fā)現(xiàn)將一定量的鐵與濃硫酸加熱時，觀察到鐵完全溶解得到溶液鐵完全溶解得到溶液A，并產(chǎn)生大量氣體，并產(chǎn)生大量氣體B。實驗室現(xiàn)有下。實驗室現(xiàn)有下列試劑：列試劑：0.01 mol/L酸性酸性KMnO4溶液、溶液、0.1 mol/L K

10、I溶液，溶液，3%H2O2溶液、淀粉溶液、蒸餾水。請你協(xié)助他人探究所得溶液、淀粉溶液、蒸餾水。請你協(xié)助他人探究所得溶液和氣體的成分。溶液和氣體的成分。提出猜想提出猜想.所得溶液中的金屬離子可能含有所得溶液中的金屬離子可能含有Fe2和和Fe3中的一種或中的一種或兩種；兩種；.所得氣體可能含有所得氣體可能含有_中的一種或兩種。中的一種或兩種。實驗探究實驗探究實驗操作實驗操作預期現(xiàn)象預期現(xiàn)象結論結論驗證驗證猜想猜想步驟步驟：取少量：取少量0.01 mol/L酸性酸性KMnO4溶液，滴溶液，滴入所得溶液入所得溶液步驟步驟含有含有Fe3驗證驗證猜想猜想將所得氣體通入如將所得氣體通入如下裝置下裝置含有兩含

11、有兩種氣體種氣體問題討論問題討論有同學提出，若另外選用有同學提出，若另外選用KSCN溶液，則僅利用溶液，則僅利用KSCN和和H2O2兩種溶液即可完成猜想兩種溶液即可完成猜想的所有探究，判斷該方法是的所有探究，判斷該方法是否正確并進行評價：否正確并進行評價：_。解析解析鐵與熱的濃鐵與熱的濃H2SO4反應時，其還原產(chǎn)物為反應時，其還原產(chǎn)物為SO2氣體，氣體，但隨著反應的進行，硫酸的濃度降低，但隨著反應的進行，硫酸的濃度降低，F(xiàn)e與稀與稀H2SO4反應產(chǎn)反應產(chǎn)生的氣體為生的氣體為H2，故氣體，故氣體B的成分為的成分為SO2或或SO2與與H2的混合氣體。的混合氣體。實驗探究實驗探究Fe3具有氧化性，能

12、使具有氧化性，能使KI淀粉溶液變藍；淀粉溶液變藍；Fe2具有還原性，能使酸性具有還原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，溶液褪色，SO2具有還原性，具有還原性，能使酸性能使酸性KMnO4溶液褪色。溶液褪色。答案答案提出猜想提出猜想.SO2、H2溶液紫紅色褪去含有溶液紫紅色褪去含有Fe2另取少量所得溶液，滴加另取少量所得溶液，滴加KI淀粉溶液溶液變?yōu)樗{色淀粉溶液溶液變?yōu)樗{色甲中甲中KMnO4溶液褪色，乙中溶液褪色，乙中KMnO4溶液顏色不變，試溶液顏色不變，試管中收集到氣體管中收集到氣體問題討論問題討論不正確，若溶液中含有不正確，若溶液中含有Fe3，則無法檢驗，則無法檢驗原溶液中是否含有原溶液中是否

13、含有Fe2。1.(2012北京豐臺一模北京豐臺一模)為證明稀硝酸與銅反為證明稀硝酸與銅反應產(chǎn)物中氣體為應產(chǎn)物中氣體為NO，設計如圖所示的實，設計如圖所示的實驗驗(實驗過程中活塞實驗過程中活塞2為打開狀態(tài)為打開狀態(tài))，下列，下列說法中不正確的是說法中不正確的是 ()A關閉活塞關閉活塞1，加入稀硝酸至液面，加入稀硝酸至液面a處處B在裝置左側稍加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率在裝置左側稍加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率C通過開啟或關閉活塞通過開啟或關閉活塞1可以控制反應的進行可以控制反應的進行D反應開始后，膠塞下方有無色氣體生成，還不能證明反應開始后，膠塞下方有無色氣體生成，還不能證明該氣體為該氣體

14、為NO. .解析：解析：A項，關閉活塞項，關閉活塞1，U形管左端氣體被封在管內(nèi)，稀硝形管左端氣體被封在管內(nèi)，稀硝酸的液面無法上升到酸的液面無法上升到a處。處。D項，如要證明反應產(chǎn)生的氣體是項，如要證明反應產(chǎn)生的氣體是NO，需將活塞，需將活塞1打開，將氣體放入分液漏斗中，氣體在分液打開，將氣體放入分液漏斗中，氣體在分液漏斗中變?yōu)榧t棕色，則證明反應所產(chǎn)生的氣體是漏斗中變?yōu)榧t棕色，則證明反應所產(chǎn)生的氣體是NO。答案：答案：A2(2011廣東理綜廣東理綜)某同學通過系列實驗探討某同學通過系列實驗探討 Mg 及其化合物及其化合物的性質，操作正確且能達到目的的是的性質，操作正確且能達到目的的是 ()A將水

15、加入濃硫酸中得稀硫酸，置鎂片于其中探討將水加入濃硫酸中得稀硫酸，置鎂片于其中探討 Mg 的的活潑性活潑性B將將 NaOH溶液緩慢滴入溶液緩慢滴入MgSO4溶液中，觀察溶液中，觀察Mg(OH)2沉淀的生成沉淀的生成C將將 Mg(OH)2 濁液直接倒入已裝好濾紙的漏斗中過濾，濁液直接倒入已裝好濾紙的漏斗中過濾，洗滌并收集沉淀洗滌并收集沉淀D將將Mg(OH)2 沉淀轉入表面皿中，加足量稀鹽酸，加熱沉淀轉入表面皿中，加足量稀鹽酸，加熱蒸干得無水蒸干得無水MgCl2固體固體 解析：解析：本題考查化學實驗基本操作，意在考查考生對化學本題考查化學實驗基本操作，意在考查考生對化學實驗基本操作的熟練運用能力以及

16、對實驗的簡單設計與評實驗基本操作的熟練運用能力以及對實驗的簡單設計與評價能力。濃硫酸稀釋時，應將濃硫酸沿玻璃棒緩慢加入水價能力。濃硫酸稀釋時，應將濃硫酸沿玻璃棒緩慢加入水中以防止液滴飛濺，中以防止液滴飛濺，A項錯誤；將項錯誤；將NaOH溶液與溶液與MgSO4 溶溶液混合即可得到液混合即可得到Mg(OH)2沉淀，沉淀，B項正確；過濾時，應使用項正確；過濾時，應使用玻璃棒引流，玻璃棒引流，C項錯誤；對項錯誤；對MgCl2溶液直接加熱，溶液直接加熱，Mg2易易水解，不能得到水解，不能得到MgCl2固體，固體，D項錯誤。項錯誤。答案：答案：B化學實驗方案的評價化學實驗方案的評價 對幾個實驗方案的正確與

17、錯誤、嚴密與不嚴密、準確與對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確做出判斷。要考慮原理是否完全合理、有無干擾現(xiàn)象、不準確做出判斷。要考慮原理是否完全合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。1從可行性方面對實驗方案做出評價從可行性方面對實驗方案做出評價科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則，在對科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則，在對實驗方案進行評價時，要分析實驗方案是否科學可行，實驗方案進行評價時，要分析實驗方案是否科學可行，實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求，在實際操實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求，在實際操

18、作時能否做到可控易行。評價時，從以下作時能否做到可控易行。評價時，從以下4個方面分析：個方面分析：(1)實驗原理是否正確、可行；實驗原理是否正確、可行；(2)實驗操作是否安全、合理；實驗操作是否安全、合理；(3)實驗步驟是否簡單、方便；實驗步驟是否簡單、方便；(4)實驗效果是否明顯等。實驗效果是否明顯等。2從從“綠色化學綠色化學”視角對實驗方案做出評價視角對實驗方案做出評價“綠色化學綠色化學”要求設計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，要求設計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減降低化學工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對化

19、學實驗過程或方案少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對化學實驗過程或方案從以下從以下4個方面進行綜合評價：個方面進行綜合評價：(1)反應原料是否易得、安全、無毒；反應原料是否易得、安全、無毒；(2)反應速率是否較快；反應速率是否較快；(3)原料利用率以及生成物質的產(chǎn)率是否較高；原料利用率以及生成物質的產(chǎn)率是否較高；(4)實驗過程中是否造成環(huán)境污染。實驗過程中是否造成環(huán)境污染。3從從“安全性安全性”方面對實驗方案做出評價方面對實驗方案做出評價化學實驗從安全角度常考慮的主要因素如下：化學實驗從安全角度?？紤]的主要因素如下：(1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸；凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體

20、倒吸；(2)進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如如H2還原還原CuO應先通應先通H2，氣體點燃先驗純等，氣體點燃先驗純等)；(3)防氧化防氧化(如如H2還原還原CuO后要后要“先滅燈再停氫先滅燈再停氫”，白磷切割宜在，白磷切割宜在水中等水中等)；(4)防吸水防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質時宜如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質時宜采取必要措施，以保證達到實驗目的采取必要措施，以保證達到實驗目的)；(5)冷凝回流冷凝回流(有些反應中，為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗有些反應中，為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗和充分利用原料，需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置

21、，和充分利用原料，需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)；(6)易揮發(fā)液體產(chǎn)物易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導出時可為蒸氣導出時可為蒸氣)的及時冷卻；的及時冷卻；(7)儀器拆卸的科學性與安全性儀器拆卸的科學性與安全性(也從防污染、防氧化、防倒也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮)；(8)其他，如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順其他，如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等。序等。特別提醒特別提醒 對實驗方案的合理與否，嚴密與否作出判斷要從對實驗方案的合理與否，嚴密與否作出判斷要從“合

22、理合理選擇、排除干擾、操作準確選擇、排除干擾、操作準確”等方面入手。等方面入手?！昂侠磉x擇合理選擇”是是指儀器、藥品、連接方式的選擇；指儀器、藥品、連接方式的選擇；“排除干擾排除干擾”是指反應條是指反應條件的控制、防止空氣成分介入、副反應盡量避免、雜質的除件的控制、防止空氣成分介入、副反應盡量避免、雜質的除去等；去等；“操作準確操作準確”則要求熟悉主要儀器的性能與使用方法則要求熟悉主要儀器的性能與使用方法和化學實驗的操作方法等。和化學實驗的操作方法等。例例2化學興趣小組設計以下實驗方案，測定某已部分變質化學興趣小組設計以下實驗方案，測定某已部分變質的小蘇打樣品中的小蘇打樣品中Na2CO3 的質

23、量分數(shù)。的質量分數(shù)。方案一方案一稱取一定質量樣品，置于坩堝中加熱至恒重后，冷稱取一定質量樣品，置于坩堝中加熱至恒重后，冷卻，稱量剩余固體質量，計算。卻，稱量剩余固體質量，計算。(1)坩堝中發(fā)生反應的化學方程式為：坩堝中發(fā)生反應的化學方程式為：_。(2)實驗中，需加熱至恒重的目的是實驗中，需加熱至恒重的目的是_。(3)實驗中確定加熱至恒重的方法是：實驗中確定加熱至恒重的方法是：_。(4)若加熱過程中坩堝內(nèi)有晶體迸濺出來，則測得的結果是若加熱過程中坩堝內(nèi)有晶體迸濺出來，則測得的結果是_(填填“偏大偏大”、“偏小偏小”或或“不變不變”)。方案二方案二稱取一定質量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解；稱取

24、一定質量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解；向小燒杯中加入足量向小燒杯中加入足量Ba(OH)2溶液，過濾，洗滌、干燥沉淀，溶液，過濾，洗滌、干燥沉淀，稱量固體質量，計算。稱量固體質量，計算。(已知：已知：Ba2OHHCO=BaCO3H2O)(1)過濾操作中，除了燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為過濾操作中，除了燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為_。(2)實驗中判斷沉淀是否完全的方法是實驗中判斷沉淀是否完全的方法是_。(3)實驗中洗滌沉淀的操作是實驗中洗滌沉淀的操作是_。(4)實驗中判斷沉淀是否洗滌干凈的方法是實驗中判斷沉淀是否洗滌干凈的方法是_。方案三方案三按如下圖所示裝置進行實驗：按如下圖所示

25、裝置進行實驗：(1)B裝置內(nèi)所盛試劑是裝置內(nèi)所盛試劑是_；D裝置的作用是裝置的作用是_。分液漏斗中分液漏斗中_(填填“能能”或或“不能不能”)用鹽酸代替稀硫酸進行用鹽酸代替稀硫酸進行實驗。實驗。(2)實驗前稱取實驗前稱取17.90 g樣品，實驗后測得樣品，實驗后測得C裝置增重裝置增重8.80 g，則樣，則樣品中品中Na2CO3的質量分數(shù)為的質量分數(shù)為_。(3)根據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，測定結果有誤差，因為實驗裝置還根據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，測定結果有誤差，因為實驗裝置還存在一個明顯缺陷，該缺陷是：存在一個明顯缺陷，該缺陷是：_。裝置，所以裝置，所以D的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入的作用是防止

26、空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置。由裝置。由C裝置的質量變化，得出裝置的質量變化，得出Na2CO3和和NaHCO3共計共計0.2 mol，其總質量為，其總質量為17.90 g，不難得出兩成分的質量分數(shù)。，不難得出兩成分的質量分數(shù)。若根據(jù)題目給出的裝置進行實驗，要注意反應產(chǎn)生的若根據(jù)題目給出的裝置進行實驗，要注意反應產(chǎn)生的CO2不能全部進入不能全部進入C裝置而導致產(chǎn)生誤差，因此要設置一個驅趕裝置而導致產(chǎn)生誤差，因此要設置一個驅趕殘留二氧化碳的裝置。殘留二氧化碳的裝置。(4)取少量洗滌沉淀后的濾液于試管中，滴加一滴取少量洗滌沉淀后的濾液于試管中，滴加一滴Na2SO4溶溶液，觀察是否有白色沉淀生成液，觀察是否有白色沉淀生成方案三方案三(1)濃濃H2SO4防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入進入C裝置不能裝置不能(2)29.6%(3)缺少一套將缺少一套將A、B裝置的裝置的CO2氣體全部驅趕到氣體全部驅趕到C裝置中的裝置中的裝置裝置(或其他合理答案或其他合理答案)3在實驗室進行物質制備，下列從原料及有關試劑分別制取在實驗室進行物質制備，下列從原料及有關試