實驗方案的設(shè)計與評價及綜合應(yīng)用

1、實驗方案的設(shè)計與評價及綜合應(yīng)用考綱展示 1.設(shè)計、評價或改進實驗方案。 2.了解控制實驗條件的方法。 3.分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理的結(jié)論。 4.繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。 5.以上各部分知識與技能的綜合應(yīng)用。主干知識一、化學實驗方案的設(shè)計1基本要求2基本思路點撥實驗方案設(shè)計的一般步驟：(1)根據(jù)試題要求，分析所給信息，選擇并確定實驗原理。(2)根據(jù)實驗原理，確定藥品，選擇儀器，提出實驗方案。(3)分析實驗成敗關(guān)鍵，修改完善實驗程序。二、化學實驗方案的評價1基本原則一個實驗方案的優(yōu)劣主要從 是否科學合理， 是否簡單可行，另外還要從 和 兩個角度去分析評價。2評價類型實驗原理操作與裝置綠

2、色化學安全性點撥實驗評價的基本思路：對實驗方案的合理與否，嚴密與否作出判斷要從“合理選擇、排除干擾、操作準確”等方面入手?！昂侠磉x擇”是指儀器、藥品、連接方式的選擇；“排除干擾”是指反應(yīng)條件的控制、防止空氣成分介入、副反應(yīng)盡量避免、雜質(zhì)的除去等；“操作準確”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。自我診斷1CaCl2是一種良好的中性干燥劑，可用于干燥NH3。()2利用如圖裝置可定量測定化學反應(yīng)速率。()3實驗操作過程中，應(yīng)先加入藥品，再檢查裝置的氣密性。()5測定同溫同濃度的NaCl和NaF溶液的pH，確定F、Cl兩元素非金屬性的強弱。()6H2還原CuO后，要先停止通氫，再

3、熄滅酒精燈。()1要安裝一套實驗室利用液體和液體反應(yīng)制備氣體的裝置，現(xiàn)設(shè)計了五步操作，正確的程序是()將蒸餾燒瓶固定在鐵架臺上將酒精燈放在鐵架臺上，根據(jù)酒精燈確定鐵圈高度，固定鐵圈，放好石棉網(wǎng)用漏斗向蒸餾燒瓶中加入一種液體反應(yīng)物，再向分液漏斗中加入另一種液體反應(yīng)物，并將導氣管放入氣體收集器中檢查裝置的氣密性(利用對固定裝置微熱的方法檢查氣密性)在蒸餾燒瓶上裝好分液漏斗，連接好導氣管化學實驗方案的設(shè)計流程和注意事項ABC D解析：實驗儀器的安裝原則是：從下向上，從左向右。首先固定酒精燈，根據(jù)酒精燈確定鐵圈高度，固定鐵圈，放好石棉網(wǎng)；把燒瓶固定在鐵架臺上，在燒瓶上裝好分液漏斗，連好導氣管，檢查氣密

4、性；裝置不漏氣后，再加液體藥品開始反應(yīng)，制取氣體。答案：A1實驗方案設(shè)計的流程2實驗方案設(shè)計的注意事項(1)實驗操作順序裝置選擇與連接氣密性檢查加固體藥品加液體藥品開始實驗(按程序)拆卸儀器其他處理等。(2)加熱操作先后順序的選擇若氣體制備實驗需加熱，應(yīng)先加熱氣體發(fā)生裝置，通入氣體排出裝置中的空氣后，再給實驗中需要加熱的物質(zhì)加熱。目的是：防止爆炸(如氫氣還原氧化銅)；保證產(chǎn)品純度，防止反應(yīng)物或生成物與空氣中的物質(zhì)反應(yīng)。熄滅酒精燈的順序則相反。(3)實驗中試劑或產(chǎn)物防止變質(zhì)或損失實驗中反應(yīng)物或產(chǎn)物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水；易揮發(fā)的液體產(chǎn)物要及時冷卻；易揮發(fā)的液體反應(yīng)物，需在反應(yīng)

5、裝置中加裝冷凝回流裝置(如長導管、豎直的干燥管、冷凝管等)；注意防止倒吸的問題。(4)選用儀器及連接順序(5)儀器藥品的準確描述實驗中所用試劑名稱：如無水硫酸銅(CuSO4)，硫酸銅溶液，酸性高錳酸鉀溶液；澄清石灰水；飽和碳酸氫鈉溶液等。儀器名稱：如坩堝、研缽、100 mL容量瓶。(6)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“示意裝置圖”表示。一般能畫出簡單的裝置圖即可，但要符合要求，例如形狀、比例等。特別提醒(1)實驗方案的設(shè)計對細節(jié)要求較高，往往在細節(jié)上失分，如實驗原理、儀器選擇、操作步驟、實驗現(xiàn)象的描述、實驗安全等方面，不全面、不準確是失分的重要方面。(2)

6、實驗設(shè)計不完整，也是實驗題失分的重要原因。如制備一些在空氣中易變質(zhì)的物質(zhì)時，在制備裝置后還要連接一防變質(zhì)裝置。(3)補畫裝置圖的題目中，裝置圖畫得不準確也會失分。典例1某化學興趣小組的同學利用下圖所示實驗裝置進行某些氣體的制備、性質(zhì)等實驗(圖中夾持裝置有省略)。請按要求填空：.探究氯氣與氨氣的反應(yīng)(1)為制取干燥氨氣，可將裝置C與_(填裝置編號)連接；裝置C中的燒瓶內(nèi)固體宜選用_。a堿石灰B氯化鈣c五氧化二磷D生石灰(2)裝置A、E、E連接可制取純凈、干燥的氯氣，則兩個E裝置內(nèi)的藥品依次是_。(3)裝置F可用于探究氯氣與氨氣(已知氯氣與氨氣可發(fā)生反應(yīng)：3Cl22NH3=N26HCl)的反應(yīng)。實

7、驗時打開開關(guān)1、3，關(guān)閉2，先向燒瓶中通入_，然后關(guān)閉1、3，打開2，向燒瓶中緩慢通入一定量的另一種氣體。實驗一段時間后燒瓶內(nèi)出現(xiàn)濃厚的白煙并在容器內(nèi)壁凝結(jié)，請設(shè)計一個實驗方案鑒定該固體中的陽離子_。.探究某些物質(zhì)的性質(zhì)(1)利用裝置A、E，可設(shè)計實驗比較Cl和Br的還原性強弱，能證明結(jié)論的實驗現(xiàn)象是_。(2)若利用裝置A、E進行乙烯與溴水反應(yīng)的實驗，必須對裝置A進行的改動是_。(3)將裝置B、C分別與F相連后，進行H2S與SO2反應(yīng)的實驗。F的燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_；F的燒杯所起的作用是_。解析.(1)氨氣若用裝置C制取，利用的是濃氨水與吸水劑反應(yīng)，注意吸水劑不能與氨氣反應(yīng)，可選用堿

8、石灰或生石灰。要獲得干燥的氨氣，可將氣體通過堿石灰，故選D。 (2)制取氯氣的反應(yīng)原理為濃鹽酸與二氧化錳加熱，若獲得純凈、干燥的氯氣，要先吸收揮發(fā)出來的HCl(通過飽和食鹽水)，再干燥(濃硫酸)。 (3)開關(guān)3與液體相連，若先通氨氣，易導致噴泉現(xiàn)象發(fā)生，另外，氯氣為黃綠色氣體，最后通氯氣易干擾白煙現(xiàn)象的觀察，故先通氯氣后通氨氣。NH的檢驗就是利用銨鹽加堿并加熱后生成可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體。.(1)比較Cl和Br的還原性強弱，可利用其對應(yīng)單質(zhì)間的置換反應(yīng)，即氯氣能將溴化鈉溶液中的溴離子置換出來。(2)制取乙烯需要增加溫度計，故應(yīng)在燒瓶中插入一支溫度計。(3)B生成H2S，C生成SO2，

9、二者混合生成S和H2O，多余的氣體有毒，可通入燒杯的堿液中吸收。答案.(1)Dad(2)飽和食鹽水、濃硫酸.(1)裝置E中的NaBr溶液變橙紅色(2)向燒瓶中插入一只溫度計，并使溫度計水銀球沒入燒瓶內(nèi)液面下(3)SO22H2S=3S2H2O吸收尾氣1(2014年廣州模擬)某學習小組在研究水處理問題時，將一定量NaClO溶液與FeSO4溶液相混合，得到含有大量懸浮物的混合液。請完成對反應(yīng)物剩余情況的探究。(1)提出合理假設(shè)：假設(shè)1：FeSO4有剩余；假設(shè)2：NaClO有剩余；假設(shè)3：_。(2)樣品初步處理：取少量混合液于試管中，滴加足量稀硫酸得到澄清溶液。此澄清溶液中肯定含有的金屬陽離子是_。(

10、3)設(shè)計后續(xù)實驗方案驗證假設(shè)。請在下表中寫出實驗步驟以及預期現(xiàn)象和結(jié)論。限選實驗試劑：3 molL1 H2SO4、0.01 molL1 KMnO4、20% KSCN、30% H2O2、淀粉KI溶液、紫色石蕊溶液。解析：將一定量NaClO溶液與FeSO4溶液相混合，發(fā)生的反應(yīng)是：2Fe2ClOH2OOH=Fe3Fe(OH)3Cl。(1)由假設(shè)1和假設(shè)2可以推測出假設(shè)3是NaClO與FeSO4都沒有剩余(2)向混合液中滴加足量稀硫酸，得到的溶液中一定含有Na和Fe3 (3)滴加稀硫酸時，ClO立即轉(zhuǎn)化為HClO，所得澄清液中可能含有的離子和分子中，只有Fe2能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，因此可用酸性高

11、錳酸鉀溶液檢驗澄清液中是否含有Fe2；HClO和Fe3都能氧化淀粉KI溶液，因此，無法用淀粉KI溶液檢測澄清液中是否含有HClO；此外，30%H2O2遇到HClO或Fe3都會逸出無色無味氣體(其中：HClO可以氧化雙氧水，逸出氧氣。Fe3可作雙氧水分解的催化劑，也逸出氧氣)；故只能用紫色石蕊試液檢測澄清液中是否含有HClO。答案：(1)NaClO和FeSO4均無剩余(2)Na、Fe3(3)化學實驗方案的評價2下列在實驗室使用常用玻璃儀器制取有關(guān)氣體的反應(yīng)原理正確的是()答案：A對幾個實驗方案進行評價，主要從正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確、可行與不可行等方面作出判斷。另外有無干擾、是否經(jīng)

12、濟、是否安全、有無污染等也是要考慮的。1可行性方面(1)分析實驗方案是否科學可行；(2)實驗操作是否安全合理；(3)實驗步驟是否簡單方便；(4)實驗效果是否明顯。2綠色化學方面(1)實驗過程中是否造成環(huán)境污染；(2)原料是否無毒、安全、易得；(3)原料利用率及反應(yīng)速率是否較高；(4)反應(yīng)速率是否較快。3從安全性方面對實驗方案做出評價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止液體倒吸；(2)進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點燃前先驗純等)；(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中進行等)；(4)污染

13、性的氣體要進行尾氣處理；有粉末狀物質(zhì)參加的反應(yīng)，要注意防止導氣管堵塞；(5)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施，以保證達到實驗目的)。4從規(guī)范性方面(1)冷凝回流(有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料，需在反應(yīng)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)；(2)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導出時可為蒸氣)的及時冷卻；(3)儀器拆卸與組裝順序相反，按照從右向左，從高到低的順序；(4)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。5最佳方案的選擇幾個實驗方案都能達到目的，選出一個最佳方案。所謂最佳，就是裝置最簡單，藥品容易取得、價格低

14、廉，現(xiàn)象明顯，干擾小，無污染。誤區(qū)警示化學實驗方案主要在以下幾個方面容易出現(xiàn)失誤；(1)規(guī)范方面，如操作、觀察、讀數(shù)等。(2)安全方面，如安全瓶、氣體點燃、防暴沸、防倒吸、防污染等。(3)量化方面，如儀器規(guī)格的選擇、數(shù)據(jù)記錄與處理、誤差分析等。(4)創(chuàng)新方面，如裝置的改進、方案的優(yōu)化等。(5)表達方面，如實驗現(xiàn)象、實驗操作的表述等。(1)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式：K_。(2)室溫時，向兩份相同的PbSO4樣品中分別加入同體積、同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化，在_溶液中PbSO4轉(zhuǎn)化率較大，理由是_。(3)查閱文獻：上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛2PbCO3Pb(OH)2，

15、它和PbCO3受熱都易分解生成PbO。該課題組對固體產(chǎn)物(不考慮PbSO4)的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：假設(shè)一：全部為PbCO3；假設(shè)二：_；假設(shè)三：_。(4)為驗證假設(shè)一是否成立，課題組進行如下研究。定性研究：請你完成下表中內(nèi)容。定量研究：取26.7 mg的干燥樣品，加熱，測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如下圖。某同學由圖中信息得出結(jié)論：假設(shè)一不成立。你是否同意該同學的結(jié)論，并簡述理由：_。分解生成PbO和CO2，堿式碳酸鉛分解生成PbO、CO2和H2O，故只要分析產(chǎn)物中是否有H2O生成就可以判斷假設(shè)一是否成立。同意，若全部為PbCO3時，26.7 mg完全分解后最終固體質(zhì)量應(yīng)為

16、22.3 mg(或：不同意，實驗最終得到固體的質(zhì)量與全部為PbCO3分解所得固體質(zhì)量相差不大，可能是實驗過程中產(chǎn)生的誤差引起的)。(3)全部為2PbCO3Pb(OH)2PbCO3和2PbCO3Pb(OH)2(4)同意，若全部為PbCO3時，26.7 mg完全分解后最終固體質(zhì)量應(yīng)為22.3 mg(或：不同意，實驗最終得到固體的質(zhì)量與全部為PbCO3分解所得固體質(zhì)量相差不大，可能是實驗過程中產(chǎn)生的誤差引起的)(本題屬于開放性試題，合理答案均可)2下列實驗操作與預期實驗目的或所得實驗結(jié)論一致的是()答案：A 在知識能力水平相差不大的情況下，高考成績的高低在很大程度上取決于是否規(guī)范答題，在綜合題的解答

17、中，不少考生不是因為知識欠缺或能力上達不到而失分，而是答題不規(guī)范。每年都有因考生寫錯別字、潦草字、錯寫元素符號和化學用語、有效數(shù)字運算不合要求，甚至亂寫亂畫而被扣分，如熔(溶)解、脂(酯)化反應(yīng)、坩鍋(堝)、離子方程式寫成化學方程式、0.1000 molL1寫成0.1 molL1等。規(guī)范的格式和嚴密的步驟能充分體現(xiàn)考生知識能力水平和良好的答題習慣。閱卷專家提醒：做題時要認真書寫，嚴格規(guī)范；用詞準確，回答完整到位；認真審題，不憑猜測和想象答題。規(guī)范答題要注意以下問題：(1)這樣答題閱卷人是否能看懂，看清楚。(2)這是不是最佳答案。(3)專業(yè)術(shù)語、專用符號的運用是否符合閱讀或使用習慣。有關(guān)實驗題的

18、答題流程及規(guī)范表述1試紙的使用(1)定量試紙(如pH試紙)的使用：此類問題的答案幾乎是格式化的。解答此類題目要注意三個得分點和關(guān)鍵詞：蘸待測液點試樣對比讀數(shù)。(2)定性試紙的使用：用紅色石蕊試紙、藍色石蕊試紙、淀粉KI試紙檢驗溶液時，答題模板：用紅色石蕊試紙、藍色石蕊試紙、淀粉KI試紙檢驗氣體時，答題模板：【典例1】(2010年高考山東卷節(jié)選)聚合硫酸鐵又稱聚鐵，化學式為Fe2(OH)n(SO4)3nm，廣泛用于污水處理。實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵和綠礬(FeSO47H2O)過程如下：溶液Z的 pH影響聚鐵中鐵的質(zhì)量分數(shù)，用 pH試紙測定溶液

19、pH的操作方法為_。規(guī)范答案將一小片pH試紙放到表面皿(或玻璃片)上，用玻璃棒蘸取溶液，點到試紙的中央，等試紙變色后，再跟標準比色卡對比讀數(shù)。2氣體的檢驗根據(jù)氣體的性質(zhì)檢驗氣體，可選用濕潤試紙或溶液，后者較復雜，如用澄清石灰水檢驗CO2氣體?！镜淅?】(2010年高考山東卷節(jié)選)聚合硫酸鐵又稱聚鐵，化學式為Fe2(OH)n(SO4)3nm，廣泛用于污水處理。實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵和綠礬(FeSO47H2O)過程如下：驗證固體W焙燒后產(chǎn)生的氣體含有SO2的方法是_。規(guī)范答案將氣體通入少量品紅溶液，溶液褪色，加熱恢復原色3離子的檢驗離子的檢驗通常在溶液中進行，根據(jù)其性質(zhì)選擇試劑，再由反應(yīng)現(xiàn)象得出結(jié)論，如Cl的檢驗。【典例3】(2012年高考上海卷節(jié)選)堿式碳酸銅Cu2(OH)2CO3是一種用途廣泛