理科綜合背景下的實驗設(shè)計新題型

1、理科綜合背景下的實驗設(shè)計新題型江西省宜黃中學(xué)吳建國一、原理分析型例1噴泉是一種常見的實驗現(xiàn)象，其產(chǎn)生原因是存在壓強差圖I為化學(xué)教學(xué)中所用的噴泉實驗裝置。在燒瓶中充滿干燥氣體，膠頭滴管及燒杯中 分別盛有液體，下列組合中不可能形成噴泉的是（填編號字母）。A. HC1 和 H20B. Cl2 和 H20C. NH3 和 H20D. C02和 NaOH 溶液某學(xué)生積極思考產(chǎn)生噴泉的其他辦法，并設(shè)計了圖11所示的裝置。在圖II的錐形瓶中，分別加入足量的下列物質(zhì)，反應(yīng)后可能產(chǎn)生噴泉的是（填編號字 母）。A. CaCO3 和稀 H2SO4B. NH4HCO3 與稀 HC1C. Zn 與稀 HC1D. A1

2、與濃 HNO3在圖II錐形瓶外放一水槽，錐形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列 物質(zhì)，結(jié)果也產(chǎn)生了噴泉，水槽中加入的物質(zhì)可以是（填編號字母）A.濃硫酸 B.食鹽 C.硝酸銨 D.硫酸銅加入該物質(zhì)能產(chǎn)生噴泉的原因是比較圖I和圖II兩套裝置， 從產(chǎn)生噴泉的原理分析，二者的不 同點在于。解題思路：本題起點低，從課本知識入手，HC1和NH3極易溶于水形成噴泉，再把概念外延，氣體極易溶于某一溶液也能形成噴泉，D可以。噴泉產(chǎn)生的原理是容器內(nèi)外有一定的壓強差， 這種壓強差可以是氣體溶解造成的，也可以是氣體膨脹或通過加熱、冷卻等途徑達到的，仔 細(xì)分析對比，兩問不難解決。答案為：（1B；B、C；

3、A；濃H2SO4溶于水放熱，溫度 升高，酒精加快揮發(fā)，錐形瓶內(nèi)氣壓增大。圖I是減小上部燒瓶內(nèi)氣體壓強，圖II是增大 下部錐形瓶內(nèi)氣體壓強。點評：熟悉原理，分析現(xiàn)象，解釋原因，是高考化學(xué)實驗試題的主流。對中學(xué)階段的啟 普發(fā)生器、防止倒吸、除雜干燥等基本原理要切實掌握，只有這樣，方能類比移植，融會貫 通。二、方案評價型例2實驗室用濃鹽酸、血?共熱制0，并用Cl2和Cam?反應(yīng)制少量漂白粉。現(xiàn)已 知反應(yīng) 2Cl2+2Ca (OH) 2=Ca (CIO) 2+CaCl2+2H2+Q，溫度稍高即發(fā)生副反應(yīng)6Cl2+6Ca (OH) =Ca （ClO ） +5CaCl +6HO?，F(xiàn)有三個同學(xué)分別設(shè)計的三套

4、實驗裝置如圖所示。23222有下列幾項優(yōu)、缺點：有下列幾項優(yōu)、缺點：a、不容易控制反應(yīng)速率；b、容易控制反應(yīng)速率；c、有副反應(yīng)發(fā)生；d、可防止副反應(yīng)發(fā)生；e、污染環(huán)境； f、可防止污染環(huán)境。請從上面幾個方面對圖所示的甲、乙、丙三套裝置的優(yōu)缺點作出評析， 選擇符合題目要求的選項填在下表空格內(nèi)。優(yōu)點缺點甲裝置乙裝置丙裝置圖所示裝置中，甲由A、B兩部分組成；乙由C、D、E三部分組成；丙由F、G兩部分 組成。請從圖AG各部分裝置中選取合理的組成部分，組裝成一套較完善的實驗裝置，裝 置各部分的連接順序（按氣流從左到右的方向是）是。實驗中 若用100mL12molL-i的濃鹽酸與足量的MnO2反應(yīng)，最終生

5、成Ca （CIO） 2的 物質(zhì)的量總是 （填“大于”、“小于”或“等于”）0.15mol，其原因是（假定各步反應(yīng)均無反應(yīng)物損耗，且無副反應(yīng)發(fā)生）。解題思路：對比甲、乙、丙三套裝置，分析AG各部分的作用，其優(yōu)缺點不見自明。8HClCa （ClO） 2，即理論上100mL12mol L-1濃鹽酸可得到0.15molCa （ClO） 2，但由于鹽 酸的變衡稀，將使制Cl2反應(yīng)終止。故有：d； a、ef； a、cb； c、e.F-B-E.（3） 小于；鹽酸逐漸變稀，稀鹽酸與MnO2不反應(yīng)，所以鹽酸不能全部生成Cl2,故產(chǎn)生的Ca（ClO）少于 0.15mol。2點評：明確裝置中各組成部分的作用，尋找差

6、異，是解答裝置設(shè)計題的基本思路，這類 試題在近幾年高考理綜題中已有出現(xiàn)，要求學(xué)生具備較強的分析、評價能力。三、實驗報告型例3某課外活動小組加熱炭粉（過量）和氧化銅的混合物，再用如圖裝置，對獲得的 銅粉（含炭）樣品進行實驗。圖中鐵架臺等裝置已略去，請你幫助他們完成下列實驗報告。（一）實驗?zāi)康模?。（二）實驗用品：儀器：天平、分液漏斗、錐形瓶、硬質(zhì)玻璃管、干燥管，酒精燈、洗氣 瓶等。藥品：紅褐色銅粉（含炭）樣品、過氧化氫溶液、二氧化錳、堿石灰、濃硫酸等。（三）實驗內(nèi)容：實驗步驟實驗現(xiàn)象有關(guān)化學(xué)方程式在C中加入樣品粉末W克，D 中裝入藥品后并稱量為 m1 克，連接好儀器后，檢查氣 密性X打開A的活塞，

7、慢慢滴加溶 液對C進行加熱，當(dāng)C中藥品 充分反應(yīng)后，關(guān)閉A的活塞， 停止加熱 TOC o 1-5 h z 冷卻后，稱量D的質(zhì)量為m2/_克丘/（四）計算：樣品中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= （用含W、m1、m2的代數(shù)式表示）（五）問題和討論：1 2實驗完成后，老師評議說：按上述實驗設(shè)計，即使C中反應(yīng)完全、D中吸收完全，也不 會得出正確的結(jié)果。經(jīng)討論，有同學(xué)提出在B與C之間加入一個裝置。再次實驗后，得到了 較正確的結(jié)果。那么，原來實驗所測得的銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小的原因可能 。 在B與C之間加入的裝置可以是，其中盛放的藥品 。解題可得實驗思路：解題可得實驗數(shù)。（三）中打開A的活塞，產(chǎn)生的現(xiàn)象是:B、E中有氣泡出現(xiàn)，

8、反應(yīng)式為:2H2O2 2H2O+ O2f。加熱C，現(xiàn)象是紅褐色粉末變成黑色，發(fā)生的反應(yīng)有：2Cu豐O2 2CuO, C+O2 CO2。（四）通過計算，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)列式為-g-f 書 。（五）造成結(jié)果偏低的原因 是O2產(chǎn)生過程中水蒸氣被堿石灰吸收，必須加一個洗氣瓶（干燥管），內(nèi)盛濃H2SO4 （堿石 灰）。點評：本題與往年有較大的區(qū)別，用填寫實驗報告的形式來完成試題，考查了學(xué)生學(xué)習(xí) 過程中實驗的質(zhì)量高低和基本科學(xué)素養(yǎng)，既切中目前有些學(xué)生在實驗中依照實驗冊“照方配 藥”的弊病，又注重了實驗過程的分析討論。四、定量實驗型例4為了測定某烷烴樣品（丁烷，并含少量丙烷等氣態(tài)烴）的平均相對分子質(zhì)量，設(shè) 計了

9、下面的實驗：取一個配有合適膠塞的潔凈、干燥的錐形瓶、準(zhǔn)確稱量，得到質(zhì)量m1。往錐形瓶中通入干燥的該烷烴樣品，塞好膠塞，準(zhǔn)確稱量；重復(fù)操作，直到前后再次 稱量結(jié)果基本相同，得到質(zhì)量m2。往錐形瓶內(nèi)加滿水，塞好膠塞，稱量得到質(zhì)量m3。已知實驗時的溫度T （K），壓強P （kPa），水的密度p水（g-L-i），空氣的平均相對分子 質(zhì)量29.0，密度p空氣（g-L-i），回答下面問題：本實驗的原理是（具體說明）步驟中為什么要重復(fù)操作，直到前后再次稱量結(jié)果基本相同？具體說明本實驗中怎樣做到每次測量都是在相同體積下進行的？本實驗中收集氣體樣品的操作，可選用的方法是（填圖中標(biāo)號）烷，錐形瓶內(nèi)空氣的質(zhì)量（m烷

10、，錐形瓶內(nèi)空氣的質(zhì)量（m空氣）是（列出算式）。瓶中樣品的質(zhì)量（m樣品）是 （列出算式）。由實驗測得烷烴的平均相對分子質(zhì)量 （列出算式）。解題思路：本題將基本操作和定量分析融為一體，要求學(xué)生明確實驗的原理，掌握基本 操作的細(xì)微部分，并以此進行分析才能求解。依據(jù)阿氏定律，同溫同壓下，不同氣體的質(zhì) 量比等于相對分子質(zhì)量之比。使瓶內(nèi)空氣完全排出，減小測定誤差。每一次稱量前，用 膠塞塞緊錐形瓶，在瓶口處的膠塞上作一記號，以后每次測量，膠塞塞入瓶口位置都以此為 準(zhǔn)。D。Xq空。叫叫+ m空。29.0 X。性點評：近幾年對實驗基本操作的考查特別看重垣插在大實驗題中，并且要暇字準(zhǔn)確 表達出來，這就要求學(xué)生平時

11、學(xué)習(xí)不但要注意積累實際操作能力，還要明確原理，準(zhǔn)確敘述。 至于定量計算，學(xué)生必須掌握化學(xué)計算的基本方法和技巧。五、學(xué)科綜合型例5在1.01X105Pa、25C時，如圖I的右邊盛1L含有20g血紅蛋白（Hb）的溶液， 左邊盛水，中間用半透膜隔開，平衡后液面的高度如圖。此血紅蛋白的摩爾質(zhì)量是多少？ p = 1.00g/cm3，ApV = nRT （滲透壓 p），R = 8.314J/K mol.若知Hb中（Fe）=0.33%，則每個Hb分子中鐵原子的個數(shù)為.為研究co的毒性，用血紅蛋白做了如下實驗：向新鮮鴨血中加入k2c2o4溶液作抗 凝劑，用水將其稀釋3倍后等分成三份，加入如圖II所示的三支試管

12、中。K（I）新鮮鴨血Hb）通入一通入2鮮紅色（HbO2）暗紅色（HbCO2）通入CS脂紅色（II） 新鮮鴨血（H通入一-鮮紅色（Hbcf 入（鮮紅色（HbCO2）胭脂紅色通入CO通入CO兩等份通入CQ（I I 1）新鮮鴨IIII.HD ）胭脂紅色L* 胭囚脂紅色L通入O,匕一2胭脂紅色用符號表示呈胭脂紅色的物質(zhì)：。在O2、CO2、CO中與Hb結(jié)合能力最強的是：。用化學(xué)方程式表示（a）內(nèi)呼吸過程： ； （b ）外呼吸過 程：。用平衡移動的觀點說明呼吸過程與 CO中毒。解題思路：本題一道跨學(xué)科實驗題，涉及化學(xué)、物理、生物三科的一些基礎(chǔ)知識。（p=pgh=1X9.8X（22.32- 14.88）X10=729.129Pa20.729.12X 10-3=.314X29820X8.314X298M = 72。12X1。=67961g / mol56k設(shè)含鐵原子為X個，則有X100%=0.33%，X=4。HbCO；CO；(a) HbO +CO - HbCO +O (b) HbCO +O - HbO +CO ；2222