中考化學(xué)一輪微專題復(fù)習(xí)學(xué)案：實驗方案的設(shè)計和評價(教師版)

中考化學(xué)一輪微專題復(fù)習(xí)學(xué)案：實驗方案的設(shè)計和評價名師考點精講考點1科學(xué)探究[必考]科學(xué)探究的一般步驟:(1)發(fā)現(xiàn)問題→(2)作出猜想(假設(shè))→(3)制訂計劃→(4)進行實驗→(5)搜集證據(jù)→(6)解釋與結(jié)論→(7)反思與評價→(8)表達與交流(知識的遷移與拓展)。作為探究題,一般并不需要完全具備以上八個步驟,常因題目的需要而選擇其中重要的步驟呈現(xiàn)。解答科學(xué)探究題的注意事項(1)不要答非所問:一般而言,最終的結(jié)論與開始的猜想與假設(shè)有一致性,至少也應(yīng)有一定的關(guān)系。(2)注意猜想或假設(shè)的合理性:雖然猜想和假設(shè)有很多可能,但是所給的猜想與假設(shè)不能脫離題目給出的條件,否則就是無源之水。(3)正確選擇實驗用品:首先弄清實驗原理;其次設(shè)計實驗方案需緊扣假設(shè);最后正確選擇儀器和藥品。(4)答題的發(fā)散性:探究性試題往往在假設(shè)的提出、方案的設(shè)計等方面的答案并非唯一。所以,考生可從最熟悉、最符合題意的答案入手,從而有效防止錯誤的發(fā)生。典例1某興趣小組為探究金屬活動性強弱,分別做了鎂、鋁、銅與稀鹽酸反應(yīng)的實驗。(1)比較金屬活動性強弱:鋁比銅(填“強”或“弱”)。寫出鎂與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式:。

(2)小芳同學(xué)做鎂與稀鹽酸反應(yīng)的實驗時,發(fā)現(xiàn)試管中出現(xiàn)灰白色沉淀,該小組同學(xué)對灰白色沉淀的成分進行如下探究?！咎岢黾僭O(shè)】假設(shè)一:含有氯化鎂;假設(shè)二:含有鎂粉;假設(shè)三:含有氫氧化鎂;……【查閱資料】①氯化鎂易溶于水。②在一定條件下,鎂可與冷水緩慢反應(yīng)?！驹O(shè)計并進行實驗】各取少量灰白色沉淀加入2支試管中,進行如下實驗。編號實驗操作實驗現(xiàn)象實驗1加入適量蒸餾水,攪拌沉淀未見減少實驗2加入適量稀鹽酸沉淀全部溶解,沒有氣泡產(chǎn)生【得出結(jié)論】由實驗1可知,假設(shè)不成立;由實驗2可知,沉淀中不含。假設(shè)三(填“成立”“可能成立”或“不成立”)。

【實驗反思】實驗后同學(xué)們請教老師得知,灰白色沉淀的主要成分是堿式氯化鎂,堿式氯化鎂受熱易分解產(chǎn)生氯化氫氣體。于是小芳再取少量灰白色沉淀于試管中加熱,并將蘸有紫色石蕊溶液的濾紙條懸于試管口,預(yù)期的實驗現(xiàn)象是。

(3)為探究鎂與稀鹽酸反應(yīng)生成堿式氯化鎂的條件,該小組同學(xué)進行了如下實驗:在小燒杯中加入一定量的稀鹽酸和去除氧化膜的鎂帶,觀察實驗現(xiàn)象,并測量溶液pH的變化。結(jié)果見下表。時間/min024812162024溶液pH2.05.37.08.69.39.810.010.0實驗現(xiàn)象—鎂帶溶解較快,產(chǎn)生大量氣泡,無沉淀生成鎂帶緩慢溶解,產(chǎn)生氣泡速度減慢,溶液變渾濁,燒杯底部有灰白色沉淀根據(jù)表中信息回答下列問題。①請描述溶液pH變化的規(guī)律并解釋原因:。

②請對生成堿式氯化鎂的條件提出猜想,并設(shè)計實驗證明猜想:。

【解析】(1)鋁的金屬活動性比銅強。鎂與稀鹽酸反應(yīng)會生成氯化鎂和氫氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg+2HClMgCl2+H2↑。(2)【得出結(jié)論】由氯化鎂易溶于水和實驗1中的現(xiàn)象可知,灰白色沉淀中不含氯化鎂,即假設(shè)一不成立;鎂與稀鹽酸反應(yīng)會有氫氣產(chǎn)生,由實驗2中的現(xiàn)象可知沉淀中不含鎂粉,即假設(shè)二不成立;假設(shè)三符合實驗1、2的現(xiàn)象,可能成立?！緦嶒灧此肌坑捎诨野咨恋淼闹饕煞质菈A式氯化鎂,堿式氯化鎂受熱易分解產(chǎn)生氯化氫氣體,氯化氫氣體溶于水會形成鹽酸,從而使紫色石蕊溶液變紅,因此,預(yù)期的實驗現(xiàn)象是濾紙條變紅。(3)①由題給表格信息可知,溶液的pH逐漸增大,最后溶液由酸性變?yōu)閴A性,同時可以觀察到反應(yīng)前期溶液pH變化較快,反應(yīng)后期溶液pH變化較慢,20min后溶液pH不變。溶液pH產(chǎn)生這種變化的原因是由于鹽酸顯酸性,剛開始時溶液pH小于7,隨著反應(yīng)的進行,鹽酸逐漸被消耗,當鹽酸恰好被消耗完時,溶液pH等于7。由題給資料信息可知,當鹽酸反應(yīng)完后,鎂在溶液中繼續(xù)與水反應(yīng),生成堿性物質(zhì),使得溶液顯堿性,最后反應(yīng)結(jié)束。②金屬鎂過量是生成堿式氯化鎂的條件,設(shè)計實驗時要注意控制變量?！敬鸢浮?1)強Mg+2HClMgCl2+H2↑(2)一鎂粉可能成立濾紙條變紅(3)①溶液pH逐漸增大,最后呈堿性;反應(yīng)前期pH變化較快,反應(yīng)后期pH變化較慢,最后pH不變。因為前期鹽酸濃度較大,反應(yīng)較快;隨著反應(yīng)的進行,鹽酸逐漸被消耗,但鎂在溶液中繼續(xù)與水緩慢反應(yīng),生成堿性物質(zhì),最后反應(yīng)完成②猜想:金屬鎂過量。設(shè)計實驗:取兩只燒杯,各加入等量的稀鹽酸,分別加入少量和過量去除氧化膜的鎂帶,觀察現(xiàn)象,如果前者無沉淀而后者有沉淀,證明猜想成立(合理即可)針對訓(xùn)練1.黃銅(銅和鋅的合金)外觀與黃金十分相似,但黃銅在潮濕的空氣中長時間放置會產(chǎn)生銅綠,而黃金就不會。某化學(xué)興趣小組的同學(xué),對一件生滿了銅綠的制品展開了探究活動。【實驗探究】①用小刀刮下銅綠,放入隔絕空氣的容器內(nèi)加熱,生成了黑色固體氧化銅、水和能使澄清石灰水變渾濁的無氣味氣體。②取一小塊表面有銅綠的黃銅片放入稀硫酸中(如圖A),觀察到有氣泡產(chǎn)生,溶液變藍。通過實驗探究①可知銅綠的成分中由4種元素組成。

【提出問題1】實驗探究②中生成的氣體是什么?【猜想與假設(shè)】假設(shè)一:生成的氣體是CO2;假設(shè)二:生成的氣體是H2;假設(shè)三:生成的氣體是CO2和H2。

【實驗驗證1】同學(xué)們又連接了如圖所示的裝置進行驗證:A中反應(yīng)較長時間后,再點燃D處的酒精燈。觀察到B中澄清石灰水變渾濁,D處氣體燃燒產(chǎn)生淡藍色火焰現(xiàn)象,則證明假設(shè)三成立。若在A的樣品中加入稀硫酸后,立即點燃D處的酒精燈,可能造成的結(jié)果是發(fā)生爆炸。

【提出問題2】A中反應(yīng)后溶液呈藍色,其中溶質(zhì)有哪些?某同學(xué)認為藍色溶液中可能含有CuSO4和H2SO4?！緦嶒烌炞C2】為證明藍色溶液中可能存在CuSO4和H2SO4,同學(xué)們進行了如下實驗。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論取少量藍色溶液于試管中,加入過量打磨過的鋅片有氣泡產(chǎn)生溶質(zhì)中一定含有H2SO4有紅色物質(zhì)析出,藍色溶液逐漸變成無色溶質(zhì)中一定含有CuSO4你認為上述反應(yīng)后溶液中還存在的金屬離子是Zn2+(寫離子符號)。

考點2實驗方案的設(shè)計[必考]1.實驗方案的設(shè)計原則(1)科學(xué)性:實驗原理、實驗操作程序和方法正確。(2)可行性:切實可行,所選用的藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學(xué)現(xiàn)有的實驗條件下能夠得到滿足。(3)安全性:設(shè)計實驗時,應(yīng)盡量避免使用有毒的藥品和進行有一定危險性的實驗操作。(4)簡約性:要盡可能簡單易行,應(yīng)選用簡單的實驗裝置、用較少的實驗步驟和實驗用品,在短時間內(nèi)完成實驗。(5)創(chuàng)造性:有創(chuàng)新意識。2.實驗方案的內(nèi)容(1)一個比較完整的化學(xué)實驗方案,一般包括以下幾個內(nèi)容:①實驗?zāi)康?②實驗原理;③實驗用品(包括儀器和藥品等)及規(guī)格;④實驗裝置、實驗步驟、操作方法及注意事項;⑤實驗現(xiàn)象及結(jié)論;⑥反思與交流。(2)對于給出實驗?zāi)康?要求設(shè)計實驗方案的試題一般可以按以下思維程序進行:①根據(jù)實驗?zāi)康?確定實驗原理(或假設(shè));②根據(jù)實驗原理(或假設(shè)),選擇需要的儀器和藥品(或?qū)嶒炑b置圖);③寫出實驗操作步驟及注意事項;④記錄實驗現(xiàn)象,分析實驗結(jié)果,得出正確結(jié)論。(3)實驗設(shè)計要科學(xué)合理、安全可靠、操作簡便、現(xiàn)象明顯、結(jié)論可信、綠色環(huán)保。3.實驗方案的設(shè)計思路(1)設(shè)計實驗方案時要有完整的步驟和清晰的思路。(2)設(shè)計實驗時要考慮對照性原則和控制變量原則。典例2對比實驗是實驗探究的重要方法,下列對比實驗設(shè)計能實現(xiàn)相應(yīng)實驗?zāi)康牡氖?)選項實驗?zāi)康膶嶒炘O(shè)計A探究溫度對分子運動快慢的影響B(tài)探究水對鐵釘銹蝕的影響C探究空氣是燃燒的必要條件D探究CO2與水發(fā)生反應(yīng)【解析】設(shè)計對比實驗時要注意控制變量。A項,通過觀察熱水和冷水變紅的快慢,可以探究溫度對分子運動快慢的影響,正確;B項,探究水對鐵釘銹蝕的影響需要控制兩試管中的鐵釘與等量氧氣接觸,而題給實驗中兩根鐵釘沒有同時與氧氣接觸,錯誤;C項,探究空氣是燃燒的必要條件,需要控制空氣為唯一變量,而題給實驗有兩個變量(可燃物和空氣),錯誤;D項,二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸,碳酸不能使酚酞溶液變紅,兩集氣瓶中均無明顯現(xiàn)象,錯誤?！敬鸢浮緼針對訓(xùn)練2.下列實驗方案設(shè)計錯誤的是(C)【解析】C項,電解水生成氫氣和氧氣,氫氣和氧氣的體積比為2∶1,質(zhì)量比是1∶8,錯誤?？键c3實驗方案的評價1.實驗方案的評價原則(1)可行性:原理是否正確、可行;操作是否安全、合理;步驟是否簡單、方便;現(xiàn)象是否明顯等。(2)綠色化:原料是否易得、安全、無毒;反應(yīng)速率是否較快;原料利用率、產(chǎn)物產(chǎn)率是否較高;反應(yīng)過程中是否有環(huán)境污染物產(chǎn)生。(3)安全性:防倒吸、防爆炸、防氧化、防吸水、防揮發(fā)等。2.實驗方案的設(shè)計和評價思路(1)根據(jù)實驗?zāi)康?闡明實驗原理,選擇合適的儀器和藥品。(2)根據(jù)實驗特點,設(shè)計實驗裝置。(3)根據(jù)實驗要求,設(shè)計可行的操作步驟,分析實驗中的注意事項。(4)通過對比和歸納,選出最佳方案。(5)實驗結(jié)束后寫出完整的實驗報告。3.復(fù)習(xí)時可依據(jù)以下思路,在理解的前提下加以掌握(1)實驗方案的評價不是簡單的“對、錯”,而是分析實驗方案是否合理、是否符合化學(xué)原理等。(2)綠色化學(xué)是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的目標之一,一些實驗的可行性不是只要能夠出現(xiàn)實驗現(xiàn)象即可,還要注意環(huán)保方面的問題。典例3氨水和鹽酸是常見的化學(xué)試劑,可將氨氣(NH3)、氯化氫氣體分別溶于水制得。(1)工業(yè)上利用氮氣和氫氣反應(yīng)制氨氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為(不要求注明條件)。

(2)小華為探究氨氣溶于水是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng),設(shè)計并完成如下實驗(填寫表中空白)。實驗操作實驗現(xiàn)象及結(jié)論將浸有酚酞溶液的濾紙干燥后放入盛有干燥氨氣的集氣瓶中無明顯現(xiàn)象①②(3)小明將滴有酚酞的稀氨水加熱,觀察到溶液紅色變淺,原因可能是。

(4)小芳將滴有石蕊的稀鹽酸加熱,溶液顏色無明顯變化。為進一步研究,取稀鹽酸分成2份:①未經(jīng)加熱;②加熱煮沸一段時間后冷卻,分別中和等量的氫氧化鈉,消耗二者的質(zhì)量:①>②,則稀鹽酸經(jīng)加熱煮沸后濃度(填“增大”“減小”或“不變”)。

(5)為除去氯化鈉溶液中的碳酸鈉,小林設(shè)計了如下方案。你認為上述方案(填“合理”或“不合理”),請分析:(若合理,說明原因;若不合理,說明原因并設(shè)計改進方案)。

【解析】(1)氫氣和氮氣在一定條件下反應(yīng)生成氨氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2+3H22NH3。(2)氨水呈堿性,能使酚酞溶液變紅,而氨水由氨氣溶于水制得,由此可說明氨氣溶于水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。(3)溶液紅色變淺的原因可能是氨水不穩(wěn)定,受熱易分解,隨溫度升高,氨氣溶解度減小,部分氨氣逸出,導(dǎo)致氨水濃度降低。(4)根據(jù)題意“中和等量的氫氧化鈉,消耗鹽酸的質(zhì)量:①>②”可知,①的鹽酸濃度小于②,由此可知稀鹽酸經(jīng)加熱煮沸后濃度增大。【答案】(1)N2+3H22NH3(2)①向上述集氣瓶中的濾紙上滴入少量水②濾紙變紅,說明二者發(fā)生了反應(yīng)(3)氨水受熱分解,隨溫度升高,氨氣溶解度減小,導(dǎo)致氨水濃度降低(合理即可)(4)增大(5)不合理根據(jù)上述實驗,加熱煮沸無法除去溶液A中混有的過量HCl。改進方案:向含碳酸鈉的氯化鈉溶液中邊逐滴滴加鹽酸,邊測定溶液的pH,至溶液呈中性即可(合理即可)針對訓(xùn)練3.皮蛋又稱松花蛋,因其風(fēng)味獨特,深受人們喜愛。某興趣小組在市場上獲得了少許腌制皮蛋的原料,拿到實驗室進行實驗。將該固體混合物放于燒杯中,緩慢加入足量的蒸餾水,充分溶解后過濾,得到白色沉淀A和無色澄清濾液B?！咎岢鰡栴}】(1)白色沉淀A是什么?(2)無色濾液B中的溶質(zhì)有哪些?【查閱資料】腌制皮蛋的原料配方是少量NaCl、CaO和過量Na2CO3的固體混合物?！纠碚撏评怼?1)白色沉淀A是CaCO3,請寫出生成該沉淀的化學(xué)方程式:Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2NaOH。

(2)濾液B中含有Na2CO3、NaOH、NaCl三種溶質(zhì)?！緦嶒烌炞C】為證明濾液B中存在的三種溶質(zhì),同學(xué)們進行了如下實驗。步驟實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論Ⅰ取少量濾液B于試管中,加入過量的Ba(NO3)2溶液,過濾產(chǎn)生白色沉淀溶質(zhì)中一定含有Na2CO3Ⅱ取少量步驟Ⅰ中所得濾液于試管中,加入酚酞溶液溶液變紅色溶質(zhì)中一定含有NaOHⅢ另取