初中化學實驗方案的設計和評價專題教案講義

年4月19日初中化學實驗方案的設計和評價專題教案講義文檔僅供參考實驗方案的設計1考察內(nèi)容化學實驗設計a.物質(zhì)的制備實驗設計b.物質(zhì)的性質(zhì)實驗設計c.物質(zhì)的檢驗實驗設計d.測定物質(zhì)的組成實驗設計e.物質(zhì)的分離或提純實驗設計f.測定混合物的成分實驗設計2實驗方案設計的基本要求科學性：實驗原理、試驗方法和操作過程必須科學可行性：設計的實驗方案要切實可行，所用藥品、儀器、裝置安全可靠安全性：實驗操作要盡量避免帶有危險性的操作，盡量避免與有毒物質(zhì)接觸。簡約性：實驗方案設計要求操作簡便、裝置簡單、實驗現(xiàn)象明顯3.解題思路和方法明確目的原理——明確實驗的目的，弄清題給信息選擇儀器藥品——選擇合理的化學儀器和藥品設計裝置步驟——設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)——全面、及時而又準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析得到結(jié)論——根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、計算、圖表、推理等處理得出正確的結(jié)論實驗方案的評價實驗方案的評價包括實驗原理及方案的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價等。進行評價時一般從以下幾個方面入手：方案在理論上是否科學合理，是否具有嚴密性在滿足安全性的前提下，操作上是否簡單易行從經(jīng)濟角度評價，是否節(jié)約試劑，降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量從環(huán)境角度考慮，是否會給環(huán)境造成污染問題探究問題1某工廠的廢水只含硫酸鎂和少量硫酸，課外活動小組以此作為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體。她們設計了兩種不同的方案，請你參加討論：(1)方案一，選用鎂粉為試劑。①往廢水中逐次加入鎂粉，當觀察到時，說明加入鎂粉的量已經(jīng)足夠。此過程發(fā)生反應的化學方程式是；②接下來的操作方法依次是和；(2)方案二，選用氫氧化鈉溶液為試劑。①向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當時，停止滴入氫氧化鈉溶液。此過程發(fā)生反應的化學方程式是；②為了得到純凈的硫酸鎂溶液，接著應進行的實驗操作是(請簡要寫出操作過程)；③……，得到硫酸鎂固體。(3)比較兩個方案，假設實驗中都沒有損耗，那么，最后得到的硫酸鎂固體的質(zhì)量是否相同?，原因是。(4)請你繼續(xù)探究，設計新的方案(使用的試劑必須是與鎂粉和氫氧化鈉屬不同類別)：你選用的一種試劑是(寫化學式)；該試劑發(fā)生反應的化學方程式是。[分析]此題較為綜合，即考查了基本的化學反應，又考查了實驗操作，還考查了新的實驗方案的設計。此題能體現(xiàn)同學們綜合應用所學知識解決實際問題的能力，為同學們今后設計實驗方案奠定基礎。請同學們對從硫酸鎂和少量硫酸的混合溶液中回收純凈的硫酸鎂固體的實驗方案進行討論，需要同學們熟悉有關物質(zhì)的性質(zhì)、實驗現(xiàn)象和相關的實驗操作。[答案](1)①鎂粉有剩余，溶液中不再有氣泡產(chǎn)生Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑②過濾，蒸發(fā)(2)①不再生成沉淀H2SO4+2NaOH==Na2SO4+2H2OMgSO4+2NaOH==Mg(OH)2↓+Na2SO4②過濾，取出沉淀，加入稀硫酸，至沉淀恰好完全溶解(3)不同，方案一中加入鎂粉，增加了硫酸鎂的質(zhì)量(4)MgO，Mg0+H2SO4==MgSO4+H2O(還可能有其它合理答案)。問題2某?；瘜W課外興趣小組的同學在研究性學習課上展示了一套如右圖所示的實驗裝置（假設每步化學反應都完全，氧化鐵樣品中的雜質(zhì)不參加反應）。查閱資料：草酸在濃硫酸存在時加熱發(fā)生如下反應：H2C2O4CO↑+CO2+H2O經(jīng)過討論，同學們對這套裝置有了多種認識。（1）第一小組同學說：從實驗安全和實驗操作程序看,首先要檢查裝置的氣密性,實驗開始先加熱___（填A或D）處，實驗結(jié)束時，應_____（填先或后）停止D處的加熱；從環(huán)保的角度講，在E裝置后還應對尾氣進行處理，其方法是：。（2）第二小組的同學說：用該實驗裝置能夠檢驗一氧化碳與氧化鐵反應的產(chǎn)物，其中B裝置的作用_______；E裝置的作用___；一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式為_____________________。（3）第三小組的同學說：利用這套裝置還能夠測定氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)。她們的測定方法是：稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量10.0g，樣品與玻璃管的總質(zhì)量為60.0g,完全反應并冷卻后再稱量玻璃管與剩余固體的總質(zhì)量為57.6g。計算實驗測得氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為。（4）第四小組同學說：利用這套裝置還有另外測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)的方法：先稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量,再分別稱量E裝置在反應前后的總質(zhì)量，即可計算求得樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)。但按此方法實際實驗測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是。[分析]本題較好的體現(xiàn)了“理在書中，題在書外”，掌握好書本知識是解題的基礎；利用化學計算的某些原理對實驗中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行處理是該題提出的能力要求；能否根據(jù)實驗的具體情景對某些問題作出正確的分析體現(xiàn)了同學們思維的境界。本題（1）、（2）兩問的思維原點為課本中重點出現(xiàn)的“一氧化碳還原氧化鐵”這一重要的化學實驗；解答第（3）問，須運用“反應前固體的質(zhì)量之差==參加反應的氧化鐵中氧元素的質(zhì)量”；解答第（4）問需要考慮裝置E和空氣相連通這一具體的實驗情景。[答案]（1）A、先、點燃或用氣球收集（2）除去CO2；檢驗CO與Fe2O3反應生成的二氧化碳；3CO+Fe2O32Fe+3CO2（3）80％（4）原裝置中空氣含有的二氧化碳被E裝置吸收問題3請完成以下探究過程：問題：如何鑒定孔雀石[Cu2(OH)2CO3]加熱分解的產(chǎn)物?假設：假設孔雀石加熱分解的產(chǎn)物是H2O、CO2和CuO。設計實驗：實驗①：按右圖進行實驗，證明分解產(chǎn)物中有H2O和CO2。該裝置的連接順序是：a接，接；按此順序連接的理由是：。實驗②：請你設計實驗，證明孔雀石完全分解后，試管中剩余的黑色固體是CuO(用圖示或文字說明均可)：。現(xiàn)象和結(jié)論：實驗①中：U形管中的無水硫酸銅變成藍色，證明產(chǎn)物中有；證明產(chǎn)物中有CO2的現(xiàn)象是。實驗②中(你設計的)：因為有現(xiàn)象，因此黑色固體中有銅元素；因為有現(xiàn)象，因此黑色固體中有氧元素；由此可得到結(jié)論：產(chǎn)物中有CuO。[分析]熟悉各套裝置的功能、知道混合氣體中各種成分檢驗的方法及實驗的先后順序、靈活運用有關物質(zhì)的性質(zhì)是解答此類問題所必須具備的基礎或能力。要對混合氣體中的各種成分進行檢驗須遵循“先驗水，后驗其它”的原則，其中檢驗水用無水硫酸銅，檢驗二氧化碳用澄清石灰水。[答案]設計實驗：①deb(或e，d，b)必須先經(jīng)過無水硫酸銅檢驗水蒸氣，否則，因澄清石灰水中水的揮發(fā)或冷凝作用而干擾原產(chǎn)物中水蒸氣的檢出；氣體經(jīng)過澄清石灰水時須遵循長進短出的原則。②待反應后的試管冷卻，拔下橡皮塞，用一根長導管向黑色固體通氫氣，一會兒，加熱試管，當看到黑色固體變紅，試管口有水珠時，停止加熱，冷卻，停止通入氫氣(本問題是開放的：用圖示、或其它合理解答均可)現(xiàn)象和結(jié)論：①H2O(水)澄清石灰水變渾濁②試管中黑色固體變紅色試管口有水珠出現(xiàn)(解答要與設計實驗②相匹配)學以致用1.將一塊光亮的純銅片放在酒精燈火焰上灼燒，表面變黑。對黑色物質(zhì)的來源，提出你的二個預測（假設），并設計一個或幾個實驗來證明你預測的正確性。預測序號實驗步驟和方法現(xiàn)象和結(jié)論預測1：可能來源于預測2：可能來源于2.用珍珠（主要成分CaCO3）加工成的“珍珠粉”是一種名貴中藥材、保健品，可近年來市場上出現(xiàn)了一些假冒的“珍珠粉”，僅用肉眼觀察難辨真假。為了向消費者提供鑒別方法，須找出真假“珍珠粉”理化性質(zhì)上的差異。工商局提供了真、假“珍珠粉”樣品，請你展開探究：（只要寫出猜想、方案，不需要說出方案實施的具體結(jié)果）猜想一：真、假“珍珠粉”的氣味可能不同。方案一：取樣，分別聞一聞它們的氣味，分辨氣味有無差異。猜想二：。方案二：。猜想三：。方案三：。3.實驗室能夠選用下圖所示的裝置，制取二氧化碳氣體(混有氯化氫、水蒸氣)和進行有關實驗，回答下列問題：(1)寫出制取二氧化碳反應的化學方程式；(2)如果要證明制得的氣體中混有氯化氫氣體，應把A裝置與E裝置連接，E裝置中觀察到的現(xiàn)象是，寫出有關反應的化學方程式：；(3)如果要驗證制得的氣體是二氧化碳，除A裝置外，還應選用上述裝置中的(填裝置序號，下同)。(4)如果要收集一瓶純凈、干燥的二氧化碳氣體，請從上述各裝置中選擇適當?shù)难b置進行連接，連接順序是，其中B裝置中濃硫酸的作用是。4.為驗證Fe、Ag、CU的活動性順序，小紅同學用了三種試劑（其中只有一種鹽溶液）進行實驗，小朗同學用了與小紅完全不同的三種試劑（其中有兩種鹽溶液）進行實驗，她們都取得了相同的實驗結(jié)果。請寫出兩位同學在實驗中所用的試劑的化學式：（1）小紅同學；（2）小朗同學。5.課堂上同學們利用甲圖裝置做過氧化氫分解實驗時，帶火星的木條很難復燃，于是老師加了一個u形管，如乙圖，帶火星的木條較易復燃。請回答：（1）寫出實驗室制取氧氣的化學方程式：_____________________________________。（2）改用乙裝置后能使帶火星的木條復燃的原因：________________________________。（3）根據(jù)(2)中推測的原因，請你設計一個新的改進裝置（可用圖示或用文字敘述改進要點）。6.中國青海湖地區(qū)素有“夏天曬鹽，冬天撈堿”之說，其中撈出的堿主要是碳酸鈉和少量氯化鈉的混合物。小王同學以撈出的堿作為樣品，并用以下一套裝置對樣品進行分析，根據(jù)量筒中收集到的液體的體積（相當于二氧化碳的體積）來計算樣品中碳酸鈉的含量。（已知：HCl+NaHCO3===NaCl+CO2↑+H2O；CO2在飽和NaHCO3溶液中溶解度很?。?）在A和B兩套裝置中，哪一套裝置更合理________（選填“A”或“B”）。（2）準確讀取量筒內(nèi)液體體積的方法是__________________________________。（3）錐形瓶中原有的空氣對實驗結(jié)果是否有明顯影響？______（填“有”或“沒有”）。（4）若實驗中用的鹽酸是濃鹽酸，則測得的樣品中碳酸鈉的含量與實際值相比會________（填“偏大”或“偏小”或“不變”）。（5）在實驗過程中，對取用樣品的量的多少有一定要求，為什么？__________________________________________________________________________________________。7.某蔬菜基地在種植蔬菜時，常采用下列方法。(1)施用適量的氮肥能夠使種植的蔬菜葉色濃綠。①下列化肥中，屬于氮肥的是

。(填字母)A.碳酸氫銨[NH4HCO3]

B.草木灰(主要成分[K2CO3]

C.磷礦粉[Ca3(P04)2]②草木灰呈堿性，你認為它

(“能”或“不能”)與所選的氮肥混合施用，理由是

。(2)用大棚種植蔬菜時，常向大棚中補充氣體肥料CO2①目的是促進綠色植物的

作用。②若提供的氣體肥料CO2中混有少量的SO2，為了除去SO2，現(xiàn)設計以下兩種方法。甲方法：將氣體經(jīng)過足量的碳酸氫鈉溶液。乙方法：將氣體經(jīng)過足量的氫氧化鈉溶液。【提供資料】I.CO2與NaHCO3不會發(fā)生反應。Ⅱ.SO2+2NaHCO3==Na2SO3+H2O+2CO2Ⅲ.SO2+2Na0H==NaSO3+H2O請你利用提供的資料和所學的知識分析：上述

方法(填“甲”或“乙”)可行，理由是

、

8.在學校的元旦聯(lián)歡會上，某同學表演了“水能生火”的魔術。她向包有過氧化鈉(Na2O2)粉末的脫脂棉上滴水，脫脂棉燃燒起來。小軍很感興趣，于是，她和同學們進行探究?！咎岢鰡栴}】過氧化鈉與水反應生成了什么物質(zhì)?為什么脫脂棉會燃燒【猜想】①可能有一種氣體和另一種物質(zhì)生成

②反應過程中可能有能量變化【設計裝置】如右圖所示【實驗探究】實驗一：探究反應后生成的氣體是什么(1)打開圖上裝置中分液漏斗的活塞，控制滴加水的速度，觀察到試管內(nèi)有氣泡產(chǎn)生，用帶火星的木條靠近P處，木條復燃。說明生成的氣體是

。(2)實驗中，還觀察到伸入燒杯中的導管口有氣泡冒出，請解釋產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：

。實驗二：繼續(xù)探究反應后生成的另一種物質(zhì)是什么(1)小張猜想另一種物質(zhì)是Na2CO3，小軍認為不可能。小軍的依據(jù)是：

為了證實小軍的看法，請你設計一個證明CO2不存在的實驗。實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論

(2)小軍取反應后所得的溶液于試管中，滴人無色酚酞試液，發(fā)現(xiàn)酚酞試液變紅色，說明反應后所得的溶液呈

性。【表示】由實驗探究的結(jié)果，寫出過氧化鈉和水反應的化學方程式

9.在實驗探究課上，老師給了同學們一包紅色粉未，該粉末是銅粉和和氧化鐵粉中的一種或兩種。同學們?yōu)榱舜_定該粉末的成分，進行如下探究。請你參與她們的探究并回答問題。

(1)[提出問題]假設l：紅色粉末是銅粉；假設2：紅色粉末是氧化鐵粉；

假設3：紅色粉末是

。

(2)[設計實驗方案]同學們對實驗作了如下設想和分析：取少量紅色粉末放入硬質(zhì)玻璃管中，通入一氧化碳片刻后加熱至充分反應(實驗裝置圖如下)。請你完成下表：實驗中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象結(jié)論假設1成立假設2成立假設3成立

(3)[進行實驗]經(jīng)過實驗及分析，確認假設3成立。(4)[反思與評價]①實驗過程中，硬質(zhì)玻璃管內(nèi)發(fā)生的化學反應方程式是

。②實驗時通入一氧化碳片刻后再加熱的原因是

。③從環(huán)保角度看，上面的實驗裝置有不足之處，請你對該裝置進行改進，具體措施是

。

(5)[拓展]為了進一步探究鐵和銅的金屬活動性強弱，你認為可選用下列試劑中的

(填序號)。A.硝酸銅溶液

B.稀鹽酸

C.氯化亞鐵溶液10.某興趣小組對氫氧化鈉固體暴露在空氣中的變質(zhì)情況進行了研究。把一小塊固體氫氧化鈉放在表面皿里，長時間暴露在空氣中，發(fā)現(xiàn)其固體表面逐漸濕潤，部分溶化成液體后又逐漸形成晶體，最終變成粉末。請回答興趣小組產(chǎn)生的下列問題：(1)實驗室中，氫氧化鈉固體應怎樣保存?_________。(2)氫氧化鈉固體暴露在空氣中，表面容易變濕，主要原因是什么?________。(3)氫氧化鈉固體長期暴露在空氣中，最終產(chǎn)物主要是什么_______。(4)用酚酞試液______(填“能”或“不能”)檢驗氫氧化鈉變質(zhì)。為什么_____。(5)除加酸以外，怎樣用其它方法檢驗氫氧化鈉固體已經(jīng)變質(zhì)?________。(6)為了檢驗氫氧化鈉是否已經(jīng)全部變質(zhì)，興趣小組中小薇同學設計了如下實驗方案：準確稱取一定質(zhì)量的變質(zhì)固體樣品，放在右圖所示裝置中，然后從分液漏斗中加入足量的鹽酸，用排水法收集產(chǎn)生的二氧化碳，根據(jù)二氧化碳的體積和密度計算變質(zhì)產(chǎn)物的質(zhì)量，確定是否全部變質(zhì)。①你認為這個方案_______(填“行”或“不行”)。理由是什么？__________。②請你另外設計一個方案，并簡要說明實驗方法和結(jié)論。______________________________________________________________，_________________________________________________________________。11.2、小亮同學設計了如下圖所示裝置進行趣味實驗。（1）使用甲裝置進行實驗時，將滴管中的物質(zhì)擠入燒瓶，然后打開止水夾，能夠觀察到燒瓶內(nèi)產(chǎn)生美麗的噴泉。你推測原燒瓶內(nèi)的物質(zhì)可能是（填一種，下同），滴管中的物質(zhì)可能是。（2）是用以裝置進行實驗時，也同樣形成了噴泉。小亮同學加入的物質(zhì)不可能是（填字母）鹽酸A、鋅粒B、碳酸鈣C木炭D鎂粉水固體（3）公園中常見的噴泉以及自然界中常見的火山爆發(fā)原理與上述（填“甲”或“乙”）甲乙裝置原理相同。12.請根據(jù)下面圖一、圖二的有關信息，按題目要求回答問題：（1）圖一是向氫氧化鈉溶液中逐滴加入鹽酸時溶液溫度與鹽酸溶液體積之間的變化關系圖。圖中M點的意義是，此時反應中氫氧化鈉和氯化氫的質(zhì)量比是，氫氧化鈉和鹽酸的反應是反應（填“放熱”或“吸熱”）。（2）圖二是向碳酸鈉溶液中逐滴加入鹽酸時有關反應圖像，該圖像說明向碳酸鈉溶