實驗方案的設(shè)計與評價

1、專題突破 實驗方案的設(shè)計和評價通過實驗活動，探討研究并解決科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護中面臨的一些問題是化學(xué)學(xué)科永恒的主題。在學(xué)習(xí)中，要求同學(xué)們能根據(jù)實際情況提出問題、設(shè)計實驗研究問題、解決問題，在實踐活動中鞏固知識、提高認識、增強能力?？键c1 實驗方案的設(shè)計基礎(chǔ)知識1實驗設(shè)計的原則原理正確、操作簡便、現(xiàn)象明顯、藥品經(jīng)濟、結(jié)論可信。2實驗設(shè)計題的考查實驗儀器的設(shè)計和改進、實驗裝置的設(shè)計和改進、制備方案的設(shè)計、實驗裝置組裝設(shè)計，化學(xué)與生產(chǎn)、生活的連接等。解題策略實驗設(shè)計題，就是由題目提出目標，答案開放，由自己設(shè)計實驗步驟，選擇實驗藥品，設(shè)計實驗裝置，記錄實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，得出正確結(jié)論，解

2、決題目提出的問題。實驗報告是實驗過程的一個重要資料，實驗報告就是要將每一步實驗的操作、實驗的現(xiàn)象、實驗結(jié)論記錄下來，以備實驗后進行分析。實驗報告的填寫必須對現(xiàn)象的描述準確簡捷，對結(jié)論和解釋必須正確完善，觀點鮮明，實驗內(nèi)容和裝置必須目的明確，識別準確。典型例題例1 某校進行化學(xué)實驗考查時，教師給了同學(xué)們1小包黑色粉末，這種黑色粉末可能是氧化銅、炭粉或者是這兩種的混合物，讓他們通過實驗探究來確定。某同學(xué)探究過程如下：(1)【提出假設(shè)】假設(shè)1：黑色粉末是炭粉；假設(shè)2：_；假設(shè)3：_。(2)【設(shè)計實驗方案】他對實驗做了如下設(shè)想和分析：取少量黑色粉末于燒杯中，并加入過量的稀硫酸。則實驗中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象與

3、對應(yīng)結(jié)論如下表，請你完成下表。實驗中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象結(jié)論假設(shè)1成立假設(shè)3成立(3)【進行實驗】通過實驗及分析，確定該黑色物質(zhì)為炭粉和氧化銅的混合物。(4)【拓展】為了進一步探究炭粉和氧化銅的性質(zhì)，他又利用這種混合物補充做了如下實驗：將此黑色粉末隔絕空氣加熱(若碳完全反應(yīng))，待冷卻到室溫后，取剩余固體于燒杯中，再加入過量稀硫酸，反應(yīng)完全后，靜置。請你回答：燒杯中_(填“有”或“無”)不溶物；若靜置后溶液呈無色，則該溶液中溶質(zhì)是_(寫化學(xué)式)；若靜置后溶液呈藍色，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_。解析：這是一道聯(lián)系常見化學(xué)物質(zhì)因某些性質(zhì)相似，人們在使用中不易區(qū)分而設(shè)計的實驗探究題。旨在利用一些常見現(xiàn)象、問題

4、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題的意識和能力。解答（1）一定要聯(lián)系題中給出的黑色物質(zhì)的可能性，由此提出你的猜想或假設(shè)：兩種物質(zhì)的三種組合。解答（2）（4），即設(shè)計實驗方案驗證你的三個假設(shè)，必須要了解木炭、氧化銅、稀硫酸的性質(zhì)及相互反應(yīng)的規(guī)律和能否反應(yīng)呈現(xiàn)出不同現(xiàn)象。木炭H2SO4不反應(yīng)，黑色的木炭在H2SO4中不會溶解消失。CuO+H2SO4CuSO4+H2O，反應(yīng)發(fā)生，溶液會由無色變?yōu)樗{色；由上述知識，不難對（2）作出解答。解答（4）時，一定要理解它的意義和探究實驗的基本方法。還應(yīng)注意到題中關(guān)鍵處的說明，如“隔絕空氣加熱（碳完全反應(yīng)）”，應(yīng)該認識此處有2CuO+C 2Cu+CO2反應(yīng)發(fā)生，此反應(yīng)中

5、，木炭反應(yīng)消耗完了，一定沒有，生成的Cu一定有，CuO則不能確定，可能有也可能無。答案：（1）黑色粉末是氧化銅 黑色粉末是碳粉和氧化銅的混合物 （2）無變化 溶液變藍色，黑色粉末溶解；假設(shè)2成立 溶液變藍色，仍有部分黑色不溶物 （4）有 H2SO4 CuO+H2SO4CuSO4+H2O新題展示1化學(xué)真是太奇妙了，它幾乎無處不在，在你的周圍時刻不停地發(fā)生著變化。同學(xué)們讓我們踏上探究之旅。（1）提出問題聰聰在用水煮蝦過程中發(fā)現(xiàn)，青色的生蝦煮熟以后顏色變成紅色，特別是蝦湯的顏色更是鮮紅。聰聰想，蝦湯中這種紅色的物質(zhì)究竟是什么呢？（2）猜想與假設(shè)聰聰猜想，這種紅色物質(zhì)可能像酸堿指示劑一樣，遇到酸或堿時

6、，顏色會發(fā)生改變。（3）收集證據(jù)現(xiàn)在請你設(shè)計一個簡單的探究活動方案，驗證聰聰?shù)牟孪搿Ｊ褂迷噭嶒灢僮鞣桨缚赡艿膶嶒灛F(xiàn)象（4）交流與反思以上探究之旅，對你有什么啟示？_。解析：該題從日常生活現(xiàn)象或問題入手，引導(dǎo)并培養(yǎng)了學(xué)生注意觀察現(xiàn)象、研究問題的意識和能力。同時也讓學(xué)生了解到科學(xué)新發(fā)現(xiàn)是如何獲得的。解答此題首先要圍繞猜想與假設(shè)的問題進行思考，其次是理解酸堿指示劑的含義，在此基礎(chǔ)上設(shè)計探究實驗方案，具體內(nèi)容在題中表格框架下完成并注意探究實驗的比較過程。答案：（3）使用試劑實驗操作方案可能的實驗現(xiàn)象稀鹽酸、氫氧化鈉溶液(其他酸性或堿性物質(zhì)均可)把紅色的蝦湯分成三份：向一份中加入稀鹽酸，向另一份中加入

7、氫氧化鈉溶液，與第三份進行顏色對比加入酸或堿的兩份蝦湯的顏色可能發(fā)生改變（4）要像聰聰那樣，善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)、善于思考、大膽猜想；或猜想要有一定的依據(jù)，不能憑空想象；或要通過查閱資料、實驗探究認真求證自己的猜想；進行對比實驗是一種重要的科學(xué)方法（此題為答案開放性試題，有多種答案。同學(xué)們?nèi)粲衅渌鸢?，只要從三維目標來回答，言之成理均可）。考點2 實驗方案的評價基礎(chǔ)知識1實驗方案評價的原則理論上是否科學(xué)合理、具有嚴密性；在滿足安全性的前提下，是否簡便易行；從經(jīng)濟角度考慮，是否節(jié)約試劑及降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量；從環(huán)保角度考慮，是否會給環(huán)境造成污染。2實驗評價題的考查實驗評價要求同學(xué)對不同的實驗方案

8、進行對比分析，或?qū)σ淹瓿傻膶嶒炘怼⒀b置、效果與實驗?zāi)康囊筮M行對比，認識實驗的成功與不足，以及可能存在的問題，甚至要求提出改進方案。這是對同學(xué)們綜合素質(zhì)的考查。解題策略實驗評價題是指由題目提供多套方案，要求從某一角度或某幾個方面評價方案的優(yōu)劣，解題時用批判的思想排除不合理的或不最優(yōu)的方案，選擇、創(chuàng)造更好的方案。典型例題例2 用鐵片、銅片、硝酸汞溶液和鹽酸四種物質(zhì)，驗證Fe、Cu、Hg；的金屬活動性順序，有如下三種實驗方案（選項中FeHCl表示鐵片加入鹽酸中，F(xiàn)eHg(NO3)2表示鐵片加入硝酸汞溶液中，其他文字說明省略）AFeHCl CuHCI CuHg(NO3)2 BCuHCl CuHg(

9、NO3)2CFeHg(NO3)2 FeHCl CFeHCI CuHg(NO3)2 FeHg(NO3)2 試評價上述三種實驗方案，其中最佳的方案是_（寫序號）。解析：通過審題可知，解答本題需要兩個層面的知識及能力。第一個層面是根據(jù)題目的選項，弄清哪個實驗?zāi)苡脕眚炞CFe、Cu、Hg的金屬活動性順序。第二個層面是要判斷在可行的方案中，哪個是最佳方案即評價實驗方案的優(yōu)劣。本題的原型是競賽題。一般講，評價實驗方案的優(yōu)劣比評價實驗方案的正誤難度更大，但由于本題只涉及置換反應(yīng)的有關(guān)實驗，且綜合性又比較小，因而，本題屬于較難題。本題把三個方案分別設(shè)計為：C錯誤、B正確但畫蛇添足、A正確且簡便三個層次，使同學(xué)們

10、在解題時不但要考慮“正誤”，而且要考慮“最佳”。目前評價實驗方案的題目已經(jīng)開始從高考移植到中考中，應(yīng)該引起重視。這類題目考查了學(xué)生對實驗的設(shè)計和評價；要求較高復(fù)習(xí)時應(yīng)將知識融會貫通，在不斷提高學(xué)科能力的基礎(chǔ)上強化。“創(chuàng)新”意識和“評價”意識，進一步提高分析問題和解決問題的能力。檢驗金屬的活動性順序通常有以下兩種方法：（1）一種金屬跟另一種金屬的鹽溶液發(fā)生反應(yīng)，能將金屬從其鹽溶液中置換出來，可以說明被置換出來的金屬的活動性弱。（2）一種金屬能跟酸發(fā)生置換反應(yīng)，另一種金屬不能跟酸發(fā)生置換反應(yīng)，說明前者的金屬活動性強于后者。有金屬A和B、C的鹽溶液。若A不能將B、C從它們的鹽溶液中置換出來，則不能比

11、較A、B、C的金屬活動性。例如，Cu不能從ZnSO4溶液中置換出Zn的實驗不足以說明Zn的金屬活動性強于Cu。答案： A新題展示2實驗室用鐵、氧化銅、硫酸為原料制取銅，某同學(xué)設(shè)計了兩個實驗方案：AFe H2 CuBCuOCuSO4 Cu兩個實驗方案中最好的是_，理由是_解析：根據(jù)學(xué)過的化學(xué)知識，上述兩個實驗方案都能達到實驗?zāi)康?。然而，要評價兩個實驗方案哪個更好，應(yīng)從操作的簡便、原料的廉價、對環(huán)境的污染、產(chǎn)率等多方面進行分析。鐵跟稀硫酸反應(yīng)可以生成氫氣，用氫氣還原氧化銅可以得到單質(zhì)銅。氧化銅跟稀硫酸反應(yīng)可以得到硫酸銅溶液，鐵跟硫酸銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)也可以得到單質(zhì)銅。比較兩個實驗設(shè)計：從原料看，所

12、用原料完全相同；從對環(huán)境的污染看，兩個實驗均無污染環(huán)境的氣體產(chǎn)生；從操作及產(chǎn)率看，A需要做氫氣還原氧化銅的實驗，該實驗要對氫氣和氧化銅進行加熱，有一定的危險性。另外，該實驗是氣體和固體發(fā)生反應(yīng)，氫氣的浪費比較嚴重。而B實驗則是在溶液中進行反應(yīng)，操作簡便，產(chǎn)率高，節(jié)約原料。對于物質(zhì)制備的實驗，一般應(yīng)具備反應(yīng)環(huán)節(jié)少、產(chǎn)率高、操作簡便、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。反應(yīng)環(huán)節(jié)少是指能通過兩步反應(yīng)完成的，一般不要選擇三步反應(yīng)來完成；操作簡便是指為完成該實驗所應(yīng)進行的實驗操作應(yīng)簡便易行，能用加熱操作完成的就決不采用高溫操作；對環(huán)境無污染是指要選擇那些不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的物質(zhì)（如一氧化碳、二氧化硫）的反應(yīng)等。答案：B

13、 節(jié)約原料，不需要熱源，沒有爆炸危險二、考點突破解答此類試題時，一是要遵循上述原則，二是要有創(chuàng)新意識，三是圍繞目標理清思路，制定步驟。三、命題趨勢1化學(xué)實驗評價是培養(yǎng)學(xué)生進行實驗設(shè)計，利用實驗探究問題的重要過程，也就是說實驗評價是學(xué)生學(xué)會利用實驗進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)、實驗方案設(shè)計的基礎(chǔ)。它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)論分析的評價等等?？疾闊狳c多是課本上重要的化學(xué)實驗方案，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際、環(huán)境保護設(shè)計出的實驗方案。2科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、進步離不開人類對自然界的研究，科學(xué)研究無疑離不開對事物的觀察、問題的提出、問題的思考，再通過實踐活動或?qū)嶒灮顒拥难芯?，最終解決問題，得出科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論。因此，