1、 化学实验设计和评价 2专题分析【命题重点】实验设计包括:单项实验设计:设计实验求证某一单项问题,或求证某一规律;特点是围绕某一问题设计一个指向很单一的实验,而且实验通常一步到位。综合实验设计:设计实验求证多个问题,其特点是多步操作、装置复杂、现象多样。定量实验设计:通过实验,获取有关数据,然后分析数据推理出结论。定量实验设计要精密一些,要尽可能地回避一些误差的引入。3专题分析开放型实验设计:试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理完全自主完成。解答此类试题,过程要合理完整,方法简便,现象叙述要准确,推理要符合逻辑。实验方案评价包括实验原理及方案的评价、实
2、验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价。以批判的思维方法对所设计的实验方案、实验方法、实验装置、实验操作从某个角度否定,排除不合理或可行但不是最优的方法,选择、创新更好的方法。4方法要点1.实验方案的设计(1)实验设计的基本要求科学性实验原理、方法和操作等科学、合理。安全性实验操作要尽量防止带有危险性的操作,尽量避免与有毒物质接触。若无法避免有毒物质,则应采取安全措施,以防造成环境污染和人体伤害。可行性:设计的实验方案要真正切实可行,所选药品、仪器、装置经济可靠。简约性实验设计应简单易行。装置简单,实验操作简便,实验现象明显。5方法要点(2)实验方案设计的几种思路实验设计
3、的总体思路是明确实验目的,弄清实验原理,根据要求正确选择仪器和药品,设计实验装置和操作步骤,分析得出结论。对比实验设计对比实验是实验设计的一种基本思路,有利于实验现象观察对比,有利于推理论证结论。6方法要点控制变量实验设计一个问题常常受多方面的因素制约,为了研究每一个因素对问题的影响程度,常常采取控制变量法逐个检验,每一个现象只说明一个问题,换一个条件再检验。综合各个因素对问题的影响作出综合性的判断。综合实验设计设计一个实验探究多方面的问题,如设计一个组合实验探究某一混合气体的成分、某一气体的性质和组成等。7方法要点2.实验方案的评价(1)方案在理论上是否科学、合理,是否具有严密性;(2)在满
4、足安全性的前提下,操作上是否简单易行;(3)从经济角度评价,是否节约试剂、降低成本和提高产品质量;(4)从环境角度考虑,是否会对环境造成污染。8方法要点3.实验方案评价的原则实验方案的评价主要包括对实验方案可行性的评价和对方案优劣的评价。(1)对实验方案可行性评价的原则化学实验设计的原理、操作步骤和方法,必须与化学知识的科学性和实验操作的合理性相一致,即要科学、合理。9方法要点2)对方案优劣的评价的原则设计简洁就是要尽可能采用简单的仪器或实验装置,在常规条件下进行;用较少的实验步骤和试剂,在较短的时间内完成实验,充分体现实验设计的简约性原则。效果明显就是按照实验设计进行操作,产生的现象生动直观
5、,易于观察记录。安全可靠实验设计要尽可能避免选用有毒药品和具有一定危险性的实验操作,如果必须选用,应在设计方案中给出明确提示和预防措施,以避免造成环境污染或实验事故;此外,还要确保实验成功。10类型一实验方案的设计例1 某混合溶液含一定量的硝酸银、硝酸铜和硝酸钡,为逐一沉淀、分离其中的金属元素,从稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠稀溶液、氯化钠溶液、硫酸钠溶液中选择试剂进行实验。甲的实验如下表所示:11类型一实验方案的设计在中,需确认钡元素是否完全沉淀。甲在此环节的部分实验记录如图所示:请根据这部分记录,指出该环节中甲存在的具体问题并说明理由 。12解析HCl+AgNOHCl+AgNO3 3 AgClA
6、gCl+HNO+HNO3 3白白Cu(OH)Cu(OH)2 213典例分析例1 某混合溶液含一定量的硝酸银、硝酸铜和硝酸钡,为逐一沉淀、分离其中的金属元素,从稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠稀溶液、氯化钠溶液、硫酸钠溶液中选择试剂进行实验。乙仅调整了甲实验中所加试剂的顺序,既达到了实验目的,理论上又减少了氢氧化钠的消耗量。乙所加试剂依次为 。丙设计了一种新的方案,不仅达到了实验目的,而且理论上氢氧化钠的消耗量减到最少。丙所加试剂依次为 。14解析15变式训练【变式1】小明把过量锌粒加入有盐酸的试管中,发现随着反应的进行,产生气体的速度逐渐加快,一段时间后逐渐减慢,最后停止产生气体。在反应过程中,溶液的
7、温度也先随之升高,最后下降到室温。于是,小明设计实验来探究“一定质量的某种金属和同体积盐酸反应快慢的影响因素”。测得实验数据如下:某金属与同体积盐酸反应实验数据表16变式训练(1)分析实验数据得出:一定质量的某种金属和同体积盐酸反应,影响金属和酸反应快慢的主要因素有;。(2)可以通过比较 的实验数据来确定金属和酸反应的快慢。(3)过量锌粒加入盐酸中,反应开始的一段时间,反应速率逐渐加快,而不是逐渐减慢。请分析原因:。17解析18类型二实验方案的评价例2 焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是一种常用的食品抗氧化剂。小金模拟化工生产,用如图装置来制取Na2S2O5。已知:A中发生的反应为:H2SO4(浓
8、)+Na2SO3=Na2SO4+SO2+H2O;B中发生的反应为:Na2SO3+SO2 =Na2S2O5。(1)图中盛放浓硫酸的仪器名称是。(2)写出C中发生反应的化学方程式:。(3)在实验过程中,滴加浓硫酸不宜过快,理由是(写出一点)。(4)该实验开始滴加浓硫酸前,应先除尽装置内的空气。若忘记这一操作,所制取的Na2S2O5产品中会混有Na2SO4杂质,这与O2的 (填化学性质)有关。19解析答案(3)提高SO2的利用率(或减少尾气的产生)解法指导(3)若滴加浓硫酸过快,则生成二氧化硫气体较快,可能导致二氧化硫气体来不及与B中的亚硫酸钠进一步反应生成Na2S2O5。答案(2)SO2+2NaO
9、H Na2SO3+H2O解法指导(2)反应过程中产生有害气体二氧化硫,需要进行尾气处理,二氧化硫与二氧化碳性质相似,与氢氧化钠反应生成相应的盐和水;反应的化学方程式为SO2+2NaOH Na2SO3+H2O。答案(4)氧化性解法指导(4)该实验开始滴加浓硫酸时,应先除尽装置内的空气,是为了防止Na2S2O5被氧化成Na2SO4,这与O2的氧化性有关。20变式训练【变式2】酸、碱、盐是我们身边重要的化合物,在生活和生产中具有广泛的应用。(1)锅炉水垢既会降低燃料的利用率,影响锅炉的使用寿命,还可能造成安全隐患。某锅炉水垢的主要成分有CaCO3、Mg(OH)2、Fe2O3,用“酸洗”法可除去该水垢
10、。“酸洗”时,一般不选用稀硫酸的原因是 。写出稀盐酸与氧化铁反应的化学方程式:。(2)两种抗胃酸药剂的主要成分及建议每次剂量见下表:服用Mg(OH)2的药效比服用NaHCO3“强”的原因是 。21变式训练(3)某校化学兴趣小组在课外活动中,对三种溶液进行了检验,检验的结果如下表所示:其中第组结果肯定不正确。(4)在CuO和Fe的混合物中加入一定量的稀硫酸,微热,待反应停止后过滤,滤出不溶物后再往滤液里加入一枚铁钉,若铁钉无变化,不溶物中一定含有,滤液中含有的溶质是。22解析23针对训练1.根据图所示的四个实验,得出的结论正确的是()A.乙试管中产生气泡速率大于甲试管中产生气泡速率,说明金属活动
11、性:镁铁B.蜡烛由低到高依次熄灭,说明通常状况下CO2不能燃烧,不支持燃烧,密度大于空气C.甲试管中的铁钉生锈,乙试管中的铁钉不生锈,说明只需与水接触铁钉就会生锈D.向盛有NaOH固体的试管中滴加稀硫酸,烧杯中饱和的澄清石灰水变浑浊,说明H2SO4与NaOH发生中和反应放出热量24针对训练2.为了证明氢氧化钙溶液与稀盐酸能发生反应,氢氧化钠溶液与二氧化碳能发生反应。用如图所示装置进行实验(装置气密性良好,实验前弹簧夹K1、K2处于关闭状态)。实验一:氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应。(1)实验过程中需缓缓通入氮气,其作用是什么?。(2)写出氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应的实验操作及现象:。实
12、验二:氢氧化钠溶液与二氧化碳反应。(3)打开活塞,将足量氢氧化钠溶液加入锥形瓶中,立即关闭活塞,写出利用图示装置证明氢氧化钠溶液与二氧化碳反应的实验操作及现象:。(4)实验后,取B中锥形瓶内的溶液,倒入烧杯中,若溶液呈红色,设计实验方案,探究该溶液中是否有氢氧化钠,写出实验操作、预期现象和结论 。25解析26针对训练3.“蓝瓶子”实验是一个有趣的化学振荡实验:盛有氢氧化钠、亚甲蓝(化学式为C16H18N3SCl)、葡萄糖混合液的试管,经振荡、静置后溶液颜色会出现反复变化(如图甲)。某兴趣小组开展如下探究,回答下列问题。(1)混合液中属于人类基本营养物质的有水和。(2)小明对振荡实验后溶液变蓝的
13、原因进行如下猜想:溶液中溶入CO2;溶液中溶入O2;溶液中溶入 (填化学式)。(3)小红利用图乙装置,从A端吹入呼出的气体,混合液由无色变为蓝色,由此(填“能”或“不能”)得出猜想正确,原因是 。(4)为探究猜想,利用图乙装置设计实验方案:。27解析28针对训练4.许多科学发现从重视微小差异开始。科学家瑞利和拉姆塞正是重视氮气密度的微小差异,才最终发现了稀有气体氩气。材料一1892年瑞利发现,在相同条件下,由空气中除去氧气、二氧化碳、水蒸气和灰尘后获得的氮气,其密度为1.2572克/升;由含氮化合物反应并除去水蒸气后获得的氮气(NH4NO2N2+2H2O),其密度为1.2505克/升。两者密度
14、差值虽小,却完全超出了实验误差范围。材料二1894年4月瑞利和拉姆塞开始用如图装置进行“清除空气中氮气”的实验研究:在倒立圆底烧瓶内引入两根金属导线,通电使瓶中空气中的氧气和氮气生成氮的氧化物,用碱液来吸收生成的氮的氧化物和原有的二氧化碳气体。并从气体进口不断向瓶内补充氧气,使反应持续进行。材料三瑞利和拉姆塞又设计了另一实验装置,将上述实验所得的气体干燥后,通过红热的铜粉来除去其中的氧气,得到少量的剩余气体。对剩余气体做光谱分析得知,这是一种未知的气体,并测得其密度约是氮气的1.5倍。1894年8月13日他们共同宣布:发现了一种未知气体,并命名为氩气。29针对训练材料四1898年拉姆塞等人利用
15、不同物质沸点不同,又发现了氪气、氖气、氙气。根据上述材料,回答下列问题。(1)与纯净氮气密度值更接近的是由(填“空气中”或“含氮化合物反应”)获得的氮气密度值。(2)实验中不断向瓶内补充氧气的目的是 。(3)在当时实验条件下,很难利用化学反应除去氩气,获知“未知气体”中还有其他气体存在,其理由是。30解析31针对训练5.某课外活动小组进行如下实验探究。(1)验证物质的燃烧条件根据图进行实验,实验现象如图所示。80 热水的作用是。比较现象a、c,得出燃烧的条件是。(2)验证锌与铁的金属活动性相同条件下,取等质量锌粉、铁粉,根据图进行实验,实验过程中,观察到锌粉表面产生气泡的速率比铁粉快,由此得到
16、的结论是。32针对训练实验结束后,发现U形管两边的金属粉末均无剩余,则硫酸剩余的情况可能是(填序号)。A.左、右两边均有剩余B.左边有剩余,右边无剩余C.左、右两边均无剩余D.左边无剩余,右边有剩余(3)测定水中氢、氧元素的质量比(已知:H2+CuOCu+H2O)根据图进行实验,反应后测得甲中玻璃管(含药品)质量减少a g,乙中U形管(含药品)质量增加b g。水中氢、氧元素的质量比是(用含a、b的式子表示)。下列因素中,对测定结果有影响的是(填序号)。A.CuO粉末不干燥B.CuO没有完全转化为CuC.没有丙装置33解析34针对训练6.蜡烛(主要含C、H、O元素)在密闭容器中熄灭的原因是什么?
17、燃烧的产物是什么?小敏认为蜡烛熄灭的原因是燃烧消耗完了容器内的氧气,并对燃烧产物提出猜想:燃烧的产物可能有CO2;燃烧的产物可能有H2O。除了上述猜想,你的猜想,燃烧的产物可能有。实验一:在密闭容器中点燃蜡烛至熄灭,抽取10毫升密闭容器中的气体,注入试管中的饱和澄清石灰水中,发现石灰水始终没有变浑浊,从实验的科学性考虑,下一步是(填序号)。A.直接得到燃烧产物中没有CO2的结论B.再多抽取一些气体注入试管中的石灰水中C.增加饱和澄清石灰水的质量35针对训练实验二:在老师的指导下,利用多功能传感器进行有关量的测量,装置如图所示。实验结束后,铝板表面有黑色固体颗粒,同时传感器测得实验前后的有关数据
18、如表所示:由实验及结果分析,密闭容器内蜡烛熄灭的原因是;蜡烛燃烧生成的产物是。相对湿度氧气含量二氧化碳含量一氧化碳含量蜡烛点燃前48.4%18.7%0.058%0蜡烛熄灭后71.6%15.6%3.643%0.0182%36解析37针对训练7.碘是人体必需的微量元素,海带因富含碘元素而成为补碘的常用食物之一。小李想设计实验验证海带中含有碘元素。他查阅了相关资料,得到以下信息:碘化钠(NaI)与氯化钠性质相似,两者的溶液都是盐溶液,碘化银为黄色难溶于水的固体。工业上将适量氯气通入无色碘化钠溶液就能置换出单质碘,溶液变为棕黄色。少量碘(I2)溶于水的溶液,能使淀粉溶液变蓝,碘的化合物不能使淀粉溶液变
19、蓝。灼烧海带后残留的灰烬中含有可溶性碘化钠、氯化钠等化合物。小李的实验步骤如下:38针对训练将海带灰用蒸馏水充分浸泡后过滤,得滤液;然后用以下3种方法,去检验海带灰中是否含有碘元素。方法一:取滤液,通入适量氯气后与淀粉糊混合,观察是否变蓝。方法二:取滤液,通入适量的氯气,观察溶液有无颜色变化。方法三:取滤液,和淀粉糊混合,观察是否变蓝。请回答下列问题。(1)氯气和碘化钠反应的化学方程式:。(2)上述3种方法中,方法是一定不可行的,说出不可行的理由:。(3)取滤液,滴入硝酸银溶液,若观察到 ,则证明滤液中含碘离子。39解析40针对训练8.无标签试剂瓶中的一种黑色不溶于水的固体可能是硫化铜或者是硫化亚铜。查资料可知:硫化铜(CuS)和硫化亚铜(Cu2S)在空气中灼烧分别发生下列化学反应:2CuS+3O2=2CuO+2SO2;Cu2S+O2=CuO+SO2(没配平)。(1)请写出配平后的Cu2S在空气中灼烧的化学方程式:。如要确定灼烧的Cu2S是否完全反应,依据的实验现象是。(2)根据这两个反应的化学方程式中固体物质的质量变化,某同学仅用天平、酒精灯、坩埚、三脚架等常用仪器(无其他试剂),通过三个实验步骤鉴别出某黑色固体是硫化铜还是硫化亚铜。他的实验如下:步骤一:用天平准确称量一定质量的待测黑色固体。请写出后两个实验步骤。实验步骤二:。实验步骤三:。41解析
