2022屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)（湖南專版）·實驗設(shè)計與評價

1第20課時實驗設(shè)計與評價21．根據(jù)實驗試題要求，運用化學(xué)知識設(shè)計一些基本實驗。2．能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。3．化學(xué)實驗的各部分知識與技能的綜合應(yīng)用。3一、實驗設(shè)計的基本要求1．科學(xué)性，所謂科學(xué)性是指實驗原理，實驗操作程序和方法必須正確。例如，鑒別Na2SO3和NaI，在試劑的選擇上就不宜選用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的設(shè)計上，應(yīng)取少量固體先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入試劑，而不能將樣品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入試劑。2．安全性：實驗設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。43．可行性：實驗設(shè)計應(yīng)切實可行，所選用的化學(xué)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。4．簡約性：實驗設(shè)計應(yīng)盡可能簡單易行，應(yīng)采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，并能在較短的時間內(nèi)完成實驗。5二、化學(xué)實驗方案設(shè)計的基本思路1．明確目的原理：首先必須認真審題，明確實驗的目的要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學(xué)過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。2．選擇儀器藥品：根據(jù)實驗的目的和原理以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡皮、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定范圍等，從而選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。63．設(shè)計裝置步驟：根據(jù)上述實驗?zāi)康暮驮?，以及所選用的實驗儀器和藥品，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟，學(xué)生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應(yīng)完整而又簡明。4．記錄現(xiàn)象數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察、全面準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。5．分析得出結(jié)論：根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理，得出正確的結(jié)論。7三、化學(xué)探究性實驗方案的設(shè)計其基本模式為：實驗課題→實驗假設(shè)→實驗方案→實驗結(jié)論

探究在設(shè)計時，首先要對題目中給出的信息進行處理，弄清是對實驗的哪一方面進行探究，然后深入分析實驗，依據(jù)題目中提出的實驗假設(shè)或自行提出的實驗假設(shè)，合理運用化學(xué)知識，巧妙設(shè)計實驗方案，通過實驗現(xiàn)象的客觀事實對實驗進行探究性驗證。81．化學(xué)實驗設(shè)計的要求(1)原理正確；(2)方法簡單；(3)操作方便；(4)現(xiàn)象明顯；(5)產(chǎn)率高；(6)誤差?。?7)安全防污。2．化學(xué)實驗設(shè)計程序(1)

根據(jù)實驗的目的，闡明實驗原理，選擇合適的儀器和藥品；(2)

根據(jù)實驗的特點，設(shè)計實驗裝置，畫出實驗裝置圖；(3)

根據(jù)實驗的要求，設(shè)計可行的操作步驟和觀察重點，分析實驗中應(yīng)注意的事項；(4)

實驗結(jié)束后應(yīng)寫出完整的實驗報告。91．完成性質(zhì)實驗方案設(shè)計的基礎(chǔ)：四、物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計(1)無機物質(zhì)的性質(zhì)：與原子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的分類有關(guān)(2)有機物質(zhì)的性質(zhì)：與官能團的種類和基團之間的相互影響有關(guān)10分析結(jié)構(gòu)→對比回顧相關(guān)知識→預(yù)測性質(zhì)→擬訂方案分子結(jié)構(gòu)同系物穩(wěn)定性原子結(jié)構(gòu)元素周期表酸、堿性氧化性、還原性

官能團反應(yīng)2．性質(zhì)實驗方案設(shè)計的一般思路：11五、實驗方案的評價對給出的實驗方案作出選擇、評價或找出最佳方案，包含的知識點很多，能考查學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。(1)選擇：包括儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇包括發(fā)生裝置(幾種基本類型)、凈化裝置(除雜質(zhì)的試劑和順序)、反應(yīng)裝置、收集裝置、尾氣處理裝置等；藥品的選擇，包括種類、濃度、物質(zhì)聚集狀態(tài)等；連接方式的選擇，包括儀器的先后順序、導(dǎo)管接口的連接等。12(2)評價：對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確作出判斷。要考慮是否合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。(3)最佳方案的選擇：所謂最佳，無非是裝置最簡單、藥品容易取得并價格低廉、現(xiàn)象明顯、無干擾物質(zhì)以及無污染等。13注意：

實驗評價問題是高考題經(jīng)常考查的一類綜合性實驗試題，可以很好的考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在比較幾個實驗方案及選擇合理裝置時，首先要明確實驗原理和實驗?zāi)康?，體會各方案設(shè)計是否合理，確定不合理方案的原因。認真對比各方案、各裝置的異同，重點分析其中的不同之處，體會在不同之處哪個方案、裝置更合理有效。經(jīng)過對不同之處逐一分析，選擇各方案中的優(yōu)點，重新組合可以得到最佳方案。14【例1】含有酚酞的氫氧化鈉的溶液中，滴加新制氯水，邊滴邊振蕩，直到紅色褪去。對于紅色消失的原因，甲同學(xué)認為是氯氣與水反應(yīng)生成的HCl和HClO中和了NaOH所致；乙同學(xué)認為是氯氣與水反應(yīng)生成的HClO具有強氧化性使紅色酚酞變成了無色的物質(zhì)。設(shè)計實驗證明甲或乙的正確性。一、無機性質(zhì)實驗的設(shè)計與評價15【解析】如果紅色消失的原因是因為酸堿中和，則紅色可能重現(xiàn)，如果紅色消失的原因是因為被氧化，則紅色不可能重現(xiàn)。答案：向上述剛好褪色的溶液中再滴入一些NaOH溶液，若紅色重現(xiàn)，則是因為HCl和HClO的酸性所致；若紅色不再重現(xiàn)，則是因為HClO的強氧化性所致。16【例2】某同學(xué)做同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律實驗時，自己設(shè)計了一套實驗方案，并記錄了有關(guān)實驗現(xiàn)象如下表。二、實驗報告的書寫及元素性質(zhì)遞變規(guī)律實驗方案的設(shè)計實驗方案實驗現(xiàn)象①用砂紙擦后的鎂帶與沸水反應(yīng)，再向反應(yīng)液中滴加酚酞A.浮于水面，熔成小球，在水面上無定向移動，隨之消失，溶液變成紅色②向新制的H2S飽和溶液中滴加新制的氯水B.產(chǎn)生大量氣體，可在空氣中燃燒，溶液變成淺紅色17實驗方案實驗現(xiàn)象③鈉與滴有酚酞試液的冷水反應(yīng)C.反應(yīng)不十分強烈，產(chǎn)生的氣體可以在空氣中燃燒④鎂帶與2mol·L-1的鹽酸反應(yīng)D.劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體可以在空氣中燃燒⑤鋁條與2mol·L-1的鹽酸反應(yīng)E.生成白色膠狀沉淀，繼而沉淀消失⑥向氯化鋁溶液中滴加氫氧化鈉溶液F.生成淡黃色沉淀18請你幫助該同學(xué)整理并完成實驗報告。(1)實驗?zāi)康模篲_________________________。(2)實驗用品：儀器___________________________________；藥品___________________________________。19(3)實驗內(nèi)容：(*填寫題給信息表中的序號)實驗方案*實驗現(xiàn)象*有關(guān)化學(xué)方程式(4)實驗結(jié)論：___________________________________。(5)請從結(jié)構(gòu)理論上簡單說明具有上述結(jié)論的原因。(6)請你補充一組實驗方案(簡單易行)，證明此周期中另外兩種元素的性質(zhì)遞變規(guī)律。20【解析】(1)先分析每個實驗可得出的結(jié)論：通過實驗①可得出鎂跟水反應(yīng)的難易、氫氧化鎂的堿性強弱；通過實驗②可得出Cl2能從H2S中置換出S；實驗③鈉跟水反應(yīng)的難易、氫氧化鈉的堿性強弱；實驗④、⑤分別可得出鎂、鋁跟鹽酸置換反應(yīng)的難易；實驗⑥可得出氫氧化鋁是一種兩性氫氧化物。把上述分析結(jié)果連成一個整體來看，可發(fā)現(xiàn)這6個實驗都是研究第三周期元素的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，從中可定性地比較出鈉、鎂、鋁三種元素的金屬性強弱，氯、硫兩種元素的非金屬性強弱。所以，這一套實驗的目的是“驗證第三周期元素從左至右金屬性遞減、非金屬性遞增的規(guī)律?！?1(2)

聯(lián)想每個實驗的過程可知，這些實驗中要用的儀器有：試管，酒精燈，砂紙，鑷子，小刀，膠頭滴管等。要用到的藥品有：鎂條，鈉，鋁條，新制氯水，新制飽和硫化氫溶液，2mol·L-1的鹽酸，2mol·L-1的NaOH溶液，蒸餾水，酚酞，2mol·L-1的AlCl3溶液。22(3)根據(jù)元素周期表第三周期元素的排列順序，作了有序地研究，可確定實驗操作順序和相關(guān)的實驗現(xiàn)象等(如下表)。實驗方案實驗現(xiàn)象有關(guān)化學(xué)方程式③A2Na+2H2O2NaOH+H2↑①BMg+2H2OMg(OH)2+H2↑④DMg+2HClMgCl2+H2↑⑤C2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑⑥EAlCl3+3NaOHAl(OH)3↓+3NaClAl(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O②FNa2S+Cl22NaCl+S↓23(4)金屬性：Na>Mg>Al；非金屬性：S<Cl。(5)Na、Mg、Al、S、Cl，原子核外都有三個電子層，但最外層電子數(shù)依次為1、2、3、6、7，原子半徑隨電子數(shù)增多而減小，所以核對最外層電子的吸引力依次增強，原子失電子能力減弱，得電子能力增強。24(6)第三周期還有磷、硅兩種元素，要完整的比較出這些元素的金屬性和非金屬性，必須要補充實驗。聯(lián)系到元素最高價含氧酸的酸性與元素非金屬性的關(guān)系，可以比較硅酸、磷酸、硫酸的酸性強弱來比較Si、P、S元素的非金屬性強弱。在中學(xué)化學(xué)知識范圍內(nèi)可設(shè)計出下列三種方案：25方案一：測定0.1mol·L-1的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4的pH，由此判斷三種鹽溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三種最高價含氧酸的酸性強弱順序，進而得出硅、磷、硫三元素非金屬強弱順序。方案二：測定相同濃度的硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。方案三：在硅酸鈉溶液中滴加磷酸溶液，可發(fā)生反應(yīng)：SiO32-+H3PO4H2SiO3↓+HPO42-。在磷酸鎂沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解：Mg3(PO4)2+4H+3Mg2++2H2PO4-。答案：見解析26【例3】

(2011·福建)化學(xué)興趣小組對某品牌牙膏中摩擦劑成分及其含量進行以下探究：查得資料：該牙膏摩擦劑由碳酸鈣、氫氧化鋁組成；牙膏中其他成分遇到鹽酸時無氣體產(chǎn)生。Ⅰ.摩擦劑中氫氧化鋁的定性檢驗取適量牙膏樣品，加水充分攪拌、過濾。(1)往濾渣中加入過量NaOH溶液，過濾。氫氧化鋁與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式是_______________。(2)往(1)所得濾液中先通入過量二氧化碳，再加入過量稀鹽酸。觀察到的現(xiàn)象是____________________。三、定量實驗方案的分析與評價27【解析】Ⅰ.(1)

Al(OH)3為兩性氫氧化物，能溶于強堿NaOH溶液：

Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O。(2)

通入過量CO2時發(fā)生反應(yīng)：AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓＋HCO3－，產(chǎn)生白色沉淀，再加過量鹽酸時發(fā)生反應(yīng)：Al(OH)3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O，HCO3－＋H＋＝H2O＋CO2↑，白色沉淀溶解，同時產(chǎn)生氣體。答案：Ⅰ.(1)

Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－或Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O(2)

通入CO2氣體有白色沉淀生成；加入鹽酸有氣體產(chǎn)生、沉淀溶解28Ⅱ.牙膏樣品中碳酸鈣的定量測定利用下圖所示裝置(圖中夾持儀器略去)進行實驗，充分反應(yīng)后，測定C中生成的BaCO3沉淀質(zhì)量，以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。29依據(jù)實驗過程回答下列問題：(3)實驗過程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝狻Ｆ渥饔贸丝蓴嚢鐱、C中的反應(yīng)物外，還有：_______。(4)C中反應(yīng)生成BaCO3的化學(xué)方程式是__________。(5)下列各項措施中，不能提高測定準確度的是______(填標號)。a．在加入鹽酸之前，應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO2氣體b．滴加鹽酸不宜過快c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置d．在B～C之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置30(6)實驗中準確稱取8.00g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO3平均質(zhì)量為3.94g。則樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為__________。(7)有人認為不必測定C中生成的BaCO3質(zhì)量，只要測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差，一樣可以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。實驗證明按此方法測定的結(jié)果明顯偏高，原因是__________。31【解析】Ⅱ.(3)從裝置圖分析可知為保證實驗的準確性，應(yīng)將裝置內(nèi)的空氣排盡，防止空氣中CO2的干