專題六 實驗的設(shè)計與評價

專題六實驗的設(shè)計與評價第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六專題六實驗的設(shè)計與評價第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六考點一實驗方案的設(shè)計實驗設(shè)計題的難度較大、綜合性較強(qiáng)。解答這類題時，一般需要學(xué)生很好地掌握實驗操作的基本知識，掌握操作的原理和實驗的一般步驟，具備較好的元素化合物知識，熟悉常見物質(zhì)的一些性質(zhì)及其制備原理、變化規(guī)律等，要全面了解實驗方案設(shè)計考查的內(nèi)容、基本要求和思路方法。1．主要考查類型(1)制備型實驗設(shè)計；(2)性質(zhì)型實驗設(shè)計；(3)驗證型實驗設(shè)計；(4)開放型實驗設(shè)計。2．實驗方案設(shè)計原則(1)科學(xué)性：實驗原理、實驗方法和操作過程必須科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、合理。(2)可行性：設(shè)計的實驗方案要切實可行，所用藥品、儀器、裝置安全可靠。(3)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。若無法避免有毒物質(zhì)，則應(yīng)采取防范措施，以防造成環(huán)境污染和人身傷害。(4)簡約性：實驗方案設(shè)計要求操作簡便、裝置簡單、實驗現(xiàn)象明顯。第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六3．解題思路和方法(1)明確目的原理——明確實驗的目的要求，弄清題給信息。(2)選擇儀器藥品——選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。(3)設(shè)計裝置步驟——設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。(4)記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)——全面、及時而又準(zhǔn)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、推理等處理，得出正確的結(jié)論。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六考點二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。解答此類題目應(yīng)注意的問題1．明確評價的內(nèi)容(1)科學(xué)性：反應(yīng)能否發(fā)生，即方案在理論上是否科學(xué)、合理、嚴(yán)密；(2)簡約性：操作是否簡便易行、優(yōu)化，反應(yīng)條件是否易達(dá)到；(3)可行性：所有原料是否常見、易得、廉價；(4)安全性：操作是否安全可靠；(5)注意環(huán)保：反應(yīng)過程是否節(jié)能與環(huán)保；(6)要有創(chuàng)意：操作更簡單，實驗誤差更小。2．熟悉解題的一般步驟明確目的→確定實驗原理→評價實驗方案的優(yōu)劣(或可行性)→提出改進(jìn)建議(依題意解答)。第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六考點三解題方法技巧點撥實驗的考查在中考中的地位越來越高，通過實驗可以考查學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力。由于實驗具體內(nèi)容的確定性，現(xiàn)在的中考就注重了實驗方案的設(shè)計和評價，猜想是否合理，方案設(shè)計是否節(jié)約、環(huán)保，實驗態(tài)度是否端正，思維是否具有邏輯性。這樣就使得實驗題的綜合性增強(qiáng)，新穎性增大。解答此類題首先應(yīng)具備扎實的實驗操作的基本知識，懂得操作的一般步驟和原理，熟悉相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、制備原理和變化規(guī)律。同時讀懂題，明確實驗?zāi)康?，充分利用題中所給信息(如裝置、藥品、題干中描述的目的等)，分析題意做出相關(guān)的猜想(假設(shè))，提出問題，設(shè)計實驗的程序，再分析現(xiàn)象得出相關(guān)的結(jié)論。解答實驗題還應(yīng)具備整體、全局意識，即審題時要先統(tǒng)觀全局。第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六例1(2012·山西)下列實驗方案能達(dá)到目的的是(

)第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六解析：此題考查實驗方案的設(shè)計。A中銅片上的白磷燃燒，而紅磷不燃燒，據(jù)此不能得出燃燒需要與氧氣接觸這一條件；B中只能說明鐵釘在與水和氧氣接觸時生銹，只與水接觸時不生銹，由此并不能得出鐵生銹的條件是氧氣和水共同存在，要證明這一點，還需要補(bǔ)充鐵釘只與氧氣接觸觀察能否生銹的實驗；C中一般情況下，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快，因此，10%的H2O2溶液應(yīng)比5%的H2O2溶液分解速率快，但事實上加了MnO2的5%的H2O2溶液分解速率更快，從而證明了MnO2對反應(yīng)速率的影響；D中兩個實驗所用的溶質(zhì)和溶劑都不同，不能探究影響溶解性的因素。答案：C方法總結(jié)

解答本題關(guān)鍵是要知道哪些實驗因素影響實驗的設(shè)計，然后采用控制變量法進(jìn)行分析即可得出答案。第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六例2(2012·梅州)現(xiàn)有銀、銅、鐵三種金屬，某研究小組的同學(xué)為探究銀、銅、鐵的金屬活動性順序，設(shè)計了三個實驗：Ⅰ.將鐵片浸入稀硫酸中；Ⅱ.將銀片浸入稀硫酸中；Ⅲ.將鐵片浸入硫酸銅溶液中。(1)實驗Ⅰ的現(xiàn)象是：有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色逐漸變?yōu)闇\綠色。反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________________；反應(yīng)產(chǎn)生的氣體可用____________的方法檢驗。(2)上述三個實驗還不能完全證明三種金屬的活動性順序，請你補(bǔ)充一個實驗來達(dá)到實驗?zāi)康?寫出實驗操作和現(xiàn)象)_________________________________________________________________________________。根據(jù)以上探究，三種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序是____________。(3)將銀、銅、鐵中的兩種金屬分別放入________溶液中，即可驗證這三種金屬的活動性強(qiáng)弱。第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六

(4)將銅片加熱，銅片表面變黑。同學(xué)們設(shè)計如下實驗證明此黑色物質(zhì)是氧化銅。①實驗操作②實驗現(xiàn)象剪下一片變黑的銅片，放入試管中，加入足量的__________溶液銅片表面的黑色物質(zhì)全部消失，露出紅色的銅，溶液變?yōu)開_________色第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六解析：(1)氫氣能夠燃燒并發(fā)出淡藍(lán)色火焰，所以用點燃法進(jìn)行檢驗即可。(2)將鐵片浸入稀硫酸中能產(chǎn)生氫氣，說明鐵排在氫的前面，將銀片浸入稀硫酸中，不反應(yīng)說明銀排在氫的后面；將鐵片浸入硫酸銅溶液中鐵的表面有紅色固體析出，說明鐵比銅活潑，但銅和銀不能比較，所以將銅絲浸入硝酸銀的溶液中，銅的表面有銀白色固體析出，說明銅比銀活潑。(3)金屬與鹽反應(yīng)說明金屬排在鹽中金屬的前面，金屬與鹽不反應(yīng)說明金屬排在鹽中金屬的后面，所以加入的鹽溶液應(yīng)該位于兩種金屬之間；由于銅在中間，所以兩種金屬放到硫酸銅溶液中即可。(4)氧化銅能與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，硫酸銅溶液是藍(lán)色的，所以加入稀硫酸：如果銅片表面的黑色物質(zhì)全部消失，露出紅色的銅，溶液變?yōu)樗{(lán)色，說明是黑色物質(zhì)是氧化銅。答案：(1)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑點燃(2)將銅片浸入硝酸銀溶液中，過一會取出，銅片表面有銀白色物質(zhì)析出(合理答案均可)

Fe＞Cu＞Ag

(3)CuSO4[或CuCl2、Cu(NO3)2等]

(4)①稀硫酸(或稀鹽酸)②藍(lán)方法總結(jié)設(shè)計實驗證明三種金屬的活動性順序時，可采用“中間金屬兩邊鹽”或“兩邊金屬中間鹽”的方法。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六例3(2012·自貢)圖示四種途徑都可以得到氧氣：(1)寫出實驗室中通過甲、乙兩種途徑制取氧氣的化學(xué)方程式：甲______________________________________________________________________；乙________________________________________________________________________。(2)“綠色化學(xué)”是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要方向之一。你認(rèn)為在中學(xué)化學(xué)實驗室中，甲、乙、丙三種制取氧氣的途徑中，________(填“甲”或“丙”)途徑更體現(xiàn)化學(xué)實驗的綠色化追求。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六專題訓(xùn)練第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六一、選擇題(每小題4分，共20分)1．(2012·株洲)下列實驗的實驗現(xiàn)象與實驗結(jié)論都正確的是(

)第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六解析：未打磨的鋁條表面有氧化鋁，因為氧化鋁與硫酸銅溶液不反應(yīng)，因此無變化；將帶火星的木條伸入氧氣中，木條復(fù)燃，說明氧氣能支持燃燒，即氧氣具有助燃性；將CO通過灼熱的氧化銅，黑色氧化銅變成紅色，說明CO具有還原性；將氫氧化鈉固體加入水中，溶液溫度升高，說明氫氧化鈉溶于水放熱，但是沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。答案：B第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六解析：把干冷的燒杯罩在蠟燭火焰上方，收集到水霧，只能驗證蠟燭中含有氫元素，氧元素有可能來自空氣中的氧氣，故B錯誤。答案：B第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六3．(2012·廈門)下列依據(jù)實驗?zāi)康乃O(shè)計的實驗過程，不合理的是(

)解析：除去氫氧化鈉溶液中的氫氧化鈣，加入過量的純堿溶液，充分反應(yīng)后過濾可以把氫氧化鈣除去，但過量的碳酸鈉會成為新的雜質(zhì)，故A不合理。答案：A實驗?zāi)康膶嶒炘O(shè)計A除去氫氧化鈉溶液中的氫氧化鈣加入過量的純堿溶液，充分反應(yīng)后過濾B區(qū)別炭粉和氧化銅粉末取樣后，分別在空氣中灼燒C區(qū)別硬水和軟水取樣后，分別加入肥皂水，振蕩D除去氯化鈣溶液中的鹽酸加入過量的碳酸鈣，充分反應(yīng)后過濾第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六4．(2012·天寧)下列實驗方案不可行的是(

)A．用聞氣味的方法區(qū)別酒精、氨水和白醋B．用酚酞試液區(qū)分氫氧化鈉溶液、稀鹽酸和稀硝酸C．用灼燒聞氣味的方法區(qū)分聚乙烯和聚氯乙烯D．用加水溶解的方法區(qū)分NaOH、CaCO3、CuSO4、NH4NO3四種白色固體解析：酚酞試液遇氫氧化鈉溶液變紅、遇稀鹽酸和稀硝酸都不變色，不能區(qū)分，故不可行。答案：B第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六5．(2012·廣州)下列各組對比實驗，能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?

)第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六

解析：A中鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，實驗①和②有兩個變量，A方案不可行；B中紫色石蕊試液都變紅色，B方案不可行；D中實驗①白磷缺少氧氣不燃燒，實驗②白磷達(dá)不到著火點也不燃燒，D方案不可行。答案：C第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六二、實驗題(共80分)6．(36分)(2012·成都)某品牌純堿中含有少量氯化鈉。某化學(xué)探究小組為了測定該純堿的純度(即碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，組內(nèi)一同學(xué)設(shè)計了如下實驗：【設(shè)計實驗方案】實驗裝置(如圖2所示，固定裝置略去)：需要測定的實驗數(shù)據(jù)：純堿樣品的質(zhì)量；實驗前后C裝置(包含氫氧化鈉固體)的質(zhì)量。第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六

(1)A裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式是Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。為了保證純堿樣品中的碳酸鈉完全反應(yīng)，其操作是逐滴滴入稀硫酸至不再產(chǎn)生氣泡為止。(2)B裝置的作用是除去水蒸氣；C裝置內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。

(3)補(bǔ)充D裝置(簡要敘述或畫出裝置示意圖)?！窘涣髋c表達(dá)】(4)有同學(xué)認(rèn)為圖2所示實驗裝置會造成測得純堿的純度偏低，原因是A、B裝置中殘留的CO2氣體未被裝置C中的NaOH完全吸收。第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六

(5)為了克服圖2裝置的不足，有同學(xué)提出，還應(yīng)增加圖1裝置與A裝置連接(A裝置中原雙孔橡膠塞換成三孔橡膠塞)，在反應(yīng)前、后用圖1裝置分兩次緩緩鼓入空氣。①反應(yīng)前，斷開B、C裝置之間的連接，用圖1裝置鼓入空氣的作用是用不含二氧化碳的空氣排出A、B裝置中原有的空氣。②反應(yīng)后，用圖1裝置鼓入空氣的作用是用不含二氧化碳的空氣排出殘留在A、B裝置中的CO2。③在A裝置中的反應(yīng)發(fā)生時，開關(guān)K處于關(guān)閉狀態(tài)，其原因是避免圖1裝置吸收反應(yīng)產(chǎn)生的部分二氧化碳?xì)怏w。第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六【數(shù)據(jù)處理】(6)稱得純堿樣品的質(zhì)量為10.8g，實驗前、后C裝置的總質(zhì)量分別為75.2g和79.6g，純堿的純度為98.1%(計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位)?！痉此寂c評價】(7)能否用稀鹽酸代替稀硫酸？同學(xué)們經(jīng)過討論認(rèn)為不能，理由是稀鹽酸揮發(fā)出氯化氫氣體被裝置C吸收，影響實驗測定。(8)改進(jìn)后的實驗裝置能減少測定的誤差，原因是①反應(yīng)生成的CO2盡可能被裝置C吸收；②避免A、B裝置中原有空氣中的二氧化碳?xì)怏w對實驗的干擾。第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六解析：(1)裝置A中是稀硫酸和碳酸鈉，反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳；逐滴滴入稀硫酸，當(dāng)不再產(chǎn)生氣泡時，說明碳酸鈉完全反應(yīng)。(2)裝置B用于除去二氧化碳中的水蒸氣；裝置C中二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水。(3)為了防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置C中，影響實驗，所以在D處再添加一個類似C裝置的裝置。(4)A、B裝置內(nèi)的二氧化碳不能全部排出，未被C中的氫氧化鈉完全吸收。(5)①用不含二氧化碳的空氣排出A、B裝置中原有的空氣，防止空氣中的二氧化碳被C中氫氧化鈉吸收，干擾實驗數(shù)據(jù)；②將A、B裝置中反應(yīng)生成的二氧化碳全部排出，被C中的氫氧化鈉吸收；③開關(guān)K關(guān)閉，以防止產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入圖1中被吸收。(6)生成二氧化碳的質(zhì)量為79.6g－75.2g＝4.4g，由二氧化碳的質(zhì)量可根據(jù)方程式Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，計算出碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而求出純堿的純度。(7)因為稀鹽酸易揮發(fā)出氯化氫氣體，被C中氫氧化鈉吸收，影響實驗測定二氧化碳的數(shù)據(jù)。(8)避免了A、B裝置內(nèi)原有空氣中的二氧化碳被C中氫氧化鈉吸收，干擾二氧化碳的測定。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六7．(22分)某工廠的廢水中只含有硫酸鎂和少量稀硫酸，課外活動小組以此為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體，他們設(shè)計了兩種方案，請你參加討論?！痉桨敢弧窟x用鎂粉作為試劑。進(jìn)行實驗：①往廢液中加入鎂粉，當(dāng)觀察到無氣泡產(chǎn)生時，說明加入的鎂粉足夠了。②接下來的操作方法依次是過濾和蒸發(fā)。【方案二】選用氫氧化鈉作為試劑。進(jìn)行實驗：①向廢液中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當(dāng)觀察到不再有白色沉淀產(chǎn)生時停止滴入氫氧化鈉。②進(jìn)行過濾，將得到的氫氧化鎂固體洗滌，放入燒杯中逐滴加入稀硫酸至恰好完全反應(yīng)，將溶液蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸鎂?！痉此寂c評價】比較方案一和方案二，你會選擇方案一，理由是操作簡便(或反應(yīng)容易控制)?！就卣古c交流】請你繼續(xù)探究，設(shè)計新的方案(使用試劑必須是與鎂粉和氫氧化鈉屬于不同類別的物質(zhì))，你所選的試劑是(寫化學(xué)式)MgCO3(或MgO)(合理即可)。第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期六8．(22分)(2012·百色)化學(xué)小組同學(xué)對酸的性質(zhì)很感興趣，向老師提出研究硝酸的性質(zhì)，老師高興答應(yīng)并帶領(lǐng)同學(xué)們進(jìn)行了硝酸性質(zhì)的實驗探究?！緦嶒炘O(shè)計】(1)將石蕊試液滴入稀硝酸中，預(yù)計石蕊試液由紫色變紅色。(2)將Zn片投入稀硝酸中，預(yù)計將產(chǎn)生H2，其名稱為氫氣?！緦嶒烌炞C】同學(xué)們按上述設(shè)計做了實驗，卻發(fā)現(xiàn)石蕊變色后一會兒即褪去，Zn片投入稀HNO3后，溶液中冒出氣泡，產(chǎn)生無色氣體A，在試管口氣體A變成紅棕色、有刺激性氣味的氣體B?！咎岢鰡栴}】(1)石蕊試液變色后為何會褪色？(2)上述產(chǎn)生的無色氣體是什么？硝酸具有哪些特性？【查閱資料】看到如此異常的現(xiàn)象，在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們上網(wǎng)查到了下列資料：(1)硝酸可與Zn、Cu等多種金屬反應(yīng)生成相應(yīng)的硝酸鹽，但不生成H2。

(2)氮元素某些氣態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)NH3N2NONO2顏色無色無色無色紅棕色溶解性極易溶于水不溶于水不溶于水可溶于水或硝酸第三