124化学实验方案的设计与评价.docx
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124化学实验方案的设计与评价
第四节化学实验方案的设计与评价
考纲要求
1.能根据试题要求设计、评价或改进实验方案。
2．了解控制实验条件的方法。
3．能分析或处理实验数据得出合理结论。
4．能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
5．实验知识和技能的综合应用。
学法指导
综合实验方案的设计和评价是综合应用实验基础知识、基本操作，结合化学基本理论、元素化合物知识、化学计算等相关知识，进行整合，从而解决有关实验问题。
主要考查方向有：
一是根据实验要求，设计实验方案，分析相关问题。
二是结合相关知识，联系题给信息的实验设计。
预计今后对教材实验进行重组、优化和创新的题目会在高考中有所体现。
重点难点
一、化学实验方案的设计
1．实验设计的步骤
（1）明确目的原理：
首先必须认真审题，明确实验的目的及要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。
（2）选择仪器药品：
根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器和其他物件、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围内等，从而选择合理的化学仪器和药品。
（3）设计装置步骤：
根据上述实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。
学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。
（4）记录现象数据：
根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。
（5）分析得出结论：
根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。
2．化学实验方案设计的仪器选用及连接顺序
3．实验操作的顺序
（1）连接仪器。
按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。
（2）检查气密性。
（3）装药品，进行实验操作。
4．实验设计的注意事项
（1）药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余
若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。
（2）题目条件有无特殊要求
如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。
（3）实验过程中的隐蔽性操作
如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。
（4）药品的规格
有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：
硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液，浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。
此外也应注意某些仪器的规格。
（5）会画简单的实验装置图
考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。
（6）其他应注意的问题
①冷凝回流的问题。
②冷却问题。
③防止倒吸问题。
④具有特殊作用的实验改进装置。
如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。
二、化学实验方案的评价
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。
要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
1．从可行性方面对实验方案做出评价
科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到可控易行。
评价时，从以下4个方面分析：
（1）实验原理是否正确、可行；
（2）实验操作是否安全、合理；
（3）实验步骤是否简单、方便；
（4）实验效果是否明显等。
2．从“绿色化学”视角对实验方案做出评价
“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。
据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：
（1）反应原料是否易得、安全、无毒；
（2）反应速率是否较快；
（3）原料利用率以及合成物质的产率是否较高；
（4）合成过程中是否造成环境污染。
3．从“安全性”方面对实验方案做出评价
化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：
（1）净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；
（2）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等）；
（3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等）；
（4）防吸水（如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）；
（5）冷凝回流（有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝器等）；
（6）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；
（7）仪器拆卸的科学性与安全性（也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）；
（8）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等）。
典型例题
例1．（2011年北京理综）下列实验方案中，不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是（ ）
A．取a克混合物充分加热，减重b克
B．取a克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b克固体
C．取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克
D．取a克混合物与足量Ba（OH）2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b克固体
【解析】：
生成的CO2气体没有干燥，把H2O的质量也当成CO2的质量，导致CO2的质量偏大。
答案：
C
例2.（2011年广州模拟）
（1）实验Ⅰ：
证明Na2SiO3具有防火性能。
取两个相同的小木条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液）后，同时分别放置在酒精灯外焰处。
观察到的现象如下表：
编号
实验
现象
①
放入蒸馏水
木条燃烧
②
放入Na2SiO3饱和溶液
木条不燃烧
设计实验①的目的是___________________________。
（2）实验Ⅱ：
测定锌与稀硫酸反应的速率。
测定该反应速率的方法有多种，不同的方法需要测定不同的数据。
请根据你设计的测定方法，填写需要记录的数据及其单位：
①____________________，单位________；
②____________________，单位________。
根据你测定的实验数据，处理后可求得________（填化学式）的反应速率，单位是________。
【解析】
（1）实验Ⅰ中，实验①为对照实验，即证明起防火作用的是Na2SiO3而不是水。
（2）测定反应速率，可以记录产生相同体积的气体需要的时间或相同时间内产生气体的体积。
【答案】
（1）与实验②作对照，证明起防火作用的是Na2SiO3而不是水
（2）① 反应时间 min（或s）
②生成氢气的体积 L（或mL）[或H＋的浓度变化 mol·L－1；或其他合理答案] H2 L·min－1（或H2SO4 mol·L－1·min－1；或其他合理答案）
例3.下列实验设计和结论相符的是（ ）
A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中
B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性
C．某无色溶液中加Ba（NO3）2溶液，再加稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO
D．在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可得到较纯净的FeCl3溶液
【解析】 A项乙醇和碘水互溶，不能用乙醇萃取碘水中的碘；C项溶液中如果含有SO
，也可以出现相同的现象，因为在Ba（NO3）2溶液中加入盐酸后相当于有了硝酸，硝酸具有强氧化性，能将SO
氧化为SO
；D项，加热时FeCl3水解生成Fe（OH）3胶体。
【答案】 B
例4.下列各实验方案的设计在原理或装置上都存在不合理之处，请回答各个小题。
（1）为了验证醋酸是弱酸，分别配制pH＝1的醋酸和盐酸，取等体积的两种酸，与足量的Zn反应，比较放出气体的多少。
放出气体多者为醋酸。
该方案不合理之处为_____________________________________。
请你设计合理方案_______________________________________。
（2）某同学利用氢氧化钠与稀硫酸反应放热的原理，设计如图所示装置来证明氢氧化钠确定与稀硫酸发生了反应。
若洗气瓶中导管口有气泡冒出，则说明放出热量，从而证明发生了反应。
该实验设计的不合理之处为_________________________。
请你提出修改方案_________________________________。
（3）为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种固体，某同学设计的方案为：
配制相同物质的量浓度的两种溶液，分别加入几滴酚酞试液，溶液颜色较深的为碳酸钠，较浅的为碳酸氢钠。
该方案不合理之处为______________________________。
【解析】
（1）难以配制pH＝1的醋酸溶液 分别配制浓度为0.01mol·L－1的两种酸溶液，测其pH（其他合理答案也可）
（2）加入的稀硫酸具有一定的体积，冒出气泡的原因可能是加入的稀硫酸排出了锥形瓶中的空气而引起的 可以在锥形瓶上安装温度计，测反应过程中溶液温度的变化
（3）因两种粉末未知，无法知道某一粉末的摩尔质量，故无法配制等物质的量浓度的溶液
单元检测
课时作业
（时间：
45分钟 满分：
100分）
一、选择题
1．以下实验能成功的是（ ）
A．将卤代烃和氢氧化钠溶液混合加热，充分反应后再加入硝酸银溶液观察沉淀的颜色判断卤素原子
B．将铁屑、溴水、苯混合制溴苯
C．在苯酚溶液中滴入少量稀溴水出现白色沉淀
D．将铜丝在酒精灯上加热变黑后，立即伸入无水乙醇中，铜丝恢复成原来的红色
2．某课外实验小组设计的下列实验不合理的是（ ）
3．（2010·杭州模拟）下列实验能达到预期目的的是（ ）
编号
实验内容
实验目的
A
将SO2通入酸性KMnO4溶液中
证明SO2的水溶液具有弱酸性
B
向少量火柴头的浸泡液中滴加AgNO3、稀HNO3和NaNO2
验证火柴头含有氯元素
C
在淀粉－KI溶液中滴加少量市售食盐配制的溶液
真假碘盐的鉴别
D
在少量Fe（NO3）2试样加水溶解的溶液中，滴加稀H2SO4酸化，再滴加KSCN溶液
检验Fe（NO3）2试样是否变质
4．（2010·湘潭模拟）大胆、科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在．在下列假设（猜想）引导下的探究肯定没有意义的是（ ）
A．探究SO2与Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B．探究Na与水的反应可能有O2生成
C．探究浓硫酸与铜在一定条件下反应产生的黑色物质中可能有CuS
D．探究向滴有酚酞试液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的现象是溶液的酸碱性改变所致，还是H
ClO的漂白性所致
5．下列有关实验原理或操作正确的是（ ）
A．选择合适的试剂，用图1所示装置可分别制取少量CO2、NO和O2
B．制备乙酸乙酯时，向乙醇中缓慢加入浓硫酸和冰醋酸
C．洗涤沉淀时（见图2），向漏斗中加适量水，搅拌并滤干
D．用广泛pH试纸测得0.10mol·L－1NH4Cl溶液的pH＝5.2
6．对实验Ⅰ～Ⅳ的实验现象预测正确的是（ ）
A．实验Ⅰ：
液体分层，下层呈无色
B．实验Ⅱ：
烧杯中先出现白色沉淀，后溶解
C．实验Ⅲ：
试管中溶液颜色变为浅绿色
D．实验Ⅳ：
放置一段时间后，饱和CuSO4溶液中出现蓝色晶体
7．下列化学实验事实及其解释都正确的是（ ）
A．向KMnO4溶液中滴加盐酸，KMnO4溶液的氧化能力增强．说明盐酸具有氧化性
B．向澄清的AlCl3稀溶液中加入NaOH浓溶液，振荡，溶液仍为澄清．说明该两种溶液混合是物理变化
C．向FeCl3溶液中加入过量Cu粉，振荡、静置，溶液由黄色变为绿色．说明Fe3＋具有氧化性
D．向CaCl2溶液中通入少量二氧化碳，产生白色沉淀．说明CaCO3难溶于水
8．某同学用规格为100mL的集气瓶收集了一瓶干燥的氨气，然后按照右图连接好装置，向集气瓶中注入1mL水．一段时间后，U形管水柱变化（ ）
A．左高右低
B．左低右高
C．U形管中水的高度左右相同
D．U形管中没有水
9．在实验室进行物质制备，下列从原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是（ ）
A．C
CO
CO2
Na2CO3
B．Cu
Cu（NO3）2溶液
Cu（OH）2
C．Fe
Fe2O3
Fe2（SO4）3溶液
D．CaO
Ca（OH）2溶液
NaOH溶液
10．（2010·邯郸模拟）用试纸检验气体性质是一种重要的实验方法．如图所示的
实验中（可加热），下列试纸的选用、现象、对应结论都正确的一项是（ ）
选项
试剂B
湿润的试纸A
现象
结论
A
碘水
淀粉试纸
变蓝
碘具有氧化性
B
浓氨水，生石灰
蓝色石蕊试纸
变红
氨气为碱性气体
C
Na2SO3，硫酸
品红试纸
褪色
SO2具有漂白性
D
Cu，浓硝酸
KI淀粉试纸
变蓝
NO2为酸性气体
11．在如图所示装置进行实验，将液体逐滴加入到固体中，下列叙述不正确的是（ ）
A．若A中为醋酸，B中为贝壳粉末，C中盛C6H5ONa溶液，则C中溶液变浑浊
B．若A中为食盐水，B中为电石，C中盛KMnO4溶液，则C中溶液紫色褪去
C．若A中为浓氨水，B中为生石灰，则C中无现象
D．实验中仪器A可起到便于操作、防止气体从漏斗内逸出的作用
12．某同学用下列实验装置探究硝酸的性质，根据图示判断下列结论不正确的是（ ）
A．试管内壁上“黄霜”的成分是硫
B．该实验探究既说明浓硝酸具有氧化性，又说明浓硝酸具有挥发性
C．烧杯内的氢氧化钠溶液的作用是除去尾气，防止尾气污染环境
D．试管中的浓硝酸可以用浓盐酸代替
13．下图表示从固体混合物中分离X的两种方案，请根据方案1和方案2指出下列说法合理的是（ ）
方案1
A．可以选用方案1分离碳酸氢钠中含有的氯化铵
B．方案1中残留物
应该具有的性质是受热易挥发
C．方案2中加入的试剂一定能够与除X外的物质发生化学反应
D．方案2中加入NaOH溶液可以分离出SiO2和Fe2O3混合物中的Fe2O3
14．已知在温度低于570℃时，还原铁粉与水蒸气反应的产物是FeO，高于570℃时，生成Fe3O4.老师用如图所示实验装置，完成了还原铁粉与水蒸气反应的演示实验．
甲同学为探究实验后试管内的固体含有哪些物质，进行了下列实验：
实验编号
实验操作
实验现象
①
取少量黑色粉末放入试管中，加入盐酸，微热
黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色；有少量气泡产生
②
向试管中滴加几滴KSCN溶液，振荡
溶液没有出现红色
根据上述实验，下列说法不正确的是（ ）
A．试管内的固体一定含有铁粉
B．试管内的固体一定不含有Fe3O4
C．不能确定试管内的固体是否含有FeO
D．可通过将试管内固体彻底还原，分析其质量减小的方法来确定是否含有Fe3O4
15．某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：
方案Ⅰ：
铜铝混合物
测定生成气体的体积
方案Ⅱ：
铜铝混合物
测定剩余固体的质量
下列有关判断中不正确的是（ ）
A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液
B．溶液A和B均可以选用稀硝酸
C．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小
D．实验室方案Ⅱ更便于实施
16．某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO
的颜色，而不是K＋的颜色，他设计的下列实验步骤中没有意义的是（ ）
A．将高锰酸钾晶体加热分解，所得固体质量减少
B．观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中K＋无色
C．在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后未见明显变化，表明锌与K＋无反应
D．在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后见紫红色褪去，表明MnO
为紫红色
17．下列实验方案设计正确的是（ ）
A．分解高锰酸钾制取氧气后，残留在试管内壁上的黑色物质可用稀盐酸洗涤
B．失去标签的AgNO3溶液、稀盐酸、NaOH溶液、AlCl3溶液可选用
（NH4）2CO3溶液作鉴别试剂
C．用铜丝代替铂丝做焰色反应
D．在裂化汽油中加入酸性高锰酸钾，振荡后若紫色褪去即可证明其中含甲苯等苯的同系物
二、非选择题（本题包括4小题，共50分）
18．（11分）（2010·唐山模拟）教材中经常利用如图装置进行有关物质的制备和性质实验．
（1）请按要求填充下表空格：
实验名称
选用的仪器（填字母）
C或D中所盛试剂（填名称）
C或D中的现象
区别固体Na2CO3和NaHCO3
BD
澄清石灰水
铜和浓硫酸反应
AC
溶液红色褪去
制备乙酸乙酯
饱和碳酸钠溶液
上层有透明油状液体产生并有香味
（2）针对上述实验下列说法正确的是（填写字母代号）________．
A．Cu和浓硫酸反应时，可在装置C的试管口塞沾有碱液的棉花
B．加热装置C中已吸收Cu和浓硫酸反应生成物后的溶液不能出现红色
C．制备乙酸乙酯时，装置C的导管末端在液面以下
D．装置B可用于制备氨气
19．（11分）（2010·山东高考）聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为[Fe2（OH）n（SO4）3－0.5n]m，广泛
用于污水处理．实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等）制备聚铁和绿矾（FeSO4·7H2O），过程如下：
（1）验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是___________________________．
（2）实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下．装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→______→________→________→________→f.装置D的作用是________，装置E中NaOH溶液的作用是________．
（3）制备绿矾时，向溶液X中加入过量________，充分反应后，经________操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾．
（4）溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，用pH试纸测定溶液pH的操作方法为________________________________．若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数偏________．
20．（13分）已知Zn跟一定量的浓H2SO4反应生成的气体产物有两种，请从下图中选用所需的仪器组成一套进行该反应并检出气体产物的装置（装置可重复选用，假设每步反应都完全进行，且无需干燥）．现提供Zn、浓H2SO4，其他试剂自选（固定仪器用的铁夹、铁架台及加热装置等均略去）．将所选的仪器按连接顺序由上至下依次填入下表，并写出该仪器中应加的试剂、作用及现象．（可不填满，也可加行）
选用的仪器（填字母）
加入的试剂
作用
现象
Zn、浓H2SO4
产生两种气体
—
除SO2
—
升级会员 