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《实验设计与评价》

2014年中考专题复习讲议

（一）

——《实验设计与评价》

【考点1】实验方案的设计

（1）实验设计方案内容：

物质性质、制备、检验、组成测定、分离或提纯等方面设计。

（2）科学探究步骤：

提出问题→假设猜想→查阅资料→设计实验→实验操作→观察现象→记录数据→得出结论→问题讨论。

（3）考查具体内容：

确定实验原理；仪器、药品、装置、步骤的选择。

在进行实验设计时要特别注意以下几个问题：

（1）水的处理

①作为杂质：

要先除去其他杂质，后除去水（一般用浓硫酸）。

②作为产物：

先检验水（用无水硫酸铜），再检验其他产物。

③测量水的量：

前后都要排除外来水的干扰。

（2）避免意外事故发生

①点燃或使用可燃性气体之前，要检验气体的_____，以防发生爆炸事故。

②进行有毒气体的实验时，应在通风橱中进行，并注意对尾气的处理—CO点燃烧掉，SO2、NO2用碱液吸收。

③加热法制取并用排水法收集气体时，要注意熄灯与从水槽中拿出导管的顺序，以避免__________________。

（3）控制变量法和对比实验法

在实验探究过程中，如果有多种因素同时影响某一实验结果，当我们要探究其中一种因素时，就要使其他因素保持不变，这样才能准确探究此种因素对实验结果的影响。

这就是研究问题的控制变量法。

化学上也常用对比实验的方法来研究物质的性质，但设计对比实验应注意控制变量。

【考点2】实验方案的评价

（1）考查具体内容有：

对实验原理、装置、操作、现象描述、结论分析、实验异常现象等方面

的评价并提出改进建议。

（2）对实验方案进行评价时，可从以下几个方面考虑：

①原理可行性；②操作可行性；③推理严密性；④经济合理性；⑤环保安全性等。

【考点3】组合实验装置

根据题中给出的一些实验仪器或装置，从中选取一部分进行组合，从而组装成符合某一实验要求的装置。

一般分以下两种情况：

（1）仪器的组合

根据实验原理选择仪器和试剂，根据实验目的决定仪器的组装顺序，一般遵守：

气体的制取→除杂→干燥→实验主题→实验产物的验证与尾气的处理。

其中尾气处理一般采用溶液吸收、点燃或收集的方法。

（2）接口的连接

对于吸收装置，若为洗气瓶，则“长”进（有利于杂质的吸收）“短”出（有利于气体的导出）；若为干燥管，则应“大”进（同样有利于杂质的吸收）“小”出（有利于余气的导出）；若用排水法测量气体的体积，则应“短”进“长”出，排出水的体积即为收集到的气体体积。

练习：

1．过碳酸钠（Na2CO4）在洗涤、印染、纺织、造纸、医药卫生等领域有大量应用，某化学研究性学习小组设计并完成了如下实验。

【实验目的】测定过碳酸钠样品（含有的杂质不溶于水且不与酸反应）的纯度。

【实验原理】2Na2CO4+4HCl=4NaCl+2CO2↑+O2↑+2H2O

【实验装置】（如图）【交流与讨论】

I．甲同学认为测定产物中O2的体积即可测定样品的纯度。

（1）装置②的作用是______________________；

（2）装置③的作用是______________________；

（3）称取适量样品与足量浓盐酸充分反应后，收集到的氧气的体积为0.25L（已知该实验条件下氧气的密度为1.28g／L），则称取的样品质量应大于_______g。

2．工业铁红的主要成分是Fe2O3，还含有少量的FeO、Fe3O4。

为了测定铁红中铁的质量分数，兴趣小组的同学进行了如图所示的实验，请你参与过程分析。

【资料1】草酸晶体（H2C2O4·3H2O）在浓H2SO4作用下受热分解，化学方程式为：

（1）下列可用做草酸分解制取气体的装置是______（填字母标号）。

【问题讨论】用下图所示装置进行实验：

（2）实验前应先____________________。

（3）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A、C中的试剂依次是______、_____（填字母标号）。

a．浓硫酸b．澄清的石灰水c．氢氧化钠溶液

（4）B装置的作用是_______________。

（5）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其作用分别是：

①加热前____________________________________。

②停止加热后___________________________

（6）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式：

__________。

【数据分析与计算】

【资料2】铁的常见氧化物中铁的质量分数：

铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4

铁的质量分数77.8％70.O％72.4％

（7）称取铁红样品10.0g，用上述装置进行实验，实验前后称得E装置增重6.6g，则此铁红中铁的质量分数是________。

【实验评价】

反思1：

实验中如果缺少C装置（不考虑其他因素），测得样品中铁的质量分数会____（填“偏小”、“不变”或“偏大”）。

反思2：

请指出【问题讨论】中实验装置的一个明显缺陷：

4．某二氧化锰样品含有杂质木炭粉。

为测定该样品中的二氧化锰的质量分数，兴趣小组设计了如图所示的实验。

实验原理：

在一定量样品中通入干燥纯净的氧气，使杂质在加热条件下反应生成CO2来分析测定。

请完成下面各题。

Ⅰ．制取干燥的氧气

（1）用A装置来制取氧气，其反应的化学方程式为____________________。

（2）用B装置收集和干燥氧气。

若烧瓶充满水来收集氧气，气体应从_______（选填“a”或“b”下同）端通入；若在烧瓶内装入浓硫酸用于干燥气体，气体应从_______端通入。

Ⅱ．用C装置测定样品中的二氧化锰的质量分数。

（1）C装置中②装碱石灰（生石灰和氢氧化钠的混合物），其作用是_________________

（2）为验证C中装置①已将CO2吸收完全，可在装置①与②之间加入D装置进行证明，则D装置中加入的试剂为_________，其反应的化学方程式为________________________________。

（3）称取5.0g二氧化锰样品进行实验，反应后，装置①和②的质量增加1.1g，则样品中二氧化锰的质量分数为_______。

Ⅲ.不能用该含有木炭粉的二氧化锰和氯酸钾混合加热制取氧气，理由是________________________

5．（12分）膨松剂是一种食品添加剂。

它在面包制作过程中发生反应产生气体，使面包变得松软。

膨松剂反应产生气体的量作为检验膨松剂品质的一项重要指标。

已知某膨松剂含碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或两种，化学兴趣小组对该膨松剂进行如下探究：

查阅资料：

2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑；NH4HCO3△NH3↑+H2O+CO2↑。

碱石灰不与氨气反应，常用于吸收水蒸气和二氧化碳；浓硫酸常用于吸收氨气。

实验一：

检验膨松剂成分

在玻璃管中加入该膨松剂，按右图连接好装置

（铁架台略去，下同）。

点燃酒精灯：

（1）关闭铁夹2，打开铁夹1，观察到现象：

，说明产物中有二氧化碳；

（2）打开铁夹2，关闭铁夹1，观察到现象：

，说明产物中有氨气；

（3）充分加热后，玻璃管中仍有固体。

结论：

该膨松剂的成分是。

实验二：

测定膨松剂受热产生气体的量

用下图装置测定该膨松剂样品产生的二氧化碳气体的质量（整套装置气密性良好，各装置中气体吸收剂足量）。

（4）通过测定实验前后装置D的质量，其质量差即为样品产生的二氧化碳气体的质量，装置C的作用是。

若没有装置E，造成测定结果（填“偏大”、“不变”或“偏小”）。

（5）实验过程中必须向装置内通入空气，装置A的作用是除去空气中的

（填化学式）。

在加热前，先对装置A、B和C（已连接）通一段时间的空气，再连接上装置D、E，目的是；在停止加热后，仍继续通入空气一段时间，目的是。

（6）若对装置C、D、E连接顺序进行调整，即可用于测定另一份相同的样品受热分解产生氨气的质量：

①如何调整装置C、D、E连接顺序？

②只需测定哪一装置的质量？

（填“C”、“D”或“E”）

6．（10分）某兴趣小组利用下图装置（夹持装置略去），测定某种补钙剂中碳酸钙的含量。

【查得资料】①该补钙剂的主要成分是碳酸钙，其他成分遇到盐酸时无气体生成。

②二氧化碳通入足量的氢氧化钡溶液中，会生成白色碳酸钡沉淀［Ba（OH）2+CO2=BaCO3↓+H2O］。

【测定方法】通过测定B装置中产生沉淀的质量，以确定碳酸钙的质量分数。

（1）碳酸钙属于________（填“酸”、“碱”或“盐”）。

【进行实验】实验过程中，装置气密性良好。

取适量的该补钙剂样品进行实验。

（2）观察到：

A装置中________，固体逐渐溶解；B装置中产生白色沉淀。

（3）从A装置中导出的气体除了二氧化碳和水蒸气外，还含有氯化氢。

请写出氢氧化钡溶液与氯化氢气体反应的化学方程式：

________。

【交流讨论】通过小组讨论提出改进实验装置的措施：

在A、B装置之间增加洗气装置，以除去氯化氢气体。

（4）经改进后，实验测得B装置中沉淀的质量偏小。

试分析其可能的一种原因：

__

7．（9分）超氧化钾（KO2）是一种黄色固体，它能与二氧化碳反应生成氧气，在潜水艇中用它作制氧剂，供人们呼吸之用。

它与二氧化碳反应的化学方程式为：

4KO2＋2CO2＝2K2CO3＋3O2某学生为了验证这一实验，以大理石、足量的盐酸和超氧化钾为原料制取O2，设计出如下实验装置：

查阅资料：

白色无水硫酸铜遇水会变蓝

（1）A是制取CO2的装置，应从下列图1、图2、图3中选择。

B装置的作用是吸收A装置中产生的盐酸酸雾，C装置内可能出现的现象是。

为了检验E中收集到的气体，可以在取出集气瓶后，用的木条伸入集气瓶内，木条会。

（2）若E中的石灰水出现少量的白色沉淀，这是因为用化学方程式表示。

（3）表明D中的超氧化钾样品接近反应完毕时的现象是。

8．（18分）小强同学发现妈妈将买来的排水口洗净剂（主要成分：

过碳酸钠、柠檬酸）洒在厨房排水口网状盖的底部，倒上温水后有气泡冒出。

激发了探究欲望，他决定与学习小组的同学，对所产生气体的成分及排水口洗净剂主要成分的作用进行探究。

[探究活动一]

老师提示：

排水口洗净剂与水作用的生成物中有两种常见的气体。

同学们根据所学的化学知识设计并进行如左下图所示的实验。

实验中观察到如下现象：

A中有气泡产生；B中的澄清石灰水变浑浊；C中收集到的气体能使燃着木条燃烧得更旺。

由此同学们得出结论：

生成的两种气体分别是和。

B中有关反应的化学方程式为。

[探究活动二]

老师提供了一瓶过碳酸钠样品，引导同学进行如下实验探究：

根根据上述实验结果得出结论：

无色溶液X中含有的一种溶质是。

根据质量守恒定律，同学们对溶液X中还可能存在其它溶质作出如下猜想：

①Na2CO3②NaHCO3③Na2CO3和NaHCO3的混合物。

资料摘要Ⅰ：

氯化钙溶液呈中性，氯化钙溶液与碳酸氢钠溶液不反应；氯化钙溶液与碳酸钠溶液混合后发生如下反应：

Na2CO3+CaCl2==CaCO3↓+2NaCl

资料摘要Ⅱ：

NaHCO3溶液呈碱性；碳酸钠、碳酸氢钠分别与足量的酸反应产物相同。

资料摘要Ⅲ：

柠檬酸是一种有机酸，与盐酸具有相似的化学性质。

实验验证：

实验步骤

实验现象

实验结论

a．取上述无色溶液X少量于试管中，至不再冒气泡为止，加入足量的氯化钙溶液。

产生白色沉淀

无色溶液X中含有

b．取步骤a中上层清液，滴加

无色溶液X中不含

综合上述两个探究实验的结果，同学们明确了上述猜想（填序号）是正确的。

请你简述在排水口洗净剂与水接触产生气体的过程中，柠檬酸所起的相关作用：

。

9.（12分）化学教师在课堂上做了一个小魔术：

吹气生火。

只见老师通过一根细长的玻璃管，对着蒸发皿中的一团棉花吹气，不一会，棉花就燃烧起来。

同学们觉得很好奇：

通常情况下，嘴中呼出的气体是不会使棉花燃烧的。

为什么老师对着棉花吹气就能使其燃烧？

同学们已经知道：

可燃物的燃烧需要两个条件①②；

小娟同学课下询问老师后知道了其中的道理：

吹出的气体中含有一定量的CO2，棉花中包裹着过氧化钠（Na2O2）粉末，CO2与Na2O2反应生成碳酸钠和氧气，同时放出大量的热，最终使棉花燃烧起来。

请帮助小娟同学完成下列问题：

（1）写出Na2O2与CO2反应的化学方程式：

。

（2）小娟同学通过查阅资料得知：

①Na2O2不仅能与CO2反应也能够与H2O反应。

②碱石灰中的成分既能吸收水蒸气，又能吸收二氧化碳。

她设计了图11所示装置，来验证Na2O2与CO2反应生成了O2，并测定某过氧化钠样品中Na2O2的质量分数（杂质不参加反应）。

ABCD

图11

实验步骤如下：

①连接装置并检查气密性；

②向A~C装置中加入相应的药品，其中B装置内加入过氧化钠样品的质量为9.0g；

③缓慢通入CO2，充分反应后，称得B装置中固体药品的质量为11.8g。

回答下列问题：

a.检验D装置中收集到的气体是氧气的操作是_________________________________。

b.A装置的主要作用是_________________________。

装置A中干燥剂能否使用碱石灰？

_____________（填“能”或“不能”），原因是是。

c.装置C的作用是___________________。

d.实验测得该过氧化钠样品中Na2O2的质量分数约为_____________（精确到0.1%）。

10．（10分）阅读资料：

⑴氢氧化钠溶液可以与二氧化碳反应生成碳酸钠和水；

⑵浓硫酸可以吸收水分可作干燥剂，与CO、CO2均不反应

图11

⑶铁粉为黑色粉末。

为了测定某赤铁矿粉末中氧化铁的质量分数，某兴趣小组设计了图11装置进行实验。

（假设杂质不反应，每步反应均能完全进行）

〖实验步骤〗

①连接装置，并检查气密性，向A装置玻璃管中加入5g红色的赤铁矿粉末；

②将足量氢氧化钠溶液和浓硫酸分别加入B、C装置；

③称量实验前相应装置的质量；

④向A装置中持续缓缓通入纯净CO一会儿，再点燃酒精灯；

⑤充分反应后，熄灭酒精灯，继续通CO至玻璃管冷却后，停止通CO；

⑥称量实验后相应装置的质量和玻璃管中剩余固体质量。

请回答下列问题：

实验时A装置玻璃管中的现象是______________，反应的化学方程式为________________________。

B装置的作用是________________________，用气球收集气体的原因是_____________。

实验步骤④中，先通入CO一会儿，再点燃酒精灯是为了_________________________。

可以通过不同的方法计算赤铁矿粉末中Fe2O3的质量分数：

方法一：

通过获取反应生成的CO2质量，计算出赤铁矿粉末中Fe2O3的质量分数。

为获取反应生成的CO2质量，可以通过比较实验前后___________装置（填标号）的质量变化获得。

方法二：

通过比较实验前后玻璃管中固体质量变化，计算出赤铁矿粉末中Fe2O3的质量分数。

若实验后称得玻璃管中固体的质量为3.8g，则赤铁矿粉末中Fe2O3的质量分数是_________。

11．（11分）四氧化三铁可用于医疗器械、电子等工业。

某实验兴趣小组从工厂采集废液（含FeSO4和少量ZnSO4、MgSO4），进行四氧化三铁的制备实验。

【阅读资料】

（1）25℃时，氢氧化物沉淀的pH范围如表3。

Zn（OH）2

Fe（OH）2

Mg（OH）2

开始沉淀的pH

5.7

7.6

10.4

表3

沉淀完全的pH

8.0

9.6

12.4

（2）25℃时，Zn（OH）2可溶于pH>10.5的碱溶液。

（3）制备Fe3O4的实验流程如下：

【回答问题】

（1）往废液中加入氢氧化钠溶液生成沉淀的化学方程式为__________（写一个即可）。

（2）操作a的名称为________。

该操作需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、________等，

玻璃棒在此操作中的主要作用是_____________。

（3）溶液l所含溶质有________________（至少写两种）；溶液3所含溶质的主要成分为________________。

（4）该实验取废液l00g，最终得到产品四氧化三铁质量为3.48g，则原废液中硫酸亚铁溶质的质量分数不低于_____________（精确到0.01％）。

11.（10分）某实验小组为测定铜和氧化铜混合物中氧化铜的质量分数，设计了用干燥纯净的氢气还原氧化铜的实验，所需实验装置如图9所示，回答下列问题：

图9

（1）将上图连接成整套装置，连接顺序依次为B→→→→E（填标号）。

（2）写出该装置B中发生反应的化学方程式________________。

（3）装置中C溶液的作用是______________________________。

（4）装置中实验前混合物质量为2.5g，实验后的剩余固体质量为2.1g，则混合物中氧化铜的质量分数为。

（5）某同学用E装置增加的质量来计算混合物中氧化铜的质量分数，计算的结果会

（填“增大”、“减少”或“不变”）。

12.（13分）某品牌纯碱中含有少量氯化钠。

某化学探究小组为了测定该品牌纯碱的纯度（即碳酸钠的质量分数），组内一同学设计如图14所示实验：

图14

（1）A装置中反应的化学方程式为。

（2）B装置的作用是；C装置中反应的化学方程式为。

（3）D装置的作用是。

（4）小明提出能否用盐酸代替硫酸？

同学们经过讨论认为不能，理由是。

（5）小华提出，要使测定结果更准确，应把A装置改成图15所示装置，并在反应前鼓入空气，其目的是_____________________;反应后还要鼓入空气，其目的是_____________________.

图15

（6）称得纯碱样品的质量为12.0g，实验前、后C装置（包含药品）的质量分别为61.2g和65.6g，则该纯碱样品的纯度为%（精确到0.1%）。

13．（8分）为了测定铜锌合金粉末中铜的质量分数，某兴趣小组的同学设计了不同的方案进行实验：

图5图6

甲同学的实验方案

乙同学的实验方案

①按图5组装好装置，并称得装置的质量为ag。

②取下锥形瓶上的橡皮塞，向锥形瓶中加入bg铜锌合金粉末，再加入足量的稀盐酸，立即塞紧橡皮塞。

③待充分反应后，称得装置和装置中物质的总质量为cg。

④计算铜锌合金中铜的质量分数。

①按图6组装好装置。

②取下烧瓶上的橡皮塞，向锥形瓶中加入

1.0g铜锌合金粉末，塞紧橡皮塞。

③通过分液漏斗向烧瓶中加入10.0mL

稀硫酸（足量），立即关闭分液漏斗活塞。

④待充分反应后，测得进入量筒的水的体积为122.0mL。

⑤计算铜锌合金中铜的质量分数。

回答下列问题：

⑴锥形瓶中发生的反应属于_________（填基本反应类型）。

图5装置中碱石灰的作用是___________________。

⑵甲同学若要计算出样品中铜的质量分数，还需要测得的数据是__________。

（填标号）

A．碱石灰的质量B．加入的稀盐酸的质量C．稀盐酸中溶质的质量分数

⑶在甲同学实验后，丙同学过滤锥形瓶中的物质，洗涤、干燥滤渣，称得滤渣质量为dg。

丙同学测得铜锌合金中铜的质量分数为_________________。

⑷为减少实验误差，在乙同学的实验步骤①和②之间还需要增加的实验操作是_____________________，这样能保证实验称量结果的准确性。

已知该温度下氢气的密度为0.09g/L，则乙同学测得的铜锌合金中铜的质量分数为____________。

14．（9分）某纯碱样品中含有少量氯化钠，现欲测定其中碳酸钠的质量分数，进行如下实验：

〖实验原理〗Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2↑+H2O

通过实验测定反应产生的二氧化碳的质量，即可求得原样品中碳酸钠的质量，进而求得样品碳酸钠的质量分数。

〖实验装置〗

图11

〖实验步骤〗

1如图11所示连接装置，并检查气密性

2将10.0g试样放入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液

3称量盛有碱石灰的U型管的质量为300.0g

4打开分液漏斗中的活塞，往试样溶液中滴入20%的稀硫酸，直至不再产生气泡为止

5从导管A处缓缓鼓入一定量的空气

6再次称量原盛有碱石灰的U型管的质量

7重复步骤⑤和⑥的操作，直至原盛有碱石灰的U型管的质量不再改变，测得质量为303.3g

回答下列问题：

（1）装置中NaOH溶液的作用是________，写出该装置中发生反应的化学方程式_____________。

（2）浓硫酸的作用是________。

（3）从导管A处缓缓鼓入一定量的空气的目的是　　　　　　　　　　；

（4）B装置的作用是（5）该样品中碳酸钠的质量分数是___________。

15．氢化钙（CaH2）固体是一种储氢材料，是登山运动员常用的能源提供剂。

【阅读资料】①碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物。

②钙遇水立即发生剧烈反应生成氢氧化钙和氢气。

③氢化钙要密封保存，遇水反应生成氢氧化钙和氢气。

【氢化钙的制备】氢化钙通常用氢气与钙加热制得。

某化学兴趣小组设计的制取装置如图5—20所示（固定装置省略）。

回答下列问题：

（1）装置A中制取氢气的化学方程式为_______________________________。

（2）装置B的作用是__________________________。

（3）装置C中制取氢化钙的化学方程式为_______________________。

（4）若不改变温度，整套装置气密性的检查方法是___________________________________________________。

16．（6分）水煤气是重要的气体燃料，某水煤气样品可能含有CO2、CO和H2，某化学兴趣小组的同学对该水煤气样品的成分进行探究。

实验一：

（1）将该水煤气样品通入澄清石灰水，若看到_____________________，证明该气体样品中含有CO2.

实验二：

（2）为了证明该水煤气样品中含有CO，小明设计了如下图所示装置进行实验，证明气体样品中含有CO。

请回答：

A中的药品是_____________，作用是_______________；硬质玻璃管内的黑色粉末是___________________。

（3）小张认为小明的实验不够严密，做了如下图的改进：

则B中澄清石灰水的作用是______________________，当观察到_______________________的现象时，可以肯定该水煤气样品中一定含有CO。

17.近几年我国某些城市酸雨污染较为严重，主要是因为大量燃烧含硫量高的煤而形成的，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。

【提出问题】通过实验证明煤中含有碳元素和硫元素。

【查阅资料】

（1）“二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色（由紫红色变为无色），该反应的化学方程式为：

5SO2+2KMnO4+2H2O＝K2SO4+2MnSO4+2X”。

这个化学方程式中最后一种物质X的化学式是：

。

（2）“二氧化