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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