高考化学实验方案的设计与评价Word格式文档下载.docx
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加入足量稀硫酸后一定不产生Cu，那么排除Fe，符合整个设问的组合只有两种：
CuO、C；
CuO、C、Fe2O3。
答案
（1）Al
（2）①C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
②NO、CO2 （3）Fe3＋、H＋
（4）2Fe2＋＋3H2O2＋4I－===2Fe（OH）3↓＋2I2
（5）CuO、C或CuO、C、Fe2O3
固体成分检测实验方案设计的一般方法
方法一：
取少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论。
方法二：
取少量固体试样→在氧气流等中反应→检测所产生的物质（如气体）→得出实验结论。
方法三：
取少量固体试样→加酸（或碱）溶液产生气体→检测气体产物的成分→得出实验结论。
二、固体物质组成的定量测定数据测定的常用方法
1.沉淀法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
2.测气体体积法
对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
量气装置的设计：
下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。
5.热重法
只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。
通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。
例2 碳、硫的含量影响钢铁性能。
碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。
（1）采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。
解析 ①钢样中的碳、硫在装置A中高温加热条件下生成CO2和SO2，还有未反应的O2，故气体a的成分为O2、SO2、CO2。
（2）将气体a通入测硫装置中（如下图），采用滴定法测定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化学方程式：
_________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗zmLNaOH溶液，若消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：
________。
（3）将气体a通入测碳装置中（如下图），采用重量法测定碳的含量。
①气体a通过B和C的目的是___________________________________。
②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是___________。
解析①气体a中含有O2、SO2和CO2，在吸收CO2测定碳的含量时，也可能吸收SO2，故气体a通过装置B和C的目的排除SO2对CO2测定的干扰。
②计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收CO2前、后吸收瓶的质量，其质量差为CO2的质量。
答案①排除SO2对CO2测定的干扰
②吸收CO2前、后吸收瓶的质量
例3 碱式碳酸铝镁[MgaAlb（OH）c（CO3）d·
xH2O]常用作塑料阻燃剂。
（1）碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和_______________________。
解析 因为碱式碳酸铝镁分解得到Al2O3、MgO，二者的熔点都较高，都具有阻燃作用。
（2）MgaAlb（OH）c（CO3）d·
xH2O中a、b、c、d的代数关系式为_____________。
（3）为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO20.560L（已换算成标准状况下）。
②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体
残留率[（固体样品的剩余质量/固体样品的起始
质量）×
100%]随温度的变化如图所示（样品在
270℃时已完全失去结晶水，600℃以上残留固
体为金属氧化物的混合物）。
方法探究
1.某研究性学习小组用下列装置（铁架台等夹持仪器略）探究氧化铁与乙醇的反应，并检验反应产物。
（1）用2%的CuSO4溶液和10%的NaOH溶液配制Cu（OH）2悬浊液的注意事项是________________________________________________。
解析 新制Cu（OH）2悬浊液与醛基的反应需要碱性条件。
（2）为快速得到乙醇气体，可采用的方法是______________________________。
若实验时小试管中的溶液已经开始发生倒吸，可采取的措施是___（填字母）。
a.取下小试管b.移去酒精灯
c.将导管从橡胶管中取下d.以上都可以
解析 升高温度可以加速乙醇的挥发。
若液体倒吸进入加热的反应管，可能会造成反应管炸裂，取下小试管已无济于事，因“溶液已经开始发生倒吸”。
（3）如图实验，观察到红色的Fe2O3全部变为黑色固体M，充分反应后停止加热。
取下试管加热，有砖红色沉淀生成。
为了检验M的组成，进行下列实验。
①M能被磁铁吸引；
加入足量稀硫酸，振荡，固体全部溶解，未观察到有气体生成；
②经检验溶液中有铁离子和亚铁离子，检验铁离子的方法是________________；
证明溶液含有亚铁离子的方法是________。
能得出的结论是_____（填字母）。
a.M中一定有＋3价和＋2价铁，不能确定是否有0价铁
b.M中一定有＋3价和0价铁，无＋2价铁
c.M中一定有＋3价铁，0价和＋2价铁至少有一种
d.M中一定有＋3价、＋2价和0价铁
解析 分析黑色固体（M）可能的成分，铁的氧化物Fe3O4、FeO和铁粉均为黑色，Fe3O4中既有＋3价铁又有＋2价铁，且具有磁性，Fe3＋能溶解单质铁。
答案 ②取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，溶液变成血红色，则有Fe3＋ 取少量溶液滴入适量酸性高锰酸钾溶液中，高锰酸钾溶液褪色，则有Fe2＋ a
（4）若M的成分可表示为FexOy，用CO还原法定量测定其化学组成。
称取mgM样品进行定量测定，实验装置和步骤如下：
①组装仪器；
②点燃酒精灯；
③加入试剂；
④打开分液漏斗活塞；
⑤检查气密性；
⑥停止加热；
⑦关闭分液漏斗活塞；
⑧……
正确的操作顺序是___（填字母）。
a.①⑤④③②⑥⑦⑧b.①⑤③④②⑥⑦⑧
c.①③⑤④②⑦⑥⑧d.①③⑤③④⑥⑦⑧
若M完全被还原后碱石灰增重ng，则x/y为（用含m、n的代数式表示）。
解析 检查气密性属于实验的准备阶段，应在加药品前进行。
为防止Cu再次被氧化，撤去酒精灯后，应继续通入CO，冷却后再停止通气。
计算
比值时，应从质量守恒的角度去思考，M（FexOy）中的氧原子全部使CO转化为CO2，因而碱石灰增加的质量即为反应产生的CO2的质量，得关系式M中n（O）＝n（CO2）。
答案 b（11m-4n）/14n
热点二
“猜想判断”型实验方案的设计
猜想型实验题的思维流程
1.漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。
实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。
（1）提出合理假设。
假设1：
该漂白粉未变质，只含有________；
假设2：
该漂白粉全部变质，只含有________；
假设3：
该漂白粉部分变质，既含有________，又含________。
（2）设计实验方案，进行实验。
请写出实验步骤、预期现象和结论。
限选用的仪器和药品：
试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1mol·
L－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。
（提示：
不必检验Ca2＋和Cl－）
实验步骤
预期现象和结论
①
取少量上述漂白粉于试管中，___________
②
加入适量1
mol·
L－1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中
若澄清石灰水未变浑浊，则假设1成立；
若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
若品红溶液褪色，则假设3成立；
若品红溶液不褪色，则假设2成立
（1）上述反应的平衡常数表达式：
K＝
（2）室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO4转化率较大，理由是__________________________。
（3）查阅文献：
上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·
Pb（OH）2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。
该课题组对固体产物（不考虑PbSO4）的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：
全部为PbCO3；
假设二：
______________________；
假设三：
解析根据题中信息，提出另外两种假设。
全部为碱式碳酸铅[2PbCO3·
Pb（OH）2]；
为PbCO3和2PbCO3·
Pb（OH）2的混合物。
（4）为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。
①定性研究：
请你完成下表中内容。
实验步骤（不要求写出具体操作过程）
预期的实验现象和结论
取一定量样品充分干燥__________,
②定量研究：
取26.7mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。
某同学由图中信息得出结论：
假设一不成立。
你是否同意该同学的结论，并简述理由：
________________________
解析①因为PbCO3受热分解不产生水，而2PbCO3·
Pb（OH）2受热分解产生水，所以可利用此不同设计实验方案。
充分加热样品，将产生的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管
若无水硫酸铜不变蓝，则假设一成立；
若无水硫酸铜变蓝，则假设一不成立
②同意，若全部为PbCO3时，26.7mg完全分解后最终固体质量应为22.3mg（或：
不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的）（本题属于开放性试题，合理答案均可）
热点三
“原理探究”型实验方案的设计
控制变量法：
物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。
常涉及的题型有：
（1）外因（浓度、温度、压强等）对化学反应速率、化学平衡的影响；
（2）物质性质的递变规律。
1.变量探究实验题的解题策略
解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。
注意：
选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
思路总结
2.规律探究实验题的解题策略
物质性质递变规律的探究也是中学化学实验探究的一个重要内容。
研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应（如置换反应）规律，物质的酸（碱）性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。
解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：
（1）同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。
（2）物质的酸（碱）性强弱的判断。
（3）钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。
可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。
1.碘在科研与生活中有重要应用。
某兴趣小组用0.50mol·
L－1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·
L－1K2S2O8、0.10mol·
L－1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。
解析 解答本题时，要围绕实验目的（探究反应条件对化学反应速率的影响）进行分析与处理。
淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3消耗尽。
为确保能观察到蓝色，溶液中Na2S2O3要耗尽。
由题给离子反应可得关系式：
答案 Na2S2O3 <
2
（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表
实验
序号体积V/mL
K2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液
①10.00.04.04.02.0
②9.01.04.04.02.0
③8.0Vx4.04.02.0
表中Vx＝______________，理由是_____________________________
解析 实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等（即为20.0mL），从而可知Vx＝2.0。
答案 2.0 保证反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质的浓度不变
2.已知亚硫酸钠在空气中能被氧气氧化生成硫酸盐。
Ⅰ.甲同学设计两种方案来检验Na2SO3溶液是否发生变质。
方案一：
取样，加入稀盐酸有气泡生成，认为亚硫酸钠溶液没有变质。
方案二：
取样，加入氯化钡溶液有白色沉淀生成，认为亚硫酸钠溶液完全变质。
请你对两方案作出评价：
________（填“合理”或“不合理”），理由是__________________。
解析 加入稀盐酸有气泡生成，证明溶液中含有亚硫酸钠，Na2SO3溶液可能没有变质，也可能部分变质。
亚硫酸钠、硫酸钠都能与氯化钡反应生成沉淀，故亚硫酸钠溶液未变质、部分变质、全部变质时的现象相同，都会生成白色沉淀。
答案 不合理 亚硫酸钠部分变质时加入稀盐酸也会产生气泡 不合理 亚硫酸钠也能与氯化钡反应生成白色沉淀，亚硫酸钠未变质或部分变质时也会产生白色沉淀
Ⅱ.乙同学探究Na2SO3溶液是否发生变质，设计如下实验测定1.0mol·
L－1Na2SO3溶液的实际浓度。
（1）分液漏斗中应加入足量的下列哪种试剂？
________（填字母）。
a.浓硝酸 b.65%硫酸 c.浓盐酸
（2）实验前后测得C装置增重3.2g，则Na2SO3溶液实际的物质的量浓度为___。
（3）该实验装置还存在一个明显的缺陷是______________________________。
解析 Ⅱ.制备二氧化硫气体选用硫酸。
C装置增重3.2g，产生的n（SO2）＝0.05mol，所以n（Na2SO3）＝0.05mol，c（Na2SO3）＝0.05mol÷
0.06L
≈0.83mol·
L－1。
该实验装置中一个明显的缺陷是缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置。
答案
（1）b
（2）0.83mol·
L－1
（3）缺少一个驱赶残留二氧化硫气体的装置（或其他合理答案）
3.H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。
（1）某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。
限选试剂与仪器：
30%H2O2、0.1mol·
L－1Fe2（SO4）3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
①写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：
______
________________________________________________。
②设计实验方案：
在不同H2O2浓度下，测定________________（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）。
③设计实验装置，完成如图所示的装置示意图。
④参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；
数据用字母表示）。
物理量
实验序号
V[0.1
Fe2（SO4）3]/mL
……
1
a
解析 ①分析化合价并应用化合价变化规律解决问题。
双氧水中氧元素的化合价为－1价，发生分解反应生成氧气，氧气中氧元素的化合价为0价，水中氧元素的化合价为－2价，所以是自身的氧化还原反应，用单线桥法表示其电子转移的方向和数目：
②做实验题时，首先要明确实验原理。
该实验是探究双氧水的分解速率，所以应测定不同浓度双氧水分解时产生氧气的速率，即可以测定相同时间内生成氧气的体积。
③根据题目给出的限选仪器可以选用导管、水槽、量筒组成气体收集装置。
④探究时一定要注意变量的控制，即只改变一个变量，才能说明该变量对反应的影响。
表格中给出了硫酸铁的量，且体积均相等。
而探究的是不同浓度的双氧水分解的速率，所以必须要有不同浓度的双氧水，但题给试剂中只有30%的双氧水，因此还需要蒸馏水，要保证硫酸铁的浓度相同，必须保证两组实验中双氧水和蒸馏水的总体积相同，且两组实验中双氧水和蒸馏水的体积不同两个条件。
同时还要记录两组实验中收集相同体积氧气所需时间或相同时间内收集氧气的体积大小。
答案
（1）①（答案合理即可）
②生成相同体积的氧气所需要的时间（或相同时间内，生成氧气的体积）
③
V（H2O2）/mL
V（H2O）/mL
V（O2）/mL
t/s
b
c
e
d
f
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