高考化学二轮专题复习讲义专题6 化学实验方案的设计与评价.docx
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高考化学二轮专题复习讲义专题6化学实验方案的设计与评价
【复习目标】
1.了解控制实验条件的方法，能改进简单的实验方案。
2.能综合运用化学实验原理和方法，设计实验方案解决简单的化学问题，能对实验方案、实验过程和实验结果进行分析和评价。
【考点过关】
一、实验方案设计
完整的化学实验方案包括四大环节，即实验原理、实验装置和药品（包括装置类型、仪器的组装等）、实验步骤（包括加装药品、气密性检查、除杂干燥、主体实验、安全措施等）、实验现象的观察、记录及实验数据的分析处理等。
设计合理的实验方案必须掌握比较全面的实验基本原理和基本技能，要做到设计原理正确，实验程序合理，操作步骤简便，现象明显，相关结论正确。
1．基本原则
原则
内容
科学性
实验原理、实验操作程序和方法应该正确
安全性
实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作
可行性
实验设计应切实可行，所需药品、仪器、设备和方法等在中学实验条件下能够得到满足
简约性
装置简单、步骤少、药品用量少、时间短
环保性
有毒、有害的物质必须处理，以免污染环境
经济性
合考虑原料的用量、价格
2.设计思路
设计内容
基本思路
物质制备的设计
由所给原料和所需要制备的物质出发，根据化学原理设计出不同的制备方案，通过对比分析，找出最佳的制备途径。
即：
实验原料→实验原理→途径设计（途径Ⅰ、途径Ⅱ、途径Ⅲ……）→最佳途径→实验仪器→实验方案→制得物质。
由于大多数有机反应，副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，尽可能选择步骤少、副产物少的有机反应。
若两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的反应物，以提高另一种反应物的转化率和产率。
另外，有机物的制备实验，控制反应条件尤为重要
物质性质实验的设计
先根据物质的）结构特点，预测物质可能具有的性质；然后选择实验时所需要的药品及仪器；最后针对预测进行实验。
在性质实验设计的具体过程中可细化为：
探究性实验方案的设计程序为：
物质的结构特点→实验事实→科学抽象→结论；验证性实验方案的设计程序为：
物质的结构特点→性质推测→实验验证→结论
物质检验方案设计
首先对试样进行外观观察，确定其颜色、气味、状态等。
然后准备试样，并进行检验。
当试样是固体时，应先取少量配成溶液，同时观察试样是否溶解，在溶解时有无气体产生等，以初步判断试样可能含有哪类物质，最后根据实验现象得出结论。
解答有关检测物质组成实验的流程设计问题，常见的解题思路如下：
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；或取少量固体试样→在氧气流等环境中反应→检测所产生的物质（如气体）→得出实验结论；或取少量试样→加酸（或碱）溶液使其气化→检测气体的成分→得出实验结论
3.设计步骤
步骤
要求
明确目的原理
首先必须认真审题，明确实验的目的要求，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
选择仪器药
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，能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品
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
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
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
4.注意事项
注意事项
注意内容
防倒吸
净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸
防爆炸
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
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
防吸水
如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施，以保证达到实验目的
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管等
【巩固演练】氮化铝（AlN）是一种新型无机非金属材料。
某AlN样品仅含有Al2O3杂质，为测定AlN的含量，设计如下三种实验方案。
（已知：
AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑）
【方案1】取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度（夹持装置已略去）。
（1）上图C装置中球形干燥管的作用是________________________________。
（2）完成以下实验步骤：
组装好实验装置，首先____________________，再加入实验药品，接下来的实验操作是____________________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。
打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化。
通入氮气的目的是________________________________。
（3）由于装置存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见______________。
【方案2】用下图装置测定mg样品中AlN的纯度（部分夹持装置已略去）。
（4）为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是________（填选项序号）。
a．CCl4 b．C6H6c．NH4Cl溶液d．H2O
（5）若mg样品完全反应，测得生成气体的体积为VmL（已转换为标准状况），则AlN的质量分数是________（用含m、V的数学表达式表示）。
【方案3】按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
（6）步骤②生成沉淀的离子方程式为_________________________________。
（7）若在步骤③中未洗涤，测定结果将________（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。
样品完全反应，测得生成气体的体积为VmL（已转换为标准状况），设AlN的质量为x
AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑
4122.4L
xV×10－3L
x=41V×10－3/22.4
则AlN的质量分数=
×100%。
（6）步骤②生成的沉淀是氢氧化铝，是偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳气体反应生成，反应的离子方程式为AlO
＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO
。
（7）若在步骤③中未洗涤，沉淀不洗涤得到滤渣质量会增大，测定结果会偏高。
答案：
（1）防倒吸
（2）检查装置气密性 关闭K1，打开K2 把装置中残留的氨气全部赶入C装置（3）C装置出口处连接一个干燥装置（4）ab （5）
×100%（6）AlO
＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO
（7）偏高
二、化学实验方案的评价
对化学实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。
另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的方面。
评价方向
评价内容
可行性
分析实验方案是否科学可行；实验操作是否安全合理；实验步骤是否简单方便；实验效果是否明显
绿色化学
实验过程中是否造成环境污染；原料是否无毒、安全、易得；原料利用率及反应速率是否较高；反应速率是否较快
安全性
净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等）；防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等）；污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；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）
规范性
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管等）；易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；其他如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等
【巩固演练】TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
（1）实验室利用反应TiO2（s）＋CCl4（g）
TiCl4（g）＋CO2（g），在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下：
有关物质性质如下表：
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
－23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
－25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。
装置E中的试剂是________。
反应开始前依次进行如下操作：
组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括：
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。
正确的顺序为________（填序号）。
欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。
（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：
酸溶 FeTiO3（s）＋2H2SO4（aq）===FeSO4（aq）＋TiOSO4（aq）＋2H2O（l）
水解 TiOSO4（aq）＋2H2O（l）
H2TiO3（s）＋H2SO4（aq）
简要工艺流程如下：
①试剂A为________（填化学符号）。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是____________________________________________。
②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是________（填化学式）。
的TiOSO4水解为固体H2TiO3，过滤后混入FeSO4·7H2O中，导致TiO2产率降低。
②先加KSCN溶液无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2＋；经加热后Fe2＋被氧化为Fe2O3而使产品发黄。
答案：
（1）干燥管 浓硫酸 检验装置气密性 ②③① 分馏（或蒸馏）
（2）①Fe 温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀 ②Fe2＋ Fe2O3
【过关演练】
1.下列图中的实验方案，能达到实验目的的是
A
B
C
D
实验方案
将NO2球浸泡在冰水和热水中
实验目的
探究温度对平衡2NO2N2O4的影响
比较HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性强弱
除去CO2气体中混有的SO2
验证FeCl3对H2O2分解反应有催化作用
2.（2016届孝感模拟）为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数（含少量NaCl），准确称量W0g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据最合理（除W0外）的是
实验方法
实验方案
测量数据
A
滴定法
将样品配成100mL溶液，取10mL，加入甲基橙，用标准盐酸滴定
消耗盐酸的体积
B
量气法
将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收
碱石灰增重
C
重量法
样品放入烧瓶中，置于天平上，加入足量盐酸
减轻的质量
D
量气法
将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气
排水体积
3.（2016届昆明模拟）下列实验方案不能达到实验目的的是（ ）
选项
实验目的
实验方案
A
探究接触面积对化学反应速率的影响
相同温度下，取等质量的大理石块、大理石粉分别投入等体积、等浓度的盐酸中
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