高考化学二轮复习专题17 实验方案的设计与评价.docx

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高考化学二轮复习专题17实验方案的设计与评价

高考二轮复习专题十七实验方案的设计与评价

◇◆讲高考◆◇

（1）考纲要求

1.能根据实验试题要求，做到：

①设计、评价或改进实验方案；②了解控制实验条件的方法；③分析和处理实验数据，得出合理结论；④绘制和识别典型的实验仪器装置。

2.了解科学探究的基本过程，并运用以实验和推理为基础的科学探究方法解决有关问题。

3.各部分实验基础知识与技能的综合应用。

（2）命题规律

化学实验方案的设计与评价是高考考查的重点，在高考试题中主要以物质的制备或性质实验为载体，结合实验操作，物质性质探究等命题。

对综合实验中某一环节或某一步骤进行方案设计或探究实验中的有关问题，考查学生发现问题与解决问题的能力，是高考命题热点。

展望2018年高考，将延续近几年的模式，实验设计和评价一定伴随II卷实验题的考查。

特别需要关注以下各类背景的实验：

（1）以物质制备为背景的实验题；

（2）以实验探究为背景的实验题；（3）以实验方案设计为背景的实验题；（4）以定性、定量分析为背景的实验题。

【例1】【2017新课标2卷】下列由实验得出的结论正确的是（）

实验

结论

A．

将乙烯通入溴的四氯化碳溶液，溶液最终变为无色透明

生成的1,2-二溴乙烷无色、可溶于四氯化碳

B．

乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体

乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性

C．

用乙酸浸泡水壶中的

水垢，可将其清除

乙酸的酸性小于碳酸的酸性

D．

甲烷与氯气在光照下反应后的混合气体能使湿润的石蕊试纸变红

生成的氯甲烷具有酸性

【答案】A

【解析】A、乙烯与溴发生发生加成反应，生成1,2−二溴乙烷，1,2−二溴乙烷属于有机物，四氯化碳是良好的有机溶剂，1,2−二溴乙烷溶于四氯化碳，得到无色透明溶液，故A正确；B、钠与水反应比与乙醇反

【名师点睛】本题考查实验方案设计与评价，本题的难度不大，注意利用反应的实质，有无杂质对实验的干扰，进行分析判断，如本题的D选项，甲烷和氯气反应是取代反应，除有氯甲烷的生成外，还有HCl的生成，从而得出混合气体能使湿润石蕊试纸变红的原因是产生了HCl，体现考生对平时基础知识的积累的程度。

【例2】【2017新课标1卷】（15分）凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。

已知：

NH3+H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3。

回答下列问题：

（1）a的作用是_______________。

（2）b中放入少量碎瓷片的目的是____________。

f的名称是___

_______________。

（3）清洗仪器：

g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是____________；打开k2放掉水，重复操作2~3次。

（4）仪器清洗后，g中加入硼酸（H3BO3）和指示剂。

铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。

打开k1，加热b，使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是___________________。

②e中主要反应的离子方程式为________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是________。

（5）取某甘氨酸（C2H5NO2）样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L–1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为_________%，样品的纯度≤_______%。

【答案】（1

）避免b中压强过大

（2）防止暴沸直形冷凝管（3）c中温度下降，管路中形成负压

（4）①液封，防止氨气逸出②

+OH−

NH3↑+H2O保温使氨完全蒸出

（5）

【名师点睛】明确相关物质的性质和实验原理是解答的关键，注意掌握解答综合性实验设计与评价题的基本流程：

原理→反应物质→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。

具体分析为：

（1）实验是根据什么性质和原理设计的？

实验的目的是什么？

（2）所用各物质名称、状态、代替物（根据实验目的和相关的化学反应原理，进行全面的分析比较和推理，并合理选择）。

（3）有关装置：

性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可用、仪器规格等。

（4）有关操作：

技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。

（5）实验现象：

自下而上，自左而右全面观察。

（6）实验结论：

直接结论或导出结论。

实验方案的设计要点：

（1）设计要点：

实验方案的设计要明确以下要点：

①题目有无特殊要求；②题给的药品、装置的数量；③注意实验过程中的安全性操作；④会画简单的实验装置图；⑤注意仪器的规格；⑥要防倒吸、防爆炸、防燃烧、防暴沸、防氧化、防吸水、冷凝、冷却、水浴加热时采取相应措施；⑦同一仪器在不同位置的相应作用等；⑧要严格按照“操作（实验步骤）＋现象＋结论”的格式叙述。

◇◆讲基础◆◇

1．实验设计思维模型

2．解答评价型化学实验题的一般思维流程

一般通过读题即可明确实验目的。

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。

对于检验型或性质型实验要注意“操作简单、现象明显”的要求；对于制备型实验要注意“产率要高、纯度要高”的要求。

3．实验方案评价的角度

（1）从试剂、仪器和装置的合理性上评价。

（2）从实验原理上评价，实验方案要符合实验原理，保证达到实验目的。

（3）从操作步骤、实验现象上评价，实验方案要步骤简单，现象明显。

（4）从环境保护上评价，实验方案的设计要充分体现环保意识。

（5）从节能、安全可靠上评价，实验方案的设计要节约能源，节省原料且安全可靠。

◇◆讲典例◆◇

【例1】【云南曲靖一中2018届高三3月质检】采用如图所示装置和操作，不能达到实验目的的是（）

A．甲装置:

在乙醇与乙酸的混合液中加入足量生石灰，可蒸馏出乙醇

B．若采用乙装置铝件镀银，则d极为铝件，c极为纯银，电解质溶液为AgNO3溶液

C．丙装置b口进气排空气法不可收集CO2、NO等气体

D．丁装置是实验室制收收集纯净氯气的替代装置

【答案】D

【趁热打铁】【山东省菏泽市2018届高三上学期期末】下列实验中，对应的现象以及结论都正确但两者不具有因果关系的是（）

选项

实验

现象

结论

A

向NaAlO2溶液中持续通入气体CO2

产生白色沉淀，且沉淀不消失

CO2是酸性氧化物

B

向某溶液中加入Cu和浓H2SO4

试管口有红棕色气体产生

原溶液中含有NO3-

C

将镁片投到NH4Cl溶液中

产生大量气泡

NH4Cl水解，溶液呈酸性

D

向浓度均为0.1mol/L的MgCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入氨水

先出现蓝色沉淀

Ksp[Mg（OH）2]>Ksp[Cu（OH）2]

A．AB．BC．CD．D

【答案】A

B正确；C．将镁片投到NH4Cl溶液中产生大量气泡，说明NH4Cl水解使溶液呈酸性，C正确；D．向浓度均为0.1mol/L的MgCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入氨水先出现蓝色沉淀，说明Ksp[Mg（OH）2]>Ksp[Cu（OH）2]，D正确。

本题选A。

【例2】【云南省昆明市第一中学2018届高三第六次月考】大气细颗粒物吸附的水分中NO2 与SO2 的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。

某实验小组对雾霾的成分进行了验证，并测定空气中SO2 的含量及探究H2SO3 的部分性质。

回答下列问题：

（1）硫酸铵是某地PM2.5雾霾的主要成分，收集一定量的雾霾固体进行验证。

取一定量的雾霾固体于试管中，加入适量的水溶解，把溶液分成两份盛于试管中:

操作步骤

实验现象

结论

①向其中一份_______

有白色沉淀生成

证明雾霾固体中含有SO42-

②向另一份中_____，用镊子夹持湿润的红色石蕊试纸靠近试管口

③试管中有气泡产生，___________________

证明雾霾固体中含有NH4+。

综合上面实验,初步说明雾霾固休颗粒中含有（NH4）2SO4

（2） 用如图所示简易装置测定空气中SO2 的含量。

①测定原理：

SO2通入碘的淀粉溶液中，使溶液由蓝色变为无色，反应的化学方程式为______。

②测定方法：

在某监测点，量取5.0mL5.0×10 -4mol/L的碘溶液，注入图中的试管中，加2-3滴淀粉指示剂，此时溶液呈蓝色，按图中装置连接好仪器，利用止水夹控制，进行抽气，取下注射器排气，重复操作直到溶液的蓝色全部褪尽为止，共抽取空气8000.0mL，则测得该监测点空气中SO2 的含量为_____mg/L。

（3）探究H2SO3 的部分性质。

选用下面的装置和药品探究H2SO3与HClO 的酸性强弱

①甲同学认为按照A→C→F→尾气处理的顺序连接装置，可以证明H2SO3与HClO 的酸性强弱，乙同学认为该方案不合理，其理由是_________________。

②丙同学采用间接法证明，实验方案为：

按照A→C____（其字母）→尾气处理顺序连接装置，其中装置C 的作用是___________；证明H2SO3的酸性强于HClO的酸性的实验现象是_____。

【答案】加入足量稀盐酸后，再加入BaCl2溶液加入适量的NaOH浓溶液并加热靠近试管口的红色石蕊试纸变蓝色SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI0.020二氧化硫通入次氯酸钙溶液发生了氧化还原反应B→E→D→F

除去HCl气体以免干扰实验D中品红不褪色，F中出现白色沉淀

由红变蓝，故答案为：

操作步骤

实验现象

加入足量稀盐酸后，再加入BaCl2溶液

加入适量的NaOH浓溶液并加热

靠近试管口的红色石蕊试纸变蓝色

（2）①SO2通入碘的淀粉溶液中，使溶液由蓝色变为无色，二氧化硫被碘氧化生成了硫酸，反应的化学方程式为SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI，故答案为：

SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI；

②二氧化硫用碘溶液来吸收，方程式为：

SO2+I2+2H2O═2HI+H2SO4，为测定该地空气中的SO2含量，消耗碘的物质的量=5.0×10-3L×5×10-4mol•L-1=2.50×10-6mol，根据化学方程式可得二氧化硫的物质的量=2.50×10-6mol，质量为2.50×10-6mol×64g/mol=1.60×10-4g=0.160mg，该监测点空气中SO2 的含量=

=0.020mg/L，故答案为：

0.020；

②次氯酸具有强氧化性、二氧化硫具有还原性，不能利用二氧化硫与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱，先验证亚硫酸酸性比碳酸强，再结合碳酸酸性比HClO强碱性判断。

A装置制备二氧化硫，由于盐酸易挥发，制备的二氧化硫中混有HCl，用饱和的亚硫酸氢钠除去HCl，再通过碳酸氢钠溶液，可以验证亚硫酸酸性比碳酸强，用酸性高锰酸钾溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫，用品红溶液检验二氧化碳中二氧化硫是否除尽，再通入F中，则装置连接顺序为A、C、B、E、D、F，其中装置C的作用是除去HCl气体，D中品红不褪色，F中出现白色沉淀，可证明亚硫酸的酸性强于次氯酸，故答案为：

B、E、D、F；除去HCl气体以免影响后面的实验测得；装置D中品红不褪色，F中出现白色沉淀。

【趁热打铁】【河北省承德市各县一中2018届高三上学期期末】Na2O2具有强氧化性，H2具有还原性，某同学根据氧化还原反应的知识推测Na2O2与H2能发生反应。

为了验证此推测结果，该同学设计并进行如下实验。

I.实验探究

步骤1：

按如图所示的装置组装仪器（图中夹持仪器已省略）并检查装置的气密性，然后装入药品。

步骤2：

打开K1、K2，在产生的氢气流经装有Na2O2的硬质玻璃管的过程中，未观察到明显现象。

步骤3：

进行必要的实验操作，淡黄色的粉末慢慢变成白色固体，无水硫酸铜未变蓝色。

（1）组装好仪器后，要检查装置的气密性。

简述检查虚线框内装置气密性的方法：

________。

（2）B装置中所盛放的试剂是_____，其作用是_______。

（3）步骤3中的必要操作为打开K1、K2，_______（请按正确的顺序填入

下列步骤的字母）。

A．加热至Na2O2逐渐熔化，反应一段时间

B．用小试管收集气体并检验其纯度

C．关闭K1

D．停止加热，充分冷却

（4）由上述实验可推出Na2O2与H2反应的化学方程式为__________。

II．数据处理

（5）实验结束后，该同学欲测定C装置硬质玻璃管内白色固体中未反应完的Na2O2含量。

其操作流程如下：

①测定过程中需要的仪器除固定、夹持仪器外，还有电子天平、烧杯、酒精灯、蒸发皿和____。

②在转移溶液时，若溶液转移不完全，则测得的Na2O2质量分数_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）

【答案】关闭K1，向A装置中的漏斗加水至漏斗内液面高于漏斗外液面，并形成一段水柱，一段时间后水柱稳定不降，说明虚线框内的装置气密性良好碱石灰吸收氢气中的水和氯化氢BADCNa2O2+H2

2NaOH玻璃棒偏小

【解析】I．

（1）关闭K1，向A装置中的漏斗加水至漏斗内液面高于漏斗外液面，并形成一段水柱，一段时间后水柱稳定不降，说明启普发生器的气密性良好；

（2）A中生成的H2中混有水蒸气和挥发出的HCl，应利用B装置中所盛放的碱石灰吸收吸收氢气中的水和氯化氢；

（3）步骤3中的必要

操作为打开K1、K2，应先通一会儿氢气并用小试管收集气体并检验其纯度，当装置内空气完全除去后，加热C中至Na2O2逐渐熔化，反应一段时间，然后停止加热，充分冷却，最后关闭K1，故操作顺序为BADC；

（4）Na2O2与H2反应无水生成，说明产物为NaOH，发生反应的化学方程式为Na2O2+H2

2NaOH；

II．①NaCl溶液蒸发操作进需要用玻璃棒搅拌，则操作过程中需要的仪器除固定、夹持仪器外，还有电子天平、烧杯、酒精灯、蒸发皿和玻璃棒；

②在转移溶液时，若溶液转移不完全，则得到NaCl的固体质量偏低，固体增重量偏低，导致NaOH的含量偏高，则测得的Na2O2质量分数偏小。

◇◆讲方法◆◇

1、探究实验题分析方法

实验探究及成分确定是高考的重头戏，也是学生失分的重灾区，学生不光计算能力差，对数据也不能规范处理，费时不得分。

下面是对平时总结的数据处理过程中的一些注意点，供同学们借鉴：

①看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。

②看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。

③看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。

④看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。

2、探究题中易错的四个问题

（1）评价实验过程中忽视反应条件设置与控制；回答问题时遗漏某一限制条件；易造成想当然或默认某些条件等错误。

（2）实验探究中易将待探究的结果当成已知内容进行设计，造成明确的探究指向。

（3）实验探究过程中提出的假设不够完整，遗漏某种情况；有时也会在方案设计中遗漏某一种可能，造成方案不完整，或非此即彼的情况。

（4）实验设计思路中从已知数据中找不到合理的规律，无法将综合实验解答完整。

3、解题要点

（1）细心审题是关键：

目的、原理要画出。

（2）认真分析是核心：

①原理分析；②材料分析；③变量分析；④结果分析。

（3）正确表达是保障：

大多数学生有正确的实验思路，就是拿不到满分，常见的情况有三种：

①会而不对：

考虑不全或书写不准，导致最后答案是错的。

②对而不全：

思路大致正确，但丢三落四或遗漏某一答案或讨论不够完备或以偏概全或出现错别字。

③全而不精：

虽面面俱到，但语言不到位，答不到点子上。

因此我们在表达过程中一定要做到条理清晰，表述规范。

◇◆讲易错◆◇

【例】【河南省信阳市2017-2018学年高三上学期期末】碱式碳酸镁可用于牙膏、医药化妆品等工业，化学式为4MgCO3·Mg（OH）2·5H2O，某碱式碳酸镁中含有SiO2杂质，为测定其纯度。

某兴趣小组设计了如下两个方案：

方案I：

取一定质量的样品，与硫酸充分反应，通过测定CO2的质量计算纯度

（1）乙中发生反应的方程式为______________________________。

（2）仪器接口的连接顺序为（装置可以重复使用）a__________，丁的作用是_________。

（3）关闭止水夹K，向样品中加入足量的稀硫酸，当样品充分反应完后，为了测定准确还应进行的操作是______________________________。

方案Ⅱ：

①称取碱式碳酸镁样品mg；②将样品充分高温灼烧，冷却后称量；③重复操作②，测得剩余固体质量为m1g（用托盘天平称量）。

（4）下列仪器中，该方案不会用到的是____________。

（5）有同学认为方案Ⅱ高温灼烧的过程中会发生MgCO3+SiO2

MgSiO3+CO2↑会导致测定结果有误，你认为这位同学的观点是否正确_____，（填“正确”或“错误”）请说明自己的理由：

______________________。

【答案】4MgCO3·Mg（OH）2·5H2O+5H2

SO4=5MgSO4+11H2O+4CO2↑debcb除去CO2中的水蒸气打开止水夹K，缓慢通入空气E错误该反应的发生不影响生成CO2和水蒸气的量

【解析】

（1）碱式碳酸镁样品中含有的二氧化硅与硫酸不反应，而碱式碳酸镁4MgCO3·Mg（OH）2·5H2O，与硫酸反应生成硫酸镁、二氧化碳和水；反应的方程式为：

4MgCO3·Mg（OH）2·5H2O+5H2SO4=5MgSO4+11H2O+4CO2↑；正确答案：

4MgCO3·Mg（OH）2·5H2O+5H2SO4=5MgSO4+11H2O+4

CO2↑。

（3）反应结束后整个装置内会存有少量的二氧化碳气体，这时，打开止水夹K，缓慢通入空气，使反应产生的二氧化碳气体全部被丙装置吸收，减少实验误差；正确答案：

打开止水夹K，缓慢通入空气。

（4）给碱式碳酸镁

样品加热，冷却、需要用到的仪器：

坩埚、三脚架、酒精灯、泥三角、干燥器；用不到的仪器为蒸发皿；正确答案：

E。

（5）方案Ⅱ操作过程中，最终测得剩余固体质量，而从样品中溢出的是二氧化碳和水蒸气，只要两种气体的总量不变，固体内部是否反应并不影响实验结果，所以该同学的观点不正确；答案：

错误；该反应的发生不影响生成CO2和水蒸气的量。

误区警示：

实验方案的设计与评价是高考压轴大题，也是学生最头痛的题目，要很好地解答此类题目，必须先明确实验目的，再根据已学知识，设想探究、验证所需原理，最后根据所涉及原理，从题干中获取有效信息，进一步确定实验方案，再将方案代入题目，进行复合验证。