化学实验方案 的设计与评价.docx
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化学实验方案的设计与评价
1．下列实验设计能够达到目的的是（ ）
选项
实验目的
实验设计
A
除去CO2中少量的SO2
将混合气体通过饱和Na2CO3溶液
B
除去Cu粉中混有的CuO
向混合物中滴加适量稀硝酸
C
检验溶液中是否含有Fe2＋
向溶液中滴入氯水后，再滴加KSCN溶液
D
证明H2CO3酸性比H2SiO3强
将CO2通入Na2SiO3溶液中
2.下述实验不能达到预期目的的是（ ）
编号
实验内容
实验目的
A
将AlCl3溶液蒸干灼烧
制备Al2O3
B
向沸水中滴加几滴FeCl3饱和溶液，继续加热至红褐色
制备Fe（OH）3胶体
C
向某溶液中加入稀H2SO4，将产生的气体通入澄清石灰水
检验溶液中是否含有CO32－
D
相同温度下，测定浓度均为0.1mol·L－1的Na2CO3和CH3COONa溶液的pH
比较CH3COO－和CO32－结合H＋的能力强弱
3．现有一瓶实验室放置已久的可能变质的Na2O2固体，为了研究它的组成，请你参与同学们进行的如下探究活动：
可选用的试剂：
浓硫酸、浓硝酸、稀盐酸、澄清石灰水、蒸馏水、品红溶液、火柴；仪器自选。
（1）提出假设
假设一：
固体全部是Na2O2；
假设二：
固体全部是Na2CO3；
假设三：
______________________________________________________。
（2）设计实验方案（略），从绿色化学的角度，最好选用下列中的________（填序号）进行实验。
（3）进行实验：
请在表中用简要文字写出实验步骤、预期现象和结论。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
步骤2：
……
4.某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：
方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。
方案2.将一定质量（W1）的镀锌铁皮投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量其质量为W2，计算铁皮上的锌的质量方案3.将一定质量的镀锌铁
皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。
……
（1）方案2的主要缺点是_______________________________________________________，
方案3的主要缺点是_____________________________________________________________。
（2）方案1中用到测量气体体积的装置，下列装置中不能用于测量气体体积的装置是
________________________________________________________________________。
学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：
________________________________________________________________________。
5.N2在化工生产、农业、医疗、航天航空等领域用途广泛。
某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净的N2，进行了认真准备。
请你参与交流与讨论。
【查阅资料】有下列三个方案制备N2：
方案1：
加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。
方案2：
加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。
方案3：
将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。
【实验准备】利用实验室常见仪器（药品）等设计的部分装置如下图所示（有的夹持仪器和加热仪器未画出）。
【分析交流】
（1）若按方案1制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水为原料制得，
整套制气装置按气流方向从左到右的顺序连接的是（填序号，下同）________。
获得N2的反应原理是（写化学方程式）_________________________________________________。
（2）若用排水法收集N2，其中会混入水蒸气。
但也不宜用排空气法收集N2，其原因是
________________________________________________________________________。
你提出的收集方法是
________________________________________________________________________。
（3）若以方案2制得N2，应选择的发生装置是________。
为保证实验安全进行，操作时应___________________________________________________________（填两点）。
（4）上述三个方案中，制得的N2纯度最差的是________。
在对N2的纯度要求不严格的情况下，建议将方案1和方案3结合使用，你认为其优点是
________________________________________________________________________。
6.要求设计实验证明盐的水解是吸热的。
有四位同学的回答，其中不正确的是（ ）
A．甲同学：
将硝酸铵晶体溶于水，若水温下降，说明硝酸铵水解是吸热的
B．乙同学：
用加热的方法可除去KNO3溶液中混有的Fe3＋，说明Fe3＋水解是吸热的
C．丙同学：
通过实验发现同浓度的热纯碱溶液比冷纯碱溶液去油污效果好
D．丁同学：
向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热（不考虑水蒸发）后若红色加深，说明醋酸钠的水解是吸热的
7．将几滴KSCN（SCN－是“类卤离子”）溶液加入到含有Fe3＋的酸性溶液中，溶液变成红色。
将该红色溶液分为两份：
①向一份中加入适量KMnO4溶液，红色褪去；②向另一份中通入SO2，红色也褪去。
下列推测肯定不正确的是（ ）
A．①中红色褪去的原因是KMnO4将SCN－氧化
B．②中红色褪去的原因是SO2将Fe3＋还原为Fe2＋
C．②中红色褪去的原因是SO2将SC
N－还原
D．SCN－在适当条件下可失去电子被氧化为（SCN）2
8．下列有关物质检验的实验结论正确的是（ ）
实验操作
现象
实验结论
A
向某溶液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液
有白色沉淀生成
溶液中一定含有SO42－
B
将某气体通入品红溶液中
品红溶液褪色
该气体一定是SO2
C
向某溶液中加入2滴KSCN溶液
溶液不显红色
溶液中一定含有
Fe2＋
另取样，先滴入氯水，再滴入KSCN溶液
溶液变为红色
D
将少量某物质的溶液滴加到新制的银氨溶液中，水浴加热
有银镜生成
该物质一定是醛
9．做完铜与浓硝酸反应的实验后，同学们发现圆底烧瓶中溶液呈绿色，而不显示蓝色，甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高导致的，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体，同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确，这些方案中不可行的是
（ ）
A．加热该绿色溶液，观察颜色变化
B．加水稀释绿色溶液，观察颜色变化
C．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化
10．菠菜营养丰富，素有“蔬菜之王”之称，在营养价值上是一种高效的补铁剂。
某化学小组欲设计实验方案，探究菠菜中是否存在铁元素、草酸及可溶性草酸盐。
（1）甲同学查阅资料得知：
草酸又名乙二酸，化学式为H2C2O4，是一种二元有机弱酸，具有较强的还原性。
甲同学依据上述信息推测，菠菜中铁元素呈________价，其理由是_______________________________________________________________________。
甲同学同时设计实验方案验证其推测是否正确。
请简述实验方案___________________________________________________。
（2）乙同学查阅资料得知：
草酸的酸性比醋酸的强，草酸钙难溶于水，是一种白色沉淀。
乙同学依据上述信息推测，在菠菜汁中加入CaCl2溶液，应析出草酸钙白色沉淀，加入醋酸，白色沉淀不溶解，该反应的离子方程式为________。
但在实际操作中，发现白色沉淀部分溶解，且放出无色无味气体。
乙同学推测放出的气体是________，其理由是
________________________________________________________________________。
（3）丙同学依据甲、乙同学提供的资料和实验事实，认为菠菜与豆腐不宜同食，其主要理由是__________________________________________________________________。
1．解析：
除去CO2中少量的SO2，应将混合气体通过饱和NaHCO3溶液：
NaHCO3＋SO2===NaHSO3＋CO2，A错；除去Cu粉中混有的CuO，应向混合物中滴加适量非氧化性酸（如稀硫酸、稀盐酸等），B错；检验溶液中是否含有Fe2＋，应向溶液中先滴加KSCN溶液颜色无变化，再滴入氯水溶液变红色，C错。
答案：
D
（2）D
5.【错因分析】 对化学实验方案的评价原则不明确，以及对中学化学实验操作不熟练，这是解答此类试题无从下手的主要原因。
9．解析：
加水稀释时溶液中的溶质和所溶气体的量没有改变，浓度都变稀，无法区别。
答案：
B
10．解析：
（1）草酸类物质具有较强的还原性，与氧化性较强的Fe3＋无法共存，所以菠菜中铁只能是＋2价，向菠菜汁中加入KSCN溶液，如果不变色，表明菠菜中无Fe3＋。
易错起源1、实验方案的设计
例1．某研究小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：
SO2＋2NaOH===______________________________________________________________。
（2）反应Cl2＋Na2SO3＋2NaOH===2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为__________________________。
（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl－、OH－和SO42－。
请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气中CO2的影响）。
①提出合理假设。
假设1：
只存在SO32－；
假设2：
既不存在SO32－，也不存在ClO－；
假设3：
________________________________________________________________________。
②设计实验方案，进行实验。
请写出实验步骤以及预期现象和结论。
限选实验试剂：
3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、0.01mol·L－1KMnO4、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
取少量吸收液于试管中，滴加3mol·L－1H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中。
步骤2：
步骤3：
【解析】 本题主要是对实验方案设计的考查。
（2）由元素化合价的变化可知Na2SO3是还原剂。
（3）由
（2）小题中化学反应方程式可知，当Cl2少量时，溶液中还可能有SO32－；当Cl2与Na2SO3恰好完全反应时，溶液中既无SO32－与无ClO－；当Cl2过量时，溶液中可能有ClO－；故假设3是只存在ClO－。
探究SO32－、ClO－是否存在时，可利用SO2的还原性及HClO的氧化性进行实验检验。
设计实验方案有关顺序的选择
（1）仪器连接的顺序
①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。
②仪器是否齐全。
例如制有毒气体或涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。
③安装顺序是否合理。
例如是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应干燥后再经水溶液洗气。
④仪器间连接顺序是否正确。
例如洗气时“进气管长，出气管短”；干
燥管除杂质时“大口进，小口出”等。
（2）实验操作的顺序
①连接仪器。
按气体发生装置→除杂质装置→干燥装置→主体实验装置→尾气处理装置顺序连接好实验仪器。
②检查气密性。
在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。
检查气密性的方法要依装置而定。
设计实验方案时应注意的问题
（1）实验方面：
①净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止倒吸。
②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）。
③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）。
④防吸水（如实验中取用、制取易吸水、易潮解、易水解的物质时，需采取必要措施防止其吸水，以保证达到实验目的）。
⑤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）。
⑥易挥发液体产物（导出时为蒸气）的及时冷却。
⑦仪器拆卸的科学性与安全性（从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）。
（2）细节方面
①药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余
若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。
②题目条件有无特殊要求
如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。
③实验过程中的隐蔽性操作
如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。
④药品的规格
有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：
硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和N
aHCO3溶液、NaOH溶液等。
此外也应注意某些仪器的规格。
⑤会画简单的实验装置图
考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。
易错起源2、实验方案的评价
例2．氯化铜晶体（CuCl2·xH2O）是重要的化工原料，可用作反应的催化剂、消毒剂等。
用孔雀石[主要含Cu2（OH）2CO3，还含少量Fe、Si的化合物]制备氯化铜晶体，方案如下：
已知：
I.Cu（OH）2、CuO开始分解的温度分别为80℃和900℃。
Ⅱ.有关金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH如下表所示：
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3＋
2.7
3.7
Cu2＋
5.2
6.4
Fe2＋
7.6
9.6
（1）若溶液A含有的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋，则试剂①最好为________（填字母）。
a．（NH4）2S b．H2O2
c．NaClOd．Cl2
（2）加试剂②的目的是____________________________________________，
由溶液C获得CuCl2·xH2O，需要经过加热浓缩、______、过滤等操作。
（3）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl2·xH2O）中x值，有如下两种实验方案：
方案一：
称取ag晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl2的质量为bg。
方案二：
称取ag晶体，加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、加热沉淀（控制温度约为120℃）至质量不再减轻为止，称量所得固体的质量为bg。
则上述两种实验方案中，不合理的是________，原因是
________________________________________________________________________。
依据合理方案计算得x＝________（用含a、b的代数式表示）。
1．选择：
包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。
仪器的选择包括发生装置（几种基本类型）、净化装置（除杂质的试剂和顺序）、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物质聚集状态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。
2．评价：
对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。
要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
3．最佳方案的选择：
所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格
低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。
实验方案设计与评价的常见题型,
（1）利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器，叙述现象并说明理由。
（2）利用给出的实验装置和反应条件，要求根据实验现象和物质的性质判断物质并书写化学反应方程式。
（3）利用限定的仪器装置、药品，融气体制备、除杂、集气及设计操作程序、仪器连接、定量计算于一体，考查学生实验设计、实验操作和数据处理的能力。
（4）给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。
（5）根据实验目的、实验进行的条件，选取适当药品、仪器（或应用所指定的药品、仪器）完成某次指定的实验操作。
（6）对给出的实验方案做出科学的评估，依据“仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”选择最佳方案。
（7）新情境实验题，运用已有知识解决新情境中的新问题，考查学生灵活运用知识的迁移能力、自学能力、观察能力、实验能力和思维能力。
易错起源3、定量实验的设计
例3．CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。
大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物。
实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。
下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。
完成下列填空：
（1）用浓盐酸配制1∶1（体积比）的稀盐酸（约6mol·L－1），应选用的仪器是________。
a．烧杯b．玻璃棒
c．量筒d．容量瓶
（2）上述
装置中，A是________溶液，NaHCO3溶液可以吸收_____________________________。
（3）上述装置中，B物质是________。
用这个实验得到的气体测定CO2的分子量，如果B物质失效，测定结果________（填“偏高”、“偏低”或“不受影响”）。
（4）一次性饭盒中石蜡（高级烷烃）和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：
剪碎、称重―→浸泡溶解―→过滤―→残渣烘干―→冷却、称重―→恒重
为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是_________________________。
a．氯化钠溶液b．稀醋酸
c．稀硫酸d．正己烷
（5）在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出________，后溶出________。
（6）上述测定实验中，连续________，说明样品已经恒重。
【答案】
（1）abc
（2）CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液 HCl气体或酸性气体
（3）无水CaCl2 偏低 （4）bd
（5）石蜡 CaCO3 （6）两次称量的结果相差不超过（或小于）0.001g
1．设计定量实验的基本思路
2．中学化学实验测定可测量的基本方法
3．以“中和热的测定”为例具体运用
目的量
酸碱稀溶液中和反应生成1molH2O时，放出的热量ΔH
化学反应原理
酸碱中和放出的热量可由公式求出：
ΔH＝（m酸＋m碱）·c·（t2－t1）
可测量
m酸、m碱、中和前酸和碱的温度、中和反应时的最高温度
仪器和装置
大小烧杯、温度计、量筒、泡沫塑料等
求得最终的目的量
ΔH
（1）在选择仪器和试剂时，一定要考虑实验室中常见的试剂和仪器；,
（2）测定“可测量”的方法一定要常规、可行；,（3）误差分析时先分析“可测量”偏大还是偏小，再根据实验原理分析目的量的偏差结果。
1．下述实验能达到预期目的的是（ ）
编号
实验内容
实验目的
A
将SO2通入酸性KMnO4溶液中
证明SO2的水溶液具有弱酸性
B
向少量火柴头的浸泡液中滴加AgNO3、稀HNO3和NaNO2
验证火柴头含有氯元素
C
在淀粉－KI溶液中滴加少量市售食盐配制的溶液
真假碘盐的鉴别
D
在少量Fe（NO3）2试样加水溶解的溶液中，滴加稀H2SO4酸化，再滴加KSCN溶液
检验Fe（NO3）2试样是否变质
2．中学化学教材中有大量数据，下列是某同学对数据的利用情况，其中正确的是（ ）
A．利用焓变的数据或熵变的数据一定都能单独判断反应是否能自发进行
B．利用沸点数据推测将一些液体混合物分离开来的可能性
C．利用反应热数据的大小判断不同反应的反应速率的大小
D．利用溶液的pH与7的大小关系，来判断任何温度下溶液的酸碱性
3．下列实验方案可行的是（ ）
A．检验溶液中是否有SO42－时，加入BaCl2溶液，再加稀硝酸，观察沉淀是否消失
B．将乙醇与浓硫酸共热制得的气体通入酸性KMnO4溶液中，检验气体中是否含有乙烯
C．选用25mL碱式滴定管量取14.80mL1mol·L－1NaOH溶液
D．检验
溶液中是否含有CO32－时，加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水
4．某研究性学习小组在网上收集到如下信息：
Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。
他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：
【实验】制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。
（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是________。
a．边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止
b．将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中
c．制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热
d．银氨溶液具有较弱的氧化性
e．在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大
【
提出假设】
假设1：
Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag。
假设2：
Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3－能氧化Ag。
【设计实验方案，验证假设】
（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2＋，验证了假设1成立。
请写出Fe3＋氧化Ag的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容
（提示：
NO3－在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。
实验步骤（不要求写具体操作过程）
预期现象和结论
①
②
……
若银镜消失，假设2成立。
若银镜不消失，假设2不成立。
【思考与交流】
（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立，则丙同学由此得出结论：
Fe（NO3）3溶液中的Fe3＋和NO3－都氧化了Ag
。
你是否同意丙同学的结论，并简述理由：
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