高考化学创新实验方案的设计和评价

1、高考化学创新实验方案的设计和评价一、化学实验方案的设计1基本原则2基本思路3实验设计的内容(1)明确实验目的、实验原理；(2)选择药品和仪器；(3)设计装置步骤；(4)记录 、实验数据；(5)分析得出结论。实验现象4实验方案的创新设计的几种方法通常化学实验方案的创新性可从以下两个方面考虑：一是 的创新设计，凡是物质间满足“反应容易发生”“速率快慢适当”“产物较纯且易分离”的反应均可用于制备所需产物；二是 的创新设计，根据现有仪器，考虑题给的药品状态、反应条件及仪器用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。实验原理实验装置(1)尾气处理装置的设计：在设计尾气处理装置

2、时，要充分考虑装置是否符合以下几点：能充分吸收气体、不能倒吸、尾气处理装置应与大气相通。如：下列吸收氨气的装置(未标出的液体为水) 均能防止倒吸， 均不能。A、C、E、F、GB、D(2)防污染安全装置设计：如：下列尾气处理装置中，A可吸收 的尾气(如Cl2、SO2等)，B和C装置吸收 的尾气(如HCl、NH3等)，D可用于除去CO等 气体，E可用于收集所有气体。有毒易溶可燃性(3)量气装置的设计：如：下列装置中， 是常规的量气装置， 是改进后的装置，而装置 则不能测量气体体积。AB、C、DE5设计示例设计实验证明氯酸钾中含有氯元素。(1)实验原理： ， 。(2)实验试剂：氯酸钾固体、 、 、稀

3、硝酸。MnO2AgNO3溶液AgCl=AgCl(3)操作步骤：将氯酸钾和MnO2混合共热。冷却至室温，加水充分溶解后， 。取少量滤液于一洁净试管中，加入几滴 ，观察到有白色沉淀生成，证明氯酸钾中含有氯元素。过滤硝酸酸化的AgNO3溶液二、实验方案的评价1化学实验方案的评价角度根据实验原理，通过比较、分析和综合的方法，从以下方面对实验进行科学论证和评判，并能在必要时提出合理的改进意见。(1)化学实验原理。(2)试剂与仪器的选用。(3)实验基本操作及其顺序。(4)实验步骤。2实验评价试题的常见类型(1)评价实验原理。(2)评价实验方法。(3)评价药品、仪器。(4)评价实验现象和结论。1下列实验方案

4、能达到目的的是 ()A除去Fe粉中混有的I2：加热使I2升华B除去NaCl固体中混有的MgCl2：加入KOH溶液后过滤，滤液蒸发结晶C除去碳酸钠中混有的碳酸氢钠：加入过量的氢氧化钠溶液，蒸发结晶D除去氢氧化镁中混有的氢氧化钙：放入水中搅拌成浆状后，加入足量氯化镁溶液，加适量水过滤洗涤答案： D解析：加热时铁粉与I2发生反应生成FeI2，A项不正确；B项中除去镁离子的同时带入K，不正确；C项加入过量NaOH溶液易引入杂质NaOH，D正确。2(2011海口调研)下列实验设计和结论相对应的是 ()A将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中B某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气

5、体水溶液一定显碱性C某无色溶液中滴加Ba(NO3)2溶液，产生白色沉淀，则原溶液中一定有SOD某气体能使澄清石灰水变浑浊，该气体一定是CO2答案： B解析： A项，C在空气中燃烧不能得纯净的CO。B项，AgNO3溶液价格较高，不经济。D项，Fe燃烧后的产物为Fe3O4，不是Fe2O3。答案： C4(2011沈阳四校测试)如图装置可用于收集气体并验证其某些化学性质，你认为正确的是 ()选项气体试剂现象结论ANH3酚酞试液溶液变红色NH3的水溶液显碱性BNO2KI淀粉溶液溶液变蓝NO2有氧化性CX澄清石灰水溶液变浑浊X是CO2DCl2紫色石蕊试液溶液先变红后褪色Cl2有酸性和漂白性解析： NH3极

6、易溶于水，进行检验时，导管不能插入溶液中，否则会造成倒吸；能使澄清石灰水变浑浊的气体除CO2外，还有SO2；Cl2能使紫色的石蕊试液先变红后褪色，是由于Cl2与水反应生成HCl和HClO，其中HCl具有酸性，HClO具有漂白性。答案： B5(2011贵州模拟)某研究性学习小组设计两套实验方案制备氨气并探究其还原性(部分夹持装置已省略)。甲方案：乙方案：根据方案回答下列问题：(一)甲方案：(1)B装置盛装碱石灰，A装置中药品可以是_a氯化铵固体和烧碱b碳酸氢铵固体c氯化铵固体d硫酸铵和熟石灰(2)实验完毕后，设计简单实验检验D试管收集到的物质(简述操作过程、现象和结论)_。(3)写出C中发生反应

7、的化学方程式_。(二)乙方案：(4)A为浓氨水，B为生石灰，简述实验原理：_。E装置里盛装的药品是_。(5)能证明氨气具有还原性的实验现象_(任写两条)。(6)铜有2价、1价、0价，根据氧化还原反应原理，D玻璃管里还原产物除铜外，还可能有_。假设有铜以外的还原产物生成，写出D中发生反应的化学方程式：_。解析：本实验的目的是制备氨气，并探究氨气的还原性。实验流程为：氨气的发生装置氨气干燥装置氨气还原氧化铜检验产物水收集氮气。(1)碳酸氢铵分解生成氨气、二氧化碳和水，用碱石灰吸收二氧化碳和水，能制取纯净的氨气。氯化铵固体分解生成氨气与氯化氢，而氯化氢和氨气在试管口附近遇冷会产生氯化铵，不能制取氨气

8、。综上所述，在四组物质中，选择硫酸铵和熟石灰或碳酸氢铵制氨气较合适。(2)氨气沸点较低，冰水混合物不能使氨气液化，故D试管收集到的是水，不是液氨，未反应的氨气导入水槽，氨气极易溶于水，E试管收集的气体是氮气。(3)氨气与赤热氧化铜反应生成铜、氮气、水。(4)生石灰溶于水放出大量的热，氨气在水中的溶解度随温度的升高而降低，且生石灰与水反应，消耗了水；E中盛装无水硫酸铜，用来检验产物水。考纲展示考点关注(1)能根据试题要求设计、评价或改进实验方案(2)了解控制实验条件的方法(3)能分析或处理实验数据，得出合理结论(1)在物质的制备与性质的联合实验中，考查实验原理和典型装置的设计(2)以物质的制备流

9、程为载体，考查实验方案的设计与评价(3)通过对常见实验的改进，考查学生分析问题、解决问题的能力及思维的灵活性2实验方案设计中的安全问题(1)防爆炸：点燃可燃性气体(如H2、CO、CH4、C2H4)或用CO、H2还原Fe2O3、CuO之前，要检验气体的纯度。(2)防暴沸：配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时，要将密度大的浓硫酸缓慢倒入水中或酒精中；加热液体混合物时要加沸石(或碎瓷片)。(3)防中毒：制取有毒气体(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)时，应在通风橱中进行，且进行尾气处理。(4)防倒吸：加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大的气体(如NH3、HCl)时，要注意熄灯顺序或

10、加装安全瓶。特别提醒 设计实验方案时，需要注意的问题：(1)围绕主要问题思考，例如：选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。(2)注意有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如：制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中的水蒸气进入。例1 (2011北京高考)甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验)。实验操作和现象：操作现象关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热A中

11、有白雾生成，铜片表面产生气泡B中有气泡冒出，产生大量白色沉淀C 中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐消失操作现象打开弹簧夹，通入N2，停止加热，一段时间后关闭从B、C中分别取少量白色沉淀，加稀盐酸均未发现白色沉淀溶解(1)A 中反应的化学方程式是_。(2)C 中白色沉淀是_，该沉淀的生成表明SO2具有_性。(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_。(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。为证实各自的观点，在原实验基础上：甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是_；乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是_。进行实验，B中现象：甲大量白

12、色沉淀乙少量白色沉淀检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因：_。(5)合并(4)中两同学的方案进行实验。B中无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是_。饱和亚硫酸氢钠的洗气瓶D，排除白色酸雾的干扰； 甲、乙两同学的实验中，B中均有不溶于稀盐酸的白色沉淀，说明有硫酸钡沉淀生成，甲是酸雾引起的，乙是氧气引起的，根据甲同学得到的沉淀多，说明酸雾的量远大于装置中氧气的量。合并甲、乙两同学的装置实验，既除去了氧气又除去了酸雾，装置B 中无白色沉淀生成，说明二氧化硫与可溶性钡的强酸盐不能反应生成亚硫酸钡沉淀。11.(2011广东理综)某同学通过系列实验探讨 Mg 及

13、其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是 ()A将水加入浓硫酸中得稀硫酸，置镁片于其中探讨 Mg 的活泼性B将 NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成C将 Mg(OH)2 浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤， 洗涤并收集沉淀D将Mg(OH)2 沉淀转入表面皿中，加足量稀盐酸，加 热蒸干得无水MgCl2固体 解析：本题考查化学实验基本操作，意在考查考生对化学实验基本操作的熟练运用能力以及对实验的简单设计与评价能力。浓硫酸稀释时，应将浓硫酸沿玻璃棒缓慢加入水中以防止液滴飞溅，A项错误；将NaOH溶液与MgSO4 溶液混合即可得到Mg(OH)2沉淀，B项正确；过滤时，应使

14、用玻璃棒引流，C项错误；对MgCl2溶液直接加热，Mg2易水解，不能得到MgCl2固体，D项错误。答案：B12.现有一工业纯碱样品(含少量氯化钠等不与酸反应的杂质)，用如图装置测定样品中碳酸钠的质量分数，其中正确的是 ()解析：实验目的可知想通过排出液体体积计算样品中碳酸钠的质量分数，而装置A、B由于进气管长，出水管短，不能排出液体；D项广口瓶中的液体Na2CO3溶液可与CO2反应，导致排出液体体积变小使实验不准确。答案：C13.(2011山东高考)某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2S

15、O3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于_。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)。仪器自选。供选择的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。解析：该实验设计的错误在于二者的饱和溶液的物质的量浓度不同，可以利用反应：SO2NaHCO3=CO2NaHSO3，或比较同浓度的NaHCO3溶液和NaHSO3溶液的碱性等验证H2SO3的酸性强于H2CO3。答案：用于比较pH的两种酸的物质的量浓度不相等三种参考方案如下：方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO3

16、和NaHCO3溶液，用酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH，前者的pH小于后者，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2SO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水，品红溶液不褪色，且澄清石灰水变浑浊，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或 Na2SO3)溶液、品红溶液，品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO31从可行性方面对实验方案做出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到

17、可控易行。评价时，从以下5个方面分析：(1)实验原理是否正确、可行；(2)实验操作是否安全、合理；(3)实验步骤是否简单、方便；(4)实验装置的选择与连接顺序是否合理；(5)实验现象及效果是否明显等。2从“绿色化学”视角对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：(1)反应原料是否易得、安全、无毒；(2)反应速率是否较快；(3)原料利用率以及合成物的产率是否较高；(4)合成过程中是否造成环境污染。3从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角

18、度常考虑的主要因素如下：(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；(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”，白磷切割要在水中等)；(4)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)；(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(导出时可为蒸气)的及时冷却。例2(2011莆田高三质检)硫酸工业尾气中二氧化硫的含量超过0.05%(体积分数

19、)时需经处理后才能排放。某校兴趣小组欲测定硫酸工业尾气中二氧化硫的含量，采用以下方案：甲方案：如下图所示，图中气体流量计B用于准确测量通过尾气的体积。将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定SO2的含量。当洗气瓶C中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞A。(1)洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，可以提高实验的准确度，其理由是：_。(2)洗气瓶C中的溶液可以用其他试剂替代，请你举出一种：_。(3)洗气瓶C中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞A，测得的SO2含量_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。 乙方案：实验步骤如下面流程图所示：(4)写出步骤中反应的化学方程式_。(5)步骤中洗涤沉淀的方法是_。(

20、6)通过的尾气体积为V L(已换算成标准状况)时，该尾气中二氧化硫的含量(体积分数)为_(用含有V、m的代数式表示)。丙方案：将乙方案中步骤省略，直接将尾气通入过量Ba(OH)2溶液中，其余步骤与乙方案相同。(7)你认为丙方案是否合理，说明理由：_。解析 (1)甲方案利用的原理为：SO2I22H2O=H2SO42HI，洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，可以增大SO2与碘水的接触面积，使SO2和碘水充分反应。(2)洗气瓶C中的溶液还可以用酸性高锰酸钾溶液、溴水等代替。(3)洗气瓶C中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞A，则通入尾气的体积增大，因此SO2含量偏低。(4)乙方案利用的原理为：SO2

21、H2O2=H2SO4，H2SO4Ba(OH)2=BaSO42H2O。步骤中反应的化学方程式为：H2SO4Ba(OH)2=BaSO42H2O。探规寻律对实验方案的合理与否，严密与否作出判断要从“合理选择、排除干扰、操作准确”等方面入手。“合理选择”是指仪器、药品、连接方式的选择；“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的除去等；“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能与使用方法和化学实验的操作方法等。21.下列符合化学实验“绿色化学”的有 ()在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水在铜与浓硫酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝将实验室的废酸

22、液与废碱液中和后再排放ABC D答案：D解析：此题对中学化学教学有很好的导向作用，要求学生在实验中探究更合理的实验方案。溴水有挥发性，溴蒸气有毒，利用铜丝可控制反应、同时反应速率快一些，酸液对环境有腐蚀性，故应中和后排放。三组实验都有绿色化学思想。答案： A解析：C、D项Cl2与H2光照时发生爆炸，不能用此法制HCl；B比A步骤多，原料利用率低；所以最合理的生产途径是A。23.某无色混合气体中可能含有乙烯、二氧化碳、二氧化硫和氧气，为确定其中一定含有二氧化碳、二氧化硫，甲、乙、丙3位同学分别设计了下述实验方案，并都认为：如果观察到的现象与自己设计的方案一样，就可确认无色气体中一定含有二氧化碳和二氧化硫。试用简要语言评价上述各实验