2022届高考化学二轮复习（湖南专版）·实验设计与评价

1第20课时实验设计与评价21．根据实验试题要求，运用化学知识设计一些基本实验。2．能绘制和识别典型的实验仪器装置图。3．化学实验的各部分知识与技能的综合应用。3一、实验设计的基本要求1．科学性，所谓科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。例如，鉴别Na2SO3和NaI，在试剂的选择上就不宜选用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的设计上，应取少量固体先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入试剂，而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂。2．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。43．可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。4．简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。5二、化学实验方案设计的基本思路1．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。2．选择仪器药品：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范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。63．设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，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。4．记录现象数据：根据观察、全面准确地记录实验过程中的现象和数据。5．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，得出正确的结论。7三、化学探究性实验方案的设计其基本模式为：实验课题→实验假设→实验方案→实验结论

探究在设计时，首先要对题目中给出的信息进行处理，弄清是对实验的哪一方面进行探究，然后深入分析实验，依据题目中提出的实验假设或自行提出的实验假设，合理运用化学知识，巧妙设计实验方案，通过实验现象的客观事实对实验进行探究性验证。81．化学实验设计的要求(1)原理正确；(2)方法简单；(3)操作方便；(4)现象明显；(5)产率高；(6)误差小；(7)安全防污。2．化学实验设计程序(1)

根据实验的目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品；(2)

根据实验的特点，设计实验装置，画出实验装置图；(3)

根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项；(4)

实验结束后应写出完整的实验报告。91．完成性质实验方案设计的基础：四、物质性质实验方案的设计(1)无机物质的性质：与原子结构和物质的分类有关(2)有机物质的性质：与官能团的种类和基团之间的相互影响有关10分析结构→对比回顾相关知识→预测性质→拟订方案分子结构同系物稳定性原子结构元素周期表酸、碱性氧化性、还原性

官能团反应2．性质实验方案设计的一般思路：11五、实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生的分析问题和解决问题的能力。(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。12(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、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。13注意：

实验评价问题是高考题经常考查的一类综合性实验试题，可以很好的考查学生分析问题和解决问题的能力。在比较几个实验方案及选择合理装置时，首先要明确实验原理和实验目的，体会各方案设计是否合理，确定不合理方案的原因。认真对比各方案、各装置的异同，重点分析其中的不同之处，体会在不同之处哪个方案、装置更合理有效。经过对不同之处逐一分析，选择各方案中的优点，重新组合可以得到最佳方案。14【例1】含有酚酞的氢氧化钠的溶液中，滴加新制氯水，边滴边振荡，直到红色褪去。对于红色消失的原因，甲同学认为是氯气与水反应生成的HCl和HClO中和了NaOH所致；乙同学认为是氯气与水反应生成的HClO具有强氧化性使红色酚酞变成了无色的物质。设计实验证明甲或乙的正确性。一、无机性质实验的设计与评价15【解析】如果红色消失的原因是因为酸碱中和，则红色可能重现，如果红色消失的原因是因为被氧化，则红色不可能重现。答案：向上述刚好褪色的溶液中再滴入一些NaOH溶液，若红色重现，则是因为HCl和HClO的酸性所致；若红色不再重现，则是因为HClO的强氧化性所致。16【例2】某同学做同周期元素性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象如下表。二、实验报告的书写及元素性质递变规律实验方案的设计实验方案实验现象①用砂纸擦后的镁带与沸水反应，再向反应液中滴加酚酞A.浮于水面，熔成小球，在水面上无定向移动，随之消失，溶液变成红色②向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水B.产生大量气体，可在空气中燃烧，溶液变成浅红色17实验方案实验现象③钠与滴有酚酞试液的冷水反应C.反应不十分强烈，产生的气体可以在空气中燃烧④镁带与2mol·L-1的盐酸反应D.剧烈反应，产生的气体可以在空气中燃烧⑤铝条与2mol·L-1的盐酸反应E.生成白色胶状沉淀，继而沉淀消失⑥向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液F.生成淡黄色沉淀18请你帮助该同学整理并完成实验报告。(1)实验目的：__________________________。(2)实验用品：仪器___________________________________；药品___________________________________。19(3)实验内容：(*填写题给信息表中的序号)实验方案*实验现象*有关化学方程式(4)实验结论：___________________________________。(5)请从结构理论上简单说明具有上述结论的原因。(6)请你补充一组实验方案(简单易行)，证明此周期中另外两种元素的性质递变规律。20【解析】(1)先分析每个实验可得出的结论：通过实验①可得出镁跟水反应的难易、氢氧化镁的碱性强弱；通过实验②可得出Cl2能从H2S中置换出S；实验③钠跟水反应的难易、氢氧化钠的碱性强弱；实验④、⑤分别可得出镁、铝跟盐酸置换反应的难易；实验⑥可得出氢氧化铝是一种两性氢氧化物。把上述分析结果连成一个整体来看，可发现这6个实验都是研究第三周期元素的单质和化合物的性质，从中可定性地比较出钠、镁、铝三种元素的金属性强弱，氯、硫两种元素的非金属性强弱。所以，这一套实验的目的是“验证第三周期元素从左至右金属性递减、非金属性递增的规律。”21(2)

联想每个实验的过程可知，这些实验中要用的仪器有：试管，酒精灯，砂纸，镊子，小刀，胶头滴管等。要用到的药品有：镁条，钠，铝条，新制氯水，新制饱和硫化氢溶液，2mol·L-1的盐酸，2mol·L-1的NaOH溶液，蒸馏水，酚酞，2mol·L-1的AlCl3溶液。22(3)根据元素周期表第三周期元素的排列顺序，作了有序地研究，可确定实验操作顺序和相关的实验现象等(如下表)。实验方案实验现象有关化学方程式③A2Na+2H2O2NaOH+H2↑①BMg+2H2OMg(OH)2+H2↑④DMg+2HClMgCl2+H2↑⑤C2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑⑥EAlCl3+3NaOHAl(OH)3↓+3NaClAl(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O②FNa2S+Cl22NaCl+S↓23(4)金属性：Na>Mg>Al；非金属性：S<Cl。(5)Na、Mg、Al、S、Cl，原子核外都有三个电子层，但最外层电子数依次为1、2、3、6、7，原子半径随电子数增多而减小，所以核对最外层电子的吸引力依次增强，原子失电子能力减弱，得电子能力增强。24(6)第三周期还有磷、硅两种元素，要完整的比较出这些元素的金属性和非金属性，必须要补充实验。联系到元素最高价含氧酸的酸性与元素非金属性的关系，可以比较硅酸、磷酸、硫酸的酸性强弱来比较Si、P、S元素的非金属性强弱。在中学化学知识范围内可设计出下列三种方案：25方案一：测定0.1mol·L-1的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4的pH，由此判断三种盐溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三种最高价含氧酸的酸性强弱顺序，进而得出硅、磷、硫三元素非金属强弱顺序。方案二：测定相同浓度的硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。方案三：在硅酸钠溶液中滴加磷酸溶液，可发生反应：SiO32-+H3PO4H2SiO3↓+HPO42-。在磷酸镁沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解：Mg3(PO4)2+4H+3Mg2++2H2PO4-。答案：见解析26【例3】

(2011·福建)化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行以下探究：查得资料：该牙膏摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成；牙膏中其他成分遇到盐酸时无气体产生。Ⅰ.摩擦剂中氢氧化铝的定性检验取适量牙膏样品，加水充分搅拌、过滤。(1)往滤渣中加入过量NaOH溶液，过滤。氢氧化铝与NaOH溶液反应的离子方程式是_______________。(2)往(1)所得滤液中先通入过量二氧化碳，再加入过量稀盐酸。观察到的现象是____________________。三、定量实验方案的分析与评价27【解析】Ⅰ.(1)

Al(OH)3为两性氢氧化物，能溶于强碱NaOH溶液：

Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O。(2)

通入过量CO2时发生反应：AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓＋HCO3－，产生白色沉淀，再加过量盐酸时发生反应：Al(OH)3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O，HCO3－＋H＋＝H2O＋CO2↑，白色沉淀溶解，同时产生气体。答案：Ⅰ.(1)

Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－或Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O(2)

通入CO2气体有白色沉淀生成；加入盐酸有气体产生、沉淀溶解28Ⅱ.牙膏样品中碳酸钙的定量测定利用下图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。29依据实验过程回答下列问题：(3)实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有：_______。(4)C中反应生成BaCO3的化学方程式是__________。(5)下列各项措施中，不能提高测定准确度的是______(填标号)。a．在加入盐酸之前，应排净装置内的CO2气体b．滴加盐酸不宜过快c．在A～B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置d．在B～C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置30(6)实验中准确称取8.00g样品三份，进行三次测定，测得BaCO3平均质量为3.94g。则样品中碳酸钙的质量分数为__________。(7)有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量，只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是__________。31【解析】Ⅱ.(3)从装置图分析可知为保证实验的准确性，应将装置内的空气排尽，防止空气中CO2的干