专题六 实验的设计与评价

专题六实验的设计与评价第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六专题六实验的设计与评价第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六考点一实验方案的设计实验设计题的难度较大、综合性较强。解答这类题时，一般需要学生很好地掌握实验操作的基本知识，掌握操作的原理和实验的一般步骤，具备较好的元素化合物知识，熟悉常见物质的一些性质及其制备原理、变化规律等，要全面了解实验方案设计考查的内容、基本要求和思路方法。1．主要考查类型(1)制备型实验设计；(2)性质型实验设计；(3)验证型实验设计；(4)开放型实验设计。2．实验方案设计原则(1)科学性：实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、合理。(2)可行性：设计的实验方案要切实可行，所用药品、仪器、装置安全可靠。(3)安全性：实验操作要尽量避免带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触。若无法避免有毒物质，则应采取防范措施，以防造成环境污染和人身伤害。(4)简约性：实验方案设计要求操作简便、装置简单、实验现象明显。第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六3．解题思路和方法(1)明确目的原理——明确实验的目的要求，弄清题给信息。(2)选择仪器药品——选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置步骤——设计出合理的实验装置和实验操作步骤。(4)记录现象和数据——全面、及时而又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、推理等处理，得出正确的结论。第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六考点二实验方案的评价实验方案的评价包括实验原理及方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价等。解答此类题目应注意的问题1．明确评价的内容(1)科学性：反应能否发生，即方案在理论上是否科学、合理、严密；(2)简约性：操作是否简便易行、优化，反应条件是否易达到；(3)可行性：所有原料是否常见、易得、廉价；(4)安全性：操作是否安全可靠；(5)注意环保：反应过程是否节能与环保；(6)要有创意：操作更简单，实验误差更小。2．熟悉解题的一般步骤明确目的→确定实验原理→评价实验方案的优劣(或可行性)→提出改进建议(依题意解答)。第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六考点三解题方法技巧点拨实验的考查在中考中的地位越来越高，通过实验可以考查学生的科学素养和探究能力。由于实验具体内容的确定性，现在的中考就注重了实验方案的设计和评价，猜想是否合理，方案设计是否节约、环保，实验态度是否端正，思维是否具有逻辑性。这样就使得实验题的综合性增强，新颖性增大。解答此类题首先应具备扎实的实验操作的基本知识，懂得操作的一般步骤和原理，熟悉相关物质的性质、制备原理和变化规律。同时读懂题，明确实验目的，充分利用题中所给信息(如装置、药品、题干中描述的目的等)，分析题意做出相关的猜想(假设)，提出问题，设计实验的程序，再分析现象得出相关的结论。解答实验题还应具备整体、全局意识，即审题时要先统观全局。第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六例1(2012·山西)下列实验方案能达到目的的是(

)第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解析：此题考查实验方案的设计。A中铜片上的白磷燃烧，而红磷不燃烧，据此不能得出燃烧需要与氧气接触这一条件；B中只能说明铁钉在与水和氧气接触时生锈，只与水接触时不生锈，由此并不能得出铁生锈的条件是氧气和水共同存在，要证明这一点，还需要补充铁钉只与氧气接触观察能否生锈的实验；C中一般情况下，反应物浓度越大，反应速率越快，因此，10%的H2O2溶液应比5%的H2O2溶液分解速率快，但事实上加了MnO2的5%的H2O2溶液分解速率更快，从而证明了MnO2对反应速率的影响；D中两个实验所用的溶质和溶剂都不同，不能探究影响溶解性的因素。答案：C方法总结

解答本题关键是要知道哪些实验因素影响实验的设计，然后采用控制变量法进行分析即可得出答案。第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六例2(2012·梅州)现有银、铜、铁三种金属，某研究小组的同学为探究银、铜、铁的金属活动性顺序，设计了三个实验：Ⅰ.将铁片浸入稀硫酸中；Ⅱ.将银片浸入稀硫酸中；Ⅲ.将铁片浸入硫酸铜溶液中。(1)实验Ⅰ的现象是：有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色。反应的化学方程式为____________________________________________________________________________________；反应产生的气体可用____________的方法检验。(2)上述三个实验还不能完全证明三种金属的活动性顺序，请你补充一个实验来达到实验目的(写出实验操作和现象)_________________________________________________________________________________。根据以上探究，三种金属的活动性由强到弱的顺序是____________。(3)将银、铜、铁中的两种金属分别放入________溶液中，即可验证这三种金属的活动性强弱。第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

(4)将铜片加热，铜片表面变黑。同学们设计如下实验证明此黑色物质是氧化铜。①实验操作②实验现象剪下一片变黑的铜片，放入试管中，加入足量的__________溶液铜片表面的黑色物质全部消失，露出红色的铜，溶液变为__________色第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解析：(1)氢气能够燃烧并发出淡蓝色火焰，所以用点燃法进行检验即可。(2)将铁片浸入稀硫酸中能产生氢气，说明铁排在氢的前面，将银片浸入稀硫酸中，不反应说明银排在氢的后面；将铁片浸入硫酸铜溶液中铁的表面有红色固体析出，说明铁比铜活泼，但铜和银不能比较，所以将铜丝浸入硝酸银的溶液中，铜的表面有银白色固体析出，说明铜比银活泼。(3)金属与盐反应说明金属排在盐中金属的前面，金属与盐不反应说明金属排在盐中金属的后面，所以加入的盐溶液应该位于两种金属之间；由于铜在中间，所以两种金属放到硫酸铜溶液中即可。(4)氧化铜能与稀硫酸反应生成硫酸铜和水，硫酸铜溶液是蓝色的，所以加入稀硫酸：如果铜片表面的黑色物质全部消失，露出红色的铜，溶液变为蓝色，说明是黑色物质是氧化铜。答案：(1)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑点燃(2)将铜片浸入硝酸银溶液中，过一会取出，铜片表面有银白色物质析出(合理答案均可)

Fe＞Cu＞Ag

(3)CuSO4[或CuCl2、Cu(NO3)2等]

(4)①稀硫酸(或稀盐酸)②蓝方法总结设计实验证明三种金属的活动性顺序时，可采用“中间金属两边盐”或“两边金属中间盐”的方法。第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六例3(2012·自贡)图示四种途径都可以得到氧气：(1)写出实验室中通过甲、乙两种途径制取氧气的化学方程式：甲______________________________________________________________________；乙________________________________________________________________________。(2)“绿色化学”是21世纪化学科学发展的重要方向之一。你认为在中学化学实验室中，甲、乙、丙三种制取氧气的途径中，________(填“甲”或“丙”)途径更体现化学实验的绿色化追求。第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六专题训练第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六一、选择题(每小题4分，共20分)1．(2012·株洲)下列实验的实验现象与实验结论都正确的是(

)第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解析：未打磨的铝条表面有氧化铝，因为氧化铝与硫酸铜溶液不反应，因此无变化；将带火星的木条伸入氧气中，木条复燃，说明氧气能支持燃烧，即氧气具有助燃性；将CO通过灼热的氧化铜，黑色氧化铜变成红色，说明CO具有还原性；将氢氧化钠固体加入水中，溶液温度升高，说明氢氧化钠溶于水放热，但是没有发生化学反应。答案：B第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解析：把干冷的烧杯罩在蜡烛火焰上方，收集到水雾，只能验证蜡烛中含有氢元素，氧元素有可能来自空气中的氧气，故B错误。答案：B第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六3．(2012·厦门)下列依据实验目的所设计的实验过程，不合理的是(

)解析：除去氢氧化钠溶液中的氢氧化钙，加入过量的纯碱溶液，充分反应后过滤可以把氢氧化钙除去，但过量的碳酸钠会成为新的杂质，故A不合理。答案：A实验目的实验设计A除去氢氧化钠溶液中的氢氧化钙加入过量的纯碱溶液，充分反应后过滤B区别炭粉和氧化铜粉末取样后，分别在空气中灼烧C区别硬水和软水取样后，分别加入肥皂水，振荡D除去氯化钙溶液中的盐酸加入过量的碳酸钙，充分反应后过滤第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六4．(2012·天宁)下列实验方案不可行的是(

)A．用闻气味的方法区别酒精、氨水和白醋B．用酚酞试液区分氢氧化钠溶液、稀盐酸和稀硝酸C．用灼烧闻气味的方法区分聚乙烯和聚氯乙烯D．用加水溶解的方法区分NaOH、CaCO3、CuSO4、NH4NO3四种白色固体解析：酚酞试液遇氢氧化钠溶液变红、遇稀盐酸和稀硝酸都不变色，不能区分，故不可行。答案：B第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六5．(2012·广州)下列各组对比实验，能达到实验目的的是(

)第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

解析：A中盐酸的质量分数不同，实验①和②有两个变量，A方案不可行；B中紫色石蕊试液都变红色，B方案不可行；D中实验①白磷缺少氧气不燃烧，实验②白磷达不到着火点也不燃烧，D方案不可行。答案：C第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六二、实验题(共80分)6．(36分)(2012·成都)某品牌纯碱中含有少量氯化钠。某化学探究小组为了测定该纯碱的纯度(即碳酸钠的质量分数)，组内一同学设计了如下实验：【设计实验方案】实验装置(如图2所示，固定装置略去)：需要测定的实验数据：纯碱样品的质量；实验前后C装置(包含氢氧化钠固体)的质量。第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

(1)A装置中反应的化学方程式是Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。为了保证纯碱样品中的碳酸钠完全反应，其操作是逐滴滴入稀硫酸至不再产生气泡为止。(2)B装置的作用是除去水蒸气；C装置内发生反应的化学方程式是2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。

(3)补充D装置(简要叙述或画出装置示意图)。【交流与表达】(4)有同学认为图2所示实验装置会造成测得纯碱的纯度偏低，原因是A、B装置中残留的CO2气体未被装置C中的NaOH完全吸收。第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

(5)为了克服图2装置的不足，有同学提出，还应增加图1装置与A装置连接(A装置中原双孔橡胶塞换成三孔橡胶塞)，在反应前、后用图1装置分两次缓缓鼓入空气。①反应前，断开B、C装置之间的连接，用图1装置鼓入空气的作用是用不含二氧化碳的空气排出A、B装置中原有的空气。②反应后，用图1装置鼓入空气的作用是用不含二氧化碳的空气排出残留在A、B装置中的CO2。③在A装置中的反应发生时，开关K处于关闭状态，其原因是避免图1装置吸收反应产生的部分二氧化碳气体。第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六【数据处理】(6)称得纯碱样品的质量为10.8g，实验前、后C装置的总质量分别为75.2g和79.6g，纯碱的纯度为98.1%(计算结果保留小数点后1位)。【反思与评价】(7)能否用稀盐酸代替稀硫酸？同学们经过讨论认为不能，理由是稀盐酸挥发出氯化氢气体被装置C吸收，影响实验测定。(8)改进后的实验装置能减少测定的误差，原因是①反应生成的CO2尽可能被装置C吸收；②避免A、B装置中原有空气中的二氧化碳气体对实验的干扰。第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解析：(1)装置A中是稀硫酸和碳酸钠，反应生成硫酸钠、水和二氧化碳；逐滴滴入稀硫酸，当不再产生气泡时，说明碳酸钠完全反应。(2)装置B用于除去二氧化碳中的水蒸气；装置C中二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水。(3)为了防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C中，影响实验，所以在D处再添加一个类似C装置的装置。(4)A、B装置内的二氧化碳不能全部排出，未被C中的氢氧化钠完全吸收。(5)①用不含二氧化碳的空气排出A、B装置中原有的空气，防止空气中的二氧化碳被C中氢氧化钠吸收，干扰实验数据；②将A、B装置中反应生成的二氧化碳全部排出，被C中的氢氧化钠吸收；③开关K关闭，以防止产生的二氧化碳气体进入图1中被吸收。(6)生成二氧化碳的质量为79.6g－75.2g＝4.4g，由二氧化碳的质量可根据方程式Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，计算出碳酸钠的质量，进而求出纯碱的纯度。(7)因为稀盐酸易挥发出氯化氢气体，被C中氢氧化钠吸收，影响实验测定二氧化碳的数据。(8)避免了A、B装置内原有空气中的二氧化碳被C中氢氧化钠吸收，干扰二氧化碳的测定。第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六7．(22分)某工厂的废水中只含有硫酸镁和少量稀硫酸，课外活动小组以此为课题，探讨如何从中回收纯净的硫酸镁固体，他们设计了两种方案，请你参加讨论。【方案一】选用镁粉作为试剂。进行实验：①往废液中加入镁粉，当观察到无气泡产生时，说明加入的镁粉足够了。②接下来的操作方法依次是过滤和蒸发。【方案二】选用氢氧化钠作为试剂。进行实验：①向废液中逐滴加入氢氧化钠溶液，当观察到不再有白色沉淀产生时停止滴入氢氧化钠。②进行过滤，将得到的氢氧化镁固体洗涤，放入烧杯中逐滴加入稀硫酸至恰好完全反应，将溶液蒸发结晶得到硫酸镁。【反思与评价】比较方案一和方案二，你会选择方案一，理由是操作简便(或反应容易控制)。【拓展与交流】请你继续探究，设计新的方案(使用试剂必须是与镁粉和氢氧化钠属于不同类别的物质)，你所选的试剂是(写化学式)MgCO3(或MgO)(合理即可)。第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六8．(22分)(2012·百色)化学小组同学对酸的性质很感兴趣，向老师提出研究硝酸的性质，老师高兴答应并带领同学们进行了硝酸性质的实验探究。【实验设计】(1)将石蕊试液滴入稀硝酸中，预计石蕊试液由紫色变红色。(2)将Zn片投入稀硝酸中，预计将产生H2，其名称为氢气。【实验验证】同学们按上述设计做了实验，却发现石蕊变色后一会儿即褪去，Zn片投入稀HNO3后，溶液中冒出气泡，产生无色气体A，在试管口气体A变成红棕色、有刺激性气味的气体B。【提出问题】(1)石蕊试液变色后为何会褪色？(2)上述产生的无色气体是什么？硝酸具有哪些特性？【查阅资料】看到如此异常的现象，在老师的指导下，同学们上网查到了下列资料：(1)硝酸可与Zn、Cu等多种金属反应生成相应的硝酸盐，但不生成H2。

(2)氮元素某些气态物质的物理性质NH3N2NONO2颜色无色无色无色红棕色溶解性极易溶于水不溶于水不溶于水可溶于水或硝酸第三