鲁科版高考化学二轮整合专题15实验方案的设计与评价（学案）（学生版）

专题十五实验方案的设计与评价

学习目标：

1、了解控制实验条件的方法。

2、能根据实验要求设计、评价或改进实验方案。

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。

5、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。

学习重难点：

设计、评价或改进实验方案。

运用以实验和推理为基础的科学探究方法解决有关问题。

自主学习：

考点一：化学实验原理的探究及反应条件的控制

【知识梳理】

（一）“原理探究〃型实验方案的设计

控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质

变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中的变化所产生的影响,

有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。常涉及的题型有：（1）外因（、、等）对化

学反应速率、化学平衡的影响；（2）物质性质的递变规律。

1.变量探究实验题的解题策略

解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变对研究对象的影响规律。注意：选

择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。

思路总结

无关变量―应变量〕

空白实验：实验变量实

（对照组）对照分析验

设计实验：操纵实验结

控制无关1论

（实验组）变量变量变量.

2.规律探究实验题的解题策略

物质性质递变规律的探究也是中学化学实验探究的一个重:要内容。研究同周期、同主族元素性质的递变规

律，物质的氧化还原反应（如置换反应）规律，物质的酸（碱）性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开

展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。

解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：

Q）同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、作金属性的强弱实验来完成，如

通过让金属单质与相同浓度的酸反应产生H2的速率来判断金属单质的还原性强弱，推断元

素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。

（2）物质的酸（碱）性强弱的判断。

⑶钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与接触、所接触的电解质溶液的

度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。

（二）猜想型实验题的思维流程

【题组集训】

题组一原理探究型

1.如下图所示，比较不同浓度的硫代硫酸钠溶液和同浓度的硫酸反应的速率大小的实验中，锥形瓶瓶底

衬有画了“十”字的白纸，先向瓶内加入硫代硫酸钠溶液，再加入硫酸溶液v需记录反应所需的时间，正确

的记时方法是（）

Na2s2O3溶液的酸化

A.加入硫代硫酸钠溶液后即开始记时，瓶中出现浑浊现象时记时结束

B.加入硫代硫酸钠酸溶液后即开始记时，加入硫酸溶液后记时结束

C.加入硫酸溶液后即开始记时，瓶中出现浑浊现象记时结束

D.加入硫酸溶液后即开始记时，至看不到瓶底”十〃字记时结束

2.比较MnO2和CuO对H2O2分解反应的催化能力大小的实验中，若催化剂的质量均控制在0.1g,6%的

H2O2溶液均取5mL,可选择的实验装置是（）

CD

3.（1）醇氧化成醛的反应是药物、香料合成中的重要反应之一。某科研小组研究了杷催化剂在氧气气氛中

对一系列醇氧化成醛反应的催化效果，反应条件：K2CO3、363K、甲苯（溶剂）。实验结果如下：

02/10

CHOCHOH

醇<^^^CH2OH3-^^^^2

反应时间/h2.52.5

醛的产率/%9596

醇

ci—OHCH2OH

反应时间/h2.53.0

醛的产率/%9495

IICCHOH

醇3-^^^^2ZCH?OH

反应时间/h3.015.0

醛的产率/%9240

分析表中数据，得到把催化剂催化效果的主要结论是

______________________________________________________________(写出2条)。

(2)CuCI2的稀溶液呈蓝色，而浓溶液呈黄绿色，有人认为这是因为溶液中存在着下列平衡：

加田20)4]2+(蓝色)+4(：1—^=<uCI4]2一(黄绿色)+4H2O

请你设计一个实验进行验证__________________________________________________________

题独二猜想验证型

4.某研究小组将纯净的S02气体通入O.lmokL-l的Ba(NO3)2溶液中,得到了BaSO4沉淀。为探究上述

溶液中何种微粒能氧化通入的S02,该小组提出了如下假设：

假设一：溶液中的NO"

假设二：溶液中溶解的02

⑴验证假设一

该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象

实验步骤实验现象结论

实验1：在盛有不含02的25mLO.lmol-L-1BaCI2溶液

的烧杯中，缓慢通入纯净的S02气体

假设一成立

实验2：在盛有不含02的25mLO.lmol-L-1Ba(NO3)2溶

液的烧杯中，缓慢通入纯净的S02气体

(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入S02体积的变化曲线如下图。

实验]中溶液pH变小的原因是:VI时，实验

2中溶液pH小丁实验1的原因是(用离子方程式表示)

⑶验证假设二

请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。

实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）：

⑷若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的02和KN03,氧化相同的H2s03溶液（溶液体

积变化忽略不计），充分反应后两溶液的pH前者（填"大于〃或"小于〃）后者，理由是

考点二：评价型实验题

【知识精讲】

评价型实验题包括的题型很多，其中比较典型的有物质性质探究型、组成成分探究型、物质制备和应用探

究型等，该类试题一般以实验装置图的形式给出实验的流程，其实验流程与考查内容一般为

1.气体制备装置的选择及注意事项

装置选择注意事项

①试管口应稍倾斜，防

止

固体与固体

;②铁夹应夹在距试管口

加热装置

约处：③胶塞中的导管伸入试管里面

不能太长，否则会阻碍气体的导出

①块状固体与液体在常温下反应制备气

体时可用，如图甲，当制取

气体的量不多时，也可采用简易装置，

固体与液体如图乙；②装置乙、丁、戊、己中长颈

不加热装置漏斗的下端应伸入以下，否则起不

到的作用；③加入的液体反应物（如

酸）要适当；④粉末状固体与液体反应或

产物为糊状物时常采用装置丙

①先把固体药品加入烧瓶中，然后滴加

液体药品，要注意液体滴加的速度，保

证产气速率平稳，易于收集；②若使用

固体与液体？分液漏斗，则需要在滴液的过程中，

液体与液体?漏斗活塞，以保证；

加热装置③分液漏斗中的液体滴完后，要漏

斗活塞，防止；④装置

乙中的温度计必须插在中；⑤烧

瓶加热需要垫

2.气体的干燥方法与干燥装置

①不减原则：即通过干燥操作之后，目标

气体干燥选择干燥剂

气体的最不能减少；②不反应原则：干燥

气体的干的原则

剂与目标气体反应

燥方法

酸性干可以干燥H2、02、N2、CO2、CO、CI2、

燥剂HCkS02、CH4和C2H4等气体

04/10

碱性干主要用于干燥NH3,但也可干燥H2、02.

燥剂N2、C0和CH4等

中性二可以干燥H2、02、N2、82、CI2、HCI和

燥剂H2s等，但不能干燥NH3

盛装态干燥剂，用于干燥气体；也可以

盛装其他试剂，用来对酸性或中性气

WI充气瓶体进行除杂

气体的干盛装碱石灰和CaCI2等干燥剂

燥装置

(

甲装置可以盛装液体干燥剂或固体干燥

甲乙丙剂，乙和丙装置只能盛装固体干燥剂

U形干燥管

3.气体的收集装置及方法

处

X

、।①难溶或微溶于水,且与水不发生化学反应的气

排水法体，都可用收集；②用排水集气法收

望集气体时，导管不伸入试管（或集气瓶）

①气体可用向上排空气法收集：

气体I玻②用排空气法收集气体时,导管一定要伸入集气

一片

向上排空T瓶（或试管），目的是把集气瓶（或试管）中的

气法空气尽量排出;③为防止外界空气向集气瓶内扩

X-散,集气瓶口可盖上毛玻璃片，若用试管收集时，

可在试管口塞上一小团疏松的棉花

向下排空气体可用向下排空气法收集，如

气法pH2、NH3和CH4等气体

锦花

气体

排特殊溶①氯气可用排的方法收集;②二氧化

液法碳可用排的方法收集

4.常见尾气处理装置及方法

处理方法液体吸收法点燃法收集法

丁＞气球

处理装置111

ABCm

装置A适用于吸收溶解度小

的气体,如CI2、C02等；装CH4>CH2===CH2、

适用气体8、NH3、H2s等

置B、C可吸收溶解度大的气H2、8等

体，如HQ、HBr、NH3等

【题组集训】

题组一物质制备探究型

1.TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。

实验室利用反应TiO2（s）+CCI4（g）="==TiCI4（g）+CO2（g）,在无水无氧条件下制备TiCI4,实验装置示意图如

下:

有关物质性质如下表:

物质熔点/℃沸点/℃其他

CCI4-2376与TiCI4互溶

TiCI4-25136遇潮湿空气产生白雾

仪器A的名称是。装置E中的试剂是.

反应开始前依次进行如下操作：

组装仪器、、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括：①停止通N2②

熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为（填序号）。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的

名称是0

题组二物质性质探究型

2.某研究小组利用下图装置探究温度对氨气还原Fe2O3的影响（固定装置略）。完成下列填空：

⑴实验时中A有大量紫红色的烟气，则NH4I的分解产物为

（至少填三种），E装置的作用是o

⑵装置B中的反应方程式：,

D装置的作用。

某研究小组按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置C加热，反应产物均为黑色

粉末（纯净物），两组分别用各自的产物进行以下探究实验，完成下列填空：

步骤操作甲组现象乙组现象

1取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡

2取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液变血红色无现象

a向步骤2溶液中滴加新制氯水红色先变深后褪去先变红后也褪色

⑶乙组得到的黑色粉末是0

⑷甲组步骤1中反应的离子方程式为。

⑸乙组步骤3中，溶液变红的原因为。

溶液褪色可能的原因及其验证方法为o

⑹若装置C中Fe2O3反应后的产物是两种氧化物组成的混合物，为研究氧化物的组成，研究小组取样品

7/4g在加热条件下通入氨气，完全反应后，停止加热，反应管中得到铁粉，冷却后，称得质量为5.6g,

则混合物的组成为（填化学式）。

题组三物质成分探究型

3.铜与浓硫酸反应，实验装置如图所示。

06/10

(1)装置A中发生反应的化学方程式为、

反应过程中试管B中的现象是,

试管C的作用是1>

(2)导管D的下端(虚线段)应位于(填“液面上''或"液面下")，导管D的作用有：①实验结束后排除装

置，的S02,②,

实验中发现试管内除了产生白色固体外，在铜丝表面还有黑色固体甲生成，甲中可能含有CuO、Cu2。、CuS、

Cu2So为探究甲的成分，进行了以下的实验。

查阅资料可知：

Cu2O+2HCI===CuCI2+Cu+H2O,2Cu2O+O2===^=4CuOz2CuS+3O2===^=2CuO+2SO2,CU2S

+2021臂=2CuO+SO2。CuS、Cu2s和稀盐酸不反应。

⑶固体乙在空气中煨烧时，使用的实验仪器除了玻璃棒、三脚架、酒精灯外，还必须有:

⑷煨烧过程中，除上述反应外，述可能发生反应的方程式为o

⑸结论：甲中有CuO,还肯定含有的物质是。

题组四反应原理探究型

4.某些资料认为NO、N02不能与Na2O2反应。某小组学生提出质疑，他们从理论上分析过氧化钠和二

氧化氮都有氧化性，根据化合价升降原则提出假设：

假设I.过氧化钠氧化二氧化氮

假设II.二氧化氮氧化过氧化钠

⑴小组甲同学设计实验如下：

①试管A中反应的化学方程式是o

②待试管B中收集满气体，向试管B中加入适量Na2O2粉末，塞紧塞了，轻轻振荡试管内粉末，观察到红

棕色气体迅速消失；再将余烬木条迅速伸进试管内，看见木条复燃。甲同学认为假设H正确；乙同学认为

该装置不能达到实验目的，为达到实验目的，在A、B之间增加一个装置，该装置的作用是

③乙同学用改进后装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红粽色气体迅速消失；余烬木条未复燃。得出

结论：假设I正确。N02和Na2O2反应的方程式是

⑵丙同学认为NO易与02发生反应，应更易被Na2O2氧化。

直阅资料：®2NO+Na2O2===2NaNO2

②6NaNO2+3H2so4===3Na2so4+2HNO3+4NO个+2H2O：

③酸性条件下，NO或N02■都能与Mn04■反应生成N。十和Mn2+

丙司学用下图所示装置(部分夹持装置略)探究NO与Na2O2的反应。

浓HNO。

①B中观察到的主要现象是,

F装置的作用是o

②在反应前，打开弹簧夹，通入一段时间N2,目的是o

③充分反应后，检验D装置中发生反应的实验是。

考点三：定量测定型实验题

【知识精讲】

常见的定量测定型实验题包括混合物成分的测定、物质纯度的测定以及化学式的确定等。该类试题常涉及

物质的称量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的配制等实验操作。实验过程中或问

题解答中要特别注意以下几个问题：

1.气体体积的测量

⑴量气装置的改进

(2)量气时应注意的问题

①量气时应保持装置处于室温状态。

②读数时要特别注意消除“压强差"，保持液面还要注意视线与液面。如上图(D(IV)应使左

侧和右侧的液面高度保持相平。

2.测定实验中要有消除干扰气体的意识

如用“惰性〃气体将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。

3.测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识

如可采取反应结束后继续向装置中通入"惰性〃气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。

4.测定实验中要有“数据〃的采集处理意识

实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称，而液体试剂和气体试剂则测量。

⑴称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到，精确度要求高的实验中可以用分析天平

或电子天平，可精确到0.000lgc

(2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到，准确度要求高的定量实验

如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配

制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积.

⑶气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前

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后的质量减小值；另一种方法是弥吸收装置前后的质量增大值＜

⑷用（测得整数值）或（精确到0.01）直接测出溶液的pH,经过计算可以得到溶液中或

的物质的量浓度。为了数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等,

必要时可以进行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。如中和滴定实验中测量酸或碱的体积要

平行做次滴定，取体枳的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据（指与其他数据有很大差异

的数据）要，因为数据“离群〃的原因可能是操作中出现了较大的误差。

【题组集训】

题组一滴定实验，在定量测定实验中的应用

1.某小组以CoCI2・6H2O、NH4CLH2O2、浓匆;水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X,为确定

具组成，进行如卜实验。

①星的测定：精确称取wgX,加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶

液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用VlmLclmML-1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下

接收瓶,用c2mol-L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCI,到终点时消耗V2mLNaOH溶液。

L水

2.安全管