實驗設計與評價

1、第三節(jié) 化學實驗的探究 與評價1高考實驗試題的特點和趨勢 近年來高考題中連續(xù)出現(xiàn)了一類實驗設計題，這類試題的特點是將基本的實驗操作設計置于新的情境中，結合我們原有的知識和能力，來進行儀器組裝、現(xiàn)象描述、數(shù)據(jù)分析、考慮安全和防污等，用來考查考生自學能力、思維能力、分析綜合及評價的能力。所以，新情境實驗試題將是實驗試題的命題方向。2一、化學實驗方案設計步驟（內容）（1）實驗名稱；（2）實驗目的；（3）實驗原理；（4）實驗用品；（藥品、儀器）（5）實驗步驟；（包括：儀器裝配及操作）（6）實驗現(xiàn)象記錄及結果處理；（7）實驗相關問題和評價。3二、化學實驗設計的基本原則 1.科學性原則 2.安全性原則 3

2、.可行性原則4.簡約性原則（即實驗原理、操作程序和方法必須正確科學）（條件允許，效果明顯，操作正確 ）（裝置簡單、步驟少、藥品用量少、時間短等）（即保護人身、保護環(huán)境、保護儀器等）4實例演練 組裝制備無水氯化銅的反應裝置（氯化銅易發(fā)生潮解）。試按氣流的方向由左至右，寫出使用儀器的順序及實驗所需的藥品，并指出各裝置在實驗中所起的作用。BACD5制備無水氯化銅(易潮解)A濃HClMnO2CCuD6D 飽和 食鹽水濃硫酸DCA濃硫酸D 從實驗安全性原則考慮，該實驗是否還需改進？濃HClMnO27D 飽和 食鹽水濃硫酸DD濃NaOH溶液CA濃硫酸DD完整準確的裝置圖8 （1）實驗操作的順序： a、連接

3、儀器：按發(fā)生除雜干燥主體實驗尾氣處理的順序連接儀器，并注意，“自下而上、自左而右”的順序 b、檢驗氣密性。 c、裝藥品進行實驗操作。 （2）可燃性氣體點燃之前應檢驗氣體純度； （3）加熱和拆卸裝置的安全性； （4）防止倒吸問題。解綜合設計實驗題目應注意的幾個問題9嘗試訓練：利用空氣和鎂粉制取Mg2N310(一)：傳統(tǒng)的制備實驗【例1】下列各組氣體中其制備裝置、收集裝置和收集方法均相同，且都可用濃H2SO4干燥的是()ASO2和H2S BCH4和NH3 CCH4和O2 DCO2和H2C11例：判斷物質在不同溶劑中的溶解性時，有一條經(jīng)驗規(guī)則：“極性分子組成的溶劑易于溶解極性分子組成的溶質；非極性分

4、子組成的溶劑易于溶解非極性分子組成的溶質。”下列裝置中，不適宜用做NH3氣體尾氣吸收的是( )C常見尾氣處理裝置12【例】實驗室可用如圖所示的裝置制取氣體，有關說法正確的是()A實驗室不能用這種裝置來制取氫氣B這種裝置可以不用加熱試管而檢查裝置的氣密性C食鹽跟濃硫酸反應制氯化氫的實驗能用這種裝置D利用這種裝置制取乙炔可以隨制隨停B13（09年廣東化學19）（12分） 某試驗小組利用如下裝置（部分固定裝置略）制備氮化鈣（Ca3N2），并探究其實驗式。（1）按圖連接好實驗裝置。檢查裝置的氣密性，方法是 。（2）反應過程中末端導管必須插入試管A的水中，目的是 。（3）制備氮化鈣的操作步驟是：打開活塞

5、K并通入N2；點燃酒精燈，進行反應；反應結束后， ；拆除裝置，取出產(chǎn)物。（1）關閉活塞K，將末端導管插入試管A的水中，用酒精燈微熱硬質試管，若末端導管有連續(xù)均勻的氣泡冒出，撤去酒精燈冷卻一段時間，在導管內形成一段水柱，并且一段時間不回落，則證明裝置的氣密性良好。（2）防止空氣中的氧氣通過末端導管進入實驗裝置，氧化單質鈣，生成氧化鈣，引入雜質。（3）反應結束后，先熄滅酒精燈，待冷卻后在停止通氮氣。14P/184 例215下圖表示從固體混合物中分離X的2種方案，請回答有關問題。（1）選用方案I時，X應該具有的性質是 ，殘留物應該具有的性質是 ；（2）選用方案從某金屬粉末（含有Au、Ag和Cu）中分

6、離Au，加入的試劑是 ，有關反應的化學方程式為 ；（09年海南化學16）(9分)(二)：性質的探究實驗（1）有揮發(fā)性（或易升華） 受熱不揮發(fā)，且具有較高的熱穩(wěn)定性（2分）（2）HNO3 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O 3Ag4HNO3(稀)=3AgNO3NO2H2O或Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2OAg2HNO3(濃)=AgNO3NO22H2O16（3）為提純某Fe2O3樣品（主要雜質有SiO2、A12O3），參照方案I和，請設計一種以框圖形式表示的實驗方案（注明物質和操作） 。17P/184 變式訓練218（09福建）某研究性小組借助A-D的儀

7、器裝置完成有關實驗【實驗一】收集NO氣體。（1）用裝置A收集NO氣體，正確的操作上 （填序號）。a.從口進氣，用排水法集氣 b.從口進氣，用排氣法集氣c.從口進氣，用排水法集氣 d.從口進氣，用排氣法集氣【實驗二】為了探究鍍鋅薄鐵板上的鋅的質量分數(shù)w(Zn)和鍍層厚度，查詢得知鋅易溶于堿：Zn2NaOH=Na2ZnO3H2據(jù)此，截取面積為S的雙面鍍鋅薄鐵板試樣，剪碎、稱得質量為m1 g。用固體燒堿和水作試劑，擬出下列實驗方案并進行相關實驗。(三)、定量測定實驗C19方案甲：通過測量試樣與堿反應生成的氫氣體積來實現(xiàn)探究木目標。（2）選用B和 （填儀器標號）兩個裝置進行實驗。（3）測得充分反應后生

8、成氫氣的體積為VL（標準狀況）w(Zn)= 某研究性小組借助A-D的儀器裝置完成有關實驗D20（4）金屬鋅的密度（或其他合理答案：）（5）偏大（6） （7）劣于（4）計算鍍層厚度，還需要檢索的一個物理量是 。（5）若裝置B中的恒壓分液漏斗改為普通分液漏斗，測量結果將 （填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。方案乙：通過稱量試樣與堿反應前后的質量實現(xiàn)探究目標。選用儀器C做實驗，試樣經(jīng)充分反應，濾出不溶物、洗滌、烘干，稱得其質量為m2g 。（6）w(Zn)= 。方案丙：通過稱量試樣與堿反應前后儀器、試樣和試劑的總質量（其差值即為H2的質量）實現(xiàn)探究目標。實驗同樣使用儀器C。（7）從實驗誤差角度分析，

9、方案丙 方案乙（填“優(yōu)于”、“劣于”或“等同于”）。21（2009年廣東卷）（12分）-活頁P/348 14三草酸合鐵酸鉀晶體K3 Fe（C3O4 ）33H2O可有于攝影和藍色印刷。某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解,對所得氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物進行實驗和探究。請利用實驗室常用儀器、用品和以下限選試劑完成驗證和探究過程。限選試劑：濃硫酸、10 molL-1HNO3、10 molL-1鹽酸、10 molL-1 NaOH、3% H2O2 、01molL-1KI、01 molL-1CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水,氧化銅、蒸餾水。（1）將氣體產(chǎn)物依次通過澄清石灰水（A）、濃硫酸、灼熱

10、氧化銅（B）、澄清石灰水（C）觀察到A、C中澄清石灰水都變渾濁，B中有紅色固體生成，則氣體產(chǎn)物是 。（2）該小組同學查閱資料后推知，固體產(chǎn)物中，鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K2CO3。驗證固體產(chǎn)物中鉀元素存在的方法是 ，現(xiàn)象是 。 （四）：實驗設計探究22（3）固體產(chǎn)物中鐵元素存在形式的探究。提出合理假設假設1： ； 假設2： ；假設3： 。設計實驗方案證明你的假設（不要在答題卡上作答）實驗過程根據(jù)中方案進行實驗。在答題卡上按下表的格式寫出實驗步驟、預期現(xiàn)象與結論。23答案：（1）則氣體產(chǎn)物是：CO2和CO。（2）驗證固體產(chǎn)物中鉀元素存在的方法是焰色反應，現(xiàn)象是透過藍鈷玻璃觀察呈紫色火

11、焰。（3）假設1：鐵元素的存在形式為Fe單質；假設2：鐵元素的存在形式為FeO；假設3：鐵元素的存在形式為Fe與FeO的混合物。實驗步驟預期現(xiàn)象與結論步驟一：用藥匙取少量固體產(chǎn)物于一支潔凈干燥的試管A中，用膠頭滴管滴加過量的煮沸過的0.1mol/LCuSO4溶液于試管中，振蕩，靜置，過濾，取出固體另一試管B中備用。若出現(xiàn)大量紅色固體，則證明假設1或假設3成立。若不出現(xiàn)紅色固體，則假設2可能成立。步驟二：往試管B的固體加過量1mol/L鹽酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸過的1mol/LHNO3溶液。加鹽酸后，固體部分溶解。若加入少量1mol/LHNO3后溶液變血紅色，則證明原固體為

12、Fe與FeO混合，假設3成立。若加入少量1mol/LHNO3后溶液不變血紅色，則證明原固體只含F(xiàn)e，假設1成立步驟三：若步驟一不出現(xiàn)紅色固體。用藥匙另取少量固體產(chǎn)物于一支潔凈干燥的試管中，用膠頭滴管滴加過量煮沸過的1mol/L的鹽酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸過的1mol/LHNO3溶液。加鹽酸后，固體全部溶解。若滴加KSCN溶液后，溶液不呈血紅色，滴加1mol/LHNO3后溶液變血紅色，則證明假設2成立。24某校興趣小組的同學進行鐵與水蒸氣的實驗。甲同學直接采用鐵釘與水蒸氣利用下述裝置進行實驗，最后試圖收集氣體與試管C中。乙同學先用右圖裝置進行CO還原Fe2O3至硬質管中固體

13、由紅色轉變成黑色，用磁鐵進行試驗，發(fā)現(xiàn)能被吸引，D中出現(xiàn)渾濁；乙同學隨即熄滅酒精燈，繼續(xù)通CO冷卻至室溫，然后用所得固體進行甲的實驗。ABC鐵釘(五)創(chuàng)新與評價25根據(jù)上述兩位同學的操作，并仔細對照裝置圖，回答下列問題ABC鐵釘（1）甲同學的實驗最終未能成功，你認為最主要的原因是： ； （2）乙同學最終也未能制得氫氣。你認為原因最可能是， ，設計一個簡單的實驗來證實你的推斷 （3）要使乙同學的實驗能獲成功，只需要進行很小的改進即可，請?zhí)岢龈倪M的方案是鐵釘與水蒸氣接觸面太小，未能充分反應還原所得固體是Fe3O4用鹽酸溶解，若無氣泡產(chǎn)生，則固體是Fe3O4酒精燈換成酒精噴燈26 思維訓練：某含有N

14、a2O的Na2O2粉末，請設計實驗測定其中Na2O2的質量百分含量根據(jù)怎樣的反應原理測定？需測定的數(shù)據(jù)有哪些？從操作的簡便性上分析，是采用與水反應的方案簡單，還是采用與CO2反應的方案簡單？設計反應裝置圖。27Na2O2=(278V)/(22.4m總)100如何計算Na2O2的含量？28（09年上?；瘜W27）-活頁P/347 12實驗室用大理石等原料制取安全無毒的殺菌劑過氧化鈣。大理石的主要雜質是氧化鐵，以下是提純大理石的實驗步驟：（1）溶解大理石時，用硝酸而不同硫酸的原因是 。（2）操作的目的是 ，溶液A（溶質是共價化合物）是 。（3）寫出檢驗濾液中是否含鐵離子方程式： 。（4）寫出加入碳酸

15、銨所發(fā)生反應的離子方程式： 。寫出濾液B的一種用途： 。（5）CaO2中一般含CaO。試按下列提示完成CaO2含量分析的實驗設計。試劑：氫氧化鈉標準溶液、鹽酸標準溶液、酚酞 儀器：電子天平、錐形瓶、滴定管實驗步驟： ；加入 ；加入酚酞，用氫氧化鈉標準溶液滴定。（6）若理論上滴定時耗用標準溶液20.00mL恰好完全反應，實際操作中過量半滴（1mL溶液為25滴），則相對誤差為 。29答案：（本題共12分）（1）硫酸鈣微溶于水（2）除去溶液中Fe3 氨水（3）取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液不變紅色，說明濾液中不含F(xiàn)e3；或取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含F(xiàn)e3 （4）Ca2CO32=CaCO3 作化肥（合理即給分）（5）稱量 過量的標準鹽酸（6）0.1%30（09年山東理綜30）（16分）孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，還含少量Fe、S的化合物，實驗室以孔雀石為原料制備CuSO45H2O及CaCO3，步驟如下：請回答下列問題：（1）溶液A的金屬離子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。從下列所給試劑中選擇：實驗步驟中試劑為 （填代號），檢驗溶液A中Fe3+的最試劑為 （填代號）。aKMnO4b(NH4) 2ScH2O2dKSCN（2）由溶液C獲得CuSO45H2O，需要經(jīng)過加熱蒸發(fā)， 。過濾等操作。除燒杯、漏斗外，過濾