實驗方案的設(shè)計與評價教師版

實驗方案的設(shè)計與評價1.(2022寧波,11,3分)下列實驗方案不能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?B)選項實驗?zāi)康膶嶒灧桨窤鑒別醬油和食醋聞氣味B檢驗氫氧化鈉是否變質(zhì)溶于水,滴加酚酞試液C探究水的組成檢驗水電解后產(chǎn)生的氣體D粗鹽提純?nèi)芙?、過濾、蒸發(fā)解析醬油和食醋可以通過聞氣味來鑒別,A正確;氫氧化鈉變質(zhì)生成碳酸鈉,碳酸鈉水溶液呈堿性,氫氧化鈉水溶液也呈堿性,無法用酚酞試液檢驗,B錯誤;水電解生成氫氣和氧氣,通過檢驗氫氣和氧氣來判斷水的組成,C正確;粗鹽中含有不溶性雜質(zhì)(如泥沙),可以通過溶解、過濾、蒸發(fā)的方式提純,D正確。2.(2022麗水,14,3分)某興趣小組為探究“豬肝中的鐵元素”,進(jìn)行了以下實驗:選用新鮮豬肝,如圖操作,將豬肝中的鐵轉(zhuǎn)化為鐵離子,再用硫氰化鉀溶液檢驗(硫氰化鉀溶液遇鐵離子變紅色)。有關(guān)該實驗的說法正確的是(D)A.實驗研究的問題是新鮮豬肝中是否含有鐵離子B新鮮豬肝中的鐵是以游離態(tài)形式存在的C.實驗中獲得的土黃色混合液屬于溶液D.新鮮豬肝中含鐵元素的證據(jù)是滴加硫氰化鉀溶液后溶液變紅解析本實驗探究的是豬肝中是否含有鐵元素,而不是鐵離子,A錯誤;豬肝中的鐵以化合態(tài)的形式存在,B錯誤;土黃色的混合液經(jīng)過濾后有濾渣產(chǎn)生,故不是溶液,C錯誤;鐵離子遇硫氰化鉀溶液,溶液變紅,說明豬肝中含有鐵元素,D正確。3.(2022臺州,25,9分)在研究酸和堿之間發(fā)生的反應(yīng)時,把稀鹽酸滴入氫氧化鋇溶液中,得到無色溶液A。無色溶液A中除了氯化鋇還有什么?某同學(xué)進(jìn)行了如下實驗:實驗一實驗二猜想可能還有鹽酸可能還有氫氧化鋇實驗過程在試管中加入2~3顆鋅粒,再滴加少量無色溶液A在試管中加入少量無色溶液A,再滴加2~3滴氯化鐵溶液實驗現(xiàn)象無氣泡產(chǎn)生有②色沉淀產(chǎn)生

實驗結(jié)論無色溶液A不含①

無色溶液A含有氯化鋇和氫氧化鋇(1)請把表格內(nèi)容填寫完整:①鹽酸(HCl);

②紅褐。

(2)該同學(xué)為了從無色溶液A中得到純凈的氯化鋇晶體,請你幫他寫出合理的方法:加入適量(或足量)的稀鹽酸,充分反應(yīng)后蒸發(fā)結(jié)晶。

解析(1)在放有鋅粒的試管中加入少量無色溶液A無氣泡產(chǎn)生,說明沒有鹽酸。②結(jié)論中表明無色溶液A中有氫氧化鋇,則加入氯化鐵后產(chǎn)生氫氧化鐵紅褐色沉淀。(2)無色溶液A中含有氯化鋇和氫氧化鋇,先加入稀鹽酸把氫氧化鋇轉(zhuǎn)化為氯化鋇,后蒸發(fā)結(jié)晶得到氯化鋇。4.(2021溫州,29,6分)工業(yè)上常用碳酸鎂礦石(主要成分是難溶于水的碳酸鎂,雜質(zhì)不溶于水也不與酸反應(yīng))與稀硫酸反應(yīng)來制備硫酸鎂。硫酸鎂在不同溫度時的溶解度如下表所示。溫度/℃608090100硫酸鎂溶解度/克54.655.852.950.4制備流程如圖。(1)用150千克溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸配制9.8%的稀硫酸,需要水1350千克。

(2)小明模擬工業(yè)制備硫酸鎂晶體,將碳酸鎂礦石和稀硫酸充分反應(yīng)后過濾,發(fā)現(xiàn)濾液中含有硫酸。為了測定所得濾液中硫酸鎂和硫酸的質(zhì)量比,他取少量濾液倒入燒杯,將溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液逐漸加入。除要知道實驗前氫氧化鈉溶液質(zhì)量外,實驗中還要通過測量獲取哪兩個數(shù)據(jù),才可計算硫酸鎂與硫酸的質(zhì)量比?剛出現(xiàn)沉淀時剩余氫氧化鈉溶液的質(zhì)量;不再出現(xiàn)沉淀時剩余氫氧化鈉溶液的質(zhì)量(其他合理答案也可)。

[硫酸鎂與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式:MgSO4+2NaOHMg(OH)2↓+Na2SO4](3)小明將除去雜質(zhì)后的濾液加熱至90℃,得到硫酸鎂濃溶液,繼續(xù)加熱,觀察到晶體快速析出。其原因可能是繼續(xù)加熱溫度升高,硫酸鎂溶解度減小,且溶劑快速蒸發(fā)。

解析(1)由稀釋前后溶質(zhì)質(zhì)量不變分析,設(shè)需要水的質(zhì)量為x,則150千克×98%=(150千克+x)×9.8%,x=1350千克。(2)要計算硫酸鎂與硫酸的質(zhì)量比,需要知道分別與硫酸、硫酸鎂反應(yīng)的氫氧化鈉的質(zhì)量。(3)繼續(xù)加熱,溫度升高,硫酸鎂溶解度減小,且溶劑快速蒸發(fā),能溶解的硫酸鎂質(zhì)量減少,晶體析出。5.(2022金華,35,8分)某項目學(xué)習(xí)小組用傳感器開展“影響鐵銹蝕因素”的探究,設(shè)計如圖1所示實驗裝置并完成實驗。實驗過程中,傳感器采集數(shù)據(jù)繪制得到如圖2的甲、乙兩幅曲線圖?！举Y料1】一定條件下,碳和氯化鈉溶液可加快鐵的銹蝕,但它們本身不參加反應(yīng)?！举Y料2】該實驗步驟如下:①檢查裝置氣密性;②裝藥品,將5克鐵粉和2克碳粉加入錐形瓶,并加入2毫升飽和氯化鈉溶液;③立即塞緊橡皮塞,橡皮塞上已插有一支裝有5毫升稀鹽酸的注射器及傳感器;④觀察現(xiàn)象,采集數(shù)據(jù)。圖1圖2用所學(xué)知識及以上資料信息完成下列問題:(1)實驗進(jìn)行一段時間后,注射器中的鹽酸會自動注入瓶內(nèi),原因是當(dāng)瓶內(nèi)氣壓減小到一定程度,大氣壓將注射器的活塞下壓(或瓶內(nèi)氣壓減小,鹽酸被吸入瓶內(nèi))。

(2)圖2甲、乙曲線圖中,0-t1s段溫度升高,瓶內(nèi)壓強減小;t2-t3s段溫度升高,瓶內(nèi)壓強增大。解釋產(chǎn)生這兩個不同現(xiàn)象的原因。。

答案(2)等級回答高水平回答(5~6分)能綜合多個要素辯證地進(jìn)行解釋,原理正確,邏輯科學(xué),要素齊全示例:鐵生銹消耗氧氣的同時放出熱量,反應(yīng)放出的熱量使溫度升高,壓強增大,消耗氧氣會使瓶內(nèi)壓強減小,但由于消耗氧氣減小的壓強大于溫度升高增大的壓強,所以0~t1s段溫度升高,壓強減小因瓶內(nèi)壓強減小,鹽酸被壓入瓶內(nèi),鹽酸與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣放出熱量,反應(yīng)放出的熱量使溫度升高,壓強增大,反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣會使瓶內(nèi)壓強增大,所以t2~t3s段溫度升高,壓強增大中上水平回答(3~4分)能從部分要素進(jìn)行解釋、原理部分正確,邏輯比較清晰,缺少部分要素示例:鐵生銹消耗氧氣的同時放出熱量,反應(yīng)放出的熱量使溫度升高,壓強增大,消耗氧氣會使瓶內(nèi)壓強減小鹽酸與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、放出熱量,反應(yīng)放出的熱量使溫度升高,壓強增大,反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣會使瓶內(nèi)壓強增大中下水平回答(1~2分)只能對其中某1~2個要素作出單一解釋示例1:鐵生銹消耗氧氣的同時放出熱量,反應(yīng)放出的熱量使溫度升高,壓強增大示例2:鐵生銹消耗氧氣會使瓶內(nèi)壓強減小,鹽酸與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,壓強增大低水平回答(0分)不能運用相關(guān)科學(xué)原理作出解釋或同義反復(fù)或不作答示例:鐵生銹使瓶內(nèi)氣壓增大;或鹽酸與鐵銹反應(yīng)使氣壓增大等解析(1)反應(yīng)過程中錐形瓶內(nèi)氣壓逐漸減小,在外界大氣壓的作用下,注射器中的鹽酸會自動注入瓶內(nèi)。6.(2021麗水,35,6分)學(xué)校組織春游,小科準(zhǔn)備了一份“自熱火鍋”(圖甲),他撕開包裝看到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖乙),并了解到相關(guān)信息(圖丙)。相關(guān)信息相關(guān)信息食盒材料:無污染,可再生;發(fā)熱包主要成分:氧化鈣、鋁粉、碳酸鈉;鋁粉作用:在堿性熱水中能發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。丙小科按食用方法進(jìn)行如下操作:①加熱盒中倒入適量冷水,將發(fā)熱包放入冷水中;②放上食盒,加入食材并倒入適量的飲用水,扣緊盒蓋。在等待食物煮熟過程中,小科發(fā)現(xiàn)加熱盒逐漸變燙、盒內(nèi)傳出“嘶嘶”的聲音、盒蓋小孔的上方有水汽。請結(jié)合火鍋“自熱”過程解釋盒蓋上小孔的作用。答案(6分)等級回答水平Ⅰ原理正確、邏輯嚴(yán)密、表達(dá)完整示例:氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣,并產(chǎn)生大量的熱。鋁粉在堿性熱水中能反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。氫氣和水汽化產(chǎn)生的水蒸氣使盒內(nèi)氣壓變大。盒內(nèi)的空氣、氫氣、水蒸氣在受熱后,體積膨脹,也使盒內(nèi)氣壓變大。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險水平Ⅱ原理正確、邏輯較嚴(yán)密、表達(dá)較完整示例1:氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣,并產(chǎn)生大量的熱。鋁粉在堿性熱水中能反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。盒內(nèi)的空氣、氫氣在受熱后,體積膨脹,使盒內(nèi)氣壓變大。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險示例2:氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣,并產(chǎn)生大量的熱。鋁粉在堿性熱水中能反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。氫氣和水汽化產(chǎn)生的水蒸氣使盒內(nèi)氣壓變大。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險水平Ⅲ原理單一、邏輯不嚴(yán)密、表達(dá)不完整示例1:氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣,并產(chǎn)生大量的熱。盒內(nèi)的空氣、氫氣在受熱后,體積膨脹,使盒內(nèi)氣壓變大。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險示例2:鋁粉在堿性熱水中能反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。盒內(nèi)的空氣、氫氣在受熱后,體積膨脹,使盒內(nèi)氣壓變大。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險水平Ⅳ原理缺少、邏輯混亂、表達(dá)不完整示例1:盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險示例2:氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣,并產(chǎn)生大量的熱示例3:鋁粉在堿性熱水中能發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,緩慢放熱。盒蓋上的小孔便于氣體排出,避免盒內(nèi)氣壓過大,造成危險水平Ⅴ沒有作答或答案與情境無關(guān)7.(2021湖州,34,9分)市場上常見的蘇打水有蘇打氣泡水和無汽蘇打水兩種。它們的主要成分中都含有碳酸氫鈉,俗稱小蘇打,具有以下性質(zhì)。性質(zhì)一:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑(NaHCO3在50℃以上開始逐漸分解)性質(zhì)二:NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑(1)蘇打氣泡水中含有大量二氧化碳,瓶蓋一打開就有大量氣泡產(chǎn)生,所以叫氣泡水。無汽蘇打水則不含二氧化碳,但小明認(rèn)為他喝入體內(nèi)也會產(chǎn)生二氧化碳,主要是利用了碳酸氫鈉的性質(zhì)二(選填“一”或“二”),理由是人體內(nèi)不能達(dá)到50℃的溫度(或人體的胃內(nèi)有鹽酸)。

(2)小明查閱了相關(guān)資料想自制蘇打水,于是購買了一袋小蘇打,包裝袋上標(biāo)注的碳酸氫鈉含量是99%。真的有這么高嗎?小明取了10g小蘇打樣品放入裝置,逐次加入稀硫酸進(jìn)行實驗,得到相關(guān)數(shù)據(jù)。請通過計算幫助小明判斷包裝袋上的標(biāo)注是否準(zhǔn)確。(2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑)序號反應(yīng)前第1次第2次第3次第4次第5次加入稀硫酸質(zhì)量/g01010101010C裝置中溶液總質(zhì)量/g100.0101.1102.2103.3104.4105.0(3)如果去掉B裝置,測量結(jié)果將會偏大(選填“偏大”或“偏小”)。

答案(2)mCO2=105.0g-100.0g=52NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑16888x5.0g16888=x5gx≈9.碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.55g10g×100%=95.5%<99答:包裝袋上的標(biāo)注不準(zhǔn)確。解析(3)如果沒有B裝置,水蒸氣會進(jìn)入C裝置中,使測量值偏大。8.(2022寧波,24,12分)久置的鎂帶表面會有一層灰黑色固體。為了測量久置鎂帶中金屬鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù),同學(xué)們提出了兩種實驗方法:物理方法:取一定質(zhì)量的鎂帶,用砂紙打磨,除盡表面的灰黑色固體,根據(jù)剩余固體質(zhì)量計算金屬鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?；瘜W(xué)方法:取一定質(zhì)量的鎂帶,與足量的稀硫酸反應(yīng),根據(jù)測得生成氣體的體積計算金屬鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(1)經(jīng)討論,同學(xué)們否定了物理方法。理由是打磨過程中鎂會被磨掉。

(2)常溫、常壓下氫氣密度已知,因此大家認(rèn)為化學(xué)方法可行。{老師提示:鎂與稀硫酸反應(yīng)放熱;灰黑色固體除了氧化鎂之外,還存在少量堿式碳酸鎂[MgCO3·Mg(OH)2],它與酸反應(yīng)會產(chǎn)生CO2氣體;堿石灰是CaO和NaOH的混合物}同學(xué)們從下列裝置中選擇合適的裝置,組裝并進(jìn)行實驗。ABCD①上圖虛線框內(nèi)有一種測量體積的儀器(未畫出),該儀器是量筒(或量杯)。

②完成該實驗應(yīng)選擇的裝置為ABC(填字母)。

③結(jié)合實驗方法和選擇的裝置分析,會造成實驗結(jié)果不準(zhǔn)確的是ABC。

A.加入稀硫酸不足,鎂帶有剩余B.裝置氣密性不好C.反應(yīng)結(jié)束,立即讀數(shù)解析(2)①C、D裝置是用來測量產(chǎn)生氣體體積的,用排出去的水的體積表示產(chǎn)生氣體的體積,故選擇的儀器是量筒或量杯。②灰黑色固體中的堿式碳酸鎂與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體,為避免CO2對實驗造成干擾,用堿石灰吸收CO2,故選用B裝置凈化氣體,氣體從瓶中短管進(jìn)入,水從長管排出,所以選用的裝置是ABC。③加入稀硫酸不足,造成鎂帶有剩余,產(chǎn)生的氣體體積偏小,使得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小;裝置氣密性不好,使得產(chǎn)生的氣體逸出,測得的氣體體積偏小,使得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小;鎂和稀硫酸反應(yīng)放熱,氣體受熱膨脹,結(jié)束后立即讀數(shù),造成測得的氣體體積偏大,使得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大。9.(2022杭州,29,8分)同學(xué)們用4%的NaOH溶液和8%的CuSO4溶液制備Cu(OH)2,有同學(xué)并未得到預(yù)期的藍(lán)色沉淀,而是得到淺綠色沉淀(經(jīng)測定為堿式硫酸銅);還有同學(xué)觀察到一段時間后藍(lán)色沉淀中出現(xiàn)黑色物質(zhì)(經(jīng)測定為氧化銅)。針對這些異常現(xiàn)象,小金在室溫下進(jìn)行了以下探究:探究1:生成沉淀顏色與反應(yīng)物的質(zhì)量比的關(guān)系兩種溶液取用的質(zhì)量及實驗現(xiàn)象如表所示(兩種溶液混合后充分振蕩試管):編號4%的NaOH溶液的質(zhì)量/g8%的CuSO4溶液的質(zhì)量/g沉淀顏色出現(xiàn)黑色物質(zhì)所等待的時間/min①22淺綠色不出現(xiàn)②4待填藍(lán)色中混有淺綠色5③62藍(lán)色3(1)根據(jù)探究目的及相關(guān)實驗現(xiàn)象,②中8%的CuSO4溶液的質(zhì)量應(yīng)為2g(選填“2”“4”或“6”)。

(2)③中生成藍(lán)色沉淀的化學(xué)方程式為2NaOH+CuSO4Cu(OH)2↓+Na2SO4。

探究2:Cu(OH)2分解難易與溶液堿性強弱的關(guān)系按探究1中③的方法制備5份含藍(lán)色沉淀的混合物,處理方式和實驗結(jié)果如表所示:編號①②③④⑤處理方式不做處理直接向試管中加8mL水直接向試管中加16mL水濾出藍(lán)色沉淀,洗滌至中性后放入潔凈試管,加8mL水濾出藍(lán)色沉淀,洗滌至中性后放入潔凈試管,加8mL4%的N