2017屆高三化學(xué)總復(fù)習(xí)第11章第4節(jié)實驗方案設(shè)計與評價課件

第四節(jié)實驗方案的設(shè)計與評價2013高考導(dǎo)航考綱要求1.根據(jù)實驗試題要求設(shè)計、評價或改進(jìn)實驗方案。2.了解控制實驗條件的方法。3.分析或處理實驗數(shù)據(jù),得出合理結(jié)論.4.識別典型的實驗儀器裝置圖。命題熱點(diǎn)1.在物質(zhì)的制備與性質(zhì)聯(lián)合實驗中，考查實驗裝置、實驗原理和典型裝置的設(shè)計。2.以科技、生產(chǎn)、生活中的新材料為載體，考查實驗評價、誤差分析和定量計算等方面的能力?？键c(diǎn)串講深度剖析考點(diǎn)一化學(xué)實驗方案的設(shè)計1．實驗方案設(shè)計的基本要求(1)科學(xué)性：實驗原理、實驗操作程序和方法必須科學(xué)合理。(2)安全性：盡量避免使用有毒藥品和進(jìn)行有一定危險性的實驗操作，保護(hù)人身安全，保護(hù)儀器。(3)可行性：實驗所選用的藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學(xué)現(xiàn)有條件下能滿足要求。(4)簡約性：方案簡單易行，盡可能采用簡單的實驗裝置，較少的實驗步驟和藥品。還應(yīng)遵循完成實驗所用時間較短,副反應(yīng)少,效果好等基本要求。(5)經(jīng)濟(jì)性：綜合考慮原料的用量和價格。

2．化學(xué)實驗設(shè)計的基本內(nèi)容一個相對完整的化學(xué)實驗方案一般包括下述內(nèi)容：(1)實驗名稱；(2)實驗?zāi)康模?3)實驗原理；(4)實驗用品(藥品、儀器、裝置、設(shè)備)及規(guī)格；(5)實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法;(6)實驗注意事項；(7)實驗現(xiàn)象的記錄及結(jié)果處理；(8)問題與討論。3．化學(xué)實驗方案設(shè)計的基本思路4．化學(xué)實驗方案設(shè)計的分類(1)物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計發(fā)生裝置→凈化裝置→干燥裝置→收集裝置→尾氣處理裝置。(2)物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計①性質(zhì)探索性實驗方案設(shè)計從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所屬類型的典型代表物去推測物質(zhì)可能具有的一系列性質(zhì)，然后據(jù)此設(shè)計出合理的實驗方案，去探索它可能具有的性質(zhì)。我們推測的物質(zhì)的性質(zhì)不一定準(zhǔn)確，所以進(jìn)行實驗時要注意分析實驗現(xiàn)象，從而得出正確結(jié)論。②性質(zhì)驗證性實驗方案設(shè)計結(jié)合已知的物質(zhì)具有的性質(zhì)，選擇合適的試劑，設(shè)計具體實驗方案驗證物質(zhì)是否具有該性質(zhì)。5．化學(xué)實驗方案設(shè)計的注意事項(1)藥品和儀器是部分給出還是有剩余若藥品和儀器只部分給出，則應(yīng)作必要的補(bǔ)充；若有剩余，則應(yīng)進(jìn)行篩選和淘汰。(2)條件有無特殊要求如采用最簡單或最合理的實驗步驟，這些要求對我們考慮反應(yīng)原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟都作了限定，必須高度重視。(3)實驗過程中的隱蔽性操作如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，但容易被忽略。(4)藥品的描述有些題目要求指出藥品的名稱，這類問題學(xué)生最難答準(zhǔn)確，如有些藥品的準(zhǔn)確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也應(yīng)注意某些儀器的規(guī)格。(5)會畫簡單的實驗裝置圖考綱要求能夠繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖,可用“示意裝置圖”表示.(6)其他注意事項①冷凝回流的問題。②冷卻問題。③防止倒吸問題。④具有特殊作用的實驗改進(jìn)裝置。如為使分液漏斗中的液體能順利流出，用橡膠管連接成連通裝置；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。特別提醒實驗方案設(shè)計的一般步驟：(1)根據(jù)試題要求，分析所給信息，選擇并確定實驗原理。(2)根據(jù)實驗原理，確定藥品、選擇儀器，提出實驗方案。(3)分析實驗成敗關(guān)鍵，修改完善實驗程序。即時應(yīng)用1．(2012·皖南八校高三聯(lián)考)某研究性學(xué)習(xí)小組在網(wǎng)上收集到如下信息:鉀、鈣、鈉、鎂等活潑金屬都能在CO2氣體中燃燒。他們對鈉在CO2氣體中燃燒后的產(chǎn)物中的白色物質(zhì)進(jìn)行了如下探究：【實驗】將燃燒的鈉迅速伸入到盛滿CO2的集氣瓶中,鈉在其中繼續(xù)燃燒,反應(yīng)后冷卻，瓶底附著黑色顆粒，瓶壁上粘附著白色物質(zhì)?！咎岢黾僭O(shè)】假設(shè)1：白色物質(zhì)是Na2O。假設(shè)2：白色物質(zhì)是Na2CO3。假設(shè)3：白色物質(zhì)是Na2O和Na2CO3的混合物?！驹O(shè)計實驗方案驗證假設(shè)】該小組對燃燒后的白色產(chǎn)物進(jìn)行如下探究：實驗方案實驗操作實驗現(xiàn)象結(jié)論方案1取少量白色物質(zhì)于試管中，加入適量水，振蕩，樣品全部溶于水，向其中加入無色酚酞試液溶液變成紅色白色物質(zhì)為Na2O實驗方案實驗操作實驗現(xiàn)象結(jié)論方案2①取少量白色物質(zhì)于試管中，加入適量水，振蕩，樣品全部溶于水，向其中加入過量的CaCl2溶液出現(xiàn)白色沉淀②靜置片刻，取上層清液于試管中，滴加無色酚酞試液無明顯現(xiàn)象【思考與交流】(1)甲同學(xué)認(rèn)為方案1得到的結(jié)論不正確，其理由是__________________。(2)乙同學(xué)認(rèn)為方案2得到的結(jié)論正確,白色物質(zhì)為____________________。(3)通過方案1和方案2的實驗，你認(rèn)為上述三個假設(shè)中，________成立。你的理由是______________________。(4)鈉在二氧化碳中燃燒的化學(xué)方程式為___________________________。(5)丙同學(xué)認(rèn)為白色物質(zhì)有可能是氫氧化鈉。你是否同意丙同學(xué)的觀點(diǎn)，并簡述理由：_____________________________。解析：選項分析結(jié)論(1)Na2CO3溶液顯堿性，也會使酚酞試液變紅方案1得到的結(jié)論不正確選項分析結(jié)論(2)(3)方案2：①中出現(xiàn)的白色沉淀是CaCO3，所以白色產(chǎn)物中有Na2CO3存在；②中滴加無色酚酞試液無明顯現(xiàn)象，說明白色產(chǎn)物中沒有Na2O存在白色物質(zhì)為Na2CO3

選項分析結(jié)論(4)反應(yīng)物是Na、CO2，產(chǎn)物是Na2CO3和C4Na＋3CO22Na2CO3＋C(5)因為反應(yīng)物中無氫元素(或違背質(zhì)量守恒定律)白色物質(zhì)不可能是氫氧化鈉考點(diǎn)二化學(xué)實驗方案的評價對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴(yán)密與不嚴(yán)密、準(zhǔn)確與不準(zhǔn)確做出判斷。要考慮是否完全合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟(jì)上是否合算和對環(huán)境有無污染等。1．從可行性方面對實驗方案做出評價科學(xué)性和可行性是設(shè)計實驗方案的兩條重要原則，在對實驗方案進(jìn)行評價時，要分析實驗方案是否科學(xué)可行，實驗方案是否遵循化學(xué)理論和實驗方法要求，在實際操作時能否做到可控易行。評價時，從以下4個方面分析：(1)實驗原理是否正確、可行；(2)實驗操作是否安全、合理；(3)實驗步驟是否簡單、方便；(4)實驗效果是否明顯等。2．從“綠色化學(xué)”視角對實驗方案做出評價“綠色化學(xué)”要求設(shè)計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對化學(xué)實驗過程或方案從以下4個方面進(jìn)行綜合評價：(1)反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒；(2)反應(yīng)速率是否較快；(3)原料利用率以及合成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高；(4)合成過程中是否造成環(huán)境污染。3．從“安全性”方面對實驗方案做出評價化學(xué)實驗從安全角度?？紤]的主要因素如下：(1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防止液體倒吸；(2)進(jìn)行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點(diǎn)燃先驗純等)；(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中等)；(4)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施,以保證達(dá)到實驗?zāi)康?；(5)冷凝回流(有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料,需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置,如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)

;(6)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻；(7)儀器拆卸的科學(xué)性與安全性(可從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮)；(8)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。特別提醒對實驗方案的合理與否、嚴(yán)密與否作出判斷要從“合理選擇、排除干擾、操作準(zhǔn)確”等方面入手.①“合理選擇”是指儀器、藥品、連接方式的選擇；②“排除干擾”是指反應(yīng)條件的控制、防止空氣成分介入、副反應(yīng)盡量避免、雜質(zhì)的除去等；③“操作準(zhǔn)確”則要求熟悉主要儀器的性能與使用方法和化學(xué)實驗的操作方法等。即時應(yīng)用2．某學(xué)習(xí)小組針對如何測定鍍鋅鐵皮鍍鋅層厚度提出如下一些方案：方案1：將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮投入到足量的鹽酸中，使其完全溶解，通過測量氫氣的體積，計算鐵皮上的鋅的質(zhì)量。方案2：將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮(W1)投入到足量的FeSO4溶液中，一段時間后，取出鐵片，洗凈、烘干、稱量(W2)，計算鐵皮上的鋅的質(zhì)量。方案3：將一定質(zhì)量的鍍鋅鐵皮投入到足量的鹽酸中,使其完全溶解,再在所得溶液中加入過量的NaOH溶液，過濾、洗滌、烘干、灼燒沉淀，最后稱量?！?1)方案2的主要缺點(diǎn)是______________________________。方案3的主要缺點(diǎn)是_____________________________。(2)方案1中用到測量氣體體積的裝置,如圖裝置中不能用于測量氣體體積的裝置是______________。學(xué)習(xí)小組擬選用C裝置作量氣裝置，則氣體收集完畢，準(zhǔn)備讀數(shù)時，應(yīng)注意：_________________________。解析：理解每種方案的實驗原理是關(guān)鍵。(1)方案2鋅與鐵的活動性差異不大，反應(yīng)難以進(jìn)行；方案3反應(yīng)時間長，沉淀的獲取和稱量較為困難，精確度不高。(2)B裝置不能排出液體；C裝置要等到冷卻到室溫再進(jìn)行讀數(shù),并且要上下移動右邊管使左右兩邊的液面相平.答案：(1)鋅與鐵的活動性差異不大，反應(yīng)幾乎難以進(jìn)行反應(yīng)時間長，沉淀的獲取和稱量較為困難，精確度不高(2)B等到冷卻到室溫，上下移動右邊管使左右兩邊的液面相平再進(jìn)行讀數(shù)命題視角把脈高考視角1教材高頻考點(diǎn)實驗方案的設(shè)計能夠考查學(xué)生分析、解決問題的能力，是教材中的高頻考點(diǎn)。(2012·張家口高三第一次模擬)(1)研究性學(xué)習(xí)小組甲對教材實驗結(jié)論“乙醛與新制氫氧化銅反應(yīng)生成的紅色沉淀是Cu2O”提出質(zhì)疑，他們認(rèn)為紅色沉淀不一定是氧化亞銅。為了確定紅色沉淀的成分,開展了如下研究:例1【提出猜想】猜想1：紅色沉淀可能是Cu2O；猜想2：紅色沉淀可能是________；猜想3：紅色沉淀可能是________；【查閱資料】①氧化亞銅屬于堿性氧化物；②＋1價的銅離子在酸性條件下易發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)；③在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅?！驹O(shè)計實驗方案】方案1：取紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中，觀察溶液顏色變化。方案2：取紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣。方案3：稱取紅色沉淀ag，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器里冷卻，再稱重，反復(fù)多次至固體恒重，稱得質(zhì)量為bg，比較a、b的關(guān)系。方案4：取紅色沉淀裝入試管里，加入酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有銀白色固體析出。你認(rèn)為合理的方案是____________。(2)研究性學(xué)習(xí)小組乙對小組甲的方案提出質(zhì)疑，設(shè)計了新的探究方案，裝置如下圖所示。你認(rèn)為要定量測定上述紅色沉淀成分必須測定下列哪些物理量__________。(填選項編號)①通入氫氣體積；②反應(yīng)前，紅色沉淀＋硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量；③完全反應(yīng)后，紅色固體＋硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量;④實驗前,干燥管質(zhì)量；⑤硬質(zhì)玻璃管質(zhì)量；⑥鋅粒質(zhì)量；⑦稀硫酸中含溶質(zhì)的量；⑧實驗后，干燥管質(zhì)量。(3)研究性學(xué)習(xí)小組丙上網(wǎng)查閱新聞得知“諾貝爾化學(xué)獎曾授予三位研究綠色化學(xué)的科學(xué)家”。“變廢為寶”符合綠色化學(xué)要求。研究性學(xué)習(xí)小組丙將收集上述紅色沉淀制備化學(xué)試劑——純凈干燥膽礬。其實驗流程圖如下：回答下列問題：操作Ⅰ是_______，試劑是_______，操作Ⅱ是________,操作Ⅲ是______。【解析】(1)Cu元素形成的物質(zhì)中還有Cu單質(zhì)為紅色，則由此猜想為Cu，或兩者都有；由于HNO3能將Cu、Cu2O氧化成Cu2＋，方案1錯誤;稀硫酸只具有酸性，Cu與H2SO4不反應(yīng),Cu2O在稀硫酸中生成Cu和Cu2＋,方案2不可行；(2)該方案采用H2置換Cu2O的方法，通過測定固體質(zhì)量是否變化，且依據(jù)其變化的量計算n(Cu)∶n(O)的數(shù)值，確定紅色沉淀的成分。(3)由于紅色沉淀中為Cu、Cu2O，則先在空氣中灼燒，生成CuO，CuO與H2SO4反應(yīng)生成CuSO4、H2O，不引入新雜質(zhì)，且反應(yīng)過程中無污染產(chǎn)生，CuSO4晶體采用冷卻熱飽和溶液法制備?！敬鸢浮?1)銅銅與氧化亞銅的混合物方案3(2)②③⑤(3)在空氣中充分灼燒硫酸蒸發(fā)濃縮過濾、洗滌視角2追蹤命題熱點(diǎn)實驗綜合題是近年高考的?？碱}型，主要考查學(xué)生對化學(xué)實驗的設(shè)計和分析能力。例2(1)操作Ⅰ使用的試劑是________，所用主要儀器的名稱是________。(2)加入溶液W的目的是__________。用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH，可以除去Mg2＋。由表中數(shù)據(jù)可知，理論上可選擇的pH最大范圍是___________。酸化溶液Z時，使用的試劑為_____。(3)實驗室用貝殼與稀鹽酸反應(yīng)制備并收集CO2氣體，下列

裝置中合理的是________。開始沉淀時的pH沉淀完全時的pHMg2＋9.611.0Ca2＋12.2c(OH－)＝1.8mol·L－1(4)常溫下，H2SO3的電離常數(shù)Ka1＝1.2×10－2，Ka2＝6.3×10－8，H2CO3的電離常數(shù)Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11。某同學(xué)設(shè)計實驗驗證H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3：將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測兩溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3。該實驗設(shè)計不正確，錯誤在于________________________。設(shè)計合理實驗驗證H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3(簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論)：_______________________。儀器自選。供選擇的試劑:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。【解析】(1)操作Ⅰ為萃取、分液，有機(jī)層在下層，則選擇的試劑為四氯化碳，所用主要儀器為分液漏斗。導(dǎo)管應(yīng)“長進(jìn)短出”,因此選擇b、d.(4)該實驗設(shè)計的錯誤在于二者的飽和溶液的物質(zhì)的量濃度不同，可以利用反應(yīng)：SO2＋NaHCO3===CO2＋NaHSO3，或比較同濃度的NaHCO3溶液和NaHSO3溶液的堿性等驗證H2SO3的酸性強(qiáng)于H2CO3。用酸度計(或pH試紙)測兩溶液的Ph,前者的pH小于后者，證明H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3；方案二：將SO2氣體依次通過NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水，品紅溶液不褪色且澄清石灰水變渾濁,證明H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3；方案三：將CO2氣體依次通過NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品紅溶液，品紅溶液不褪色，證明H2SO3酸性強(qiáng)于H2CO3【名師指津】近幾年高考中，有些省份對實驗評價的考查涉及到定量評價，即通過對所給化學(xué)實驗數(shù)據(jù)的分析處理，對實驗進(jìn)行評價。評價的關(guān)鍵是準(zhǔn)確破譯數(shù)據(jù)的含義，進(jìn)行合理取舍，提煉出有效數(shù)據(jù)。一些數(shù)據(jù)隱含著化學(xué)規(guī)律及化學(xué)原理，要找出數(shù)據(jù)的具體含義，分析比較數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立題中的隱含數(shù)據(jù)與題目解答之間的聯(lián)系，繼而得出正確結(jié)論。視角3易錯易誤剖析例3

某實驗小組欲制取氧化銅并證明氧化銅能加快氯酸鉀的分解，進(jìn)行了如下實驗：(一)制取氧化銅①稱取2gCuSO4·5H2O研細(xì)后倒入燒杯，加10mL蒸餾水溶解；②向上述CuSO4溶液中逐滴加入NaOH溶液，直到不再產(chǎn)生沉淀，然后將所得混合物轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿，加熱至沉淀全部變?yōu)楹谏虎蹖⒉襟E②所得混合物過濾、洗滌，晾干后研細(xì)備用。回答下列問題：上述實驗步驟中需要使用玻璃棒的是________(填實驗序號)，步驟①、③中研磨固體所用儀器的名稱是________；(二)證明氧化銅能加快氯酸鉀的分解并與二氧化錳的催化效果進(jìn)行比較用如圖裝置進(jìn)行實驗，實驗時均以生成25mL氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實驗的因素均已忽略，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：實驗序號KClO3質(zhì)量其他物質(zhì)質(zhì)量待測數(shù)據(jù)④1.2g無其他物質(zhì)⑤1.2gCuO

0.5g⑥1.2gMnO2

0.5g回答下列問題：(1)上述實驗中的“待測數(shù)據(jù)”指______________________________；(2)為探究CuO在實驗⑤中是否起催化作用，需補(bǔ)做如下實驗(無需寫出具體操作)：a．_________________________；b．CuO的化學(xué)性質(zhì)有沒有改變?！境Ｒ婂e誤】

問題常見錯誤(1)第一空漏選選項②，第二個空錯寫成“研砵”或“研鈸”或“研杵”(二)(1)錯誤認(rèn)為是“氣體體積”或“剩余固體的質(zhì)量”(2)錯答為“看CuO的顏色和狀態(tài)不變”【錯因分析】

(一)錯誤認(rèn)為②只發(fā)生反應(yīng)，用不到玻璃棒。在固體溶解過程、蒸發(fā)過程及過濾中都要用到玻璃棒，故為①②③；研磨固體要用的儀器是研缽，化學(xué)儀器名稱需熟記。(二)(1)對實驗?zāi)康牟磺宄斐慑e答。該實驗的目的是證明氧化銅能加快氯酸鉀的分解及與二氧化錳的催化效果比較,要進(jìn)行反應(yīng)速率大小的比較,故通過反應(yīng)時間的長短進(jìn)行比較，即待測數(shù)據(jù)為生成25mL氣體所用時間。(2)對催化劑催化原理認(rèn)識模糊造成錯答。特別注意：催化劑在反應(yīng)過程中不改變質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)，但物理性質(zhì)可能改變，例如，疏松變得結(jié)實等。【答案】(一)①②③研缽(二)(1)生成25mL氣體所用時間(2)CuO的質(zhì)量有沒有改變實驗探究專項突破實驗方案的設(shè)計與改進(jìn)實驗設(shè)計著眼能力立意，綜合考查學(xué)生的觀察能力、思維能力、實驗?zāi)芰驮u價能力。新課標(biāo)下的高考實驗的呈現(xiàn)形式發(fā)生了巨大變化，源于教材的實驗重組題，裝置和原理都來自于課本又高于課本，將基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新運(yùn)用結(jié)合，將裝置創(chuàng)新與原理創(chuàng)新結(jié)合，在2012年高考命題中得到了充分體現(xiàn)，以后的高考更重視學(xué)生對實驗的設(shè)計與改進(jìn)，選擇優(yōu)化的實驗方案等。[典例探究]硫酸銅是一種應(yīng)用極其廣泛的化工原料。銅不能與稀硫酸直接反應(yīng)，本實驗中將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應(yīng)完全，通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體(裝置如圖1、2所示)。(1)圖1燒瓶中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為____________________________。(2)圖2是圖1的改進(jìn)裝置，其優(yōu)點(diǎn)有：①____________________________；②____________________________。(3)為符合綠色