專題13-化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)(教案)-高三期末化學(xué)大串講(原卷版)

專題13化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)一.基本要求1.科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和操作程序必須科學(xué)合理。2.安全性：實(shí)驗(yàn)操作要盡量防止帶有危險(xiǎn)性的操作，盡量避免與有毒物質(zhì)接觸，若無(wú)法避免則應(yīng)采取安全措施。3.環(huán)保性：有毒物質(zhì)必須處理，以防污染環(huán)境。4.可行性：設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案要切實(shí)可行，所選用的藥品、儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有的條件下能得到滿足。5.簡(jiǎn)約性：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單易行，應(yīng)采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，且效果明顯。6.經(jīng)濟(jì)性：綜合考慮原料的用量、價(jià)格。7.創(chuàng)新性：創(chuàng)新性是設(shè)計(jì)的靈魂。近幾年的高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)題，最顯著的特點(diǎn)就是由基礎(chǔ)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)或常見(jiàn)題型創(chuàng)新而成的。通?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性可從以下兩個(gè)方面考慮；一是反應(yīng)原理的創(chuàng)新設(shè)計(jì),凡是物質(zhì)間滿足“反應(yīng)容易發(fā)生”、“速度快慢適當(dāng)”、“產(chǎn)物較純且易分離”的反應(yīng)均可用于制備所需產(chǎn)物；二是實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有儀器，考慮題給藥品的狀態(tài)，是否需要加熱等反應(yīng)條件，所給儀器還有哪些靈活的用途等，可大膽改進(jìn)制備裝置、凈化裝置、收集裝置、除雜裝置，體現(xiàn)創(chuàng)新精神。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在各種所設(shè)計(jì)的方案中，通過(guò)對(duì)比和歸納選擇出具有安全性好、藥品易得、操作簡(jiǎn)便、裝置簡(jiǎn)單而且現(xiàn)象明顯的最佳方案。例1氧化鉛(PbO)是黃色固體。實(shí)驗(yàn)室用草酸在濃硫酸作用下分解制備CO，其原理為：H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O。某課題組同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究CO還原氧化鉛并檢驗(yàn)氧化產(chǎn)物(已知CO能使銀氨溶液產(chǎn)生黑色沉錠)的裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A．裝置②④⑤中的試劑依次為堿石灰、銀氨溶液、澄清石灰水B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先點(diǎn)燃裝置①處酒精燈，當(dāng)裝置⑤中產(chǎn)生連續(xù)氣泡且有明顯現(xiàn)象后再點(diǎn)燃裝置③處酒精燈C．實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)，先熄滅裝置①處酒精燈，再熄滅裝置③處酒精燈D．尾氣處理可選用點(diǎn)燃、氣袋收集、NaOH溶液吸收等方法例2某化學(xué)興趣小組為探究草酸分解的產(chǎn)物，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列說(shuō)法正確的是A．實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先點(diǎn)燃A裝置處的酒精燈，后點(diǎn)燃F裝置處的酒精燈B．B裝置中的現(xiàn)象為藍(lán)色粉末變白，說(shuō)明分解產(chǎn)物中有水生成C．G裝置中澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明分解產(chǎn)物中有CO生成D．C、D、E裝置中分別盛放澄清石灰水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液例3實(shí)驗(yàn)室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如下圖所示(Zn粒中往往含有硫等雜質(zhì)，焦性沒(méi)食子酸溶液用于吸收少量氧氣)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，先加熱管式爐，再打開(kāi)活塞KB．往鹽酸中加入少量CuCl2，可加快產(chǎn)生H2的速率C．①、②、③中依次盛裝KMnO4溶液、焦性沒(méi)食子酸溶液、濃H2SO4D．裝置Q(啟普發(fā)生器)也可用于石灰石與鹽酸反應(yīng)制二氧化碳二.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路1.設(shè)計(jì)思路：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹鷮?shí)驗(yàn)原理→反應(yīng)的儀器裝置→操作步驟→數(shù)據(jù)處理方法→形成方案2.實(shí)驗(yàn)操作的順序（1）連接儀器。按氣體發(fā)生→除雜質(zhì)→干燥→主體實(shí)驗(yàn)→尾氣處理順序連接好實(shí)驗(yàn)儀器。（2）檢查氣密性。（3）裝藥品，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。【拓展提升】實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.藥品和儀器是部分或剛好給出還是有剩余。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.題目條件有無(wú)特殊要求。如采用最簡(jiǎn)單或最合理的實(shí)驗(yàn)步驟，這些要求對(duì)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(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)驗(yàn)中必不可少的，但容易被忽略。4.藥品的規(guī)格。有些題目要求指出藥品的名稱，這類問(wèn)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(huì)畫簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置圖?？季V要求能夠繪制和識(shí)別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖，可用“示意裝置圖”表示。6.其他應(yīng)注意的問(wèn)題（1）冷凝回流的問(wèn)題。（2）冷卻問(wèn)題。（3）防止倒吸問(wèn)題。（4）具有特殊作用的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置；為防止氣體從長(zhǎng)頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套住一支小試管等。三.化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)對(duì)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的正確與錯(cuò)誤、嚴(yán)密與不嚴(yán)密、準(zhǔn)確與不準(zhǔn)確做出判斷。要考慮是否安全合理、有無(wú)干擾。現(xiàn)象、經(jīng)濟(jì)上是否合算和對(duì)環(huán)境有無(wú)污染等。1.從可行性方面對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià)科學(xué)性和可行性是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的兩條重要原則，在對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要分析實(shí)驗(yàn)方案是否科學(xué)可行，實(shí)驗(yàn)方案是否遵循化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法要求，在實(shí)際操作時(shí)能否做到可控易行。評(píng)價(jià)時(shí)，從以下4個(gè)方面分析：（1）實(shí)驗(yàn)原理是否正確、可行；（2）實(shí)驗(yàn)操作是否安全、合理；（3）實(shí)驗(yàn)步驟是否簡(jiǎn)單、方便；（4）實(shí)驗(yàn)效果是否明顯等。2.從“綠色化學(xué)”視角對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià)“綠色化學(xué)”要求設(shè)計(jì)安全的、對(duì)環(huán)境友好的合成線路，降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人類健康和環(huán)境的危害，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程或方案從以下4個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：（1）反應(yīng)原料是否易得、安全、無(wú)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(guò)程中是否造成環(huán)境污染。3.從“安全性”方面對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)要防液體倒吸；（2）進(jìn)行某些易燃易爆實(shí)驗(yàn)時(shí)要防爆炸（如H2還原CuO應(yīng)先通H2，氣體點(diǎn)燃先驗(yàn)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(shí)驗(yàn)取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時(shí)宜采取必要措施，以保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?；?）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(zhǎng)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(shí)可為蒸氣）的及時(shí)冷卻；（7）儀器拆卸的科學(xué)性與安全性（也從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮）；（8）其他（如實(shí)驗(yàn)操作順序、試劑加入順序、實(shí)驗(yàn)方法使用順序等）。例4由下列實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象能推出相應(yīng)結(jié)論的是實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論A加熱盛有少置NH4HCO3固體的試管，并在試管口放置濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙石蕊試紙變藍(lán)NH4HCO3顯堿性B向某無(wú)色溶液中滴加稀鹽酸，將產(chǎn)生的無(wú)色氣體通入品紅溶液品紅溶液褪色原溶液中一定含有SO32-C向2支各盛有2mL相同濃度銀氨溶液的試管中分別加入2滴相同濃度的NaCl和NaI溶液一只試管中產(chǎn)生黃色沉淀，另一支中無(wú)明顯變化相同溫度下，AgCl

在水中的溶解度大于AgI的溶解度D在以鎂、鋁為電極，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液的原電池裝置中鎂表面有氣泡產(chǎn)生金屬活動(dòng)性:Al

>Mg例5用圖所示裝置進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：將①中溶液滴入②中，預(yù)測(cè)的現(xiàn)象與實(shí)際相符的是（）選項(xiàng)①中物質(zhì)②中物質(zhì)預(yù)測(cè)②中的現(xiàn)象A稀鹽酸碳酸鈉與氫氧化鈉的混合溶液立即產(chǎn)生氣泡B濃硝酸用砂紙打磨過(guò)的鋁條產(chǎn)生紅棕色氣體C氯化鋁溶液濃氫氧化鈉溶液產(chǎn)生大量白色沉淀D草酸溶液高錳酸鉀酸性溶液溶液逐漸褪色例6下列實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到相應(yīng)目的是（）選項(xiàng)ABCD實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶⒁叶?HOCH2CH2OH)轉(zhuǎn)化為乙二酸(H2C2O4)比較氯化鐵和二氧化錳對(duì)H2O2分解反應(yīng)的催化效果證明稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出氧化性用SO2與Ba(NO3)2反應(yīng)獲得BaSO3沉淀例7下列裝置或操作能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖洽佗冖邰蹵．用圖①所示裝置分離Na2CO3溶液和CH3COOC2H5的混合物B．裝置②可用于除去Cl2中的HClC．裝置③可用于氯化氫氣體溶于水D．裝置④：酸性KMnO4溶液中有氣泡出現(xiàn)，且溶液顏色會(huì)逐漸變淺直至褪去例8由下列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象不能得出相應(yīng)結(jié)論的是選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論A向2mL0.01mol/L的FeCl3溶液中加入1滴KSCN溶液，再加入足量鐵粉，充分振蕩溶液變?yōu)榧t色，加入鐵粉后紅色褪去，變?yōu)闇\綠色Fe3+比Fe2+的氧化性強(qiáng)B加熱盛有少量NH4HCO3固體的試管，并在試管口放置濕潤(rùn)的紅色石蕊試