杭州专版2020中考化学复习方案专题05化学实验设计和评价课件 27页

专题 5 化学实验设计和评价 化学 | 第二部分　专题突破 专题简介 【 命题重点 】 实验设计包括：①单项实验设计：设计实验求证某一单项问题，或求证某一规律；特点是围绕某一问题设计一个指向很单一的实验，而且实验通常一步到位 . ②综合实验设计：设计实验求证多个问题，其特点是多步操作、装置复杂、现象多样 . ③定量实验设计：通过实验，获取有关数据，然后分析数据推理出结论 . 定量实验设计要精密一些，要尽可能地回避一些误差的引入 . ④开放型实验设计：试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理完全自主完成 . 解答此类试题，过程要合理完整，方法简便，现象叙述要准确，推理要符合逻辑 . 实验方案评价包括实验原理及方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价 . 以批判的思维方法对所设计的实验方案、实验方法、实验装置、实验操作从某个角度否定，排除不合理或可行但不是最优的方法，选择、创新更好的方法 . 【 方法要点 】 1. 实验方案的设计 (1) 实验设计的基本要求 ①科学性 实验原理、方法和操作等科学、合理 . ②安全性 实验操作要尽量防止带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触 . 若无法避免有毒物质，则应采取安全措施，以防造成环境污染和人体伤害 . ③可行性：设计的实验方案要真正切实可行，所选药品、仪器、装置经济可靠 . ④简约性 实验设计应简单易行 . 装置简单，实验操作简便，实验现象明显 . (2) 实验方案设计的几种思路 实验设计的总体思路是明确实验目的，弄清实验原理，根据要求正确选择仪器和药品，设计实验装置和操作步骤，分析得出结论 . ①对比实验设计 对比实验是实验设计的一种基本思路，有利于实验现象观察对比，有利于推理论证结论 . ②控制变量实验设计 一个问题常常受多方面的因素制约，为了研究每一个因素对问题的影响程度，常常采取控制变量法逐个检验，每一个现象只说明一个问题，换一个条件再检验 . 综合各个因素对问题的影响作出综合性的判断 . ③综合实验设计 设计一个实验探究多方面的问题，如设计一个组合实验探究某一混合气体的成分、某一气体的性质和组成等 . 2. 实验方案的评价 (1) 方案在理论上是否科学、合理，是否具有严密性； (2) 在满足安全性的前提下，操作上是否简单易行； (3) 从经济角度评价，是否节约试剂、降低成本和提高产品质量； (4) 从环境角度考虑，是否会对环境造成污染 . 3. 实验方案评价的原则 实验方案的评价主要包括对实验方案可行性的评价和对方案优劣的评价 . (1) 对实验方案可行性评价的原则 化学实验设计的原理、操作步骤和方法，必须与化学知识的科学性和实验操作的合理性相一致，即要科学、合理 . (2) 对方案优劣的评价的原则 ①设计简洁 就是要尽可能采用简单的仪器或实验装置，在常规条件下进行；用较少的实验步骤和试剂，在较短的时间内完成实验，充分体现实验设计的简约性原则 . ②效果明显 就是按照实验设计进行操作，产生的现象生动直观，易于观察记录 . ③安全可靠 实验设计要尽可能避免选用有毒药品和具有一定危险性的实验操作，如果必须选用，应在设计方案中给出明确提示和预防措施，以避免造成环境污染或实验事故；此外，还要确保实验成功 . 类型一　实验方案的设计 例 1 [2019· 上海 ] 某混合溶液含一定量的硝酸银、硝酸铜和硝酸钡，为逐一沉淀、分离其中的金属元素，从稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠稀溶液、氯化钠溶液、硫酸钠溶液中选择试剂进行实验 . ①甲的实验如下表所示： 步骤 操作 现象与解释 Ⅰ 　向混合溶液中加入过量稀盐酸，充分反应后过滤 　得到白色沉淀，相应的化学方程式是 　　　　　　　　　　　　　　　　　   Ⅱ 　向 Ⅰ 中滤液加入过量稀硫酸，充分反应后过滤 　得到 　　　　 色沉淀   HCl+AgNO 3 AgCl ↓ +HNO 3 白 ( 续表 ) 步骤 操作 现象与解释 Ⅲ 　向 Ⅱ 中滤液加入过量氢氧化钠稀溶液，充分反应后过滤 　得到蓝色沉淀，该沉淀的化学式是 　　　　　   在 Ⅱ 中，需确认钡元素是否完全沉淀 . 甲在此环节的部分实验记录如图 HT5-1 所示： [ 方案 ] 测定溶液 pH ，若小于 7 ，则稀硫酸过量，确认钡元素已完全沉淀 . [ 操作步骤 ] 用玻璃棒蘸取上层清液，沾到湿润的 pH 试纸上，将试纸呈现的颜色与标准比色卡对照，记录 pH 读数 (pH=1). 图 HT5-1 Cu(OH) 2 请根据这部分记录，指出该环节中甲存在的具体问题并说明理由 ____________________________________ 　　　　　 　　　　　　 .  ②乙仅调整了甲实验中所加试剂的顺序，既达到了实验目的，理论上又减少了氢氧化钠的消耗量 . 乙所加试剂依次为 ___________________________________ 　　　　　　 .  ③丙设计了一种新的方案，不仅达到了实验目的，而且理论上氢氧化钠的消耗量减到最少 . 丙所加试剂依次为 _____________________________________________ 　　　　 .  问题：沾到湿润的 pH 试纸上； 理由：湿润的 pH 试纸会稀释待测液 过量稀盐酸、过量氢氧化钠溶液、 过量稀硫酸 过量氯化钠溶液、过量氢氧化钠溶液、过量稀 硫酸 【 变式 1 】 小明把过量锌粒加入有盐酸的试管中，发现随着反应的进行，产生气体的速度逐渐加快，一段时间后逐渐减慢，最后停止产生气体 . 在反应过程中，溶液的温度也先随之升高，最后下降到室温 . 于是，小明设计实验来探究 “ 一定质量的某种金属和同体积盐酸反应快慢的影响因素 ”. 测得实验数据如下： 某金属与同体积盐酸反应实验数据表 盐酸浓度 反应开始时 酸溶液 的 温度 反应开始 到 2 分钟 产生的 气体体积 反应结束 共产生 气体 体积 5% 20 ℃ 10 mL 60 mL 10% 20 ℃ 19 mL 118 mL 15% 20 ℃ 28 mL 175 mL 5% 35 ℃ 28 mL 60 mL 10% 35 ℃ 72 mL 118 mL 15% 35 ℃ 103 mL 175 mL (1) 分析实验数据得出：一定质量的某种金属和同体积盐酸反应，影响金属和酸反应快慢的主要因素有 　　　　　　 ； 　　　　　　　　　　 .  (2) 可以通过比较 ___________________________________________________________ 　　　 的实验数据来确定金属和酸反应的快慢 .  (3) 过量锌粒加入盐酸中，反应开始的一段时间，反应速率逐渐加快，而不是逐渐减慢 . 请分析原因：   　 .  盐酸浓度 反应时溶液温度 反应开始到 2 分钟产生的气体体积 ( 或相同时间内产生的气体 体积 ) 温度对反应速率的影响大于盐酸浓度对反应速率的影响 类型二　实验方案的评价 例 2 焦亚硫酸钠 (Na 2 S 2 O 5 ) 是一种常用的食品抗氧化剂 . 小金模拟化工生产，用如图 HT5-2 装置来制取 Na 2 S 2 O 5 . (1) 图中盛放浓硫酸的仪器名称是 　　　　　　 .  图 HT5-2 [ 答案 ] (1) 分液漏斗　 [ 解法指导 ] (1) 图中盛放浓硫酸的仪器的名称为分液漏斗 . 例 2 焦亚硫酸钠 (Na 2 S 2 O 5 ) 是一种常用的食品抗氧化剂 . 小金模拟化工生产，用如图 HT5-2 装置来制取 Na 2 S 2 O 5 . (2) 写出 C 中发生反应的化学方程式： 　　　　　　　　　　　　　　　　 .  图 HT5-2 [ 答案 ] (2)SO 2 +2NaOH Na 2 SO 3 +H 2 O 　 [ 解法指导 ] (2) 反应过程中产生有害气体二氧化硫，需要进行尾气处理，二氧化硫与二氧化碳性质相似，与氢氧化钠反应生成相应的盐和水；反应的化学方程式为 SO 2 +2NaOH Na 2 SO 3 +H 2 O. 例 2 焦亚硫酸钠 (Na 2 S 2 O 5 ) 是一种常用的食品抗氧化剂 . 小金模拟化工生产，用如图 HT5-2 装置来制取 Na 2 S 2 O 5 . (3) 在实验过程中，滴加浓硫酸不宜过快， 理由是 　　　　　　　　　　　　　　　 ( 写出一点 ).  图 HT5-2 [ 答案 ] (3) 提高 SO 2 的利用率 ( 或减少尾气的产生 ) [ 解法指导 ] (3) 若滴加浓硫酸过快，则生成二氧化硫气体较快，可能导致二氧化硫气体来不及与 B 中的亚硫酸钠进一步反应生成 Na 2 S 2 O 5 . 例 2 焦亚硫酸钠 (Na 2 S 2 O 5 ) 是一种常用的食品抗氧化剂 . 小金模拟化工生产，用如图 HT5-2 装置来制取 Na 2 S 2 O 5 . (4) 该实验开始滴加浓硫酸前，应先除尽装置 内的空气 . 若忘记这一操作，所制取的 Na 2 S 2 O 5 产品中会混有 Na 2 SO 4 杂质，这与 O 2 的 　　　　 ( 填化学性质 ) 有关 .  图 HT5-2 [ 答案 ] (4) 氧化性 [ 解法指导 ] (4) 该实验开始滴加浓硫酸时，应先除尽装置内的空气，是为了防止 Na 2 S 2 O 5 被氧化成 Na 2 SO 4 ，这与 O 2 的氧化性有关 . 【 变式 2 】 [2018· 潍坊 ] 酸、碱、盐是我们身边重要的化合物，在生活和生产中具有广泛的应用 . (1) 锅炉水垢既会降低燃料的利用率，影响锅炉的使用寿命，还可能造成安全隐患 . 某锅炉水垢的主要成分有 CaCO 3 、 Mg(OH) 2 、 Fe 2 O 3 ，用 “ 酸洗 ” 法可除去该水垢 . ① “ 酸洗 ” 时，一般不选用稀硫酸的原因是 _________________________________ 　　　　 　　　　　　　 .  ②写出稀盐酸与氧化铁反应的化学方程式： 　　 　　　　　　　　　　 .  稀硫酸和碳酸钙反应生成的硫酸钙 微溶于水，会阻碍反应的进行 Fe 2 O 3 +6HCl 2FeCl 3 +3H 2 O 【 变式 2 】 [2018· 潍坊 ] 酸、碱、盐是我们身边重要的化合物，在生活和生产中具有广泛的应用 . (2) 两种抗胃酸药剂的主要成分及建议每次剂量见下表： 服用 Mg(OH) 2 的药效比服用 NaHCO 3 “ 强 ” 的原因是 ________________________ 　 .  主要成分 NaHCO 3 Mg(OH) 2 建议每次剂量 /g 0.5 0.3 0.3 g Mg(OH) 2 比 0.5 g NaHCO 3 能中和更多的 HCl ，所以 Mg(OH) 2 药效强于 NaHCO 3 【 变式 2 】 [2018· 潍坊 ] 酸、碱、盐是我们身边重要的化合物，在生活和生产中具有广泛的应用 . (3) 某校化学兴趣小组在课外活动中，对三种溶液进行了检验，检验的结果如下表所示： 其中第 　　　　 组结果肯定不正确 .  组别 溶液中检验出的物质 1 CaCl 2 、 NaCl 、 CaCO 3 2 Ba(OH) 2 、 H 2 SO 4 、 NaCl 3 KCl 、 Na 2 SO 4 、 NaCl 1、2 【 变式 2 】 [2018· 潍坊 ] 酸、碱、盐是我们身边重要的化合物，在生活和生产中具有广泛的应用 . (4) 在 CuO 和 Fe 的混合物中加入一定量的稀硫酸，微热，待反应停止后过滤，滤出不溶物后再往滤液里加入一枚铁钉，若铁钉无变化，不溶物中一定含有 　　　 ，滤液中含有的溶质是 　　　　　 .  铜 硫酸亚铁