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- 2021-05-13 发布
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专题六 实验方案设计与评价
一、实验设计
1.设计要求
实验设计要科学,安全可靠,操作简便,药品经济,现象明显。
2.一般流程
(1)根据某一主题,“发现问题”“提出猜想”“确定假设”;
(2)根据假设设计实验方案;
(3)通过实验收集证据或实验现象;
(4)作出假设是否成立的结论;
(5)对结论进行反思与评价。
3.解题方法
(1)分析题给条件,明确实验目的;
(2)根据反应原理,选择恰当的仪器和药品;
(3)对仪器装置进行科学的连接;
(4)制定操作步骤;
(5)结合物质性质,根据实验现象,得出正确的结论。
注意:在进行实验方案设计时要特别注意水的处理。
(1)水作为杂质要除去:要先除去其他杂质,后干燥。
(2)水作为产物的检验:先检验水,再检验其他产物。
(3)水的定量测量:前后都要排除外来水的干扰。
二、实验评价
1.评价内容
实验方案的评价包括实验原理的评价、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等。
2.评价方法
(1)化学反应原理是否正确,是否与实验目的相符;
(2)实验装置是否科学、优化、安全;
(3)操作方法是否可行,简捷;
(4)绿色化学的理念是否符合,对环境是否会造成污染;
(5)推理过程是否严密。
考向一 探究物质成分的实验设计
【例 1】已知碳酸易分解,草酸与碳酸有相似的化学性质,在受热的条件下草酸也会分
解,仅生成三种氧化物。我校研究性学习小组对此展开探究:
[提出问题]生成的三种氧化物是什么?
[查阅资料]无水硫酸铜是一种白色粉末,遇水变成蓝色硫酸铜晶体。化学方程式为:
CuSO4(白色粉末)+5H2O===CuSO4·5H2O(蓝色晶体)
[提出猜想]生成的氧化物中有 H2O、CO2 和 CO。
[实验探究]张亮将生成的气体,依次通过如图所示装置,验证猜想。
(1)观察到 A 中__________,证明生成物中有水。
(2)B 中澄清石灰水变浑浊,证明______________。
(3)D 中红色粉末是__________(填化学式),实验现象______________。
[交流讨论]
陈军认为:张亮不需要 E 装置也能够推断出生成物中有一氧化碳。你是否支持陈军的观
点:________(填“支持”或“不支持”),请说出你的理由:______________________。
陈 军 还 认 为 : 从 环 保 的 角 度 来 看 , 此 装 置 有 一 个 缺 陷 , 请 你 指 出 该 缺 陷 :
________________,处理的方法是____________________。
解析:因水与白色 CuSO4 粉末会发生化学反应生成蓝色晶体,若看到 A 中白色粉末变蓝
色,则证明产物中有水生成;可利用 CO 的还原性来确定 CO 的存在,这样 D 中的红色粉末为
Fe2O3,与 CO 反应后变黑色且 E 中澄清石灰水变浑浊;因为这三种气体中只 有 CO 能将红色
的氧化铁变黑色,故陈军的观点也是正确的,但此装置中未反应的 CO 随尾气排入了大气造
成污染,可将尾气回收利用。
答案:(1)白色粉末变为蓝色
(2)生成了二氧化碳
(3)Fe2O3 红色粉末变为黑色,E 中澄清石灰水变浑浊
[交流讨论]支持 因为在这三种气体中,只有一氧化碳有还原性,能将氧化铁还原为铁
没有进行尾气处理 点燃尾气或收集尾气或尾气再利用
根据使用的实验装置和涉及的反应原理,对实验现象进行合理的预测,关键是要理解装
置中物质在反应时可能产生的现象。在描述实验现象时,要注意语言的准确和简洁。
考向二 仪器组合装置的实验设计
【例 2】化学是一门以实验为基础的学科,化学所取得的丰硕成果,与实验的重要作用
是分不开的。结合如下图所示的实验装置回答问题:
(1)写出图中带标号仪器的名称:①________,②________。
(2)若实验室对你开放,请从上图中选择合适的装置,制取一种你熟悉的气体。你想制
取的气体是________,选择的发生装置是__________(填序号,下同),选择的收集装置是
________ , 选 择 此 收 集 装 置 的 理 由 是
________________________________________________。
(3)装置 B 虽然操作简便,但无法控制反应速率。请从上图中选取________(填序号)取
代 B 中的单孔塞,以达到控制反应速率的目的。
解析:(2)气体的发生装置是由反应物的状态和反应条件决定的;若反应物为固体,且
需加热,应选 A 装置;若反应物为固体和液体,而且反应不需加热,应选装置 B。气体的收
集装置是由气体的密度及在水中的溶解性决定的;若气体不易溶于水,可用排水法收集;若
气体的密度比空气的大,且不与空气的成分发生反应,可用向上排空气法收集;若气体密度
比空气的小,且不与空气的成分反应,可用向下排空气法收集。
(3)若用图中的 H 装置代替 B 中的单孔塞,可通过控制滴加液体的量来控制反应速率。
答案:(1)酒精灯 长颈漏斗
(2)O2 B C(或 D) 氧气的密度比空气的大(或氧气不易溶于水)(其他合理答案均可)
(3)H
考向三 对不同实验方案的评价
【例 3】(2011·四川乐山中考)下列每组对比实验不能达到实验目的的是( )。
选项 实验设计 实验目的实验一 实验二
A
将带火星的木条伸入
装有 5 mL 5%的过氧化
氢溶液的试管中
将带火星的木条伸入
装有少量 MnO2 和
5 mL 5%的过氧化氢溶
液的试管中
探究催化剂对化学反
应速率的影响
B 将铁丝放入 2 mL 10%
的硫酸铜溶液中
将银丝放入 2 mL 10%
的硫酸铜溶液中
探究铁、铜、银三种金
属的活动性顺序
C 将5 g氯化钠加入20 mL
20 ℃的水中
将5 g硝酸钾加入20 mL
10 ℃的水中
比较两种物质溶解度
大小
D 将植物嫩叶浸泡在 10
mL 蒸馏水中
取 10 mL 蒸馏水,通入
过量二氧化硫气体,再
将植物嫩叶浸泡其中
模拟酸雨的危害
解析:A 中过氧化氢溶液的体积和浓度相同,实验一中没有催化剂,实验二用了催化剂,
可以比较催化剂对化学反应速率的影响,故 A 正确;B 中实验一将铁丝放入 2 mL 10%的硫酸
铜溶液中能比较出铁、铜的金属活动性顺序,实验二将银丝放入 2 mL 10%的硫酸铜溶液中
能比较出银、铜的金属活动性顺序,通过这两个实验可比较出铁、铜、银三种金属的活动性
顺序;C 中实验一和实验二的温度不同,无法比较两种物质溶解度大小;将植物嫩叶放在等
体积的水中和通入二氧化硫气体的水中可以比较酸雨的危害,故 D 正确。
答案:C
1.文文的家庭化学实验室有如下物品:①试管 ②烧杯
③煤气和煤气炉 ④托盘天平 ⑤筷子 ⑥铁钉 ⑦食 盐 ⑧食醋 ⑨澄清石灰水
⑩牵牛花汁 ⑪水 ⑫饮料吸管 ⑬胶头滴管 ⑭小勺。只利用这些物品不能完成的实验是
( )。
A.探究人体吸入的空气和呼出的气体中 CO2 含量的不同
B.探究牵牛花汁是否可作指示剂
C.探究加速食盐溶于水的有效方法
D.探究铁钉锈蚀的条件
2.某气体可能含有水蒸气、CO、H2 中的一种或几种。为了确定其成分,最佳的方案是
将气体依次通过装置( )。
A.甲、乙、丙 B.丙、乙、甲
C.丙、甲、乙、丙 D.丙、甲、丙、乙
3.(2011·河南中考)下列实验不能达到实验目的的是( )。
4.认真对实验现象进行观察和分析,有助于获得化学知识并学会简单的科学探究方法。
下列结论是对实验现象分析得出的。其中正确的是( )。
A.某固体物质加到水中,液体温度升高,则该固体一定是氧化钙
B.向某固体中滴加稀盐酸,有气泡产生,则该固体中一定含有碳酸根
C.某固态化肥与熟石灰混合研磨产生氨味,证明该化肥一定是铵态氮肥
D.把燃着的木条伸入无色气体中,木条火焰熄灭,该气体一定是二氧化碳
5.某学生设计的下列四个实验方案中,理论上正确,操作上可行,经济上合理的是
( )。
A.Cu――→稀盐酸CuCl2 ――→NaOH 溶液Cu(OH)2
B.H2O――→通电 O2――→Mg MgO
C.CaCO3――→煅烧 CaO――→H2O Ca(OH)2 溶液 ――→Na2CO3 NaOH 溶液
D.MgCl2 ――→NaOH 溶液Mg(OH)2――→电解 Mg
6.如下图所示,小明将两根含硫火柴点燃后迅速伸入烧杯 B 中,片刻后取出火柴,振
荡烧杯 A,观察到高锰酸钾溶液褪色。小明认为是火柴燃烧生成的二氧化硫使高锰酸钾溶液
褪色。小红认为这个实验还不足以说明褪色原因,应补做一个实验。
(1)你认为小明应该补做的实验是什么?
____________________________________________________________。
(2)补做该实验的目的是什么?
____________________________________________________________。
7.小洁发现妈妈在面粉中加入一种白色粉末,做出的蛋糕、馒头疏松多孔。她很感兴
趣,想探究这种“神奇粉末”的成分。通过对市场上相关产品进行调查,她发现了如下图所
示的三种商品,认为妈妈使用的白色粉末是以下三种商品中的一种。
商品
成分 碳酸钠 碳酸氢钠 碳酸氢钠、有机酸
用法
面粉加水揉和成面团,发
酵后产生酸味,加入适量
食用纯碱,反复揉和,加
热即可制成松软的馒头
面粉无需发酵,直接加入
适量小苏打,加水调和,
放入烤箱加热即可制成疏
松多孔的糕饼
面粉与发酵粉按比例拌
匀,放入适量温水揉和,
放置一段时间,即可蒸、
烘、烤制成疏松多孔的各
种食品
(1)纯碱的化学式是________,这三种商品都能在使用过程中产生一种气体,使做成的
食品疏松多孔,这种气体是________。
(2)小洁通过阅读纯碱和小苏打的用法,推测出小苏打不同于纯碱的化学性质是
__________________。
(3)根据获得的信息,小洁设计实验方案,在实验室探究这种白色粉末的成分。
实验操作 实验现象 实验结论
①取少量白色粉末于试管中,
加入适量蒸馏水 固体溶解,无其他明显现象 ________
②______________ 有无色气泡产生 白色粉末一定是纯碱
实验反思:老师提示小洁第②步实验得出的结论有不足之处,请你帮助小洁改进实验方
案,确认白色粉末的成分,并完成实验报告。
实验操作 实验现象 实验结论
8.(2011·山东烟台中考)某化学兴趣小组利用下图装置探究制取气体的原理、方法及
性质。结合装置图,回答下列问题:
(1)写出图中标号仪器的名称:a________,b________。
(2)用双氧水和二氧化锰制取氧气时,可选用的发生装置是__________(填上图字母),
可选用 C 装置收集氧气,其原因是__________________________。
(3)实验室常用氯化铵固体与碱石灰固体共热来制取氨气(NH3),应选择的发生装置是
________________(填上图字母)。
(4)该小组设计了如下图所示的实验装置,既可用于制取气体,又可用于探究物质性质。
①当打开 K1、关闭 K2 时,利用Ⅰ、Ⅱ装置,可进行的实验是__________(填字母)。
a.大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳
b.锌与稀硫酸反应制取氢气
②当打开 K2、关闭 K1 时,可以利用Ⅰ、Ⅲ装置制得二氧化碳并验证其性质。实验室制
取二氧化碳的化学方程式是__________________________;若要证明二氧化碳能与水发生反
应,应向烧杯的水中加入____________________。
9.现有如下图所示的实验装置:
现有稀硫酸、CuO、Fe 粉三种物质,请设计两种制取铜的实验方案。填写下表。
实验方案 有关反应的化学方程式 选用装置(填
字母代号)
方案一
方案二
在以上两个设计方案中,你认为__________操作更合理,更简便。
10.实验室有一保管不当的试剂瓶,其残缺的标签中只剩下“Na”字样。已知它是无色
液体,是初中化学常用的无机试剂。小宏同学为探究其成分进行了猜想,并设计实验进行验
证,有关内容见下表:
猜想 设计的实验步骤 可能的现象与结论
猜想一:可能是
氢氧化钠溶液
用试管取少量样品,向其中滴
入两滴酚酞试液
若酚酞溶液变为红色,则猜想
成立。若酚酞溶液无明显变
化,则猜想不成立
猜想二:?
用试管取少量样品,向其中先
滴入适量的用硝酸酸化的硝
酸钡溶液,然后滴入硝酸银溶
液
若溶液先没有明显变化,后出
现白色沉淀,则猜想成立。若
与上述现象不同,则猜想不成
立
猜想三:?
用试管取少量样品,向其中先
加入适量盐酸酸化,然后滴入
氯化钡溶液
若溶液先没有明显变化,后出
现白色沉淀,则猜想成立。若
与上述现象不同,则猜想不成
立
请你参与这一探究活动,根据上表回答下列问题:
(1)小宏的猜想二是____________________________________。如果猜想成立,则产生
沉淀的化学反应方程式为__________________。
(2)小宏的猜想三是____________________________________。如果猜想成立,则产生
沉淀的化学反应方程式为______________________。
(3)小宏同学对猜想一所描述的实验现象和得出的结论是否正确?请判断并说明理由。
____________________________________。
(4)除了小宏的三种猜想,请你再补充一种猜想,模仿上述过程,设计简单的实验方案
并验证你的猜想,将有关内容填入下表。
你补充的猜想 设计的实验步骤 可能的现象与结论
11.将过量的 Na2CO3 溶液滴入到一定量 CuSO4 溶液中得到蓝色固体。某研究性学习小组
对蓝色固体的成分进行了如下探究。请完成下列各题:
(1)猜想与假设:
猜想一:固体为 CuCO3,理由:________________________________(用化学反应方程式
表示)。
猜想二:固体为 Cu(OH)2,理由:Na2CO3 溶液呈______(填“酸”或“碱”)性。
猜想三:固体为 Cu(OH)2 和 CuCO3 的混合物。
(2)资料查阅:
①Cu(OH)2 和 CuCO3 晶体均不带结晶水;
②Cu(OH)2、CuCO3 受热易分解,各生成对应的两种氧化物。
(3)设计与实验:
Ⅰ.固体的获取:
①将反应后的固、液混合物经________、洗涤、低温烘干得蓝色固体。
②判断固体已洗净的方法及现象______________________________________________。
Ⅱ.用下图所示装置,定性探究固体的成分。
③若用装置 A、B 组合进行实验,B 中无现象,则猜想________正确;
④若用装置 A、C 组合进行实验,C 中无现象,则猜想________正确;
⑤小组同学将装置按 A、______、______(填“B”或“C”)的顺序组合进行实验,验证
出猜想三是正确的,实验中:B 中的现象为____________________________,C 中的现象为
____________________________。
结论:固体为 Cu(OH)2 和 CuCO3 的混合物。
Ⅲ.固体成分定量测定:
已知 Cu(OH)2 的分解温度为 66~68 ℃,CuCO3 的分解温度为 200~220 ℃。设固体的组
成为 aCu(OH)2·bCuCO3。小组同学用热分析仪对固体进行热分解,获得相关数据,绘成固体
质量变化与分解温度的关系如图,请根据图示回答下列问题:
⑥写出 AB、CD 段发生反应的化学方程式:
AB 段:____________________________________________________________________;
CD 段:____________________________________________________________________。
⑦通过计算可得:a∶b=________。
⑧若将 24.0 g 剩余固体继续加热到更高的温度,发现固体质量减少了 2.4 g 后质量不
再改变,写出此过程中可能发生反应的化学方程式:______________________________。
12.下图为常见的实验装置(用途不一),根据下列要求回答问题,装置可重复使用。提
示:H2+CuO=====△ Cu+H2O,无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色。
(1)将含有水蒸气的氢气干燥后还原氧化铜,则该气体先要通过装置__________(填序
号,下同)。
(2)如果要验证混合气体由 H2、CO 组成,则需要连接的仪器顺序为______________。
(3)如果要验证混合气体由 CO、CO2 组成,则需要连接的仪器顺序为______________。
(4)如果要验证混合气体由 H2、H2O 组成,则需要连接的仪器顺序为______________。
(5)如果要验证混合气体由 CO2、CO、H2 组成,则需要连接的仪器顺序为__________。
参考答案
专题提升演练
1.D 2.D 3.A 4.C 5.C
6.答案:(1)把火柴换成木条再重复以上实验
(2)说明二氧化碳不能使高锰酸钾溶液褪色(或做对比实验)
7.答案:(1)Na2CO3 CO2 (2)NaHCO3 受热易分解,产生 CO2
(3)
实验操作 实验现象 实验结论
该白色粉末不是快速发
酵粉
取少量白色粉末于试管
中,滴加稀盐酸
取少量白色粉末于试管
中,塞上带导管的单孔
塞,导管另一端伸入澄
清石灰水中,加热固体
若产生无色气泡,使澄
清石灰水变浑浊。
若无明显现象
该白色粉末是小苏打
(NaHCO3)
该白色粉末是纯碱
(Na2CO3)
8.答案:(1)长颈漏斗 锥形瓶
(2)B 氧气的密度比空气的大
(3)A (4)①b ②CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑ 石蕊溶液
9.答案:
方案一 ①Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
②H2+CuOCu+H2O B、C
方案二 ①CuO+H2SO4===CuSO4+H2O
②Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
D、E
方案二
10.答案:(1)可能是氯化钠溶液 NaCl+AgNO3===AgCl↓+NaNO3
(2)可能是硫酸钠溶液 Na2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2NaCl
(3)不正确;使酚酞溶液变红的不一定是氢氧化钠溶液,碳酸钠溶液等也可使其变红
(4)
你补充的猜想 设计的实验步骤 可能的现象与结论
可能是碳酸钠溶液(或
者碳酸氢钠溶液)等
用试管取少量样品,向
其中滴入适量的稀硫酸
若能产生无色无味的气体,
则猜想成立。若无明显变
化,则猜想不成立
11.答案:(1)猜想一:Na2CO3+CuSO4===CuCO3↓+Na2SO4
猜想二:碱
(3)Ⅰ.①过滤
②取最后洗涤液少量,滴加适量的稀盐酸(硝酸、硫酸),无气泡产生;或滴加 BaCl2[或
Ba(OH)2、Ba(NO3)2]或 CaCl2[或 Ca(OH)2、Ca(NO3)2]溶液,无沉淀产生(其他合理答案均可)
Ⅱ.③二 ④一 ⑤C B 澄清石灰水变浑浊 白色固体变蓝
Ⅲ.⑥Cu(OH)2CuO+H2O CuCO3CuO+CO2↑ ⑦2∶1 ⑧4CuO2Cu2O+O2↑
12.答案:(1)B (2)EAD (3)DCDBED (4)ABEA (5)DCBEAD