第18、19讲(20100117完成)

1、第 18 讲化学实验的设计与评价襄樊五中陈冰【考情分析】高考对本知识的考查方向：1.实验的设计、评价或改进。2.控制实验条件的方法。3.实验数据的分析、处理。4.绘制和识别典型的实验仪器、装置图。【知识导航】一、化学实验方案的设计1.化学实验设计应遵循的原则：科学性（即实验原理、 操作程序和方法必须正确） ；安全性 （即用药及操作要注意安全，注意环境保护等问题） ；可行性 （要满足中学现有的实验条件） ；简约性 （装置简单、步骤少、药品用量少、时间短、效果好） 。2.实验设计的步骤(1) 明确目的原理首先必须认真审题， 明确实验的目的要求， 弄清题目有哪些新的信息， 综合已学过的知识，通过类比

2、、迁移、分析，从而明确实验原理。(2) 选择仪器药品根据实验的目的和原理，状态， 能否腐蚀仪器和橡皮、的化学仪器和药品。以及反应物和生成物的性质、 反应条件， 如反应物和生成物的反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等， 从而选择合理(3) 设计装置步骤根据上述实验目的和原理， 以及所选用的仪器和药品， 设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。(4) 记录现象数据根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。(5) 分析得出结论根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。以上只是解答综

3、合实验设计题的一般思考方法。在解答过程中，应根据实验设计题的具体情况和要求，作出正确的回答。3.实验设计应注意的问题 药品和装置是部分给出或刚好还是有多余。若药品和装置只部分给出，则应需要作必要的补充，若有多余，则应进行筛选和淘汰。 题设条件有无特殊要求。如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。 实验过程中的隐蔽性操作。如某些必要的干燥除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。 药品的名称。有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、高锰酸钾酸性溶液、浓

4、硫酸等。 会画简单的实验装置图。 设计实验时还要考虑因素：a.净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；b.进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如 H2 还原 CuO 应先通 H 2，气体点燃先验纯等） ；c.防氧化（如H2 还原 CuO 后要 “先灭灯后断氢 ”，白磷切割宜在水中进行等）；d.防吸水（如实验、取用、制取易吸水、潮解的物质，需采取必要措施，以保证达到实验目的）。二、化学实验方案的评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。1.从可行性方面对实验方案做出评价。科学性和可行性是设计实验方案的两条

5、重要原则，任何实验方案都必须科学可行。评价时，从以下四方面分析：实验原理是否正确、可行；实验操作是否安全、合理；实验步骤是否简单、方便；实验效果是否明显等。2.从 “绿色化学 ”视角对实验方案做出评价。“绿色化学 ”要求设计更安全的、对环境友好的合成路线，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。 根据 “绿色化学 ”精神，对化学实验过程或方案从以下 4 个方面进行综合评价： 反应原料是否易得、安全、 无毒； 反应速率是否较快；原料利用率以及合成物质的产率是否较高；合成过程是否造成环境污染。3.从 “安全性 ”方面对实验方案做出评价。化学实验从安全角度常考虑的主要因

6、素如下：净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如 H 2 还原 CuO 应先通 H2，气体点燃先验纯等)；防氧化 (如 H2 还原 CuO 后要 “先灭灯再停氢 ”，白磷切割宜在水中等)；防吸水 (如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解宜采取必要措施，以保证达到实验目的 )；冷凝回流 ( 有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑 )；其他 (如实验操作顺序

7、、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。【考点例析】考点 1实验方案的设计例 1在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁 ”。请分别用下图中示意的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和 “引火铁 ”。实验中必须使用普通铁粉和6mol/L 盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去）。填写下列空白：（ 1）实验时试管A 中应加入的试剂是；烧瓶 B 的作用是；烧瓶C 的作用是；在试管D 中收集得到的是。（ 2）实验时，

8、U 型管 G 中应加入的试剂是；长颈漏斗中应加入。（ 3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应的字母）。（ 4）烧瓶 I 中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是。（ 5）试管 E 中发生的化学方程式为。（ 6）为了安全，在 E 管中的反应发生前，在F 出口处必须；E 管中的反应开始后，在 F 出口处应。解析： 比较两套装置可以判定，左图是铁与水蒸气的反应装置，右图则是用制得的氢气还原四氧化三铁的装置，可推知B应为加热水产生水蒸气的装置，A 为铁与水蒸气反应的装置； H 与 I 组合起来用于制氢气，E 则用于氢气还原四氧化三铁。其余的仪器则为附属设备，例如， D 用于收集产

9、生的氢气，G 用于净化所制的氢气。应该指出的是，当明确每套装置对应的主要反应以后， 解答的重、 难点在于实验知识、技能的恰当应用。 首先应理出每套装置中气体的发生装置和气体流向。然后，要分析在A 和 E 中发生的反应及反应产物，明确附属设备的功能。鉴于装置较复杂和反应速率较难控制，用C 为安全瓶防止水倒吸至A（此处要加热） ，确保实验安全。答案：（1）普通铁粉 （或铁粉）；用于产生水蒸气； 防止水倒吸； 氢气（ 2）固体 NaOH（或碱石灰、 CaO 等固体干燥剂） ； 6mol/L的 HCl（ 3）A 、B、 E（ 4）加快产生氢气高温的速度（ 5） Fe3O4+4H 23Fe+4H2O(6

10、) 检验氢气的纯度；点燃氢气考点 2实验方案的评价例 2某无色混合气体中可能含有乙烯、二氧化碳、二氧化硫和氧气，为确定其中一定含有二氧化碳、二氧化硫，有甲、乙、丙三位同学分别设计了下述实验方案，并都认为如果观察到的现象和自己设计的方案一致，即可确证无色混合气体中一定含有CO2 和 SO2方案甲：方案乙：方案丙：试用简要语言评价上述实验各方案是否严密？并说明原因。(1)方案甲：(2)方案乙：(3)方案丙：。解析： 因混合气体中可能含C2H 4、CO2、SO2 、和 O2 ，当混合气体通过酸性高锰酸钾溶液和溴水时，能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色的物质可能是C2H4，也可是SO2，因此甲方案设计不严

11、密。而上述混合气体中能使品红溶液褪色的只有SO2，且品红溶液的颜色只是变浅而不是褪色，说明SO2 完全被吸收，再通过澄清石灰水后石灰水变浑浊说明一定含有CO2。答案： (1)不严密。有乙烯的干扰。(2) 不严密。有乙烯的干扰。(3)严密。上述气体中只有 SO2 能使品红溶液褪色，通过足量的品红溶液后， SO2 被除去，若剩余气体能使澄清石灰水变浑浊，则一定有 CO2 存在。考点 3 综合性实验设计、实验方案的评价的考查例 3铁是日常生活中最常见的金属，某班同学在学习铁的知识时，有下列问题：问题 1：铁为何称为黑色金属？问题 2：同学们查资料得知 CuO 高温可以分解为 Cu 2223O 和 O

12、 ，于是同学们提出问题“ FeO高温可以分解为FeO 和 O2 吗？ ”（ 1）对于问题1，同学们上网查寻，有两种解释：A 、因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。B、因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。你认为正确的说法是。若有一黑色粉末，你如何鉴别是铁粉，还是Fe3 O4 粉末。若有一黑色粉末，为铁和四氧化三铁的混合物，你如何证明其中有Fe3 O4（只要求简述实验方法） 。（ 2）对于问题 2，同学们准备实验探究，他们设想了两种方法：A ：将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后颜色是否变化。B：将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后质量是否变化。 实验中应将Fe2O3

13、放在（填仪器名称， 下同）中灼烧。 冷却时应放在中。 方法 A 中，同学们认为：“如果高温灼烧后颜色由变为，则说明 Fe2O3 确实发生了变化 ”。你认为能说明生成的一定为FeO 吗？，理由是。 方法 B 中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧前后质量比应为，但是，实验结果固体灼烧前后质量比为30 :29，则高温灼烧后生成物是。 比较两种方法，你认为较可靠的方法是。思路点拨： 这是探究性的实验题， 考查了铁与四氧化三铁的性质及三氧化二铁受热分解产物的验证实验方案的评价。解题的关键是把好Fe、 Fe3 O4、 Fe2O3 的性质及2Fe2O34FeO+O2的定量计算。解析： (1) B 错误，因

14、为 Fe2O3 是红棕色的；常用的方法是加酸溶解，金属和稀盐酸反应生成氢气，而Fe3O4 反应时没有气泡产生；鉴别混合物中是否有Fe3O4 固体，可以用还原剂将氧化物还原，检验氧化产物， 如用氢气还原， 则检验是否有水生成，如用 CO 还原，则检验是否有CO2气体产生。(2)因为 Fe2O3 是红棕色的， FeO 是黑色的，若方法A 成立，那么颜色变化是由红棕色变为黑色，但从颜色并不能正确判断，因为也可能生成黑色的Fe3O4，6Fe O34Fe O+O；若方法 B 成立，则下列反应成立： 2Fe O34FeO+O ，234222216010灼烧前后的质量比为：4729，若质量比是30 29，则

15、发生了反应：6Fe2O34Fe3O4+O2；最后的分解产物是Fe3O4 ；结合两种方法的分析，方法B 更严密，此方法涉及了定量的计算，而方法A 仅仅是定性地从颜色来观察，不严密。答案：A 。取黑色粉末少许于试管中，加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁，若无气泡产生则原粉末为Fe3 O4（其它合理答案亦可）用干燥的氢气与黑色粉末加热反应，用无水硫酸铜检测有水产生或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应，用澄清石灰水检测有二氧化碳产生（其它合理答案亦可）（ 2）坩埚、干燥器 红棕色、黑色。不能，也可能为Fe3O410/9，Fe O4 B3【易误警示】1忽视实验过程中的隐蔽性操作，对装置观察

16、不仔细而造成答题失误。2对实验基本技能的掌握较差，对物质性质的认识不全面，对仪器的作用的认识存在局限性，对实验结果的定量处理能力不强。3审题不清，对实验现象的描述表达不清，设计物质检验方案的反应原理不清，语言表达能力差。4缺乏对物质的性质、制备、检验和综合实验方案设计与评价的统筹安排，知识的迁移能力和整合能力较弱，分析问题的能力不强。【考点精练】1下列实验能够获得成功的是（）A用氢氧化钠溶液和硝酸银溶液检验氯代烃中的氯元素B用四氯化碳溶液区分二氧化氮和溴蒸气C向某未知溶液中滴入几滴紫色石蕊试液，溶液变红，证明原溶液是酸D用氢气除去乙烷中混有的少量乙烯2随着 “神州 5 号 ”飞船的成功试验，中

17、国人圆了千百年来的飞天梦想。目前，人类对太空的认识还相当浅薄， 因此有限的太空飞行都要进行许多科学实验。的太空实验室里 (失重条件下 )进行以下实验，其中最难完成的是（若杨利伟在宇宙飞船）A 将金粉和铜粉混合C蒸发食盐水制取食盐晶体B 将牛奶和水相互混合D 用漏斗、滤纸过滤除去水中的泥沙3如图所示，烧杯内装有蒸馏水，下部封有半透膜的长颈漏斗，内装有淀粉和食盐溶液，漏斗颈内的液面略高于烧杯内蒸馏水的液面，过一段时间后用碘水和硝酸银溶液分别检验蒸馏水中的物质，整个实验过程中，所观察到的现象是（）A 漏斗颈内液面下降B漏斗颈内液面不变C烧杯内液体遇硝酸银溶液有白色沉淀生成D烧杯内液体遇碘水变蓝4要求

18、设计实验证明，某种盐的水解是吸热的，下面几种说法其中正确的是（）A 甲同学：在醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后若红色加深，说明盐类水解是吸热的B乙同学：将硝酸铵晶体溶于水，若水温下降，说明硝酸铵水解是吸热C丙同学：在盐酸中加入相同浓度的氨水，若实验过程中混和液温度下降，说明盐类水解是吸热的D丁同学：在醋酸钠溶液中加入醋酸钠晶体，若溶液温度下降，说明盐类水解是吸热的5验证乙酸乙酯密度，溶解性和水解三项性质的合理实验是（）A 将其滴入水中，随即滴加碱液并迅速加热至沸腾B将其滴入沸腾的碱液中观察C将其滴入水中观察片刻，再滴加含有酚酞的碱液并缓缓加热D将其滴入沸腾的水中观察6能证明乙酸是弱酸的实验事实

19、是（）A 乙酸能与碳酸钠溶液反应放出二氧化碳B乙酸和锌反应，速率比同pH 的盐酸慢C乙酸钠溶液的pH 大于 7D乙酸能使石蕊试液变红色7实验室可用下图所示的装置干燥、收集某气体R，并吸收多余的R，则 R 是（）A CH 4B HClC Cl2D NH 38实验室利用Zn 和稀 HCl 反应制取 H 2，下列措施中，不能提高化学反应速率的是（）A 增大盐酸的浓度B 给反应液加热C向溶液中加入少量硫酸铜溶液D 向溶液中加入醋酸钠晶体9为了检验 Pb(NO 3)2 受热分解后的产物， 有人用图所示的装置进行实验， 图中铁架台、铁夹和加热设备均略去。实验时在试管中放入研细的Pb(NO3 )2 晶体；实

20、验结束后，试管中得到黄色粉末（PbO）， U 型管下部有少量液体X ，集气瓶中收集到无色气体Y 。请回答下列问题：（ 1）有装置中试管和U 型管上的橡皮塞最好用锡箔包住，用橡皮塞连接的两玻璃管中要相互紧靠，原因是。（ 2）液体 X 可能是；气体 Y 可能是。（ 3）导管中不再有气泡冒出时，停止反应，这时在操作上应该注意的是，理由是。（ 4）用简单的实验证实（ 2）中的判断。（要求：怎样从水槽中取出集气瓶、实验方法、现象、结论）对 X 的判断：对 Y 的判断：10实验室里在制取某些有毒气体时， 为了防止有毒气体逸散造成空气污染， 有人设计了如图所示的实验装置 。并设想用 或 两种装置代替 中 b

21、 c 的部分，以求达到同样的实验目的。试回答下列问题：（ 1）若用 制取氯气， b 瓶加入的液体一般为。在正确选取试剂的前提下，反应开始后， 当关闭活塞时发现c 中液面上升不明显，估计可能的原因是。（ 2）若在装置 中用 Na2SO3 固体与浓硫酸反应制取气体，并撤除酒精灯。通常要向亚硫酸钠固体中滴加几滴水，再滴加硫酸。滴加水的作用是。（ 3）简述装置 中 b 瓶的作用。（ 4）II 和 中装置能否代替 中 b c 部分？；简述原因。11现有含 CaO 杂质的 CaC2 试样。某研究性学习小组的同学拟用以下三种方案测定CaC2 试样的纯度。请填写下列空白：（ 1）第一种方案： 请从下图中选用适

22、当的装置，设计一个实验， 测定 CaC2试样的纯度。所选用装置的连接顺序应是（填各接口的字母）：。（ 2）第二种方案： 根据试样和水在锥形瓶中反应前后质量的变化，测定 CaC2 的质量分数。先称取试样1.50g、锥形瓶和水的质量为195.00g，再将试样加入锥形瓶中，反应过程中每隔相同时间测得的数据如下表：读数次数质量 /g第 1 次196.30第 2 次196.15锥形瓶水试样第 3 次196.05第 4 次196.00第 5 次196.00计算 CaC2 的质量分数时，必需用的数据是。不必作第 6 次读数的原因是。此试样中 CaC2的质量分数为。（ 3）第三种方案：称取一定质量的试样（1.

23、60g），操作流程如下：操作的名称是。还需直接测定的物理量是。在转移溶液时，如溶液转移不完全，则CaC2 质量分数的测定结果（填“偏大”、“偏小”或“不变” ）。请指出该实验方案的 2 个不足之处。请改进这个实验方案，至少解决其中1 个不足之处。12学习了元素周期律后，同学们对第四周期过渡元素氧化物产生了浓厚的兴趣。是否只有二氧化锰能催化氯酸钾受热分解？氧化铁、氧化铜、氧化铬等对氯酸钾的受热分解有没有催化作用？对此他们进行了实验探究。请你根据要求完成下列部分实验报告。I 课题名称： _ 。II 实验仪器及试剂：实验仪器： 带铁夹的铁架台、带橡皮塞的导管、量气装置、 过滤装置、 电子天平、 药匙

24、、_、_、 _等。实验试剂： 二氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化铬和氯酸钾III 实验步骤： 略IV 实验数据：实验KClO 3(g)氧化物产生气体 (mL)耗时 (s)编号化学式质量 (g)回收(已折算到标况 )10.601048020.60MnO 20.2090%67.236.530.60CuO0.2090%67.279.540.60Fe2O30.2090%67.234.750.60Cr2O30.20异常67.2188.3V 实验讨论：(1) 在氧化物的回收过程中，要进行过滤操作，所用的玻璃仪器是玻璃棒、_、 _(2)实验编号3 的实验中KClO 3 的分解率为 _%(保留一位小数)(3) 在用 Cr2O3 做研究实验时， 发现有刺激性气味的气体产生， 同时绿色的混合物变成了橘黄色。该刺激性气体是 _(填分子式 )，可用 _ 试纸检验。上述异常现象产生的原因是 _。VI 实验结论： _【参考答案】1B 2