基础知识讲解 原理实验设计与评价

1、原理实验设计与评价编稿：房鑫 审稿：于冬梅【高考展望】一、考纲要求能根据实验试题要求，做到：(1).设计、评价或改进实验方案；(2).采取适当方法控制实验条件；(3).描述实验现象和收集有关数据；(4).分析或处理实验数据，得出合理结论；(5).能绘制和识别典型的实验仪器装置图。2实验知识和技能的综合应用。二、高考动向化学反应原理实验设计此类题主要是对化学反应基本原理的结论（如化学反应速率和化学平衡、电化学等）进行验证或探究，如探究浓度化学反应速率的影响，其方案设计的基本思路是控制其他条件一定，改变某一反应物的浓度从定性和定量的角度说明浓度对化学反应速率的影响。【方法点拨】一、实验方案的设计思

2、路和要求1、化学实验方案设计的基本要求科学性（即实验原理、操作程序和方法必须正确、合理）；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（条件允许，效果明显，操作正确）；简约性（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短）。经济性：原料利用率用高，所用原料易得，价廉物美。2、化学实验方案设计的基本思路和一般步骤：实验目的实验原理（反应途径）反应的仪器的选择设计实验装置和操作步骤记录实验现象，数据处理方法形成方案。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、迁移、分析，从而明确实验原理。选择仪器药品：根据实验的目的和原理，以及反

3、应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器和橡皮、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。 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。 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。 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)化学

4、实验方案设计的注意事项 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H2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、试剂加人顺序、

5、实验方法使用顺序等)。综合性实验方案的设计，主要以教材内容为主考查学生的基本操作、基本技能或考查学生对典型实验有关而又易忽略和重要细节的掌握情况。解答此类题必须依据反应原理、基本实验操作和亲自动手实验的经验来解答。二、化学实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生的分析问题和解决问题的能力。1.选择：包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置（几种基本类型）、净化装置（除杂质的试剂和顺序）、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物质聚集状态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。

6、2.评价：对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境无污染等。3.最佳方案的选择：所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。解题警示：实验评价问题是高考题经常考查的一类综合性实验试题，可以很好的考查学生分析问题和解决问题的能力。在比较几个实验方案及选择合理装置时，首先要明确实验原理和实验目的，体会各方案设计是否合理，确定不合理方案的原应。认真对比各方案、各装置的异同，重点分析其中的不同之处，体会在不同之处哪个方案、装置更合理有效。经过对不同之处逐一分析，选择各方案中的优点，重新

7、组合可以得到最佳方案。【典型例题】类型一、化学理论验证性实验例1、下述实验能达到预期目的的是编号实验内容实验目的A将SO2通入酸性KMnO4溶液中证明SO2具有氧化性B将Cl2通入NaBr溶液中比较氯与溴的氧化性强弱C将铜与浓硝酸反应生成的气体收集后用冰水混合物冷却降温研究温度对化学平衡的影响D分别向2支试管中加入相同体积不同浓度的H2O2溶液，再向其中1支加入少量MnO2研究催化剂对H2O2分解速率的影响【思路点拨】2NO2(g)N2O4；H0，升温气体颜色变深，降温气体颜色变浅。【答案】BC【解析】A选项中SO2通入酸性KMnO4溶液中，KMnO4做氧化剂，说明SO2具有还原性。B选项中将

8、Cl2通入NaBr溶液中发生Cl22NaBr=2NaClBr2反应，根据氧化还原反应规律可知Cl2的氧化性大于Br2。C中发生的反应为Cu4HNO3=Cu(NO3)22NO22H2O、2NO2(g)N2O4；H0，升温气体颜色变深，降温气体颜色变浅，D选项中H2O2溶液的浓度不同，故不能单纯判断催化剂对分解速率的影响。【总结升华】本题是一道实验题，重点考查氧化还原知识和反应速率与化学平衡。举一反三：【变式1】下列各项中“操作或现象”能达到预期“实验目的”的是选项实验目的操作或现象A检验碳与浓硫酸反应后的气体产物将产生的气体依次通过无水CuSO4、澄清石灰水和品红溶液B证明蛋白质在某些无机盐溶液

9、作用下发生变性向鸡蛋清溶液中加入饱和硫酸钠溶液，有沉淀析出；再把沉淀加入蒸馏水中C检验溴乙烷中的溴元素将少量溴乙烷与NaOH溶液混合共热，充分反应并冷却后,向上层清液中加稀HNO3酸化，再滴加AgNO3溶液D证明溶液中存在平衡：Fe3+ + 3SCN-Fe(SCN)3将1 mL KSCN溶液与1 mL 同浓度 FeCl3溶液充分混合；再继续加入KSCN溶液，溶液颜色加深【答案】C【解析】D项，将1 mL KSCN溶液与1 mL 同浓度 FeCl3溶液充分混合好后FeCl3过量，再继续加入KSCN溶液，KSCN与过量FeCl3的溶液反应使溶液颜色加深，与平衡无关。例2、下列实验方案不能达到实验目

10、的的是实验目的实验方案A证明溴乙烷发生消去反应有乙烯生成向试管中加入适量的溴乙烷和NaOH的乙醇溶液，加热，将反应产生的气体通入溴的四氯化碳溶液B证明Mg(OH)2沉淀可以转化为Fe(OH)3沉淀向2 mL 1 mol/L NaOH溶液中先加入3滴1 mol/L MgCl2溶液，再加入3滴1 mol/L FeCl3溶液 C检验蔗糖水解产物具有还原性向蔗糖溶液中加入几滴稀硫酸，水浴加热几分钟，然后加入适量稀NaOH溶液，再向其中加入新制的银氨溶液，并水浴加热D测定铝箔中氧化铝的含量取a g铝箔与足量稀盐酸充分反应，逸出的气体通过碱石灰后，测其体积为b L（已转化为标准状况下）【思路点拨】B项，要

11、注意根据实验数据判断反应物的相对量。【答案】B【解析】A选项，溴乙烷消去后，生成乙烯，可以使溴水褪色。B选项，注意NaOH是过量的，再加入3滴1 mol/L FeCl3溶液必然与NaOH反应生成红褐色沉淀，不能证明Mg(OH)2沉淀可以转化为Fe(OH)3沉淀。C选项，蔗糖水解是酸性环境，水解后加入了碱化的步骤，故正确。D选项，Al和NaOH反应后生成氢气，但不能够被碱石灰吸收，故错误。 【总结升华】本题考查简单的定性和定量实验设计方案的评价。举一反三：【变式1】下述实验能达到预期目的的是编号实验内容实验目的A将SO2通入酸性KMnO4 溶液中，紫色褪去证明SO2具有漂白性B在滴有酚酞的Na2

12、CO3溶液中，加入BaC12溶液后红色褪去证明Na2CO3溶液中存在水解平衡C向1mL0.2 mol/L NaOH溶液中滴入2滴0.1 mol/L的MgCl2溶液产生白色沉淀后，再滴加2滴0.1 mol/L的FeCl3溶液，又生成红棕色沉淀证明在相同温度下，氢氧化镁的溶解度大于氢氧化铁的溶解度D测定等物质的量浓度的Na2SO3与Na2CO3溶液的pH，后者较大证明非金属性SC【答案】B类型二、反应原理综合实验设计例3、利用下图所示装置，选用适当试剂完成下述实验或得出实验结论： (1)验证氧化性：KMnO4Cl2Br2。 所用试剂：甲_，乙_，丙_。(2)所用试剂：甲：盐酸；乙：石灰石；丙：苯酚

13、钠溶液。 实验现象：丙中_ 。 实验结论：_ 。(3)请利用该装置自行设计一个实验，简述丙中实验现象及根据此现象所得出的实验结论。 所用试剂：甲_，乙_，丙_。 实验现象：丙中_。 实验结论：_。 【思路点拨】根据实验装置特点应该是块状固体化合物与液体反应制备气体，然后让气体再与溶液发生反应。根据化学知识判断氧化性强弱的方法一般是利用氧化剂的氧化性氧化产物的氧化性，则需分别寻找氧化还原反应，使三种物质充当氧化剂和氧化产物。 【解析】(1)显然是盐酸与高锰酸钾反应生成氯气，然后氯气与溴化钠反应生成溴单质。(2)显然是盐酸与石灰石反应生成二氧化碳气体，二氧化碳气体与苯酚钠溶液生成液态苯酚。所以丙中

14、现象是溶液变浑浊。反应原理属“较强酸制较弱酸”这个原理，所以实验目的(结论)为判断酸性强弱。(3)实验应该根据实验装置特点选择常温下固体与液体反应，生成气体与溶液丙反应。 【答案】(1)浓盐酸；KMnO4；KBr溶液(2)溶液变浑浊；HClH2CO3C6H5OH (3)水；CaC2；溴水；溴水褪色；乙炔能使溴水褪色(只要答案合理亦可) 【总结升华】实验原理是解答设计性实验题和评价实验方案的核心，是进行设计实验的依据和起点。实验原理一般可从题给的化学情境，并结合元素化合物、实验装置特点等有关知识综合分析获取化学实验原理。举一反三：【高清课堂 407420例1】【变式1】(1) 已知Na2S2O3

15、 + H2SO4 = Na2SO4 + S+ SO2 + H2O 。甲同学通过测定该反应发生时溶液变浑浊的时间，研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如下（所取溶液体积均为10mL）：实验编号实验温度/c(Na2S2O3)/molL-1c(H2SO4)/molL-1250.10.1250.20.1250.10.2500.20.1500.10.1其他条件不变时：探究温度对化学反应速率的影响，应选择 （填实验编号）；探究浓度对化学反应速率的影响，应选择 （填实验编号）。若同时选择溶液变浑浊的时间，探究 对化学反应速率的影响。 (2)已知Na2S2O3溶液与Cl2反应时， 1mol Na2S2O

16、3转移8 mol电子。该反应的离子方程式是 。甲同学设计如下实验流程探究Na2S2O3的化学性质。（）甲同学设计实验流程的目的是证明Na2S2O3溶液具有碱性和 性。（）生成白色沉淀B的离子方程式是 。（）乙同学认为应将上述流程中所加试剂顺序颠倒，你认为甲、乙两同学的设计更合理的是 （填“甲”或“乙”），理由是 。【答案】（1）或；或或；比较改变不同反应物的浓度对反应速率的影响。（2）S2O32- + 4Cl2 + 5H2O = 2SO42- + 8Cl- + 10H+（）还原 （）SO42- + Ba2+ = BaSO4 （）乙，可以排除BaS2O3的干扰【高清课堂 407420例2】【变式

17、2】某同学欲在实验室中对Fe3+与I-的反应进行探究，实现Fe2+与Fe3+的相互转化。（1）该同学最初的实验操作和现象如下：编号操作现象I先向2 mL 0.1 mol/L FeCl2溶液中滴加KSCN溶液，再滴加新制氯水II先向2 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液中滴加KSCN溶液，再滴加0.1 mol/L KI溶液滴加KSCN溶液后，溶液变成红色；滴加KI溶液后，红色无明显变化实验I的现象为 。 FeCl2溶液与新制氯水反应的离子方程式为 。（2）该同学分析了导致实验II现象的可能原因，并对实验方案进行了改进。改进后的实验操作和现象如下：编号操作现象III向2 mL 0.1 mol/L KI溶液中滴加1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液，再滴加KSCN溶液滴加FeCl3溶液后，溶液变成黄色；滴加KSCN溶液后，溶液变成红色根据实验III，甲同学认为Fe3+有可能与I-发生氧化还原反应，请结合实验现象用简明的文字说明他得出上述结论的理由 。（3）该同学认为需要进一步设计实验证明根据实验III中现象得出的结论。请补全下表中的实验方案。编号操作预期现象及结论IV向2 mL 0.1 mol/L KI溶液中滴加1 mL0.1 mol/L FeCl3溶液， （4）上述实验结果表明，Fe3+有可能与I-发生氧化还原反应。进一步查阅资料知，参加反应的Fe3+