专题十五 化学实验设计与评价

1、专题十五 化学实验设计与评价 1一、考点简析 1.根据试题的具体要求，设计基本实验方案（包括根据实验目的，利用题目给出的仪器装置和药品，组装和连接实验装置，确定操作程序，初步处理实验过程中有关安全问题的能力；运用化学基础理论或物质的性质，选用题目给出的部分仪器及必要的试剂，设计简单实验方案；并根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，完成实验课题）。2.评价化学实验的能力（包括评价实验方案的可行性或不同实验方案的优劣，从而选择最佳实验方案，完成实验试题）。 2 要求学生能根据试题提出的问题，运用所学过的化学实验知识来自行设计实验方案以及对题中提出的实验方案进行评价。这是一种较高层次的能力考查题

2、，要解好这类题需要掌握相关理论知识以及实验操作技能。二、专题点金 31.实验设计的基本思路根据实验目的，阐明实验原理，选择合理的仪器和药品；根据实验特点，设置实验装置，画出装置图；根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的问题；实验结束后，应写出完整的实验报告。总之，在设计实验时，应在各种所设计的方案中，通过对比和归纳，选择出安全性好，药品易得，操作简便，快速准确，装置简单而现象明显的最佳方案。42.化学实验方案设计的基本要求科学性：实验原理准确、实验流程合理；安全性：保护自身、保护环境、保护仪器（即从防倒吸、防爆炸、防污染、防氧化、防吸水等角度考虑）；可行性：条件允许、

3、效果明显、操作正确；简约性：方案简单、步骤少、时间短。53.化学实验方案设计的分类定性设计：物质的制备；物质性质的验证和比较；物质的分离与提纯；物质的检验。定量实验：物质的组成、物质所含结晶水、物质的量浓度等的测定。64.给你一个实验设计方案，你应根据哪些原则进行评价？应根据实验效果是否明显；操作是否安全；装置是否简单合理；实验步骤要少，时间要短等原则进行评价。75.思考问题的顺序 围绕主要问题思考。例如：选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。 思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如：制取在空气中易水解的物质（如Al2S3、AlCl3

4、、Mg3N2等）及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。 思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与课本实验比较、联靠。例如涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生除杂质干燥主体实验尾气处理。 86.仪器连接的顺序 所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。 仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。 安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，从左到右”；气体净化装置中不应先经干燥，后又经过水溶液洗气。 仪器间连接顺序是否正确。例如：洗气时“进气管长，出气管短”；干燥管除杂质时“大进小出”

5、等。 97.实验操作的顺序 连接仪器。按“气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理”顺序连接好实验仪器。 检查气密性。在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。 装药品进行实验操作。 108.实验设计与评价题的解题思路和方法从近几年高考实验设计题目看，形式上有仪器连接方案设计，操作顺序设计以及新情景下整个操作方案的设计；内容上则包括确定某物质纯度的实验设计，还有验证某物质是否存在的实验设计，验证某个化学原理的实验设计等，有定性设计也有定量设计。对实验方案的评价则考查对实验方案的全面理解和判断，其中多数要求对方案的简便性、可行性作出评价。11 因此，要解答

6、好综合实验设计或评价的题目，应注意从以下几个方面分析： 阅读、挖掘题给信息，结合已学过知识，通过类比、迁移、分析，明确实验原理。 根据实验目的和原理，选择仪器、药品。 细致分析实验过程，设计出合理的实验装置和操作步骤。 准确分析实验现象和数据，得出正确的结论。12三、点题剖析【例1】：(2001年重庆二诊)(1)用滴管将新制的饱和氯水逐滴滴入含酚酞的氢氧化钠稀溶液(样品)中，当滴到最后一滴时，红色突然褪去，产生该现象的原因可能有两个：是由于_（简要文字说明）是由于_（简要文字说明）简述怎样用实验证明红色褪去的原因是或者是：_。 13 本题考查了新制氯水多种成分所表现出的性质(HClO分子体现漂

7、白性，H+体现酸性)，进而分析使酚酞褪色的两个原因，并依据该性质来设计实验。 分析点拨 ：14【例1】：(2001年重庆二诊)(1)用滴管将新制的饱和氯水逐滴滴入含酚酞的氢氧化钠稀溶液(样品)中，当滴到最后一滴时，红色突然褪去，产生该现象的原因可能有两个：是由于_（简要文字说明）是由于_（简要文字说明）简述怎样用实验证明红色褪去的原因是或者是： 氯水中H+与OH-反应 氯水中HClO使酚酞褪色 向褪色后的溶液中再滴加氢氧化钠溶液，若红色再现，则是的原因造成的；若红色不再出现，则是的原因造成的。 15(2)某学生手边只有一支大试管、一支小试管、锌粒、稀硫酸（小试管能够伸进大试管中），要制取并收集

8、一试管氢气，应该如何操作？回答下列问题：应该用哪支试管作反应容器？用哪支试管收集氢气？往试管里加入药品的顺序是先加入_，后加入_。 16 分析点拨 ： 本题的设计既要考虑H2的收集方法向下排空法，又要考虑操作方便。即必须用大试管收集氢气，小试管作反应器，否则，小试管放入大试管中后无法取出。又因为锌粒为重金属颗粒，应先将试管横放，将锌粒放在试管口后再将试管慢慢竖立起来使其滑入试管底部，以免打破试管。所以，应先加锌粒，后加稀硫酸。 17(2)某学生手边只有一支大试管、一支小试管、锌粒、稀硫酸（小试管能够伸进大试管中），要制取并收集一试管氢气，应该如何操作？回答下列问题：应该用哪支试管作反应容器？用

9、哪支试管收集氢气？往试管里加入药品的顺序是先加入_，后加入_。 应用小试管作反应器，大试管收集氢气。 锌粒 稀硫酸 18(3)现有量筒、试管两种仪器，如何用水来鉴别两种无色液体CCl4和苯。 分析点拨 ： 本题考查了学生对分液的原理及实验操作的理解应用，利用规定仪器和用品设计实验。应抓住CCl4和苯与水互不相溶且密度大小不一样来设计实验操作。 19(3)现有量筒、试管两种仪器，如何用水来鉴别两种无色液体CCl4和苯。 答案：用量筒分别量取等体积的水(如1mL)，加入两支试管中，再用量筒量取等体积(如2mL)待测液，分别加入两支试管中，若发现试管内液体上层体积大于下层体积，则待测液为苯；若下层体

10、积大于上层体积，则待测液为CCl4。 20【例2】：01上海26题用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案是：甲： 称取一定质量的HA配制0.l mol / L的溶液100 mL； 用pH试纸测出该溶液的pH值，即可证明HA是弱电解质。乙： 用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pHl的两种酸溶液各100 mL； 分别取这两种溶液各10 mL，加水稀释为100 mL； 各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。（1）在两个方案的第步中，都要用到的定量仪器是_。 （2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH 1（选填、）乙

11、方案中，说明HA是弱电解质的现象是 （多选扣分）（a）装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；（b）装HA溶液的试管中放出H2的速率快；（c）两个试管中产生气体速率一样快。（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处 、_。 （4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。 21分析点拨 ：(1)第步是配制一定物质的量的溶液，一定要用到容量瓶。（2）若HA是弱酸，C(H+)0.1 mol/L，PH1；对于pHl的HA溶液和盐酸，稀释后，HA溶液中C(H+)大于盐酸中C(H+)，与锌反应，装HA溶液的试管放出H2的速率快。 该题考查运用所学过的弱电解质的电离平衡、盐类

12、水解平衡的理论知识及实验基本操作技能，对题中提出的实验方案进行评价，并根据题目要求设计实验方案。这是一种较高层次的能力考查题，同时考查了设计简单实验方案及评价实验方案的能力。22【例2】：01上海26题用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案是：甲： 称取一定质量的HA配制0.l mol / L的溶液100 mL； 用pH试纸测出该溶液的pH值，即可证明HA是弱电解质。乙： 用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pHl的两种酸溶液各100 mL； 分别取这两种溶液各10 mL，加水稀释为100 mL； 各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA

13、是弱电解质。（1）在两个方案的第步中，都要用到的定量仪器是_。 （2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH 1（选填、）乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是 （多选扣分）（a）装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；（b）装HA溶液的试管中放出H2的速率快；（c）两个试管中产生气体速率一样快。100 mL容量瓶b23（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处： 、_。 （4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。配制pHl的HA溶液难以实现不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同配制NaA溶液，测其pH值7即证明HA是弱电解质（或其他合理答案）

14、24【例3】：(02年MCE29题)制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。 （1）写出实验室制取氨气的化学方程式：_。（2）收集氨气应使用_法，要得到干燥的氨气可选用_做干燥剂。（3）用图装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是_，该实验的原理是_。（4）如果只提供如图的装置，请说明引发喷泉的方法。答：_。 25分析点拨 ： 该题的前三问都是基本实验内容，第（4）问体现了一定的开放性，可使用的方法很多，最主要的是想办法造成烧瓶内外的压强差，使氨气能与水接触，如加热使烧瓶内的气体膨胀，赶出空气，使氨气与水接触，或反其道而行之，用冰块使烧瓶内气体体积收缩，让大气压把水

15、压进烧瓶等等。但在使用所有这些方法之前，有一个细节是必须注意的，那就是先要把止水夹打开，否则都不可能形成喷泉。 26【例3】：(02年MCE29题)制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。 （1）写出实验室制取氨气的化学方程式：_。（2）收集氨气应使用_法，要得到干燥的氨气可选用_做干燥剂。2NH4ClCa(OH)2 2NH3CaCl22H2O向下排空气碱石灰27（3）用图装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是：_，该实验的原理是：_。（4）如果只提供如图的装置，请说明引发喷泉的方法。答：打开止水夹，挤出胶头滴管里的水氨气极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小打

16、开止水夹，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。（或其他合理答案）28四、考题精练1.90年全国）有两瓶pH2的酸溶液，一瓶是强酸，一瓶是弱酸。现只有石蕊、酚酞试液、pH试纸和蒸馏水，而没有其它试剂。简述如何用最简便的实验方法来判别哪瓶是强酸：_。 答案： 各取等体积酸液用蒸馏水稀释相同倍数(如100倍)，然后用pH试纸分别测其pH值，pH值变化大的是强酸。此空2分，答出稀释、测pH值，指出pH值变化，判断正确的给2分；凡答稀释、测pH值，未答判断的只给1分；虽答稀释、测pH值，但后面判断错误的给0分；答其它方法和判断的都不给分。 292.

17、（2001年全国理综）用图示的装置制取氢气，在塑料隔板上放粗锌粒，漏斗和带支管的试管中装有稀硫酸，若打开弹簧夹，则酸液由漏斗流下，试管中液面上升与锌粒接触，发生反应，产生的氢气由支管导出；若关闭弹簧夹，则试管中液面下降，漏斗中液面上升，酸液与锌粒脱离接触，反应自行停止。需要时再打开弹簧夹，又可以使氢气发生。这是一种仅适用于室温下随制随停的气体发生装置。（30分）30回答下面问题：（1）为什么关闭弹簧夹时试管中液面会下降？ 关闭弹簧夹时，反应产生的气体使试管内液面上的压力增加，所以液面下降。（6分） （2）这种制气装置在加入反应物前，怎样检查装置的气密性？ 塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，从漏斗注入一定量的水，使漏斗内的水面高于试管内的水面。停止加水后，漏斗中与试管中的液面差保持不再变化，说明装置不漏气。（10分） 31（3）从下面三个反应中选择一个可以用这种随制随停的制气装置制取的气体，填写下表中的空白。只要回答出其中一种气体即给8分）